【課題】本発明は、サーミスタ部をパッケージ内部に含み、熱感知精度を向上させることができ、原価競争力を確保することができる水晶素子パッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】水晶素子パッケージは、基板10の一面から間隔をおいて配置された水晶振動子と、基板の一面上に配置されるサーミスタ部と、を含む。サーミスタ部は、第1金属層54、第1金属層上に形成されたサーミスタ特性層52及びサーミスタ特性層の一部を覆うように形成された第2金属層56を含む。
前記サーミスタ特性層は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、アルミニウム(Al)及び鉄(Fe)のうち少なくとも一つを含む、請求項5に記載の水晶素子パッケージ。
前記接着層は、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、スズ(Sn)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つで形成された金属層である、請求項5または6に記載の水晶素子パッケージ。
前記水晶振動子を配置する段階の前に、前記第1金属層、前記第2金属層、及び前記サーミスタ特性層を密封するように封止部を形成する段階を含む、請求項9に記載の水晶素子パッケージの製造方法。
前記接着層は、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、スズ(Sn)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つを含む導電性ペーストで形成される、請求項13または14に記載の水晶素子パッケージの製造方法。
前記サーミスタ特性層は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、アルミニウム(Al)及び鉄(Fe)の酸化物のうち少なくとも一つを含むペーストで形成される、請求項13から15のいずれか1項に記載の水晶素子パッケージの製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施例について説明する。しかし、本発明の実施例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例に限定されない。また、本発明の実施例は、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。したがって、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。
【0014】
以下、本発明による水晶素子パッケージについて説明する。
【0015】
図1は本発明の一実施例による水晶素子パッケージの分解図を概略的に示すもので、
図2は本発明の一実施例による水晶素子パッケージの断面図を概略的に示すものである。
【0016】
図1及び
図2を参照すると、本発明の一実施例による水晶素子パッケージは、一面及び他面を有する基板10と、上記基板10の一面から間隔をおいて配置された水晶振動子20、22と、上記基板10の一面上に配置されるサーミスタ部50と、を含み、上記サーミスタ部50は、第1金属層54、上記第1金属層54上に形成されたサーミスタ特性層52、及び上記サーミスタ特性層52の一部を覆うように形成された第2金属層56を含む。
【0017】
上記基板10はアルミナを含む絶縁セラミック材質であることができる。
【0018】
上記基板10は、上下方向(厚さ方向)に互いに対向する一面及び他面を有することができ、上記基板の一面上には回路パターンが形成されることができる。
【0019】
上記基板10は、単層の平らな(flat)セラミックグリーンシートの焼結体であってよく、キャビティ(cavity)を含まなくてもよい。
【0020】
上記水晶振動子20、22は基板の一面から間隔をおいて配置される。
【0021】
上記水晶振動子20、22は、水晶振動子の下面の先端が第1及び第2電極パッド30と電気的に連結されることができるように導電性接着剤40によって接合されることができる。即ち、上記水晶振動子20、22は、電極パッド30及び導電性接着剤40の高さだけ上記基板10の一面から間隔をおいて配置されることができる。
【0022】
上記水晶振動子20、22は、水晶片を含む水晶体20と、上記水晶体の両面に形成された第1電極及び第2電極22a、22bと、を含むことができる。
【0023】
上記水晶体20は、発振周波数などによって所定の厚さで研磨された圧電基板で、水晶ウェハをフォトリソグラフィー技術などで切断加工して製造することができる。
【0024】
上記水晶体20は、長方形状に形成されることができ、中心に配置される振動部20aと、振動部20aの縁部に配置される周辺部20bと、を含むことができる。
【0025】
上記周辺部20bは、上記振動部20aより厚さが薄く形成されることができる。この場合、水晶体20は、メサ(mesa)状に形成されることができるが、これに限定されるものではない。
【0026】
上記水晶体20は、電気的信号によって圧電効果を発生させ、SiO
2で構成された水晶片を用いることができるが、これに制限されるものではない。
