KR20080046350A - Crystal oscillating element and method of manufacturing these - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 수정 발진 소자 중 수정진동자의 기본적인 구조를 나타낸다.1 shows the basic structure of a crystal oscillator in a crystal oscillation element.
도 2는 종래기술에 따른 수정진동자에 대하여 SEM&EDAX로 전극면의 표면과 성분을 분석한 실험 결과치를 나타낸다.Figure 2 shows the experimental results of analyzing the surface and components of the electrode surface by SEM & EDAX for the crystal oscillator according to the prior art.
도 3은 종래기술에 따른 세라믹 패키지에 수정편 장착(Mount)이 완료된 제품의 실시예를 나타낸다.3 illustrates an embodiment of a product in which a crystal piece is mounted on a ceramic package according to the prior art.
도 4a는 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면실장형 수정진동자에 대한 실시예로, 세라믹 패키지에 수정편 장착(Mount)이 완료된 제품을 나타내며, 도 4b는 도 4a의 단면을 나타낸다.Figure 4a is an embodiment of the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention, shows a product that the mount is completed in the ceramic package (Mount), Figure 4b is a cross-sectional view of FIG.
도 5a 및 도 5b는 종래기술의 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자에 대하여 같은 조건하에서 산화 반응을 실험한 결과를 나타낸다.5A and 5B show the results of experiments of oxidation reactions under the same conditions with respect to the surface-mounted crystal oscillator of the prior art and the surface-mounted crystal oscillator in the crystal oscillation element according to the present invention.
도 6a 및 도 6b는 종래기술의 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자에 대하여 상온에서의 주파수 편차를 나타낸 결과 그래프이다.6A and 6B are graphs showing frequency deviations at room temperature of the surface-mounted crystal oscillator of the prior art and the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillator according to the present invention.
도 7a 및 도 7b는 종래기술의 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수 정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자에 대하여 낙하 신뢰성에 대한 실험 결과를 나타낸다.7a and 7b show the results of the drop reliability for the surface-mounted crystal oscillator of the prior art and the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention.
도 8a 및 도 8b는 종래기술의 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자에 대하여 동작 온도에 따른 주파수의 안정도 실험 결과를 나타낸다.8a and 8b show the results of the stability test of the frequency according to the operating temperature for the surface-mounted crystal oscillator of the prior art and the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자에 대하여 SEM&EDAX로 전극면의 표면과 성분을 분석한 실험 결과치를 나타낸다.9A and 9B show experimental results obtained by analyzing the surface and components of an electrode surface by SEM & EDAX for a surface mounted crystal oscillator of a crystal oscillation device according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자의 제조에 있어서 일정 시간대별로 제품을 배출하여 가속 실험을 실행한 결과를 나타낸다.Figure 10 shows the results of the acceleration experiment by discharging the product at a certain time in the manufacture of the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention.
본 발명은 수정 발진 소자 및 그에 대한 제조 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 전극재료를 이용하여 외부 오염원이나 낙하 요인에 있어서 강인한 신뢰성을 갖는 수정 발진 소자 및 그에 대한 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a crystal oscillation element and a method of manufacturing the same, and more particularly to a crystal oscillation element and a method of manufacturing the same having a strong reliability in external pollution sources or falling factors using the electrode material.
최근 정보통신 산업이 발달함에 따라서 전자부품들은 점차 소형, 경량화 되고 있으며, 고품질, 고안정성이 요구되고 있다. 또한 레이저나 카메라 등의 광학기기, 컴퓨터, 통신기기, 사무자동화기기 등을 정밀하게 제어하는데 있어서 미세변위 소자의 필요성은 더욱 증가하고 있다. 그 중 수정 진동자와 수정 발진자는 두께에 따라 주파수를 발생시키는 기본 소자로서 주변온도변화와 환경변화 그리고 장시간 사용 등의 경우에도 매우 안정되고 정밀한 주파수를 공급해야만 한다. 이러한 수동 진동자와 수정 발진자는 그 기능의 안정성 면에서 주파수발생 기능, 주파수선택 기능, 진동파 기능, 편광이나 복굴절 및 선광 기능 등으로 활용되고 있으며, 현재 수정 진동자가 이용되는 제품으로는 TV, 컴퓨터, 마이크로프로세서 등을 비롯한 모든 가전제품과 각종 통신 기기 및 전자기기, 차세대 단거리 무선통신제품 등이 있으며, 주파수 제어환경의 필수 부품으로 많은 부분에서 다양하게 이용되고 있다.With the recent development of the information and telecommunications industry, electronic components are becoming smaller and lighter, requiring high quality and high stability. In addition, in order to precisely control optical devices such as lasers and cameras, computers, communication devices, office automation devices, and the like, the need for microdisplacement devices is increasing. Among them, crystal oscillator and crystal oscillator are basic elements that generate frequency according to thickness and must supply very stable and precise frequency even in case of ambient temperature change, environmental change and long time use. These passive oscillators and crystal oscillators are utilized for frequency generation function, frequency selection function, vibration wave function, polarization, birefringence and beneficiation function in terms of stability of the functions. Currently, crystal oscillators are used as TV, computer, All home appliances including microprocessors, various communication devices and electronic devices, and next-generation short-range wireless communication products are used, and are used in various parts as essential parts of the frequency control environment.
