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KR20010002420A - 표면 실장형 압전부품 - Google Patents

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KR20010002420A
KR20010002420A KR1019990022222A KR19990022222A KR20010002420A KR 20010002420 A KR20010002420 A KR 20010002420A KR 1019990022222 A KR1019990022222 A KR 1019990022222A KR 19990022222 A KR19990022222 A KR 19990022222A KR 20010002420 A KR20010002420 A KR 20010002420A
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South Korea
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piezoelectric
dielectric block
piezoelectric component
dielectric
electrode
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조정호
성낙철
김종선
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이형도
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Abstract

본 발명은 세라믹 진동자와 같이 프로세서의 기준 신호원으로 사용되는 표면 실장형 압전부품에 관한 것으로 그 목적은, 저유전율 및 기계적 강도를 향상시킨 적층형 유전체블록을 사용하여 압전부품의 정전용량 조정 및 온도특성을 안정적으이루어 질 수 있도록 하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성은, 진동 작동하는 압전기판(30)(110)과 접속되는 유전체블록(20)(120)을 적층형으로 형성시키고, 또한 상기 유전체블록(20)(120)을 압전기판(30)(110)의 양측으로 접속토록 하는 구성으로 이루어 진다.
이에 따라서, 저유전율의 유전체블록을 사용하고, 적층형으로 이루어 져 기계적 강도가 향상되며, 압전부품의 입,출력 캐패시터의 정전용량을 용이하게 조정하는 한편, 상,하측에 접속되는 유전체블록에 의하여 압전부품의 제조공정의 간소화되는 효과가 있는 것이다.

Description

표면 실장형 압전부품{SMD TYPE PIEZOELECTRIC DEVICE}
본 발명은 세라믹 진동자와 같은 압전부품에 관한 것으로 보다 상세히는, 별도의 리드 프레임을 사용하지 않고 직접 인쇄회로기판(이하, 'PCB' 이라고 함)상에 실장시키는 표면 실장형 압전부품의 유전체블록을 적층형으로 구성하여 얇은 두께의 저유전율 유전체블록에 의하여 압전부품의 높은 정전용량을 얻을 수 있음과 아울러, 기계적강도는 향상되며, 압전기판의 양측에 유전체블록을 접속시키어 전극을 형성함으로써, 압전부품의 제조공정이 간소화되어 부품 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 표면 실장형 압전부품에 관한 것이다.
일반적으로 압전재료는 PT 계열 또는 PZT 계열의 세라믹을 사용하며, 압전재료에 기계적인 힘을 가하여 전압을 발생시키거나 또는 신호를 인가하면 진동이 발생되는 크게 두 종류로 나누어 질수 있으며, 현재 고전압 발생기기, 초음파 기 기, 음향기기, 통신기기 및 각종센서에 압전재료가 폭 넓게 사용되고 있다.
특히 상술된 두 종류중 후자의 진동을 이용하여 특정 주파수 대역을 선택하거나 또는 전자부품의 기준신호원으로 사용되는 것을 압전필터 또는 압전진동자라하며, 후자의 압전진동자는 현재 통신기기, 가전제품, 자동화부품, 전화기, 컴퓨터 및 완구등에 폭넓게 사용되고 있는데, 그 대표적인 것은 마이크로 프로세서의 기준신호원으로 이용되는 것이다.
이와 같은 압전부품은 압전기판 뿐 만 아니라, 유전체블록을 일체로 패키지화하여 실장시키는데, 이는 회로 구성상 필수부품인 콘덴서를 일체형으로 하여 부품 소형화를 이루기 위해서 이다.
한편, 압전부품을 PCB에 실장하기 위하여는, 종래에는 별도의 리드프레임을 사용하여 이에 압전기판을 접속시킨 후, 상기 리드프레임을 PCB에 접속시키는 방법을 주로 사용하였으나, 현재에는 별도의 리드프레임을 사용하지 않고 압전부품에 단자전극을 형성시키어 PCB에 직접 실장하는 표면 실장형 방법을 주로 사용하는데, 이는 부품 소형화 및 이를 사용하는 전자제품의 초소형화로 그 사용이 일반화 되고 있는 추세이며, 대개 커버를 이루는 절연체와 베이스를 이루는 유전체블록 및 그 사이에 접속되어 진동작동하는 압전기판으로 나누어 진다.
