KR20160007029A - 압전 소자 및 이를 포함하는 압전 진동 모듈 - Google Patents

Abstract

압전 소자 및 이를 포함하는 압전 진동 모듈 이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 압전 소자는 순차적으로 적층되는 압전체층 및 인접하는 압전체층 사이에 형성되는 내부 전극층을 각각 포함하는 적층물부; 적층물부에 형성되고, 인접하는 내부 전극층에 서로 다른 극성의 전하를 인가하는 전극부; 및 적층물부에 형성되고, 적층물부에 발생하는 기생 용량을 제거할 수 있는 접지부; 를 포함한다.

Description

압전 소자 및 이를 포함하는 압전 진동 모듈{PIEZOELECTRIC ELEMENT AND PIEZOELECTRIC VIBRATION MODULE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 압전 소자 및 이를 포함하는 압전 진동 모듈에 관한 것이다.

햅틱(Haptic) 기술은 보편적으로 전자기기의 기능 가운데 사용자의 입력 장치인 키보드, 마우스, 터치스크린(Touch Screen) 등에서 힘과 운동감을 촉각을 통해 느끼게 하는 기술을 말한다.

본 기술은 진동모터를 이용하거나 압전 방식을 이용해 구현될 수 있다. 진동모터의 경우 반응속도가 현저히 느려 빠른 반응속도를 요구하는 모바일 디스플레이에 적용하기에는 부적합하다.

액츄에이터 영역에서 압전 방식이란 역 압전 효과를 이용하는 것을 말하는데, 전기적 에너지를 기계적인 에너지(이에 따라 발생하는 변위)로 바꿔주는 역 압전 효과를 이용하여 진동을 만들어 내는 방식을 말한다.

이 경우, 기존의 진동모터 방식과 비교해 반응속도가 수십 내지 수백배 빠르고 다양한 주파수 구현이 가능하기 때문에 다양한 햅틱 동작을 구현할 수 있고 터치 인식감이 향상되는 장점을 가진다.

한편, 하나의 유전체에 두 개의 전극 구조로 형성된 전자 부품에서는 필수적으로 기생 용량이 발생한다. 이러한, 기생 용량은 누설전류를 증가시키고 전기 입력 대비 출력 전압의 저하 현상을 유발하므로 부품의 성능을 떨어뜨리는 요인이 된다.

미국공개특허 제2007-0046148호 (2007. 03. 01. 공개)

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자는 기생 용량을 제거하기 위하여, 적층물부에 접지부를 형성한다.

구체적으로, 접지부는 접지 전극과 접지용 비아홀을 포함하고, 접지용 비아홀은 적층물부의 내부에 형성되는 내부 전극층과 접지 전극을 연결한다. 이를 통해, 적층물부의 내부에 발생하는 기생 용량을 적층물부의 외부에 형성되는 접지 전극으로 배출한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 모듈의 구동 과정을 나타내는 도면.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

이하, 본 발명에 따른 압전 소자 및 이를 포함하는 압전 진동 모듈의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

우선, 본 발명의 실시예에 따른 압전 소자를 먼저 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자(1000)는 적층물부(100), 전극부(200) 및 접지부(300)를 포함한다.

적층물부(100)는 순차적으로 적층되는 압전체층(110) 및 인접하는 압전체층(110) 사이에 형성되는 내부 전극층(120)을 각각 포함한다.

압전체층(110)은 전기적 신호를 기계적 신호로 변환할 수 있는 재료를 포함한다. 구체적으로 압전 세라믹 및 압전 특성을 나타내는 고분자 물질 등이 이에 포함될 수 있다. 본 실시예에서는 압전 세라믹을 예시로 설명하나, 이것에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 즉, 압전 특성을 나타내는 고분자 물질을 이용하여 압전체층(110)을 형성할 수 있다.

각각의 압전체층(110)을 형성하는 방법을 설명한다. 우선, 압전 세라믹 분말에 소결첨가제 등을 첨가하여, 볼 밀링을 실시한다. 다음으로 용매를 첨가하여 슬러리(Slurry)의 형태로 만든 후 닥터 블레이드 등의 방법을 통해 시트(Sheet) 형태로 제작할 수 있다.

