KR20130061262A

KR20130061262A - 압전 진동자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130061262A
Application number: KR1020110127481A
Authority: KR
Inventors: 이종필; 차상엽
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2013-06-11
Also published as: KR101532115B1; CN103138699A; JP2013118633A; US20130162110A1

Abstract

본 발명은 베이스부; 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부; 상기 한 쌍의 암부의 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부; 상기 한 쌍의 암부의 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부;를 포함하고, 상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격된 압전 진동자를 제공한다. 본 발명에 따르면, 저저항의 품질 계수가 높은 압전 진동자를 구현할 수 있으며, 이에 따라 안정적인 주파수를 공급할 수 있다.

Description

압전 진동자 및 그 제조 방법{PIEZO VIBRATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 내부 전계 흐름 과정에서 저항의 값을 낮춤으로써 안정적인 주파수를 구현하고, 제조 공정을 단순화할 수 있는 압전 진동자에 관한 것이다.

일반적으로 압전소자는 외부에서 전압을 가하면, 압전현상에 의해 진동하고, 그 진동을 통해서 주파수를 발생시키는 장치이다. 압전 진동자는 안정된 주파수를 얻을 수 있어 일반적으로 주파수 발진기, 주파수 조정기, 주파수 변환기 등의 여러 용도로 사용되며, 특히 컴퓨터(하드, 디스크, 드라이브) 또는 IC카드 등의 소형 정보기기나 통신기기의 발진회로에서 사용되며, 신호의 기준이 되는 핵심부품으로서 사용되기도 한다.

이러한 압전 진동자는 압전소재로서 주로, 뛰어난 압전특성을 갖는 수정(crystal)을 사용하게 되는데, 이때 수정은 안정한 기계적 진동 발생기의 역할을 하게 된다.

이때 수정은 낮은 위상 노이즈(phase noise)와 높은 Q값(Quality value), 그리고 시간과 환경변화에 대한 낮은 주파수 변화율을 갖도록 형성되어야 한다. 여기서, 상기 Q값은 공진기, 여파기, 발진기 등에서의 밴드 선택 특성을 나타내는 값이며, 품질계수라고도 한다. 그리고, 상기 Q값은 3데이벨(dB) 대역폭에 대한 중심주파수의 비로 계산되며, 상기 Q값이 클수록 주파수 선택 특성이 좋은 발진기가 된다.

다양한 종류의 압전 진동자 중 소리 굽쇠(tuning fork)형의 압전 진동편은, 평행하게 배치되는 한 쌍의 진동 완부와, 한 쌍의 진동 완부를 고정하는 기부로 형성되며, 진동 완부와 기부의 외주면에 전극이 형성된다. 압전 진동편에 소정의 전압이 인가되면, 한 쌍의 진동 완부에 가까워지거나 멀어지는 방향으로 공진 주파수가 발생한다.

최근 휴대폰과 같은 이동통신 단말기의 기능이 다양화되고, 복합화됨에 따라 이에 구비되는 부품도 소형화, 박형화를 요구하고 있다. 따라서, 압전 진동자를 구성하는 압전 진동편에 대해서도 소형화가 요구된다.

다만, 상기 소리 굽쇠형 압전 진동자를 작동시킴에 있어서 전계 성분이 크면 저항값이 작아지게 되나, 압전 진동편을 소형화함에 따라 전계 성분이 작아지게 되고 저항값이 커져 안정적인 주파수 값을 구현해내기 어려운 문제점이 있다.

또한, 저항값이 상승하면 저전력으로 압전 진동자를 작동하는 것이 어렵게 되는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예를 따르면 소형화된 압전 진동편을 구현하면서 전계 효과를 크게하여 안정적인 주파수 값을 발생시킬 수 있다. 또한, 압전 진동편의 제조 공정을 단순화하여 원가 절감 및 공정 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는 베이스부; 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부; 상기 한 쌍의 암부의 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부; 상기 한 쌍의 암부의 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부;를 포함하고, 상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격된 압전 진동자를 제공한다.

상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수개일 수 있다.