【0027】
上記第1電極及び第2電極22a、22bは、水晶体20の両面に形成され、第1電極22aは第1電極パッド30aと電気的に連結されるように形成され、第2電極22bは第2電極パッド30bと電気的に連結されるように形成されることができる。
【0028】
上記第1電極及び第2電極22a、22bは、水晶体20に電気信号を加えて水晶体を振動させることができる。
【0029】
上記第1及び第2電極22a、22bは、導電性金属物質からなることができ、例えば、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つの金属物質を用いて形成されることができるが、これに制限されるものではない。
【0030】
上記導電性接着剤40は、導電性フィラー及び樹脂を含むことができる。
【0031】
上記導電性フィラーは、銀(Ag)フィラー及び銀(Ag)をめっきした銅(Cu)フィラーのうち選択された一つであってよく、上記樹脂は、エポキシ系樹脂及びシリコーン系樹脂のうち選択された一つであってよいが、これに制限されるものではない。
【0032】
従来の複合型水晶素子パッケージは、水晶振動子とともに積層型サーミスタを含む。上記積層型サーミスタは、体積が大きいため、水晶素子パッケージ内に実装することが困難である。したがって、基板内にキャビティを形成し、キャビティ内に積層型サーミスタを実装して複合型水晶素子パッケージを実現した。
【0033】
しかし、基板内に上記サーミスタを実装するためのキャビティを形成すべく、基板の厚さを増加させるために複数のセラミックグリーンシートが積層された焼結体を用いるが、これは原価競争力を減少させる可能性がある。
【0034】
また、パッケージ内にサーミスタが実装されないと、回路パターンが形成された基板の一面とサーミスタとの間隔が大きくなるため、サーミスタの熱感知精度が減少する可能性があり、その結果、サーミスタの効果が十分ではなくなるおそれがある。
【0035】
図3は
図2のA部の平面図を概略的に示すものである。
【0036】
図3を参照すると、本発明の一実施例による水晶素子パッケージは、基板の一面上に配置されるサーミスタ部50を含む。即ち、上記サーミスタ部50は、パッケージの内部に形成されることができる。これにより、上記サーミスタ部50は、回路パターンが形成された基板の一面で発生する熱を直接的に感知することができるため、高い熱感知精度を確保することができる。
【0037】
上記サーミスタ部50をパッケージの内部に形成すると、複数の基板を積層する必要がないため、従来の水晶素子パッケージに対してパッケージの厚さを20〜30%減少させることができる。
【0038】
上記サーミスタ部50は印刷方法で形成されることができる。
【0039】
上記サーミスタ部50は、水晶体20の振動時に水晶体と接触しない厚さで形成されることができる。
【0040】
上記サーミスタ部50は、第1金属層54、上記第1金属層54上に形成されたサーミスタ特性層52、及び上記サーミスタ特性層52の一部を覆うように形成された第2金属層56を含む。
【0041】
上記サーミスタ特性層52は、上記第1金属層54を一部覆うように形成されることができる。
【0042】
上記サーミスタ特性層52は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、アルミニウム(Al)及び鉄(Fe)のうち少なくとも一つを含むことができる。
【0043】
上記サーミスタ特性層52は、負の温度係数を有するNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタであることができる。
【0044】
上記第1及び第2金属層54、56は、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つ、または二つ以上の金属の合金物質を用いて形成されることができるが、これに制限されるものではない。
【0045】
上記第1及び第2金属層54、56は、上記基板10の一面から他面まで延長されて形成されることができる。上記基板の他面に形成された上記第1及び第2金属層は、キャップの密封後に外部から電気信号の入力を受ける役割、即ち、外部と内部との入出力が可能になるようにすることができる。
【0046】
上記第2金属層56は、電極層56a及び接触層56bを含む。上記電極層56aは、上記基板10の一面から他面まで延長されて形成されて電極の役割をし、上記接触層56bは、上記サーミスタ特性層52と接触して上記電極層56aから受けた外部の電気的信号を伝達する役割をする。
【0047】
上記第1金属層54及び上記電極層56aは、上記サーミスタ特性層52より幅が大きくてよく、上記サーミスタ特性層52は、上記接触層56bより幅が大きくてよい。上記の構造は、上記第1及び第2金属層54、56が接触してショートが発生するという問題を防止することができる。
【0048】
図4及び
図5は本発明の他の実施例による水晶素子パッケージにおいて
図2のA部の断面図及び平面図をそれぞれ概略的に示すものである。
【0049】
図4及び
図5を参照すると、上記第2金属層の接触層56bは表面に溝57が形成されることができる。
【0050】
