JP2014236515A - 圧電素子パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度測定素子と圧電素子の温度差を最小化することができる圧電素子パッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】圧電素子パッケージ１００は、下部に複数の端子が形成されたケース１０と、ケース１０の内部に形成される圧電素子３０と、ケース１０の内部の圧電素子３０の一面に形成される薄膜の温度測定素子２０と、ケース１０を密閉する蓋部材４０とから構成され、温度測定素子２０と圧電素子３０を積層し電気的に連結することで温度測定素子２０と圧電素子３０の間隔を最小化し、温度測定素子２０が圧電素子３０に密着して圧電素子３０の温度を測定するため、圧電素子３０の正確な温度を測定することができ、それにより温度−周波数変化による正確な温度偏差を補償することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は圧電素子パッケージ及びその製造方法に関し、より詳細には、圧電素子の温度を正確に測定して温度偏差による周波数マッチングの問題を改善することができる圧電素子パッケージ及びその製造方法に関する。

水晶振動子は水晶発振器ともいい、ＳｉＯ_２からなる石英（Ｑｕａｒｔｚ）を薄い片状に製造して、圧電素子と上記圧電素子の両面にＡｕまたはＡｇのような導電性物質からなる電極を形成する。上記電極に電圧を加えると、電歪効果により変形力が加わって振動が起きる。振動が起きると、圧電効果により電極に電圧が誘導され、その振動数は水晶の力学的性質やサイズに応じて決まり、一般的に、温度などの変化に対して安定的で、Ｑ値も非常に高い。

このような性質により、移動通信機器における周波数の制御に水晶振動子が用いられる。水晶振動子は、広い使用温度範囲において、外部の温度変化に対して一定の安定した周波数を保持しなければならない。

しかし、水晶振動子は温度に対して周波数変化特性を示す。従って、水晶振動子と温度による周波数を補正する補償回路を水晶振動子に備えて、水晶振動子と周波数間の偏差を減らすことで、より安定的、且つ正確な特性を有する水晶振動子を具現することができる。

下記特許文献１は、複合水晶振動子及びその製造方法に関する発明である。

韓国公開特許公報第２０１２−００５２８２１号

本発明は、温度測定素子と圧電素子の温度差を最小化することができる圧電素子パッケージ及びその製造方法を提供する。

本発明の一実施形態による圧電素子パッケージは、下部に複数の端子が形成されたケースと、上記ケースの内部に形成される圧電素子と、上記ケースの内部の上記圧電素子の一面に形成される薄膜の温度測定素子と、上記ケースの上部を密閉する蓋部材と、を含んでもよい。

下から上記温度測定素子、上記圧電素子の順に積層されて形成されてもよい。

上記圧電素子は上部に第１励振電極が形成され、下部に第２励振電極が形成され、上記第１及び第２励振電極は、それぞれ上記圧電素子の下部の角部分に延長形成されてもよい。

上記圧電素子の第１及び第２励振電極が形成された角と対応するように上記温度測定素子の角の一部に第１圧電素子連結電極が形成されてもよい。

上記圧電素子の下部の角の一部にダミー電極が形成されてもよい。

上記端子は、上記ケースの下面の角にそれぞれ時計回りまたは反時計回りに温度測定入力端子、温度測定出力端子、圧電素子入力端子、圧電素子出力端子が配置されてもよい。

上記蓋部材は金属で形成されてもよい。

上記端子のうち一つと上記蓋部材が電気的に連結されてもよい。

本発明の他の実施形態による圧電素子パッケージの製造方法は、ケースの内部に薄膜の温度測定素子を搭載する段階と、上記ケースの内部に圧電素子を搭載する段階と、上記ケースの上部に蓋部材を結合する段階と、を含んでもよい。

本発明による圧電素子パッケージは、薄膜状の温度測定素子を利用することで、圧電素子と温度測定素子との温度差を最小化することができる。

具体的には、圧電素子の温度を正確に測定することができ、それにより圧電素子と周波数間の温度偏差を減らすことで、より安定的、且つ正確な特性を有する圧電素子を提供することができる。

