KR20070093136A - 압전 발진 소자 및 그것을 이용한 압전 발진 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 압전 발진 소자(1)는 압전 기판(10)과, 압전 기판(10)의 한쪽의 주면에 형성된 제 1 도체막(21)과, 다른쪽의 주면에 형성된 제 2 도체막(22)과, 압전 기판(10)의 측면에 형성된 접지 단자(31a, 31b)를 갖는다.
압전 기판(10)의 주면에 형성된 제 1, 제 2 도체막(21, 22)과, 그 측면에 형성된 접지 단자(31a, 31b) 사이에 각각 소정의 용량을 형성하고 있다. 동일 주면 상에 전극끼리를 근접 배치해서 용량을 형성한 경우에 비해서, 보다 큰 용량을 형성할 수 있고, 제 1, 제 2 도체막(21, 22) 사이에 발생하는 두께 진동에 악영향을 주지 않는다.
압전 발진 소자, 압전 발진 부품
Description
본 발명은 부하 용량을 내장한 소형이며, 고성능인 압전 발진 소자 및 그것을 이용한 압전 발진 부품에 관한 것이다.
종래부터, 통신 기기나 전자 기기에는 마이크로 컴퓨터가 널리 이용되고 있고, 이러한 마이크로 컴퓨터의 클록원으로서 부하 용량을 내장한 압전 발진 소자가 주목받고 있다. 이 압전 발진 소자는 압전 진동 소자의 입력단 및 출력단과 접지 전위 사이에 부하 용량을 접속한 구조를 갖고 있다.
이러한 압전 발진 소자로서는 압전 기판의 동일 주면 상에 진동 전극과 용량 전극을 형성하고, 진동 전극과 용량 전극 사이에 용량을 형성한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조). 상기 용량 전극은 압전 기판의 측면에 설치된 접지 전극에 접속되어 있다.
이러한 구조로 함으로써, 용량을 형성하기 위한 콘덴서 기판을 적층해서 설치할 필요가 없어져 압전 발진 소자를 박형화하는 것이 가능해진다.
특허문헌1: 일본 특허 공개 평3-52312호 공보
그러나, 상술한 종래의 압전 발진 소자에 있어서는 압전 기판의 동일 주면 상에 형성된 진동 전극과 용량 전극 사이에서 용량을 형성하기 때문에, 두께 진동이 발생하는 영역과, 용량이 발생하는 영역이 근접하고 있다.
이 때문에 용량이 발생하는 영역의 전장이 압전 기판의 두께 진동이 발생하는 영역의 전장에 영향을 미쳐 두께 진동을 억제하고, 공진 특성을 열화시켜 버릴 우려가 있다.
본 발명의 목적은 부하 용량을 내장한 압전 발진 소자에 있어서, 두께 진동의 공진 특성이 우수함과 아울러, 불필요한 진동의 발생이 억제된 소형이며 박형의 압전 발진 소자 및 그것을 이용한 압전 발진 부품을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 압전 발진 소자는 압전 기판과, 상기 압전 기판의 한쪽의 주면에 형성되는 제 1 도체막과, 상기 압전 기판의 다른쪽의 주면에 형성되는 제 2 도체막과, 상기 압전 기판의 측면에 형성된 접지 단자를 갖고, 상기 제 1, 제 2 도체막과, 상기 접지 단자 사이에 각각 소정의 용량이 형성되어 있는 것이다.
이 구조이면, 압전 기판의 한쪽 주면에 형성된 제 1 도체막과, 측면에 형성된 접지 단자 사이에서 용량(커패시턴스)을 형성하고, 압전 기판의 다른쪽 주면에 형성된 제 2 도체막과 측면에 형성된 접지 단자 사이에서 용량을 형성한다. 따라서, 전극의 가장 근접하는 단부끼리의 갭이 동일하다고 상정한 경우, 동일 주면상의 전극끼리를 근접 배치해서 용량을 형성한 경우에 비해서, 보다 큰 용량을 형성할 수 있다. 또한 제 1, 제 2 도체막과 접지 단자가 압전 기판을 사이에 두고 면 대향하지 않으므로, 이들 사이에 두께 진동이 거의 여기되지 않는다. 따라서, 제 1, 제 2 도체막 사이에 발생하는 원하는 두께 진동에 악영향을 미치지 않으므로 발진의 안정성을 손상시키는 일이 없다.
또한, 본 발명의 압전 발진 소자는 압전 기판의 측면에 상기 접지 단자를 끼우도록 제 1, 제 2 입출력 단자를 형성하고, 제 1 도체막과 제 1 입출력 단자, 및 제 2 도체막과 제 2 입출력 단자를 접속하고 있다.
따라서, 제 1, 제 2 입출력 단자와 접지 단자 사이에서 용량이 발생하게 되어, 발진에 필요한 부하 용량을 효율적으로 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 압전 발진 소자는 상기 제 1 도체막은 제 1 진동 전극과 제 1 용량 전극을 갖고, 상기 제 2 도체막은 제 2 진동 전극과 제 2 용량 전극을 갖고, 상기 제 1, 제 2 진동 전극은 상기 압전 기판을 통해 서로 대향한다는 구조를 갖고 있다.
이것에 의해, 상기 제 1, 제 2 진동 전극이 서로 대향하는 영역에 있어서, 두께 진동을 발생시킬 수 있음과 아울러, 진동 영역으로부터 떨어진 곳에서 용량 전극과 접지 단자 사이에 용량을 형성하는 것이 가능해지고, 용량 전극과 접지 단자 사이에서 형성되는 전계가 진동 영역에 있어서의 원하는 두께 진동을 억제하고, 공진 특성을 열화시켜 버린다는 문제를 유효하게 방지할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에 위치하는 상기 압전 기판 상에 절연체가 피착되어 있어도 좋다. 상기 제 1, 제 2 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에서 전기적인 쇼트가 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 이것에 의해 제 1, 제 2 용량 전극과 접지 단자의 간격을 좁히는 것이 가능해져, 큰 용량을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 압전 발진 소자에 있어서, 상기 압전 기판을 통해 상기 제 1 용량 전극과 대향하는 영역에 전극이 형성되어 있지 않고, 또한, 상기 압전 기판을 통해 상기 제 2 용량 전극과 대향하는 영역에 전극이 형성되어 있지 않은 것이 바람직하다. 즉, 용량 전극은 압전 기판을 통해 대향하는 전극을 갖지 않는다.
이 때문에 대향 영역의 중심부가 가장 크게 진동하여, 대향 영역으로부터 벗어나 외측에 어느 정도 진동은 작아진다. 대향 영역으로부터 벗어난 영역에 용량 전극과 접지 전극으로 용량을 형성하므로 이 떨어진 영역에 전계가 발생해도, 그것이 대향 영역에 있어서의 두께 진동을 억제하는 일이 없다.
상기 압전 기판을 통해 상기 제 1 용량 전극과 대향하는 영역에 제 1 보조 용량 전극을 형성하고, 상기 압전 기판을 통해 상기 제 2 용량 전극과 대향하는 영역에 제 2 보조 용량 전극을 형성한 구조를 채용해도 좋다. 이것에 의해 제 1, 제 2 용량 전극과 접지 단자 사이에 더 큰 용량을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 이 경우, 제 1 보조 용량 전극은 제 1 용량 전극과 기본적으로 전위가 다르지 않고, 제 2 보조 용량 전극은 제 2 용량 전극과 기본적으로 전위가 다르지 않도록 하고 있다. 이렇게 다르지 않은 전위로 하면, 제 1 보조 용량 전극과 제 1 용량 전극 사이에 전계가 발생하는 일은 없고, 제 2 보조 용량 전극과 제 2 용량 전극 사이에 전계가 발생하는 일도 없다. 따라서, 상기 제 1, 제 2 진동 전극이 서로 대향하는 영역에 발생하는 두께 진동이 억제되는 일은 없어진다.
또한, 상기 제 1, 제 2 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에 위치하는 상기 압전 기판 상에 절연체가 피착되고, 상기 제 1, 제 2 보조 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에 위치하는 상기 압전 기판 상에 절연체가 피착되어 있는 구조를 채용해도 좋다. 이것에 의해 상기 제 1, 제 2 용량 전극 및 상기 제 1, 제 2 보조 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에서 전기적인 쇼트가 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 이것에 의해 제 1, 제 2 용량 전극과 접지 단자의 간격, 상기 제 1, 제 2 보조 용량 전극과 접지 단자의 간격을 좁힐 수 있어, 큰 용량을 형성하는 것이 가능해진다.
