KR20080018012A - Piezoelectric vibrator - Google Patents

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KR20080018012A
KR20080018012A KR1020060080031A KR20060080031A KR20080018012A KR 20080018012 A KR20080018012 A KR 20080018012A KR 1020060080031 A KR1020060080031 A KR 1020060080031A KR 20060080031 A KR20060080031 A KR 20060080031A KR 20080018012 A KR20080018012 A KR 20080018012A
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박인길
김덕희
황순하
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주식회사 이노칩테크놀로지
김덕희
박인길
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material

Abstract

A piezoelectric vibrator is provided to stably obtain various oscillation frequencies by easily adjusting a thickness of a piezoelectric sheet to have a desired thickness. A piezoelectric material(110) is composed of plural piezoelectric layers(110a,110b) having a piezoelectric characteristic. A top internal electrode(120a) and a bottom internal electrode(120c) are formed on upper and lower portions of the piezoelectric material. An intermediate internal electrode(120b) is interposed between the piezoelectric layers. External electrodes(150a,150b) are formed on the outside of the piezoelectric material. The top and bottom internal electrodes are connected to the external electrodes, respectively, and the intermediate internal electrode is connected to any one of the external electrodes.

Description

압전 진동 소자 {Piezoelectric vibrator}Piezoelectric Vibration Element {Piezoelectric vibrator}

도 1 본 발명의 실시예1에 따른 진동 소자를 설명하기 위한 개략 단면도1 is a schematic cross-sectional view for explaining a vibration device according to a first embodiment of the present invention

도 2 본 발명의 실시예1에 따른 진동 소자의 분해 사시도2 is an exploded perspective view of a vibration device according to Embodiment 1 of the present invention

도 3 본 발명 진동 소자의 외부전계에 의한 분극 형성 상태를 설명하는 개념도3 is a conceptual diagram illustrating a polarization formation state by an external electric field of the vibration device of the present invention;

도 4 종래의 진동 소자와 본 발명의 진동 소자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 측정한 그래프Figure 4 is a graph measuring the resonant frequency and anti-resonant frequency of the conventional vibration element and the vibration element of the present invention

도 5 종래의 진동 소자와 본 발명의 진동 소자의 두께에 따른 주파수 특성을 나타낸 그래프5 is a graph showing the frequency characteristics according to the thickness of the conventional vibration device and the vibration device of the present invention

도 6 본 발명의 실시예1에 따른 진동 소자의 제조 과정을 설명하기 위한 제조 공정도6 is a manufacturing process diagram for explaining a manufacturing process of the vibration device according to the first embodiment of the present invention

도 7 내지 도 9 본 발명 실시예1의 다양한 변형예에 따른 진동 소자의 개략 단면도7 to 9 are schematic cross-sectional views of vibration elements according to various modifications of the first embodiment of the present invention.

도 10 본 발명의 실시예2에 따른 진동 소자를 설명하기 위한 개략 사시도10 is a schematic perspective view for explaining a vibration device according to a second embodiment of the present invention

도 11 본 발명의 실시예2에 따른 진동 소자의 분해 사시도11 is an exploded perspective view of a vibration device according to a second embodiment of the present invention

도 12 본 실시예2에 따른 진동 소자의 등가 회로를 나타낸 등가 회로도12 is an equivalent circuit diagram showing an equivalent circuit of the vibration element according to the second embodiment.

도 13 내지 도 15 본 발명 실시예2의 다양한 변형예에 따른 진동 소자의 내 부 압전체층의 개략 사시도13 to 15 are schematic perspective views of an internal piezoelectric layer of a vibration device according to various modifications of the second embodiment of the present invention;

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

110, 210 : 압전체110, 210: Piezoelectric

120, 220 : 내부 전극120, 220: internal electrode

130, 140, 230, 240 : 세라믹층130, 140, 230, 240: ceramic layer

150, 250 : 외부 전극150, 250: external electrode

160, 260 : 진동홈160, 260: vibration groove

270, 280 : 커패시터 내부 전극270, 280: capacitor internal electrode

본 발명은 두께 모드를 이용한 적층형 진동 소자에 관한 것으로, 상세하게는 진동 소자의 두께에 변동이 없이 저주파수의 진동주파수를 가지며 안정적인 발진을 하도록 구현한 것을 특징으로 하는 적층형 진동 소자 및 이의 제조에 관한 것이다. The present invention relates to a laminated vibration device using a thickness mode, and more particularly, to a laminated vibration device and a manufacture thereof, which are implemented to have a stable oscillation frequency having a low frequency vibration frequency without variation in the thickness of the vibration device. .

현재 광범위하게 사용되고 있는 전자기기의 주요 부품인 IC(Integrated Circuit)를 활용하기 위해서는 이들 IC에 대한 기준 클럭(Reference clock)을 필요로 한다. 특히 IC 기술이 발전함에 따라 다양한 전자기기가 단일 LSI(Single Large Scale Integration) 집적회로(예: One Chip Microprocessor)에 의해 제어되고 있고, 대부분 이러한 마이크로 프로세서(Microprocessor)는 타이밍 소자(Timing Element)로써 세라믹 레조네이터를 사용하고 있다. 세라믹 레조네이터는 고안정성, 무조정, 소형화가 가능하고 동시에 낮은 가격으로 제조가 가능하여 응용 범위가 점차 확대되고 있다. 또한 전자기기의 성능 및 속도가 향상됨에 따라 진동 소자의 발진 주파수의 정확한 제어, 안정적인 발진 및 진동 소자의 소형화가 요구되고 있다. In order to take advantage of integrated circuits (ICs), a key component of today's widely used electronic devices, reference clocks for these ICs are required. In particular, with the development of IC technology, various electronic devices are controlled by a single large scale integration (LSI) integrated circuit (eg, One Chip Microprocessor), and most of these microprocessors are ceramics as timing elements. I'm using a resonator. Ceramic resonators are highly stable, unadjustable, and miniaturized, and can be manufactured at low cost. In addition, as the performance and speed of the electronic device are improved, accurate control of the oscillation frequency of the vibration device, stable oscillation, and miniaturization of the vibration device are required.

이러한 기준 클럭을 발생시키는 타이밍 소자(Timing Element)로서 수정 진동자(Crystal Oscillator)가 사용되어 왔다. 상기 수정 진동자는 수정(Quartz)의 압전 현상을 이용한 것으로서 진동주파수 정밀도가 뛰어나 고정밀의 타이밍 소자로 많이 사용되었으나, 고가이며 또한 ㎒대의 진동주파수를 얻기 위해서는 수정의 두께를 매우 얇게 가공해야 하는데 이는 기계적 가공의 한계를 갖는다. 이에 수정 진동자는 주파수를 ㎒대로 높일 수가 없는 문제에 때문에 세라믹 진동 소자로 대체되고 있는 실정이다.Crystal oscillators have been used as timing elements for generating such reference clocks. The crystal oscillator uses the piezoelectric phenomenon of quartz and has been widely used as a high-precision timing element because of its excellent vibration frequency accuracy. However, in order to obtain an oscillation frequency of expensive MHz and MHz, the crystal thickness must be processed very thin. Has the limit. The crystal oscillator is being replaced with a ceramic vibration element because of the problem that the frequency can not be increased to MHz.

압전 세라믹을 이용한 세라믹 진동 소자는 두께 진동 모드를 이용할 수 있어 작은 부품 크기로도 ㎒대의 진동주파수를 구현할 수 있으며, 압전 세라믹 및 적층공정을 이용하므로 가격이 저렴하다. 또한 안정성이 높고, 소형으로 제조가 가능하다. Ceramic vibrating element using piezoelectric ceramics can use the vibration mode of the thickness can realize a vibration frequency of ㎒ even with a small component size, and the price is low because it uses a piezoelectric ceramic and a lamination process. In addition, it is highly stable and can be manufactured in a small size.

상기와 같은 이점을 가지는 종래의 일반적인 세라믹 진동 소자는 단판 세라믹 압전체 상하부 표면에 내부 전극이 형성되고, 압전체 상하부에 진동홈이 형성된 절연체 커버층이 설치되며 압전체 및 커버층 외부에는 상기 내부 전극과 연결되는 외부 전극을 형성시킨 형태이며, 두께 진동 모드를 이용하는 경우 ㎒ 대역의 공진 주파수를 구현할 수 있다. 세라믹 진동 소자는 일반적으로 20~70㎒ 사이의 진동 주파수를 구현하는데, 70㎒이상의 고주파수를 구현하기 위해서는 진동 소자의 두께를 얇게 형성하여야 하나, 진동 소자의 두께 가공이 어렵고 소자 자체의 기계적 특성이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 20㎒ 이하의 낮은 공진 주파수를 구현하기 위해서는 진동 소자의 두께를 급격하게 증가시켜야 하며 진동 소자의 두께뿐만 아니라 길이와 너비도 증가되어야 하는 문제점이 있다. 즉, 상기한 바와 같이 중앙에 압전체가 위치하고 그 상부와 하부에 압전체의 원활한 진동을 돕기 위한 진동홈 및 커버층을 각각 형성하는 구조에서는 외부 크기 증가 없이 상기의 주파수 범위 이외의 낮은 진동 주파수를 가지는 진동 소자를 제조하기 어렵다. The conventional ceramic vibrating element having the above-described advantages is provided with an internal electrode formed on upper and lower surfaces of a single plate ceramic piezoelectric body, an insulator cover layer having vibration grooves formed on upper and lower piezoelectric elements, and connected to the internal electrode outside the piezoelectric body and the cover layer. The external electrode is formed, and when the thickness vibration mode is used, the resonance frequency of the MHz band can be realized. Ceramic vibrating element generally implements vibration frequency between 20 ~ 70MHz, but in order to realize high frequency of 70MHz or higher, the thickness of vibration element should be made thin, but it is difficult to process the thickness of vibration element and the mechanical property of the element itself is degraded. Problem occurs. In addition, in order to realize a low resonance frequency of 20 MHz or less, the thickness of the vibrating element must be increased drastically, as well as the length and width of the vibrating element must be increased. That is, in the structure in which the piezoelectric body is positioned in the center and the oscillation grooves and the cover layers are formed in the upper and lower portions to assist the smooth vibration of the piezoelectric body, the vibration having a low vibration frequency outside the frequency range without increasing the external size. It is difficult to manufacture the device.

상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 진동 소자의 크기 변화 없이 낮은 진동 주파수를 구현할 수 있는 소형의 진동 소자를 제조하는 데 있다.An object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to manufacture a compact vibration device that can implement a low vibration frequency without changing the size of the vibration device.

본 발명의 목적은 낮은 진동 주파수를 얻고 안정적인 임피던스 특성을 가지는 진동 소자를 제조하는 데 있다.An object of the present invention is to produce a vibrating element having a low vibration frequency and having a stable impedance characteristic.

또한, 본 발명의 다른 목적은 진동 소자의 발진을 위해 필요한 커패시터를 진동 소자와 단일 칩으로 제조함으로 단위 특성 소자를 소형화하고 원하는 발진 특성을 단일 칩에서 얻을 수 있는 안정된 일체형 결합 칩을 제조하는 데 있다. In addition, another object of the present invention is to manufacture a stable integrated coupling chip capable of miniaturizing a unit characteristic device and obtaining desired oscillation characteristics by manufacturing a capacitor necessary for oscillation of the oscillation element with the oscillation element and a single chip. .