압전 세라믹 분말은 티탄산 지르콘산 연(Lead zirconate titanate, 이하 PZT)을 주성분으로 할 수 있다. 즉, 릴렉서(relaxor)가 첨가된, PNN- PZT계 압전 세라믹 분말, PMN-PZT계 압전 세라믹 분말 또는 PNN-PMN-PZT계 압전 세라믹 분말일 수 있다. 또한, 납이 포함되어 있지 않은 무연계 압전 세라믹 분말도 여기에 포함될 수 있다.

내부 전극층(120)은 적층되는 압전체층(110) 사이에 형성된다. 따라서, 인접하는 내부 전극층(120) 사이에는 압전체층(110)이 형성된다. 예를 들면, 상부에 내부 전극층(120)을 형성한 압전체층(110)을 복수 적층함으로써, 압전체층(110)의 상부 및 하부에 내부 전극층(120)이 형성될 수 있다. 또한, 하부에 내부 전극층(120)을 형성한 압전체층(110)을 복수 적층함으로써, 압전체층(110)의 상부 및 하부에 내부 전극층(120)이 형성될 수 있다.

인접한 내부 전극층(120)에는 후술할 전극부(200)에 의해 서로 다른 극성의 전하가 인가되어, 압전체층(110)에 전기장을 형성한다. 내부 전극층(120)에는 서로 다른 극성의 전하가 인가될 수 있도록 패턴이 형성될 수 있다.

내부 전극층(120)은 전도성 물질을 포함한다. 압전체층(110)을 압전 세라믹을 이용하여 형성한 경우에 전도성 물질은 압전 세라믹의 소결 온도보다 높은 융점을 가지는 단일 금속 또는 금속 합금일 수 있다.

예로써, Pd, Pt, Ru, Ir, Au, Ni, Mo, W, Al, Ta, Ag 및 Ti로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 또는 Pd, Pt, Ru, Sr, La, Ir, Au, Ni, Co, Mo, W, Al, Ta 및 Ti로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속의 전도성 산화물 또는 전도성 질화물로 형성될 수 있다.

내부 전극층(120)은 압전체층(110)의 상부 또는 하부에 형성되는데, 증착(deposition)을 통해 내부 전극층(120)을 형성할 수 있고, 또한 전극 페이스트를 압전체층(110)의 상부 또는 하부에 도포하는 방식을 이용하여 형성할 수 있다.

적층물부(100)는 압전체층(110)과 내부 전극층(120)을 복수 적층함으로써 형성할 수 있다.

도 1 및 도 2에서는 5층의 적층 방법을 도시하고 있으나 이는 예시적인 것에 지나지 아니하고, 필요에 따라 적층수를 변형할 수 있다.

적층물부(100)는 압전체층(110)에 기준홀을 가공하여 정렬을 맞추는 방식으로 형성될 수 있다.

적층물부(100)는 최상부 또는 최하부 중 적어도 어느 하나에 형성되는 커버층을 추가적으로 포함할 수 있다. 커버층은 외부의 충격으로부터 압전체층(110) 및 내부 전극층(120)을 보호할 수 있다.

상술한 바와 같이 압전체층(110) 및 내부 전극층(120)을 복수 적층하는 경우, 최상층에 형성되는 내부 전극층(120)이 외부에 노출될 수 있다. 따라서, 외부에 노출된 내부 전극층(120)을 보호하기 위하여 그 위에 상부 커버층(141)을 형성할 수 있다. 이 때, 최하층에 배치되는 압전체층(110)을 하부 커버층으로 이용할 수 있다. 물론, 최하층에 배치되는 압전체층(110)의 하부에 하부 커버층을 추가적으로 형성할 수도 있다.

커버층은 압전 기능과는 무관한 부재이므로, 압전체층(110)과 상이한 물질이어도 무관하다. 이 때, 압전체층(110)과의 기계적 결합 또는 열팽창계수 등을 고려하여, 압전체층(110)과 유사한 재질로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 압전 세라믹 분말을 이용하여 압전체층(110)을 형성한 경우에는 압전체층(110)과 커버층 사이의 기계적 결합 또는 열팽창계수를 고려하여, 커버층도 압전체층(110)에 사용된 압전 세라믹 분말과 동일한 세라믹 분말을 이용하여 형성할 수 있다.

