KR20000005836A

KR20000005836A - 압전공진자

Info

Publication number: KR20000005836A
Application number: KR1019990020207A
Authority: KR
Inventors: 요시다류헤이; 기타지마노부히로; 사카이겐이치
Original assignee: 무라타 야스타카; 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-01-25
Also published as: DE19922146A1; CN1237830A; TW527771B; US6163101A; CN1146106C; DE19922146B4; KR100330128B1; JPH11346139A; MY114638A; JP3303777B2

Abstract

본 발명의 압전 공진자는, 2개의 봉지 기판과, 봉지부, 및 두께 종 진동의 3차 고조파로 진동하기에 적합한 에너지 트랩형 압전 공진 소자를 포함한다. 압전 공진 소자는 압전 기판과, 이 압전 기판의 대향하는 양 주면에 배치된 한쌍의 여진 전극을 포함한다. 여진 전극 사이에 개재된 압전 기판의 부분은, 진동부를 구성한다. 봉지 기판들을 각각 그 내부에 형성된 캐버티를 가지며, 캐버티가 진동을 위한 공간을 구성하도록 압전 기판의 양 주면에 각각 부착된다. 봉지부는 진동 공간 주위에 형성되어 누설 진동을 댐핑한다. 진동부는 그 대략 중심이 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 진동 공간의 대략 중심으로부터 소정의 거리를 유지하도록 배치된다.

Description

압전 공진자{Piezoelectric Resonator}

본 발명은 예를 들면 트랩 회로 또는 디스크리미네이터에 사용되는 압전 공진자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압전 공진 소자와, 압전 공진 소자의 진동부의 진동을 허용하기 위한 공간을 갖는 패키지를 포함하는 에너지 트랩형(energy-trap type) 압전 공진자에 관한 것이다.

일본국 특허공고 평7-70941호 공보에는, 두께 종 진동 모드를 이용한 에너지 트랩형 압전 공진 소자를 포함하는 압전 공진자가 개시되어 있다. 이 압전 공진자의 구조를, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명하겠다.

도 10은 압전 공진자의 분해사시도이며, 도 11은 도 10의 압전 공진자의 종단면도이다.

압전 공진자(51)는 두께 종 진동 모드를 이용한 에너지 트랩형 압전 공진 소자(52)를 포함한다. 압전 공진 소자(52)는 직사각형의 압전 기판(52a)을 포함한다. 압전 기판(52a)의 상면 중앙에는 제 1 여진 전극(52b)이 형성되어 있다. 또한 압전 기판(52a)의 하면 중앙에는, 압전 기판(52a)을 사이에 두고 여진 전극(52b)와 여진 전극(52c)가 서로 마주보도록 제 2 여진 전극(52c)이 형성되어 있다.

여진 전극(52b, 52c)는 각각 인출 전극(52d, 52e)에 접속되어 있다. 인출 전극(52d)는 압전 기판(52a)의 상면을 따라서 그의 한 측면 가장자리에 연장되어 있다. 또한 인출 전극(52e)은 압전 기판(52a)의 하면을 따라서 인출 전극(52d)가 연장되는 측면 가장자리에 대향하는 기판(52a)의 측면 가장자리에 연장되어 있다.

압전 공진 소자(52)의 상면 및 하면에는 각각 봉지 기판(52, 54)이 부착되어 있다. 각 봉지 기판(53, 54)은 알루미나 등의 절연성 세라믹으로 이루어지며, 직사각형 판 형상을 갖는다. 또한, 봉지 기판(53)의 하면에는 캐버티(53a)가 형성되어 있으며, 봉지 기판(54)의 상면에는 캐버티(54a)가 형성되어 있다. 캐버티(53a)와 캐버티(54a)는, 봉지 기판(53, 54)을 압전 공진 소자(52)상에 실장하는 경우, 서로 상대적으로 변위되도록 배치되어 있다.

압전 공진자(51)에서는, 봉지 기판(53, 54)은 절연성 접착제층에 의하여 압전 기판(52)에 접합되어 있다.

압전 공진 소자(52)의 일부분이 진동부로서 작용하는 제 1 및 제 2여진 전극(52b, 52c) 사이에 개재되어 있다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 진동부가 캐버티(53a) 및 캐버티(54a)내에 배치되어 있으므로, 압전 공진 소자(52)의 진동부가 여진된 경우, 진동부는 캐버티(53a, 54a)로 구성되는 공간내에서 자유롭게 진동할 수가 있다.

참조 번호 55 및 56은 외부 전극을 나타낸다. 외부 전극(55)은 인출 전극(52d)에 전기적으로 접속되며, 외부 전극(56)은 인출 전극(52e)에 전기적으로 접속되어 있다.

