KR20030055681A

KR20030055681A - 온도보상형 수정발진기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20030055681A
Application number: KR1020010085734A
Authority: KR
Inventors: 김종태; 김형곤
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-04
Also published as: US6750729B2; US20030122631A1; CN1428928A; CN1228915C; JP2003198254A

Abstract

본 발명은, 수정진동편을 구비한 패키지의 기판 하면에 온도보상회로배선을 구성하는 도전성 패턴과, 각 코너부에 수직구조물로 이루어진 외부단자부와, 하면에 실장된 온도보상회로용 부품과, 그 기판의 하면 전체를 수지로 도포하여 상기 부품을 패키징하는 수지몰딩부로 이루어진 온도보상형 수정발진기를 제공한다.

본 발명의 온도보상형 수정발진기에서는, 종래의 온도보상형 수정발진기에서 활용되지 않았던 수정진동편 패키지 기판의 하면공간을 부품실장영역으로 활용함으로써 온도보상회로용 부품의 실장에 따른 추가적인 인쇄회로기판을 사용하지 않을 뿐만 아니라, 수정진동편 패키지의 면적에 대응하는 크기로 소형화시킬 수 있다.

Description

온도보상형 수정발진기 및 그 제조방법{TEPERATURE COMPENSATED CRYSTAL OSCILLATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 온도보상형 수정발진기에 관한 것으로, 특히 수정진동편을 포함하는 패키지기판의 하면을 부품실장공간으로 활용함으로써 제품의 소형화를 실현할 수 있는 온도보상형 수정발진기에 관한 것이다.

수정진동자를 이용한 수정 발진기는 이동통신단말기 간의 신호의 전송 및 수신을 제어하기 위한 발진주파수를 생성하기 위한 필수적인 부품으로서, 다른 발진기에 비해 주파수 안정도가 우수하다. 하지만, 수정진동자는 주위 온도에 따라 발진주파수가 변동되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해서, 수정 발진기는 수정진동자의 온도특성에 따른 주파수변동을 보상하기 위한 소정의 부품을 추가적으로 구비한다. 이를 온도보상형 수정발진기(Temperature Compensated Crystal Oscillator: TCXO)라 한다.

상기 TCXO의 온도보상회로는, 일반적으로 써미스터의 저항값 변화를 이용한 온도검출회로와, 그 저항값의 변화로 전압을 제어하는 제어전압발생회로와, 제어된 전압으로 캐패시턴스값을 조절하여 주파수를 조정하는 주파수조정회로로 이루어져 있다. 상기 온도보상회로가 구현된 형태에 따라, TCXO는 집적회로(IC)칩을 이용하는 단일칩형(one chip type)과, 압전소자, 집적회로, 캐패시터, 인덕터 및 저항 등의 부품들을 실장한 분산형(discrete type)으로 나뉜다.

일반적으로, 분산형 TCXO는 단일칩형에 비해 위상 노이즈(phase noise)특성 측면에서 우수하나, 여러 부품을 실장해야 하므로, 소형화가 곤란하다는 문제가 있다. 따라서, 분산형 TCXO는 우수한 특성에도 불구하고 큰 사이즈로 인해 이동통신단말기에 채용되는데 큰 제약이 따른다.

도1a 및 1b는, 종래의 분산형 TCXO(100)를 나타내는 정면도 및 측면도이다. 도1a와 같이, 분산형 TCXO(100)는 인쇄회로기판(101) 상면에 수정진동편 (CRYSTAL, 103)패키지가 배치되고, 그 양단에 복수개의 온도보상회로용 부품(105)이 배열되는 구조를 갖는다. 도1b를 참조하면, 수정진동편 패키지(103)에 비해 낮은 높이를 갖는 복수개의 부품(105)이 배열된 것을 볼 수 있다.

이러한 온도보상용 부품(105)은 일반적으로 수정발진기(100)의 크기(5.0 ×3.2 mm²또는 4.7×2.9 mm²)보다 약 2-3배정도 큰 면적을 점유한다. 따라서, TCXO에 채용되는 인쇄회로기판(101)은 수정발진기보다 훨씬 큰 면적이 요구되어, 최종 제품의 크기(예, 7.0 ×5.2 mm²이상)도 커지게 된다.