이 경우, 커버층의 기능을 발휘하기 위해서 커버층의 소결 밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 압전체층(110)에 첨가되는 소결첨가제와 종류가 상이한 소결첨가제를 첨가하여 커버층의 소결 밀도를 증가시킬 수 있으며, 압전체층(110)에 첨가되는 소결첨가제와 동일한 소결첨가제를 사용하되 그 농도를 압전체층(110)과 상이하게 조정하여 소결 밀도를 증가시킬 수 있다.

전극부(200)는 적층물부(100)에 형성되고, 인접하는 내부 전극층(120)에 서로 다른 극성의 전하를 인가할 수 있다. 전극부(200)는 적층물부(100)의 외부에 위치하는 전원공급장치로부터 적층물부(100)의 내부에 형성된 내부 전극층(120)으로 전원을 공급한다.

여기서, 전극부(200)는 적층물부(100)의 외부면에 서로 별개로 형성되는 양의 전극(211)과 음의 전극(212) 및 적층물부(100)의 내부에 형성되고 인접하는 내부 전극층(120)을 교변적으로 양의 전극(211) 또는 음의 전극(212)과 연결하는 도전용 비아홀(220)을 포함할 수 있다.

도 2를 참고하면, 압전체층(110)에 홀을 가공한 후 전도성 물질을 충전하여 도전용 비아홀(220)을 형성한다. 이후, 양의 전극(211) 또는 음의 전극(212) 중 어느 하나와 연결되도록 패터닝이 형성된 내부 전극층(120)을 압전체층(110)의 상부에 형성할 수 있다.

제1 내부 전극층(121), 제3 내부 전극층(123) 및 제5 내부 전극층(125)이 도전용 비아홀(220)을 통해 양의 전극(211)과 연결되고, 제2 내부 전극층(122) 및 제4 내부 전극층(124)은 도전용 비아홀(220)을 통해 음의 전극(212)과 연결된다. 교류 전압이 인가되어 양의 전극(211) 및 음의 전극(212)의 극성이 변경될 때에는 제1 내부 전극층(121), 제3 내부 전극층(123) 및 제5 내부 전극층(125)에는 음의 전하가 인가된다.

도 2에 도시된 내부 전극층(120)의 패터닝의 형태는 예시에 지나지 아니하고, 내부 전극층(120)을 교변적으로 양의 전극(211) 또는 음의 전극(212)과 연결할 수 있다면 본 발명의 보호범위에 속한다.

또한, 도 2에는 전극부(200)가 적층물부(100)의 상면에 형성되어 있는 것을 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 지나지 아니한다. 내부 전극층(120)의 양단이 적층물부(100)의 양단에 교호적으로 연장되도록 형성된 경우에는 적층물부(100)의 측면에 전극부(200)를 형성함으로써 인접한 내부 전극층(120)에 서로 다른 극성의 전하를 인가할 수 있다.

즉, 내부 전극층(120) 중 최하부에 위치하는 제5 내부 전극층(125)은 제5 내부 전극층(125)이 형성된 제5 압전체층(115)의 일단에 연장되게 형성하고, 제4 내부 전극층(124)은 제4 압전체층(114)의 타단에 연장되게 형성하는 방식을 이용하는 경우에는 양의 전극(211) 및 음의 전극(212)은 적층물부(100)의 측면에 형성될 수 있다.

양의 전극(211) 및 음의 전극(212)은 적층물부(100)의 외부면에 별개로 형성되므로, 상술한 내부 전극층(120)과 달리 비교적 낮은 융점을 가지는 전도성 물질을 사용할 수 있다. 따라서 전기 전도도가 우수한 Cu, Ag 또는 이들의 합금 등을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, Au, Pd, Ni, Ag 또는 그 합금 등이 사용될 수 있다.

접지부(300)는 적층물부(100)에 형성되고, 적층물부(100)에 발생하는 기생 용량을 제거할 수 있다. 압전체층(110)이 압전 세라믹을 이용하여 형성된 경우. 압전체는 강유전성 물질일 수 있다.