이와 같은 기술과 관련된 종래의 표면 실장형 압전부품은, 도 1 에서 도시한 바와 같이, 압전재료를 가공 및 분극공정을 수행하여 제조된 압전기판(110)의 양측면에는 중앙부분이 겹쳐지도록 전극(212)(214)이 각각 형성되고, 상기 압전기판(210)의 양측으로 절연체(220)와 유전체기판(230)이 도전성 수지 또는 납땜으로서 접속되고, 유전체기판(230)의 내측 전극(232)과 외측으로 형성된 입,출력 전극(240a)(240b) 및 접지전극(240c)이 압전부품(200)이 실장되는 PCB(250)의 각 회로패턴(252a) (252b)(252c)에 접속된다.
이때, 상기 유전체기판(230)의 양측 전극(232)(240a)(240b)사이에서는 압전부품(200)의 입, 출력단을 이루는 캐패시터가 구현되고, 결국 유전체기판(230)의 하부 전극(240)이 압전부품(200)의 단자역활을 수행하며. 상기 압전기판(210)는 마이크로 프로세서의 기준신호원을 발생토록 진동 작동하며, 따라서 상기 압전기판(210)과 절연체(220) 및 유전체기판(230)사이에는 진동공간(S)을 위한 캐비티(160a)(160b)가 형성된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 표면 실장형 압전부품(200)에 있어서는, 도 1 에서 도시한 바와 같이, 입,출력단 캐패시터를 구현토록 콘덴서로 작동하는 유전체기판(230)의 하나의 단층구조로 구성됨으로써, 압전부품(20)의 높은 정전용량을 위해서는 유전체기판(230)의 두께가 얇을수록 용이한데, 이와 같은 경우 오히려 유전체기판(230)의 기계적강도가 취약하게 되는 단점이 있었다.
또한, 이와 같은 기계적 강도의 문제를 해결하기 위하여 두께가 두꺼운 유전체기판을 사용하면, 높은 유전율을 갖게되어 압전부품(200)의 제조공정시 온도특성이 불안정해지는 문제가 있었다.
더하여, 압전기판(210)을 중심으로 상부 및 하부에 서로 다른 재료인 절연체 (220)와 유전체기판(230)을 사용함으로써, 압전부품(200)의 제조공정시 서로 다른 제조공정이 필요하고 이는 압전부품(200)의 생산성을 극히 취약하게 하는 등의 여러 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 문제점들을 개선시키기 위하여 안츨된 것으로서 그 목적은, 압전부품의 유전체블록을 유전체기판을 적층 형성시키는 적층형으로 구성함으로써, 저유전율의 유전체블록을 얻을 수 있으면서도, 캐패시터의 정전용량을 높일 수 있고, 특히 두께가 얇아도 기계적 강도는 향상되어 부품 신뢰성이 향상되는 표면 실장형 압전부품을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 압전기판의 상,하부측에 같은 제료인 유전체블록을 사용하여 외측으로 형성된 전극수단으로서 입,출력 캐패시터를 구현토록 함으로써, 압전부품의 제조공정시 제조공정이 극히 간소화됨은 물론, 두께가 얇고 저 유전율의 유전체블록을 서용하여 압전부품의 온도특성이 일정하게 유지될 수 있는 한편, 양측으로 접속되는 유전체블록의 두께를 최소화하여 압전부품의 부품 소형화가 용이하게 수행되는 표면 실장형 압전부품을 제공하는 데에 있다.
