KR102029502B1 - 수정 진동자 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 등가직렬저항을 낮출 수 있는 수정 진동자 패키지에 대한 것으로, 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 수정 진동자 패키지는, 상면에 제1 및 제2 전극패드가 형성된 베이스 기판, 상기 제1 및 제2 전극패드 상에 일측이 고정 설치되며, 상기 제1 및 제2 전극패드과 전기적으로 연결된 여진 전극이 상하 표면에 각각 형성되어 전기적 신호에 의해 진동하는 수정편, 및 상기 수정편의 꼭지 부분에 형성되는 적어도 하나의 보강 패턴을 포함할 수 있다.

Description

수정 진동자 패키지{CRYSTAL OSCILLATOR PACKAGE}

본 발명은 등가직렬저항을 낮출 수 있는 수정 진동자 패키지에 관한 것이다.

수정 진동자는 주파수 발진기, 주파수 조정기, 주파수 변환기 등 다양한 용도로 사용된다. 수정 진동자는 압전소재로서 뛰어난 압전특성을 갖는 수정(crystal)을 사용하게 되는데, 이때 수정은 안정적인 기계적 진동 발생기의 역할을 하게 된다.

상기한 수정은 고압의 오토클레이브(autoclave)에서 인공적으로 성장시키고, 결정축을 중심으로 절단하여 원하는 특성을 갖도록 크기와 모양을 가공하여 웨이퍼(wafer) 형태로 제작하게 된다.

등가직렬저항(ESR, Equvalent Series Resistance)은 수정 진동자의 성능을 좌우하는 지표이다. 낮은 ESR 값을 가질 수록 수정 진동자는 빠른 응답성과 높은 에너지 효율을 가질 수 있다.

평탄한 두꺼운 중앙부와 그 주변 부분을 얇게 한 메사형 진동자의 경우, ESR이 낮다는 이점이 있으나, 제조가 어려우며 파손의 위험이 많다는 문제가 있다.

한국공개특허공보 제2009-0094981호

본 발명의 목적은 등가직렬저항을 최소화할 수 있는 수정 진동자 패키지를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수정 진동자 패키지는, 상면에 제1 및 제2 전극패드가 형성된 베이스 기판, 상기 제1 및 제2 전극패드 상에 일측이 고정 설치되며, 상기 제1 및 제2 전극패드과 전기적으로 연결된 여진 전극이 상하 표면에 각각 형성되어 전기적 신호에 의해 진동하는 수정편, 및 상기 수정편의 꼭지 부분에 형성되는 적어도 하나의 보강 패턴을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 수정 진동자 패키지는 수정편에 형성된 보강 패턴을 통해 수정편에 발생하는 등가직렬저항(ESR)을 현저하게 낮출 수 있다. 또한 수정편의 꼭지 부분의 강성을 보강할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수정진동자의 측단면도.
도 2는 도 1의 A-A에 따른 단면도.
도 3은 도 2의 B-B에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수정편과 보강 패턴이 없는 수정편의 ESR 변화를 측정한 그래프.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수정 진동자 패키지를 개략적으로 도시한 도면.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수정 진동자 패키지의 측단면도로, 직사각형의 수정 진동자를 길이방향으로 절단한 단면이며, 도 2는 도 1의 A-A에 따른 평면도이다. 여기서 도 1은 도 2의 C-C에 따른 단면을 도시하고 있다.

또한 도 3은 도 2의 B-B에 따른 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수정 진동자 패키지(100)는, 베이스 기판(26a)과, 베이스 기판(26a)의 상면에 형성된 제1 및 제2 전극패드(24a, 24b)와, 제1 및 제2 전극패드(24a, 24b) 상에 일측이 고정 설치되며, 제1 및 제2 전극패드(24a, 24b)과 전기적으로 연결되는 여진 전극(22a, 22b)이 상하 표면에 각각 형성되어 전기적 신호에 의해 진동하는 수정편(21)과, 베이스 기판(26a)의 주연을 따라 형성되며 수정편(21)을 수납하는 내부 공간을 형성하는 지지부(26b), 그리고 지지부(26b) 상에 배치되어 내부 공간을 밀봉하는 리드(27)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 베이스 기판(26a)과, 지지부(26b), 리드(27)는 패키지로 통칭될 수 있다.