상기 접지 단자가 도전성을 갖는 탄성체로 이루어지는 것이여도 좋다. 용량 전극이나 보조 용량 전극과 접지 단자 사이에 발생하는 전계에 의해 발생하는 불필요한 진동을, 탄성을 갖는 접지 단자에 의해 효과적으로 덤핑(제진)시키는 것이 가능해지고, 불필요한 진동에 의해 발생하는 스퓨리어스에 의해 발진의 안정성이 손상되어 버리는 문제를 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 도체막의 일부를 피복하는 제 1 유전체층과, 상기 제 2 도체막의 일부를 피복하는 제 2 유전체층을 더 갖고, 상기 접지 단자는 상기 제 1 유전체층을 통해 상기 제 1 도체막과 대향하는 제 1 접지 전극과, 상기 제 2 유전체층을 통해 상기 제 2 유전체층에 대향하는 제 2 접지 전극에 접속되어 있는 것이여도 좋다.
이 구조에 의하면, 제 1 유전체층을 통해 제 1 도체막과 제 1 접지 전극이 대향하고, 제 2 유전체층을 통해 제 2 도체막과 제 2 접지 전극이 대향하도록 했다. 따라서, 제 1, 제 2 유전체층을 고유전율의 유전체 재료를 이용해서 두께를 얇게 형성함으로써, 제 1 도체막과 제 1 접지 전극 사이, 및 제 2 도체막과 제 2 접지 전극 사이에 큰 용량을 용이하게 형성하는 것이 가능해진다. 또한, 제 1 도체막과 제 1 접지 전극 사이에 발생하는 전계의 대부분은 제 1 유전체층 중에 존재하고, 제 2 도체막과 제 2 접지 전극 사이에 발생하는 전계의 대부분은 제 2 유전체층 중에 존재하므로, 압전 기판 중으로의 전계의 누설이 거의 없다. 그러므로, 압전 기판을 사이에 두고 제 1, 제 2 진동 전극이 대향하는 진동 영역으로 전계가 누설되는 것을 유효하게 억제할 수 있다.
상기 제 1 도체막은 제 1 진동 전극과 제 1 용량 전극을 갖고, 상기 제 2 도체막은 제 2 진동 전극과 제 2 용량 전극을 갖고, 상기 제 1, 제 2 진동 전극은 상기 압전 기판을 통해 서로 대향하는 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 제 1 유전체층은 상기 제 1 용량 전극의 일부를 피복하고, 상기 제 2 유전체층은 상기 제 2 용량 전극의 일부를 피복한다는 구조로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압전 기판의 한쪽 주면의 상기 제 1 용량 전극과 상기 압전 기판의 측단부 사이에 접지 단자에 접속되는 제 1 보조 접지 전극을 형성하고, 상기 압전 기판의 다른쪽 주면의 상기 제 2 용량 전극과 압전 기판의 측단부 사이에 접지 단자에 접속되는 제 2 보조 접지 전극을 형성해도 좋다. 이 구조이면, 제 1 용량 전극과 제 1 접지 전극 사이에 가능한 용량에 추가해서, 상기 제 1 용량 전극과 상기 제 1 보조 접지 전극 사이에도 용량이 가능하다. 상기 제 2 용량 전극과 상기 제 2 접지 전극 사이에 가능한 용량에 추가해서, 상기 제 2 용량 전극과 상기 제 2 보조 접지 전극 사이에도 용량이 가능하므로 전체적으로 용량을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 압전 발진 소자는 상기 제 1 접지 전극의 적어도 일부, 및 상기 제 2 접지 전극의 적어도 일부를 피복하도록 절연판이 피착되어 있어도 좋다. 이 절연체의 장착에 의해 제 1, 제 2 용량 전극과 제 1, 제 2 접지 전극의 전기적인 쇼트의 발생을 억제할 수 있다.
상기 절연판은 상기 제 1, 제 2 진동 전극을 둘러싸는 개구부를 갖는 것이면, 이 절연체에 의해 진동 공간을 확보할 수 있어 우수한 공진 특성을 갖는 압전 발진 소자를 얻을 수 있다.
본 발명의 압전 발진 부품은 상술한 구조를 갖는 압전 발진 소자를 그 상하에 설치된 보호 기판으로 끼운 구조를 갖는 것이다. 이렇게, 압전 발진 소자를 보호 기판으로 기밀 밀봉함으로써, 신뢰성이 우수한 압전 발진 부품을 제작할 수 있다.
더욱 구체적으로는 상기 제 1 도체막은 제 1 진동 전극과 제 1 용량 전극을 갖고, 상기 제 2 도체막은 제 2 진동 전극과 제 2 용량 전극을 갖고, 상기 압전 발진 소자의 상하면을 상기 제 1, 제 2 진동 전극을 둘러싸도록 개구부가 형성된 절연판으로 끼우고, 그 절연판을 통해 상기 압전 발진 소자의 상하면에 보호 기판을 피착해서 이루어지는 것이다. 이 구성을 채용함으로써, 소형이며 전기 특성이 우수함과 아울러, 신뢰성이 우수한 압전 발진 부품을 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서의 상술한, 또는 또 다른 이점, 특징 및 효과는 첨부 도면을 참조해서 다음에 서술하는 실시형태의 설명에 의해 명백하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 동평면도이다.
도 3은 동A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 압전 발진 소자의 등가 회로도이다.
도 5는 절연체를 피착시킨 본 발명의 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다.
도 6은 동평면도이다.
도 7은 동B-B 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다.
도 10은 동C-C 단면도이다.
도 11은 절연체를 피착시킨 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다.
도 12는 동D-D 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 부품을 나타내는 외관 사시도이다.
도 14는 아래에서 본 평면도이다.
도 15는 압전 발진 부품의 분해 사시도이다.
도 16은 압전 발진 부품의 분해 사시도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다.
도 18은 동평면도이다.
도 19는 동E-E 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다,
도 21은 동평면도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다.
도 23은 동평면도이다.
도 24는 동F-F 단면도이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이다.
도 26은 동평면도이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 부품을 나타내는 외관 사시도이다.
도 28은 아래에서 본 평면도이다.
도 29는 압전 발진 부품의 분해 사시도이다.
도 30은 압전 발진 부품의 분해 사시도이다.
도 31은 변형예에 따른 압전 발진 소자의 평면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 … 압전 발진 소자 5 … 압전 발진 부품
10 … 압전 기판 21a … 제 1 진동 전극
22a … 제 2 진동 전극 21b … 제 1 용량 전극
22b … 제 2 용량 전극 21c, 22c … 접속 전극
21d, 22d … 용량 전극 23a, 23b … 보조 용량 전극
24a, 24b … 절연체 31a … 접지 단자
31b … 접지 단자 31c … 제 1 접지 전극
31d … 제 2 접지 전극 31e … 제 1 보조 접지 전극
31f … 제 2 보조 접지 전극 32a, 32b … 제 1 입출력 단자
33a, 33b … 제 2 입출력 단자 35a … 제 1 유전체층
35b … 제 2 유전체층 40a, 40b … 절연판
41a, 41b … 개구부 50a, 50b, 50c … 보호 기판
60a, 60b, 60c … 외부 전극
이하, 본 발명의 압전 발진 소자를 첨부 도면에 기초해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이며, 도 2는 위에서 본 평면도, 도 3은 A-A 단면도이다.
압전 발진 소자(1)는 압전 기판(10)과, 압전 기판(10)의 한쪽의 주면에 피착한 제 1 도체막(21)(도면에 21a, 21b, 21c로 나타내어지는 것의 총합체를 말함)과, 압전 기판(10)의 다른쪽의 주면에 피착한 제 2 도체막(22)(도면에 22a, 22b, 22c로 나타내어지는 것의 총합체를 말함)과, 압전 기판(10)의 측면에 피착한 접지 단자(31a, 31b)와, 마찬가지로 압전 기판(10)의 측면에 피착한 제 1 입출력 단자(32a, 32b) 및 제 2 입출력 단자(33a, 33b)를 갖는다.
