KR100506734B1 - 다중모드 수정진동자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개인휴대 통신에 사용되는 기준주파수 발진용 수정진동자와 클럭용 수정진동자의 기능을 복합하여 가지도록 한 다중모드 수정진동자에 관한 것이다. 본 발명은 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판을 포함하고, 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판이 하나의 세라믹 패키지 내부에 배치되어 2개 모드의 주파수를 출력하는 수정진동자를 제공한다.

본 발명에 의하면 다른 모드의 주파수를 발진하는 2개의 수정진동자를 하나의 패키지에 실장하여 소형화된 수정진동자를 제공하는 효과 및 기준주파수용 수정진동자와 클럭용 수정진동자를 하나의 패키지 내에 실장하도록 하여 하나의 부품에서 다중 모드의 주파수 발진을 가능하게 하는 다중모드 수정진동자를 제공하는 효과를 제공한다.

Description

다중모드 수정진동자 {multi-mode crystal oscillator}

본 발명은 다중모드 수정진동자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개인휴대 통신에 사용되는 기준주파수 발진용 수정진동자와 클럭용 수정진동자의 기능을 복합하여 가지도록 한 다중모드 수정진동자에 관한 것이다.

일반적으로 수정진동자는 주파수 발진기, 주파수 조정기, 주파수 변환기 등의 여러 용도로 사용된다. 수정진동자는 압전효과에 의한 기계적 진동을 가지는 수정판과 이를 보호하고 외부에 주파수 출력을 위한 전극이 형성된 패키지로 구성된 수동소자이다. 수정은 온도의 변화에 대하여 가장 안정적인 주파수 발진특성을 갖게 되므로, 이동통신기기와 시계, 전자기기 등에 안정적인 주파수 발진기로써 부착된다.

수정은 고압의 오토클레이브(autoclave)에서 인공적으로 성장시키고, 결정축을 중심으로 절단하여 원하는 특성을 갖도록 크기와 모양을 가공하여 웨이퍼(wafer) 형태로 제작하게 된다. 이때 수정은 낮은 위상 노이즈(phase noise)와 높은 Q 값, 그리고 시간과 환경변화에 대한 낮은 주파수 변화율을 갖도록 형성되어야 한다.

수정 웨이퍼가 수정진동자로 사용되기 위해서는 수정 웨이퍼가 패키지에 고정되어야 하고, 또한 전기적인 연결을 위해 웨이퍼의 표면에 전극을 형성하여야 한다. 또한 수정 웨이퍼는 외부의 전기적 소자들과 연결되어야 하고, 이를 위해 패키지와 수정 웨이퍼를 도전성의 접착제로 접착시키게 된다. 이때 수정진동자의 우수한 진동효율과 외부의 충격에 대한 신뢰성 확보를 위해 충분한 접착영역을 확보해야 한다.

그리고, 패키지에 고정된 수정웨이퍼를 외부의 환경과 오염물질로부터 보호하기 위하여 밀봉하게 된다. 수정발진기는 외부의 환경적 변화와 오염 등에 의하여 동작효율과 품질에 큰 영향을 받게 되는데, 이 때문에 수정 패키지의 누설율(leak rate)이 매우 낮게 되도록 밀봉되어야 한다. 이를 위하여 세라믹 패키지 위에 금속제의 리드(lid)지지층을 접착시켜 놓은 후, 상기 리드지지층과 동일한 재질의 리드를 덮어 전기적인 용접을 통해 밀봉시킨다. 이때 세라믹과 금속, 금속과 금속 간의 접착부위에서의 기밀성이 매우 중요하게 되며, 외부로부터의 오염물질이 유입되는 경우에는 신뢰성 등의 여러 특성이 악화되는 문제가 발생하게 된다.

최근 개인 휴대 통신 및 무선통신기의 발달로 인해 개인 휴대 단말기와 무선기기의 소형화로 인하여 주변 소자들의 소형화가 급격히 이루어지고 있다. 반면에 수정진동자는 주변소자들에 비하여 용량이 비교적 크게 된다. 이는 수정진동자가 외부와의 전기적, 기계적 연결의 한계성과 수정 웨이퍼의 소형화의 한계에 의하여 수정진동자의 공간적 제약이 증가하기 때문이다. 특히 온도보상형 수정진동자(TCXO)의 패키지에 장착되는 수정진동자는 전체 부피가 더 크게 되어, 그 소형화의 요구가 더욱 커지고 있으며, 이에 맞추어 기존 수정진동자의 소형화 및 슬림화 기술이 더욱 필요해지고 있다.