베이스 기판(26a)은 수정 진동자 패키지(100)의 바닥을 형성하며, 절연 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 베이스 기판(26a)은 세라믹 그린 시트를 성형해 적층해 소성한 산화 알루미늄 소결체 등이 이용될 수 있다.

베이스 기판(26a)의 상면 일측에는 제1 및 제2 전극패드(24a, 24b)가 형성될 수 있다. 또한, 베이스 기판(26a)의 가장자리를 따라 지지부(26b)가 형성될 수 있다.

베이스 기판(26a)의 하면에는 외부로부터 전기신호를 입력받기 위한 복수의 외부 전극패드(24c, 24d)가 구비될 수 있으며, 복수의 외부 전극패드들(24c, 24d) 중 하나는 제1 전극패드(24a)와 전기적으로 연결될 수 있고, 복수의 외부 전극패드들(24c, 24d) 중 또 다른 하나는 제2 전극패드(24b)와 전기적으로 연결될 수 있다.

제1, 2 전극패드(24a, 24b)와 외부 전극패드(24c, 24d)의 전기적 연결은 베이스 기판(26a)에 형성된 도전성 비아(미도시) 등에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 복수의 외부 전극패드(24c, 24d) 중 일부는 접지되는 접지전극으로 이용될 수 있다.

제1 및 제2 전극패드(24a, 24b)는 수정편(21)의 상하 표면에 형성된 여진 전극(22a, 22b)과 전기적으로 연결되어, 수정편(21)에 전기신호를 제공하는 경로로 이용된다. 상기한 전기 신호에 의해 수정편(21)에는 압전효과가 발생될 수 있다.

제1 및 제2 전극패드(24a, 24b)는 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속물질을 사용하여 형성될 수 있다.

지지부(26b)는 베이스 기판(26a)의 주연(周緣)을 따라 형성될 수 있으며, 베이스 기판(26a)과 함께 본 실시예에 따른 수정편(21)을 수납하기 위한 내부 공간을 형성할 수 있다.

지지부(26b)는 베이스 기판(26a)과 동일한 재질인 절연 세라믹 재질로 이루어지거나, 리드(27)와 동일한 재질인 도전성 금속합금 재질로 형성될 수 있다.

수정편(21)은 발진 주파수 등에 따라 소정의 두께에 연마된 압전 기판으로, 수정 웨이퍼를 포토리소그래피 기술 등을 이용하여 절단 가공하여 제조할 수 있다.

수정편(21)은 대략 직사각 형상으로 형성될 수 있으며, 전체적으로 동일한 두께로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 수정편(21)은 AT 컷으로 잘라져 두께 미끄럼 진동이 주 진동으로 여기되는 수정편(21)에 의해 구성될 수 있다.

두께 미끄럼 진동 모드를 주 진동으로 하는 수정 진동자로는 AT 컷 수정판이 상온 부근에서의 온도 변화에 대한 주파수 변화가 적기 때문에 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.

수정편(21) 상에는 여진 전극(22a, 22b), 접속 전극(22c, 22d), 및 보강 패턴이 형성될 수 있다.

여진 전극(22a, 22b)은 수정편(21)의 양면 중심부에 배치된다. 여진 전극(22a, 22b)은 수정편(21)에 전기 신호를 가하여 수정편(21)을 진동시키며, 이를 위해 수정편(21)의 양면에 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 여진 전극(22a, 22b)은 사각 꼭지 부분이 호형으로 라운드 처리된 사각 형상으로 형성된다. 즉, 여진 전극(22a, 22b)은 보강 패턴(50)과 마주보는 꼭지 부분이 보강 패턴(50) 측으로 볼록한 호형으로 형성된다. 여기서 호형으로 형성되는 부분의 곡률은 후술되는 보강 패턴(50)에 형성되는 호의 곡률과 대응하거나 유사하게 형성될 수 있다.