압전 기판(10)은 티탄산 지르콘산납(PZT), 티탄산납(PT), 니오브산 나트륨·칼륨(Na1-xKxNbO3), 비스무트층상 화합물(예: MBi4Ti4O15, M: 2가의 알칼리토류 금속 원소) 등을 기재로 하는 압전 세라믹스나, 수정, 탄탈산 리튬 등의 압전 단결정으로 이루어진다. 소형이며 회로 기판에의 실장성이 우수하다는 점에서 길이가 0.6㎜~5㎜, 폭이 0.3㎜~5㎜, 두께가 40㎛~1㎜인 직방체 형상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 압전 기판(10)은 반드시 압전 기판(10)의 전면에서 똑같은 두께를 갖을 필요는 없고, 에너지를 가두기 위한 두께 진동의 공진 특성을 향상시키는 목적으로 예를 들면, 진동 영역의 두께를 얇게 하거나, 또는, 두껍게 형성할 수 있다.
또한, 압전 기판(10)의 비유전율의 값은 고주파 영역의 공진 특성이 우수하다는 점에서 1000이하인 것이 바람직하다.
압전 기판(10)을 세라믹 재료로 형성하는 경우에는, 원료 분말에 바인더를 첨가해서 프레스하는 방법, 혹은, 원료 분말을 물, 분산제와 함께 볼밀을 이용해서 혼합 및 건조시키고, 바인더, 용제, 가소제 등을 첨가해서 닥터 블레이드법에 의해 성형하는 방법 등에 의해 시트상으로 형성한다. 다음에 1100℃~1400℃의 피크 온도에서 0.5~8시간 소성해서 기판을 형성한 후, 두께 방향으로 80~200℃의 온도에서 3~6kV/㎜의 전압을 가해서 분극 처리를 실시함으로써 원하는 압전 특성을 갖는 압전 기판(10)이 얻어진다.
또한, 압전 기판(10)을 압전 단결정 재료로 형성하는 경우에는 압전 기판(10)이 되는 압전 단결정 재료의 잉곳(모재)을 소정의 결정 방향으로 되도록 절단함으로써, 원하는 압전 특성을 갖는 압전 기판(10)이 얻어진다.
제 1 도체막(21)은 압전 기판(10)의 한쪽의 주면에 피착되어 있고, 제 1 진동 전극(21a)과, 제 1 진동 전극(21a)으로부터 접지 단자(31a)를 향해 연장된 제 1 용량 전극(21b)과, 제 1 진동 전극(21a)과 제 1 입출력 단자(32a, 32b)를 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극(21c)으로 이루어진다.
마찬가지로, 제 2 용량 전극(22)은 압전 기판(10)의 다른쪽 주면에 피착되어 있고, 제 2 진동 전극(22a)과, 제 2 진동 전극(22a)으로부터 접지 단자(31b)를 향해 연장된 제 2 용량 전극(22b)과, 제 2 진동 전극(22a)과 제 2 입출력 단자(33a, 33b)를 전기적으로 접속하기 위한 접속 전극(22c)으로 이루어진다.
또한, 제 1 진동 전극(21a)과 제 2 진동 전극(22a)은 압전 기판(10)을 통해 서로 대향하도록 배치되어 있다. 이들 제 1, 제 2 진동 전극(21a, 22a)이 대향하는 영역을 「대향 영역」이라고 한다.
또한, 압전 기판(10)을 통해 제 1 용량 전극(21b), 접속 전극(21c)과 대향하는 영역에는 여분의 두께 진동의 여기를 방지하기 위해서 전극은 형성되어 있지 않다.
제 2 용량 전극(22b), 접속 전극(22c)의 대향 영역에도 여분의 두께 진동의 여기를 방지하기 위해서 전극은 형성되어 있지 않다.
대향 영역에는 제 1 진동 전극(21a)과 제 2 진동 전극(22a) 사이에 전계가 인가되어 에너지 가둠형의 두께 진동이 여기된다. 두께 진동에는 두께 종진동의 기본파, 또는, 고조파를 이용할 수 있다. 이 두께 진동이 여기되는 영역을 「진동 영역」이라고 한다. 진동 영역은 제 1 진동 전극(21a)과 제 2 진동 전극(22a)의 대향 영역과 함께, 대향 영역의 근방의 영역을 포함한다(도 3 참조).
제 1 도체막(21) 및 제 2 도체막(22)은 도전성의 관점에서 금, 은, 동, 알루미늄 등의 금속막으로 이루어지는 것이 바람직하고, 두께는 0.1㎛~3㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 금속막이 0.1㎛보다 얇은 경우에는, 대기 중에 있어서 압전 기판(10)이 고온에 노출되면 산화에 의해 도전성이 저하되고, 또한 금속막이 3㎛보다 두꺼워지면 막이 박리되기 쉬워지기 때문이다.
금속막의 형성에는 진공 증착법, PVD법, 스퍼터링법, 혹은 두께막 인쇄법에 의한 도포 및 도금 등을 이용할 수 있다. 또한, 압전 기판(10)과의 밀착성을 높이기 위해서 예를 들면, Cr과 같이 세라믹 기판과의 밀착성이 높은 하지 전극층을 미리 형성하고, 그 위에 원하는 금속막을 형성해도 좋다.
압전 기판(10)의 양 주면의 전면에 금속막을 피착시킨 후, 스핀 코트법 등으로 두께가 1~10㎛인 포토레지스트막을 압전 기판(10) 상에 형성하고, 포토에칭에 의해 패터닝해서 전극을 형성한다.
접지 단자(31a, 31b)는 압전 기판(10)의 측면의 중앙 부근에 피착되어 있고, 제 1 용량 전극(21b)에 근접 배치된 접지 단자(31a)와, 제 2 용량 전극(22b)에 근접 배치된 접지 단자(31b)로 이루어지고, 모두 접지 전위에 접속된다.
제 1 입출력 단자(32a, 32b) 및 제 2 입출력 단자(33a, 33b)는 압전 기판(10)의 양 측면에 피착되어 있다.
제 1 입출력 단자(32a)와 제 2 입출력 단자(33a)로 접지 단자(31a)를 끼우도록 배치되고, 제 1 입출력 단자(32b)와 제 2 입출력 단자(33b)로 접지 단자(31b)를 끼우도록 배치되어 있다. 그리고, 제 1 입출력 단자(32a, 32b)는 접속 전극(21c)을 통해 접속되어 있고, 제 2 입출력 단자(33a, 33b)는 접속 전극(22c)을 통해 접속되어 있다.
이러한 접지 단자(31a, 31b), 제 1 입출력 단자(32a, 32b), 제 2 입출력 단자(33a, 33b)는 압전 발진 소자(1)의 외부와의 전기적 접속 및 기계적 고정에 제공된다.
접지 단자(31a, 31b) 및 입출력 단자(32a, 32b, 33a, 33b)는 도전성 수지와 같이, 도전성을 갖는 탄성체로 형성하는 것이 바람직하다.
도전성 수지를 사용함으로써, 압전 기판(10)의 주면의 외주 가장자리부에 설치한 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)과, 압전 기판(10)의 측면에 설치한 접지 단 자(31a, 31b) 사이에서 여기되는 불필요한 진동을 덤핑하는 것이 가능해져 더욱 우수한 공진 특성을 갖는 압전 발진 소자(1)로 할 수 있다.
도전성 수지의 두께는 불필요한 진동의 덤핑 효과가 높다는 점에서 5㎛이상인 것이 바람직하다. 단, 두께가 너무 두껍게 형성되면 실장시에 작용하는 응력에 의해 압전 기판(10)으로부터 박리되기 쉬워지므로 10㎛~60㎛의 범위로 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 도전성 수지의 탄성률은 2~60GPa의 범위이면 충분한 덤핑 효과를 얻을 수 있다.
이러한 도전성 수지의 형성에는 열경화성 또는 광경화성의 도전성 수지를 스크린 인쇄, 롤러 전사 등을 이용해서 도포하고, 가열 혹은 자외선 방사에 의해 경화시키면 좋다. 또한, 도전성 수지의 하지층으로서 금, 은, 동, 알루미늄 등의 금속막을 형성해도 좋다. 또한, 도전성 수지의 표면에 Cu, Ni, Sn, Au 등을 사용한 1종류 이상의 도금막을 형성함으로써, 납땜성이 우수한 압전 발진 소자로 할 수 있다.
