KR100212102B1 - 유리 세라믹 복합물 및 이를 사용한 평면 패키지 압전 소자 - Google Patents

유리 세라믹 복합물 및 이를 사용한 평면 패키지 압전 소자 Download PDF

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Abstract

100×10-7/
Figure kpo00001
내지 200×10-7/
Figure kpo00002
의 열팽창 계수를 가지는 결정화 글래스에 포함되는 중량비로 40 내지 60

Description

유리 세라믹 복합물 및 이를 사용한 평면 패키지 압전 소자
본 발명은 수정의 열팽창 계수에 근접하는 열팽창 계수를 가진 글래스 세라믹 복합물에 관한 것이며, 또한 수정 진동자나 표면 탄성과 진동자(SAW: Suface-acoustic wave resonator)와 같은 압전 소자를 표면 장착하기 위한 고신뢰성의 평면 패키지에 관한 것이다.
표면 장착 부품으로써 수정 진동자와 같은 부품을 사용할 때는, 도 4에 도시한 바와 같이 알루미나가 주재료인 베이스 부재(1)에 수정 진동자(2)를 고정시키고, 그 위에 주재료를 알루미나를 가진 캡(3)을 창작하고, 저융점의 글래스 밀봉재(4)를 사용하여 기밀 밀봉을 수행한다. 밀봉된 패키지(5)는 예를 들면, 솔더 재유동법을 사용하여 회로 기판에 장착된다.
패키지를 밀봉할 때 또는 회로 기판에 이와 같은 부품을 장착할 때 패키지(5)가 열에 노출되고, 패키지(5)와 수정편(2)의 열팽창 계수가 다르기 때문에 가열하고 냉각시킨 이후에 수정편(2)에 응력 변형이 발생한다. 상기와 같은 이유 때문에, 수정편(2)의 공진 주파수가 변화하며 소정의 주파수 특성을 얻을 수 없게 된다.
상기 문제에 대한 대책으로, 제4도에 도시한 바와 같은, 최신 전자 기술(ELECTRONICS UPDATE: 1990 년, No. 4, 제 83 페이지 내지 제 88 페이지)에서 기술된 구조를 사용하였으며, 여기에서는 수정편(2)은 탄성 지지재(6)를 통해 기판재료(1)에 고정되고, 이후에 밀봉이 수행된다.
다른 방법으로는, 일본 특허 공개평 2-105710 호에 개시된 방법이 있으며, 여기에서 수정편(2)의 전극 리드(7)를 수정편(2)의 동일한 에지부까지 뽑아내며, 수정편(2)은 중간 지지체 없이도 전극 패드부(8)에 고정되어 베이스 부재(1)에 직접적으로 고정된다.
그러나, 상술한 바와 같은 수정 진동자 부재를 사용하기 때문에 수정 진동자 요소에서 패키지(5)와 수정(2)의 열팽창 계수가 서로 다르기 때문에[예를 들어, (Z축을 따라 절단된] 알루미나는 70 내지 80×10-7/
Figure kpo00005
이고, 수정은 139×10-7/
Figure kpo00006
이므로) 가열과 냉각을 수행한 이후에 내부 응력이 발생하고, 수정의 발진 주파수가 변화하게 되며, 따라서 소정의 주파수 특성의 달성이 곤란하다.
탄성 지지개(6)를 통해 수정편(2)을 패키지(5)에 연결하여 상술한 문제를 해결하고자 하는 시도는 제조 비용의 증가를 수반하며, 패키지(5)의 두께를 증가시키게 된다.
또한 패키지(5)의 주재료인 알루미나(A1203)는 1500
Figure kpo00007
내지 1600
Figure kpo00008
범위의 소결 온도를 가지므로, 패키지(5) 내의 배선 전도체를 동시에 소성할 때, 전도체로서 텡스텐(W)이나 몰리브덴(Mo)과 같은 고융점 금속을 사용할 필요가 있다.
이와 같은 고융점 금속은 전기 전도도가 낮고, 납땜이 되지 않기 때문에 니켈(Ni)이나 금(Au)을 도금할 필요가 있다. 이와 같은 이유 때문에, 제조상에서 공정수의 증가와 비용의 증가를 초래한다.
한편으로, 상술한 종래 문제를 해결하기 위한 다른 방법으로, 일본 특허 공개평6-191887 호가 공지되어 있다.