두 개의 전극 사이에 형성되는 유전체를 이용하는 전자 소자에 있어, 유전체의 분극으로 기생 용량이 발생할 수 있는데 접지부(300)는 이러한 기생 용량을 제거할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 압전 소자(1000)는 내부에 발생하는 기생 용량을 접지부(300)를 통해 제거할 수 있다. 이로써, 압전 소자(1000)의 누설 전류를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있다.

접지부(300)는 적층물부(100)의 외부면에 형성되는 접지 전극(310), 적층물부(100)의 내부에 형성되고 동일한 극성의 전하가 인가되는 내부 전극층(120) 중 적어도 어느 하나를 접지 전극(310)과 연결하는 접지용 비아홀(320)을 포함할 수 있다.

접지 전극(310)은 접지용 비아홀(320)을 통해 적층물부(100) 내부에 발생하는 기생 용량을 적층물부(100) 외부로 제거한다.

이를 구체적으로 살피면, 전극부(200)를 통해 내부 전극층(120)에 전하가 인가되어 압전체층(110)이 압전 기능을 발휘한다. 한편, 압전체층(110)은 유전체이므로 분극이 발생하게 된다. 이러한 분극으로 인하여, 전극부(200)를 통해 내부 전극층(120)에 전원이 인가되지 않은 경우에도 내부 전극층(120)은 전하가 유도될 수 있다. 또한, 유도된 전하로 인해 외부에서 인가한 전하보다 적거나 많은 양의 전하가 내부 전극층(120)에 인가되는 효과가 발생될 수 있다.

이러한 원리로 인하여 내부 전극층(120)에 유도되는 전하를 접지용 비아홀(320) 및 접지용 비아홀(320)에 연결된 접지 전극(310)을 이용하여 적층물부(100)의 외부로 제거하는 것이다.

도전용 비아홀(220)을 통해, 동일한 극성의 전하가 인가되는 내부 전극층(120)은 모두 연결이 되어 있으므로, 접지용 비아홀(320)이 이 중 어느 하나와 연결되면 동일한 극성의 전하가 인가되는 내부 전극층(120)을 모두 접지할 수 있다.

접지용 비아홀(320)은 상술한 도전용 비아홀(220) 형성 방법과 동일한 방법을 이용하여 형성할 수 있다.

접지 전극(310)은 적층물부(100)의 외부에 위치하는 접지 회로 등과 연결되므로, 접지가 일어나는 시간을 조절하거나 접지 저항을 조절하는 방식 등으로 접지를 조절할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 압전 소자(1000)는 접지용 비아홀(320)을 이용하여 내부 전극층(120)에 직접적으로 접지를 함으로써, 적층물부(100) 내부에 존재하는 기생 용량을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.

양의 전극(211) 또는 음의 전극(212) 중 적어도 어느 하나는 적층물부(100)의 외부면 중 접지 전극(310)이 형성되는 면과 동일면에 형성될 수 있다. 양의 전극(211) 및 음의 전극(212)이 형성되는 위치는 제한되지 아니하나, 양의 전극(211), 음의 전극(212) 및 접지 전극(310)이 적층물부(100)의 상면 또는 하면 중 어느 하나의 면에 동시에 형성되는 것이 바람직하다.

적층물부(100)의 상면 또는 하면 중 어느 하나의 면에 양의 전극(211), 음의 전극(212) 및 접지 전극(310)이 함께 형성되어 있는 경우에는 압전 소자(1000)의 두께를 줄일 수 있다.

접지 전극(310)은 서로 별개로 형성되는 제1 접지 전극(311) 및 제2 접지 전극(312)을 포함하고, 접지용 비아홀(320)은 양극성의 전하가 인가되는 내부 전극층(120) 중 적어도 어느 하나와 제1 접지 전극(311)을 연결하고, 음극성의 전하가 인가되는 내부 전극층(120) 중 적어도 어느 하나와 제2 접지 전극(312)을 연결할 수 있다.

도 2를 참고하면, 제1 접지 전극(311)은 접지용 비아홀(320)을 통해 양의 전극(211)과 연결된 제3 내부 전극층(123)과 연결된다. 제2 접지 전극(312)은 접지용 비아홀(320)을 통해 음의 전극(212)과 연결된 제2 내부 전극층(122)과 연결된다.