수정 발진 소자 중 수정진동자의 기본적인 구조는 도 1a에 도시된 바와 같다. 그 중 수정편(blank)(11), 전극(electrodes)(13), 지지계(base)(15)는 수정진동자의 주공진주파수에 직접적으로 영향을 미치는 중요한 요인이다. 수정편은 수정의 절단면과 절단각도, 수정편의 치수 등에 의하여 형상이 결정되며, 일반적으로 디스크형과 직사각 판형이 많이 쓰이고 있다. The basic structure of the crystal oscillator of the crystal oscillation element is as shown in Figure 1a. Among them, the blank 11, the
일반적으로 수정진동자는, 수정(SiO2)을 원하는 주파수에 따라 얇게 가공한 후 전압을 인가하기 위한 전극을 형성하고, 외부 회로와 연결하기 위해 외부 패키지(Package)를 사용하거나 직접 회로에 적용한다.In general, the crystal oscillator is processed into a thin crystal according to the desired frequency (SiO2) and then to form an electrode for applying a voltage, using an external package (Linkage) or applied to the circuit directly to the external circuit.
상기 전극(electrode)은 수정편에 전계를 인가하기 위하여 수정편 표면에 부착되며, 전극형성물질로는 제품에 따라서 금(Au), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 두가지 이상의 혼합층을 사용하고 있다. 전극의 형성은 고진공(1x10-4torr)상태에서 열에 의해 전극형성물질이 수정편 표면에 증착되는 열증착 방법과 고진공(1x10-5torr)상태에서 가속된 이온을 금속표면에 충돌시켜 수정편 표면에 증착하는 스퍼터링(Sputtering)방법을 사용하는데, 표면 실장형 수정제품의 경우 수정편의 크기가 소형이기 때문에 접착상태를 고려한 스퍼터링(Sputtering) 방식이 일반화 되어 있다. 일반적인 종래기술의 표면 실장형 수정진동자는 도 1b에 도시된 바와 같이 수정편에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr)의 1차 전극막이 형성되어 있고 금(Au) 또는 은(Ag)의 2차 전극막이 형성되어, 2중 전극막(20)으로 구성되어있다.The electrode is attached to the surface of the crystal to apply an electric field to the crystal, and as an electrode forming material, gold (Au), aluminum (Al), chromium (Cr), nickel (Ni), or two, depending on the product The above mixed layer is used. Electrode formation is a method of thermal deposition in which electrode-forming materials are deposited on a crystal surface by heat in a high vacuum (1x10-4torr) state, and an ion accelerated in a high vacuum (1x10-5torr) state is deposited on a crystal surface by colliding with a metal surface. The sputtering method is used. In the case of surface-mounted quartz crystal products, the sputtering method considering the adhesive state is common because the size of the crystal piece is small. In general, the surface-mounted crystal oscillator of the prior art is formed with a primary electrode film of nickel (Ni), chromium (Cr) or nickel chromium (NiCr) on the crystal piece as shown in Figure 1b, gold (Au) or silver ( A secondary electrode film of Ag) is formed and is composed of the
그러나 제품의 크기가 소형화 되면서 3.2mm X 2.5mm 이하급의 제품 제조시 수정편의 전극막 변색에 의한 공정 수율과 특성이 저하되어 신뢰성에 여러 가지 문제점이 발생되고 있다. 특히 종래기술의 표면실장형 수정진동자는 니켈크롬(NiCr)과 은(Ag)의 2중 전극막을 사용하면서 최종전극막인 2차 전극막의 은(Ag)이 외부의 수분을 흡수하거나 가스(outgas) 등에 오염되어 변색이 진행된다. 도 2a 및 도 2b는 종래기술에 따른 표면 실장형 수정진동자에 대하여 SEM&EDAX로 전극면의 표면과 성분을 분석한 실험 결과치를 나타낸다. 종래기술의 표면실장형 수정진동자는 도 2a에 도시된 바와 같이 전극면에 흰 반점과 같은 오염부분(30)이 형성되고 도 2b의 성분 그래프에 나타난바와 같이 산소(O) 또는 염소(Cl) 성분이 포함(40)되어 있는 문제점이 발생하였다. 또한 도 3은 종래기술로 세라믹 패키지에 수정편 장착(Mount)이 완료된 제품의 형상을 나타내는데, 도 3에서 보는 바와 같이 수정편에 형성된 은(Ag)의 전극면이 외부의 오염원에 의해 심하게 변색(50)되어 있는 문제점이 발생하였으며, 도 3에서 보는 바와 같이 낙하 신뢰성에 있어서 수정편이 접착부 에서 이탈(60)되어 있거나 혹은 수정편과 접착제가 도포된 면의 단자 부위에 접착제(70)가 거의 남아있지 않는 문제점이 발생하였다.However, as the size of the product becomes smaller, process yields and characteristics due to discoloration of the electrode film of the crystal piece are reduced when manufacturing a product having a size of 3.2 mm X 2.5 mm or less, causing various problems in reliability. In particular, the surface-mounted crystal oscillator of the prior art uses a double electrode film of nickel chromium (NiCr) and silver (Ag), while silver (Ag) of the secondary electrode film as the final electrode film absorbs external moisture or outgass. It is contaminated on the back and changes color. 