KR20020067386A - 온도 보상형 수정 발진기용 수정진동자의 베이스 전극형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수정진동자에 관한 것으로, 상세하게는 온도보상형 수정 발진기에 사용되는 수정 진동자의 베이스 전극 형성으로, 모서리 쪽의 발진을 억제하며, 발진 불량율을 현저히 감소시키는 온도 보상형 수정 발진기용 수정진동자의 베이스 전극 형성 방법에 관한 것이다.

본 발명은 모서리 쪽의 발진을 억제하기 위해 베이스 전극의 길이방향에 전극접촉부를 연결하고, 내부 특성값으로 수정진동자를 전자회로로 등가화 했을 때 나오는 수정진동자의 정전용량(motional capacitance)과, 수정진동자를 등가화 했을 때 나오는 수정진동자의 등가저항(Equivalent Series Resistance)에 영향을 주지 않으며 불량률을 현저히 감소시키는 수정진동자의 베이스 전극 형성을 목적으로 한다.

본 발명은 전극의 연결을 길이 방향으로 하여 모서리 양쪽의 발진을 억제하고, 전극의 연결부위가 넓어져서 전극간의 연결부위가 단락되거나 미세한 틈(crack)으로 인한 발진불량이 제거되며, 패키지(package)와의 전기적 도통을 위해 에폭시 작업을 하는데 이때 사용되는 에폭시가 좁은 연결 부위에 번지거나 밀착하여 두 전극의 단락현상을 방지하는 효과가 있다.

Description

온도 보상형 수정 발진기용 수정진동자의 베이스 전극 형성 방법{Base plating method of quartz crystal for temperature compensated crystal oscillator}

본 발명은 수정진동자에 관한 것으로, 특히 온도보상형 수정 발진기에 사용되는 수정 진동자의 베이스 전극 형성으로, 모서리 쪽의 발진을 억제하기 위해 길이 방향으로 전극을 연결하고 발진 불량율을 현저히 감소시키는 온도 보상형 수정발진기용 수정진동자의 베이스 전극 형성 방법에 관한 것이다.

한국특허 제0157331호를 참조하면 수정디바이스는 높은 안정성에 의해 정보통신에 없어서는 안될 중요한 디바이스로서 사용되고 있다. 최근 위성통신이나 휴대용 단말기 등의 발전과 함께 각 디바이스의 소형화와 고성능화가 하나의 큰 목표로 되고 있으나 수정디바이스도 예외는 아니다.

수정디바이스에는 엄격한 주파수의 안정성이 요구된다. 수정디바이스의 주파수는 수정판에 응력이 부과됨으로써 변화하므로 수정판에 부가되는 응력을 경감하는 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 수정디바이스의 응용제품으로서 수정발진기나 온도보상 수정발진기(TCXO), 전압제어 수정발진기(VCXO) 등의 제품이 제작되고 있으나, 이들도 소형화가 중요한 개발 목표로 되어 있다. 이들 제품은 수정디바이스와 그것을 구동하는 제어회로가 개별적으로 제작되고 조합되어 용기에 수납된다. 이 때문에 전체적인 크기를 소형화하는 것은 매우 곤란하다.

종래의 온도보상형 수정 발진기(Temperature Compensated X-tal Oscillator ; 이하, TCXO라 칭함)용 수정진동자(quartz crystal)를 연마 후에 전극을 형성시키는 것은 수정진동자의 모양에 따라 베이스 전극 형성 공정(base plating)을 실시하여야 했다. 베이스 전극 형성 공정은 전극을 평판형태로 만들어 주는 것이며, 베이스 마스크는 수정진동자 자체는 도전체가 아니므로 전기가 통하게 하기 위해 전극을 만들어 주는 과정에 사용되는 것으로 수정진동자의 크게에 맞는 마스크를 쓰워서 수정진동자의 중앙에만 전극을 형성하고 다른 곳에는 전극이 입혀지지 않도록 막기 위한 마스크이다.

