KR100439404B1

KR100439404B1 - 온도보상형 수정발진기 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100439404B1
Application number: KR10-2001-0085733A
Authority: KR
Inventors: 김형곤
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2004-07-09
Also published as: JP2003198253A; KR20030055680A; US6661163B2; CN1428927A; US20030122452A1; CN1211914C

Abstract

본 발명의 온도보상용 수정발진기는, 하부에서 상부의 순서로, 메인 기판과 링형 기판과 수정진동편 패키지를 적층하여, 링형 기판의 내부에 마련된 공간에 온도보상회로용 부품이 실장함으로써 온도보상회로를 구현하기 위한 부품실장영역을 감소시킬 수 있어 전체 제품크기를 현저히 소형화를 실현시킬 수 있는 잇점이 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 링형 기판에 수정진동편 패키지를 상기 메인 기판에 마련된 소정의 배선과 연결하기 위한 적어도 하나의 도전성 패드를 부착할 수도 있다. 특히, 상기 링형 기판이 직사각형의 틀구조일 때에, 상기 도전성 패드를 상기 링형 기판의 틀구조에 있는 4개의 코너부에 각각 형성할 수도 있다.

나아가, 본 발명은 상기 온도보상용 수정발진기를 제조하는 방법도 제공하고 있다.

Description

온도보상형 수정발진기 및 그 제조방법{TEMPERATURE COMPENSATED CRYSTAL OSCILLATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 온도보상형 수정발진기와 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 틀구조로 이루어진 링형상의 기판을 이용하여 메인 기판과 수정진동편 패키지 사이에 부품이 실장된 내부공간을 제공함으로써 제품의 소형화를 실현할 수 있는 온도보상형 수정발진기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

수정진동자를 이용한 수정 발진기는 이동통신단말기 간의 신호의 전송 및 수신을 제어하기 위한 발진주파수를 생성하기 위한 필수적인 부품으로서, 다른 발진기에 비해 주파수 안정도가 우수하다. 하지만, 수정진동자는 주위 온도에 따라 발진주파수가 변동되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해서, 수정 발진기는 수정진동자의 온도특성에 따른 주파수변동을 보상하기 위한 소정의 부품을 추가적으로 구비한다. 이를 온도보상형 수정발진기(Temperature Compensated Crystal Oscillator: TCXO)라 한다.

상기 TCXO의 온도보상회로는, 일반적으로 써미스터의 저항값 변화를 이용한 온도검출회로와, 그 저항값의 변화로 전압을 제어하는 제어전압발생회로와, 제어된 전압으로 캐패시턴스값을 조절하여 주파수를 조정하는 주파수조정회로로 이루어져 있다. 상기 온도보상회로가 구현된 형태에 따라, TCXO는 집적회로(IC)칩을 이용하는 단일칩형(one chip type)과, 압전소자, 집적회로, 캐패시터, 인덕터 및 저항 등의 부품들을 실장한 분산형(discrete type)으로 나뉜다.

일반적으로, 분산형 TCXO는 단일칩형에 비해 위상 노이즈(phase noise)특성 측면에서 우수하나, 여러 부품을 실장해야 하므로, 소형화가 곤란하다는 문제가 있다. 따라서, 분산형 TCXO는 우수한 특성에도 불구하고 큰 사이즈로 인해 이동통신단말기에 채용되는데 큰 제약이 따른다.

도1a 및 1b는, 종래의 분산형 TCXO(100)를 나타내는 정면도 및 측면도이다. 도1a와 같이, 분산형 TCXO(100)는 인쇄회로기판(101) 상면에 수정진동편 패키지(CRYSTAL Package, 103)가 배치되고, 그 양단에 복수개의 온도보상회로용 부품(105)이 배열되는 구조를 갖는다. 도1b를 참조하면, 수정진동편 패키지(103)에 비해 낮은 높이를 갖는 복수개의 부품(105)이 배열된 것을 볼 수 있다.

이러한 온도보상용 부품(105)은 일반적으로 수정발진기(100)의 크기(5.0 ×3.2 mm²또는 4.7×2.9 mm²)보다 약 2-3배정도 큰 면적을 점유한다. 따라서, TCXO에 채용되는 인쇄회로기판(101)은 수정발진기보다 훨씬 큰 면적이 요구되어, 최종 제품의 크기(예, 7.0 ×5.2 mm²이상)도 커지게 된다.