이와 같이, 종래의 온도보상형 수정발진기는 온도보상회로용 부품의 실장공간으로 인해, 소형화에 큰 제약이 따라 왔다. 이는 결국 분산형 TCXO가 이동통신단말기에 적극적으로 채용되지 못하는 문제를 야기하게 되었다.

따라서, 당 기술분야에서는, 온도보상회로용 부품을 실장공간을 최소화한 소형화된 온도보상형 수정발진기와 그 제조방법이 강하게 요구되어 왔다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 수정진동편을 포함하는 패키지 기판의 하면에 회로배선을 위한 도전성패턴을 형성하고 각 코너부분에 외부단자부를 설치한 후에 나머지 하면에 온도보상회로용 부품을 실장시킴으로써 공간활용도를 높힌 소형화된 온도보상형 수정발진기를 제공하는데 있다.

도1a 및 1b는 종래의 분산형 TCXO를 나타내는 정면도 및 측면도이다.

도2는 종래의 수정진동편을 포함하는 패키지구조를 나타내는 측단면도이다.

도3a 및 3b는 본 발명의 일실시형태에 따른 TCXO의 측단면도 및 저면도이다.

도4a는 본 발명의 다른 일실시형태에 따른 TCXO의 분해사시도이다.

도4b는 도4a에 따라 완성된 TCXO의 사시도이다.

도5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 TCXO의 저면도이다.

도6a 내지 6e은 본 발명에 따른 TCXO의 제조방법을 설명하기 위한 단계별 공정도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

30: 수정진동편 패키지31: 패키지 기판

42,43,44,45: 외부단자 47: 온도보상회로용 부품

49: 수지몰딩부

본 발명은, 상면에 수정진동편이 배치된 기판을 포함하는 수정진동편 패키지와, 상기 기판의 하면에 부품실장과 외부단자를 형성하기 위한 도전성 패턴과, 상기 외부단자형성을 위한 도전성 패턴에 배치된 온도보상회로용 부품과,상기 부품실장영역을 위한 도전성 패턴에 각각 형성된 소정의 높이를 갖는 수직구조물로 이루어지며 상기 도전성 패턴을 외부장치에 연결하기 위한 외부단자부와, 상기 기판의 하면에 형성되어 상기 온도보상회로용 부품을 패키징하기 위한 수지몰딩부를 포함하는 온도보상형 수정발진기를 제공한다.

또한, 본 발명의 일실시형태에서는, 상기 각각의 외부단자부를 수평방향의 단면이 사각형인 구조로 형성하여, 상기 외부단자부가 형성된 코너부를 제외한 상기 기판의 하면이 십자형 영역으로 제공할 수 있다.

이와 달리, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 상기 각각의 외부단자부를 수평방향의 단면이 삼각형인 구조로 형성하여, 상기 외부단자부가 형성된 코너부를 제외한 상기 기판의 하면은 육각형 영역으로 제공할 수도 있다. 본 실시형태는 상기 기판 하면의 부품실장영역을 비교적 넓게 확보할 수 있다는 잇점이 있다.

나아가, 부품의 실장시 기판의 하면을 보다 효율적으로 활용하기 위해서, 상기 온도보상회로용 부품 중 적어도 하나는 상기 기판의 한 변을 따라 형성된 두 개의 외부단자부 사이에 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 적어도 상기 온도보상회로용 부품의 실장높이보다 높게 외부단자를 형성하며, 상기 수지몰딩부도 상기 외부단자가 노출되고 상기 온도보상회로용 부품이 완전히 도포되도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 상면에 수정진동편이 배치된 기판을 포함하는 수정진동편 패키지을 마련하는 단계와, 상기 수정진동편 패키지의 기판 하면에 부품실장과 외부단자의 형성을 위한 도전성 패턴을 형성하는 단계와, 상기 도전성 패턴을 따라 형성된 부품실장영역에 온도보상회로용 부품을 배치하는 단계와, 상기 도전성 패턴에 따라 형성된 외부단자영역에 소정의 높이를 갖는 수직구조물로 복수개의 외부단자부를 형성하는 단계와, 상기 기판 하면에 형성되어 상기 온도보상회로용 부품을 보호하기 위해 수지로 몰딩하는 단계를 포함하는 온도보상형 수정발진기 제조방법을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도2는 본 발명에 채용되는 수정진동편 패키지(20)의 일 형태를 나타내는 단면도이다. 도2와 같이, 수정발진기를 구성하는 수정진동편 패키지(20)는 수정진동편(25)이 배치된 상면을 갖는 세라믹기판(21)으로 이루어져 있다. 상기세라믹기판(21)의 상면에는 금속덮개(23)가 형성되어 있다. 상기 금속덮개(23)는 수정진동편(21)을 외부에서 발생되는 전기적, 기계적 영향으로부터 보호하기 위함이다.