2A and 2B show experimental results obtained by analyzing the surface and components of an electrode surface by SEM & EDAX for a surface mounted crystal oscillator according to the prior art. The surface-mounted quartz crystal oscillator of the prior art is formed with a contaminated
이와 같이 수정편이 소형화되면서 종래의 기술을 이용하게 되면 외부 환경에 의한 요인에 따라 제품에 미치는 영향은 더욱 심해지게 되어 수정편의 면적이나 전극의 면적이 줄어들수록 더욱 외부의 수분 및 오염원에 대하여 치명적인 문제가 발생하게 된다.As the crystal is miniaturized as described above, if the conventional technology is used, the influence on the product becomes more severe according to the factors caused by the external environment, and as the area of the crystal and the area of the electrode decrease, the fatal problem with respect to external moisture and pollutants becomes more severe. Will occur.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 전극재료를 이용하여 외부 환경에 대한 오염에 민감하지 않으며, 낙하 요인에 있어서 강인한 신뢰성을 갖는 수정 발진 소자 및 그에 대한 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a crystal oscillation element and a method for manufacturing the same, which are invented to solve the above problems, which are not sensitive to contamination to the external environment by using electrode materials, and which have a strong reliability in dropping factors. It is done.
본 발명은, 수정 발진 소자에 있어서, 미세연마된 수정편에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr) 중 적어도 어느 하나로 형성된 접착력 강화전극인 1차 전극막과; 상기 1차 전극막이 형성된 수정편에 금(Au) 또는 은(AG) 중 적어도 어느 하나로 형성된 전원인가 전극인 2차 전극막과; 상기 2차 전극막이 형성된 수정편에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr) 중 적어도 어느 하나로 형성된 코팅전극막인 3차 전극막을 포함하며, 상기 2차 전극막과 3차 전극막은 상기 수정의 주파수 에 맞도록 그 두께가 조절되어 형성되는 것을 특징으로 하는 수정 발진 소자이다The present invention provides a crystal oscillation device comprising: a primary electrode film which is an adhesion reinforcing electrode formed of at least one of nickel (Ni), chromium (Cr), or nickel chromium (NiCr) on a micropolished crystal piece; A secondary electrode film which is a power supply electrode formed of at least one of gold (Au) or silver (AG) on the crystal piece on which the primary electrode film is formed; And a tertiary electrode film which is a coating electrode film formed of at least one of nickel (Ni), chromium (Cr), or nickel chromium (NiCr) on the crystal piece on which the secondary electrode film is formed, wherein the secondary electrode film and the tertiary electrode film are It is a crystal oscillation element characterized in that the thickness is formed to be adjusted to match the frequency of the crystal
여기서 상기 1차 전극막과 3차 전극막은 서로 동일한 전극재료를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다.Here, the primary electrode film and the tertiary electrode film are preferably formed using the same electrode material.
더욱 바람직하게는 상기 1차 및 3차 전극막은 니켈크롬(NiCr)을 전극재료로 이용하여 형성되고, 상기 2차 전극막은 은(Ag)을 전극재료로 이용하여 형성될 수 있다.More preferably, the primary and tertiary electrode films may be formed using nickel chromium (NiCr) as an electrode material, and the secondary electrode films may be formed using silver (Ag) as an electrode material.