일반적으로 수정편에서 발생되는 진동은 여진 전극(22a, 22b)이 형성된 중심으로부터 원형 또는 타원형으로 발생된다. 그리고 본 실시예에 따른 여진 전극(22a, 22b)은 진동이 발생되는 형상과 유사한 형상으로 형성된다.

이처럼 여진 전극(22a, 22b)의 꼭지 부분을 호형으로 형성하는 경우, 진동이 발생되지 않는 부분에도 여진 전극(22a, 22b)이 배치되어 진동의 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.

접속 전극(22c, 22d)은 일측이 여진 전극(22a, 22b)과 연결되고 타측이 도전성 접착제(23)를 매개로 제1, 제2 전극패드(24a, 24b)와 전기적으로 연결된다.

각각의 접속 전극(22c, 22d)은 수정편(21)의 일측 양면에 형성될 수 있다. 이 경우, 수정편(21)은 양면이 모두 동일한 형상으로 형성될 수 있으므로, 상하면의 구분 없이 베이스 기판(26a)에 접합될 수 있다.

또한 접속 전극(22c, 22d) 중 적어도 하나는 연결 전극(22g)을 통해 여진 전극(22a, 22b)과 연결된다. 따라서 연결 전극(22g)은 수정편(21)의 양 면에 각각 배치될 수 있다.

이러한 여진 전극(22a, 22b)과 접속 전극(22c, 22d), 그리고 연결 전극(22g)은 크롬, 니켈, 금, 은 등의 재질을 스퍼터, 증착 등의 방법으로 형성한 금속 피막으로 이루어질 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 구성되는 수정편(21)은 일측이 베이스 기판(26a)과 지지부(26b)가 형성하는 내부 공간 내에 고정될 수 있다. 구체적으로, 수정편(21)은 베이스 기판(26a)에 형성된 제1, 2 전극패드(24a, 24b)와 수정편(21)의 상하 표면에 형성된 여진 전극(22a, 22b)이 각각 전기적으로 연결될 수 있도록 도전성 접착제(23)에 의해 접합될 수 있다.

따라서 여진 전극(22a, 22b)은 연결 전극(22g)과 접속 전극(22c, 22d)을 매개로 하여 제1, 2 전극패드(24a, 24b)에 전기적으로 연결될 수 있다.

리드(lid, 27)는 수정편(21)이 실장되는 내부 공간을 밀봉하기 위해 지지부(26b) 상단에 안착되어 내부 공간을 마감하는 형태로 배치될 수 있으며, 도전성 접착제(미도시) 등을 통해 지지부(26b)에 고정 접합될 수 있다.

수정 진동자는 외부의 환경적 변화와 오염 등에 의해 동작 효율과 품질에 큰 영향을 받게 되므로, 패키지(100) 외부의 환경과 오염물질로부터 수정편(21)을 보호하기 위하여 패키지(100) 누설률(leak rate)이 매우 낮게 되도록 밀봉되어야 한다.

이를 위해, 패키지(100) 내부는 리드(27)에 의해 기밀 밀봉 된다. 더하여 패키지(100)의 내부 공간은, 진공 상태 또는 질소, 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스가 봉입될 수 있다.

더하여, 본 실시예에 따른 수정편(31)은 적어도 하나의 보강 패턴(50)을 가질 수 있다.

보강 패턴(50)은 수정편(21)의 둘레를 따라 여전 전극(22a, 22b)의 외측에 배치된다. 예를 들어, 보강 패턴(50)은 수정편(21)의 꼭지 부분에 형성되되, 여진 전극(22a, 22b)으로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다.

보강 패턴(50)은 수정편(21)의 양면에 모두 형성되며, 직사각 형상으로 형성되는 수정편(21)의 모든 꼭지 부분과 대면하도록 각각 배치된다. 따라서 보강 패턴(50)은 수정편(21) 꼭지 부분의 강성을 보강함과 동시에, 꼭지 부분을 외력으로부터 보호할 수 있다.

또한 보강 패턴(50)은 수정편(21)의 꼭지 부분의 두께를 보강하여 꼭지 부분에서 불필요한 진동이 발생하는 것을 억제한다. 이로 인해 수정편(21)의 ESR을 낮출 수 있다.