또한, 상기 수정진동편의 일단은 도전성 접착물(25)로 제1 범프(26)에 고정하며, 그 타단은 제2 범프(27)에 걸쳐 발진작동이 가능하도록 설치되어 있다. 또한, 상기 제1 범프(26)는 그 하부에 형성되어 외부장치와 연결할 수 있는 도전성 비아홀(24)과 접속되어 있다.

이러한 수정진동편 패키지(20)는 일반적으로 사용되는 형태로서 본 발명에서 채용될 수 있는 일 형태일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉, 본 발명에서는 수정진동편이 상면에 배치된 기판(21)을 구비한다면 어떤 다른 형태로 이루어져도 충분히 적용될 수 있다.

도3a 및 3b는 각각 본 발명의 일실시형태에 따른 측단면도 및 저면도이다. 도3a에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 온도보상형 수정발진기는 상부에 수정진동편 패키지(30)가 위치하고 상기 수정진동편 패키지(30)는 그 하부에 패키지 기판(31)을 구비하고 있다. 상기 기판(31)의 하면은 도전성 패턴(미도시)으로 온도보상회로 및 외부장치와 연결을 위한 소정의 배선을 형성되어 있다.

상기 기판(31) 하면의 코너부에는 외부장치와 연결하기 위한 4개의 외부단자(42-45)를 구비한다. 상기 외부단자(42-45)는 소정의 높이를 갖는 수직구조물로 형성한다. 이러한 외부단자(42-45)가 형성된 부분을 제외한 기판(31)의 하면에는 온도보상회로용 부품(47)이 실장된다.

또한, 상기 부품(47)이 실장된 영역에는 통상의 수지, 예들 들면 열경화성 수지, 열가소성수지 또는 에폭시 수지 등으로 수지몰딩부(49)를 형성하여 실장된 부품을 패키징한다. 이때, 상기 외부단자(42-45)의 높이는 실장할 부품(47)의 높이보다 크게 형성하는 것이 바람직하며, 수지몰딩부(49)의 형태는 상기 4개의 외부단자(42-45)의 끝면이 형성하는 수평면과 일치하도록 형성하는 것이 바람직하다.

도3b는 도3a의 온도보상형 수정발진기를 나타내는 저면도이다. 도3b를 참조하면, 본 발명에서 제안되는 수정진동편 패키지 기판(31)의 하면활용방안에 대해 보다 완전하게 이해할 수 있을 것이다.

상기 패키지 기판(31)의 하면의 코너부에는 4개의 외부단자(42-45)가 각각 형성되어 있다. 본 실시형태에서 채용되는 외부단자(42-45)는 수평방향으로 본 단면이 직사각형이 마련하여 각 코너부에 배치함으로서 나머지 하면공간이 십자형을 이루도록 한다. 하면공간을 십자형으로 형성하는 것은 가능한 넓은 부품실장영역을 확보하기 위한 것이다. 이와 같이 마련된 하면의 부품실장영역에 필요한 온도보상회로용 부품(47)이 실장되어 있다. 이 때, 외부단자가 각 코너부에 배치되어 하면공간이 십자형으로 제공되므로, 한변을 공유하는 두 개의 외부단자(43,44) 사이의 공간에도 부품(47a)을 실장할 수도 있다.

상기 온도보상회로용 부품으로는 단일한 IC칩이 사용될 수 있으나, 분산형 TCXO형태로 압전소자, 캐패시터, 인덕터 및 저항 등으로 이루어진 복수개의 부품으로도 구성될 수도 있다.

또한, 부품이 실장된 하면에는 수지를 이용하여 몰딩부(49)를 형성한다. 상기 수지몰딩부(49)는 각 코너에 형성된 4개의 외부단자(42-45)에 의해 보다 안정적으로 지지되며, 실장된 부품(47)을 외부의 충격으로부터 보호한다.

상기 설명한 바와 같이, 종래의 온도보상형 수정발진기에서는, 단순히 다른 기판과 결합면에 불과했던 수정진동편 패키지 기판(31)의 하면에 소정의 회로배선을 위한 도전성패턴을 형성하고, 각 코너부에 4개의 외부단자(42-45)를 수직구조물로 형성함으로써 온도보상회로용 부품(47)의 실장영역으로 활용하고 있다.