또한 본 발명은, 수정 발진 소자의 제조 방법에 있어서, 미세연마된 수정편에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr) 중 적어도 어느 하나의 전극재료를 이용하여 1차 전극막을 형성하고, 상기 1차 전극막이 형성된 수정편에 금(Au) 또는 은(Ag) 중 적어도 어느 하나의 전극재료를 이용하여 상기 수정의 주파수에 맞도록 2차 전극막을 형성하는 단계와 상기 2차 전극이 형성된 수정편에 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr) 중 적어도 어느 하나의 전극재료를 이용하여 상기 수정의 주파수에 맞도록 3차 전극막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 발진 소자의 제조방법이다.In addition, in the method for manufacturing a crystal oscillation element, a primary electrode film is formed on at least one electrode material of nickel (Ni), chromium (Cr), or nickel chromium (NiCr) on a finely ground crystal piece. And forming a secondary electrode film on the crystal piece on which the primary electrode film is formed by using at least one electrode material of gold (Au) or silver (Ag) to match the frequency of the crystal. Forming a tertiary electrode film on at least one of an electrode material of nickel (Ni), chromium (Cr), or nickel chromium (NiCr) in the formed crystal piece to match the frequency of the crystal; A method of manufacturing a crystal oscillation element.
여기서 상기 1차 및 3차 전극막은 서로 동일한 전극재로를 이용하여 형성할 수 있으며, 바람직하게는 상기 1차 및 3차 전극막은 니켈크롬(NiCr)을 전극재료로 이용하여 형성하고, 상기 2차 전극막은 은(Ag)을 전극재료로 이용하여 형성할 수 있다.Here, the primary and tertiary electrode films may be formed using the same electrode material, and preferably, the primary and tertiary electrode films are formed using nickel chromium (NiCr) as an electrode material, and the secondary The electrode film can be formed using silver (Ag) as an electrode material.
나아가서 각각의 전극막은, 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 이온화된 전극재료를 증착하여 형성하며, 또한 상기 3차 전극막은, 40Å이하의 두께로 형성 하는 것이 더욱 바람직하다.Furthermore, it is more preferable that each electrode film is formed by depositing an ionized electrode material using a sputtering method, and the third electrode film is formed to a thickness of 40 kPa or less.
본 발명에 있어서 수정 발진 소자는 수정 진동자와 수정 발진자를 포함하는 의미이며, 이하에서 서술할 본 발명에 따른 실시예는 표면 실장형을 중심으로 설명이 되지만 본 발명에 따른 수정 발진 소자 및 그의 제조 방법은 이에 한하지 않고 수정 발진 소자로 이용될 수 있는 모든 소자에 적용이 된다.In the present invention, the crystal oscillation element is meant to include a crystal oscillator and a crystal oscillator, the embodiment according to the present invention to be described below will be described mainly with respect to the surface mount type crystal oscillation element according to the present invention and its manufacturing method This applies to all devices that can be used as a crystal oscillation device is not limited to this.
그럼 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수정 발진 소자 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the crystal oscillation element and its manufacturing method according to the present invention.
도 4a는 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면실장형 수정진동자에 대한 실시예로, 스퍼터링(sputtering) 공정 이후 세라믹 패키지에 수정편의 장착(Mount)이 완료된 실시예를 나타내며, 도 4b는 도 4a의 단면을 나타낸다.Figure 4a is an embodiment of the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention, shows an embodiment in which the mounting of the crystal piece in the ceramic package after the sputtering process (Mount) is completed, Figure 4b The cross section is shown.
기존의 종래기술은 수정편(Sio2)에 2중의 전극막이 형성되어 있었으나, 본 발명에 따른 표면 실장형 수정진동자는 도 4a 및 도 4b의 실시예에 나타난 바와 같이 수정편(SiO2)(110)에 1차 니켈크롬(NiCr)의 전극막(120)이 형성되어 있고, 1차 전극막 위에 2차 은(Ag)의 전극막(130)이 형성되어 있으며, 나아가서 본 발명의 가장 중요한 특징부인 3차 니켈크롬(NiCr)의 전극막(140)이 2차 전극막의 위에 형성되어 3중 전극막(100)의 구조로 되어 있다. In the related art, a double electrode film was formed on a crystal piece (Sio2), but the surface-mounted crystal oscillator according to the present invention is formed on the crystal piece (SiO2) 110 as shown in the embodiment of FIGS. 4A and 4B. An
상기 실시예에서는 1차와 3차 전극막을 니켈크롬(NiCr)으로 형성하였으나 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr) 등의 외부 환경 요인에 강한 전극재료를 이용하여 형성할 수도 있으며, 2차 전극막은 은(Ag) 이외에도 금(Au) 등의 전극재료를 이용하여 형성 할 수도 있다.In the above embodiment, the primary and tertiary electrode films are formed of nickel chromium (NiCr), but may be formed using an electrode material resistant to external environmental factors such as nickel (Ni) or chromium (Cr). In addition to (Ag), it may be formed using an electrode material such as gold (Au).