상기 종래 기술에는 중량비로 30
Figure kpo00009
내지 70
Figure kpo00010
의 포스테라이트가 결정화 글래스에 분산된 글래스 세라믹 복합물이 개시되어 있으며, 또한 각각 특별한 혼합비로 다수의 특별히 선택된 조성 성분을 혼합하여 결정화 글래스로 제조된 패키지를 형성하여 수정 진동자를 포함하는 평면 패키지형의 압전 소자를 제조하는 방법이 개시되었다.
그러나, 종래 기술에서 결정화 글래스의 한 성분의 열팽창 계수가 최대 120×10-7/
Figure kpo00011
부근이고, 수정 진동자의 열팽창 계수는 139×10-7/
Figure kpo00012
이기 때문에 결정화 글래스와 수정 진동자 사이에서 현저한 열팽창 계수 차이가 나타난다.
또한, 상기 종래 기술의 특정 실시예에서, 결정화 글래스의 각 부분이 각각 129×10-7/
Figure kpo00013
와 135×10-7/
Figure kpo00014
의 열팽창 계수를 가지지만, 각각의 굽힘 저항이 상대적으로 낮고, 상기 실시예에서 각 결정화 글래스가 비교적 많은 양의 나트륨 성분을 포함하기 때문에 통상 열화된 내습 특성을 가지는 다른 문제가 발생된다.
따라서, 상기 종래 기술에서 수정 진동자의 열팽창 계수와 거의 동일한 글래스 세라믹 복합물의 제조 및 높은 굽힘 저항과 내습 특성을 가지는 것이 곤란하다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하고, 수정편(quartz slab) 또는 다른 압전 소자의 열팽창 계수에 근접하는 열팽창 계수를 가지는 패키지 재료 및 높은 굽힘 저항과 내습 특성을 가지는 글래스 세라믹 복합물을 제공하는 데 있다.
따라서 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물은 중량비로 40
Figure kpo00015
내지 60
Figure kpo00016
의 포스테라이트를 포함하고 최소한 인 성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 글래스 세라믹 복합물은 상기 결정화 글래스 내부에 존재하는 인 성분은 결정핵을 성장시키는 것을 특징으로 하며, 본 발명에서 사용되고 결정화 글래스를 형성하는 인 성분은 바람직하게는 P205이다.
본 발명의 글래스 세라믹 복합물의 제 1 특징은 최소한 인 성분을 함유하는 결정화 글래스는 중량비로 40
Figure kpo00017
내지 60
Figure kpo00018
의 포스테라이트를 포함하고, 상기 결정화 글래스의 조성은 중량비로 70 내지 86의 Si02, 1 내지 10의 P205, 1 내지 5의 Mg0, 및 8 내지 22의 R20(여기서, R은 Li와 K으로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소한 하나의 성분)이며, 상기 인 성분은 결정화 핵을 형성하기 위해, 상기 결정화 글래스에 존재하고, 상기 인 성분은 P205인 글래스 세라믹 복합물로 적합하게 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물의 제 2 특징은 최소한 인 성분을 함유하는 결정화 글래스는 중량비로 40
Figure kpo00019
내지 60
Figure kpo00020
의 포스테라이트를 포함하며, 상기 결정화 글래스의 조성은 중량비로 40 내지 55의 Si02와, 20 내지 30의 A1203와, 1 내지 20의 P205와, 1 내지 5의 Ba0와, 1 내지 10의 Na20와 1 내지 5의 R20(여기서, R은 Li와 K로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소한 하나의 성분)이고, 상기 인 성분은 결정화 핵을 형성하기 위해 상기 결정화 글래스에 존재하며, 상기인 성분은 P205인 글래스 세라믹 복합물로 적합하게 형성된다.
본 발명의 다른 특징으로는 P이 상술한 글래스에서 수정편 핵을 형성하며, 평균 입자 직경이 0.1
Figure kpo00021
내지 3
Figure kpo00022
의 글래스와 포스테라이트의 미세한 분말의 혼합체를 형성하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 상술한 조성을 가진 글래스 세라믹 복합물을 사용하는 패키지에 있다.
본 발명에 따른 압전 소자 평면 패키지로써의 또 다른 특징은 전극 리드가 배치된 수정편과, 상기 수정편에 각각 전기적 및 기계적으로 결합된 전극 패드의 쌍을 가지는 베이스 부재를 구비하며, 상기 베이스 부재와 캡 부재는 상술한 바와 같이 글래스 세라믹 복합물을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
제1도는 발명의 실시예에 따른 글래스 세라믹 복합물을 사용하는 평면 패키지 수정 진동자의 분해 사시도.