따라서, 도1a에 도시된 종래의 수정발진기의 경우에는, 온도보상회로용 부품들을 수정진동편 패키지와 함께 하나의 큰 기판 상에 수평적으로 배치하여, 결과적으로 TCXO의 면적이 수정진동편 패키지 면적의 3배이상으로 커지게 되는 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 온도보상형 수정발진기는 상기 설명한 바와 같이 패키지 기판의 하면을 활용함으로써 부품실장을 위한 추가적인 인쇄회로기판을 요구하지 않아, 비용의 감소와 제품의 소형화를 동시에 달성할 수 있다.

도4a는 본 발명의 다른 일실시형태에 따른 TCXO의 분해사시도이다. 도4a를 참조하면, 수정진동편 패키지(50)의 기판(51) 하면에 형성된 도전성패턴(56)과 그패턴(56)에 따라 실장된 부품(57)이 구비되어 있다. 본 실시형태에서는 외부단자(62,63,64,65)를 형성하기 위해 추가적인 PCB기판(61)을 이용한다. 즉, 수정진동편 패키지(50)와 거의 동일한 크기의 PCB기판(61) 상의 각 코너부에 외부단자를 형성하고, 이를 해당위치에 배치한 후에 외부단자(62,63,64,65)로부터 PCB기판(61)을 제거하는 방식으로 이루어진다. 이로써, 부품이 실장된 기판(51) 하면의 각 코너부에 외부단자부(62,63,64,65)가 형성된다. 도4b는 이러한 방법으로 완성된 TCXO의 사시도를 나타낸다.

도4b를 참조하면, 도4a에 도시된 방법으로 외부단자(62,63,65)를 수정진동편 패키지 기판 하면에 설치한 후에, 그 하면에 수지몰딩부(69)를 형성함으로써 완성된 예를 도시하고 있다.

또한, 본 발명에서는 다수개의 부품을 실장하고자 하는 경우에 패키지 기판의 하면에 충분한 공간을 확보하는 것이 중요하다. 이를 위해서, 외부단자의 형상을 변경할 수도 있다.

도5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 온도보상형 수정발진기의 저면도이다. 상기 온도보상형 수정발진기는 부품실장공간을 확보하기 위해 외부단자(152-155)를 단면이 삼각형이 되도록 변경하여 8각형의 실장영역을 제공하고 있다. 본 실시형태에서는, 도3b에 도시된 외부단자의 단면적보다 반으로 크기를 감소시켜 그에 해당하는 면적(152a-155a)을 부품실장영역으로 더 확보할 수 있다. 다른 실시형태에서는 이러한 단자부의 위치까지도 다양하게 변형될 수 있다.

우선, 도6a과 같이, 상면에 수정진동편이 배치된 기판(101a)을 포함하는 수정진동편 패키지(101)을 마련한다.

이어, 도6b에서는, 상기 수정진동편 패키지를 뒤집어, 상기 기판(201a)의 하면에 부품실장과 외부단자의 형성을 위한 도전성 패턴(202,203,204,205 및 207)을 형성한다. 도6b에 도시된 도전성 패턴에 따라 복수개의 온도보상형 부품을 실장하기 위한 영역과 외부단자형성영역이 정해진다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 기판 하면의 네 코너부에 각각 외부단자형성을 위한 패턴(202,203,204,205)을 형성하고, 그 사이 또는 중심부에 부품을 실장하기 위한 패턴(207)을 형성한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 앞서 설명한 바와 같이, 다양한 구조적인 변형이 가능하다.

다음으로, 도6c와 같이, 상기 도전성 패턴(207)을 따라 형성된 부품실장영역에 온도보상회로용 부품(217)을 배치하고나서, 도6d와 같이, 상기 도전성 패턴(202,203,204,205)에 따라 형성된 외부단자영역에 소정의 높이를 갖는 수직구조물로 4개의 외부단자부(212,213,214,215)를 형성한다. 이와 같이, 주로 코너부에 배치되는 외부단자부(212,213,214,215)를 먼저 형성한 경우에는, 부품실장공정이 장애가 될 수 있으므로, 부품(217)을 실장한 후에 외부단자부(212,213,214,215)를 형성한다. 따라서, 일반적인 기판에 캐비티를 형성하여 부품실장하는 방식에서 문제되는 부품실장의 곤란함 없이, 용이하게 부품실장공정을 수행할 수 있다.