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 진동 소자는 압전 특성을 가지는 복수의 압전체층이 적층된 압전체, 상기 압전체의 상하부에 형성된 상부 및 하부 내부 전극, 상기 압전체의 중간에 개재된 중간 내부 전 극, 상기 압전체의 외부에 형성되는 일측 및 타측 외부 전극을 포함하며, 상기 상부 및 하부 내부 전극은 상기 일측 및 타측 외부 전극과 각각 연결되며 상기 중간 내부 전극은 상기 일측 또는 타측 외부 전극과 연결되는 것을 특징으로 한다.Vibration element according to an embodiment of the present invention for solving the above object is a piezoelectric material with a plurality of piezoelectric layer having a piezoelectric property, upper and lower internal electrodes formed on the upper and lower portions of the piezoelectric material, in the middle of the piezoelectric An intermediate inner electrode interposed therebetween, and one and other external electrodes formed on the outside of the piezoelectric body, wherein the upper and lower internal electrodes are connected to the one and the other external electrodes, respectively, and the middle internal electrode is the one or the other external electrode. It is characterized in that the connection with the electrode.

상기 중간 전극은 적어도 2개 이상 형성된다.At least two intermediate electrodes are formed.

상기 압전체 외부에 일측 및 타측 외부 전극과 이격되는 커패시터 외부 전극이 형성되고, 상기 압전체에 상기 커패시터 외부 전극과 연결되는 커패시터 내부 전극이 형성된다.A capacitor external electrode spaced apart from one side and the other external electrode is formed outside the piezoelectric body, and a capacitor internal electrode connected to the capacitor external electrode is formed on the piezoelectric body.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 진동 소자는 압전 특성을 가지는 복수의 압전체층이 적층된 압전체, 일 압전체층의 상하부에 형성된 제1 및 제2 내부 전극, 상기 일 압전체층의 일면 상에 배치된 다른 압전체층의 상부 또는 하부에 형성된 제3 내부 전극, 상기 압전체의 외부에 형성되는 제1 및 제2 외부 전극을 포함하며, 상기 제1 및 제2 내부 전극은 상기 제1 및 제2 외부 전극과 각각 연결되며 상기 제3 내부 전극은 인접하는 내부 전극이 연결되는 외부 전극과 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the vibration device according to another embodiment of the present invention is disposed on a piezoelectric material in which a plurality of piezoelectric layers having piezoelectric properties are stacked, first and second internal electrodes formed on upper and lower portions of one piezoelectric layer, and one surface of the one piezoelectric layer. A third internal electrode formed on or below the other piezoelectric layer, and first and second external electrodes formed on the outside of the piezoelectric body, wherein the first and second internal electrodes are formed on the first and second external electrodes. And the third internal electrodes are connected to external electrodes to which adjacent internal electrodes are connected.

상기 일 압전체층의 타면 상에 배치된 또 다른 압전체층 및 상기 또 다른 압전체층의 상부 또는 하부에 형성된 제4 내부 전극을 포함하여, 상기 제4 내부 전극은 제3 내부 전극이 연결되지 않는 외부 전극과 연결된다.Another piezoelectric layer disposed on the other surface of the one piezoelectric layer and a fourth internal electrode formed above or below the another piezoelectric layer, wherein the fourth internal electrode is an external electrode to which the third internal electrode is not connected. Connected with

그리고, 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 진동 소자는 압전 특성을 가지는 복수의 압전체층이 적층된 압전체, 일 압전체층의 상하부에 형성된 제1 및 제2 내부 전극, 상기 압전체의 외부에 형성되는 제1 및 제2 외부 전극을 포함하며, 상기 일 압전체층의 일면 상에 다른 압전체층이 배치되고, 상기 제1 및 제2 내부 전극은 제1 및 제2 외부 전극과 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.In addition, the vibration device according to another embodiment of the present invention is a piezoelectric material in which a plurality of piezoelectric layers having piezoelectric properties are stacked, first and second internal electrodes formed on upper and lower portions of one piezoelectric layer, and externally formed on the piezoelectric body. And first and second external electrodes, wherein another piezoelectric layer is disposed on one surface of the one piezoelectric layer, and the first and second internal electrodes are connected to the first and second external electrodes, respectively.

상기 압전체 외부에 제1 및 제2 외부 전극과 이격되는 제3 외부 전극이 형성된다.A third external electrode spaced apart from the first and second external electrodes is formed outside the piezoelectric body.

상기 압전체에 상기 내부 전극 중 적어도 하나의 내부 전극과 소정 간격 이격되어 설치되는 커패시터 내부 전극 및 상기 압전체 외부에 형성되고 상기 커패시터 내부 전극과 연결되는 제3 외부 전극을 포함한다.And a third internal electrode formed on the piezoelectric body and spaced apart from at least one internal electrode of the internal electrodes by a predetermined distance, and a third external electrode formed on the outside of the piezoelectric body and connected to the internal capacitor electrode.

상기 일 압전체층의 상하부에 상기 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 커패시터 내부 전극을 포함한다.Capacitor internal electrodes formed on upper and lower portions of the one piezoelectric layer are spaced apart from the first and second internal electrodes by a predetermined interval.

상기 커패시터 내부 전극은 상기 일 압전체층 상에서 분리되어 형성되거나, 상기 일 압전체층의 양끝단까지 연결되어 형성된다.The internal electrode of the capacitor is formed by being separated on the one piezoelectric layer or connected to both ends of the one piezoelectric layer.

상기 커패시터 내부 전극은 소정 영역에 면적이 증가되는 면적 증가부를 포함하며, 상기 압전체의 상부 및 하부에 진동홈이 구비된 커버층을 포함한다.The internal electrode of the capacitor includes an area increasing part having an increased area in a predetermined area, and includes a cover layer provided with vibration grooves at upper and lower portions of the piezoelectric body.

상기 커버층은 관통홀이 구비된 제1 커버층과 상기 제1 커버층을 덮는 제2 커버층을 포함한다.The cover layer includes a first cover layer having a through hole and a second cover layer covering the first cover layer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.

도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 표현하였으며 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상부에" 또는 "위에" 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., may be exaggerated for clarity, and like reference numerals designate like elements. In addition, when a part such as a layer, a film, an area, or a plate is expressed as “above” or “above” another part, each part is not only when the part is “right above” or “just above” the other part, Includes cases where there is another part between other parts

(실시예1)Example 1

도1은 본 발명의 실시예1에 따른 진동 소자를 설명하기 위한 개략 단면도이고, 도2는 본 발명의 실시예1에 따른 진동 소자의 분해 사시도이다. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a vibration device according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view of a vibration device according to a first embodiment of the present invention.

도1 및 도2를 참조하면 본 실시예에 의한 진동 소자는 제1 압전체층(110a) 및 제2 압전체층(110b)의 복수 층으로 이루어진 압전체(110), 상기 제1 압전체층(110a)의 상부 및 하부에 각각 형성된 제1 내부 전극(120a) 및 제2 내부 전극(120b), 상기 제2 압전체층(110b)의 상부에 형성된 제3 내부 전극(120c), 상기 각 내부 전극과 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(150a, 150b)을 포함한다. 이때, 상기 압전체(110)의 상부 및 하부에 각각 형성되고 진동홈(160)이 구비된 세라믹층(130, 140)을 더 포함할 수 있다.1 and 2, the vibrating element according to the present exemplary embodiment includes a piezoelectric body 110 including a plurality of layers of the first piezoelectric layer 110a and the second piezoelectric layer 110b and the first piezoelectric layer 110a. A first internal electrode 120a and a second internal electrode 120b formed at an upper portion and a lower portion thereof, a third internal electrode 120c formed at an upper portion of the second piezoelectric layer 110b, and a second connection electrode connected to each of the internal electrodes. And first and second external electrodes 150a and 150b. In this case, the piezoelectric body 110 may further include ceramic layers 130 and 140 formed on the upper and lower portions, respectively, and provided with the vibration groove 160.

상기 압전체(110)는 소정 두께의 압전체층(110a, 110b)을 복수개 적층한 적층물이다. 상기 각 압전체층(110a, 110b)의 상부 및 하부에는 제1 내지 제3 내부 전극(120: 120a 내지 120c)이 형성되고, 각 내부 전극은 압전체층의 상부면 또는 하부면에 소정 면적으로 형성되어 압전체층의 일측 끝단에서 상기의 제1 또는 제2 외부 전극(150a, 150b)과 연결된다. 여기서, 제1 내지 제3 내부 전극(120: 120a 내지 120c) 중 하나의 내부 전극과 나머지 두개의 내부 전극은 상기 외부 전극과 연결되는 방향이 상이하다. 즉, 제1 내부 전극(120a)은 제1 외부 전극(150a)과 연결되며, 제2 및 제3 내부 전극(120b, 120c)은 모두 제2 외부(150b)에 연결된다. 물론 이와는 달리 제1 및 제2 내부 전극(120a, 120b)이 제1 외부 전극(150a)과 연결되며, 제3 내부 전극(120c)이 제2 외부(150b)에 연결될 수도 있다. 이때 복수개의 내부 전극 중 적어도 일부가 연속하여 동일 측의 외부 전극과 연결되는 것이 바람직하다. 또한 도1 및 도2에서는 제1 압전체층 상부에 제2 압전체층이 형성되어 있으나 이와 달리 제1 압전체층의 하부에 제2 압전체층이 형성될 수도 있다.The piezoelectric body 110 is a laminate in which a plurality of piezoelectric layers 110a and 110b having a predetermined thickness are stacked. First to third internal electrodes 120 (120a to 120c) are formed on the upper and lower portions of the piezoelectric layers 110a and 110b, and each of the internal electrodes is formed on the upper or lower surface of the piezoelectric layer. One end of the piezoelectric layer is connected to the first or second external electrodes 150a and 150b. Here, one inner electrode of the first to third inner electrodes 120 (120a to 120c) and the other two inner electrodes have different directions in which they are connected to the outer electrode. That is, the first internal electrode 120a is connected to the first external electrode 150a, and the second and third internal electrodes 120b and 120c are both connected to the second external 150b. Alternatively, the first and second internal electrodes 120a and 120b may be connected to the first external electrode 150a, and the third internal electrode 120c may be connected to the second external 150b. At this time, it is preferable that at least some of the plurality of internal electrodes are continuously connected to the external electrodes on the same side. In addition, although the second piezoelectric layer is formed on the first piezoelectric layer in FIGS. 1 and 2, a second piezoelectric layer may be formed below the first piezoelectric layer.