또한, 도전성이 우수하다는 관점과, 도금막의 형성이 용이하다는 관점에서 도전성 수지는 Ag, Cu, Ni 등을 사용한 1종 이상의 금속 필러를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 도전성 수지에 함유되는 금속 필러의 양은 75~95wt%인 것이 바람직하다. 도금막의 땜납의 습윤성을 높인다는 관점에서 도전성 수지 표면을 평활하게 하기 위해서, 금속 필러의 입경은 작은 편이 좋고, 예를 들면, 평균 입경은 0.5~2㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 압전 발진 소자(1)의 입출력 단자(32a, 32b, 33a, 33b)에 교류 전압 을 인가하면, 압전 기판(10)의 제 1 진동 전극(21a)과 제 2 진동 전극(22a)에 끼워진 진동 영역에 에너지 가둠형의 두께 진동이 여진되고, 그것에 기인하는 공진 피크가 주파수 특성상에 나타난다. 본 발명의 압전 발진 소자(1)는 이러한 두께 진동에 기인하는 공진 현상을 이용한 것이다.
도 4는 상기 압전 발진 소자의 등가 회로도이다.
제 1 용량 전극(21b)과 접지 단자(31a) 사이의 용량과, 제 1 입출력 단자(32a)와 접지 단자(31a) 사이의 용량과, 제 1 입출력 단자(32b)와 접지 단자(31b) 사이의 용량으로 도 4에 나타내는 부하 용량(c1)이 형성된다.
제 2 용량 전극(22b)과 접지 단자(31b) 사이의 용량과, 제 2 입출력 단자(33a)와 접지 단자(31a) 사이의 용량과, 제 2 입출력 단자(33b)와 접지 단자(31b) 사이의 용량으로 도 4에 나타내는 부하 용량(c2)이 형성된다.
이렇게, 입출력 단자(32a, 32b, 33a, 33b)와 접지 단자(31a, 31b) 사이에 부하 용량(c1, c2)이 형성되어 있고, 전체적으로 부하 용량을 내장한 압전 발진 소자로 되어 있다.
이 실시형태의 압전 발진 소자(1)는 압전 기판의 동일 주면 상에 전극끼리를 근접 배치해서 용량을 형성한 경우에 비해서, 가장 근접하는 전극 단부끼리의 갭이 동일한 경우, 보다 큰 용량을 형성할 수 있다. 이 때문에, 큰 부하 용량을 갖는 압전 발진 소자(1)로 된다.
또한, 도 3에 나타내어지는 바와 같이, 제 1, 제 2 진동 전극(21a, 22a)이 형성된 진동 영역으로부터 떨어진 곳에서 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)과 접지 단자(31a, 31b) 사이에 용량이 형성되므로, 이들 전극 사이에서 형성되는 전계가 진동 영역에 있어서의 원하는 진동을 억제하고, 공진 특성을 열화시켜 버린다는 문제를 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 이 실시형태의 압전 발진 소자(1)는 압전 기판(10)의 측면에 접지 단자(31a)를 끼우도록 입출력 단자(32a, 33a)를 형성하고, 접지 단자(31b)를 끼우도록 입출력 단자(32b, 33b)를 형성하고 있으므로, 접지 단자(31a, 31b)와 입출력 단자(32a, 32b, 33a, 33b) 사이에서도 용량이 발생하여 발진에 필요한 부하 용량을 크게 할 수 있다.
이 압전 발진 소자(1)에 있어서는, 상술한 바와 같이 구조적으로 큰 부하 용량을 형성할 수 있으므로, Qm은 높지만 비유전율은 작은 PT(PbTiO3)계의 재료를 사용하는 것이 가능해져, 부하 용량을 내장한 고성능의 압전 발진 소자로 할 수 있다.
도 5는 다른 구조의 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이며, 도 6은 위에서 본 평면도, 도 7은 B-B 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태와 다른 점에 대해서만 설명하고, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 이용해서 중복되는 설명을 생략하는 것으로 한다(이하 동일).
이 압전 발진 소자와 도 1~도 3에 나타낸 압전 발진 소자의 구조상의 상위는 제 1 용량 전극(21b)과 접지 단자(31a) 사이에 위치하는 압전 기판(10) 상에 절연체(24a)를 피착하고, 제 2 용량 전극(22b)과 접지 단자(31b) 사이에 위치하는 압전 기판(10) 상에 절연체(24b)를 피착하도록 한 것이다.
절연체(24a, 24b)는 예를 들면 페놀계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지 등의 수지 재료를 사용할 수 있다. 절연성이 우수함과 아울러, 세라믹과의 접착성이 높고, 내습성이 우수하다는 점에서 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 에폭시계 수지는 가수 분해를 일으키지 않는 경화형인 것이 좋고, 또한 물의 투습성을 저하시키는 목적으로 루틸산화티탄 등의 입자를 첨가한 것, 절연성을 높이는 목적으로 2-4디아미노―6비닐-S트리아민과 이소시아눌산을 첨가한 것, 또한 수지의 주쇄의 해열(解裂)에 의해 수분이 투과하는 것을 방지하는 목적으로 카본블랙 등을 적량 첨가한 것을 사용할 수 있다.
절연체(24a, 24b)로서 수지 재료를 사용하는 경우에는 예를 들면, 열경화형 또는 광경화형의 수지를 압전 기판(10) 상에 스크린 인쇄 등에 의해 1㎛~80㎛의 두께로 도포하고, 가열 또는 자외선 조사에 의해 경화시켜 형성할 수 있다.
이렇게 압전 기판(10) 상에 절연체(24a, 24b)를 피착함으로써, 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)과 접지 단자(31a, 31b) 사이에서 절연 파괴나 마이그레이션, 제조상의 문제 등에 의한 전기적인 쇼트가 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 또한, 이것에 의해 쇼트의 발생을 우려하는 일 없이 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)과 접지 단자(31a, 31b)의 간격을 더욱 좁힐 수 있어, 큰 용량을 형성하는 것이 가능해진다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 상방에서 본 평면도이다.
도 8에 나타내는 압전 진동 소자(1)는 압전 기판(10)의 한쪽의 주면에 있어서, 제 1 도체막(21)의 접속 전극(21c)으로부터 제 1 용량 전극(21d)을 연장 설치하고, 압전 기판(10)의 다른쪽의 주면에 있어서, 제 2 도체막(22)의 접속 전극(22c)으로부터 제 2 용량 전극(22d)을 연장 설치하고 있다. 제 1 용량 전극(21d)은 접지 단자(31a)에 접근하고, 제 2 용량 전극(22d)은 접지 단자(31b)에 접근하고 있다. 압전 기판(10)을 통해 제 1 용량 전극(21d)과 대향하는 영역에는 전극을 형성하고 있지 않다. 제 2 용량 전극(22d)과 대향하는 영역에도 전극을 형성하고 있지 않다.
이 구조에서는 용량 전극(21d, 22d)이 접지 단자(31a, 31b)와의 사이에서 용량을 형성한다는 기능은 상기 용량 전극(21b, 22b)과 차이가 없다.
이 구조에 의하면, 접지 단자(31a)와 제 1 입출력 단자(32a) 사이의 용량을 크게 할 수 있고, 접지 단자(31b)와 제 2 입출력 단자(33b) 사이의 용량을 크게 할 수 있다.
또한 이 구조에 의해, 진동 영역의 근방에 여분의 전극 패턴을 형성하는 것이 불필요해지고, 전극의 질량 효과 등에 의한 원하는 두께 진동으로의 악영향을 저감하는 것이 가능해진다.
도 9는 도 8의 변형예에 따른 압전 발진 소자의 사시도이며, 도 10은 C-C 단면도이다.
압전 기판(10)을 통해 제 1 용량 전극(21d)과 대향하는 영역에 제 1 보조 용량 전극(23a)을 형성하고, 제 2 용량 전극(22d)과 대향하는 영역에 제 2 보조 용량 전극(23b)을 형성하고 있다. 제 1 보조 용량 전극(23a)은 제 1 입출력 단자(32a)에 접속되고, 제 2 보조 용량 전극(23b)은 제 2 입출력 단자(33b)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 때문에, 제 1 보조 용량 전극(23a)은 제 1 용량 전극(21d)과 기본적으로 동일 전위로 되고, 제 2 보조 용량 전극(23b)은 제 2 용량 전극(22d)과 기본적으로 동일 전위로 되어 있다.
이 구조에 의하면, 도 8의 구조와 비교해서, 보조 용량 전극(23a, 23b)을 추가함으로써, 보조 용량 전극(23a, 23b)과 접지 단자(31a, 31b) 사이에도 용량이 형성되어, 도 4에 나타내는 등가 회로도에 있어서의 부하 용량(c1 및 c2)을 더 크게 할 수 있다.