제2도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 글래스 세라믹 복합물 사이의 온도 변화에 따른 팽창을 종래의 재로와 비교하여 도시한 도면.
제3도는 본 발명의 제1 실시예에 따른 글래스 세라믹 복합물 사용하는 평면 패키지 수정 진동자의 공진 주파수의 온도 특성 종래 재료와 비교하여 도시한 도면.
제4도는 종래의 세라믹 패키지를 사용한 수정 진동자의 분해 사시도.
제5도는 종래의 세라믹 패키지를 사용한 다른 수정 진동자의 분해 사시도.
제6도는 글래스 세라믹 복합물에 포함된 글래스의 함량과 굽힘 저항 사이의 관계를 나타내는 그래프.
제7도는 글래스와 포스테라이트(forsterite)의 평균 입경과 굽힘 저항 사이의 관계를 나타내는 그래프.
제8도는 시간의 경과에 대해 본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물과 종래의 글래스 세라믹 복합물의 내습 특성의 변화를 도시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 베이스 부재 2 : 수정편
3 : 캡 부재 4 : 글래스 밀봉부
7 : 전극 리드 50 : 패키지
80 : 전극패드 100 : (평면 패키지형) 수정 진동자
핵 구성 성분으로써 최소한 인(P) 성분을 포함하는 결정화 글래스에 분산된 40
Figure kpo00023
내지 60
Figure kpo00024
(중량비)의 포스테라이트(2Mg0·Si02)로 형성되는 특징을 가지는 본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물은 상술한 결정화 글래스 자체는 적합하게 열팽창 계수 또는 열팽창비가 100 내지 200×10-7/
Figure kpo00025
를 가지며, 산화물에 근거하는 글래스 조성은 상술한 조성에서 선택되어지는 것을 특징으로 한다.
글래스와 포스테라이트 사이에서 발생하는 상호 작용의 영향으로 상기 글래스 세라믹 조성이 수정과 같은 압전 소자의 열팽창 계수와 동일하거나 유사한 열팽창 계수를 가지기 때문에, 상기 재료로 패키지를 제조하는 경우 수정편이 직접 장착된 부품 또는 중간 지지 요소를 가지지 않는 다른 압전 소자의 공진 주파수의 변이를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물의 조성 및 특성을 표 1에 나타내며, 16 가지 실시예의 결과가 도시되어 있다. 글래스 자체의 열팽창 계수 또한 표 1에 도시되어 있다.
각 실시예에서, 글래스 성분과 포스테라이트(2Mg0·Si02) 분말은 습식 볼 밀을 사용하여 분말로 혼합하여 0.1
Figure kpo00026
내지 3
Figure kpo00027
의 평균 입경을 가지는 미세한 분말을 얻으며, 건조 후에 분말 프레스를 수행하여 대기 중에서 1 시간 내지 2 시간 동안 800
Figure kpo00028
내지 1000
Figure kpo00029
로 소결한 후, 열팽창 계수와 굽힘 저항을 측정하였다.
결과를 표 1에 나타내었다. 특히 제 1 실시예와 제 11 실시예의 조성과 관련하여, 열팽창에 관해서 종래 제품의 재료와 비교하여 도 2에 도시한다. 본 발명의 조성은 수정편과 거의 동일한 팽창을 나타내고, 따라서 종래 제품의 조성과 대비해서 대폭적인 향상을 나타낸다.
본 발명의 제 1 특징과 관련되는 실시예를 나타내는 제 1 내지 제 9 실시예의 조성은 리듐형 결정화 글래스(글래스 자체는 110 내지 160×10-7/
Figure kpo00030
의 열팽창 계수를 가진다)에 대해 중량비로 40
Figure kpo00031
내지 60
Figure kpo00032
의 포스테라이트를 함유하는 글래스 세라믹 복합물의 제1 그룹으로 특징지워지며, 상기 글래스 조성은 글래스 조성이(중량비로) 70 내지 86의 Si02와, 1 내지 10의 P205와, 1 내지 5의 Mg0와, 8 내지 20의 R20(여기서 R은 Li와 K로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 또는 그 이상의 성분)이다.