상기 압전체층(110a, 110b)의 상부면 또는 하부면에 형성된 내부 전극(120a, 120b, 120c)은 압전체층의 일면의 중심 영역에 압전체층의 외곽과 이격되어 원형으로 형성된 내부 전극 패턴(120b1, 120c1), 상기 내부 전극 패턴(120b1, 120c1)에서 상기 압전체층의 일측 단부 방향으로 연장된 라인 형상의 내부 전극 라인(120b2, 120c2) 및 상기 내부 전극 라인(120b2, 120c2)과 연결되며 내부 전극 라인(120b2, 120c2)과 교차하는 방향으로 압전체층(110a, 110b)의 전방과 후방 끝단까지 연장된 내부 전극 연결부(120b3, 120c3)를 포함한다. 이때. 내부 전극 패턴은 원형에 한정되지 않으며 다양한 형상 예를 들면 사각형 등의 다각형, 타원형 등으로 변경될 수 있다. 또한, 상기의 내부 전극 연결부(120b3, 120c3)는 생략되고 내부 전극 라인(120b2, 120c2)이 압전체층(110a, 110b)의 일측 단부 끝단까지 연장 형성될 수도 있다. 도면에서는 내부 전극 연결부(120b3, 120c3)가 압전체층의 일측 끝단까지 연 장 형성되어 있으나 내부 전극 연결부(120b3, 120c3)는 압전체층의 일측 끝단에서 소정 간격을 가지고 이격 형성될 수도 있다. 또한, 도2에는 제1 내부 전극이 나타나 있지 않으나 제1 내부 전극은 제1 압전체층(110a)의 후면에 제2 및 제2 내부 전극와 동일한 형상으로 설치되어 있다 다만, 내부 전극 라인과 내부 전극 연결부가 제2 및 제3 내부 전극과 대향하는 방향으로 형성되어 있다. The internal electrodes 120a, 120b, and 120c formed on the top or bottom surfaces of the piezoelectric layers 110a and 110b are spaced apart from the outside of the piezoelectric layer in a central region of one surface of the piezoelectric layer and formed in a circular shape. 120c1) and connected to the internal electrode lines 120b2 and 120c2 and the internal electrode lines 120b2 and 120c2 having a line shape extending toward one end of the piezoelectric layer in the internal electrode patterns 120b1 and 120c1. The internal electrode connecting parts 120b3 and 120c3 extend to the front and rear ends of the piezoelectric layers 110a and 110b in a direction intersecting the 120b2 and 120c2. At this time. The internal electrode pattern is not limited to a circle, and may be changed into various shapes, for example, polygons such as squares, ellipses, and the like. In addition, the internal electrode connection parts 120b3 and 120c3 may be omitted, and the internal electrode lines 120b2 and 120c2 may extend to end portions of one side of the piezoelectric layers 110a and 110b. In the drawing, the internal electrode connectors 120b3 and 120c3 are extended to one end of the piezoelectric layer, but the internal electrode connectors 120b3 and 120c3 may be spaced apart from one end of the piezoelectric layer at a predetermined interval. In addition, although the first internal electrode is not shown in FIG. 2, the first internal electrode is formed on the rear surface of the first piezoelectric layer 110a in the same shape as the second and second internal electrodes. However, the internal electrode line and the internal electrode connection part are provided. Is formed in a direction facing the second and third internal electrodes.

상기의 압전체(110)의 상하부에는 압전체(110)가 기계적으로 진동할 수 있는 공간 즉, 진동홈(160)이 구비된다. 이때 진동홈(160)은 압전체층(110a, 110b)의 상부면 및 하부면에 형성된 소정 면적의 내부 전극 패턴(120b1, 120c1)보다 크게 형성되는 것이 바람직하고, 진동홈(160)은 상기 내부 전극 패턴(120b1, 120c1)과 중심이 일치하는 것이 바람직하다. 도면에서는 원형의 진동홈을 예시하였으나 진동홈의 형상은 이에 한정되지 않으며, 사각형을 포함한 다각형 또는 타원형 등으로 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 또한 상기 압전체(110) 상부 및 하부의 세라믹층(130, 140)은 진동홈이 되는 관통홀이 형성된 제1 커버층(130)과 상기 제1 커버층(130)을 덮는 제2 커버층(140)으로 형성될 수 있다.Upper and lower portions of the piezoelectric body 110 are provided with a space in which the piezoelectric body 110 vibrates mechanically, that is, the vibration groove 160. In this case, the vibration groove 160 may be formed to be larger than the internal electrode patterns 120b1 and 120c1 having a predetermined area formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric layers 110a and 110b, and the vibration groove 160 may be formed on the internal electrodes. It is preferable that the center of the patterns 120b1 and 120c1 coincide with each other. Although the figure illustrates a circular vibrating groove, the shape of the vibrating groove is not limited thereto, and may be variously changed to a polygon or an ellipse including a rectangle. In addition, the ceramic layers 130 and 140 on the upper and lower portions of the piezoelectric body 110 may include a first cover layer 130 having a through hole formed as a vibration groove and a second cover layer 140 covering the first cover layer 130. It can be formed into).

상기와 같은 구조의 진동 소자는 종래 기술에 의한 진동 소자와 마찬가지로 소자의 양 외부 전극에 전계를 가하면 압전체에 기계적 진동이 발생한다. 종래의 단판형 진동 소자가 단일판의 압전체 상부 및 하부에 내부 전극을 구비한 것과는 달리, 본 실시예의 진동 소자는 복수개의 압전체층으로 이루어진 압전체의 중간에 형성된 중간 내부전극(120b)이 압전체의 양 표면에 설치된 하부 및 상부 내부 전극(120a, 120c) 중 하나와 동일 방향으로 구성되어 있다. 이러한 진동 소자의 구조 에서는 압전체(110) 하부 표면의 제1 내부 전극(120a)과 압전체(110) 중간에 형성된 제2 내부 전극(120b) 사이에서 분극이 이루어지고, 압전체(110) 상부 표면의 제3 내부 전극(120c)은 분극 효율을 증대하는 보조 역할을 수행할 수 있다. 따라서 전체 압전 진동 소자의 하부층에 존재하는 소자층 즉 제1 압전체층(110a)의 국부 분극에 의해 공진 특성이 나타나고 상부의 미 분극 또는 분극이 조절된 소자층 즉 제2 압전체층(110b)에 의해 분극 영역의 두께에 대응하는 공진 주파수 보다 매우 낮은 공진 주파수를 구현하게 된다. 그리고 압전체 상부의 제3 내부 전극(120c)은 분극 특성을 조절하여 보다 낮은 임피던스를 갖는 공진 특성을 제공하는 역할을 한다.In the vibrating device having the above structure, mechanical vibration is generated in the piezoelectric body when an electric field is applied to both external electrodes of the device, as in the vibrating device of the prior art. Unlike the conventional single plate type vibrating element having internal electrodes on the upper and lower parts of the piezoelectric body of the single plate, the vibration element of the present embodiment has an intermediate internal electrode 120b formed in the middle of the piezoelectric body composed of a plurality of piezoelectric layers. It is comprised in the same direction as one of the lower and upper internal electrodes 120a and 120c provided in the surface. In the structure of the vibrating element, polarization is performed between the first internal electrode 120a on the lower surface of the piezoelectric body 110 and the second internal electrode 120b formed in the middle of the piezoelectric body 110, and the first surface of the piezoelectric body 110 may be removed. The third internal electrode 120c may play an auxiliary role of increasing polarization efficiency. Therefore, the resonance characteristic is exhibited by the local polarization of the element layer, i.e., the first piezoelectric layer 110a, present in the lower layer of the entire piezoelectric vibrating element, and the upper micro-polarization or polarization is controlled by the element layer, that is, the second piezoelectric layer 110b. The resonance frequency is much lower than the resonance frequency corresponding to the thickness of the polarization region. The third internal electrode 120c on the piezoelectric element serves to provide a resonance characteristic having a lower impedance by adjusting the polarization characteristic.

본 발명의 이러한 진동 소자 구조에서는 상·하부 압전체층(110a, 110b) 전체의 두께의 합이 종래의 단판형 소자보다 낮은 두께에서 동일한 주파수 나타낸다. 따라서 종래에 두께 진동 모드의 진동 소자에서 외형 크기 증가 없이 20MHz 이하의 낮은 ㎒대역의 소형 진동 소자의 제조가 가능하게 된다. 예를 들면 3 내지 20MHz 대역의 진동 주파수를 가지는 소형 진동 소자를 제조할 수 있다. In such a vibrating element structure of the present invention, the sum of the thicknesses of the entire upper and lower piezoelectric layers 110a and 110b exhibits the same frequency at a lower thickness than that of a conventional single plate type element. Therefore, in the conventional vibrating device of the thickness vibration mode, it is possible to manufacture a small vibration device of a low MHz band of 20 MHz or less without increasing the external size. For example, a small vibration device having a vibration frequency of 3 to 20 MHz band can be manufactured.

도3은 본 발명 진동 소자의 외부전계에 의한 분극 형성 상태를 설명하는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a polarization formation state by an external electric field of the vibration device of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명 진동 소자의 전체 압전체 두께가 종래의 단판형 진동 소자와 동일한 경우 압전 진동 소자의 하나의 압전체층의 두께는 종래의 단판형 소자보다 적으며, 본 발명의 진동소자의 분극 과정에서는 외부 전계에 의해 분극되는 영역이 진동 소자 하부의 제1 내부 전극(120a)과 두개의 압전체층(110a, 110b) 사이에 형성된 제2 내부전극(120b) 사이에서 한정되어지는 구조를 가진다. 따라서 분극 과정은 전체 압전체(110) 보다 훨씬 낮은 전계를 요구함으로 저 전압에서도 쉽게 분극이 가능하다. 그리고 진동 소자 상부의 제3 내부 전극(120c)은 분극 과정을 보조하여 주며 결과적으로 임피던스를 저하시키는 효과를 가진다. Referring to FIG. 3, when the total piezoelectric thickness of the vibration device of the present invention is the same as that of the conventional single plate vibration device, the thickness of one piezoelectric layer of the piezoelectric vibration device is smaller than that of the conventional single plate device. In the polarization process, a region polarized by an external electric field is defined between the first internal electrode 120a under the vibrating element and the second internal electrode 120b formed between the two piezoelectric layers 110a and 110b. . Therefore, the polarization process requires an electric field much lower than the entire piezoelectric body 110, so that the polarization process can be easily performed at low voltage. The third internal electrode 120c on the vibrating element assists the polarization process and consequently has an effect of lowering impedance.

또한 본 발명의 전체적인 주파수 특성은 이중으로 적층된 상부의 제2 압전체층(110b)과 하부의 제1 압전체층(110a)의 적층 비율에 거의 무관하며, 상·하부 압전체층의 총 두께에 의해 결정되어진다. In addition, the overall frequency characteristic of the present invention is almost independent of the stacking ratio of the second upper piezoelectric layer 110b and the lower first piezoelectric layer 110a stacked in a double, and is determined by the total thickness of the upper and lower piezoelectric layers. It is done.

도4는 종래의 진동 소자와 본 발명의 진동 소자의 공진 주파수 및 반공진 주파수를 측정한 그래프이다. Figure 4 is a graph measuring the resonant frequency and anti-resonant frequency of the conventional vibration element and the vibration element of the present invention.

진동 소자의 전극에 전계를 가하면 압전체에 기계적 진동이 발생하고, 진동 소자는 임피던스(Z)에 따라서 공진 및 반공진 주파수(fr, fa)가 형성된다. 이러한 진동 소자는 공진 및 반공진 주파수 사이에서는 인덕터(L)로 작동하고 그 이외의 주파수에서는 커패시터(C)로 작동할 수 있어 실질적으로는 전기적인 LC 공진이 일어나게 되며, 진동 소자의 진동 주파수는 보통 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 주파수에서 형성될 수 있다. 도4는 전체 압전체 두께가 350μm로 동일한 압전체 두께를 가지는 종래 기술의 단판형 진동 소자와 본 발명의 진동 소자의 공진 특성을 관찰 한 것이다. 도4의 측정 그래프에서 보여주듯이 종래 기술의 진동 소자(B)는 24MHz의 공진 주파수(fa2)를 나타내며 본 발명의 진동 소자(A)는 16MHz의 공진 주파수(fa1)를 나타내어, 본 발명의 진동 소자는 종래 기술에 대하여 동일한 두께의 압전체에서 낮은 공진 주파수를 얻을 수 있다. When an electric field is applied to the electrode of the vibrating element, mechanical vibration occurs in the piezoelectric body, and the vibrating element forms resonance and anti-resonant frequencies fr and fa according to the impedance Z. Such a vibrating element can operate as an inductor (L) between the resonant and anti-resonant frequencies and as a capacitor (C) at other frequencies, resulting in substantially electrical LC resonances. It may be formed at a frequency between the resonant frequency and the anti-resonant frequency. Figure 4 shows the resonance characteristics of the prior art single plate type vibrating element and the vibrating element of the present invention having a piezoelectric thickness equal to 350 mu m. As shown in the measurement graph of Fig. 4, the vibration element B of the prior art exhibits a resonant frequency fa2 of 24 MHz, and the vibration element A of the present invention exhibits a resonance frequency fa1 of 16 MHz. Compared to the prior art, a low resonance frequency can be obtained in piezoelectric bodies having the same thickness.