압전 공진자(51)에서는, 진동부에서 여진된 기본 조파(fundamental harmonic)의 누설 진동이 압전 공진 소자(52)와 봉지 기판(53, 54)간의 접합 부분에서 댐핑된다. 예를 들면 봉지 기판(53)과 압전 공진 소자(52)의 상면이 절연성 접착제층(도시하지 않음)에 의하여 접합되어 있는 부분에 있어서, 기본 조파의 누설 진동이 댐핑된다. 따라서, 상기 캐버티(53a)와 캐버티(54a)간의 편차량을 조정함으로써, 기본 조파의 누설 진동의 댐핑량을 조정할 수 있으며, 이에 따라서 소망의 주파수 특성이 얻어진다.

최근, 압전 공진자(51)와 동일한 구조를 사용하여, 작동 주파수를 증가시키기 위하여, 3차 고조파(third harmonic)를 이용하고 있다. 3차 고조파를 이용한 압전 공진자에서는, 기본 조파 및 5차이상의 홀수차 고조파가 스퓨리어스 진동이 된다. 따라서, 3차 고조파를 이용하고자 하는 경우, 기본 조파를 확실하게 댐핑하지 않으면 이상 발진을 발생시킬 우려가 있다. 일반적으로, IC의 이득은 주파수에 대하여 감소하는 경향이 있기 때문에, 가장 주파수가 낮은 기본 조파는 발진 조건을 만족하기 쉬우며, 따라서 기본 조파가 이상 발진을 초래하기가 매우 쉽다. 따라서, 기본 조파를 확실하게 댐핑하는 것이 강력히 요구되고 있다.

그런데, 3차 고조파에 영향을 주지 않고 기본 조파를 억제하기 위해서는, 진동부의 외측 영역에서, 기본 조파가 누설되는 영역을 댐핑하면 된다. 무엇보다도, 기본 조파가 누설되는 영역은, 여진 전극(52b, 52c)의 직경에 의존하여 여진 전극의 중심에 대하여 동심원 형상으로 변화한다. 따라서, 여진전극(52b, 52c)의 직경에 따라서 캐버티(53a, 54a)의 크기를 변경할 필요가 있다.

따라서, 진동부의 진동을 확보하기에 적합한 공간을 패키지내에 형성한 압전 공진자에 있어서, 다음의 방법에 의하여 기본 조파를 억제할 수가 있다. 즉 (1)진동을 확보하기 위하여 여진 전극의 직경에 따라서 공간의 크기를 변경하는 방법, 혹은 (2)압전 공진자(51)와 같이, 상부 및 하부의 캐버티(53a, 54a)를 서로 상대적으로 변위시키는 방법이 고려된다.

그러나, (1)전극의 직경에 따라서 공간의 크기를 변경하는 방법에서는, 서로 다른 직경의 캐버티를 갖는 다수의 봉지 기판을 필요로 한다. 따라서, 금형 비용이 높아질 뿐만 아니라, 작업 공정이 복잡해지며, 그 결과 제조 비용도 상승한다.

다른 한편, (2)캐버티(53a, 54a)를 서로 상대적으로 변위시키는 방법에서는, 금형 가공 또는 봉지 기판의 단면 연마에 의하여 변위를 행한다고 하더라도, 역시 다수의 봉지 기판의 사용을 필요로 한다. 따라서, 금형 비용이 높아지며, 작업 공정이 복잡해지며, 그 결과 제조 비용도 높아지게 된다.

게다가, 캐버티간의 상대적인 변위를 달성하기 위하여 캐버티를 형성한 후에 봉지 기판의 단면을 연마하는 경우에는, 연마의 품질 및 솜씨에 의하여 상대적인 변위의 정밀도가 결정되기 때문에, 상대적인 변위를 정확히 조절할 수 없게 된다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 두께종 진동 모드의 3차 고조파를 이용한 에너지 트랩형의 압전 공진 소자를 포함하는 압전 공진자이며, 기본 조파를 용이하고 확실하게 댐핑하도록 제작되며, 또한 사용될 패키지 재료의 종류를 증가시키지 않아서 제조 비용을 감소할 수 있는 압전 공진자를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 압전 공진자의 종단면도이다.

도 2는 도 1의 압전 공진자의 분해 사시도이다.

도 3a는 도 1의 압전 공진자의 변형예에 있어서 봉지부, 공간 및 진동부간의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.

도 3b는 도 1의 압전 공진자의 다른 변형예에 있어서 봉지부, 공간 및 진동부간의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.

도 3c는 도 1의 압전 공진자의 또 다른 변형예에 있어서 봉지부, 공간 및 진동부간의 위치 관계를 나타내는 평면도이다.

도 4a는 도 1의 압전 공진자의 또 다른 변형예에 있어서 봉지부, 공간 및 진동부간의 위치 관계를 나타낸 평면도이다.

도 4b는 도 1의 압전 공진자의 또 다른 변형예에 있어서 봉지부, 공간 및 진동부간의 위치 관계를 나타낸 평면도이다.

도 4c는 도 1의 압전 공진자의 또 다른 변형예에 있어서 봉지부, 공간 및 진동부간의 위치 관계를 나타낸 평면도이다.

도 5는 도 1의 압전 공진자의 또 다른 변형예에 있어서 평면도로 보아 실질적으로 직사각형 형상을 갖는 진동부와, 실질적으로 직사각형 형상을 갖는 공간과의 위치 관계를 나타낸 평면도이다.