상기 제2 홈부는 한 쌍의 암부의 하면에 각각 두 개씩 평행하게 형성될 수 있다.

상기 베이스부 및 상기 한 쌍의 암부의 외주부에 전극이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태는 기판을 마련하는 단계; 상기 기판에 베이스부와 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부를 형성하는 단계; 상기 한 쌍의 암부의 상면에 길이방향으로 제1 홈부를 형성하는 단계; 및 상기 한 쌍의 암부의 하부에 길이방향으로 제2 홈부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격된 압전 진동자 제조 방법을 제공한다.

상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수개일 수 있다.

상기 한 쌍의 암부와 상기 제1 홈부 및 제2 홈부는 플라즈마 상태의 가스로 에칭하여 형성될 수 있다.

상기 한 쌍의 암부를 형성하는 단계와 상기 제1 홈부 및 제2 홈부를 형성하는 단계가 동시에 진행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 압전 진동자의 암부에 형성되는 홈부의 구조 설계를 통해 전계 효과를 높이고, 이에 따라 저항 값을 낮출 수 있다. 저항 값이 작은 압전 진동편에 따른 진동자는 안정적인 주파수 값을 나타내여 신뢰성이 우수한 압전 진동자를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 제조 공정을 단순화하여 공정 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 압전 진동자를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 압전 진동자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상 동일한 도면 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

본 실시 형태의 압전 진동자에 있어서, '길이방향'은 도 1의 Y 방향, '두께 방향'은 도 1의 Z 방향, '폭 방향'은 도 1의 X 방향으로 정의한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 압전 진동자를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도 1의 A-A' 단면도로, Y 방향에서 바라본 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 압전 진동자는 베이스부(10); 상기 베이스부(10)로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부(20,25); 상기 한 쌍의 암부(20,25)의 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부(30); 및 상기 한 쌍의 암부의 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부(35);를 포함하고, 상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격될 수 있다.

A-A' 에 따른 단면에서, 상기 제1 홈부 및 제2 홈부는 X 방향으로 소정 간격만큼 이격될 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 상기 제1 홈부를 두께 방향으로 연장시켰을 때 제2 홈부와 만나지 않을 정도이면 된다.

상기 전극을 이루는 전극 물질은 Ag, Au, Ni, Cu 등으로 이루어 질 수 있으며, 상기 압전 진동자는 상기 베이스부 및 상기 한 쌍의 암부의 상하 표면에 서로 대향하여 형성된 제1 및 제2 전극을 구비할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 진동자는 암부(20)의 상면에 하나의 제1 홈부(30)와 암부(20)의 하면에 하나의 제2 홈부(35)를 포함할 수 있다.

상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수 개일 수 있으며, 상기 제2 홈부는 한 쌍의 암부의 하면에 각각 두 개씩 평행하게 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 진동자는 암부(20)의 상면에 하나의 제1 홈부(30)와 암부(20)의 하면에 두 개의 제2 홈부(35)를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되고, 상기 제1 홈부를 두께 방향으로 연장한 가상의 제1 홈부는 상기 두 개의 제2 홈부 사이에 형성될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 진동자는 암부(20)의 상,하면에 각각 두 개의 제1 홈부(30) 및 제2 홈부(35)를 포함할 수 있다.

전극에 전압을 인가하면 전계 흐름이 발생되는 바, 본 발명은 압전 진동자 암부의 상면과 하면에 홈부를 비대칭 형상으로 형성함으로써 전계 성분을 크게 할 수 있다. 이에 따라, 압전 진동자에서 발생하는 저항값을 낮출 수 있고 품질 계수 Q 값을 크게 할 수 있다.

따라서 소형 사이즈를 유지하면서 저전력으로 안정적인 주파수 값을 제공하는 압전 진동자를 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태로 압전 진동자 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이며, 한 쌍의 암부 중 하나의 암부에 홈부를 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압전 진동자의 제조 방법은 기판을 마련하는 단계; 상기 기판에 베이스부와 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부를 형성하는 단계; 상기 한 쌍의 암부의 상면에 길이방향으로 제1 홈부를 형성하는 단계; 및 상기 한 쌍의 암부의 하부에 길이방향으로 제2 홈부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격될 수 있다.