도5는 종래의 진동 소자와 본 발명의 진동 소자의 두께에 따른 주파수 특성을 나타내 그래프이다. 5 is a graph showing the frequency characteristics according to the thickness of the conventional vibration element and the vibration element of the present invention.

도5의 그래프에서 보여주듯이 종래의 단판형 진동소자(B)에 비교하여 본 발명의 진동 소자(A)는 동일한 진동 소자의 두께에서 공진 주파수가 매우 낮게 구현되고 있다. 이러한 주파수 차이는 고주파로 이동할수록 그 격차가 증가하게 된다. 따라서 본 발명의 진동 소자는 소자 크기 증가 없이 저주파주의 진동 주파수 구현이 용이한 특성을 가지고 있으며, 임피던스 증가 없이 주파수 이동이 가능하다.As shown in the graph of FIG. 5, the vibration element A of the present invention has a very low resonance frequency at the thickness of the same vibration element as compared with the conventional single plate vibration element B. As shown in FIG. As the frequency difference moves to high frequencies, the gap increases. Therefore, the vibration device of the present invention has a characteristic that the vibration frequency of the low frequency can be easily implemented without increasing the device size, and the frequency can be moved without increasing the impedance.

도6은 본 발명의 실시예1에 따른 진동 소자의 제조 과정을 설명하기 위한 제조 공정도이다.6 is a manufacturing process diagram for explaining a manufacturing process of the vibration device according to the first embodiment of the present invention.

우선, 공업용으로 시판하고 있는 압전체 진동 소자용 원료 분말을 이용하거나 PZT, PLZT 등 원하는 압전체 세라믹 조성의 원료분말을 준비한다. 압전체 성형 시트를 준비하기 위해 상기 준비된 압전체 세라믹 분말에 첨가제로 PVB계 바인더(binder)를 알코올(Alcohol)등과 잘 교반하여 혼합한 후 볼 밀(ball mill)로 약 24시간 동안 밀링(milling) 및 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조하고, 이러한 슬러리를 닥터 블레이드(Doctor blade)등의 방법으로 원하는 두께의 압전체 성형 시트(110a, 110b Green sheet)를 복수 매 제조한다. 이때 압전체 성형 시트의 두께는 슬러리의 점도 등 슬러리 상태 및 닥터 블레이드 시의 여러 가지 조절 변수를 조절하여 원하는 두께로 조절한다. 또한, 압전체 외의 세라믹 시트용 조성의 원료 분말도 상기와 같은 방법으로 원하는 두께의 성형 시트(130, 140)로 제조할 수 있다. 이때 진동을 유발하는 압전체 시트 외에 압전체 상하부에 위치되는 시트들은 압전 체 시트와 동일한 세라믹 시트를 사용할 수도 있고, 그 외 일반적인 유전체 조성의 세라믹 시트를 사용할 수도 있다.First, a raw material powder having a desired piezoelectric ceramic composition such as PZT or PLZT is prepared using commercially available piezoelectric vibrating element raw material powder. In order to prepare a piezoelectric molded sheet, PVB-based binders are well mixed with alcohols and the like as an additive to the prepared piezoelectric ceramic powders, followed by milling and mixing with a ball mill for about 24 hours. A slurry is prepared, and a plurality of piezoelectric molded sheets 110a and 110b green sheets having a desired thickness are manufactured by a method such as a doctor blade. At this time, the thickness of the piezoelectric molded sheet is adjusted to a desired thickness by adjusting various control parameters in the slurry state and the doctor blade, such as the viscosity of the slurry. In addition, the raw material powder of the composition for ceramic sheets other than a piezoelectric body can also be manufactured with the shaping | molding sheets 130 and 140 of a desired thickness by the above method. In this case, in addition to the piezoelectric sheet that causes vibration, the sheets positioned above and below the piezoelectric body may use the same ceramic sheet as the piezoelectric sheet, or may use a ceramic sheet having a general dielectric composition.

도6에는 적층 시트 상에 복수개 예를 들면 4개의 단위 소자를 병렬로 나란히 형성하여 이를 추후에 절단하여 단위 소자로 분리 제조하는 공정이 도시되어 있다.FIG. 6 shows a process of forming a plurality of, for example, four unit devices in parallel on a laminated sheet, and later cutting them to separate the unit devices.

상기와 같이 제조된 시트 중 소정 세라믹 시트(130a, 130b)위에 천공기(Punching machine)를 이용하여 복수의 관통홀(160)을 형성한다. 이때 관통홀은 사각형, 원형, 타원형 등 여러 가지 형태의 홀로 형성되며 진동 소자의 내부 전극이 위치할 위치와 정렬되도록 위치를 선정한다. A plurality of through holes 160 are formed on the ceramic sheets 130a and 130b of the sheet manufactured as described above by using a punching machine. At this time, the through-hole is formed of various shapes such as square, circle, oval, and the position is selected to align with the position of the internal electrode of the vibration element.

상기와 같이 형성된 관통홀(160) 내부를 카본 페이스트, PVB, PVA-계 유기물 페이스트 등 베이크 아웃(Bake-out)이 가능한 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅 등의 방법으로 채워 제1 하부 및 상부 커버 시트(130a, 130b)을 제조한다. 이때 관통홀을 채우는 것은 각 성형 시트를 적층한 후 절단 전에 압착을 행하게 되는 데 압착시에 압착 압력에 의해 관통홀이 함몰되는 것을 막기 위한 것이다. 물론 압착시 발생하는 함몰량이 제품에 영향을 주지 않는 범위 내에서 관통홀에는 유기물 페이스트를 충전하지 않을 수도 있다.Filling the inside of the through-hole 160 formed as described above using a paste capable of bake-out such as carbon paste, PVB, PVA-based organic paste, or the like, by screen printing or the like, the first lower and upper cover sheets ( 130a, 130b). In this case, the filling of the through-holes is performed by laminating each molded sheet before cutting, thereby preventing the through-holes from being depressed by the pressing pressure during the pressing. Of course, the organic paste may not be filled in the through-holes within the extent that the amount of depressions generated during the compression does not affect the product.

상기와 같이 제조된 제1 및 제2 압전체 시트(110a, 110b) 위에 상기 관통홀과 정렬되는 소정 위치에 스퍼터링 방법을 이용하여 Ag나 Pt 등의 금속 전극을 형성하거나 스크린 프린팅법으로 도전성 페이스트를 인쇄하여 진동 소자용 제2 및 제3 내부 전극(120a, 120c)을 형성한다. 또한, 제1 압전체 시트(110a)의 후면에는 제2 및 제3 내부 전극과 동일한 형상이며 방향이 반대인 제1 내부 전극(120a)이 형성 된다. 즉, 제1 내부 전극(120a)과 제2 내부 전극(120b)은 압전체 시트(110a)를 사이에 두고 대향하여 배치된다. 이때, 내부 전극은 상기 관통홀(160) 내를 유기물 페이스트로 충전하는 경우 유기물 페이스트를 구비하는 제1 하부 커버 시트(130a) 위에 형성할 수 도 있다. 또한, 각 내부 전극은 각 시트를 적층한 적층물의 전면, 후면 또는 측면의 적어도 일부로 노출되어 후술하는 외부 전극과 연결되도록 형성한다.On the first and second piezoelectric sheets 110a and 110b manufactured as described above, a metal electrode such as Ag or Pt is formed using a sputtering method at a predetermined position aligned with the through hole, or a conductive paste is printed by screen printing. Thus, the second and third internal electrodes 120a and 120c for the vibrating element are formed. In addition, a first internal electrode 120a having the same shape and opposite direction as the second and third internal electrodes is formed on the rear surface of the first piezoelectric sheet 110a. That is, the first internal electrode 120a and the second internal electrode 120b are disposed to face each other with the piezoelectric sheet 110a interposed therebetween. In this case, the internal electrode may be formed on the first lower cover sheet 130a having the organic paste when the inside of the through hole 160 is filled with the organic paste. In addition, each inner electrode is formed to be connected to at least a portion of the front, rear or side surfaces of the stack in which each sheet is laminated so as to be connected to an outer electrode to be described later.

상기와 같이 제조된 각 시트를 제2 하부 커버 시트(140a), 제1 하부 커버 시트(130a), 제1 압전체 시트(110a), 제2 압전체 시트(110b), 제1 상부 커버 시트(130a), 제2 상부 커버 시트(140b)의 순서대로 적층하여 단위칩이 여러개 동시에 포함된 그린바(180, Green bar)를 제조한다. Each of the sheets manufactured as described above may include the second lower cover sheet 140a, the first lower cover sheet 130a, the first piezoelectric sheet 110a, the second piezoelectric sheet 110b, and the first upper cover sheet 130a. By stacking the second upper cover sheet 140b in order, a green bar 180 including several unit chips at the same time is manufactured.

상기와 같이 제조된 그린바(180)를 압착하고 단위칩의 크기로 절단한 후 시트 내부 및 관통홀에 있는 각종 바인더 및 유기물 성분을 모두 연소 제거하기 위하여 300℃ 이하의 온도에서 가열하여 베이크 아웃(Bake-out)시킨 후 온도를 상승시켜 압전체 조성의 소성 온도에서 압전체 시트 및 커버 시트 모두를 동시에 소성하여 압전체 소체(100)를 제조한다. 이때 여러 시트내의 유기물은 물론 상하부 커버시트의 관통홀내의 유기물이 연소되어 제거되므로 진동 소자의 진동을 위한 진동홈(160)이 생성된다. The green bar 180 manufactured as described above is pressed and cut into the size of a unit chip, and then baked at a temperature of 300 ° C. or lower in order to burn and remove all the binders and organic substances in the sheet and through-holes. After the bake-out, the temperature is raised to simultaneously fire both the piezoelectric sheet and the cover sheet at the firing temperature of the piezoelectric composition to prepare the piezoelectric body 100. At this time, the organic material in the various sheets as well as the organic material in the through-holes of the upper and lower cover sheets are burned and removed, thereby creating a vibration groove 160 for vibration of the vibration device.

상기와 같이 제조된 소성된 압전제 소체(100)의 외부에 소체의 각 내부 전극(120a, 120b, 120c)과 연결되도록 소체의 양쪽 끝단에 외부 전극(150a, 150b)을 형성하고 압전성을 부여하기 위하여 소정의 전압을 가하여 전기쌍극자를 한쪽으로 배향하는 폴링(polling)작업을 실시하여 압전체 진동 소자를 제조한다. 이때 외부 전극은 압전체 소체(100)의 전면, 상면, 후면의 일부 및 측면을 피복하도록 형성될 수 있고, 압전체 소체(100)의 전면, 상면, 후면의 일부를 피복하도록 형성될 수 있고, 또한, 압전체 소체(100)의 측면을 피복하도록 형성될 수도 있다. Forming external electrodes 150a and 150b at both ends of the body so as to be connected to each of the internal electrodes 120a, 120b and 120c of the body outside of the fired piezoelectric body 100 manufactured as described above and imparting piezoelectricity In order to produce a piezoelectric vibrating element by applying a predetermined voltage, a polling operation is performed to orient the electric dipole to one side. In this case, the external electrode may be formed to cover a part and a side of the front, top, and rear surfaces of the piezoelectric body 100, and may be formed to cover a part of the front, top, and rear surfaces of the piezoelectric body 100. It may be formed to cover the side of the piezoelectric body 100.