이와 같이, 종래의 온도보상형 수정발진기는 온도보상회로용 부품의 실장공간으로 인해, 소형화에 큰 제약이 따라 왔다. 이는 결국 분산형 TCXO가 이동통신단말기에 적극적으로 채용되지 못하는 문제를 야기하게 되었다.

따라서, 당 기술분야에서는, 온도보상회로용 부품을 실장공간을 최소화한 소형화된 온도보상형 수정발진기와 그 제조방법이 강하게 요구되어 왔다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 그 목적은 하부에서 상부의 순서로 메인 기판과 링형 기판과 수정진동편 패키지를 적층하고, 링형 기판의 내부에 마련된 공간에 온도보상회로용 부품이 실장함으로써 제품의 소형화를 실현할 수 있는 온도보상형 수정발진기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 메인 기판 상에 소정의 영역에 온도보상회로용 부품을 실장하고, 링형 기판을 온도보상회로용 부품의 실장된 영역을 둘러싸도록 상기 메인 기판 상에 적층한 후에, 최종적으로 수정진동편 패키지를 링형 기판에 적층하는 온도보상형 수정발진기의 제조방법을 제공하는데 있다.

도1a 및 1b는, 각각 종래의 분산형 TCXO(100)를 나타내는 정면도 및 측면도이다.

도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 온도보상형 수정발진기의 측단면도이다.

도3a 및 3b는 각각 본 발명에 채용되는 링형 기판의 형태를 예시한 평면도이다.

도4는 본 발명에 따른 온도보상형 수정발진기의 분해사시도이다.

도5a 내지 5b는 본 발명의 온도보상형 수정발진기의 제조방법에 따른 각 단계를 개략적으로 나타내는 공정단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

201: 메인 기판

203: 수정진동편 패키지

205: 온도보상회로용 부품

207: 링형 기판

207a: 부품실장공간

본 발명은, 수정진동편 패키지와 온도에 따른 상기 수정진동편의 주파수변화를 보상하기 위한 적어도 하나의 온도보상회로용 회로부품을 포함하는 온도보상형 수정발진기에 있어서,

상기 적어도 하나의 온도보상회로용 부품이 실장된 메인 기판과,

상기 메인 기판 상에 배치되어 상기 수정진동편 패키지를 지지하며, 상기 온도보상회로용 부품의 적어도 일부를 둘러싸도록 내부공간이 마련된 틀구조로 이루어진 링형 기판을 포함하는 온도보상형 수정발진기를 제공한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 상기 링형 기판의 틀구조물은 상기 수정진동편 패키지의 외곽형상과 일치하도록 구성하며, 상기 메인 기판은 상기 수정진동편 패키지와 일치하는 평면구조를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 온도보상형 수정발진기는 수정진동편 패키지 부분과 동일한 면적을 갖는 하나의 직육면체의 형상을 갖는 최종제품으로 제공될 수 있다.

나아가, 본 발명의 다른 실시형태에서는, 링형 기판에 수정진동편 패키지를 상기 메인 기판에 마련된 소정의 배선과 연결하기 위한 적어도 하나의 도전성 패드를 부착할 수도 있다. 특히, 상기 링형 기판이 직사각형의 틀구조일 때에, 상기 도전성 패드를 상기 링형 기판의 틀구조에 있는 4개의 코너부에 각각 형성하는 것이 바람직하다. 이는 수정진동편 패키지의 단자위치를 고려한 일반적으로 패키지에도 코너부에 연결단자가 형성되어 있기 때문이다. 따라서, 수정진동편 패키지의 연결단자위치가 다르면, 그에 따라 다른 형태로도 구현될 수 있다.

또한, 본 발명은, 온도보상회로용 부품에 배치될 부품실장영역을 포함한 상면을 갖는 메인 기판과, 소정의 내부공간을 갖는 틀구조로 이루어진 링형 기판을 마련하는 단계와, 상기 메인 기판의 부품실장영역에 상기 회로부품을 배치하는 단계와, 상기 틀구조의 내부공간에 상기 부품실장영역의 적어도 일부가 포함되도록 상기 메인 기판 상에 상기 링형 기판을 배치하는 단계와, 상기 링형 기판 상에 상기 수정진동편 패키지를 배치하는 단계를 포함하는 온도보상형 수정발진기 제조방법을 제공한다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도2를 참조하면, 상기 온도보상용 수정발진기(200)는 메인 기판(201), 링형 기판(207) 및 수정진동편 패키지(203)가 하부에서 상부로 적층된 구조를 갖는다.