본 실시에 따른 각각의 보강 패턴들(50)은 전체적으로 삼각 형상으로 형성될 수 있으며, 삼각 형상의 세 변 중 여진 전극(22a, 22b)과 마주보는 장변은 보강 패턴(50)의 내측으로 오목한 호형으로 형성될 수 있다. 이때 호의 곡률은 마주보는 여진 전극(22a, 22b)에 형성된 호의 곡률과 동일하거나 유사하게 형성될 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 보강 패턴(50)은 더미 전극(22f)과 접속 전극(22c, 22d)을 포함할 수 있다.

접속 전극(22c, 22d)은 전술한 바와 같이 수정편(21)의 일측에 형성되어 여진 전극(22a, 22b)과 전기적으로 연결되며, 도전성 접착제(23)를 매개로 베이스 기판(26a)의 제1, 제2 전극 패드(24a, 24b)와 전기적으로 연결된다.

즉, 접속 전극(22c, 22d)은 여진 전극(22a, 22b)과 전극 패드를 전기적으로 연결하는 기능을 수행하되, 그 형상에 있어서는 더미 전극(22f)과 동일한 형상으로 형성되어 보강 패턴(50)의 기능을 함께 수행한다.

더미 전극(22f)은 접속 전극(22c, 22d)의 반대편 꼭지 부분에 형성된다. 즉 더미 전극(22f)은 접속 전극(22c, 22d)이 없는 수정편(21)의 타측 꼭지 부분에서 접속 전극(22c, 22d)과 대응하는 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 또한 접속 전극(22c, 22d)과 마찬가지로 수정편(21)의 양면에 모두 형성되어 서로 연결될 수 있다.

더미 전극(22f)은 여진 전극(22a, 22b)이나 전극 패드들(24a, 24b)과 전기적으로 연결되지 않는다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 여진 전극(22a, 22b)이나 전극 패드(24a, 24b)에 전기적으로 연결하는 것도 가능하다.

이러한 보강 패턴(50)은 수정편(21)에 여진 전극(22a, 22b)을 형성하는 과정에서 함께 형성될 수 있다. 따라서 보강 패턴(50)은 여진 전극(22a, 22b)과 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 동일한 두께로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 수정 진동자 패키지(100)는 보강 패턴(50)을 구비함에 따라, 수정편(21)의 ESR 값을 낮출 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수정편과 보강 패턴이 없는 수정편의 ESR 변화를 측정한 그래프이다. 여기서, 가로축은 여진 전극의 가로/세로 비율의 변화를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 수정편이, 보강 패턴이 없는 수정편에 비해 ESR이 전체적으로 낮게 나타남을 알 수 있다.

또한 여진 전극의 가로/세로 비가 커질수록 보강 패턴이 없는 수정편은 ESR 값이 임계치(예컨대, 1.01) 이하로 낮아지지 않으나, 본 실시예에 따른 수정편은 지속적으로 낮아지는 것을 알 수 있다.

따라서 본 실시예에 따른 수정편을 이용하는 경우, 보강 패턴이 없는 종래의 수정편을 이용하는 경우에 비해 ESR을 현저하게 낮출 수 있음을 알 수 있다.

한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수정 진동자 패키지를 개략적으로 도시한 도면으로, 도 2와 대응하는 단면을 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 수정 진동자 패키지(200)는 전술한 실시예의 보강 패턴(50)이 삼각 형상으로 형성되며 여진 전극(22a, 22b)과 마주보는 변은 호형이 아닌 직선형으로 형성된다.

따라서 보강 패턴(50)은 완전한 삼각 형상으로 형성된다. 그리고 이에 대응하는 여진 전극(22a, 22b)의 꼭지 부분도 호형이 아닌 직선형의 변으로 형성된다.