이와 같은 제조된 진동 소자는 압전체를 시트로 제조함으로 연마 등 별도의 공정이 없이도 원하는 두께로 조절할 수 있고 압전체 시트의 상하에 내부 전극을 형성하고, 복수 매의 압전체 시트를 적층하여 압전체를 제조하므로 원하는 진동 주파수로 제어된 진동 소자를 얻을 수 있으며, 압전체 시트를 적층하고 압전체 시트 및 커버 시트를 동시 소성하여 소자를 얻을 수 있어 작업성을 향상시키고 공정을 단순화하므로 여러 가지 형태의 소자를 용이하게 제조할 수 있다. The manufactured vibration element can be adjusted to a desired thickness without a separate process such as polishing by manufacturing the piezoelectric material into a sheet, forming internal electrodes above and below the piezoelectric sheet, and stacking a plurality of piezoelectric sheets to produce a piezoelectric material. It is possible to obtain a vibrating element controlled by the vibration frequency, and to obtain a device by laminating the piezoelectric sheet and simultaneously firing the piezoelectric sheet and the cover sheet, thereby improving workability and simplifying the process, thereby making it easy to manufacture various types of devices. Can be.

상기와 같은 본 발명의 진동 소자는 압전체층 및 내부 전극을 다양하게 변경할 수 있다. 하기에서는 다양한 변형예를 설명하며 이때, 상술한 설명과 중복되는 부분은 생략한다.The vibration device of the present invention as described above can be variously changed the piezoelectric layer and the internal electrode. In the following, various modifications will be described, in which case overlapping descriptions will be omitted.

도7 내지 도9는 본 발명 실시예1의 다양한 변형예에 따른 진동 소자의 개략 단면도이다. 7 to 9 are schematic cross-sectional views of vibration elements according to various modifications of the first embodiment of the present invention.

도7을 참조하면, 본 변형예의 진동 소자는 제1 내지 제3 압전체층(110a, 110b, 110c)이 적층된 압전체(110), 상기 제1 압전체층(110a)의 상부 및 하부에 각각 형성된 제1 내부 전극(120a) 및 제2 내부 전극(120b), 상기 제2 압전체층(110b)의 상부에 형성된 제3 내부 전극(120c), 상기 제3 압전체층(110c)의 하부에 형성된 제4 내부 전극(120d), 상기 압전체(110)의 상부 및 하부에 각각 형성되고 진동 홈(160)이 구비된 세라믹층(130, 140), 상기 각 내부 전극과 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(150a, 150b)을 포함한다. Referring to FIG. 7, the vibrating element of the present modification may include a piezoelectric body 110 having first to third piezoelectric layers 110a, 110b, and 110c stacked thereon, and first and lower portions formed on upper and lower portions of the first piezoelectric layer 110a, respectively. A first internal electrode 120a and a second internal electrode 120b, a third internal electrode 120c formed on the second piezoelectric layer 110b, and a fourth internal formed on the lower portion of the third piezoelectric layer 110c Electrodes 120d, ceramic layers 130 and 140 formed on upper and lower portions of the piezoelectric body 110 and provided with vibration grooves 160, and first and second external electrodes 150a connected to the respective internal electrodes, respectively. , 150b).

여기서, 상기 제1 및 제4 내부 전극(120a, 120d)은 일측의 외부 전극(150a)와 연결되고, 상기 제2 및 제3 내부 전극(120b, 120c)은 타측의 외부 전극(150b)와 연결되며, 제1 및 제4 내부 전극과 제2 및 제3 내부 전극은 상기 외부 전극과 연결되는 방향이 상이하다. 즉 제4 내부 전극은 제3 내부 전극이 연결되지 않는 외부 전극과 연결되며, 복수개의 내부 전극 중 연속하여 형성된 두개의 내부 전극이 동일 측의 외부 전극과 연결된다. 그러나 본 발명의 내부 전극 연결 구조는 이에 한정되지 않으며 다양하게 변경될 수 있다.Here, the first and fourth internal electrodes 120a and 120d are connected to the external electrode 150a on one side, and the second and third internal electrodes 120b and 120c are connected to the external electrode 150b on the other side. The first and fourth internal electrodes and the second and third internal electrodes have different directions in which the first and fourth internal electrodes are connected to the external electrodes. That is, the fourth internal electrode is connected to the external electrode to which the third internal electrode is not connected, and two internal electrodes formed in succession among the plurality of internal electrodes are connected to the external electrode on the same side. However, the internal electrode connection structure of the present invention is not limited thereto and may be variously changed.

이러한 구조의 진동 소자는 상기의 실시예와 마찬가지로 종래 기술의 진동 소자에 대비하여 동일한 소자 두께에서 낮은 주파수의 진동 주파수를 얻을 수 있다. 또한, 2개의 압전체층을 형성하고 3개의 내부 전극을 형성한 상기의 실시예에 비하여 임피던스 값이 변화된다. The vibrating element having such a structure can obtain a low frequency vibration frequency at the same element thickness as compared to the vibrating element of the prior art as in the above embodiment. Also, the impedance value is changed compared with the above embodiment in which two piezoelectric layers are formed and three internal electrodes are formed.

도8을 참조하면, 본 변형예의 진동 소자는 제1 내지 제2 압전체층(110a, 110b)이 적층된 압전체(110), 상기 제1 압전체층(110a)의 상부 및 하부에 각각 형성된 제1 내부 전극(120a) 및 제2 내부 전극(120b), 상기 압전체(110)의 상부 및 하부에 각각 형성되고 진동홈(160)이 구비된 세라믹층(130, 140), 상기 각 내부 전극과 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(150a, 150b)을 포함한다. Referring to FIG. 8, the vibration device according to the present modification includes a piezoelectric body 110 having first to second piezoelectric layers 110a and 110b stacked thereon, and a first internal portion formed above and below the first piezoelectric layer 110a, respectively. An electrode 120a and a second internal electrode 120b, ceramic layers 130 and 140 formed on upper and lower portions of the piezoelectric body 110 and provided with vibration grooves 160, respectively, and connected to the respective internal electrodes. And first and second external electrodes 150a and 150b.

여기서, 상기 제1 내부 전극(120a)은 일측의 외부 전극(150a)과 연결되고, 상기 제2 내부 전극(120b)은 타측의 외부 전극(150b)과 연결되며, 제1 내부 전극과 제2 내부 전극은 상기 외부 전극과 연결되는 방향이 상이하다. 또한, 제1 내부 전극(120a)의 상부에는 압전체층(110b)이 적층되며, 이때 압전체층은 제2 내부 전극의 하부에 설치될 수도 있다. Here, the first internal electrode 120a is connected to the external electrode 150a on one side, and the second internal electrode 120b is connected to the external electrode 150b on the other side, and the first internal electrode and the second internal Electrodes are different in direction from which the external electrodes are connected. In addition, the piezoelectric layer 110b may be stacked on the first internal electrode 120a, and the piezoelectric layer may be provided below the second internal electrode.

이러한 구조의 진동 소자는 제1 및 제2 내부 전극 사이의 압전체층에서 발생하는 국부 분극에 의해 공진 특성이 나타나고 상부의 미 분극 또는 분극이 조절된 압전체층에 의해 분극 영역 두께 보다 매우 낮은 공진주파수를 형성하게 된다. 따라서 상기의 실시예와 마찬가지로 종래 기술의 진동 소자에 대비하여 동일한 소자 두께에서 낮은 주파수의 진동 주파수를 얻을 수 있다. 또한, 2개의 압전체층을 형성하고 3개의 내부 전극을 형성한 상기의 실시예와는 다른 임피던스 값을 나타내게 된다. The vibrating element having such a structure exhibits resonance characteristics due to local polarization occurring in the piezoelectric layer between the first and second internal electrodes, and has a resonance frequency lower than the thickness of the polarization region by the piezoelectric layer in which the upper polarization or the polarization is controlled. To form. Therefore, similarly to the above embodiment, it is possible to obtain a low frequency vibration frequency at the same device thickness as compared to the conventional vibration device. In addition, an impedance value different from the above embodiment in which two piezoelectric layers are formed and three internal electrodes are formed is shown.

상기에서는 낮은 진동 주파수를 얻을 수 있는 진동 소자 구조를 설명하였다. 이러한 진동 소자는 원하는 진동 주파수 및 임피던스 값에 따라 압전체층 및 내부 전극의 구조와 두께를 다양하게 변경할 수 있다. In the above, the vibration element structure capable of obtaining a low vibration frequency has been described. Such a vibrating element may vary the structure and thickness of the piezoelectric layer and the internal electrode in accordance with a desired vibration frequency and impedance value.

도9를 참조하면, 본 변형예의 진동 소자는 제1 압전체층(110a) 및 제2 압전체층(110b)의 복수 층으로 이루어진 압전체(110), 상기 제1 압전체층(110a)의 상부 및 하부에 각각 형성된 제1 내부 전극(120a) 및 제2 내부 전극(120b), 상기 제2 압전체층(110b)의 상부에 형성된 제3 내부 전극(120c), 상기 압전체(110)의 상부 및 하부에 각각 형성되고 진동홈(160)이 구비된 세라믹층(140), 상기 각 내부 전극과 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(150a, 150b)을 포함한다. Referring to FIG. 9, the vibrating element of the present modification includes a piezoelectric body 110 formed of a plurality of layers of the first piezoelectric layer 110a and the second piezoelectric layer 110b, and the upper and lower portions of the first piezoelectric layer 110a. The first internal electrode 120a and the second internal electrode 120b, the third internal electrode 120c formed on the second piezoelectric layer 110b, and the upper and lower portions of the piezoelectric body 110, respectively. And a ceramic layer 140 having vibration grooves 160, and first and second external electrodes 150a and 150b connected to the respective internal electrodes.

본 변형예는 압전체의 상부 및 하부에 설치되는 세라믹층(140) 즉, 압전체를 보호하는 커버층이 단일층으로 형성된다. 이러한 단일 커버층은 압전체 혹은 유전체 세라믹 분발을 분말성형법으로 성형하여 성형체를 형성하고 성형체를 소성하여 제조될 수 있다. 이때 커버층은 성형시 성형거푸집(Mold)의 모양을 설계하여 성형체에 도면과 같은 오목홈을 형성할 수 있다. 이러한 오목홈이 형성된 세라믹층을 에폭시(Epoxy)를 이용하여 압전체의 상하부에 접착 결합시켜 진동 소자를 제조할 수 있다. 여기서는 단일층으로 이루어진 커버층을 예시하였으나 본 발명의 압전체는 진동 공간을 확보하며 압전체를 보호할 수 있는 다양한 형태의 커버에 의해 보호될 수 있음은 물론이다. In this modification, the ceramic layer 140 provided on the upper and lower portions of the piezoelectric body, that is, the cover layer for protecting the piezoelectric body is formed as a single layer. Such a single cover layer may be manufactured by molding a piezoelectric or dielectric ceramic powder by powder molding to form a molded body and firing the molded body. At this time, the cover layer may form a concave groove as shown in the figure by designing the shape of the molding die (Mold) during molding. The ceramic layer in which the concave grooves are formed may be adhesively bonded to upper and lower portions of the piezoelectric body using epoxy to manufacture a vibration device. Here, the cover layer is formed of a single layer, but the piezoelectric body of the present invention may be protected by various types of covers that secure a vibration space and protect the piezoelectric body.