상기 메인 기판(201) 상에는 압전소자, 집적회로, 캐패시터, 인덕터 및 저항 등의 부품(205)들이 실장되어 온도보상회로를 구성한다. 상기 온도보상회로를 위한 부품(205)이 실장되는 영역(207a)은 링형 기판에 의해 정해진다. 상기 링형 기판(207)은 내부에 공간이 마련된 틀구조로 이루어진다. 따라서, 메인 기판(201) 상에 배치되어 그 상부에 배치된 수정진동편 패키지(203)를 지지하는 한편, 그 내부영역(207a)에 사이에 부품을 실장할 수 있는 충분한 공간을 확보하게 된다. 또한, 상기 링형기판은 상면과 하면에 도전체영역를 형성하고 이를 도전성 물질로 충진된 홀 연결시킨 복수개의 도전성패드(209)를 포함한다. 상기 도전성 패드(209)는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 링형기판 상부의 수정진동편 패키지(203)를 메인기판(201)의 상면에 형성된 배선회로들과 연결시키는 역할을 한다.

이러한 기판의 재질로는 다양한 재질이 채용될 수 있으나, 깨지기 쉬운 유리에폭시나 세라믹수지보다는 일반 인쇄회로기판과 동일한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에서는, 수정진동편 패키지의 크기에 일치하도록 링형 기판과 메인 기판을 구성하였다. 즉, 링형 기판의 수정발진기의 외곽형상과 일치하고 메인 기판은 수정발진기와 동일한 면적을 갖도록 설계하였다. 결국, 온도보상형 수정발진기를 수정발진기의 면적에 맞추어 구현할 수 있다.

면적뿐만 아니라, 체적측면에서도, 링형 기판의 추가로 인해 전체 높이가 다소 증가하나, 실장되는 부품 높이는 전체 제품의 높이에 비해 낮으므로(종래의 제품높이 0.35cm, 부품의 높이 0.1-0.15cm), 링형 기판의 높이를 적절히 구현할 수 있어 제품 높이의 증가는 부품높이 정도로 유지할 수 있으나, 이에 반해 면적의 감소에서는 종래의 구조에서 온도보상회로용 부품 실장면적은 수정진동자의 3배에 가까우므로 이러한 상당한 크기의 면적을 줄일 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 온도보상형 수정발진기의 총 체적을 현저하게 감소시킬 수 있다.

상기 예시된 링형 기판 또는 메인 기판의 크기는 본 발명의 바람직한 실시형태로서 제시될 뿐이며, 이로써 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 특징은 메인 기판과 수정진동편 패키지사이에 틀구조로 이루어진 링형 기판을 배치함으로써 그 링형 기판 층에 부품실장공간을 마련한다는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 온도보상형 수정발진기는 온도보상용 부품의 실장공간을 링형 기판으로 둘러싸인 메인 기판 영역에 마련함으로써 전체 인쇄회로기판의 면적을 최소화할 수 있으며, 결과적으로 제품의 전체크기를 소형화시킬 수 있다.

도3a 및 3b는 본 발명에 채용되는 링형 기판의 두 형태를 예시한 평면도이다.

도3a에 도시된 바와 같이, 상기 링형 기판(307)은 직사각형인 틀구조이며, 앞서 설명한 바와 같이 인쇄회로기판의 재질로 이루어질 수 있다. 상기 틀구조에 있는 4개의 코너부에 각각 4개의 도전성 패드(309)가 형성되어 있다. 상기 도전성 패드(309)는 상부에 배치될 수정발진기와 하부에 배치될 메인 기판의 배선회로를 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 상기 도전성 패드(309)의 위치는 부품이 실장될 공간에 별도로 형성될 수도 있으나, 제품의 설계 및 공정 편의상 링형 기판에 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 수정진동편 패키지의 하면의 코너부에 연결패드가 배치된 것을 감안할 때, 수정진동편의 외곽형상과 일치하는 링형 기판(307)을 제작할 경우에는 도3a에 도시된 형태와 같이 도전성 패드(309)를 부착하는 것이 요구된다.