도 1은 종래의 표면 실장형 압전부품을 도시한 구조도
도 2는 본 발명에 따른 표면 실장형 압전부품의 제 1실시예를 도시한 구조도
도 3은 본 발명인 표면 실장형 압전부품의 제 2 실시예를 도시한 구조도
도 4는 본 발명인 표면 실장형 압전부품의 제 3 실시예를 도시한 구조도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1,100.... 압전부품 10.... 절연체
20,122.... 유전체기판 30,110.... 압전기판
40,130.... 전극수단 50,140.... 진동수단
60,150.... 기판(PCB) 120.... 유전체블록
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 절연체와,
상기 절연체의 하측으로 접속되며, 다층의 유전체기판이 일체로 적층 형성된 유전체블록과,
상기 절연체와 유전체블록 사이에 접속되며, 양측면에는 중앙부분이 겹쳐지도록 전극이 각각 형성되는 압전기판 및,
상기 유전체블록의 양측으로 형성되는 전극수단을 포함하며,
상기 절연체와 유전체블록사이에는 압전기판의 진동공간(S)을 형성토록 하는 진동수단이 형성되는 구성으로 이루어 진 표면 실장형 압전부품을 마련함에 의한다.
또한, 양측면에 전극이 중앙부분에서 겹치도록 형성된 압전기판과,
상기 압전기판의 양측으로 전기적으로 접속되는 유전체블록 및,
상기 유전체블록의 외측으로 형성되는 전극수단을 포함하며,
상기 압전기판과 유전체블록사이에는 압전기판의 진동을 가능토록 진동공간(S)을 형성시키는 진동수단이 형성되는 구성으로 이루어 진 표면 실장형 압전부품을 마련함에 의한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 도시하고 있는데, 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 압전부품(1)은 크게 부품을 보호하기 위한 커버인 절연체(10)와 그 반대측에 접속되는 입,출력 캐패시터를 구현토록 하는 유전체블록(20)과, 상기 유전체블록 (20)과 절연체(10) 사이에 접속되어 압전부품(1)의 진동작동을 수행하는 압전기판 (30)으로 크게 나누어 지는데, 상기 유전체블록(20)의 하측으로 베이스를 이루는 별도의 절연체를 사용하는 경우도 있다.
한편, 상기 절연체(10)는 압전부품(1)이 PCB(60)에 실장된후 위로 향하게 되는 커버역활을 수행하는데, 대개 상기 절연체(10)는 Al2O3또는 MgTiO3로 형성된 박판으로 구성되고, 이와 같은 절연체(10)는 내측의 압전기판(30)을 보호하며, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 절연체(10)는 박판형태가 아닌 완전한 커버형태 즉, 하부 유전체블록(20)상에 접속되는 형태도 가능하다.
더하여, 상기 유전체블록(20)은, 상기 절연체(10)의 반대측에 압전기판(30)을 수용토록 위치되는데, 상기 유전체블록(20)을 사용하는 이유는 압전부품(1)의 입,출력 캐패시터를 구현하여 압전부재와 콘덴서부재를 패키기화하여 압전부품(1)을 제조토록 하며, 이는 회로구성상 필수 부품이 콘덴서부품를 패키지화하여 회로 구성의 간소화 및 부품의 공간을 최소화하기 위해서 이고, 결국 압전부품(1)을 사용하는 기기의 소형화에 기여하는 것이다.
한편, 상기 유전체블록(20)은, 도 2의 부분 사시도에서 도시한 바와 같이, BaTio3로 된 다수의 유전체기판(22)이 일체로 적층되어 형성되며, 이때 상기 유전체기판(22)에는 정전용량을 조정토록 하는 전극(22a)이 일체로 가각 형성된다.
따라서, 도 1에서 도시한 바와 같이, 종래 단층으로 된 유전체기판(230)에 비하여 본발명에서는 다층 유전체기판(22)이 적층됨으로써, 유전체블록(20)의 두께는 얇게 하여도 기계적 강도는 오히려 강화되며, 이는 부픔 소형화를 용이하게 하며, 특히 저유전율은 갖도록 하면서도 온도특성은 안정화되어 결국 압전부품(1)의 정전용량은 높게하는 것이다.