상기에서는 입·출력 2개의 외부 전극 단자 구조로 형성되어 발진 회로에서 외부 커패시터를 장착하여 사용하는 진동 소자를 설명하였으나, 진동 소자의 발진을 위해 외부 커패시터를 소자 내부에 포함시켜 진동 소자와 단일 칩으로 제조하면 소자를 더욱 소형화하고 원하는 발진 특성을 단일 칩 소자에서 얻을 수 있다. 하기에서는 외부 커패시터를 소자 내부에 포함시킨 3 단자형 진동 소자를 구체적으로 설명하며, 상술한 설명과 중복되는 부분은 생략한다.In the above description, a vibration device formed of an input / output two external electrode terminal structure and mounted with an external capacitor in an oscillation circuit has been described. However, an external capacitor is included inside the device for oscillation of the vibration device. When fabricated, the device can be further miniaturized and the desired oscillation characteristics can be obtained from a single chip device. Hereinafter, a three-terminal vibrating element including an external capacitor inside the device will be described in detail, and portions overlapping with the above description will be omitted.

(실시예2)Example 2

압전 소자가 발진하기 위해서는 커패시터(콘덴서)가 필요하며 커패시터를 진동 소자 내에 포함하도록 결합하여 일체형으로 제조하는 형태를 커패시터 일체형(Built-in Capacitor) 진동 소자라 한다.A capacitor (capacitor) is required for the piezoelectric element to oscillate, and a type in which the capacitor is integrated into the vibrating element and manufactured as an integral type is called a built-in capacitor vibrating element.

도10은 본 발명의 실시예2에 따른 진동 소자를 설명하기 위한 개략 사시도이고, 도11는 본 발명의 실시예2에 따른 진동 소자의 분해 사시도이다. 이때 도10은 본 발명의 실시예2에 따른 진동 소자를 상면 및 배면 방향에서 본 사시도이다.10 is a schematic perspective view for explaining a vibration device according to a second embodiment of the present invention, Figure 11 is an exploded perspective view of the vibration device according to a second embodiment of the present invention. 10 is a perspective view of the vibration device according to the second embodiment of the present invention as seen from the top and back directions.

도10 및 도11을 참조하면 본 실시예에 의한 진동 소자는 제1 압전체층(210a) 및 제2 압전체층(210b)의 복수 층으로 이루어진 압전체(210), 상기 제1 압전체층(210a)의 상부 및 하부에 각각 형성된 제1 내부 전극(220a) 및 제2 내부 전극(220b), 상기 제2 압전체층(210b)의 상부에 형성된 제3 내부 전극(220c), 상기 제1 압전체층(210a)의 상부면 및 하부면에 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 커패시터 내부 전극(270, 280), 상기 제1 내지 제3 내부 전극과 각각 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(250a, 250b) 및 상기 커패시터 내부 전극(270, 280)과 연결되는 커패시터(혹은 제3) 외부 전극(250c)을 포함한다. 이때, 상기 압전체(210)의 상부 및 하부에 각각 형성되고 진동홈(260)이 구비된 세라믹층(230, 240)을 더 포함할 수 있다.10 and 11, the vibrating element according to the present exemplary embodiment includes a piezoelectric body 210 formed of a plurality of layers of a first piezoelectric layer 210a and a second piezoelectric layer 210b, and the first piezoelectric layer 210a of the first piezoelectric layer 210a. First internal electrode 220a and second internal electrode 220b formed on the upper and lower portions, third internal electrode 220c formed on the second piezoelectric layer 210b, and the first piezoelectric layer 210a, respectively. Capacitor internal electrodes 270 and 280 formed on upper and lower surfaces of the capacitor and spaced apart from the first and second internal electrodes at predetermined intervals, and the first and second external electrodes 250a connected to the first to third internal electrodes, respectively. , 250b) and a capacitor (or third) external electrode 250c connected to the capacitor internal electrodes 270 and 280. In this case, the piezoelectric body 210 may further include ceramic layers 230 and 240 formed on the upper and lower portions, respectively, and provided with the vibration groove 260.

상기 압전체층(210a, 210b)의 상부면 또는 하부면에 형성된 내부 전극(220a, 220b, 220c)은 압전체층의 일면의 중심 영역에 압전체층의 외곽과 이격되어 원형으로 형성된 내부 전극 패턴(220b1), 상기 내부 전극 패턴(220b1)에서 상기 압전체층의 일측 단부 방향으로 연장된 라인 형상의 내부 전극 라인(220b2) 및 상기 내부 전극 라인(220b2)과 연결되며 내부 전극 라인(220b2)과 교차하는 방향으로 압전체층(210a)의 전방과 후방 끝단까지 연장된 내부 전극 연결부(220b3)를 포함한다. The internal electrodes 220a, 220b, and 220c formed on the top or bottom surfaces of the piezoelectric layers 210a and 210b are spaced apart from the outside of the piezoelectric layer in the center area of one surface of the piezoelectric layer and formed in a circular shape. In addition, the internal electrode pattern 220b1 is connected to the internal electrode line 220b2 and the internal electrode line 220b2 having a line shape extending toward one end of the piezoelectric layer and intersects with the internal electrode line 220b2. The internal electrode connecting portion 220b3 extends to the front and rear ends of the piezoelectric layer 210a.

여기서 상기 커패시터 내부 전극(270, 280)은 제1 및 제2 내부 전극이 형성된 압전체층(210a)의 상부면 및 하부면에 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되어 형성된다. 즉, 커패시터 내부 전극은 내부 전극 패턴(220b1)과 소정 간격 이 격되며 상기 내부 전극 패턴(220b1)의 일부를 둘러싸는 원호 형상 패턴(270a1, 270b1) 및 상기 원호 형상 패턴(270a1, 270b1)과 연결되어 압전체층(210a)의 전방 및 후방 끝단까지 연장된 연장부(270a2, 270b2)로 형성된다. 이러한 커패시터 내부 전극(270, 280)은 내부 전극 패턴(220b1)을 사이에 두고 양측에 두개의 커패시터 내부 전극 패턴(270a, 270b)으로 분리되어 있으나 이는 동일한 외부 전극과 접속됨에 의해 상호 연결된다. The capacitor internal electrodes 270 and 280 are formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric layer 210a having the first and second internal electrodes spaced apart from the first and second internal electrodes at predetermined intervals. That is, the capacitor internal electrode is spaced apart from the internal electrode pattern 220b1 and connected to the arc-shaped patterns 270a1 and 270b1 surrounding the portion of the internal electrode pattern 220b1 and the arc-shaped patterns 270a1 and 270b1. And are formed as extending portions 270a2 and 270b2 extending to the front and rear ends of the piezoelectric layer 210a. The capacitor internal electrodes 270 and 280 are separated into two capacitor internal electrode patterns 270a and 270b on both sides with the internal electrode pattern 220b1 interposed therebetween, but are connected to each other by being connected to the same external electrode.

상기 제1 내부 전극(220a)은 제1 외부 전극(250a)과 연결되며, 제2 및 제3 내부 전극(220b, 220c)은 모두 제2 외부(250b)에 연결되며, 제1 압전체층(210a)의 상하부 면에 각각 형성된 두개의 커패시터 내부 전극(270, 280)은 모두 커패시터 외부 전극(250c)과 연결된다. 이때, 제1 및 제2 외부 전극(250a, 250b)은 각층이 적층된 소체의 전면, 후면 및 상면의 양측 단부에 형성되어 즉, 소체의 전면, 후면 및 상면의 단부의 일부를 피복하는 형상으로 제조되어 소체의 전면 및 후면으로 노출된 제1 내지 제3 내부 전극(220a, 220b, 220c)과 연결된다. 또한 커패시터 외부 전극(250c)은 소체의 전면, 후면 및 상면의 중심부를 소정 폭으로 피복하는 형상으로 제조되어 소체의 전면 및 후면으로 노출된 커패시터 내부 전극(270, 280)과 연결된다. 이때 커패시터 외부 전극(250c)은 제1 및 제2 외부 전극(250a, 250b)과 소정 간격 이격되어 형성된다.The first internal electrode 220a is connected to the first external electrode 250a, and the second and third internal electrodes 220b and 220c are both connected to the second external 250b, and the first piezoelectric layer 210a is provided. The two capacitor inner electrodes 270 and 280 formed on the upper and lower surfaces of the N are respectively connected to the capacitor outer electrode 250c. In this case, the first and second external electrodes 250a and 250b are formed at both ends of the front, rear, and top surfaces of the body in which each layer is stacked, that is, cover the part of the front, rear, and top surfaces of the body. It is manufactured and connected to the first to third internal electrodes 220a, 220b, 220c exposed to the front and rear surfaces of the body. In addition, the capacitor external electrode 250c is formed in a shape to cover the center of the front, rear and top of the body with a predetermined width and is connected to the capacitor internal electrodes 270 and 280 exposed to the front and rear of the body. In this case, the capacitor external electrode 250c is formed to be spaced apart from the first and second external electrodes 250a and 250b by a predetermined interval.

이러한 외부 전극 형태는 진동 소자가 인쇄회로기판에 실장될 때 인쇄회로기판과의 장착을 용이하게 하고 적은 량의 납땜 물질을 사용하면서도 진동 소자의 외부 전극이 인쇄회로기판에 안정적으로 부착되도록 한다.This external electrode shape facilitates mounting with the printed circuit board when the vibrating element is mounted on the printed circuit board and enables the external electrode of the vibrating element to be stably attached to the printed circuit board while using a small amount of soldering material.

본 실시예의 진동 소자는 제1 외부 전극과 커패시터 외부 전극 사이 및 제2 외부 전극과 커패시터 외부 전극 사이에 각각 커패시터가 형성된다. 즉, 제1 외부 전극과 이와 연결되는 제1 내부 전극 및 커패시터 외부 전극과 이와 연결되는 커패시터 내부 전극의 사이에 위치하는 압전체층 및 세라믹층이 유전체로 작용하여 일 커패시터(C1)가 형성된다. 마찬가지로, 제2 외부 전극과 이와 연결되는 제2 내부 전극 및 커패시터 외부 전극과 이와 연결되는 커패시터 내부 전극의 사이에 위치하는 압전체층 및 세라믹층이 유전체로 작용하여 다른 커패시터(C2)가 형성된다. 또한, 커패시터의 커패시턴스 값은 커패시터 내부 전극과 제1 및 제2 내부 전극 사이의 간격 또는 커패시터 내부 전극의 면적 등을 변화시킴으로써 다양하게 조절할 수 있다.In the vibration device of the present embodiment, a capacitor is formed between the first external electrode and the capacitor external electrode and between the second external electrode and the capacitor external electrode, respectively. That is, one capacitor C1 is formed by the piezoelectric layer and the ceramic layer positioned between the first external electrode, the first internal electrode connected to the capacitor, and the capacitor external electrode, and the capacitor internal electrode connected thereto. Similarly, the piezoelectric layer and the ceramic layer positioned between the second external electrode, the second internal electrode connected thereto and the capacitor external electrode, and the capacitor internal electrode connected thereto serve as a dielectric to form another capacitor C2. In addition, the capacitance value of the capacitor may be variously adjusted by changing a distance between the capacitor internal electrode and the first and second internal electrodes or the area of the capacitor internal electrode.

도12는 본 실시예2에 따른 진동 소자의 등가 회로를 나타낸 등가 회로도이다.Fig. 12 is an equivalent circuit diagram showing an equivalent circuit of the vibration element according to the second embodiment.

도12를 참조하면, 진동 소자는 제1 및 제2 외부 전극 단자 사이에 형성된 등가병렬 커패시터(C0)와 진동 소자의 저항(R1), 인덕터(L1) 및 커패시터(C1)가 직렬로 연결되어 있다. 여기에 더하여 제1 외부 전극과 커패시터 외부 전극 사이에 형성된 커패시터(C1) 및 제2 외부 전극과 커패시터 외부 전극 사이에 형성된 커패시터(C2)를 포함한다. 즉, 진동 소자는 커패시터 전극을 형성하여 생성한 커패시터(CP1, CP2)가 진동 소자 커패시터(C1)와 병렬로 연결되어 있는 형태이다. 이때 커패시터 외부 전극 단자는 접지되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 12, the vibrating element includes an equivalent parallel capacitor C 0 formed between the first and second external electrode terminals, a resistor R 1 , an inductor L 1 , and a capacitor C 1 of the vibrating element in series. Is connected. In addition, the capacitor C 1 is formed between the first external electrode and the capacitor external electrode, and the capacitor C 2 is formed between the second external electrode and the capacitor external electrode. That is, in the vibrating element, the capacitors C P1 and C P2 formed by forming the capacitor electrode are connected in parallel with the vibrating element capacitor C 1 . In this case, the capacitor external electrode terminal is preferably grounded.