제 1 보조 용량 전극(23a)과 제 1 용량 전극(21d) 사이에 전계는 발생하지 않고, 제 2 보조 용량 전극(23b)과 제 2 용량 전극(22d) 사이에 전계는 발생하지 않는다. 이 때문에, 압전 기판(10)을 사이에 두고 제 1, 제 2 진동 전극(21d, 22d)이 대향하는 진동 영역 중으로 전계가 누설되는 일이 없다.
도 11은 도 9의 압전 발진 소자에 절연체를 추가한 압전 발진 소자의 사시도이며, 도 12는 D-D 단면도이다.
이 압전 발진 소자에서는 압전 기판(10)의 한쪽 주면에 있어서, 제 1 용량 전극(21d)과 접지 단자(31a) 사이에 위치하는 압전 기판(10) 상에 절연체(24a)가 피착되고, 제 2 보조 용량 전극(23b)과 접지 단자(31b) 사이에 위치하는 압전 기판(10) 상에 절연체(24b)가 피착되어 있다. 압전 기판(10)의 다른쪽 주면에 있어서도, 제 1 보조 용량 전극(23a)과 접지 단자(31a) 사이에 위치하는 압전 기판(10) 상에 절연체(24c)가 피착되고, 제 2 용량 전극(22d)과 접지 단자(31b) 사이에 위치하는 압전 기판(10) 상에 절연체(24d)가 피착되어 있다.
이 구조에 있어서는, 제 1, 제 2 용량 전극(21d, 22d) 및 제 1, 제 2 보조 용량 전극(23a, 23b)과 접지 단자(31a, 31b) 사이에서 전기적인 쇼트가 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
또한, 제 1, 제 2 용량 전극(21d, 22d) 및 제 1, 제 2 보조 용량 전극(23a, 23b)과 접지 단자(31a, 31b)의 간격을 실효적으로 좁히는 것이 가능해져, 더 큰 용량을 형성할 수 있다.
도 13은 본 발명의 압전 발진 소자를 이용한 압전 발진 부품을 나타내는 외관 사시도이며, 도 14는 아래에서 본 평면도, 도 15 및 도 16은 분해 사시도이다.
이 구조의 압전 발진 부품(5)은 압전 발진 소자(1)의 상하면에 절연판(40a, 40b)을 통해 보호 기판(50a, 50b)이 피착되어 있다.
이 절연판(40a, 40b)은 상술한 절연체(24a, 24b)와 마찬가지로, 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)과 접지 단자(31a, 31b) 사이에서 절연 파괴나 마이그레이션, 제조상의 문제 등에 의한 전기적인 쇼트가 발생하는 것을 유효하게 방지한다는 기능을 갖는다.
절연판(40a, 40b)으로서는 예를 들면 페놀계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지 등을 기재로 하는 수지 재료를 사용할 수 있다. 절연성이 우수함과 아울러, 세라믹과의 접착성이 높고, 내습성 및 내열성이 우수하다는 점에서 에폭시계 수지의 기재를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 에폭시계 수지는 가수 분 해를 일으키지 않는 경화형인 것이 좋고, 또한 원함에 따라, 물의 투습성을 저하시키는 목적으로 루틸산화티탄 등의 입자를 첨가한 것, 절연성을 높이는 목적으로 2-4디아미노―6비닐-S트리아민과 이소시아눌산을 첨가한 것, 또한 수지의 주쇄의 해열에 의해 수분이 투과하는 것을 방지하는 목적으로 카본블랙 등을 적량 첨가한 것을 사용할 수 있다.
이러한 수지 재료는 예를 들면, 열경화형 또는 광경화형의 수지를 압전 기판(10) 상에 스크린 인쇄나 전사 등에 의해 1㎛~80㎛의 두께로 도포하고, 가열 또는 자외선 조사에 의해 원하는 부분만을 경화시켜 원하는 형상의 절연판(40a, 40b)을 형성할 수 있다.
보호 기판(50a, 50b)에는 알루미나, 산화티탄, 산화마그네슘, 티탄산바륨 등의 유전체 세라믹 재료를 사용할 수 있으므로, 보호 기판(50a, 50b)을 이용해서 용량을 형성하는 경우에 큰 용량을 형성하는 것이 가능해진다. 그 경우에는 비유전율이 200~2500정도인 유전체 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 압전 발진 부품(5)의 하면에는 복수의 전극(60a~60c)을 갖는 외부 전극(총칭할 때에는 외부 전극(60)이라고 함)이 피착되어 있다. 외부 전극(60a)의 단자는 제 1 입출력 단자(32a, 32b)와, 외부 전극(60b)은 접지 단자(31a, 31b)와, 외부 전극(60c)은 제 2 입출력 단자(33a, 33b)와 각각 접속되어 있다.
따라서, 외부 전극(60a와 60b)과의 사이에 형성되는 용량이 도 2의 부하 용량(c1)에 부가되고, 외부 전극(60c와 60b)과의 사이에 형성되는 용량이 도 2의 부하 용량(c2)에 부가되기 때문에, 전체적으로 보다 큰 부하 용량을 형성하는 것이 가능해진다.
외부 전극(60)으로서는, 보호 기판(50a, 50b)이 세라믹 재료로 이루어지는 경우에는 예를 들면 Ag 등의 양도체막을 증착, 스퍼터 등으로 형성해도 좋고, 도전성 페이스트를 도금해서 형성해도 좋고, 또한, 도전성 수지를 사용해도 좋다.
또한, 외부 전극(60) 뿐만 아니라, 입출력 단자(32a, 32b), 입출력 단자(33a, 33b), 접지 단자(31a, 31b)도 도전성 수지를 피착해서 형성할 수 있다.
이 도전성 수지의 피착에는 열경화성 또는 광경화성의 도전성 수지를 스크린 인쇄, 롤러 전사 등을 이용해서 도포하고, 가열 혹은 자외선 조사에 의해 경화시키면 좋다. 또한, 도전성 수지의 표면에 Cu, Ni, Sn, Au 등을 사용한 1종류 이상의 도금막을 형성함으로써, 납땜성이 우수한 압전 발진 부품으로 할 수 있다.
또한, 도전성이 우수하다는 관점과, 도금막의 형성이 용이하다는 관점에서 도전성 수지는 Ag, Cu, Ni 등을 사용한 1종 이상의 금속 필러를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 도전성 수지에 함유되는 금속 필러의 양은 75~95wt%인 것이 바람직하다. 도금막의 땜납의 습윤성을 높인다는 관점에서 도전성 수지 표면을 평활하게 하기 위해서, 금속 필러의 입경은 작은 편이 좋고, 예를 들면 평균 입경은 0.5~2㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이 실시형태의 압전 발진 부품(5)은 도 13 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 압전 발진 소자(1)의 양 주면에 제 1, 제 2 진동 전극(21a, 22a)을 둘러싸도록 형성한 환상의 절연판(40a, 40b)을 통해 보호 기판(50a, 50b)을 피착하고 있다.
따라서, 절연판(40a, 40b)의 중앙 부근에 개구부(41a, 41b)가 형성된다. 이 개구부(41a, 41b)에 의해 진동 공간을 확보하면서, 보호 기판(50a, 50b)에 의해 기밀 밀봉할 수 있기 때문에, 그 외에 기밀성의 패키지를 준비하지 않아도 단독으로 사용 가능한 압전 발진 부품으로 할 수 있다.
또한, 절연판(40a, 40b)이 용량 전극이나 보조 용량 전극과 접지 단자의 전기적인 쇼트의 발생을 방지하는 기능을 겸비하게 되어, 소형이며 전기 특성과 신뢰성이 우수한 압전 발진 부품으로 할 수 있다.
또한, 이 압전 발진 부품(5)에 있어서, 비유전율이 높은 세라믹스의 보호 기판(50a, 50b)을 사용한 경우에 있어서는, 보호 기판(50a, 50b)을 얇게 하는 것이 가능해져, 박형의 압전 발진 부품(5)으로 할 수 있다.
상기의 실시형태에 있어서는, 보호 기판(50a, 50b)으로서 세라믹 재료를 사용하고 있지만, 박형화를 꾀하기 위해서, 세라믹 재료의 두께를 얇게 하면, 연마 공정에서 공수를 요한다. 또한 기판을 100㎛이하까지 얇게 하면, 기판이 부서지기 쉬워져 취급이 곤란해진다.
이 때문에, 압전 발진 부품(5)의 박형화를 꾀하는 경우에는 보호 기판(50a, 50b)으로서, 얇게 해도 부서지지 않고, 또한 저렴한 수지 시트재를 사용해도 좋다.