Figure kpo00033
상기 글래스 세라믹 복합물은 대략 115 내지 135×10 /
Figure kpo00034
의 열팽창 계수를 가지며, 이는 (Z 축을 따라 절단한) 수정편의 139×10-7/
Figure kpo00035
보다 약간 적지만 상당히 비슷한 값이기 때문에 (70 내지 80×10-7/
Figure kpo00036
의 열팽창 계수를 가지는) 종래 제품의 알루미나에 비해 현저한 개선을 이루었다. 글래스의 결정화 및 구성 성분 재료의 알루미나에 비해 현저한 개선을 이루었다. 글래스의 결정화 및 구성 성분 재료의 미세한 분말의 형성에 의해 거의 대부분의 조성에서 2500 내지 3800 ㎏/㎠의 높은 굽힘 저항을 가지며, 패키지 재료로 사용하기에 적합하다.
본 발명의 제 2 특징과 관련되는 시실예를 도시하는 제 10 내지 제 16 실시예의 조성에 대해 살펴보면, 실리카 알루미나 소다형 결정화 글래스(이 글래스 자체는 170 내지 200×10-7/
Figure kpo00037
의 열팽창 계수를 가진다)에 대해 중량비로 40
Figure kpo00038
내지 60
Figure kpo00039
의 포스테라이트를 함유하는 글래스 세라믹 복합물의 제 2 그룹으로 특징지워지며, 상기 글래스 조성은 (중량비로) 40 내지 55의 Si02와, 20 내지 30의 Al203와, 1 내지 20의 P205와, 1 내지 5의 Ba0와, 1 내지 5의 R20(여기서 R은 Li와 K로 이루어지는 그룹에서 선택된 하나 또는 그 이상의 성분)이다.
실리카 알루미나 소다형 글래스는 상술한 리듐형 글래스에 비해 낮은 소결 온도와 높은 열팽창 계수를 가진다. 상기 글래스 세라믹 복합물의 열팽창 계수는 135 내지 144×10-7/
Figure kpo00040
이며 (Z축을 따라 절단된)수정의 139×10-7/
Figure kpo00041
의 열팽창 계수와 거의 일치하므로, 종래의 제품에서는 입수할 수 없었던 우수한 재료이다.
글래스의 결정화 및 구성 성분 재료의 미세한 분말의 형성에 의해 거의 대부분의 조성이 2500 내지 3100 ㎏/㎠의 높은 굽힘 저항을 가지며, 패키지 재료로 사용하기에 적합하다.
본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물의 특징은 수정편의 열팽창 계수와 동일하거나 거의 같은 열팽창 계수를 가지지만 종래 제품에 사용된 알루미나에 근접하는 굽힘 저항을 가지는 데 있다.
상기 결과는 예를 들면, 글래스 조성의 선택과 포스테라이트의 함유와 P205의 사용에 기인한다. 글래스 조성에 적합한 양의 P205를 첨가하면, P205는 소결 공정을 거친 후에 핵이 되고, 글래스 구성 성분은 결정화되어서 강도가 향상된다.
상기와 같은 이유 때문에, P205는본 발명에서 필수 성분이다. 글래스 구성 성분에 대해 포스테라이트의 중량비가 40
Figure kpo00042
내지 60
Figure kpo00043
의 범위 이외로 떨어지는 경우 소결 공정 중에 글래스에 기포가 발생하게 되며, 이는 굽힘 저항의 중요한 특성을 달성할 수 없다는 문제를 초래한다.
평면 패키지 압전 소자에 사용되는 글래스 세라믹 복합물의 다양한 종류의 특성 가운데 글래스 세라믹 복합물에 포함되는 글래스 함량과 굽힘 저항 사이의 연관 관계는 본 발명의 발명자에 의해서 특별히 조사되었으며, 제6도에 그 조사 결과를 도시하였다.
제6도에 도시된 바와 같이, 글래스의 함량이 40
Figure kpo00044
이하인 경우에 세라믹 복합물의 표면은 글래스와 충분히 결합하지 않으므로 포어(pore)의 양이 증가하고, 따라서 필요한 기밀 밀봉이 이루어지지 않으므로 상기 글래스 세라믹 복합물의 굽힘 저항이 감소한다.
한편 글래스의 함량이 60
Figure kpo00045
이상인 경우에는 글래스 세라믹 복합물의 굽힘 저항은 복합물의 격자를 형성하는 세라믹 함량비 때문에 낮아짐과 동시에 복합물에서 예를 들면 80
Figure kpo00046
이상으로 글래스 함량비가 너무 많기 때문이며, 박스형 패키지를 형성할 때 각 모서리가 원형이 되므로 박스형 패키지를 제조할 수 없다.