더구나, 종래의 수정진동자는 이동통신기기에서 사용되는 기준 주파수용 수정진동자와 클럭용 수정진동자를 각각 따로 사용하였다. 각각의 주파수 특성을 나타내는 수정은 패키지의 내부에 도전성의 접착제로 실장되고, 이와 연결되는 수정 표면에는 전극을 형성하여 외부에 수정의 기계적 진동에 의해 발생하는 주파수를 출력하도록 구성하였다. 도 1은 상기와 같이 두가지 기능의 수정진동자가 별도로 사용되는 종래의 이동통신 기기의 신호처리 다이아그램이다.

도 1에서, 안테나(110)를 통해 수신되는 신호는 송수신부(120)로 전달되며, 송수신부(120)에서는 기준주파수용 수정진동자(101)에서 발진하는 기준주파수를 증폭시키는 발진부(125)를 통해 송수신회로부(123)에서 송수신 신호를 처리한다. 이와 같은 신호는 다시 베이스 밴드 처리부(130)로 보내지며, 베이스 밴드 처리부(130)에서는 전달되는 신호를 베이스 밴드(기저대역)로 생성하게 된다. 다시, 베이스 밴드 신호는 제어부(140)로 보내지며, 제어부(140)에서는 베이스 밴드 신호를 복조 및 복원 과정을 거쳐서 음성, 영상 등의 원 신호로 복원하여 필요한 곳에 보낸다. 이때 신호의 동작 클럭 신호를 발진하는 클럭용 수정진동자(201)가 사용된다.

이상과 같은 이동 통신용 신호처리 시스템에서 기준주파수용 수정진동자 및 클럭용 수정진동자가 함께 사용되는데, 최근 이동통신 기기의 소형화에 따라서 그에 탑재되는 부품 역시 소형화되는 추세에 있으며, 특히 상기와 같은 수정진동자의 크기의 소형화는 더욱 중요한 문제가 된다.

도 2는 종래의 기준주파수용 수정판 실장 패키지의 단면도(a), 평면도(b), 및 저면도(c)이다. 도 2(a) 내지 (c)에서, 수정진동자의 패키지는 바닥면을 구성하는 베이스층(102)을 포함하게 되고, 베이스층(102) 상에 수정(100)을 지지하는 버퍼층(104)이 형성된다. 또한 버퍼층(104) 위에는 수정진동자의 진동공간을 확보함과 동시에 버퍼층(104)과의 절연을 시키도록 하는 절연층(106)이 형성된다. 상기 베이스층(102)과 버퍼층(104), 절연층(106)은 모두 세라믹으로 형성되며, 특히 버퍼층(104)의 상부면에는 수정진동자와 전기적으로 연결되는 내부전극(112)이 도포된다. 버퍼층(104)은 수정의 안정적인 발진 및 외부충격으로부터 수정을 보호하고 외부단자와의 연결을 위한 전극의 역할을 하게 된다. 상기 버퍼층(104)의 전극(112)에는 도전성 접착제(109)를 통해 수정(100)이 부착되며, 전극과 전기적으로 연결된다. 상기 절연층(106)의 상부에는 세라믹 패키지의 덮개 역할을 하는 리드(110)를 지지하는 리드지지층(108)이 형성되고, 리드지지층(108) 상에 리드(110)가 밀봉을 위해 덮여진다.

도 3은 종래의 클럭용 수정판 실장 패키지의 단면도(a), 평면도(b), 및 저면도(c)이다. 도 3에서, 바닥면을 구성하는 베이스층(202), 베이스층(202) 상에 수정(200)을 지지하는 버퍼층(204), 및 버퍼층(204) 상의 리드지지층(206)은 상기 도 1에서의 베이스층(102), 버퍼층(104) 및 리드지지층(108)과 동일한 기능을 한다. 버퍼층(204)은 수정진동자의 진동공간을 확보할 수 있도록 소정의 높이로 형성되며, 또한 그 상부면에 수정진동자와 전기적으로 연결되는 내부전극(212)이 도포된다. 버퍼층(204)은 수정의 안정적인 발진 및 외부충격으로부터 수정을 보호하고 외부단자와의 연결을 위한 전극의 역할을 하게 된다. 상기 리드지지층(206) 상에 리드(210)가 밀봉을 위해 덮여진다.

도 2에서와 같은 종래의 수정진동자는 베이스층에서 최상부의 리드까지 총 5개의 층으로 구성되어 그 크기를 소형화하는데 어려움이 있게 되며, 또한 도 2 및 도 3과 같은 종래의 수정진동자를 통해서는 두가지 기능을 동시에 수행하는 하나의 패키지로 형성하는 것이 불가능하게 되는 문제가 있었다.