수지 시트재는 100㎛이하의 두께인 것을 일반적으로 이용할 수 있음과 아울러, 저비용화를 실현하는 것이 가능해진다.
수지 시트재로서는 내열성이 우수한 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지, 액정 폴리머(LCP), 폴리에틸에테르케톤(PEEK) 등을 사용할 수 있다. 압전 발진 부품(5)의 박형화와 기밀성을 확보한다는 관점에서 수지 시트재의 두께는 20㎛~100㎛ 인 것이 바람직하다.
박형의 수지 시트재를 사용하는 경우, 보호 기판으로서의 기계적 강도를 향상시키는 목적으로, 원함에 따라 무기 또는 유기 재료로 이루어지는 침상의 필러나 섬유상 물질을 함유시킨 수지 시트재를 사용할 수 있다.
상하 방향으로부터의 외력으로 수지 시트재의 변형이나 찢어짐이 발생한다는 문제를 방지하기 위해서는, 유리 섬유나 아라미드 섬유 등으로 이루어지는 천에 에폭시계 수지, 또는, 폴리이미드계 수지 등을 함침시킨 수지 시트재(프리프레그)를 사용하는 것이 특히 바람직하고, 상기의 섬유에 의해 수지 시트재의 기계적 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 보호 기판(50a, 50b)을 수지 시트에 의해 형성하고, 접지 단자(31a, 31b), 입출력 단자(32a, 32b, 33a, 33b), 외부 전극(60)을 도전성 수지에 의해 형성함으로써, 쌍방이 모두 수지 재료에 의해 형성되기 때문에 양자의 밀착성이 좋아지고, 그 결과, 접착성이 우수한 단자·전극을 형성할 수 있다.
상술한 실시형태의 압전 발진 부품(5)에 있어서는, 보호 기판(50a, 50b)을 유전체 세라믹 혹은 수지 시트재로 했지만, 예를 들면, 상측의 보호 기판(50a)을 박형의 수지 시트재로 하고, 하측의 보호 기판(50b)을 예를 들면, 알루미나와 같이 비유전율이 10이하로 낮고 강도가 큰 유전체 세라믹스로 할 수도 있다. 이것에 의해, 부품의 부하 용량을 확보하고, 박형화를 꾀하면서, 기계적 강도를 향상시킨 부품으로 할 수 있다.
또한, 상측의 보호 기판(50a)을 박형의 수지 시트재로 하고, 하측의 보호 기 판(50b)을 예를 들면, 티탄산바륨과 같이 비유전율이 200이상으로 높지만 저강도의 유전체 세라믹스로 하는 것으로 하면, 부품의 부하 용량을 크게 확보하면서, 박형화를 꾀한 부품으로 할 수 있다.
또한, 도 16에 나타내는 바와 같이, 하측의 보호 기판(50b)과 절연판(40b) 사이에 보호 기판(50c)을 더 배치해서, 보호 기판(50a, 50c)을 수지 시트재로 형성하고, 보호 기판(50b)을 유전체 세라믹으로 해도 상관없다. 이 구성에 의해 만일, 상술한 유전체 세라믹스로 이루어지는 보호 기판(50b)에 외력에 의해 크랙이 발생한 경우에 있어서도, 수지 시트(50c)에 의해 진동 공간의 기밀성을 유지할 수 있어, 땜납 실장시 등에 플럭스가 침입하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
도 17은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도, 도 18은 위에서 본 평면도, 도 19는 E-E 단면도이다.
이 압전 발진 소자는 도 1~도 3을 이용해서 설명한 압전 발진 소자와, 기본적으로 동일한 구조이지만, 이하의 점에서 상위하고 있다.
이 압전 발진 소자(1)는 제 1 용량 전극(21b)의 일부를 피복하는 제 1 유전체층(35a)과, 제 2 용량 전극(22b)의 일부를 피복하는 제 2 유전체층(35b)을 압전 기판의 양 주면에 피착하고 있다.
이들 유전체층(35a, 35b)은 원하는 두께 진동의 감쇠를 방지하기 위해서, 제 1 진동 전극(21a)과 제 2 진동 전극(22a)이 대향하는 영역 및 그 근방에 존재하는 진동 영역으로부터 떨어진 부분에 형성하는 것이 바람직하다.
유전체층(35a, 35b)을 형성하는 유전체 재료로서는 스크린 인쇄 등의 간단한 방법으로 형성할 수 있다는 점에서 폴리머계의 유전체 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 티탄산바륨 등의 높은 비유전율(1500이상)을 갖는 유전체 재료의 무기 입자(평균 입자 직경이 0.5㎛~5㎛)를 에폭시계 수지, 멜라민계 수지 등의 수지와 혼합하고, 분산시킨 폴리머 분산형의 유전체 재료나, 티탄산바륨 등의 높은 비유전율(1500이상)을 갖는 유전체 재료의 입자 직경을 소입경화한 무기 입자(평균 입자 직경이 30㎚~200㎚)의 입자 표면을 화학적으로 수식하고, 에폭시계 수지 등의 수지 중에 균일하게 고농도로 충전한 폴리머 컴포지트형의 유전체 재료 등을 사용함으로써 높은 비유전율을 실현할 수 있다. 또한, 높은 비유전율을 갖는다는 점에서, 티탄산바륨 등의 높은 비유전율(1500이상)을 갖는 유전체 재료의 무기 입자(평균 입자 직경이 0.2㎛~5㎛)를 유리 기재에 분산시킨 유리 도금형의 유전체 재료를 사용할 수도 있다. 또한, 티탄산바륨 등의 유전체막을 스퍼터법이나 에어로졸 데포지션법, 분자 충돌법 등으로 형성해도 좋다.
제 1 유전체층(35a), 제 2 유전체층(35b)의 두께는 폴리머계의 유전체 재료를 사용하는 경우에 있어서, 너무 얇게 형성하면 내전압성이 열화되고, 너무 두껍게 하면 용량값이 저하된다. 유전체 재료로서 폴리머 분산형의 유전체를 사용한 경우의 막두께는 8㎛~20㎛의 범위, 폴리머 컴포지트형의 유전체를 사용한 경우의 막두께는 4㎛~50㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 유전체 재료로서 유리 도금형의 유전체 재료를 사용하는 경우에는 상기와 동일한 이유에서, 8㎛~20㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 또한, 유전체 재료로서 세라믹막을 사용하는 경우에는, 막두께가 얇으면 내전압성이 열화되고, 두껍게 하면 막형성에 시간을 요하므로 비용이 높아진다는 점에서 막두께는 1㎛~5㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다.
압전 기판(10)의 한쪽의 측면의 중앙 부근에 피착된 접지 단자(31a)는 압전 기판(10)의 한쪽의 주면상을 연장해서 제 1 접지 전극(31c)을 형성하고 있다. 이 제 1 접지 전극(31c)이 제 1 유전체층(35a)을 통해 제 1 용량 전극(21b)과 대향하고 있다. 이것에 의해, 제 1 용량 전극(21b)과의 사이에 소정의 용량이 형성된다.
압전 기판(10)의 다른쪽의 측면의 중앙 부근에 피착된 접지 단자(31b)는 압전 기판(10)의 다른쪽의 주면을 연장해서 제 2 접지 전극(31d)을 형성하고 있다. 이 제 2 접지 전극(31d)이 제 2 유전체층(35b)을 통해 제 2 용량 전극(22b)과 대향하고 있다. 이것에 의해, 제 2 용량 전극(22b)과의 사이에 소정의 용량이 형성된다.
접지 단자(31a)와 제 1 접지 전극(31c)은 전기적으로 접속되고, 또한 접지 단자(31b)와 제 2 접지 전극(31d)은 전기적으로 접속되어 있다.
접지 단자(31a), 접지 단자(31b), 제 1 접지 전극(31c), 제 2 접지 전극(31d)은 도전성의 관점에서 금, 은, 동, 알루미늄 등의 금속막으로 이루어지는 것이 바람직하고, 두께는 0.1㎛~3㎛의 범위로 하는 것이 바람직하다. 금속막이 0.1㎛보다 얇은 경우에는, 예를 들면 대기 중에 있어서 고온에 노출되면 산화에 의해 도전성이 저하되고, 또한 금속막이 3㎛보다 두꺼워지면 막이 박리되기 쉬워지기 때문이다. 금속막의 피착에는 진공 증착법이나 스퍼터링법 등을 이용할 수 있다.