도 6a는 도 1의 압전 공진자의 또 다른 변형예의 모식적 평면도이다.

도 6b는 도 6a의 압전 공진자의 종단면도이다.

도 7은 도 1의 압전 공진자에 있어서, 진동부와 봉지부간의 최단 거리 G 대 두께 종 진동의 기본 조파와 기본 조파의 3배 조파간의 위상차를 나타낸 그래프이다.

도 8은 도 1의 압전 공진자에 있어서, 비 G/t 대 위상차를 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 변형예를 나타내며, 패키지가 베이스 기판과 캡 부재를 포함하는 예를 나타낸 분해도이다.

도 10은 종래의 칩형 압전 공진자의 분해 사시도이다.

도 11은 도 10의 압전 공진자의 종단면도이다.

(부호의 설명)

1: 압전 공진자

2: 압전 공진 소자

2a: 압전 기판

2b, 2c: 제 1, 제 2 여진 전극

2d, 2e: 인출 전극

3, 4: 제 1, 제 2 봉지 기판

3a, 4a: 캐버티

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 압전 공진자는 패키지 부재와, 봉지부 및 두께 종 진동의 3차 고조파로 진동하기에 적합한 에너지 트랩형 압전 공진 소자를 포함한다. 압전 공진 소자는 압전 기판과, 압전 기판을 사이에 배치하면서 서로 마주보도록 하여, 서로 대향하는 압전 기판의 한쌍의 주면에 각각 형성되는 한쌍의 여진 전극을 포함한다. 여진 전극들 사이에 개재된 압전 기판의 일부분에 의하여 진동부를 구성한다. 패키지 부재는, 진동부의 진동을 허용하도록, 적어도 진동부를 둘러싸는 진동 공간을 구성하도록 배치된다. 봉지부는 누설 진동을 댐핑하도록 공간의 주위에 형성된다. 진동부는 그 중심이 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 공간의 중심으로부터 변위되도록 배치된다.

이러한 독특한 배치 및 구조에 의하여, 두께 종 진동의 3차 고조파에 의하여 발생하는 공진 특성에 그다지 영향을 주지 않고, 큰 스퓨리어스 진동을 일으킬 수 있는 기본 조파의 누설 진동이 효과적으로 억제된다.

따라서, 기본 조파에 기인하는 불필요한 스퓨리어스 진동이 효과적으로 억제된다. 예를 들면 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 압전 공진자를 압전 발진자로서 사용한 경우에는, 이상 발진이 방지된다.

또한, 상술한 효과는 진동부의 중심이 진동 공간의 중심으로부터 변위되도록 진동부를 형성함으로써 달성되므로, 진동 공간을 구성하기 위한 패키지 부재는 특수한 설계를 필요로 하지 않는다. 따라서, 진동 공간을 구성하는 캐버티를 형성하기 위한 금형의 비용이 크게 감소하며, 제조 공정도 매우 간소화된다.

따라서, 공진 특성이 우수하며, 두께 종 진동의 3차 고조파를 이용하며 또한 저가로 제조될 수 있는 에너지 트랩형 압전 공진자를 제공하는 것이 가능해진다.

패키지 부재는 압전 공진 소자의 양 주면에 각각 부착된 제 1 및 제 2봉지 기판을 포함할 수가 있다. 제 1 및 제 2봉지 기판은 압전 공진 소자와 접촉되는 측에 형성된 캐버티를 가진다. 이 캐버티들이 진동 공간을 구성한다. 또한 제 1 및 제 2봉지 기판은 캐버티를 둘러싸는 부분에서 압전 공진 소자와 접합되어 있다. 이 접합 부분이 봉지부를 구성하고 있다.

이 경우, 진동부의 변위가 압전 공진 소자에 있어서의 여진 전극의 위치를 조절함으로써 행해질 수 있으며, 따라서 제 1 및 제 2봉지 기판에 형성되는 캐버티는, 서로 상대적으로 변위되지 않아도 된다. 따라서, 제 1 및 제 2봉지 기판은 한 종류의 기판으로 형성할 수가 있다.

패키지 부재는 베이스 기판과 캡 부재를 포함할 수가 있다. 압전 소자는 그 진동을 방해하지 않도록 베이스 기판의 상면에 접합된다. 캡 부재는 하향으로 형성된 개구를 가짐과 아울러 개구의 둘레가장자리부에 있어서 베이스 기판에 접합되어 있다. 압전 공진 소자가 베이스 기판에 접합되어 있는 부분에 의하여 봉지부를 구성한다. 이 경우, 캡 부재를 사용한 패키지 구조에 있어서도, 압전 공진소자에 있어서의 여진 전극의 위치를 제어함으로써, 진동 공간의 중심으로부터 진동부를 변위할 수가 있으므로, 베이스 기판 및 캡부재는 특수하게 설계되어야 하는 것은 아니다. 따라서, 패키지 부재의 제조 비용을 매우 저감할 수 있음과 아울러, 작업 공정도 간소화할 수가 있다.