따라서, 상기와 같이 다른 모드의 주파수를 발진하는 수정진동자 패키지를 하나의 패키지 내에 2개의 수정진동자를 실장시켜 다중모드의 주파수를 발진할 수 있도록 하는 새로운 구조의 패키지가 당 기술분야에서 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다른 모드의 주파수를 발진하는 2개의 수정진동자를 하나의 패키지에 실장하여 소형화된 수정진동자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기준주파수용 수정진동자와 클럭용 수정진동자를 하나의 패키지 내에 실장하도록 하여 하나의 부품에서 다중 모드의 주파수 발진을 가능하게 하는 다중모드 수정진동자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다중 모드 수정진동자의 적층되는 세라믹 층의 수를 줄여서 패키지를 소형화하며, 세라믹 패키지를 소형화하면서도 내부 실장부분의 진공도의 차이에 따른 전체적인 휨 현상 발생을 방지하고, 충분한 강도를 제공할 수 있는 다중모드 수정진동자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판을 포함하고, 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판이 하나의 세라믹 패키지 내부에 배치되어 2개 모드의 주파수를 출력하는 다중모드 수정진동자를 제공한다.

바람직하게는, 상기 세라믹 패키지는 베이스층; 상기 베이스층의 주연부 상에 형성되고, 내부단자가 형성되는 적어도 하나의 버퍼층; 상기 버퍼층의 주연부에 상기 버퍼층의 내부단자와 일정간격 이격되어 형성되는 적어도 하나의 지지층; 및 상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 지지층에 덮여지는 적어도 하나의 리드;를 포함하며, 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판에는 상기 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 적어도 하나의 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 세라믹 패키지는 내부에 1개의 공간을 형성하고, 상기 공간에 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판이 함께 배열되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 세라믹 패키지는 내부에 2개의 공간을 형성하고, 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판이 서로 다른 공간에 배열되는 것을 특징으로 하며, 이때, 상기 2개의 공간은 상기 베이스층을 경계로 구분되어 형성되며, 상기 베이스층에 형성되는 관통홀을 통해 서로 연결되어 동일한 진공상태를 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 기준주파수용 수정판은 상기 클럭용 수정판보다 높은 대역의 주파수를 출력하고, 상기 클럭용 수정판은 저주파대역의 주파수를 물리적으로 생성하는 소리굽쇠 형태인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 수정진동자에 있어서, 외부단자가 형성되는 베이스층; 상기 베이스층의 주연부 상에 형성되고, 상면에 상기 베이스층의 외부단자와 전기적으로 연결되는 두쌍의 내부단자가 형성되며, 상기 두쌍의 내부단자는 일측 및 타측에 서로 대각방향을 이루도록 배열되는 버퍼층; 상기 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판; 상기 버퍼층의 주연부에 상기 버퍼층의 내부단자와 일정간격 이격되어 형성되는 지지층; 및 상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 지지층에 덮여지는 리드;를 포함하는 다중모드 수정진동자를 제공한다.

바람직하게는, 상기 베이스층의 중앙부에는 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판을 지지할 수 있도록 지지부가 형성되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 지지층과 리드는 금속재인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 베이스층과 상기 버퍼층 사이에는 텅스텐 금속 접착층이 형성되어 상기 베이스층과 상기 버퍼층을 서로 접착시키는 것을 특징으로 하며, , 상기 수정판은 도전성 접착제를 통해 상기 버퍼층의 일측 상에 접착되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 베이스층의 외부단자와 상기 버퍼층의 내부단자는 상기 베이스층 및 상기 버퍼층에 형성되는 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 수정진동자에 있어서, 중앙에 관통홀이 형성된 베이스층; 상기 베이스층의 상부 주연부 상에 형성되고, 한쌍의 내부단자가 형성되는 제1 버퍼층; 상기 베이스층의 하부 주연부 상에 형성되고, 한쌍의 내부단자가 형성되는 제2 버퍼층; 상기 제1 및 제2 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 제1 및 제2 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판; 상기 제1 및 제2 버퍼층의 주연부에 상기 제1 및 제2 버퍼층의 내부단자와 일정간격 이격되어 형성되는 제1 및 제2 지지층; 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 제1 및 제2 지지층에 덮여지는 제1 및 제2 리드; 및 상기 제2 리드의 일측 및 그에 대응하는 타측에 평행하게 형성되고, 상기 내부단자와 전기적으로 연결되는 외부단자가 형성되는 외부단자층;을 포함하는 다중모드 수정진동자를 제공한다.