또한, 스크린 인쇄법 등의 간단한 장치로 용이하게 형성할 수 있다는 이유에서 접지 단자(31a), 접지 단자(31b), 제 1 접지 전극(31c), 제 2 접지 전극(31d)을 에폭시계 등의 도전성 수지를 이용해서 형성해도 좋다. 특히, 제 1 유전체층(35a), 제 2 유전체층(35b)에 폴리머계 재료를 사용하는 경우에는 유전체층과의 접착 강도가 우수하다는 점에서, 에폭시계 등의 도전성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
도전성 수지로서는 열경화성 또는 광경화성의 도전성 수지를 사용할 수 있고, Ag, Cu, Ni 등을 사용한 1종 이상의 금속 필러를 함유하고 있는 것이 바람직하고, 도전성 수지에 함유되는 금속 필러의 양은 75~95wt%인 것이 바람직하다. 특히, 도전성 수지를 얇게 형성하는 경우에는 금속 필러의 입경은 작은 편이 좋고, 평균 입경은 0.5~2㎛인 것을 사용하고, 스크린 인쇄, 롤러 전사 등을 이용해서 5~15㎛의 도전성 수지의 막을 형성할 수 있다.
제 1 유전체층(35a) 및 제 2 유전체층(35b)에 세라믹막을 사용하는 경우에는 금속막, 도전성 수지 중 어느 하나의 전극재를 사용해도 좋다.
이 실시형태의 압전 발진 소자(1)는 제 1, 제 2 유전체층(35a, 35b)에 고유 전율의 유전체 재료를 이용해서 두께를 얇게 형성함으로써, 제 1 용량 전극(21b)과 제 1 접지 전극(31c) 사이, 및 제 2 용량 전극(22b)과 제 2 접지 전극(31d) 사이에 큰 용량을 형성하는 것을 용이하게 할 수 있다.
또한, 제 1 용량 전극(21b)과 제 1 접지 전극(31c) 사이에 발생하는 전계의 대부분은 제 1 유전체층(35a)에 존재하고, 제 2 용량 전극(22b)과 제 2 접지 전극(31d) 사이에 발생하는 전계의 대부분은 제 2 유전체층(35b)에 존재하므로, 압전 기판(10) 중으로의 전계의 누설이 거의 없다.
그러므로, 압전 기판(10)을 사이에 두고 제 1, 제 2 진동 전극(21a, 21b)이 대향하는 진동 영역으로 전계가 누설됨으로써 원하는 진동이 억제되어 발진 특성이 열화된다는 문제를 유효하게 억제할 수 있다. 또한, 압전 기판(10)의 그 밖의 영역으로 전계가 누설됨으로써 불필요한 진동이 발생하여 발진의 안정성을 손상시킨다는 문제를 유효하게 억제할 수 있다.
다음에, 도 20~도 26에 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타낸다.
도 20은 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도, 도 21은 위에서 본 평면도이다.
본 실시형태의 압전 발진 소자(1)의 특징적인 부분은 압전 기판(10)의 한쪽 주면에 있어서, 접속 전극(21c)으로부터 접지 단자(31a)를 향해 연장되는 제 1 용량 전극(21d)을 형성하고, 압전 기판(10)의 다른쪽 주면에 있어서, 접속 전극(22c)으로부터 접지 단자(31b)를 향해 연장되는 제 2 용량 전극(22d)을 형성한 것이다.
이들 용량 전극(21d, 22d)은 제 1 유전체층(35a) 및 제 2 유전체층(35b)을 통해 접지 전극(31c), 접지 전극(31d)과 대향하고 있다.
이 구조에 의해, 도 17~도 19의 실시형태와 마찬가지로, 진동 영역의 근방에 여분의 전극 패턴을 형성하는 것이 불필요해지고, 전극의 질량 효과 등에 의해 원하는 두께 진동에 악영향을 주는 문제의 발생을 유효하게 방지하는 것이 가능해진다.
도 22는 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도, 도 23은 위에서 본 평면도, 도 24는 F-F 단면도이다.
본 실시형태의 압전 발진 소자(1)의 특징적인 부분은 압전 기판(10)의 한쪽 주면의 제 1 용량 전극(21b)과 압전 기판(10)의 측단부 사이에 접지 단자(31a)에 접속되는 제 1 보조 접지 전극(31e)을 형성하고, 또한 압전 기판(10)의 다른쪽 주면의 제 2 용량 전극(22b)과 압전 기판(10)의 측단부 사이에 제 2 접지 단자(31b)에 접속되는 제 2 보조 접지 전극(31f)을 형성한 것이다.
이것에 의해, 도 24에 나타내는 바와 같이, 제 1 용량 전극(21b)과 제 1 보조 접지 전극(31e) 사이, 및, 제 2 용량 전극(22b)과 제 2 보조 접지 전극(31f) 사이에도 용량이 형성되게 되어, 발진 회로를 구성하는 부하 용량을 보다 효율적으로 형성하는 것이 가능해진다.
도 25는 또 다른 실시형태에 따른 압전 발진 소자를 나타내는 외관 사시도이며, 도 26은 위에서 본 평면도이다.
본 실시형태의 압전 발진 소자(1)의 특징적인 부분은 도 17~도 19에 나타낸 압전 발진 소자(1)의 상부를 피복하도록 절연판(40a)이 피착되어 있고, 상기 압전 발진 소자(1)의 하부를 피복하도록 절연판(40b)이 피착되어 있는 것이다.
이렇게, 제 1, 제 2 접지 전극(31c, 31d)을 커버하도록 절연판(40a, 40b)을 피착했으므로, 도전성 이물이나 수분으로부터 접지 전극(31c, 31d)을 보호할 수 있다. 따라서, 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)과 접지 전극(31c, 31d) 사이에서, 도전성 이물의 부착이나 이온 마이그레이션 등에 의한 전기적인 쇼트가 발생하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
또한 절연판(40a, 40b)의 재질은 도 13~도 16을 이용해서 설명한 것과 동일 하다.
또한, 본 실시형태의 압전 발진 소자(1)는 진동 영역을 포위하도록 절연판(40a, 40b)을 환상으로 형성하고 있다. 즉, 절연판(40a)은 개구부(41a)를 갖고, 절연판(40b)은 개구부(41b)를 갖도록 하고 있다. 따라서, 개구부(41a, 41b)에 의해 진동 공간이 확보되어, 기밀성을 갖는 패키지 등의 내부에 압전 발진 소자(1)를 용이하게 실장하는 것이 가능해진다.
또한, 절연판(40a, 40b)이 단락 방지와 진동 공간 확보의 2개의 작용을 겸비하고 있으므로, 보다 소형이며 구성 부재가 적은 압전 발진 소자(1)로 할 수 있다.
도 27~도 30은 본 발명의 압전 발진 소자를 이용한 압전 발진 부품을 나타내는 도면이고, 도 27은 외관 사시도, 도 28은 아래에서 본 평면도, 도 29 및 도 30은 분해 사시도이다.
본 실시형태의 압전 발진 부품(5)은 도 25~도 26에 나타낸 압전 발진 소자(1)의 상하면에 절연판(40a, 40b)을 통해 보호 기판(50a, 50b)이 피착되어 있다.
또한, 압전 발진 부품(5)의 하면에는 도 28에 나타내는 바와 같이, 외부 전극(60a~60c)이 피착되어 있다. 외부 전극(60a)은 제 1 입출력 단자(32a, 32b)와, 외부 전극(60b)은 접지 단자(31a, 31b)와, 외부 전극(60c)은 제 2 입출력 단자(33a, 33b)와 각각 접속되어 있다.
따라서, 외부 전극(60a와 60b)과의 사이에 형성되는 용량이 도 4에 나타내어지는 용량(c1)에 부가되고, 외부 전극(60c와 60b)과의 사이에 형성되는 용량이 도 4에 나타내어지는 용량(c2)에 부가되기 때문에, 전체적으로 보다 큰 부하 용량을 형성하는 것이 가능해진다.
외부 전극(60a~60c)으로서는 도전성 수지를 바람직하게 사용할 수 있지만, 보호 기판(50a, 50b)이 세라믹 재료로 이루어지는 경우에는, 예를 들면 Ag 등의 양도체막을 증착, 스퍼터 등으로 형성해도 좋고, 도전성 페이스트를 도금해서 형성해도 좋다.