上記溝57は上記サーミスタ特性層52上に形成された上記第2金属層に形成されることができる。
【0051】
上記溝57が上記第2金属層の表面に形成されると、サーミスタの精度を±1%以内に高めることができる。
【0052】
上記溝57は、レーザー(laser)加工によって形成されることができる。
【0053】
上記溝57は、特定の形状を有するものではなく、サーミスタ部の抵抗値を調節するために形成されることができる。
【0054】
例えば、サーミスタ部が25℃の温度で99〜101KΩの抵抗値を実現することができるように、上記第2金属層の一部を削って上記サーミスタ部の抵抗値の範囲を調節することができる。
【0055】
上記サーミスタ部50は、上記第1及び第2金属層54、56と上記サーミスタ特性層52とを密封するように形成された封止部58を含むことができる。
【0056】
上記封止部58は、絶縁性樹脂であることができ、これに制限されるものではないが、エポキシ系樹脂またはシリコーン系樹脂であってよい。
【0057】
上記封止部58は、上記第1及び第2金属層並びにサーミスタ特性層を外部環境に露出しないように保護する役割をすることができる。
【0058】
本発明の水晶素子パッケージは、上記水晶振動子及びサーミスタ部を覆うように上記基板の一面上にキャップ(cap)60を配置することができる。
【0059】
上記キャップ60は、金属、セラミック及びガラス材料のうち少なくとも一つを含むことができる。
【0060】
上記キャップ60は、導電性金属材質であってよく、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つ、または二つ以上の金属の合金物質を用いて形成されることができるが、これに制限されるものではない。
【0061】
上記キャップ60を配置することにより、水晶振動子20、22及びサーミスタ部50が外部からパッケージングされることができ、上記キャップ60が覆われた内部空間は真空状態であることができる。
【0062】
上記キャップと基板との間に隙が形成された場合、内部空間の真空が維持できなくなる。このような隙が生じる原因としては、水晶振動子と基板との間の接着がきちんと行われなくてキャップと基板との間に隙が形成される場合が挙げられる。上記内部空間の真空が維持されない場合、水晶振動子の周波数偏差が増えるようになり、その結果、ESR(Equivalent Serial Resistance、等価直列抵抗)が増加する可能性がある。
【0063】
上記基板10と上記キャップ60との間に接着層64を配置して上記キャップと上記基板の一面とを接合することができる。
【0064】
上記接着層64は多層で積層された形態であることができる。
【0065】
上記接着層64は、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、スズ(Sn)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つで形成された金属層が積層されたものであることができ、これに限定されるものではないが、金(Ag)−スズ(Sn)金属合金層であってよい。
【0066】
上記基板10と上記接着層64との間にガラス層(glass layer)62が配置されることができる。
【0067】
上記ガラス層62は、上記接着層64と上記基板10との接着力を確保するために配置されることができる。
【0068】
上記接着層64及び上記ガラス層62を配置することにより、上記基板とキャップとの接着力が向上することができ、これにより、基板とキャップとの間の内部空間の真空が維持されることができる。
【0069】
以下、本発明による水晶素子パッケージの製造方法について説明する。
【0070】
本発明の一実施例による水晶素子パッケージの製造方法は、一面及び他面を有する基板10を設ける段階と、基板10の一面上にサーミスタ部50を形成する段階と、基板の一面から間隔をおいて水晶振動子20、22を配置する段階と、を含み、サーミスタ部50は、第1金属層54、第1金属層54上に形成されたサーミスタ特性層52、及びサーミスタ特性層52の一部を覆うように形成された第2金属層56を含む。
【0071】
上記基板10は、単層であることができ、アルミナが主成分であるセラミックグリーンシート焼結体であることができる。
【0072】
図6aから
図6eは本発明の一実施例による水晶素子パッケージの製造方法を概略的に示すものである。
【0073】
図6aを参照すると、上記基板10の一面上にサーミスタ部50を形成する。
【0074】
上記サーミスタ特性層52は、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、アルミニウム(Al)及び鉄(Fe)などの酸化物を混合した サーミスタ形成用ペーストを印刷して形成されることができる。
【0075】
上記第1及び第2金属層54、56は、金(Au)、銀(Ag)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つまたは二つ以上を含む導電性ペーストを上記基板の一面に印刷して形成されることができる。
【0076】
上記第2金属層56は、電極層56a及び接触層56bに分けられることができ、上記電極層56aは、上記第1金属層54の形成時にともに形成されることができる。