제1 내부 전극층(121), 제3 내부 전극층(123) 및 제5 내부 전극층(125)에는 압전체층(110)의 분극으로 양전하가 유도된다. 제2 내부 전극층(122) 및 제4 내부 전극층(124)에는 압전체층(110)의 분극으로 음전하가 유도된다. 양의 전극(211)과 연결된 내부 전극층(121, 123, 125)은 도전용 비아홀(220)을 통해 서로 연결되고, 음의 전극(212)과 연결된 내부 전극층(122, 124)은 도전용 비아홀(220)을 통해 서로 연결된다.

따라서, 제1 접지 전극(311)은 제3 내부 전극층(123)과 연결됨으로써 제1 내부 전극층(121), 제3 내부 전극층(123) 및 제5 내부 전극층(125)에 유도되는 양전하를 접지할 수 있다. 또한, 제2 접지 전극(312)은 제2 내부 전극층(122)과 연결됨으로써, 제2 내부 전극층(122) 및 제4 내부 전극층(124)에 유도되는 음전하를 접지할 수 있다.

한편, 도 2에는 제1 접지 전극(311)이 접지용 비아홀(320)을 통해 양의 전극(211)과 연결되는 내부 전극층(121, 123, 125)과 연결된 것을 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 지나지 않는다. 즉, 교류 전원이어서 전극의 극성이 변하는 경우 제1 내부 전극층(121), 제3 내부 전극층(123) 및 제5 내부 전극층(125)에는 음전하가 인가되는데 이것이 제1 접지 전극(311)이 연결되는 경우라 하여 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다.

마찬가지로, 제1 접지 전극(311)이 제3 내부 전극층(123)과 접지용 비아홀(320)을 통해 연결되는 것은 일 예시에 지나지 않고 제1 내부 전극층(121) 또는 제5 내부 전극층(125)과 연결되더라도, 본 발명의 범위에 속한다.

접지 전극(310), 양의 전극(211) 및 음의 전극(212)은 서로 동일한 재료로 형성될 수 있다.

동일한 재료로 형성될 경우 공정 횟수를 줄일 수 있다. 한편, 상기의 전극들은 모두 적층물부(100)의 외부에 형성되는 것이어서 재료의 융점에 크게 제한을 받지 않는다. 따라서, 낮은 융점을 가지더라도 전기 전도성이 우수한 재료를 사용하여 형성할 수 있다.

이렇게 함으로써. 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자(1000)는 기생 용량으로 인해 양전하가 유도되는 내부 전극층(121, 123, 125)과 음전하가 유도되는 내부 전극층(122, 124)을 모두 접지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자를 나타내는 분해 사시도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자(2000)에서, 전극부(200)는 각각 하나의 양의 전극(211) 및 하나의 음의 전극(212)으로 이루어진 복수의 전극쌍을 포함하고, 전극쌍은 적층물부(100) 중 별개의 영역에 형성될 수 있다.

적층물부(100)에 전극쌍이 복수 형성되면, 적층물부(100)에 내부 크랙 등으로 인해 내부 전극층(120)이 일부 끊어진다고 하더라도, 크랙을 중심으로 양 쪽에 존재하는 전극쌍으로 인해 크랙으로 분리되는 두 개의 영역이 각각 개별적으로 압전 소자(2000)로 기능을 발휘할 수 있다.

한편, 도 3에는 전극쌍이 2개인 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하고, 전극쌍이 3개 이상인 경우를 배제하는 것이 아니다.

이렇게 함으로써, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자(2000)는 내부 크랙에 의해 내부 전극층(120)이 일부 단선되더라도, 여전히 압전 기능을 발휘할 수 있다. 이로 인해, 소자의 신뢰성 및 수명이 증가한다.

여기서, 복수의 전극쌍 중 적어도 어느 하나는 적층물부(100)의 외부면 중 접지 전극(310)이 형성되는 면과 동일면에 형성될 수 있다. 도 3에는 2개의 전극쌍이 접지 전극(310)과 함께 적층물부(100)의 상면에 형성되어 있는 것을 도시하고 있으나, 어느 하나의 전극쌍이 상면이 아닌 적층물부(100)의 외부면에 형성되는 것을 배제하는 것은 아니다.