本発明によると、簡単な方法で圧電素子の正確な温度を測定して、外部の温度変化に対して一定で、且つ安定的な周波数を保持することができる圧電素子パッケージの製造方法が提供される。

本発明の一実施形態による圧電素子パッケージの概略的な分解斜視図である。 図１のＡ−Ａ’の断面を概略的に示した断面図である。 （ａ）は従来技術の動作時間に応じた圧電素子と温度測定素子の温度を示したグラフで、（ｂ）は本発明の動作時間に応じた圧電素子と温度測定素子の温度差を示したグラフである。 本発明の一実施形態による圧電素子パッケージの回路図である。 本発明の一実施形態による圧電素子パッケージの上部平面図である。 本発明の一実施形態による圧電素子パッケージの下部平面図である。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

図１は本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００の概略的な分解斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ’の断面を概略的に示す断面図である。

図１及び図２を参照し、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００の構造について説明する。

本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００は、ケース１０、上記ケースの内部に搭載された温度測定素子２０と圧電素子３０、上記ケース１０の上部に位置する蓋部材４０を含む。

より具体的には、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００は、下部に複数の端子が形成されたケース１０と、上記ケース１０の内部に形成される圧電素子３０と、上記ケース１０の内部の上記圧電素子３０の一面に形成される薄膜の温度測定素子２０と、上記ケース１０を密閉する蓋部材４０とを含んでもよい。

上記圧電素子３０はＳｉＯ_２からなる石英（Ｑｕａｒｔｚ）を切断した後、その上面と下面に第１励振電極３１ａと第２励振電極３１ｂを形成することで製造することができる。上記圧電素子３０は、ケースの内部に形成された第２圧電素子連結電極１１によって圧電素子入力端子と圧電素子出力端子に電気的に連結され、外部集積回路と連結されることができる。

上記第１及び第２励振電極３１ａ、３１ｂは、それぞれ上記圧電素子３０の下部の角部分に延長形成されてもよい。

上記圧電素子３０と上記温度測定素子２０は、連結部Ｃを介して互いに電気的に連結されることができる。

上記圧電素子は、外部集積回路と連結されるための第１及び第２励振電極３１ａ、３１ｂを含む。

上記第１励振電極３１ａは圧電素子３０の入力端子の役割を、上記第２励振電極３１ｂは圧電素子３０の出力端子の役割を担うことができる。

上記第１励振電極３１ａと上記第２励振電極３１ｂは、上記温度測定素子２０に形成された第１圧電素子連結電極２１ａ、２１ｂにそれぞれ連結されて、ケース１０の内部に位置する第２圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂに電気的に連結されることにより、集積回路と電気的に連結されることができる。

即ち、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００は、上記ケース１０の内部に温度測定素子２０と圧電素子３０を積層することで、簡単に圧電素子パッケージ１００を完成することができ、上述したように電気的に連結することで上記温度測定素子２０と上記圧電素子３０の間隔を最小化することができる。

上記圧電素子３０は、下面の角の一部にダミー電極３２ａ、３２ｂが形成されてもよい。

上記ダミー電極３２ａ、３２ｂは、上記温度測定素子２０の温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂと連結部Ｃを介して連結されてもよい。

上記ダミー電極３２ａ、３２ｂが上記温度測定素子２０と連結されることで、上記圧電素子３０の接着力が増加し、外部の衝撃により圧電素子３０が離脱する現象を防止して圧電素子パッケージ１００の信頼性が向上することができる。

図２を参照すると、ケース１０の内部において、圧電素子３０の下部に温度測定素子２０が搭載されることができ、これにより圧電素子３０に密着して圧電素子３０が搭載されたケース１０の内部温度を測定することができる。

上記温度測定素子２０は上記圧電素子３０の上面または下面に密着して形成されることができ、薄膜状であってもよい。

上記温度測定素子２０はサーミスタ（ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）であってもよいが、これに制限されない。