즉, 높은 정전용량을 위하여는 저유전을 갖거나 두께를 얇게 하여야 하는데 단충구조에서는 어렵게 되며, 본 발명에서와 같이 다층의 유전체기판(22)이 적층된 우전체블록(20)에 의해서는 용이한데, 예를 들어 기존 유전체기판(230)에 비하여 1/2 에서 1/20 까지 유전율이 낮은 재료를 사용할 수 있으며, 따라서 고 유전율을 사용하는 종래(두께가 일정이상으로 얇아 질 수 없기 때문에)에 비하여 유전율 변화가 적기때문에 온도특성이 보다 안정적으로 유지되는 것이다.
따라서, 고 신뢰성이 요구되는 환경에서도 본 발명의 압전부품(1)은 용이하게 사용할 수 있는 것이다.
이에 더하여, 상기 유전체블록(20)의 내부 전극(42) 및 외측으로 형성된 전극수단(40)은 유전체사이에서 입,출력 캐패시터를 구현하며, 결국 상기 전극수단 (40a)(40b0(40c)은 압전부품(1)의 입,출력 및 접지단자 역활을 수행하며, 상기 전극수단(40)은 압전부품(1)이 실장되는 PCB(60)의 각 회로패턴 즉 입,출력 및 접지퍄턴(62a)(62b)(62c)과 접속되어 압전부품(1)을 실장토록 한다.
계속해서, 상기 절연체(10)와 압전기판(30) 및 유전체블록(20)사이에는 압전기판(30)의 양측면에 중앙부분이 겹쳐지도록 형성된 전극(32a)(32b)사이에서의 진동작동을 가능토록 진동공간(S)을 형성시킬 필요가 있는데, 대체로 절연체(10)와 유전체블록(20)의 일측으로 캐비티(50)를 형성시키거나. 또는 도면에는 도시하지 않았지만, 각 기판(10)(30)과 유전체블록(20)의 접속부분에 형성되는 실리콘 또는 진동공간(S)에 인접하여 스크린 인쇄되는 솔더 레지스터층으로 상기 진동공간(S)을 형성시킨다.
한편, 상기 절연체(10)와 유전체블록(20) 사이에 접속되는 압전기판(30)은, 보통 PZT 또는 PT 계열의 세라믹재료를 압전성을 띠도록 분극공정을 통한후, 가공하여 압전기판(30)으로 제조한다.
이에 따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 의하면, 다수의 유전체기판(22)을 적층시킨 유전체블록(20)이 두께가 얇고 저유전율을 갖도록 함으로써, 압전부품(1)의 정전용량은 높고 기계적 강도는 향상되며, 동시에 온도특성은 보다 안정적으로 유지되어 부품 신뢰성을 향상시키는 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예를 도시한 것으로, 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 있어서 가장 큰 특징은 절연체를 사용하지 않고 압전부품(100)의 상,하측에 같은 재료인 유전체기판 또는 유전체블록을 사용하여 제조공정의 간소화를 이루며, 특히 유전체블록을 다층으로 구성하여 상술한 제 1 실시예에서의 특성을 갖도록 한 것이다.
이하, 제 1실시예와 동일한 구성 및 작용은 간략하게 설명한다.
먼저, 도 3 에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 상세하게 설명하면, 내측 중앙부분에 압전부품(100)의 진동작동을 수행도록 양측면에 전극(112)(114)이 중앙부분에서 겹치도록 형성된 압전기판(110)이 위치되며, 상술한 바와 같이 상기 압전기판(110)은 압전재료의 가공 및 분극공정을 거쳐 압전성을 띠게 되며, 상기 압전기판(110)의 양측에는 단층으로 된 유전체기판(120)이 각각 접속된다.
따라서, 압전부품(100)의 제조공정시, 절연체와 유전체를 별도로 제조하는 이중작업이 필요없이 하나의 유전체기판(120)을 사용하여 보다 제조공정이 간소화되는 것이다.