이와 달리, 도3b에 도시된 링형기판과 같이, 수정진동편 패키지 외곽보다 안쪽으로 틀구조를 갖는 기판(317)으로 형성할 수도 있다. 이런 경우, 도전성패드(319)는 직사각형의 틀에 바깥쪽부분으로 걸치게 된다.

이와 같이, 도전성패드를 구비한 링형 기판은 예시된 형태 외에도 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 수정진동편 패키지 단자 코너부가 아닌 변의 중앙에 있는 경우에는 링형기판의 변의 중앙부에 배치된 형상으로도 구현될 수 있다.

또한, 상기 링형 기판(307)은 직사각형상을 반드시 요구하는 것은 아니지만, 수정진동편 패키지의 크기로 제품의 소형화를 구현하기 위해서 대개 수정진동편 패키지에 갖는 직사각형 형상으로 구현하는 것이 바람직하다.

도4는 본 발명에 따른 온도보상형 수정발진기의 상세 분해사시도이다. 도4에 도시된 바와 같이, 수정발진기는 수정진동편 패키지(363), 링형기판(357) 및 부품이 실장된 메인기판(351)으로 구성된다. 상기 링형기판(357)은 각 코너부에 4개의 도전성패드(359)가 구비되어 있다. 본 실시형태에서는 수정진동편 패키지(363)나 링형기판(357)의 크기보다 큰 사이즈를 갖는 메인기판(351)을 사용하고 있다. 상기 메인기판(351)의 상면에 점선으로 표시된 영역(351c)을 따라 링형기판(357)의 틀구조부분이 배치되어 그 도전성패드(359)가 메인기판(351)의 단자부(359)에 연결된다. 본 실시형태에서 채용된 메인기판(351)은 링형기판(357)이 배치된 영역(351c)을 기준으로 내부영역(351a)과 외부영역(351b)으로 구분될 수 있으며, 각 영역(351a,351b)에도 부품을 실장할 수 있다. 부품실장단계는 메인기판(351) 상에 링형기판(357)을 배치하기 전에 실시하는 것이 바람직하나, 본 실시형태에서 외부영역(351b)에는 링형기판(357)을 배치한 후에 부품을 실장시킬 수 있다.

우선, 도5a와 같이, 메인 기판(401)을 마련한다. 메인 기판(401)은 종래의 인쇄회로기판과 같이 형성하되, 부품실장영역(401a)을 내부영역 중심으로 배치하며, 소정의 배선회로를 구성한다. 또한, 후속공정에서 배치될 링형 기판이 점할 가장자리부분에는 도전성 패드와 연결될 배선부분을 형성하도록 한다.

이어, 도5b와 같이, 온도보상회로용 부품(405)을 실장한다. 온도보상회로용 부품은 분산형 TCXO인 경우에 압전소자, 집적회로, 캐패시터, 인덕터 및 저항 등 여러 부품으로 이루어져 있으나, 단일칩형 TCXO인 경우에는, 하나의 IC칩으로 구성되어 있을 수도 있다. 본 발명은 분산형 TCXO에서 보다 효과적인 소형화를 기대할 수 있으나, 단일칩형 TCXO의 경우에서도 유용하게 사용될 수 있다.

다음으로, 도5c와 같이, 틀구조로 이루어진 링형 기판(407)을 부품이 실장된 메인 기판(401) 상에 배치하여 링형 기판으로 부품실장영역(401a)을 둘러싸도록 한다. 본 발명에서는 메인 기판(401) 상에 온도보상회로용 부품(405)을 실장한 후에 링형 기판(407)을 배치하는 순서로 진행된다. 상기 링형 기판은 상하면에 형성된 도전체면과 그 도전체면을 연결하는 도전성 홀로 이루어진 도전성 패드(409)를 구비하고 있다.