サーミスタの他に、パッケージ内部の温度を測定して外部集積回路（ＩＣ）に伝達することができる薄膜の温度測定素子を用いてもよい。

サーミスタの場合、電源に連結され、サーミスタの温度に応じて一定の抵抗値を有するため、その抵抗値を測定することで、サーミスタが搭載された圧電素子パッケージ１００の温度を測定することができる。

このような方法で測定された温度は、集積回路に受信されて圧電素子パッケージ１００に搭載された圧電素子３０の温度−周波数変化を補償するための値として用いられてもよい。

本発明の一実施形態によると、温度測定素子２０は温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂを含み、上記温度測定素子入力電極２２ａを電源に連結し、温度測定素子出力電極２２ｂを集積回路に連結して、一定の電圧による温度−抵抗変化特性に応じて抵抗値を測定することで、温度値を測定することができる。

上記温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂは、ケース１０の内部の底面に形成された温度測定素子連結電極１２と電気的に連結されることができる。

上記ケース１０の下部に形成された複数の端子１３、１４のうち少なくとも一つは、上記蓋部材４０と貫通部Ｔを介して電気的に連結されることができる。

上記蓋部材４０は導電性の良い材料で形成されることにより、上記圧電素子３０または上記温度測定素子２０の接地の役割を行うことができる。

上記蓋部材４０が接地の役割をすることで、圧電素子パッケージ１００は周波数発生時のノイズを防止し、外部からの影響を最小化することができる。

上記蓋部材４０は銅（Ｃｕ）を用いて形成してもよいが、これに制限されない。

上記蓋部材４０が接地の役割をするため、接地のための別途の工程及び構成を必要としない。

上記ケース１０の内部に形成される第２圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂと温度測定素子連結電極１２ａ、１２ｂは、導電性ビアＨを介して下面の端子１３、１４と電気的に連結されることができる。

図３の（ａ）は従来技術の動作時間に応じた圧電素子と温度測定素子の温度を示したグラフであり、図３の（ｂ）は本発明の動作時間に応じた圧電素子と温度測定素子の温度差を示したグラフである。

従来の場合、温度測定素子と圧電素子との間に広い間隔が形成されるため、温度測定素子と圧電素子の温度に差が生じざるを得なかった。

図３の（ａ）を参照すると、動作時間が長くなるほど、温度測定素子と圧電素子の温度差が次第に広がることが分かる。

しかし、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージ１００の場合、薄膜の上記温度測定素子２０を使用するため、上記温度測定素子２０と上記圧電素子３０との間隔が非常に狭く形成される。

従って、圧電素子３０と温度測定素子２０の温度差を最小化することができ、それによって圧電素子３０と周波数間の温度偏差を減らすことで、より安定的、且つ正確な特性を有する圧電素子パッケージ１００を提供することができる。

ケース１０の外部に温度測定素子が搭載されると、圧電素子の正確な温度を測定することができないため、温度−周波数変化による正確な温度偏差を補償することが困難である。

しかし、本発明の一実施形態によると、温度測定素子２０が圧電素子３０に密着して圧電素子３０の温度を測定するため、圧電素子３０の正確な温度を測定することができ、それにより温度−周波数変化による正確な温度偏差を補償することができる。従って、圧電素子パッケージ１００の周波数の精度を確保することができる。

図４は、本発明の一実施形態による圧電素子パッケージの回路図である。

温度測定素子２０は電源Ｖｃｃに連結され、温度に応じた適切な抵抗値を有することができる。

よって、温度測定素子２０の抵抗値を測定することで、上記ケース１０の内部温度を測定することができる。

測定した温度を温度補償回路を含む集積回路（ＩＣ）に入力し、上記集積回路（ＩＣ）は周波数供給源である圧電素子３０から周波数を受信し、受信した周波数の温度に応じて受信した周波数変化特性を補償することで、温度偏差による周波数マッチングの問題を改善することができる。

図５は本発明の一実施形態によるケース１０の上部平面図であり、図６は下部平面図である。

図５を参照すると、上記ケース１０の内部に第２圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂと、温度測定素子連結電極１２ａ、１２ｂが形成されてもよい。