적층물부(100)의 상면 또는 하면 중 어느 하나의 면에 복수의 전극쌍 및 접지 전극(310)이 함께 형성되면, 본 실시예에 따른 압전 소자(2000)의 두께를 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자(2000)에서 개시되는 각 구성 및 그에 따른 효과에 대해서는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자(1000)에서 전술하였기 때문에, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 압전 진동 모듈을 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 모듈의 구동 과정을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동 모듈(3000)은 압전 소자(1000, 2000), 진동판(400), 질량체(500) 및 기판(600)을 포함한다. 도 5 내지 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 소자(1000)를 도시하고 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압전 소자(2000)도 본 발명의 압전 진동 모듈에 사용될 수 있다.

압전 소자(1000, 2000)에 대해서는 전술하였으므로 설명을 생략한다.

진동판(400)은 압전 소자(1000)의 횡방향 신축에 의해 종방향 변위가 발생되도록 압전 소자(1000)에 결합된다. 압전 소자(1000)는 본딩 방식 또는 솔더링 방식을 이용하여 진동판(400)의 일면에 결합된다.

진동판(400)은, 전원의 인가에 따라 인장 및 압축 변형을 반복하는 압전 소자(1000)와 일체로 변형되기 위하여 서스(Sus)와 같은 탄성력을 구비한 금속재질로 구성될 수 있다.

진동판(400)과 압전 소자(1000)가 본딩 방식에 의해 결합된 경우에는 접착부재의 경화에 의해 발생할 수 있는 벤딩(Bending) 현상을 방지하기 위하여 진동판(400)은 압전 소자(1000)의 열팽창계수와 유사한 재질인 인바(Invar)를 포함하는 것이 바람직하다.

질량체(500)는 진동판(400)에서 발생하는 종방향의 변위에 따른 진동력을 증가시킨다.

진동력을 최대화하기 위하여 질량체(500)는 압전 소자(1000)의 인장 및 압축 변형에 따라 최대로 변위가 일어나는 진동판(400)의 최대 변위지점에 질량체(500)의 중앙부가 결합될 수 있다.

질량체(500)는 금속(Steel) 재질로 구성될 수 있는데 상대적으로 동일 체적에서 밀도가 높은 텅스텐을 포함하는 재질로 구성됨이 바람직하다.

기판(600)은 압전 소자(1000)에 전원을 공급하도록 압전 소자(1000)에 결합된다. 압전 소자(1000)에 변형이 발생하므로 연성기판인 것이 바람직하다.

여기서, 기판(600)은 접지부(300)와 연결되는 접지 단자(611)를 포함한다. 기판(600)에는 공지의 양극 단자(612)와 음극 단자(613)가 형성되며 추가적으로 접지 단자(611)가 형성될 수 있다. 즉, 압전 소자(1000)의 접지부(300)와 연결되어, 압전 소자(1000)에 발생하는 기생 용량을 압전 진동 모듈(3000)의 외부로 배출할 수 있는 접지 단자(611)가 기판(600)에 형성된다.

도 5에는 단자(610)가 기판과 분리(600)되어 형성되고 기판(600)과 단자(610)가 전선 등을 통해 전기적으로 연결되어 있는 것을 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하고 단자(610)가 기판(600)에 형성되는 것을 배제하지 않는다. 마찬가지로, 단자(610)에 양극 단자(612), 접지 단자(611) 및 음극 단자(613)가 순서대로 배열되어 있음을 도시하고 있으나, 그 배열 순서는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

도 6은 외부 전원이 인가되기 전 상태를 도시한 도면이고, 도 7 및 도 8은 각각 외부 전원이 인가되어 압전 소자(1000)가 압축 및 인장됨에 따라 압전 진동 모듈(3000)이 구동되는 모습을 나타내는 도면이다.

도 7 및 도 8을 참고하면 기판(600)에 의해 압전 소자(1000)에 외부 전원이 인가되면 압전 소자(1000)가 압축 또는 인장된다. 이에 의해, 압전 소자(1000)에 결합된 진동판(400)에는 종방향 변위가 발생한다. 진동판(400)의 종방향 변위에 의해 질량체(500)에도 종방향 변위가 일어나고, 이러한 종방향 변위, 즉 진동력을 질량체(500)가 가지는 질량으로 증대시킨다. 따라서, 압전 진동 모듈(3000)은 종방향의 진동을 발생시키게 된다.