압전 공진 소자의 두께를 t로 나타내고, 진동부와 봉지부간의 최단 거리를 G로 나타내었 때, t 및 G는 "0＜G/t≤5"의 관계를 만족하도록 정해지는 것이 바람직하다.

이 경우, 기본 조파의 누설에 기인하는 스퓨리어스 진동을 더욱 효과적으로 억제할 수가 있다. 따라서, 두께 종 진동의 3차 고조파를 이용하며, 양호한 공진 특성을 나타내는 압전 공진자를 제공할 수가 있다.

진동 공간의 중심이 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 압전 공진 소자의 중심과 정렬될 수가 있다.

이 경우, 진동 공간을 구성하기 위한 캐버티가 형성되어 있는 패키지 부재를 용이하게 제조할 수가 있으며, 압전 공진자의 제조 비용을 더욱 감소할 수가 있다.

또는, 진동 공간의 중심이 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 압전 공진 소자의 중심으로부터 변위될 수가 있다.

이 경우, 진동부가 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 압전 공진 소자의 중심에 위치되어 있다고 하더라도, 진동부가 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 공간의 중심으로부터 변위된다. 따라서, 본 발명에서는 그 중심에 여진 전극이 배치된 압전 공진 소자를 사용할 수가 있으며, 압전 공진자의 제조 비용을 더욱 저감할 수가 있다.

봉지부가 접착제층으로 형성될 수가 있다. 이 경우, 압전 공진 소자를 봉지 기판 등의 패키지 부재에 접합함으로써 봉지부를 용이하게 형성할 수가 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 압전 공진자에 의하여 발생된 두께 종 진동의 기본 조파를 댐핑하는 방법을 제공한다. 이 방법은 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 진동 공간의 중심으로부터 진동부의 중심을 변위하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 첨부하는 도면을 참조하는 후술하는 본 발명의 설명으로부터 자명할 것이다.

(발명의 실시 형태)

이하, 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조하면서 설명함으로써 본 발명을 확실하게 한다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 압전 공진자(1)는 바람직하게는 실질적으로 직사각형 판형상을 갖는 에너지 트랩형의 압전 공진 소자(2)를 포함한다. 압전 공진 소자(2)는 두께 종 진동 모드의 3차 고조파를 발생하기에 적합하다.

압전 공진 소자(2)는 실질적으로 직사각형의 압전 기판(2a)을 포함한다. 압전 기판(2a)은 예를 들면 티탄산지르콘산납계 세라믹과 같은 압전 세라믹으로형성되어 있다. 그러나, 압전 기판(2a)은 압전 세라믹 외에도 수정, LiTaO₃, 또는 유사한 압전 단결정 등의 압전 재료에 의하여 형성하여도 된다.

압전 기판(2a)의 상면에는, 실질적으로 원형상을 갖는 제 1여진 전극(2b)이형성되어 있다. 압전 기판(2a)의 하면에는 제 1여진 전극(2b)와 마주보도록 실질적으로 원형상을 갖는 제 2여진 전극(2c)이 형성되어 있다. 더욱이, 여진 전극(2b ,2c)은 예를 들면 실질적으로 직사각형 등의 다른 형상을 가져도 된다.

본 바람직한 구현예에 있어서, 상기 여진 전극(2b, 2c)은 도 2에 있어서 압전 기판(2a)의 중앙으로부터 좌측으로 변위되어 있다.

여진 전극(2b, 2c)은 각각 압전 기판(2a)의 상면 및 하면에 형성된 인출 전극(2d, 2e)에 전기적으로 접속되어 있다. 인출 전극(2d, 2e)은 압전 기판(2a)의 대응하는 가장자리에 연장되어 있다.

압전 공진 소자(2)에서는, 여진 전극(2b, 2c)사이에 AC 전압을 인가함으로써, 여진 전극(2b, 2c)사이에 개재된 압전 공진 소자(2)의 부분, 즉 진동부가 여진된다. 이 여진과 관련된 진동 에너지는 진동부로부터 외측으로 누설되는데, 진동부가 부분적으로 형성되어 있기 때문에, 진동부내에 두께 종 진동의 3차 고조파가 효과적으로 트랩된다.

무엇보다도, 여진된 진동의 일부는 진동부 바깥으로 누설된다. 그리고 상술한 바와 같이, 누설 진동, 특히 기본 조파의 누설 진동이 스퓨리어스 진동을 일으킨다. 따라서, 본 바람직한 구현예에서는, 기본파의 누설 진동이 봉지부에 의하여 댐핑되도록 패키지 구조가 설계된다..

압전 공진 소자(2)는, 제 1, 제 2봉지 기판(3, 4)사이에 개재되어 있다. 봉지 기판(3, 4)은 각각 알루미나 등의 절연성 세라믹으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 봉지 기판(3, 4)은 합성 수지 등의 다른 절연성 재료로 형성되어도 된다.

봉지 기판(3)의 하면에는, 진동부의 진동 공간을 구성하도록 캐버티(3a)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 봉지 기판(4)의 상면에는 캐버티(4a)가 형성되어 있다.