바람직하게는, 상기 지지층과 리드는 금속재인 것을 특징으로 하며, 상기 베이스층과 상기 버퍼층 사이에는 텅스텐 금속 접착층이 형성되어 상기 베이스층과 상기 버퍼층을 서로 접착시키는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 수정판은 도전성 접착제를 통해 상기 버퍼층의 일측 상에 접착되는 것을 특징으로 하며, 상기 외부단자와 상기 내부단자는 상기 각 층들에 형성되는 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자를 사용한 경우의 이동통신 기기의 신호처리 다이아그램이다.

도 4에서, 안테나(2)를 통해 수신되는 신호는 송수신부(3)로 전달되며, 송수신부(3) 및 제어부(7)에서 신호를 처리하는데 있어서 본 발명에 의한 다중 모드 수정진동자 패키지(1)를 사용하게 된다. 송수신부(3)에서는 발진부(4)를 거쳐 송수신회로부(5)에서 신호를 선택하게 되며, 베이스 밴드 처리부(6)를 거쳐 제어부(7)로 신호를 보낸다. 본 발명에 의한 다중 모드 수정진동자(1)는 하나의 패키지 내에서 두개의 모드의 주파수 발진을 하기 때문에 상기 송수신부(3) 및 제어부(7)에서 필요한 각각의 수정진동자를 하나의 부품으로 패키지화하여 사용할 수 있게 되어, 부품의 실장면적을 줄일 수 있고, 전체적인 이동통신 기기의 소형화도 가능하게 되는 장점을 제공한다.

기준주파수 생성용 수정판은 예를 들어 13.00 MHz 또는 26.00 MHz 등 그 사용주파수가 고주파에 해당한다. 또한 클럭용 수정판은 32.768KHz와 같이 그 사용주파수가 저주파에 해당한다. 수정판의 두께는 T = (√(C/ρ))/2F 의 식에 의해 산출된다. 이때 C=29.3 X 10⁹ 이고, ρ는 밀도이다.

13 MHz 일때의 수정편의 두께는 0.08mm 인데, 32.768 KHz 이면 그 두께가 너무 두꺼워져서 면진동형태의 수정편을 사용하지 못하게 된다. 따라서 저주파용으로는 소리굽쇠 형태의 수정진동자를 사용하게 된다. 즉, 면진동이 아닌 소리굽쇠 형태에 따른 진동의 특징은 저주파 대역의 주파수를 물리적으로 생기도록 하게 된다. 한편, 수정편의 두께진동은 그 두께가 매우 얇아서 수 MHz 대의 주파수를 생성하게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자의 제1 실시예의 단면도(a), 평면도(b) 및 저면도(c)이다. 도 6은 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자에 수정판을 실장한 상태의 평면도이다.

도 5 및 도 6에서, 베이스층(12)이 패키지의 하부에 형성된다. 베이스층(12)은 바닥층을 이루고, 베이스층의 하부면에는 패키지가 메인기판과 같은 실장부위에 실장될 수 있도록 외부단자(24)가 형성된다. 베이스층(12)의 상부에는 버퍼층(14)이 형성된다. 버퍼층(14)은 상기 베이스층(12)의 주연부 상에 형성된다. 버퍼층(14)의 상면에는 상기 베이스층(12)의 외부단자와 전기적으로 연결되는 두쌍의 내부단자(22)가 형성된다. 외부단자(24)는 세라믹 패키지에 실장되는 수정판에 전원을 공급하는 역할을 하며, 세라믹 패키지의 바닥층에는 외부단자와 대응되는 위치에 비아홀(도시하지 않음)이 형성되어 있어서 상부면 까지 전기적으로 연결되어 있게 된다.

내부단자(22)는 각 수정판(10,20)들과 전기적으로 연결되며, 한쌍의 내부단자는 상기 버퍼층(14)의 일측에 배열되고, 다른 한쌍의 내부단자는 상기 버퍼층(14)의 일측에 대응하는 타측에 배열된다. 또한 상기 한쌍의 내부단자와 다른 한쌍의 내부단자는 서로 대각방향으로 서로 교차하지 않도록 배열된다. 이는 내부단자(22)에 장착되는 수정판(10,20)이 서로 간섭하지 않고 나란히 배열되도록 하기 위함이다.

한편, 본 발명에 의한 세라믹 패키지(1)에는 기준주파수용 수정판(10)과 클럭용 수정판(20)이 같은 공간 내에 배열된다. 상기 수정판(10,20)들에는 상기 버퍼층(14)의 내부단자와 전기적으로 연결되도록 하는 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있으며, 이들은 상기 버퍼층(14) 상에 진동가능하도록 실장된다. 상기 기준주파수용 수정판(10)은 고주파대역의 주파수를 출력하고, 클럭용 수정판(20)은 저주파 대역의 주파수를 출력하게 된다.