본 발명에 따른 3중 전극막이 형성된 표면 실장형 수정진동자는 일반 크리스탈 소자(Crystal Unit), 오실레이터(Oscillator) 또는 TCXO 등의 모든 수정관련 제품에 적용이 될 수 있으며, 기존의 은(Ag)를 최종 전극 재료로 사용한 수정진동자 재품에 비하여 향상된 수율과 특성 및 높은 낙하 신뢰성을 가지고 있다. 이동통신기기에서의 낙하신뢰성은 대단히 중요한 요소로서 이를 개선하여 보다 안정적인 표면 실장형 수정진동자를 제공할 수 있게 된다.The surface-mounted crystal oscillator with the triple electrode film according to the present invention can be applied to all crystal-related products such as general crystal units, oscillators or TCXOs. Compared to crystal oscillator products used as electrode material, it has improved yield, characteristics and high drop reliability. Falling reliability in mobile communication devices is a very important factor and can be improved to provide more stable surface mount crystal oscillator.
그럼 이와 같은 본 발명에 따른 수정 발진 소자의 제조 방법을 이하에서 살펴보기로 한다.Then, a method of manufacturing a crystal oscillation device according to the present invention will be described below.
본 발명에 따른 수정 발진 소자의 제조 방법에 있어서, 기존의 종래기술과 동일한 과정은 본 발명의 특징부의 요지를 흐리는 관계로 간략하게 설명하거나 생략하도록 한다.In the method for manufacturing a crystal oscillation element according to the present invention, the same process as the conventional prior art will be briefly described or omitted in a relation that obscures the gist of the features of the present invention.
인공수정을 가공 육성하기 위하여 미세연마를 하여 수정편(SiO2)을 가공하고 상기 수정편(SiO2)에 Evapor Plating 또는 Sputter Plating 장비를 사용하여 전극막을 증착하게 되는데, 바람직하게는 표면 실장형 수정제품의 경우 수정편의 크기가 소형이기 때문에 접착상태를 고려한 스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용한다.In order to process and nurture artificial insemination, micro-polishing is used to process a crystal piece (SiO 2) and to deposit an electrode film on the crystal piece (SiO 2) by using an evapor plating or a sputter plating device. In this case, since the size of the crystal piece is small, the sputtering method considering the adhesion state is used.
스퍼터링(Sputtering) 방식을 이용하여 1차 전극막을 증착하는데 1차 전극재료로는 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr)이 사용된다. 본 발명에서는 외부 환경에 덜 민감하여 수분흡수 능력을 저하시키기 위하여 니켈크롬(NiCr)을 사용하여 1차 전극막을 형성하였다. 이어 2차 전극막을 증착하는데 2차 전극재료로는 금(Au) 또는 은(Ag)이 사용된다. 그리고 2차 전극막이 형성된 수정편에 외부 환경 등에 대한 강인성을 갖는 표면 실장형 수정진동자를 제조하기 위하여 3차 전극막을 증착한다. 3차 전극재료로는 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr) 등이 사용될 수 있으나 외부환경에 덜 민감하며 수분흡수 능력을 저하시키기 위한 니켈크롬(NiCr)을 사용하여 3차 전극막을 형성하는 것이 바람직하다.Nickel (Ni), chromium (Cr), or nickel chromium (NiCr) is used as the primary electrode material for depositing the primary electrode film by sputtering. In the present invention, the primary electrode film is formed using nickel chromium (NiCr) in order to reduce the water absorption ability is less sensitive to the external environment. Subsequently, gold (Au) or silver (Ag) is used as the secondary electrode material to deposit the secondary electrode film. A tertiary electrode film is deposited on the crystal piece on which the secondary electrode film is formed in order to manufacture a surface mounted crystal oscillator having toughness against an external environment. Nickel (Ni), chromium (Cr), or nickel chromium (NiCr) may be used as the tertiary electrode material, but it is less sensitive to the external environment and uses a nickel chromium (NiCr) to reduce water absorption. It is preferable to form a film.
여기서 고주파수 발진 및 원하는 주파수 생성을 위하여 아르곤(Ar)을 이용하여 트리밍(Trimming)하는 주조공정에서, 최종 전극을 은(Ag)으로 형성하는 것보다 니켈크롬(NiCr)으로 최종 전극을 형성하는 경우 공정시간이 오래 결려 생산능력에 저하를 일으킬 수 있으므로 3차 전극막인 니켈크롬(NiCr)을 40 Å이하의 두께로 증착을 하여 공정시간에 따른 생산능력 저하문제를 해결할 수 있다.Here, in the casting process of trimming using argon (Ar) for high frequency oscillation and desired frequency generation, the process of forming the final electrode with nickel chromium (NiCr) rather than forming the final electrode with silver (Ag) Since the long time can cause a decrease in production capacity, the nickel chromium (NiCr), the third electrode film, is deposited to a thickness of 40 kW or less, thereby solving the problem of reduced production capacity according to the process time.