캐버티(3a)의 외측에 위치하는 봉지 기판(3)의 일부분 및 캐버티(4a)의 외측에 위치하는 봉지 기판(4)의 일부분은 상기 절연성 접착제층(도시하지 않음)에 의하여 압전 공진 소자(2)에 접합되어 있다(도 1 및 도 2 참조). 이와 같이 접합된 부분은 봉지부를 구성한다. 따라서, 도 1에서는, 캐버티의 외측 영역이 봉지부로서 기능한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 압전 공진 소자(2) 및 봉지 기판(3, 4)을 포함하는 적층체의 대향하는 양 단면상에는, 외부 전극(5, 6)이 형성되어 있다. 외부 전극(5)은 인출 전극(2d)에 접속되어 있으며, 외부 전극(6)은 인출 전극(2e)에 접속되어 있다.

도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 캐버티(3a, 4a)는 진동부의 진동을 위한 공간을 구성한다. 또한, 캐버티(3a, 4a)는, 압전 공진 소자(2)의 주면 방향에 있어서 서로 상대적으로 변위되어 있지 않다. 환언하면, 캐버티(3a, 4a)는 압전 공진 소자(2)의 두께 방향으로 서로 정렬된다. 봉지 기판(3, 4)을 구성하는 부재로서는, 절연성 기판에 캐버티를 형성하여 이루어지는 동일한 종류의 절연성 기판을 사용하여도 되며, 이에 따라서 금형 비용을 저감할 수 있음과 아울러 제조 공정도 용이하다.

본 바람직한 구현예의 압전 공진자(1)에서는, 외부 전극(5, 6)을 통하여 여진 전극(2b, 2c)사이에 AC전압을 인가하여 진동부를 여진시킴으로써, 두께 종 진동모드의 3차 고조파를 이용하여 진동부의 공진 특성을 얻는다. 그런데, 큰 스퓨리어스 진동을 일으킬 수 있는 기본 조파는, 진동부 바깥으로 누설된다. 누설된 기본 조파의 진동 에너지는 봉지부에 의하여 댐핑된다. 상술한 바와 같이 봉지부는 압전 공진 소자(2)와 봉지 기판(3, 4)간의 접합 부분을 포함한다.

본 바람직한 구현예의 경우와 같이, 여진 전극(2b, 2c)이 실질적으로 원형을 갖는 경우, 기본 조파의 누설 진동 영역은, 여진 전극(2b, 2c)을 동심원형상으로 둘러싼다. 진동부가 캐버티(3a, 4a)에 의하여 구성되는 진동 공간의 중앙에 위치하는 경우에는, 기본 조파의 누설 진동은 봉지부에 의하여 댐핑되기 어렵다.

본 바람직한 구현예에서는, 진동부가 압전 공진 소자(2)의 주면 방향에 있어서 공간의 중앙으로부터 변위되어 있으므로, 기본 조파의 누설 진동 영역이 봉지부에 이르고, 따라서 기본 조파의 누설 진동이 효과적으로 댐핑된다.

특히, 도 1에 나타낸 바와 같이, 캐버티(3a, 4a)에 의하여 구성되는 공간의 중앙으로부터 진동부가 좌측으로 변위되어 있다. 따라서, 진동부 바깥으로 누설된 기본 조파의 진동은 봉지부, 특히 도 1의 좌측에 위치하는 봉지부의 영역에 의하여 효과적으로 댐핑된다. 따라서, 캐버티(3a, 4a)가 진동 공간의 중앙에 위치하는 구조에 비하여, 스퓨리어스 진동을 일으키는 기본 조파를 더욱 효과적으로 억압할 수가 있다.

본 바람직한 구현예의 칩형 압전 공진자(1)에서는, 압전 공진 소자(2)의 주면을 따라서 진동부의 변위를 조절함으로써, 두께 종 진동의 3차 고조파에 의하여 얻어지는 공진 특성에 그다지 영향을 주지 않고, 큰 스퓨리어스 진동을 일으킬 수 있는 기본 조파의 누설 진동을 효과적으로 억압할 수가 있다.

게다가, 본 바람직한 구현예에서는, 진동부는 캐버티(3a, 4a)에 의하여 구성되는 진동 공간내에 있어서, 도 1의 좌측, 즉 외부 전극(6)측으로 변위되어 있다. 그러나, 진동부가 압전 공진 소자(2)의 주면을 있어서 변위되는 방향은 특히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 3a∼도 3c에 나타낸 바와 같이, 주면을 따른 방향에 있어서 임의의 방향으로 진동부를 변위할 수가 있다. 더욱이 도 3a 내지 도 3c는 봉지부, 공간 및 진동부간의 상대적인 위치 관계를 나타내는 개략적 평면도이다. 도 3a 내지 도 3c에 있어서, 참조 번호 7은 봉지부, 참조 번호 8은 진동 공간, 실선 A는 봉지부의 외측 가장자리를, 실선 B는 봉지의 내측 가장자리를 나타내며, 원 C는 진동부를, 파선 D는 진동 공간의 중앙에 위치하는 진동부를 나타낸다.