이와 같이 2개의 다른 모드의 주파수를 출력하기 위하여 두개의 수정판을 사용하는 세라믹 패키지를 형성하기 위해서는 내부단자(22)의 배열이 상기와 같아야 한다. 또한, 이와 같은 패키지의 크기를 좀더 소형화하기 위해서는 버퍼층(14)에 형성되는 내부단자(22)와 버퍼층(14)의 주연부에 형성되는 지지층(16) 간에 소정의 이격거리가 형성되어야 한다. 이는 버퍼층(14)의 내부단자(22)와 지지층(16)간에 절연거리를 확보하기 위한 것으로, 이의 상세한 내용은 후술하기로 한다.

버퍼층(14)의 주연부 상에는 버퍼층(14)의 내부단자와 일정간격 이격되어 형성되는 지지층(16)이 형성된다. 지지층(16)은 리드(18)를 실장하기 위한 것이며, 버퍼층(14)에 실장되는 수정판이 진동할 수 있는 소정의 간격을 제공하기 위한 것이기도 하다.

상기 베이스층(12)의 중앙부에는 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판을 지지할 수 있도록 지지부(19)가 형성된다. 지지부(19)는 수정판(10,20)들과는 직접 접촉하도록 형성되지는 않으나, 수정판(10,20)이 너무 큰 변위로 흔들리거나 이동하지 않도록 이를 방지하는 기능을 하게 된다. 이를 위해 수정판의 하부에서 수정판과 소정의 이격거리를 형성하면서 형성된다.

도 5 및 도 6에서, 상기 버퍼층(14)은 상기 바닥층(12)과 동일하게 세라믹 재질로 이루어지며, 바닥층(12)과 버퍼층(14)은 이미 소결된 상태의 견고한 세라믹이기 때문에 텅스텐 금속 접착층을 통하여 서로 접착된다. 이러한 텅스텐 금속접착층은 금속재이고, 그 상하로 세라믹 재질이 위치하게 되어 서로 열팽창 계수가 다르게 되어 수정진동자에 열로 인한 전체적인 휨변형(camber)이 발생하게 되는 문제도 있었다.

그러나, 본 발명에서와 같이 세라믹 층이 2개의 층만으로 구성되는 경우, 세라믹 층간에 접착을 위해 사용되는 금속접착층이 하나로 제한되어 열변형을 줄일 수 있게 된다. 종래에는 상기 버퍼층(14) 상에 또 하나의 벽을 이루는 절연층을 사용하였던바, 이러한 또하나의 세라믹 절연층과 버퍼층(102)의 접합을 위한 다른 금속접착층을 본 발명에서는 생략할 수 있는 효과도 있다.

또한 본 발명에서는 버퍼층을 그대로 사용하면서 종래에 사용되던 절연층을 생략할 수 있는 구조를 제공한다. 이는 두개의 수정판을 내장하는 세라믹 패키지의 크기를 소형화시키기 위한 보다 향상된 기법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 베이스층(12)의 높이는 0.13mm 이고, 이때 수정이 고정되는 버퍼층(14)의 높이는 0.1mm가 되어 전체적으로 0.23mm의 높이를 세라믹 패키지의 최하부면에서부터 유지하게 된다. 이는 수정이 안정적인 발진을 하는데 충분한 높이가 되며, 또한 수정에 가해지는 충격을 흡수할 수 있게 되는 높이가 된다.

본 발명에 의한 버퍼층(14)의 상부에 형성되는 내부단자(22)는 버퍼층(14)의 상부에 위치하는 지지층(16)과 일정간격 이격되도록 형성된다. 지지층(16)은 버퍼층(14)보다 폭이 좁은 형태로 위치하게 되며, 또한 상기 리드(18) 및 지지층(16)은 금속재질로 형성된다. 상기 리드(18)는 지지층(16) 상에 밀봉되도록 접합되며 절연 코팅된 금속판이 되며, 이는 특히 실드 효과를 이루기 때문에 노이즈에 대한 방책이 되기도 한다. 이와 같은 리드(18)는 지지층(16)에 전기용접을 통해 적층되며, 이에 따라 지지층(16) 역시 리드와 같은 재질의 금속재로 형성된다.

지지층(16)은 상기 버퍼층(14) 상에 위치하며, 또한 버퍼층(14) 상에 형성되는 내부단자(22)와 서로 접촉하지 않도록 일정간격 이격되어 위치하여야 한다. 이처럼 일정 간격으로 이격되지 않는다면 금속재의 지지층(16)과 내부단자(22) 간에 쇼트(short)가 발생하고, 그 결과 지지층(16)이 접지의 역할을 제대로 수행하지 못하게 되어 수정판(10,20)이 발진하는 것을 방해하게 된다. 즉, 종래의 절연층의 역할을 지지층(16)과 내부단자(22)와의 이격거리로 대체하게 되는 것으로 볼 수 있다.