한편, 상기 상,하측 유전체기판(120)의 외측에는 일체로 전극수단(130)이 형성되는데, 상기 전극수단(130)은 두개의 유전체(120)를 전기적으로 연결시키어 결국 압전부품(100)의 입,출력 캐패시터를 구현토록 하며, 따라서 상기 전극수단( 130)은 PCB(150)에 형성된 입,출력 및 접지용 회로패턴(150a)(150b)(150c)과 접속되는 입,출력 전극 (130a)(130b) 및 접지전극(130c)으로 이루어 지며, 특히 상기 전극수단(130)의 임으의 부분을 손쉽게 PCB(150)에 접속시킬수 있어 압전부품(100)의 실장작업이 극히 용이하게 수행될 수 있는 것이다.
더하여, 상기 상,하측 유전체기판(120)의 내측으로 접속되는 압전기판(110)과 상,하측 유전체블록(120)사이에는, 압전기판(110)의 진동을 가능토록 진동공간 (S)을 형성시키는 진동수단(140)이 형성되며. 본 발명의 제 1실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 진동수단(140)은 유전체기판(120)의 일측으로 형성된 캐비티나 또는 별도의 캐비티를 형성시키지 않은 실리콘 또는 솔더 레지스트층으로 된 접속재를 사용할 수 있다.
이에 따라서, 본 발명인 제 2 실시예에 의하면, 커버를 이루는 절연체대신 유전체기판(120)을 사용하고, 두개의 유전체기판(120)과 전극수단(130)으로서 캐패시터를 구현토록 함으로써, 압전부품(100)의 제조공정이 간소화 됨은 물론, 압전부품(100)의 PCB(150) 실장작업이 극히 용이한 것이다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예는 도 4에서 도시하고 있는 데, 중요한 특징은, 압전기판(110)의 양측으로 접속된 유전체블록(120')을 다층의 유전체기판(122)에 전극(122a)을 형성시키어 적층시킨 것으로 이와 같은 다층의 유전체블록(120')을 사용하면, 본 발명의 제 1 실시예에서 상술한 바와 같이, 유전체블록(120')의 전체 두께를 극히 얇게 하고, 동시에 저 유전율의 유전체를 사용하여도 강도 및 온도특성이 향상되고, 절연체(10)와 유전체블록(20)을 사용하는 제 1 실시예에 비하여 압전부품(100)을 보다 소형화시킬 수 있는 것이다.
이와 같이 본 발명인 표면 실장형 압전부품에 의하면, 저유전율의 유전체블록을 얻을 수 있으면서도, 캐패시터의 정전용량을 높일 수 있고, 특히 두께가 얇아도 기계적 강도는 향상되어 부품 신뢰성이 향상되는 잇점이 있다.
또한, 압전기판의 상,하부측에 같은 제료인 유전체블록을 사용함으로써, 압전부품의 제조공정시 제조공정이 극히 간소화되어 부품 생산성이 가일층 향상됨은 물론, 두께가 얇고 저 유전율의 유전체블록을 서용하여 압전부품의 온도특성이 일정하게 유지될 수 있는 한편, 양측으로 접속되는 유전체블록의 두께를 최소화하여 압전부품의 부품 소형화가 용이하게 수행되는 우수한 효과가 있는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하 특허청구의 범위에 의한 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (16)

  1. 표면 실장형 압전부품(1)에 있어서,
    절연체(10)와,
    상기 절연체(10)의 하측으로 접속되며, 다층의 유전체기판(22)이 일체로 적층 형성된 유전체블록(20)과,
    상기 절연체(10)와 유전체블록(20) 사이에 접속되며, 양측면에는 중앙부분 이 겹쳐지도록 전극(32a)(32b)이 각각 형성되는 압전기판(30) 및,
    상기 유전체블록(20)의 양측으로 형성되는 전극수단(40)을 포함하며,
    상기 절연체(10)와 유전체블록(20)사이에는 압전기판(30)의 진동공간(S)을 형성토록 하는 진동수단(50)이 형성됨을 특징으로 표면 실장형 압전부품