또한, 도 1에 나타낸 압전 공진자(1)에서는, 캐버티(3a, 4a)에 의하여 구성되는 진동 공간의 평면 형상은 실질적으로 원형상을 갖는다. 그러나, 도 3a 내지 도 3c에서는, 진동 공간(8)의 평면 형상은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는다. 이와 같이, 공간의 평면 형상은, 실질적으로 원형상의 것에 한정되지 않으며, 실질적인 직사각형 등의 여러 가지 형상으로 할 수 있음을 추정할 수 있다.

진동 공간의 형상을 도 4a 내지 4c에 나타낸다.

도 4a에서는, 진동 공간(8)의 평면 형상이 압전 공진자(1)의 경우와 마찬가지로 실질적인 원형상으로 되어 있으며, 진동부(C)의 중심이 진동 공간(8)의 중심으로부터 변위되어 있다. 도 4b에서는 진동 공간(8)의 평면 형상은 실질적으로 마름모형상으로 되어 있다. 게다가, 도 4c에서는 진동 공간(8)의 평면 형상은 실질적으로 긴 타원형상으로 되어 있다.

게다가, 도 5에 모식적 평면도로 나타낸 바와 같이, 진동부(C)의 평면 형상은 실질적으로 원형상에 한정되는 것은 아니며 실질적으로 직사각형 형상으로 해도 된다. 도 5에서는, 실질적인 직사각형의 진동부(C)가 실질적인 직사각형의 평면 형상을 갖는 공간(B)의 중앙으로부터 대각선 방향으로 변위되어 있다.

또한, 제 1 바람직한 구현예의 칩형 압전 공진자(1)에서는, 캐버티(3a, 4a)는, 캐버티(3a, 4a)에 의하여 구성되는 공간의 중심이 공진자(1)의 평면 방향에 있어서 압전 공진 소자(2)의 중심과 정렬되도록, 배치되어 있다. 그러나, 진동 공간은, 진동 공간의 중심이 압전 공진 소자(2)의 주면 방향에 있어서 압전 공진 소자(2)의 중심으로부터 변위되도록, 배치되어도 된다. 이러한 진동 공간의 변위의 예를 도 6a 및 도 6b에 나타낸다.

도 6a에 화살표로 나타낸 바와 같이, 진동 공간(8)은 파선으로 나타낸 위치로부터 좌측으로 변위되어 있다. 즉, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 봉지 기판(3, 4)에 형성되어 있는 캐버티(3a, 4a)는 각각 압전 공진 소자(2)의 기하학적 중심으로부터 좌측으로 변위되어 있다.

반대로, 여진 전극(2b, 2c)사이에 개재된 진동부는 도 6b에서 압전 공진 소자(2)의 대략 기하학적 중심에 위치하는 것이 바람직하다. 따라서 공진 공간(8)의 중심에 대하여, 진동부가 상대적으로 우측으로 변위되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 진동부가 압전 공진자의 평면 방향에 있어서 공간의 중심으로부터 변위되어 있는 한, 진동 공간 또는 진동부 혹은 양자가 압전 공진자의 평면 방향에 있어서 압전 공진 소자의 중심으로부터 변위되어 있어도 된다.

도 6의 바람직한 구현예에 있어서도, 봉지 기판(3, 4)은 동일한 종류의 기판을 사용할 수가 있기 때문에, 도 1의 압전 공진자(1)의 경우와 마찬가지로, 금형 비용을 현저히 저감할 수 있으며 작업 공정을 매우 간소화할 수가 있다.

이어서, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 칩형 압전 공진자의 예를 설명하면서, 압전 공진자의 주면 방향에 있어서의 진동 공간과 진동부간의 상대적인 변위를 통하여 기본 조파를 효과적으로 억제하는 것을 입증하겠다.

칩형 압전 공진자(1)로서, 다음의 사양을 갖는 것을 제작하였다. 압전 공진 소자(2)는, 대략 3.7mm×3.1mm×126㎛인 압전 기판(2a)으로 형성된다. 직경 약 0.4mm의 여진 전극(2b, 2c)을, 상기 압전 기판(2a)의 대략 기하학적 중심으로부터 외부 전극(6)측에 위치하는 봉지부를 향하여 소정의 거리만큼 변위되도록 하여, 압전 기판(2a)의 대향하는 양 주면상에 각각 형성하였다. 변위의 거리를 다양하게 하여, 여러가지 종류의 압전 공진 소자(2)를 얻었다.

각 압전 공진 소자(2)의 대향하는 양 주면에, 각각 대략 3.7×3.1×0.4mm의 봉지 기판(3, 4)을 절연성 접착제를 사용하여 접합하였다. 봉지 기판(3, 4)으로서는, 상기 절연성 기판의 한쪽면 중앙에 대략 2.6×2.0(×0.1)mm의 직사각형 캐버티(3a, 4a)를 형성한 것을 사용하였다.