그러나 본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물의 경우, 바람직한 굽힘 저항력이 3000 ㎏/㎠ 이상이므로, 본 발명의 글래스 세라믹 복합물에서 글래스의 함량비는 적합하게 40
Figure kpo00047
내지 60
Figure kpo00048
이며, 따라서 포스테라이트의 함량비도 적합하게는 40
Figure kpo00049
내지 60
Figure kpo00050
가 된다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 글래스 구성 성분에 포스테라이트와 함께 혼합되는 인 구성 성분을 포함하는 것은 매우 중요하며, 또한 본 발명에서 사용되는 인 구성 성분은 P205이다.
추가적으로 본 발명에서 인 구성 성분은 핵 구성 성분으로 결정화 글래스의 내부 및 중심에 위치하는 경우 글래스 세라믹 복합물에 우수한 특성을 부여한다.
본 발명의 글래스 세라믹 복합물과 일본 특허 공개평6-191887 호에 개시된 종래의 글래스 세라믹 복합물을 비교하면, 종래의 글래스 세라믹 복합물에는 인 구성 성분이 전혀 사용되지 않았으며 다만, 예를 들면 22 중량비와 같은 다량의 나트륨 구성 성분(Na20)이 사용되었다.
상기 경우와 비교하면, 본 발명에서는 인 구성 성분이 사용되고 또한 일 실시예에서 리듐 구성 성분(Li) 또는 칼륨 구성 성분(K) 및 마그네슘 구성 성분(Mg)이 동시에 사용되었으며, 또는 다른 실시예에서 알루미늄 구성 성분(Al), 바륨 구성 성분(Ba), 나트륨 구성 성분(Na)과 리튬 구성 성분(Li) 또는 칼륨 구성 성분(K)이 또한 동시에 사용되는 것이 명백한 특징이다.
본 발명의 글래스 세라믹 복합물과 종래 제품 사이의 차이 및 각 글래스 세라믹 복합물에 의해 얻어진 효과는 표 2에 개시된다.
표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 글래스 세라믹 복합물에서의 굽힘 저항은 어떠한 경우에도 3200 ㎏/㎠로 원하는 정도를 나타내지만, 열팽창 계수는 118×10-7/
Figure kpo00051
로 원하는 값보다 훨씬 낮다.
또한 제8도의 선(a)에 나타내는 바와 같이 종래의 글래스 세라믹 복합물의 절연 저항에 대한 내습성 실험의 결과에 따르면, 종래 제품은 상대적으로 많은 양의 나트륨 구성 성분을 포함하기 때문에 상기 저항값은 동일한 사용 시간에 점차 감소한다.
따라서 종래의 글래스 세라믹 복합물은 실제 사용에는 적합하지 않다고 생각된다.
한편, 제8도의 선(b)에 나타내는 바와 같이 본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물에서는, 절연 저항이 시간의 경과에 따라 변하지 않으며, 따라서 본 발명의 글래스 세라믹 복합물이 실용상 장시간 사용에 적합하다고 생각된다.
종래의 글래스 세라믹 복합물과 비교해서 본 발명에서, 글래스 세라믹 복합물의 굽힘 저항은 개선될 수 있고, 인 구성 성분을 첨가함에 따라 열팽창 계수를 수정 진동자의 열팽창 계수와 일치시킬 수 있으며, 또한 글래스 세라믹 복합물이 더 우수한 내습 특성을 가진다는 점은 특기할 만하다.
제7도는 글래스와 포스테라이트의 평균 입경 및 본 발명의 글래스 세라믹 복합물과 종래의 글래스 세라믹 복합물의 굽힘 저항을 나타낸다.
제7도에서 명백한 바와 같이, 본 발명에 의해 규정된 특정 성분과 포스테라이트를 포함하는 결정화 글래스에 의해 형성된 글래스 세라믹 복합물의 굽힘 저항은 글래스와 포스테라이트의 평균 입경이 대략 0.5
Figure kpo00052
내지 1.5
Figure kpo00053
일 때 최대값을 나타낸다.
그러나, 종래의 글래스 세라믹 복합물에서 굽힘 저항은 글래스와 포스테라이트의 평균 입경이 1.5
Figure kpo00054
내지 2.5
Figure kpo00055
일 때 최대값을 나타낸다.