上記第２圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂは温度測定素子２０に形成された第１圧電素子連結電極２１ａ、２１ｂと電気的に連結されることで、それぞれ第１励振電極３１ａ及び第２励振電極３１ｂと電気的に連結されることができる。

上記温度測定素子連結電極１２ａ、１２ｂは上記温度測定素子２０に形成された温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂと電気的に連結されることができる。

図６を参照すると、上記ケース１０の下部の角に複数の端子１３、１４が形成されてもよい。

上記複数の端子は、温度測定入力端子、温度測定出力端子、圧電素子入力端子、圧電素子出力端子が配置された形態であってもよい。

各端子１３、１４は、導電性ビアＨを介して、上記ケース１０の内部に形成された第２圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂ及び温度測定素子連結電極１２ａ、１２ｂと電気的に連結されてもよい。

また、上記ケース１０の下部には、接地端子（不図示）がさらに形成されてもよい。

本発明の他の実施形態による圧電素子パッケージ１００の製造方法は、ケース１０の内部に薄膜の温度測定素子２０を搭載する段階と、上記ケース１０の内部に圧電素子３０を搭載する段階と、上記ケース１０の上部に蓋部材４０を結合する段階と、を含んでもよい。

ケース１０の内部に、第２圧電素子連結電極１１ａ、１１ｂと温度測定素子入出力電極２２ａ、２２ｂの形成された温度測定素子２０を搭載し、第１励振電極３１ａと第２励振電極３１ｂの形成された圧電素子３０を搭載することができる。

上記ケース１０、上記温度測定素子２０及び上記圧電素子３０には、それぞれ上下に対応する電極が形成されているため、上記ケース１０の内部に上記温度測定素子２０と上記圧電素子３０を順に積層することで、パッケージを完成することができる。

即ち、別途に上記温度測定素子２０を位置させる工程を必要とせず、ケースの内部に上記温度測定素子２０が位置するキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を形成する工程も必要ない。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１０ ケース
１１ａ、１１ｂ 第２圧電素子連結電極
１２ａ、１２ｂ 温度測定素子連結電極
１３、１４ 端子
２０ 温度測定素子
２１ａ、２１ｂ 第１圧電素子連結電極
２２ａ、２２ｂ 温度測定素子入出力電極
３０ 圧電素子
３１ａ 第１励振電極
３１ｂ 第２励振電極
３２ａ、３２ｂ ダミー電極
４０ 蓋部材
Ｃ 連結部
Ｈ 導電性ビア
Ｔ 貫通部
１００ 圧電素子パッケージ

Claims (9)

1. 下部に複数の端子が形成されたケースと、
   前記ケースの内部に形成される圧電素子と、
   前記ケースの内部の前記圧電素子の一面に形成される薄膜の温度測定素子と、と、
   前記ケースの上部を密閉する蓋部材と、を含む圧電素子パッケージ。
2. 下から前記温度測定素子、前記圧電素子の順に積層されて形成される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
3. 前記圧電素子は上部に第１励振電極が形成され、下部に第２励振電極が形成され、
   前記第１及び第２励振電極は、それぞれ前記圧電素子の下部の角部分に延長形成される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
4. 前記圧電素子の第１及び第２励振電極が形成された角と対応するように前記温度測定素子の角の一部に第１圧電素子連結電極が形成される、請求項３に記載の圧電素子パッケージ。
5. 前記圧電素子の下部の角の一部にダミー電極が形成される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
6. 前記端子は、前記ケースの下面の角にそれぞれ時計回りまたは反時計回りに温度測定入力端子、温度測定出力端子、圧電素子入力端子、圧電素子出力端子が配置される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
7. 前記蓋部材は金属で形成される、請求項１に記載の圧電素子パッケージ。
8. 前記端子のうち一つと前記蓋部材が電気的に連結される、請求項７に記載の圧電素子パッケージ。
9. ケースの内部に薄膜の温度測定素子を搭載する段階と、
   前記ケースの内部に圧電素子を搭載する段階と、
   前記ケースの上部に蓋部材を結合する段階と、を含む圧電素子パッケージの製造方法。

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