끝으로, 도6e와 같이, 상기 기판 하면에 형성되어, 상기 온도보상회로용 부품(217)을 보호하기 위한 수지몰딩부(219)를 형성한다. 이 때에 상기 외부단자부는 수지몰딩부를 형성하기 위한 골격역할을 하여 구조적으로 안정되게 형성할 수 있다. 특히, 본 실시예와 같이, 외부단자부가 4개로 각 코너에 형성된 경우에 수지몰딩부는 구조적으로 보다 안정될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 온도보상형 수정진동자는 종래의 사용되지 않았던 수정진동편 패키지 기판의 하면을 부품실장공간으로 활용함으로써 온도보상회로용 부품의 실장에 따른 추가적인 인쇄회로기판을 사용하지 않을 뿐만 아니라, 수정진동편 패키지의 면적에 대응하는 소형화된 크기의 TCXO를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법에서는 상기 장점과 더불어 캐비티를 형성하여 부품을 실장하는 방식과 달리, 부품실장을 외부단자형성보다 우선하여 실시할 수 있으므로, 보다 용이하게 부품을 실장할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

상면에 수정진동편이 배치된 기판을 포함하는 수정진동편 패키지;

상기 기판의 하면에 부품실장과 외부단자를 형성하기 위한 도전성 패턴;

상기 도전성 패턴에 따라 형성된 부품실장영역에 상기 도전성 패턴을 따라 배치된 온도보상회로용 부품;

상기 도전성 패턴에 따라 형성된 외부단자형성영역에 각각 마련된 소정의 높이를 갖는 수직구조물로 이루어지며, 외부장치에 연결하기 위한 외부단자부; 및

상기 기판 하면에 형성되어, 상기 온도보상회로용 부품을 보호하기 위한 수지몰딩부를 포함하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 외부단자를 형성하기 위한 도전성 패턴은 상기 기판하면의 각 코너부에 마련된 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 외부단자부는 적어도 상기 온도보상회로용 부품의 실장높이보다 높은 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 수지몰딩부는 상기 외부단자가 노출되고 상기 온도보상회로용 부품이 완전히 도포되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 각각의 외부단자부는 수평방향의 단면이 사각형인 구조이며,

상기 외부단자부가 형성된 코너부를 제외한 상기 기판의 하면은 십자형의 공간으로 제공되는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 각각의 외부단자부는 수평방향의 단면이 삼각형인 구조이며,

상기 외부단자부가 형성된 코너부를 제외한 상기 기판의 하면은 육각형의 공간으로 제공되는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도보상회로용 부품 중 적어도 하나는 상기 기판의 한 변을 따라 형성된 두 개의 외부단자부 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
상면에 수정진동편이 배치된 기판을 포함하는 수정진동편 패키지을 마련하는 단계;

상기 수정진동편 패키지의 기판 하면에 부품실장과 외부단자의 형성을 위한도전성 패턴을 형성하는 단계;

상기 도전성 패턴을 따라 형성된 부품실장영역에 온도보상회로용 부품을 배치하는 단계;

상기 도전성 패턴에 따라 형성된 외부단자영역에 소정의 높이를 갖는 수직구조물로 복수개의 외부단자부를 형성하는 단계; 및

상기 기판 하면에 형성되어, 상기 온도보상회로용 부품을 보호하기 위해 수지로 몰딩하는 단계를 포함하는 온도보상형 수정발진기 제조방법
제8항에 있어서,

상기 도전성 패턴을 형성하는 단계에서 상기 외부단자를 형성하기 위한 도전성 패턴은 상기 기판하면의 각 코너부에 형성되는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 외부단자부의 높이는 적어도 상기 온도보상회로용 부품의 실장높이보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 수지몰딩부는 상기 외부단자가 노출되고 상기 온도보상회로용 부품이 완전히 도포되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 각각의 외부단자부는 수평방향의 단면이 사각형인 구조로 각 코너부에 형성되는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 각각의 외부단자부는 수평방향의 단면이 삼각형인 구조로 각 코너부에 형성되는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제8항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 온도보상회로용 부품 중 적어도 하나는 상기 기판의 한 변을 따라 형성된 두 개의 외부단자부 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.