종래의 베이스 전극 형성 공정 방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스 전극(base electrode)(10)을 길이 방향으로 형성하여 전극 접촉부(electrode attach part)(11)를 넓이(Width) 방향 한쪽 끝에 위치 시켰다. 이는 모서리(edge) 양쪽의 발진을 억제하고 발진(spurious) 효과를 줄이기에 적합한 구조이다. 그러나, 이로 인해 전극(10)의 연결 부위가 좁아져 전극간의 연결 부위가 자주 단락 되거나 미세한 틈(crack)으로 인해 발진 불량을 초래하는 등 여러 가지의 문제점이 있다.

또한, 패키지(package)와의 전기적 도통을 위한 에폭시(epoxy) 작업을 하게 되는데 이때 사용되는 에폭시가 좁은 연결 부위에 번지거나 밀착하여 두 전극의 단락(short)이 발생하는 문제점이 있다.

한편, TCXO 제품의 크기가 작아지면서 수정진동자는 원형에서 직사각형 형태로 그 형상이 바뀌고 있다. 이에 따라서 베이스 전극 형성 공정 방법도 원형이 아닌 길이 방향 쪽으로 실시하게 되었다.

이러한 방법은 베이스 전극 형성 공정을 하는 재료를 절약할 수 있는 장점이 있으나 베이스 전극(electrode)(10) 연결의 크기가 작아져 단선이 발생할 소지를 안고 있다. 또한, 전극을 형성하기 위한 베이스 전극 형성 공정 마스크의 크기도 전극 크기에 따르므로 이는 여러 번 증착 과정 도중에 막히는 현상이 발생하여 베이스 전극 형성 공정이 제대로 되지 않는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모서리 쪽의발진을 억제하기 위해 베이스 전극의 길이 방향의 중앙에서 길이 방향 끝까지 전극전촉부를 연결하고, 내부 특성값으로 수정진동자를 전자회로로 등가화 했을 때 나오는 수정진동자의 정전용량(motional capacitance)과, 수정진동자를 등가화 했을 때 나오는 수정진동자의 등가저항(Equivalent Series Resistance)에 영향을 주지 않으며 불량률을 현저히 감소시키는 TCXO용 수정진동자 베이스 전극 형성 방법을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 베이스 전극 형성(base plating)을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 베이스 전극 형성을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10 : 베이스 전극(base electrode),

11, 21 : 전극 접촉부(electrode attach part).

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, TCXO용 수정진동자의 베이스 전극 형성 공정에 있어서, 수정진동자의 중앙에 베이스 전극을 형성하고 상기 베이스 전극의 길이방향에 전극 접촉부를 형성하는 것을 특징으로 하며, 베이스 전극과 상기 전극 접촉부는 수정진동자에 베이스 마스크를 사용하여 길이 방향으로 상기 베이스 전극과 상기 전극접촉부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 베이스 전극 형성 공정을 도 2에 도시한 바와 같이, 베이스 전극(base electrode)(10)과 연결되는 전극 접촉부(electrode attach part)(21)를 길이(Longitudinal) 방향 한쪽에 위치 시키는 것이다.

본 발명은 TCXO용 수정 제품의 베이스 전극(10) 형성 공정을 위해 베이스 마스크를 사용한다. 베이스 마스크는 수정진동자 자체로는 도전체가 아니어서 전기가 통하게 하려면 전극을 만들어 주어야 한다. 베이스 전극(10)은 수정 진동자의 중앙에 위치해야 하며 전극이 만들어져야할 곳 이외에는 전극이 입혀지지 않도록 막기 위해 수정진동자의 크기에 맞는 베이스 마스크를 씌우고 베이스 전극(10)을 형성하는 것이다.

이때 베이스 마스크는 수정진동자의 구조에 따라 변화하며, 본 발명에서는 길이(longitudinal) 방향으로 전극접촉부(21)를 만들도록 고안된 베이스 마스크를 사용한다.