이와 같은 본 발명에 따른 수정 발진 소자의 제조 방법에 따라 생산된 수정진동자는 외부환경요인에 강하며 특히 낙하에 대한 신뢰성이 높아지게 되는데, 이하에서 보다 자세하게 본 발명에 따른 효과 및 작용에 대하여 살펴보기로 한다.The crystal oscillator produced according to the method of manufacturing a crystal oscillation device according to the present invention is resistant to external environmental factors, and in particular, the reliability of dropping is increased. Hereinafter, the effects and actions according to the present invention will be described in detail. do.
도 5a 및 도 5b는 종래기술로 제작된 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자에 대하여 같은 조건하에서 산화 반응을 실험한 결과를 나타낸다.5A and 5B show the results of experiments of oxidation reactions under the same conditions with respect to the surface-mounted crystal oscillator manufactured in the prior art and the surface-mounted crystal oscillator in the crystal oscillation device according to the present invention.
기본적으로 은(Ag)은 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 니켈크롬(NiCr)에 비하여 산화 반응이 쉽게 일어난다. 따라서 종래기술과 같이 최종 전극을 은(Ag)로 형성하게 되면 도 5a에 나타난 바와 같이 상온하에서 일정시간이 경과하였을 때 산화 반응에 의하여 그 전극막(20)이 변색이 되게 된다. 그러나 본 발명에 따른 표면 실장형 수 정진동자와 같이 최종 전극을 니켈크롬(NiCr)으로 형성을 하게 되면 도 5b에 나타난 바와 같이 상온하에서 일정시간이 경과하였을 때 그 전극막(100)의 산화 반응이 은(Ag)에 비하여 훨씬 느리게 일어남을 알 수 있다.Basically, silver (Ag) is more easily oxidized than nickel (Ni), chromium (Cr) or nickel chromium (NiCr). Therefore, when the final electrode is formed of silver (Ag) as in the related art, the
이와 같은 외부 환경에 따른 오염에 의하여 주파수 편차가 변하게 되는데, 도 6a 및 도 6b는 종래기술의 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자의 상온에서의 주파수 편차를 나타낸 결과 그래프이다.The frequency deviation is changed by the contamination according to the external environment, Figures 6a and 6b shows the frequency deviation at room temperature of the surface-mounted crystal oscillator of the prior art and the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention The result graph is shown.
도 6a에서와 같이 종래기술의 표면 실장형 수정진동자의 경우에 상온에서의 주파수 표준편차(STD)는 5.48로 나타나며, 주파수 형태가 중심을 기준으로 넓게 퍼져서 형성이 되지만, 도 6b에서와 같이 본 발명에 따른 표면 실장형 수정진동자의 경우에는 주파수 표준편차(STD)가 2.80으로 종래기술에 비하여 훨씬 향상되었으며 주파수 형태가 중심을 기준으로 좁은 범위 내에 형성되어 주파수에 대한 충실도가 상당히 높음을 알 수 있다.In the case of the surface-mounted quartz crystal oscillator of the prior art as shown in FIG. 6a, the frequency standard deviation (STD) at room temperature is represented by 5.48, and the frequency shape is formed by spreading about the center, but as shown in FIG. In the case of the surface mounted crystal oscillator according to the frequency standard deviation (STD) is 2.80 is much improved compared to the prior art, and the frequency form is formed in a narrow range from the center, it can be seen that the fidelity of the frequency is significantly high.
나아가서 도 7a 및 도 7b는 기존의 종래발명에 의한 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자의 낙하 신뢰성에 대한 실험결과를 나타낸다. Furthermore, FIGS. 7A and 7B show experimental results of falling reliability of surface-mounted quartz crystal oscillators and surface-mounted quartz crystal oscillators of the present invention.