이러한 본 실시예의 진동 소자 구조에서는 상·하부 압전체층(210a, 210b) 전체의 두께의 합이 종래의 단판형 소자보다 낮은 두께에서 동일한 주파수 나타낸다. 또한, 진동 소자 내부에 부가의 커패시터를 형성하여 커패시터 일체형의 진동 소자를 제조할 수 있다. 이러한 단순하고 소형화된 커패시터 일체형 진동 소자는 소형화된 전자기기에 유용하게 사용될 수 있다. In the vibration element structure of this embodiment, the sum of the thicknesses of the entire upper and lower piezoelectric layers 210a and 210b shows the same frequency at a lower thickness than the conventional single plate type element. In addition, an additional capacitor may be formed inside the vibrating element to manufacture a vibrating element having a capacitor integrated therein. Such a simple miniaturized capacitor integrated vibration element can be usefully used in miniaturized electronic devices.

상기에서는 진동 소자의 내부에 커패시터 내부 전극을 형성하고 이를 커패시터 외부 전극과 연결하였으나, 커패시터 내부 전극을 형성하지 않고 커패시터 외부 전극만을 형성하여 3 단자형 진동 소자를 제조할 수도 있다. 이러한 진동 소자는 2단자형 진동 소자에 비하여 커패시터가 추가로 형성되나, 추가되는 커패시터의 커패시턴스 값이 크지 않고, 커패시턴스 값을 다양하게 변화시키기 어렵다.In the above, the capacitor internal electrode is formed inside the vibration device and connected to the capacitor external electrode. However, the three terminal type vibration device may be manufactured by forming only the capacitor external electrode without forming the capacitor internal electrode. Such a vibrating element has an additional capacitor as compared to the two-terminal vibrating element, but the capacitance value of the added capacitor is not large, and it is difficult to vary the capacitance value in various ways.

본 실시예의 진동 소자는 상술한 실시예1에서 설명한 것과 동일한 방법으로 제조될 수 있다. 다만, 압전체 시트에 내부 전극을 형성할 때, 제1 내지 제3 내부 전극뿐만 아니라, 커패시터 내부 전극도 동시에 형성한다. The vibration element of this embodiment can be manufactured in the same manner as described in the above-described first embodiment. However, when the internal electrodes are formed in the piezoelectric sheet, not only the first to third internal electrodes but also the internal capacitor electrodes are formed at the same time.

상기와 같은 본 발명의 커패시터 일체형 진동 소자는 내부 전극을 다양하게 변경하여 커패시턴스 값을 변화시킬 수 있다. 하기에서는 다양한 변형예를 설명하며 이때, 상술한 설명과 중복되는 부분은 생략한다.The capacitor integrated vibration device of the present invention as described above may change the capacitance value by varying the internal electrode. In the following, various modifications will be described, in which case overlapping descriptions will be omitted.

도13 내지 도15는 본 발명 실시예2의 다양한 변형예에 따른 진동 소자의 내부 압전체층의 개략 평면도이다. 13 to 15 are schematic plan views of an internal piezoelectric layer of a vibrating element according to various modifications of the second embodiment of the present invention.

도13을 참조하면, 본 변형예의 진동 소자는 복수의 압전체층로 이루어진 압전체, 상기 압전체의 상하부와 압전체층 사이에 형성된 제1 내지 제3 내부 전극, 상기 압전체의 상부 및 하부에 각각 형성되고 진동홈이 구비된 세라믹층, 상기 일 압전체층의 상부면 및 하부면에 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 커패시터 내부 전극(270, 280), 상기 제1 내지 제3 내부 전극과 각각 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(250a, 250b) 및 상기 커패시터 내부 전극(270, 280)과 연결되는 커패시터 외부 전극(250c)을 포함한다.Referring to Figure 13, the vibration element of the present modification is a piezoelectric body consisting of a plurality of piezoelectric layers, first to third internal electrodes formed between the upper and lower portions of the piezoelectric material and the piezoelectric layer, respectively formed on the upper and lower portions of the piezoelectric material and vibrating grooves The ceramic layer, capacitor internal electrodes 270 and 280 formed on the upper and lower surfaces of the one piezoelectric layer and spaced apart from the first and second internal electrodes at predetermined intervals, respectively, and connected to the first to third internal electrodes, respectively. The first and second external electrodes 250a and 250b and the capacitor external electrodes 250c connected to the capacitor internal electrodes 270 and 280.

이때 본 변형예의 진동 소자는 커패시터 내부 전극(270, 280)과 제1 및 제2 내부 전극 사이의 간격이 상기의 실시예에 비하여 가깝게 형성되어 있다. 즉, 제1 및 제2 내부 전극의 내부 전극 패턴(220b1)과 커패시터 내부 전극의 원호 형상 패턴(270a1, 270b1) 사이의 간격이 가깝게 형성되어 있다. 이로부터 두 전극 사이에 형성되는 커패시터의 커패시턴스 값은 전극 사이의 간격에 반비례하므로, 본 변형예의 진동 소자는 커패시턴스 값을 증가시킬 수 있다. In this case, in the vibration device of the present modification, the distance between the capacitor internal electrodes 270 and 280 and the first and second internal electrodes is formed closer than that of the above embodiment. That is, the distance between the internal electrode patterns 220b1 of the first and second internal electrodes and the arc-shaped patterns 270a1 and 270b1 of the capacitor internal electrodes is formed to be close. Since the capacitance value of the capacitor formed between the two electrodes is inversely proportional to the spacing between the electrodes, the vibrating element of the present modification can increase the capacitance value.

도14 참조하면, 본 변형예의 진동 소자는 복수의 압전체층로 이루어진 압전체, 상기 압전체의 상하부와 압전체층 사이에 형성된 제1 내지 제3 내부 전극, 상기 일 압전체층의 상부면 및 하부면에 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 커패시터 내부 전극(270, 280), 상기 제1 내지 제3 내부 전극과 각각 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(250a, 250b) 및 상기 커패시터 내부 전극(270, 280)과 연결되는 커패시터 외부 전극(250c)을 포함한다.Referring to FIG. 14, the vibration element of the present modification includes a piezoelectric body consisting of a plurality of piezoelectric layers, first to third internal electrodes formed between upper and lower portions of the piezoelectric material and the piezoelectric layer, and first and second surfaces on upper and lower surfaces of the one piezoelectric layer. And capacitor internal electrodes 270 and 280 formed spaced apart from the second internal electrode at predetermined intervals, first and second external electrodes 250a and 250b connected to the first to third internal electrodes, respectively, and the capacitor internal electrodes ( And a capacitor external electrode 250c connected to the 270 and 280.

이때 본 변형예의 진동 소자에서 일 압전체의 상하부면에 형성된 커패시터 내부 전극(270, 280)은 각 커패시터 내부 전극이 형성된 면내에서 연결되어 있다. 즉, 커패시터 내부 전극(270, 280)은 상기 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격 되고 제1 및 제2 내부 전극의 내부 전극 패턴(220b1)의 일부를 둘러싸는 반원 형상으로 형성된 반원 형상 패턴과 이로부터 압전체층의 전방 및 후방끝단까지 연장된 연장부로 이루어진다. 물론 이때, 커패시터 내부 전극의 형상은 반원 형상으로 한정되지 않으며 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되어 압전체층의 전방 및 후방끝단까지 연결되어 연장되는 다양한 형상으로 변경될 수 있다. At this time, the capacitor internal electrodes 270 and 280 formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body in the vibration element of the present modification are connected in the plane in which the capacitor internal electrodes are formed. That is, the capacitor internal electrodes 270 and 280 are semicircular patterns spaced apart from the first and second internal electrodes by a predetermined interval and formed in a semicircle shape surrounding a part of the internal electrode patterns 220b1 of the first and second internal electrodes. And an extension portion extending from the front and rear ends of the piezoelectric layer therefrom. Of course, at this time, the shape of the capacitor internal electrode is not limited to a semi-circular shape, and may be changed into various shapes that are connected to the front and rear ends of the piezoelectric layer and spaced apart from the first and second internal electrodes by a predetermined distance.

이러한 진동 소자는 커패시터 내부 전극(270, 280) 및 압전체층을 사이에 두고 이와 중첩되는 제1 또는 제2 내부 전극 사이에도 커패시터가 형성된다. 즉, 점선으로 표시된 영역(C, D)에서도 커패시터가 형성된다. In the vibrating device, a capacitor is formed between the capacitor internal electrodes 270 and 280 and the first or second internal electrode overlapping the piezoelectric layer. That is, a capacitor is also formed in the regions C and D indicated by a dotted line.

도15 참조하면, 본 변형예의 진동 소자는 상기 도14의 변형예와 압전체, 제1 내지 제3 내부 전극, 외부 전극의 구조가 동일하다.Referring to Fig. 15, the vibrating element of this modification has the same structure as the modification of Fig. 14 with the piezoelectric body, the first to third internal electrodes, and the external electrode.

이때 본 변형예의 진동 소자에서 일 압전체의 상하부면에 형성된 커패시터 내부 전극(270, 280)은 각 커패시터 내부 전극이 형성된 면내에서 연결되어 있으며, 커패시터 내부 전극의 적어도 일부 영역의 면적을 증가시킨 형태이다. 즉, 커패시터 내부 전극(270, 280)은 상기 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되고 제1 및 제2 내부 전극의 내부 전극 패턴(220b1)의 일부를 둘러싸는 반원 형상으로 형성된 반원 형상 패턴과 이로부터 압전체층의 전방 및 후방끝단까지 연장된 연장부로 이루어지며, 반원 형상의 패턴의 일부 영역의 폭을 확대시킨 면적 증가부(270c, 280c)를 포함한다. 커패시터 내부 전극의 면적 증가부(270c, 280c)는 압전체층을 사이에 두고 제1 또는 제2 내부 전극과 중첩하는 영역(C, D)에 설치된다. In this case, the capacitor internal electrodes 270 and 280 formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body of the present modified example are connected in the plane in which the respective capacitor internal electrodes are formed, and the area of at least a portion of the capacitor internal electrode is increased. That is, the capacitor internal electrodes 270 and 280 are semicircular patterns spaced apart from the first and second internal electrodes by a predetermined interval and formed in a semicircle shape surrounding a part of the internal electrode patterns 220b1 of the first and second internal electrodes. And extension portions extending from the front and rear ends of the piezoelectric layer to enlarge area portions 270c and 280c extending the width of a portion of the semicircular pattern. The area increasing portions 270c and 280c of the capacitor internal electrode are provided in regions C and D overlapping the first or second internal electrode with the piezoelectric layer interposed therebetween.

이러한 진동 소자는 압전체층을 사이에 두고 제1 또는 제2 내부 전극과 중첩 되는 커패시터 내부 전극(270, 280) 영역의 면적을 증가시킴에 의하여, 제1 및 제2 내부 전극 및 커패시터 내부 전극 사이에 형성되는 커패시턴스 값을 증가시킨다. The vibration device increases the area of the capacitor internal electrodes 270 and 280 overlapping the first or second internal electrodes with the piezoelectric layer interposed therebetween, thereby increasing the area between the first and second internal electrodes and the capacitor internal electrodes. Increase the capacitance value formed.