이때, 여진 전극(22a, 22b)의 꼭지 부분에 형성되는 변과 보강 패턴(50)의 내측 변은 서로 평행을 이루도록 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 실시예와 전술한 실시예의 구성을 조합하는 것도 가능하다. 예를 들어 내측 변이 호형인 보강 패턴(50)과 꼭지 부분이 선형인 여진 전극(22a, 22b)으로 수정편(21)을 구성하거나, 내측 변이 선형인 보강 패턴(50)과 꼭지 부분이 호형인 여진 전극(22a, 22b)으로 수정편(21)을 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.

또한 도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 수정 진동자 패키지(300, 400)는 수정편(21)의 꼭지 부분에 보강 패턴(50)이 형성되고, 그에 대응하여 여진 전극(22a, 22b)이 배치된다면 다양한 형태로 보강 패턴(50)과 여진 전극(22a, 22b)이 변형될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

예를 들어, 전술한 실시예에서는 압전 디바이스로서 수정편과 이를 갖는 패키지를 예로 들어 설명하였지만. 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며, 수정 진동자를 발진시키는 발진 회로 소자를 패키지 내부에 설치한 수정발진기 등에도 적용할 수 있다.

100 ~ 400: 수정 진동자 패키지
21: 수정편
22a, 22b: 여진 전극
22c, 22d: 접속 전극
22f: 더미 전극
22g: 연결 전극
23: 도전성 접착제
24a, 24b: 제1, 2 전극패드
26a: 베이스 기판
26b: 지지부
27: 리드
50: 보강 패턴

Claims (17)

1. 상면에 제1 및 제2 전극패드가 형성된 베이스 기판;
   상기 제1 및 제2 전극패드 상에 일측이 고정 설치되며, 상기 제1 및 제2 전극패드와 전기적으로 연결된 여진 전극이 상하 표면에 각각 형성되어 전기적 신호에 의해 진동하는 수정편; 및
   상기 수정편의 꼭지 부분에 형성되는 적어도 하나의 보강 패턴;
   을 포함하며,
   상기 보강 패턴은 상기 수정편의 일측에 형성되는 다수의 접속 전극과, 상기 수정편의 타측에 형성되는 적어도 하나의 더미 전극을 포함하고,
   상기 더미 전극은 상기 여진 전극이나 상기 제1, 제2 전극 패드들과 전기적으로 연결되지 않는 수정 진동자 패키지.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 보강 패턴은,
   직사각 형상의 상기 수정편 꼭지 부분에 삼각 형상으로 형성되는 수정 진동자 패키지.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 보강 패턴은,
   상기 수정편의 양면에 모두 형성되는 수정 진동자 패키지.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 접속 전극들 중 적어도 하나는,
   상기 여진 전극과 전기적으로 연결되는 수정 진동자 패키지.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 접속 전극들 중 적어도 하나는,
   상기 여진 전극과 상기 제1 전극 패드를 전기적으로 연결하는 수정 진동자 패키지.
   
6. 제2항에 있어서, 상기 보강 패턴은,
   상기 여진 전극과 마주보는 변이 직선형으로 형성되는 수정 진동자 패키지.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 여진 전극은,
   상기 보강 패턴과 마주보는 꼭지 부분이 직선형의 변으로 형성되는 수정 진동자 패키지.
   
8. 제2항에 있어서, 상기 보강 패턴은,
   상기 여진 전극과 마주보는 변이 상기 보강 패턴의 내측으로 오목한 호형으로 형성되는 수정 진동자 패키지.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 여진 전극은,
   상기 보강 패턴과 마주보는 변이 상기 보강 패턴 측으로 볼록한 호형으로 형성되는 수정 진동자 패키지.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 여진 전극의 꼭지 부분에 형성되는 호의 곡률과, 상기 보강 패턴에 형성되는 호의 곡률은 동일한 곡률로 형성되는 수정 진동자 패키지.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 수정편은,
    전체적으로 동일한 두께로 형성되는 수정 진동자 패키지.
    
12. 삭제
13. 제1항에 있어서, 상기 접속 전극과 상기 더미 전극은,
    장변이 상기 여진 전극과 마주보는 삼각 형상으로 형성되는 수정 진동자 패키지.
    
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제1항에 있어서, 상기 보강 패턴은,
    상기 여진 전극과 동일한 두께로 형성되는 수정 진동자 패키지.

Images