본 낙하 실험은 각각의 수정진동자 시료를 180cm에서 낙하시켜 그에 따른 결과를 산출한 것이다. 도 7a는 기존의 종래발명에 의한 표면 실장형 수정진동자의 낙하 신뢰성 결과로서, 실험 중 수정진동자의 이탈 등의 이유로 실험결과에 치명적인 Dead가 발생(220)하였으며 또한 전체적으로 낙하실험 전과 후의 평균 주파수 변 화치가 0.73ppm(210)이이서 낙하 신뢰성에 문제가 발생되므로 실험결과가 리젝트(REJECT)(230)되었다. 그러나 도 7b는 본 발명에 따른 표면 실장형 수정진동자의 낙하 신뢰성 결과로서, 낙하 실험에 대하여 수정진동자의 이탈 등이 발생되지 않았으며(320), 전체적으로 낙하실험 전과 후의 평균 주파수 변화치가 0.28ppm(310)으로 낙하 실험 전과 후에 있어서 수정진동자의 주파수에 대한 변화가 극히 작아 낙하 신뢰성이 종래기술에 따른 표면 실장형 수정진동자에 비하여 상당히 향상되었으며 만족스럽게 실험결과의 기준치를 통과(330)하였다.In this drop test, each crystal oscillator sample was dropped at 180 cm to calculate the result. 7A is a drop reliability result of a surface-mounted quartz crystal oscillator according to the related art, and a deadly dead 220 is generated due to the dropping of the crystal oscillator during the experiment (220), and the average frequency change before and after the drop experiment as a whole. The value is 0.73 ppm (210), so the problem of drop reliability is generated, so the experimental results were rejected (REJECT) 230. However, Figure 7b is a drop reliability result of the surface-mounted crystal oscillator according to the present invention, the dropping of the crystal oscillator did not occur in the drop test (320), the average frequency change value before and after the drop test as a whole 0.28ppm (310 The drop reliability of the crystal oscillator is very small compared to the surface mount crystal oscillator according to the prior art and satisfactorily passed the reference value of the experimental result (330).
또한 도 8a 도 8b는 기존의 종래발명에 의한 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자의 동작 온도에 따른 주파수의 안정도에 대한 실험결과를 나타낸다. 8A and 8B show an experimental result of the stability of the frequency according to the operating temperature of the surface-mounted crystal oscillator according to the related art and the surface-mounted crystal oscillator according to the present invention.
기존의 종래발명에 의한 표면 실장형 수정진동자와 본 발명에 따른 표면 실장형 수정진동자에 대하여 각각 복수개의 시료를 준비하고 상온(25도)을 기준으로하여 온도변화에 따른 주파수의 안정도를 측정하였다.A plurality of samples were prepared for the surface-mounted quartz crystal oscillator and the surface-mounted quartz crystal oscillator according to the present invention, respectively, and the stability of the frequency according to the temperature change was measured based on room temperature (25 °).
도 8a는 기존의 종래발명에 의한 표면 실장형 수정진동자의 측정 결과치를 나타내며, 도 8a에 도시된 바와 같이 상온(25도)을 기준으로 온도가 변함에 따라 각각의 시료의 주파수 변화의 차가 상당히 심하게 나타남을 알 수 있다. 도 8b는 본 발명에 따른 표면 실장형 수정진동자의 측정 결과치를 나타내며, 도 8b에 도시된 바와 같이 상온(25도)을 기준으로 온도가 변함에 따라 각각의 시료의 주파수 변화의 차가 심하게 일어나지 않았음을 알 수 있다. FIG. 8A shows measurement results of a surface-mounted quartz crystal oscillator according to the related art, and as shown in FIG. 8A, the difference in frequency change of each sample varies considerably as the temperature is changed based on room temperature (25 degrees). It can be seen that. Figure 8b shows the measurement result of the surface-mounted crystal oscillator according to the present invention, as shown in Figure 8b as the temperature is changed based on the room temperature (25 degrees) did not occur a significant difference in the frequency change of each sample It can be seen.
한 걸음 더 나아가서, 도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자에 대하여 SEM&EDAX로 전극면의 표면과 성분을 분석한 실험 결과치를 나타낸다.9a and 9b show experimental results obtained by analyzing the surface and components of the electrode surface by SEM & EDAX for the surface mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention.
도 9a 및 도 9b에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 표면 실장형 수정진동자에서는 니켈크롬(NiCr) 및 은(Ag) 성분 이외의 다른 오염 성분이 검출되지 않았으며, 그 전극막의 표면 또한 산화반응 등에 의한 오염부분이 존재하지 않음을 알 수 있다.9A and 9B, no contamination other than nickel chromium (NiCr) and silver (Ag) components were detected in the surface mounted crystal oscillator according to the present invention. It can be seen that no contaminated parts are present.
또한 도 10은 본 발명에 따른 수정 발진 소자 중 표면 실장형 수정진동자의 제조에 있어서 일정 시간대별로 제품을 배출하여 가속 시험을 실행한 결과를 나타낸다. 여기서 에이징(Aging)의 온도는 125도로 하였으며, 제품의 배출 후 상온에서 2시간동안 방치 후 측정을 하였다. 도 10에 나타난 바와 같이 제품 배출의 시간의 변화에 따라서 제품의 주파수에 대한 변화가 미세하게 발생함을 알 수 있다. 이로 인해 안정적으로 효율적인 제품의 생산이 가능하게 된다.In addition, Figure 10 shows the result of performing the accelerated test by discharging the product at a certain time in the manufacture of the surface-mounted crystal oscillator of the crystal oscillation element according to the present invention. The temperature of the aging (Aging) was 125 degrees, measured after leaving for 2 hours at room temperature after the discharge of the product. As shown in Figure 10 it can be seen that the change in the frequency of the product occurs in accordance with the change in the time of product discharge. This makes it possible to produce a stable and efficient product.