또한, 본 발명에서 글래스 세라믹 복합물은 종래의 글래스 세라믹 복합물에서 사용된 것 보다 더 작은 직경을 가지는 글래스와 포스테라이트 입자를 사용하여 제조될 수 있기 때문에, 개선된 굽힘 저항과 상술한 특징에서의 균일성과 단순화된 글래스 세라믹 복합물 제조 공정을 획득할 수 있다.
상술한 제1 그룹의 조성에서 중량비로 P205성분이 10
Figure kpo00056
를 넘는 경우 상분리가 발생하여 안정한 글래스를 얻을 수 없으며, 상기 비율이 1
Figure kpo00057
이하인 경우 결정화가 불충분해진다.
습기가 존재하는 경우의 절연 저항, 즉 내습 저항을 개선하기 위해 소량의 Na20를 첨가하는 것이 좋지만, 글래스 세라믹 복합물에서의 사용은 바람직하지 않다.
또한, Mg0는 글래스에 대해 융합성을 부여하는 구성 성분이며, 만약 그 양이 너무 많은 경우 글래스의 결정화가 억제되는 문제가 발생하며 따라서 적합하게 그 양은 중량비로 1
Figure kpo00058
또는 1
Figure kpo00059
이상이지만, 5이상이어서는 안된다. Si02와, Li20와, K20 등은 글래스의 뼈대를 형성하는 구성 성분이며, 상기 구성 성분은 글래스의 열팽창 계수, 융합성과 결정화를 고려한 이후에 선택해야 한다. 실험 결과에 따르면, Si02의 양은 중량비로 70
Figure kpo00061
내지 86
Figure kpo00062
가 적합하며, 이보다 많은 경우 원하는 열팽창 계수를 얻을 수 없고, 이보다 작은 경우에는 융합성이 나빠진다. R20(여기에서, R은 Li나 K 등이다)의 양은 중량비로 8
Figure kpo00063
내지 20
Figure kpo00064
이며, 이보다 많은 경우 글래스의 열팽창 계수가 낮아지게 되며, 이보다 적은 경우에는 융합성이 나빠진다.
상술한 제 2 그룹의 조성에서, 글래스의 뼈대를 형성하는 구성 성분인 Si02와, Al203와, R20에서 상기 구성 성분의 적합한 범위는 상술한 바와 같다. 상기 범위 이상인 경우에 결정화의 진행이 정지된다든가 불량한 융합성과 원하는 열팽창 계수의 획득이 불가능해진다는 등의 문제가 발생한다.
Ba0는 융합성을 부여하는 구성 성분이며, 그 양은 중량비로 1
Figure kpo00065
내지 5
Figure kpo00066
가 적합하다. 이보다 큰 값에서는 결정화의 진행이 정지되는 문제가 발생한다. P205는 결정핵을 형성하는 구성 성분이며, 제 2 그룹의 조성에서 적합한 양은 중량비로 1
Figure kpo00067
내지 20
Figure kpo00068
이다. 중량비로 상기 양이 20
Figure kpo00069
를 넘는 경우 상 분리가 일어나며, 안정한 글래스를 얻을 수 없다. 하한값은 중량비로 1
Figure kpo00070
이며, 이보다 작은 값에서는 글래스 결정화가 불충분해지며 강도가 부족해진다.
또한 Na20의 양은 중량비로 1
Figure kpo00071
내지 10
Figure kpo00072
이며, Li20 또는 K20의 양은 중량비로 1
Figure kpo00073
내지 5
Figure kpo00074
인 것이 바람직하다.
이와 같은 방식으로 제 1 그룹의 조성과 제 2 그룹의 조성에서 여러 가지 구성 성분의 양이 상술한 범위 이외로 벗어나는 경우, 수정편의 열팽창 계수와 동일하거나 유사한 열팽창 계수를 가지고 실제 사용에 적합한 강도 및 내습성을 가지는 것이 극단적으로 곤란해진다.
제1도는 상술한 바와 같이 본 발명에 의해 형성된 글래스 세라믹 복합물로 제조된 본 발명의 평면 패키지형 수정 진동자(100)의 일 실시예를 나타내며, 표면에 전극 리드(7)가 배치된 수정편(2)과, 상기 수정편(2)의 상기 전극 리드(7)에 전기적 및 기계적으로 연결된 한 쌍의 전극 패드부(80)를 가지는 베이스 부재(1)와, 캡 부재(3)를 구비하는 패키지(50)로 구성된다.