수정판(10,20)은 내부단자(22)가 형성된 버퍼층 상에 도전성의 접착층(17)을 통해 고정되며, 따라서 내부단자가 형성되지 않은 버퍼층에는 별도로 고정되지 않는다. 이는 수정판의 일측만을 고정하여 타측이 자유로이 진동할 수 있도록 하기 위함이다.

상기와 같은 구성, 즉 종래에 사용되던 세라믹 절연층을 없애고 내부단자를 리드를 지지하는 지지층과 절연시키도록 절연영역을 형성하도록 구성하는 것에 의해 보다 박형화된 수정진동자를 제공할 수 있게 되고, 수정과 접촉하는 전극의 면적을 감소시켜 수정용기의 부유용량을 감소시키고, 패키지의 세라믹 층을 감소시켜 열용량을 줄여 덮개인 리드의 밀봉을 위한 용접 전력을 감소시키며 수정에 미치는 용접에 의한 발열 영향을 줄일 수 있게 된다.

도 7은 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자의 제2 실시예의 평면도(a), 단면도(b), 및 저면도(c)이고, 도 8은 도 7의 세라믹 패키지의 상부면을 도시한 사시도(a) 및 하부면을 도시한 사시도(b)이다.

본 제2 실시예는 앞서 본 제1 실시예와 달리 수정판들이 서로 다른 공간에 배열되는 것을 특징으로 한다. 수정판들은 각각 상부에 형성되는 실장공간 및 하부에 형성되는 실장공간에 배열된다.

상기 도 7 (a) 내지 (c)에서, 베이스층(62)의 중앙에는 관통홀이 형성되어 있다. 관통홀(80)은 베이스층(62)을 사이에 두고 각각 상부 및 하부에 형성되는 공간들이 서로 같은 진공도를 유지하도록 하기 위한 구성이다. 먼저, 패키지의 전체적인 구조에 대하여 살펴본다.

베이스층(62)의 상부 주연부 상에는 제1 버퍼층(64)이 형성된다. 제1 버퍼층(64)은 수정판(60)을 실장하기 위하여 그 상부면에 한쌍의 내부단자(67)가 형성되어 있다. 또한, 상기 베이스층(62)의 하부 주연부 상에는 제2 버퍼층(74)이 형성된다. 제2 버퍼층(74) 역시 수정판(70)을 실장하기 위하여 한쌍의 내부단자(77)가 형성되어 있게 된다.

상기 제1 버퍼층(64) 및 제2 버퍼층(74)에는 각각 기준주파수 수정판(60) 및 클럭용 수정판(70)이 실장된다. 이들 수정판(60,70)에는 내부단자(67,77)들과 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 또한 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장된다. 상기 수정판(60,70)들은 모두 제1 실시예에서와 같이 도전성 접착층(81)을 통해 접착된다. 내부단자(67,77)들은 모두 버퍼층(64,74)의 일측에만 형성되며, 수정판(60,70)은 버퍼층(64,74)의 일측에만 접착되어 고정되며, 타측은 진동을 위해 자유단으로 형성된다.

한편, 상기 제1 및 제2 버퍼층(64,74)의 주연부에는 상기 내부단자(67,77)들과 일정거리 이격되어 형성되는 제1 및 제2 지지층(66,76)이 형성된다. 이들 지지층(66,76)은 제1 실시예에서와 같이 리드(82,84)가 실장되도록 하기 위한 것이다.

제2 실시예에서는 제1 실시예에서와 달리 상부 및 하부의 공간에 각각 수정판(60,70)이 따로 실장되는 구성이다. 따라서, 상부 및 하부의 공간을 구분되어 있으며, 이때 한쪽의 진공도가 다른 쪽의 진공도와 다르게 되면 패키지 형성과정에서 패키지의 전체적인 형상이 비틀리거나 휘는 현상이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 베이스층(62)의 중앙부에 관통홀(80)을 형성하게 된다. 이를 통해 양측 공간들이 서로 연결되어 동일한 진공도를 유지하도록 할 수 있게 된다.

상기 제2 지지층(76) 상에는 외부단자층(78)이 형성된다. 외부단자층(78)은 패키지가 실장되어 외부와 신호를 교환할 수 있도록 형성되는 외부단자(79)들이 형성되는 층이다. 상기 외부단자층(78)은 지지층(76)의 모서리면 중에서 일측 및 그에 대응하는 타측에만 평행하게 형성된다. 이들 외부단자층(78)은 제2 지지층(76)에 실장되는 리드(84)와 꼭 들어맞도록 형성되며, 외부 기판에 실장될 때 평평한 면을 형성하게 된다.