3단자형 진동 소자는 실장되는 전자 기기에 따라 다른 디바이스와의 매칭을 위해 요구되는 커패시턴스 값이 변화된다. 본 발명의 커패시터 일체형 진동 소자는 상술한 바와 같이 커패시턴스 값을 다양하게 변경시킬 수 있음으로 다양한 전자 기기에 용이하게 적용될 수 있다.In the three-terminal vibrating element, the capacitance value required for matching with other devices is changed according to the electronic device to be mounted. The capacitor integrated vibration device of the present invention can be easily applied to various electronic devices by changing the capacitance value as described above.

상기의 다양한 실시예 및 변형예들은 다양한 형태로 조합 또는 병행되어 사용될 수 있음은 물론이다. Various embodiments and modifications described above may be used in combination or in parallel in various forms.

한편, 상기에서 서술한 바와 같이 진동 소자를 제조하는 기술은 상기의 예시된 진동 소자 외에 다양한 주파수의 발진 주파수를 요구하는 여러 가지 소자에 적용하여 칩 부품 소자로 제조할 수 있다. On the other hand, as described above, a technique for manufacturing a vibrating element may be applied to various elements requiring oscillation frequencies of various frequencies in addition to the above-described illustrated vibrating elements, and thus may be manufactured as chip component elements.

상기한 바와 같이 제조되는 진동 소자는 가공성이 향상되므로 상기에서 예시한 형태 외에 여러 가지 형태로 제조할 수 있다.The vibrating element manufactured as described above may be manufactured in various forms in addition to the above-exemplified forms because workability is improved.

또한 상기한 바와 같이 제조되는 진동 소자는 원하는 특성별로 두 개 이상 소자를 결합하여 제조하는 결합 칩으로 용이하게 제조할 수 있다. In addition, the vibrating device manufactured as described above may be easily manufactured as a bonding chip for combining two or more devices according to desired characteristics.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 진동 소자는 소자 크기의 변화 없이 낮은 주파수의 진동 주파수를 가지는 저주파 진동 소자를 제조할 수 있으며, 진동 소자는 압전체 시트의 두께를 원하는 대로 조절하여 다양한 주파수의 발진 주파수를 안정적으로 얻을 수 있는 효과가 있다. The vibrating device according to the present invention as described above can produce a low frequency vibration device having a low frequency vibration frequency without changing the size of the device, the vibration device is adjusted to the oscillation frequency of various frequencies by adjusting the thickness of the piezoelectric sheet as desired There is an effect that can be obtained stably.

본 발명에 따른 진동 소자는 압전체층 및 내부 전극 구조를 변경하여 임피던스 값을 용이하게 조절할 수 있으며, 종래의 단판형 진동 소자에 비해 정밀하게 제어된 임피던스 값은 가지고 안정된 공진 특성을 얻을 수 있다. The vibration element according to the present invention can easily adjust the impedance value by changing the piezoelectric layer and the internal electrode structure, and compared with the conventional single plate type vibration element, it is possible to obtain a stable resonance characteristic with a precisely controlled impedance value.

본 발명은 압전체 시트의 두께를 용이하게 조절함에 의해 소자 제조시의 가공성을 향상시켜 다양한 형태의 진동 소자를 제조할 수 있고, 공정 단계를 감소시켜 단순한 공정에 의해 원하는 전기적 특성을 구현하는 경박 단소화된 소형의 칩 진동 소자를 제조할 수 있다. The present invention improves the processability at the time of manufacturing the device by easily adjusting the thickness of the piezoelectric sheet to produce various types of vibration devices, and reduced the process steps to reduce the light and thinning of the desired electrical properties by a simple process The compact chip vibration element can be manufactured.

본 발명에 따른 진동 소자는 소자 제조 공정을 단순화하고 작업성을 향상시키므로 생산 수율을 향상시키고 생산 단가를 감소시킬 수 있다.The vibrating device according to the present invention simplifies the device manufacturing process and improves workability, thereby improving production yield and reducing production cost.

본 발명에 따라 제조된 커패시터 일체형 진동 소자는 커패시터 소자를 결합하여 단일 칩으로 제조함으로 안정된 발진 특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 주파수 조정을 용이하게 할 수 있다. The capacitor integrated vibration device manufactured according to the present invention can not only obtain stable oscillation characteristics by facilitating frequency regulation by combining the capacitor devices with a single chip.

본 발명에 따라 제조된 커패시터 일체형 진동 소자는 커패시터 내부 전극 구조를 변경하여 다양한 값의 커패시턴스를 용이하게 얻을 수 있다.The capacitor integrated vibration device manufactured according to the present invention can easily obtain capacitance of various values by changing the internal structure of the capacitor.

또한 본 발명에 따라 제조된 커패시터 일체형 진동 소자는 제조 공정이 용이하고 여러 가지 형태의 단일 칩으로 제조할 수 있으며 별도 공정의 추가 없이 경박 단소화된 소형칩으로 제조할 수 있다.In addition, the capacitor-integrated vibration device manufactured according to the present invention can be easily manufactured in a single chip of a variety of forms, and can be manufactured in a small and thin miniaturized chip without the addition of a separate process.

Claims (14)

진동 소자에 있어서, In the vibrating element, 압전 특성을 가지는 복수의 압전체층이 적층된 압전체, A piezoelectric material in which a plurality of piezoelectric layers having piezoelectric properties are laminated, 상기 압전체의 상하부에 형성된 상부 및 하부 내부 전극,Upper and lower internal electrodes formed on upper and lower portions of the piezoelectric body, 상기 압전체의 중간에 개재된 중간 내부 전극,An intermediate internal electrode interposed in the middle of the piezoelectric body, 상기 압전체의 외부에 형성되는 일측 및 타측 외부 전극을 포함하며,It includes one side and the other external electrode formed on the outside of the piezoelectric body, 상기 상부 및 하부 내부 전극은 상기 일측 및 타측 외부 전극과 각각 연결되며 상기 중간 내부 전극은 상기 일측 또는 타측 외부 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.And the upper and lower inner electrodes are connected to the one and the other outer electrode, respectively, and the middle inner electrode is connected to the one or the other outer electrode. 청구항1에 있어서, 상기 중간 전극은 적어도 2개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibrating device of claim 1, wherein at least two intermediate electrodes are formed. 청구항1에 있어서, 상기 압전체 외부에 일측 및 타측 외부 전극과 이격되는 커패시터 외부 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibration device of claim 1, wherein a capacitor external electrode spaced apart from one side and the other external electrode is formed outside the piezoelectric body. 청구항3에 있어서, 상기 압전체에 상기 커패시터 외부 전극과 연결되는 커패시터 내부 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibration device of claim 3, wherein a capacitor internal electrode connected to the capacitor external electrode is formed on the piezoelectric body. 진동 소자에 있어서, In the vibrating element, 압전 특성을 가지는 복수의 압전체층이 적층된 압전체, A piezoelectric material in which a plurality of piezoelectric layers having piezoelectric properties are laminated, 일 압전체층의 상하부에 형성된 제1 및 제2 내부 전극,First and second internal electrodes formed above and below one piezoelectric layer, 상기 일 압전체층의 일면 상에 배치된 다른 압전체층의 상부 또는 하부에 형성된 제3 내부 전극,A third internal electrode formed above or below another piezoelectric layer disposed on one surface of the one piezoelectric layer, 상기 압전체의 외부에 형성되는 제1 및 제2 외부 전극을 포함하며,First and second external electrodes formed on the outside of the piezoelectric body, 상기 제1 및 제2 내부 전극은 상기 제1 및 제2 외부 전극과 각각 연결되며 상기 제3 내부 전극은 인접하는 내부 전극이 연결되는 외부 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.And the first and second internal electrodes are connected to the first and second external electrodes, respectively, and the third internal electrode is connected to an external electrode to which adjacent internal electrodes are connected. 청구항5에 있어서, 상기 일 압전체층의 타면 상에 배치된 또 다른 압전체층 및 상기 또 다른 압전체층의 상부 또는 하부에 형성된 제4 내부 전극을 포함하여, 상기 제4 내부 전극은 제3 내부 전극이 연결되지 않는 외부 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The semiconductor device of claim 5, further comprising another piezoelectric layer disposed on the other surface of the one piezoelectric layer, and a fourth internal electrode formed on the upper or lower portion of the another piezoelectric layer. Vibration element, characterized in that connected to the external electrode is not connected. 진동 소자에 있어서, In the vibrating element, 압전 특성을 가지는 복수의 압전체층이 적층된 압전체, A piezoelectric material in which a plurality of piezoelectric layers having piezoelectric properties are laminated, 일 압전체층의 상하부에 형성된 제1 및 제2 내부 전극,First and second internal electrodes formed above and below one piezoelectric layer, 상기 압전체의 외부에 형성되는 제1 및 제2 외부 전극을 포함하며,First and second external electrodes formed on the outside of the piezoelectric body, 상기 일 압전체층의 일면 상에 다른 압전체층이 배치되고, 상기 제1 및 제2 내부 전극은 제1 및 제2 외부 전극과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.Another piezoelectric layer is disposed on one surface of the one piezoelectric layer, wherein the first and second internal electrodes are connected to the first and second external electrodes, respectively. 청구항5 내지 청구항7 중 한 항에 있어서, 상기 압전체 외부에 제1 및 제2 외부 전극과 이격되는 제3 외부 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibration device according to claim 5, wherein a third external electrode spaced apart from the first and second external electrodes is formed outside the piezoelectric body. 청구항5 내지 청구항7 중 한 항에 있어서, 상기 압전체에 상기 내부 전극 중 적어도 하나의 내부 전극과 소정 간격 이격되어 설치되는 커패시터 내부 전극 및 상기 압전체 외부에 형성되고 상기 커패시터 내부 전극과 연결되는 제3 외부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 소자.8. The capacitor internal electrode of claim 5, wherein a third internal electrode is formed on the piezoelectric body and is spaced apart from the internal electrode at least one of the internal electrodes by a predetermined distance, and a third external electrode is formed on the piezoelectric body and connected to the internal capacitor electrode. Vibration element comprising an electrode. 청구항5 내지 청구항7 중 한 항에 있어서, 상기 일 압전체층의 상하부에 상기 제1 및 제2 내부 전극과 소정 간격 이격되어 형성된 커패시터 내부 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibration device of claim 5, further comprising capacitor internal electrodes formed on upper and lower portions of the one piezoelectric layer and spaced apart from the first and second internal electrodes by a predetermined distance. 청구항10에 있어서, 상기 커패시터 내부 전극은 상기 일 압전체층 상에서 분리되어 형성되거나, 상기 일 압전체층의 양끝단까지 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibrating element of claim 10, wherein the capacitor internal electrode is formed separately on the one piezoelectric layer or is connected to both ends of the one piezoelectric layer. 청구항10에 있어서, 상기 커패시터 내부 전극은 소정 영역에 면적이 증가되 는 면적 증가부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibrating device of claim 10, wherein the capacitor internal electrode includes an area increasing part having an area increased in a predetermined area. 청구항1 내지 청구항7 중 한 항에 있어서, 상기 압전체의 상부 및 하부에 진동홈이 구비된 커버층을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibration device according to claim 1, further comprising a cover layer having vibration grooves formed on upper and lower portions of the piezoelectric body. 청구항13에 있어서, 상기 커버층은 관통홀이 구비된 제1 커버층과 상기 제1 커버층을 덮는 제2 커버층을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 소자.The vibrating element of claim 13, wherein the cover layer comprises a first cover layer having a through hole and a second cover layer covering the first cover layer.
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