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유전체블록(20)의 유전체기판(22)에는 압전부품의 입,출력 캐패시터의 정전용량을 조정토록 하는 전극(22a)이 형성됨을 특징으로 하는 압전부품
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전극수단(40)은 PCB(60)의 입,출력 및 접지패턴(62a)(62b)(62c)과 접속되는 입,출력 및 접지전극(40a)(40b)(40c)과 내부전극(42)으로 구성됨을 특징으로 하는 압전부품
  4. 제 1항에 있어서, 상기 진동수단(50)은, 상기 절연체(10)와 유전체블록(20)의 일측으로 형성된 캐비티(cavity)로 구성됨을 특징으로 하는 압전부품
  5. 제 1항에 있어서, 상기 진동수단(50)은, 상기 절연체(10)와 유전체블록(20) 및 압전기판(30)사이에서 접속되어 진동공간(S)을 형성토록 하는 접속재임을 특징으로 하는 압전부품
  6. 제 5항에 있어서, 상기 접속재는 진동공간(S)에 인접하여 스크린 인쇄되는 사각틀 형상의 솔더 레지스터로 구성됨을 특징으로 하는 압전부품
  7. 제 5항에 있어서, 상기 접속재는 절연체(10)와 압전기판(30) 및 유전 체블록(20)의 전극 접속부분에 형성되는 실리콘으로 구성됨을 특징으로 하는 압전부품
  8. 표면 실장형 압전부품(100)에 있어서,
    양측면에 전극(112)(114)이 중앙부분에서 겹치도록 형성된 압전기판(110)과,
    상기 압전기판(110)의 양측으로 전기적으로 접속되는 유전체블록(120) 및,
    상기 유전체블록(120)의 외측으로 형성되는 전극수단(130)을 포함하며,
    상기 압전기판(10)과 유전체블록(20)사이에는 압전기판(10)의 진동을 가능토록 진동공간(S)을 형성시키는 진동수단(140)이 형성됨을 특징으로 하는 표면 실장형 압전부품
  9. 제 8항에 있어서, 상기 유전체블록(120)은, 그 외측으로 형성되는 상기 전극수단(130)으로서 입,출력 캐패시터가 구현토록 구성됨을 특징으로 하는 표면 실장형 압전부품
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전극수단(130)은 PCB(150)에 형성된 입,출력 및 접지용 회로패턴(150a)(150b)(150c)과 임의의 지점에서 접속되는 입,출력 전극 (132a)(132b) 및 접지전극(132c)으로 구성됨을 특징으로 하는 압전부품
  11. 제 8항에 있어서, 상기 진동수단(140)은 상기 유전체블록(120)의 일측으로 형성된 캐비티로 구성됨을 특징으로 하는 표면 실장형 압전부품
  12. 제 11항에 있어서, 상기 진동수단(140)은 유전체블록(120)과 압전기판(110)사이에서 접속되어 진동공간(S)을 형성토록 하는 접속재로서 구성됨을 특징으로 하는 압전부품
  13. 제 12항에 있어서, 상기 접속재는 압전기판(110)의 전극(112)(114)과 접속되는 유전체블록(120)의 양단부에 형성되는 실리콘으로 구성됨을 특징으로 하는 압전부품
  14. 제 12항에 있어서, 상기 접속재는 진동공간(S)에 인접하여 스크린 인쇄되는 사각틀 형상의 솔더 레지스트로 구성됨을 특징으로 하는 표면 실장형 압전부품
  15. 제 8항에 있어서, 상기 유전체블록(120')은 다층의 유전체기판(122)이 일체로 적층 구성됨을 특징으로 하는 표면 실장형 압전부품
  16. 제 15항에 있어서, 상기 다층 유전체기판(122)에는 캐패시터의 정전용량을 조정토록 전극(122a)이 형성됨을 특징으로 하는 표면 실장형 압전부품
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