이상에서 살펴본 바의 결과를 종합하여 하기 표 1로 나타내었다.The results of the above-described results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에 나타난 바와 같이 종래기술은 외부 환경 요인에 의해 전극막의 산화반응이 본 발명에 비하여 빠른 속도로 진행되어, 이로 인해 전극막이 변색되었으나 본 발명의 경우에는 전극막의 산화 반응이 느리게 진행되었다. 또한 본 발명은 종래발명에 비하여 상온에서 안정적인 주파수 편차를 가지고 있어 주파수 충실도가 높으며, 그 동작온도에 따라서 그 주파수의 변화가 크지 않으므로 동작온도에 대하여 안정적으로 작동이 되었다. 나아가서 이동통신 단말기에서 특히 중요한 요소인 낙하실험에서 종래발명은 최종 전극막인 은(Ag) 전극막이 외부요인에 의하여 변색되어 접착강도가 낮아져 수정편의 이탈현상 등의 치명적인 Dead 불량이 발생하였으나 본 발명은 외부환경 요인에 덜 민감한 니켈크롬(NiCr)을 최종 전극막으로 이용하여 니켈크롬(NiCr) 전극막과 페이스트(Paste)의 접착력이 계속적으로 유지되어 낙하실험에서도 안정적인 결과가 산출되었다.As shown in Table 1, in the prior art, the oxidation reaction of the electrode film proceeds at a higher speed than the present invention due to external environmental factors. As a result, the electrode film discolors, but in the case of the present invention, the oxidation reaction of the electrode film is slow. In addition, the present invention has a stable frequency deviation at room temperature compared to the conventional invention has a high frequency fidelity, and since the change in the frequency is not large according to the operating temperature, it was operated stably with respect to the operating temperature. Furthermore, in the drop test, which is a particularly important factor in the mobile communication terminal, the present invention has a fatal dead defect such as detachment of the crystal piece due to discoloration due to the discoloration of the silver (Ag) electrode film, which is the final electrode film, due to external factors. Using nickel chromium (NiCr), which is less sensitive to external environmental factors, as the final electrode film, the adhesion between the nickel chromium (NiCr) electrode film and paste was continuously maintained, resulting in stable results even in the drop test.
본 발명에 의한, 수정 발진 소자 및 그 제조 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.The crystal oscillation element and the manufacturing method thereof according to the present invention can be modified and applied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention and are not limited to the above embodiments. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, and are not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit and scope of the present invention, it is not limited to the embodiments and the accompanying drawings. Judgment should be made including scope and equivalence.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 외부 환경 요인에 비교적 강한 니켈크롬(NiCr) 등의 전극재료를 최종전극막으로 이용하여 수정진동자의 전극막에 대한 산화반응이 느린 속도로 진행되며, 이로 인해 상온에서 안정적인 주파수 편차를 가지게 되어 주파수 충실도가 높다. 또한 수정진동자의 동작온도에 따라서 그 주파수의 변화가 크지 않으므로 동작온도에 대하여 안정적으로 작동한다. According to the present invention as described above, by using an electrode material such as nickel chromium (NiCr), which is relatively resistant to external environmental factors, as the final electrode film, the oxidation reaction of the crystal oscillator to the electrode film proceeds at a slow speed, and thus, at room temperature. It has stable frequency deviation and high frequency fidelity. In addition, since the frequency change is not large according to the operating temperature of the crystal oscillator, it operates stably at the operating temperature.
나아가서 본 발명은 외부환경 요인에 덜 민감한 니켈크롬(NiCr)을 최종 전극막으로 이용하여 니켈크롬(NiCr) 전극막과 페이스트(Paste)의 접착력이 계속적으로 유지되므로 낙하 신뢰성이 향상된다.Furthermore, in the present invention, nickel chromium (NiCr), which is less sensitive to external environmental factors, is used as the final electrode layer, so that the adhesion strength of the nickel chromium (NiCr) electrode layer and the paste is continuously maintained, thereby improving drop reliability.
결과적으로 본 발명에 의하면 제품의 소형화에 따라 발생되는 외부 요인에 의한 오염 등 외부영향의 민감성을 전극재료의 변경에 의해 해소하고 낙하신뢰성이 높은 수정 진동자와 수정 발진자를 제공할 수 있다.As a result, according to the present invention, it is possible to solve the sensitivity of external influences such as contamination caused by the miniaturization of the product by changing the electrode material and provide a crystal oscillator and crystal oscillator having high reliability.
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