이는 링형 기판을 먼저 배치할 경우에, 소정의 높이를 갖는 틀구조로 인해 부품 실장 공정이 곤란해지며 부품의 연결불량의 발생할 확률이 높기 때문이다. 본발명과 달리, 일반 기판 상에 단순히 홈을 파서 부품을 실장하는 경우에는, 그 내부의 평탄화 구현과 배선형성 공정이 상당히 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 링형 기판을 이용함으로써 부품실장을 용이하게 하는 등 공정 설계상 자유도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

끝으로, 수정진동편 패키지(413)를 링형 기판(407) 상에 배치한다. 여기서 도시되지 않았으나, 도3과 같이 링형 기판(407)에 마련된 도전성 패드로 수정발진기(413)을 메인 기판(401)의 배선과 연결되어 제품을 완성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 명백할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 온도보상용 수정발진기에 따르면, 하부에서 상부의 순서로 메인 기판과 링형 기판과 수정진동편 패키지를 적층하고, 링형 기판의 내부에 마련된 공간에 온도보상회로용 부품이 실장함으로써 온도보상회로를 구현하기 위한 부품실장영역을 감소시킬 수 있어 전체 제품크기를 현저히 소형화를 실현시킬 수 있는 잇점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법에서는 상기 장점과 더불어 캐비티를 형성하여 부품을 실장하는 방식과 달리, 부품실장을 외부단자형성보다 우선하여 실시할 수 있으므로, 보다 용이하게 부품을 실장할 수 있다는 장점이 있다.

Claims

수정 진동편 패키지와 온도에 따른 상기 수정진동편의 주파수변화를 보상하기 위한 적어도 하나의 온도보상회로용 부품을 포함하는 온도보상형 수정발진기에 있어서,

상기 적어도 하나의 온도보상회로용 부품이 실장된 메인 기판; 및,

상기 메인 기판 상에 배치되어 상기 수정진동편 패키지를 지지하며, 상기 온도보상회로용 부품의 적어도 일부를 둘러싸도록 내부공간이 마련된 틀구조로 이루어진 링형 기판을 포함하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 링형 기판은 상기 수정진동편 패키지의 외곽형상과 일치하는 틀구조를 갖는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제2항에 있어서,

상기 메인 기판은 상기 수정진동편 패키지와 동일한 크기이며,

상기 링형 기판은 상기 메인 기판 상에 실장된 모든 온도보상회로용 부품을 둘러싸도록 충분한 크기의 내부공간이 마련된 틀구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 온도보상형 수정발진기는 하나의 직육면체의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
제1항에 있어서,

상기 링형 기판은 상기 수정진동편 패키지를 상기 메인 기판에 마련된 소정의 배선과 연결하기 위한 적어도 하나의 도전성 패드를 포함하는 온도보상형 수정발진기.
제5항에 있어서,

상기 링형 기판은 직사각형의 틀구조이며,

상기 도전성 패드는 상기 링형 기판의 틀구조에 있는 4개의 코너부에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기.
수정진동편 패키지와 온도에 따른 상기 수정진동편의 주파수변화를 보상하기 위한 적어도 하나의 온도보상회로용 부품을 포함하는 온도보상형 수정발진기의 제조방법에 있어서,

상기 온도보상회로용 부품에 배치될 부품실장영역을 포함한 상면을 갖는 메인 기판과, 소정의 내부공간을 갖는 틀구조로 이루어진 링형 기판을 마련하는 단계;

상기 메인 기판의 부품실장영역에 상기 회로부품을 배치하는 단계;

상기 틀구조의 내부공간에 상기 부품실장영역의 적어도 일부가 포함되도록 상기 메인 기판 상에 상기 링형 기판을 배치하는 단계; 및

상기 링형 기판 상에 상기 수정진동편 패키지를 배치하는 단계를 포함하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 메인 기판의 부품실장영역은 그 상면의 중심부인 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 링형 기판은 상기 수정진동편 패키지의 외곽형상과 일치하는 틀구조를 갖는 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 메인 기판은 상기 수정진동편 패키지와 동일한 크기이며,

상기 링형 기판은 상기 메인 기판 상에 실장된 모든 온도보상회로용 부품을 둘러싸도록 충분한 크기의 내부공간이 마련된 틀구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 링형 기판은 상기 수정진동편 패키지를 상기 메인 기판에 마련된 소정의 배선과 연결하기 위한 적어도 하나의 도전성 패드를 포함하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 링형 기판은 직사각형의 틀구조이며,

상기 도전성 패드는 상기 링형 기판의 틀구조에 있는 4개의 코너부에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 온도보상형 수정발진기 제조방법.