이와 같은 수직구조를 갖는 제2 실시예에서는 외부단자가 상부에 형성되어 주파수 트리밍(trimming)시 프로브(probe)가 패키지를 고정하게 되어 흔들림을 방지하게 되는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 클럭용 수정판(70)을 제2 버퍼층(74)에 부착하고 주파수 조정 작업 시에, 외부단자 형성면과 수정판 부착면이 모두 같은 방향을 향하게 되어 외부단자에 핀이 접촉할 때의 압력방향과 작업 방향이 동일하게 된다. 따라서 패키지가 들리지 않고 작업대에 압착되어 흔들림이 방지될 수 있게 되는 것이다.

도 7 및 도 8에서, 상기 제1 및 제2 버퍼층(64,74)은 상기 바닥층(62)과 동일하게 세라믹 재질로 이루어지며, 텅스텐 금속 접착층을 통하여 서로 접착된다.

본 발명에 의한 버퍼층(64,74)의 상부에 형성되는 내부단자(67,77)는 버퍼층의 상부에 위치하는 지지층(66,76)과 일정간격 이격되도록 형성된다. 지지층(66,76)은 버퍼층(64,74)보다 폭이 좁은 형태로 위치하게 되며, 또한 상기 리드(82,84) 및 지지층(66,76)은 금속재질로 형성된다.

지지층(66,76)은 버퍼층(64,74) 상에 형성되는 내부단자(67,77)와 서로 접촉하지 않도록 일정간격 이격되어 위치하여야 한다. 이처럼 일정 간격으로 이격되지 않는다면 금속재의 지지층(66,76)과 내부단자(67,77) 간에 쇼트(short)가 발생하고, 그 결과 지지층이 접지의 역할을 제대로 수행하지 못하게 되어 수정판(60,70)이 발진하는 것을 방해하게 된다.

본 발명에 의한 다중모드 수정진동자는 종래에 2개의 별도로 형성된 패키지를 사용하던 것을 하나의 패키지를 사용함으로써 부품의 수를 줄이고, 부품의 다기능화에 기여하게 되며, 전체적인 회로의 단순화와 이동통신 기기의 소형화를 가능하게 한다. 또한 종래의 절연층을 형성하던 세라믹 패키지와는 달리 절연층이 생략되고 버퍼층에 절연영역을 형성한 내부단자를 사용하는 구조를 채택한 본 발명은 수정진동자를 박형화시키는데 기여할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 다른 모드의 주파수를 발진하는 2개의 수정진동자를 하나의 패키지에 실장하여 소형화된 수정진동자를 제공하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 기준주파수용 수정진동자와 클럭용 수정진동자를 하나의 패키지 내에 실장하도록 하여 하나의 부품에서 다중 모드의 주파수 발진을 가능하게 하는 다중모드 수정진동자를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다중 모드 수정진동자의 적층되는 세라믹 층의 수를 줄여서 패키지를 소형화하며, 세라믹 패키지를 소형화하면서도 내부 실장부분의 진공도의 차이에 따른 전체적인 휨 현상 발생을 방지하고, 충분한 강도를 제공할 수 있는 수정진동자의 세라믹 패키지 구조를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래의 이동통신 기기의 신호처리 다이아그램이다.

도 2는 종래의 기준주파수용 수정판 실장 패키지의 단면도(a), 평면도(b), 및 저면도(c)이다.

도 3은 종래의 클럭용 수정판 실장 패키지의 단면도(a), 평면도(b), 및 저면도(c)이다.

도 4는 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자를 사용한 경우의 이동통신 기기의 신호처리 다이아그램이다.

도 5는 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자의 제1 실시예의 단면도(a), 평면도(b) 및 저면도(c)이다.

도 6은 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자에 수정판을 실장한 상태의 평면도이다.

도 7은 본 발명에 의한 다중모드 수정진동자의 제2 실시예의 단면도(a), 평면도(b), 및 저면도(c)이다.