또한, 각 압전 공진 소자(2)를 봉지 기판(3,4)사이에 개재한 후, 그 위에 외부 전극(5,6)을 형성하였다. 이와 같이 하여 여러가지 압전 공진자를 제작하고, 위상차를 측정하였다. 그 결과를 도 7 및 도 8에 나타낸다.

게다가, 도 7 및 도 8에 있어서의 "봉지부까지의 최단 거리 G"란, 도 3에 나타낸 바와 같이, 진동부와, 진동부에 가장 가까운 봉지부의 영역 사이의 거리를 나타낸다. 평면으로 보아 실질적으로 직사각형 형상을 갖는 캐버티(3a, 4a)의 짧은 변의 길이가 약 20mm이며, 진동부의 직경이 약 0.4mm이기 때문에, G=0.8mm인 경우, 진동부가 공간의 평면방향의 대략 중앙에 위치하게 된다.

도 7 및 도 8에 있어서, ○은 기본 조파의 위상을, ●는 두께 종 진동의 3차 고조파의 위상을 나타낸다.

도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 진동부와 봉지부간의 최단 거리 G가 적을 수록, 즉 압전 공진 소자의 평면방향의 대략 중심으로부터의 진동부의 변위가 클수록, 기본 조파를 더욱 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 봉지부까지의 최단 거리 G가 약 0.3mm인 경우, 기본 조파의 위상은 약 50도가 되며, G=0.9mm인 경우에 비하여 약 25도 개선되는 것을 알 수 있다.

도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 압전 공진 소자의 두께 t에 대한 최단 거리 G의 비 G/t가 0보다 크고, 5이하인 경우, 기본 조파의 위상이 70도 이하가 되며, 기본 조파를 효과적으로 억압할 수 있음을 알 수 있다.

더욱이, 상술한 바람직한 구현예에서는, 압전 공진 소자를 봉지 기판 사이에 개재하고며, 캐버티가 압전 공진 소자상에 개방되도록 하여 봉지 기판내에 캐버티를 형성함으로써, 진동을 위한 공간을 구성하고 있다. 그러나 본 발명은 이와 같은 구조의 압전 공진자에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 칩형 압전 공진자는 캡부재를 사용한 패키지 구조를 포함할 수가 있다. 도 9는 이와 같은 패키지 구조를 포함하는 압전 공진자를 나타낸다.

도 9에 있어서, 베이스 기판(21)은 실질적으로 직사각형 형상의 절연성 기판으로 형성되어 있다. 베이스 기판(21)의 상면에는 캐버티(21a)가 형성되어 있다. 캐버티(21a)는 진동부의 진동을 허용하기 위한 공간을 구성하기에 적합하다.

압전 공진 소자(2)는 봉지부로서 기능하는 절연성 접착제층(22, 23)에 의하여 베이스 기판(21)에 접합된다. 압전 공진 소자(2)는 도 1에 나타낸 압전 공진 소자(2)와 마찬가지로 구성되어 있다.

게다가, 압전 공진 소자(2)를 둘러싸도록, 도 9에 있어서 하측으로 개구(24a)를 갖는 캡부재(24)가 베이스 기판(21)상에 절연성 접착제(도시하지 않음)를 사용하여 접합된다. 캡부재(24)는 금속 혹은 합성 수지 등의 적절한 재료로 형성할 수가 있다.

도 9에 나타낸 구조에서는, 절연성 접착제층(22, 23)이 봉지부로서 기능하며, 이 봉지부 사이에 진동을 위한 공간을 구성한다. 이 경우, 진동부를, 압전 공진 소자(2)의 주면 방향에 있어서 공간의 대략 중심으로부터 변위시킴으로써, 칩형 압전 공진자(1)와 마찬가지로 기본 조파의 누설 진동을 효과적으로 억압할 수가 있다.

특히, 도 9에 나타낸 바와 같이, 진동부가 우측으로 변위되어 있는 경우, 진동부와 절연성 접착제층(32)간의 거리가 짧아지기 때문에, 기본 조파의 누설 진동을 효과적으로 억압할 수가 있다.

이상으로 바람직한 구현예를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신과 특허청구범위내에서 여러가지 변형이 가능하다는 것을 알 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 두께 종 진동의 3차 고조파에 의하여 발생하는 공진 특성에 그다지 영향을 주지 않고, 큰 스퓨리어스 진동을 일으킬 수 있는 기본 조파의 누설 진동이 효과적으로 억제된다.