상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수개일 수 있다.

상기 제조 방법에 있어서, 상기 베이스부 및 상기 한 쌍의 암부의 외주부에 전극 물질을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 진동자 제조 방법에서 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동자의 특징과 동일한 내용은 생략하도록 한다.

상기 제조 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 암부와 상기 제1 홈부 및 제2 홈부는 플라즈마 상태의 가스로 에칭하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 암부를 형성하는 단계와 상기 제1 홈부 및 제2 홈부를 형성하는 단계가 동시에 진행될 수 있다.

본 발명에 따르면, 기판(200)을 마련하고, 상기 기판(200)의 상면과 하면에 에칭할 영역을 노출시키는 개구를 갖는 마스크(210)를 형성할 수 있다.

상기 마스크(210)가 형성된 웨이퍼(200)의 상면과 하면에 플라즈마 상태의 가스를 공급하여 상기 마스크의 개구를 통하여 노출된 영역을 에칭할 수 있다.

종래 방식에 의하면, 암부의 상면과 하면에 홈부를 형성함에 있어서, 웨이퍼에 압전 진동자의 암부를 형성하기 위해 분사되는 가스의 압력과 같은 압력으로 공정을 수행할 경우, 상면과 하면의 홈부가 만나 암부에 개구부가 형성되는 문제점이 있다.

따라서, 플라즈마 상태의 가스를 공급하여 에칭하는 방법으로 웨이퍼에 압전 진동자의 암부를 형성하는 공정 후에, 상기 암부에 홈부를 형성하는 공정을 진행하였다.

이에 본 발명은 제1 홈부와 제2 홈부를 상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격되도록 형성함으로써, 압전 진동자의 암부(20)를 형성하는 공정과 상기 암부의 상,하면에 홈부(30,35)를 형성하는 공정을 동시에 진행할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 압전 진동자의 제조 공정을 단순화 하여 원가 절감 및 공정 효율을 높일 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10: 기부
20, 25: 암부
30, 35: 제1 홈부 및 제2 홈부

Claims

베이스부;
상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부;
상기 한 쌍의 암부의 상면에 길이방향으로 형성된 제1 홈부;
상기 한 쌍의 암부의 하면에 길이방향으로 형성된 제2 홈부;를 포함하고,
상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격된 압전 진동자.
제1항에 있어서,
상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수개인 압전 진동자.
제1항에 있어서,
상기 제2 홈부는 한 쌍의 암부의 하면에 각각 두 개씩 평행하게 형성된 압전 진동자.
제1항에 있어서,
상기 베이스부 및 상기 한 쌍의 암부의 외주부에 전극이 형성된 압전 진동자.
기판을 마련하는 단계;
상기 기판에 베이스부와 상기 베이스부로부터 서로 평행하게 연장되는 한 쌍의 암부를 형성하는 단계;
상기 한 쌍의 암부의 상면에 길이방향으로 제1 홈부를 형성하는 단계; 및
상기 한 쌍의 암부의 하부에 길이방향으로 제2 홈부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 한 쌍의 암부의 길이-두께 방향의 단면에서, 상기 제1 홈부와 제2 홈부는 서로 오프셋되도록 배치되며, 상기 한 쌍의 암부의 폭 방향으로 소정 간격만큼 이격된 압전 진동자 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 제1 홈부 또는 제2 홈부는 복수개인 압전 진동자 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 제2 홈부는 한 쌍의 암부의 하면에 각각 두 개씩 평행하게 형성된 압전 진동자 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 베이스부 및 상기 한 쌍의 암부의 외주부에 전극 물질을 형성하는 단계를 더 포함하는 압전 진동자 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 한 쌍의 암부와 상기 제1 홈부 및 제2 홈부는 플라즈마 상태의 가스로 에칭하여 형성되는 압전 진동자 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 한 쌍의 암부를 형성하는 단계와 상기 제1 홈부 및 제2 홈부를 형성하는 단계가 동시에 진행되는 압전 진동자 제조 방법.