한편, 실장되는 수정진동자 시편의 크기는 장비에 따라 변화하며, 본 발명에서는 길이(longitudinal)는 2~5 mm, 넓이(width)는 3.0~1.0 mm, 두께(thickness)는 40~150 ㎛ 를 사용한다.

TCXO용 수정진동자에 베이스 전극(10)을 형성하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 판(plate) 형태의 수정진동자를 디자인된 치수 크기로 절단 가공하고, 준비된 수정진동자를 베이스 마스크에 조립한다. 다음에 N₂송풍기(blower)를 사용하여 표면에 붙은 이물질을 제거한다. 베이스 전극 형성 공정에 사용하는 장비로는 스퓨터(sputter) 또는 증발건조기(evaporator)로서 은, 니켈, 금, 알루미늄 등을 진공에서 고온으로 이온화 혹은 증기화시켜 전극을 형성시켜 주는 것이다.

베이스 전극(10) 형성 공정(base plating)을 하는 장비인 스퓨터 또는 증발건조기의 동작 조건으로 진공도는 10^-7torr이며, 사용하는 재료는 니켈(Ni)과 크롬(Cr)이며, 베이스 전극(10)의 두께는 1.27~8.89㎛ 사이이며, 베이스 전극 형성 시간은 최대 30분이다.

수정진동자의 중앙에 베이스 마스크를 사용하여 베이스 전극 형성 공정이 완료 후에 저장과 보존을 위해 180℃의 온도로 가열된 오븐에서 2시간을 넣어둔다.

이때 베이스 전극(10)과 연결되는 전극접촉부(21)는 종래와는 다르게 길이(L) 방향으로 형성되도록 베이스 전극(10) 공정을 수행한다.

최종 베이스 전극 형성 공정으로 산화 방지 공정을 실시하여 TCXO용 수정진동자에 베이스 전극을 형성하는 공정이 완료되는 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 TCXO용 수정진동자에 베이스 전극(10)을 형성하는 것으로, 절단 가공한 수정진동자의 시편에 베이스 마스크를 씌워서, 수정진동자의 중앙에 베이스 전극(10)을 형성하기 위해, 먼저 N₂송풍기를 사용하여 표면에 이물질을 제거하고, 베이스 전극(10)을 평판형태로 만들은 후에 저장 보존을 위해 180℃의 온도로 가열된 오븐에서 2시간을 가열하며, 최종 공정으로 산화방지를 실시하는 것이다.

또한, 본 발명은 TCXO용 수전진동자의 베이스 전극(10)의 형성 공정에서 베이스전극(10)의 길이 방향의 중앙으로부터 길이 방향 끝까지 전극접촉부(21)를 형성하여 모서리 양쪽의 발진을 억제하고, 베이스 전극의 연결부위가 넓어져서 전극간의 연결부위가 단락되거나, 미세한 틈(crack)으로 인하여 발생하는 발진불량을 차단한다.

이상과 같이, 본 발명은 베이스 전극의 길이 방향의 중앙에서 길이 방향 끝까지 전극접촉부를 연결하여 모서리 양쪽의 발진을 억제하고, 전극의 연결부위가 넓어져서 전극간의 연결부위가 단락되거나 미세한 틈(crack)으로 인한 발진불량이 제거되며, 패키지(package)와의 전기적 도통을 위해 에폭시 작업을 하는데 이때 사용되는 에폭시가 좁은 연결 부위에 번지거나 밀착하여 발생되는 두 전극의 단락현상을 방지하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. TCXO용 수정진동자의 베이스 전극 형성 공정에 있어서,

   상기 수정진동자의 중앙에 베이스 전극을 형성하고 상기 베이스 전극의 길이방향의 중앙에서 길이방향 끝까지 전극 접촉부를 형성하는 것을 특징으로 하는 온도 보상형 수정 발진기용 수정진동자의 베이스 전극 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전극 접촉부는 상기 베이스 전극의 길이방향 중앙에서 길이방향 끝까지 상기 전극 접촉부를 형성하도록 구비된 베이스 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 온도 보상형 수정 발진기용 수정진동자의 베이스 전극 형성 방법.