한편, 압전 소자(1000)에 인가되는 전기적 신호를 조절하여 압전 진동 모듈(3000)의 진동을 조절할 수 있다. 즉, 압전 소자(1000)에 인가되는 전기적 신호의 주파수 등을 조절하여 진동의 세기를 조절할 수 있고, 압전 소자(1000)에 전기적 신호가 인가되는 시간을 조절하여 진동이 발생하는 시간을 조절할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 적층물부
110: 압전체층
111: 제1 압전체층
112: 제2 압전체층
113: 제3 압전체층
114: 제4 압전체층
115: 제5 압전체층
120: 내부 전극층
121: 제1 내부 전극층
122: 제2 내부 전극층
123: 제3 내부 전극층
124: 제4 내부 전극층
125: 제5 내부 전극층
141: 상부 커버층
200: 전극부
211: 양의 전극
212: 음의 전극
220: 도전용 비아홀
230: 전극쌍
300: 접지부
310: 접지 전극
311: 제1 접지 전극
312: 제2 접지 전극
320: 접지용 비아홀
400: 진동판
500: 질량체
600: 기판
610: 단자
611: 접지용 단자
612: 양극 단자
613: 음극 단자
1000, 2000: 압전 소자

Claims (10)

1. 순차적으로 적층되는 압전체층 및 인접하는 상기 압전체층 사이에 형성되는 내부 전극층을 각각 포함하는 적층물부;
   상기 적층물부에 형성되고, 인접하는 상기 내부 전극층에 서로 다른 극성의 전하를 인가하는 전극부; 및
   상기 적층물부에 형성되고, 상기 적층물부에 발생하는 기생 용량을 제거할 수 있는 접지부;
   를 포함하는 압전 소자.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 접지부는,
   상기 적층물부의 외부면에 형성되는 접지 전극 및
   상기 적층물부의 내부에 형성되고, 동일한 극성의 전하가 인가되는 상기 내부 전극층 중 적어도 어느 하나를 상기 접지 전극과 연결하는 접지용 비아홀을 포함하는 압전 소자.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 접지 전극은 서로 별개로 형성되는 제1 접지 전극 및 제2 접지 전극을 포함하고,
   상기 접지용 비아홀은,
   양극성의 전하가 인가되는 상기 내부 전극층 중 적어도 어느 하나와 제1 접지 전극을 연결하고,
   음극성의 전하가 인가되는 상기 내부 전극층 중 적어도 어느 하나와 제2 접지 전극을 연결하는 압전 소자.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 전극부는,
   상기 적층물부의 외부면에 서로 별개로 형성되는 양의 전극과 음의 전극 및
   상기 적층물부의 내부에 형성되고, 인접하는 상기 내부 전극층을 교변적으로 상기 양의 전극 또는 상기 음의 전극과 연결하는 도전용 비아홀을 포함하는 압전 소자.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 양의 전극 또는 상기 음의 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 적층물부의 외부면 중 상기 접지 전극이 형성되는 면과 동일면에 형성되는 압전 소자.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 전극부는
   각각 하나의 상기 양의 전극 및 하나의 상기 음의 전극으로 이루어진 복수의 전극쌍을 포함하고,
   상기 전극쌍은 상기 적층물부 중 별개의 영역에 형성되는 압전 소자.
   
7. 제6항에 있어서,
   복수의 상기 전극쌍 중 적어도 어느 하나는 상기 적층물부의 외부면 중 상기 접지 전극이 형성되는 면과 동일면에 형성되는 압전 소자.
   
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 접지 전극, 상기 양의 전극 및 상기 음의 전극은 서로 동일한 재료로 형성되는 압전 소자.
   
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 압전 소자;
   상기 압전 소자의 횡방향 신축에 의해 종방향 변위가 발생되도록 상기 압전 소자에 결합되는 진동판;
   상기 진동판에서 발생하는 종방향의 변위에 따른 진동력을 증가시키는 질량체; 및
   상기 압전 소자에 전원을 공급하도록 상기 압전 소자에 결합되는 기판;
   을 포함하는 압전 진동 모듈.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 기판은 상기 접지부과 연결되는 접지 단자를 포함하는 압전 진동 모듈.
    

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