도 8은 도 7의 세라믹 패키지의 상부면을 도시한 사시도(a) 및 하부면을 도시한 사시도(b)이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 기준주파수용 수정판 20: 클럭용 수정판

12: 베이스층 14: 버퍼층

16: 지지층 18: 리드

22: 내부단자 24: 외부단자

Claims (17)

1. 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판을 포함하고, 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판이 하나의 세라믹 패키지 내부에 배치되어 2개 모드의 주파수를 출력하는 수정진동자에 있어서,

   상기 세라믹 패키지는 베이스층;

   상기 베이스층의 주연부 상에 형성되고, 내부단자가 형성되는 적어도 하나의 버퍼층;

   상기 버퍼층의 주연부에 상기 버퍼층의 내부단자와의 사이에 절연영역을 형성하도록 일정간격을 두고 이격되어 형성되는 적어도 하나의 지지층; 및

   상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 지지층에 덮여지는 적어도 하나의 리드;를 포함하고,

   상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판에는 상기 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 적어도 하나의 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 패키지는 내부에 1개의 공간을 형성하고, 상기 공간에 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판이 함께 배열되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
4. 제 1항에 있어서, 상기 세라믹 패키지는 내부에 2개의 공간을 형성하고, 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판이 서로 다른 공간에 배열되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
5. 제 4항에 있어서, 상기 2개의 공간은 상기 베이스층을 경계로 구분되어 형성되며, 상기 베이스층에 형성되는 관통홀을 통해 서로 연결되어 동일한 진공상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
6. 제 1항에 있어서, 상기 기준주파수용 수정판은 상기 클럭용 수정판보다 높은 대역의 주파수를 출력하고, 상기 클럭용 수정판은 저주파대역의 주파수를 물리적으로 생성하는 소리굽쇠 형태인 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
7. 수정진동자에 있어서,

   외부단자가 형성되는 베이스층;

   상기 베이스층의 주연부 상에 형성되고, 상면에 상기 베이스층의 외부단자와 전기적으로 연결되는 두쌍의 내부단자가 형성되며, 상기 두쌍의 내부단자는 일측 및 타측에 서로 대각방향을 이루도록 배열되는 버퍼층;

   상기 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판;

   상기 버퍼층의 주연부에 상기 버퍼층의 내부단자와의 사이에 절연영역을 형성하도록 일정간격을 두고 이격되어 형성되는 적어도 하나의 지지층 ; 및

   상기 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 지지층에 덮여지는 리드;를 포함하는 다중모드 수정진동자.
8. 제 7항에 있어서, 상기 베이스층의 중앙부에는 상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판을 지지할 수 있도록 지지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
9. 제 7항에 있어서, 상기 지지층과 리드는 금속재인 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
10. 제 7항에 있어서, 상기 베이스층과 상기 버퍼층 사이에는 텅스텐 금속 접착층이 형성되어 상기 베이스층과 상기 버퍼층을 서로 접착시키는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
11. 제 7항에 있어서, 상기 수정판은 도전성 접착제를 통해 상기 버퍼층의 일측 상에 접착되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
12. 제 7항에 있어서, 상기 베이스층의 외부단자와 상기 버퍼층의 내부단자는 상기 베이스층 및 상기 버퍼층에 형성되는 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
13. 수정진동자에 있어서,

    중앙에 관통홀이 형성된 베이스층;

    상기 베이스층의 상부 주연부 상에 형성되고, 한쌍의 내부단자가 형성되는 제1 버퍼층;

    상기 베이스층의 하부 주연부 상에 형성되고, 한쌍의 내부단자가 형성되는 제2 버퍼층;

    상기 제1 및 제2 버퍼층의 내부단자와 전기적으로 연결되는 전극이 형성되고, 상기 제1 및 제2 버퍼층 상에 진동가능하도록 실장되는 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판;

    상기 제1 및 제2 버퍼층의 주연부에 상기 제1 및 제2 버퍼층의 내부단자와의 사이에 절연영역을 형성하도록 일정간격을 두고 이격되어 형성되는 제1 및 제2 지지층;

    상기 기준주파수용 수정판 및 클럭용 수정판 실장부위를 밀봉하기 위하여 상기 제1 및 제2 지지층에 덮여지는 제1 및 제2 리드; 및

    상기 제2 리드의 일측 및 그에 대응하는 타측에 평행하게 형성되고, 상기 내부단자와 전기적으로 연결되는 외부단자가 형성되는 외부단자층;

    을 포함하는 다중모드 수정진동자.
14. 제 13항에 있어서, 상기 지지층과 리드는 금속재인 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
15. 제 13항에 있어서, 상기 베이스층과 상기 버퍼층 사이에는 텅스텐 금속 접착층이 형성되어 상기 베이스층과 상기 버퍼층을 서로 접착시키는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
16. 제 13항에 있어서, 상기 수정판은 도전성 접착제를 통해 상기 버퍼층의 일측 상에 접착되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.
17. 제 13항에 있어서, 상기 외부단자와 상기 내부단자는 상기 각 층들에 형성되는 비아홀을 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다중모드 수정진동자.