Claims

두께 종 진동의 3차 고조파(a third harmonic of thickness extensional vibration)로 진동하기에 적합한 에너지 트랩(energy trap)형 압전 공진 소자이며, 압전 기판과, 상기 압전 기판을 사이에 배치하면서 서로 마주보도록 하여, 서로 대향하는 상기 압전 기판의 한쌍의 주면에 각각 형성되는 한쌍의 여진 전극을 포함하며, 상기 여진 전극들 사이에 개재된 상기 압전 기판의 일부분에 의하여 진동부를 구성하고 있는 에너지 트랩형 압전 공진 소자와;

상기 압전 공진 소자의 진동부의 진동을 허용하도록, 적어도 상기 진동부를 둘러싸는 진동 공간을 구성하도록 배치된 패키지 부재; 및

누설 진동을 댐핑하도록 상기 진동 공간의 주위에 형성되는 봉지부;를 포함하는 압전 공진자이며,

상기 진동부의 중심이 상기 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 상기 진동 공간의 중심으로부터 변위되도록 상기 진동부가 배치되는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 패키지 부재는 상기 압전 공진 소자의 양 주면에 부착된 제 1 및 제 2봉지 기판을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2봉지 기판은 각각 상기 압전 공진 소자와 접촉되는 측의 면에 형성된 캐버티를 가지며 이 캐버티들이 진동 공간을 구성하며, 또한 상기 제 1 및 제 2봉지 기판은 캐버티를 둘러싸는 부분에서상기 압전 공진 소자와 접합되어 있으며 상기 접합 부분이 상기 봉지부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 패키지 부재가 베이스 기판과 캡 부재를 포함하며, 상기 압전 공진 소자의 진동을 방해하지 않도록 상기 압전 공진 소자가 상기 베이스 기판의 상면에 접합되며, 상기 캡 부재는 그 내부에 형성된 개구를 가짐과 아울러 상기 개구의 둘레가장자리부에 있어서 상기 베이스 기판의 면에 접합되어 있으며, 또한 상기 압전 공진 소자가 상기 베이스 기판에 접합되어 있는 부분에 의하여 상기 봉지부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 압전 공진 소자의 두께를 t로 나타내고, 상기 진동부와 상기 봉지부간의 최단 거리를 G로 나타내었 때, t 및 G는 0＜G/t≤5의 관계를 만족하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 진동 공간의 중심이 상기 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 상기 압전 공진 소자의 중심과 정렬되는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 진동 공간의 중심이 상기 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 상기 압전 공진 소자의 중심으로부터 변위되는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 봉지부가 접착제층을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 한쌍의 여진 전극은 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 한쌍의 여진 전극은 실질적으로 직사각형인 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 진동 공간은 실질적으로 원형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 진동 공간은 실질적으로 직사각형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 진동 공간은 실질적으로 마름모 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
제 1항에 있어서, 상기 진동 공간은 실질적으로 긴 타원 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압전 공진자.
압전 공진자에 의하여 발생된 두께 종 진동의 기본 조파(fundamental harmonic)를 댐핑하는 방법이며,

두께 종 진동 모드의 3차 고조파로 진동하기에 적합한 에너지 트랩형 압전 공진 소자이며, 압전 기판과, 상기 압전 기판을 사이에 배치하면서 서로 마주보도록 하여, 서로 대향하는 상기 압전 기판의 한쌍의 주면에 각각 형성되는 한쌍의 여진 전극을 포함하며, 상기 여진 전극들 사이에 개재된 압전 기판의 일부분에 의하여 진동부를 구성하고 있는 에너지 트랩형 압전 공진 소자와, 상기 진동부의 진동을 허용하도록, 적어도 상기 진동부를 둘러싸는 진동 공간을 구성하도록 배치된 패키지 부재와, 누설 진동을 댐핑하도록 상기 진동 공간의 주위에 형성되는 봉지부를 포함하는 압전 공진자를 준비하는 단계와,

상기 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 상기 진동 공간의 중심으로부터 상기 진동부의 중심을 변위하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서, 상기 패키지 부재가 상기 압전 공진 소자의 양 주면에 부착된 제 1 및 제 2봉지 기판을 포함하며, 제 1 및 제 2봉지 기판은 각각 상기 압전 공진 소자와 접촉되는 측의 면에 형성된 캐버티를 가지며 이 캐버티들이 진동 공간을 구성하며, 또한 제 1 및 제 2봉지 기판이 캐버티를 둘러싸는 부분에서 상기 압전 공진 소자와 접합되어 있으며 상기 접합 부분에 의하여 상기 봉지부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서, 상기 패키지 부재가 베이스 기판과 캡 부재를 포함하며, 상기 압전 공진 소자의 진동을 방해하지 않도록 상기 압전 공진 소자가 상기 베이스 기판의 상면에 접합되며, 상기 캡 부재는 그 내부에 형성된 개구를 가짐과 아울러 상기 개구의 둘레가장자리부에 있어서 상기 베이스 기판의 면에 접합되어 있으며, 또한 상기 압전 공진 소자가 상기 베이스 기판에 접합되어 있는 부분이 상기 봉지부를 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서, 상기 압전 공진 소자의 두께를 t로 나타내고, 상기 진동부와 상기 봉지부간의 최단 거리를 G로 나타내었을 때, t 및 G는 0＜G/t≤5의 관계를 만족하도록 정해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서, 상기 진동 공간의 중심이 상기 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 상기 압전 공진 소자의 중심과 정렬되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서, 상기 진동 공간의 중심이 상기 압전 공진 소자의 주면 방향에 있어서 상기 압전 공진 소자의 중심으로부터 변위되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 14항에 있어서, 상기 봉지부가 접착제층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.