본 실시형태의 압전 발진 부품(5)에 있어서는, 압전 발진 소자(1)의 양 주면에 제 1, 제 2 진동 전극(21a, 22a)을 둘러싸도록 형성한 환상의 절연판(40)을 통해 보호 기판(50a, 50b)을 피착했다. 따라서, 절연판(40)의 중앙 부근에 형성된 개구부(41a, 41b)에 의해 진동 공간을 확보하면서 보호 기판(50a, 50b)에 의해 기밀 밀봉할 수 있기 때문에, 그 외에 기밀성의 패키지를 준비하지 않아도 단독으로 사용 가능한 압전 발진 부품으로 할 수 있다.
또한, 절연판(40a, 40b)이 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)과 제 1, 제 2 접지 전극(31c, 31d)의 전기적인 쇼트의 발생을 방지하는 기능을 겸비하게 되어, 소형이며 신뢰성이 우수한 압전 발진 부품으로 할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태의 압전 발진 부품(5)에 있어서는, 보호 기판(50a, 50b)을 유전체 세라믹 혹은 수지 시트재로 했지만, 예를 들면 상측의 보호 기판(50a)을 박형의 수지 시트재로 하고, 하측의 보호 기판(50b)을 예를 들면, 알루미나와 같이 비유전율이 10이하로 낮고, 고강도의 유전체 세라믹으로 함으로써, 부품의 부하 용량을 확보하고, 박형화를 꾀하면서, 기계적 강도를 향상시킨 부품으로 할 수 있다.
또한, 상측의 보호 기판(50a)을 박형의 수지 시트재로 하고, 하측의 보호 기판(50b)을 예를 들면, 티탄산바륨과 같이 비유전율이 200이상으로 높지만 저강도 유전체 세라믹으로 함으로써, 부품의 부하 용량을 크게 확보하면서, 박형화를 꾀한 부품으로 할 수 있다.
또한, 도 30에 나타내있는 바와 같이 하측의 보호 기판(50b)과 절연판(40b) 사이에 보호 기판(50c)을 더 배치해서, 보호 기판(50a, 50c)을 수지 시트재로 형성하고, 보호 기판(50b)을 유전체 세라믹으로 해도 상관없다. 이 구성이 의해, 만일, 유전체 세라믹으로 이루어지는 보호 기판(50b)에 외력에 의해 크랙이 발생한 경우에 있어서도, 수지 시트로 이루어지는 보호 기판(50c)에 의해 진동 공간의 기밀성을 유지할 수 있어, 땜납 실장시 등에 플럭스가 침입하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러가지의 변경, 개량이 가능하다.
예를 들면, 도 1~도 3, 도 5~도 7에 나타낸 압전 발진 소자(1)에 있어서는, 제 1, 제 2 진동 전극(21a, 22a)으로부터 접지 단자(31a, 31b)를 향해, 폭이 일정한 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)을 형성했지만, 이 형상에 한정되는 일은 없다.
도 31에 나타내는 바와 같이, 접지 단자(31a, 31b)의 근방에서 폭이 넓어지는 형상의 제 1, 제 2 용량 전극(21b, 22b)으로 해도 상관없다. 이것에 의해, 보다 크게 용량을 형성할 수 있다.
또한, 도 17~도 26에 나타낸 압전 발진 소자(1)에 있어서는, 제 1 용량 전극(21b) 상에 제 1 유전체(35a), 제 1 접지 전극(31c)을 각각 1층씩 적층하고, 제 2 용량 전극(22b) 상에 제 2 유전체(35b), 제 2 접지 전극(31d)을 각각 1층씩 적층했다.
그러나, 이것에 얽매이지 않고, 제 1, 제 2 용량 전극 상에 유전체층, 접지 전극, 용량 전극, 유전체층, 접지 전극…과 교대로 복수층 적층해도 상관없다. 이것에 의해, 보다 큰 용량을 용이하게 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 도 17~도 26에 나타낸 압전 발진 소자(1)에 있어서는, 압전 기판(10)을 통해 접속 전극(21c, 22c)과 대향하는 부분에 전극이 형성되어 있지 않은 예를 나타냈지만, 여기에 접속 전극(21c 또는 22c)과 동일한 전위의 전극을 형성해도 좋다.
또한, 압전 발진 부품(5)의 절연판(40a, 40b)은 수지 재료에 한정되는 일은 없고, 유리계 재료를 5㎛~80㎛의 두께로 형성해도 좋고, Al2O3, SiO2와 같은 산화막을 0.1㎛~10㎛의 두께로 형성해도 좋다. 또한, 이들 절연체 상에 제 1, 제 2 진동 전극(21a, 22a)을 둘러싸도록 수지 재료로 이루어지는 절연체를 형성해도 좋다.
Claims (12)
- 압전 기판과,상기 압전 기판의 한쪽의 주면에 형성된 제 1 도체막과,상기 압전 기판의 다른쪽의 주면에 형성된 제 2 도체막과,상기 압전 기판의 양측면에 형성된 접지 단자와,상기 압전 기판의 측면에 상기 접지 단자를 끼우는 위치에 형성된 제 1, 제 2 입출력 단자를 갖고:상기 제 1 도체막은 상기 제 1 입출력 단자에 접속되는 제 1 접속 전극과, 상기 제 1 접속 전극에 연결되는 제 1 진동 전극과, 상기 제 1 접속 전극 또는 상기 제 1 진동 전극으로부터 한쪽의 상기 접지 단자를 향해 연장된 제 1 용량 전극을 갖고;상기 제 2 도체막은 상기 제 2 입출력 단자에 접속되는 제 2 접속 전극과, 상기 제 2 접속 전극에 연결되는 제 2 진동 전극과, 상기 제 2 접속 전극 또는 상기 제 2 진동 전극으로부터 다른쪽의 상기 접지 단자를 향해 연장된 제 2 용량 전극을 갖고;상기 제 1, 제 2 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에 각각 소정의 용량이 형성되고;상기 제 1, 제 2 진동 전극은 상기 압전 기판을 통해 서로 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 압전 기판을 통해 상기 제 1 용량 전극과 대향하는 영역에 전극이 형성되어 있지 않고, 또한, 상기 압전 기판을 통해 상기 제 2 용량 전극과 대향하는 영역에 전극이 형성되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에 위치하는 상기 압전 기판 상에 절연체가 피착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 압전 기판을 통해 상기 제 1 용량 전극과 대향하는 영역에 상기 제 1 용량 전극과 전위가 다르지 않은 제 1 보조 용량 전극을 형성하고;상기 압전 기판을 통해 상기 제 2 용량 전극과 대향하는 영역에 상기 제 2 용량 전극과 전위가 다르지 않은 제 2 보조 용량 전극을 형성한 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에 위치하는 상기 압전 기판 상에 절연체가 피착되고;상기 제 1, 제 2 보조 용량 전극과 상기 접지 단자 사이에 위치하는 상기 압 전 기판 상에 절연체가 피착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 접지 단자가 도전성을 갖는 탄성체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 용량 전극의 일부를 피복하는 제 1 유전체층과, 상기 제 2 용량 전극의 일부를 피복하는 제 2 유전체층을 더 갖고;상기 접지 단자는 상기 제 1 유전체층을 통해 상기 제 1 용량 전극에 대향하는 제 1 접지 전극과, 상기 제 2 유전체층을 통해 상기 제 2 용량 전극에 대향하는 제 2 접지 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 7 항에 있어서, 상기 압전 기판의 한쪽 주면의 상기 제 1 용량 전극과 상기 압전 기판의 측단부 사이에 접지 단자에 접속되는 제 1 보조 접지 전극이 형성되고;상기 압전 기판의 다른쪽 주면의 상기 제 2 용량 전극과 압전 기판의 측단부 사이에 접지 단자에 접속되는 제 2 보조 접지 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 접지 전극, 및 상기 제 2 접지 전극을 피복하도록 절연판이 피착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 9 항에 있어서, 상기 절연판은 상기 제 1, 제 2 진동 전극을 둘러싸도록 환상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 발진 소자.
- 제 1 항에 기재된 압전 발진 소자의 상하에 보호 기판을 설치해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 발진 부품.
- 제 11 항에 있어서, 상기 압전 발진 소자의 상하면을 상기 제 1, 제 2 진동 전극을 둘러싸도록 개구부가 형성된 절연판으로 끼우고, 그 절연판을 통해 상기 압전 발진 소자의 상하면에 상기 보호 기판을 피착해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 압전 발진 부품.
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