【0077】
上記第1金属層54及び第2金属層の電極層56aの導電性ペーストを印刷した後、上記サーミスタ特性層52を形成することができる。その後、上記サーミスタ特性層52の一部を覆うように上記第2金属層の接触層56bが形成されることができる。
【0078】
上記サーミスタ形成用ペースト及び導電性ペーストを印刷した後、同時焼成によって第1及び第2金属層並びにサーミスタ特性層が形成されることができる。
【0079】
上記サーミスタ部は、印刷方法で形成されるもので、従来の積層型サーミスタに比べて体積を小さく形成することができるため、パッケージ内に形成することができる。また、上記サーミスタ部は、回路パターンが形成された基板の一面に形成されるもので、基板で発生する熱を直接的に感知することができるため熱感知精度が向上することができる。
【0080】
次に、上記第1及び第2金属層54、56並びにサーミスタ特性層52を外部環境から保護するために、上記第1及び第2金属層を密封するように封止部58を形成することができる。
【0081】
上記封止部58は、エポキシ系樹脂またはシリコーン系樹脂であることができるが、これに限定されるものではない。
【0082】
図6b及び
図6cを参照すると、基板10の一面から間隔をおいて水晶振動子20、22を配置する。
【0083】
上記基板10の一面と上記水晶振動子との間隔は5μm以上とする。これは、外部から水晶振動子に電気信号を与えるとき、上記水晶振動子の振動によって水晶振動子と基板とが接触することを防止するためである。
【0084】
図6bを参照すると、上記基板10の一面上に第1及び第2電極パッド30を形成することができる。
【0085】
上記第1及び第2電極パッド30は、上記基板の一面から他面まで延長されて形成された電極に連結されることができる。上記基板の他面に形成された電極は、水晶振動子が外部から電気信号の入力を受けるように電極パッドに伝達する役割をすることができる。
【0086】
上記第1及び第2電極パッド上に導電性接着剤40が形成されることができる。
【0087】
上記導電性接着剤40は、水晶振動子の第1及び第2電極22a、22bと第1及び第2電極パッド30a、30bとがそれぞれ電気的に連結されることができるようにする。
【0088】
上記導電性接着剤40は、導電性フィラー及び樹脂を含む導電性樹脂組成物で形成されることができる。
【0089】
図6cを参照すると、上記導電性接着剤40によって上記基板の一面上に上記水晶振動子20、22を配置する。
【0090】
上記水晶振動子20、22は、水晶体20と、上記水晶体20の両面に形成された第1電極及び第2電極22a、22bと、を含むことができ、上記第1及び第2電極22は、それぞれ第1及び第2電極パッド30に電気的に連結されることができる。
【0091】
上記水晶振動子20、22は、上記水晶体の振動時に上記サーミスタ部50と接触しない位置に配置されることができる。
【0092】
図6d及び
図6eを参照すると、上記基板の縁にガラス層を形成することができる。
【0093】
上記ガラス層は第1及び第2ガラス層61、62に分けられて形成されることができる。
【0094】
まず、第1ガラス層61を形成することができ、上記第1ガラス層61は、上記基板の一面において上記第1及び第2金属層54、56並びに上記第1及び第2電極パッド30の電極が形成された縁領域を除いた基板の残りの縁領域に形成されることができる。
【0095】
上記第1ガラス層61は、上記第1及び第2金属層、並びに上記第1及び第2電極パッドの電極の厚さと同一の厚さで形成されることができる。
【0096】
上記第1ガラス層61は、後の接着層の形成時に生じる上記基板の一面に形成された電極による段差を減らすために形成されることができる。
【0097】
続いて、上記基板の縁及び上記第1ガラス層61上に第2ガラス層62を形成することができる。
【0098】
上記第1及び第2ガラス層61、62は、同一の物質であることができ、ガラスフリット(glass frit)ペーストを印刷して形成されることができる。
【0099】
上記ガラス層61、62上に接着層(図示せず)を形成して、上記水晶振動子及びサーミスタ部を覆うようにキャップを配置することができる。
【0100】
上記キャップは、金属、セラミック及びガラス材料のうち少なくとも一つの材料で形成された焼結体であることができる。
【0101】
上記キャップと上記基板の一面は、上記ガラス層及び接着層によって接合されることができる。これにより、上記キャップと基板との間の接合力が向上することができ、内部空間の真空が維持されることができる。
【0102】
上記接着層は、金(Au)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、スズ(Sn)、銅(Cu)及びモリブデン(Mo)で構成された群より選択された少なくとも一つを含む導電性ペーストを印刷して形成されることができる。
【0103】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の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ものには明らかである。