다음으로 본 발명에 따른 평균 입경이 0.1
Figure kpo00075
내지 1.5
Figure kpo00076
인 글래스 세라믹 복합물을 사용하는 평면 패키지(100)에 대해서 설명한다. 표 1에 도시한 바와 같이 제 1 실시예와 제 11 실시예에 의해 나타낸 원료 분말을 사용하여 종래 제품의 패키지와 동일한 구조를 가지는 패키지를 제조하였으며, 그 공정은 다음과 같다.
(가) 상술한 원료와 결합제와 용제를 혼합하여 슬러리를 형성하고, 닥터 블레이드법(doctor blade method)을 사용하여 100
Figure kpo00077
내지 300
Figure kpo00078
두께의 그린 시트(green gheet)를 형성한다.
(나) 상기 그린 시트에 관통 구멍을 형성하고, Ag/Pd 페이스트를 스크린 인쇄하여 관통 구멍을 충진하여 내부 도체부를 형성한다.
(다) 별도의 그린 시트에 Ag/Pd 페이스트를 스크린 인쇄하고, 외부 인입 전극을 형성한다.
(라) 별도의 그린 시트에 수정 진동자의 캐비티로 사용하기 위한 구멍을 뚫는다.
(마) 상기 그린 시트((나) 내지 (라))를 적층시키고, 80
Figure kpo00079
의 온도에서 200㎏/㎠ 내지 400㎏/㎠의 압력을 가압한다.
(바) 상기 적층에서 결합제를 제거하고, 800
Figure kpo00080
내지 1000
Figure kpo00081
에서 소성(燒成)한다.
(사) 소성된 적층을 절단하여, 제1도에 도시한 패키지의 베이스 부재(1)를 얻는다.
(아) 베이스 부재(1)와 동일한 혼합 분말을 사용하여, 패키지의 캡 부재를 분말 프레스법으로 형성하고 800
Figure kpo00082
내지 1000
Figure kpo00083
에서 소성하여 캡 부재(3)를 얻는다.
(자) 상기 베이스 부재(1)에 저융점의 글래스 밀봉부(4)를 형성하고, 후에 제1도에 도시한 구조의 상기 베이스 부재(1) 상에 전극 패드부(80)와 수정(2)의 전극 리드부(7)를 전도성 접착제를 사용하여 부착하고 상기 캡 부재(3)를 밀봉하여, 수정 진동자 패키지(50)를 제조한다.
종래 제품과 완성된 수정 징동자의 공진 주파수의 온도 의존성을 비교하는 실험을 수행하였다. 먼저, 스팩트럼 분석기를 사용하여 각각의공진 주파수(f0)를 측정하였다.
다음으로 10개의 각 형태를 100
Figure kpo00084
, 200
Figure kpo00085
, 300
Figure kpo00086
및 400
Figure kpo00087
에서 30분간 열처리하여 실온까지 냉각시키고, 상기 열처리 수행 이후의 공진 주파수(f(T))를 측정하여, 식 1에 의해서 △f/f0를 계산한다.
Figure kpo00088
제3도에 측정 결과를 도시한다. 이 도면은 주재료로써 알루미나를 사용하는 종래 형태의 패키지에서 밀봉되는 수정 진동자의 결과를 동시에 도시한다.
도면에 따르면, 열처리로 인한 진동 주파수의 변이는 종래 제품의 유형과 비교하여 제1실시예의 조성을 가진 경우 대략 1/10로 유지되었으며, 제11실시예의 조성을 가진 경우 약 1/15에 유지되었다.
다음으로 표 1에 나타내는 다른 실시예에 의한 원료 조성을 사용하고 상술한 바와 같은 동일한 절차를 따라 수정 진동자 패키지를 제조하고 내부에 수정을 장착하고, 열처리 온도에서 최종 평면 패키지 수정 진동자의 진동 주파수 의존도를 종래 제품의 유형과 비교하여, 제1실시예와 제11실시예의 제3도에 대하여 제3도에 도시한 것과 대략 동일한 결과를 얻었다(도시하지 않음).
본 발명은 수정 진동자에만 한정되지 않으며 수정편을 사용하는 어떠한 전자부품에도 적용 가능하다.
수정 진동자 등의 압전 소자의 열팽창 계수와 패키지의 열팽창 계수가 비슷하기 때문에 패키지를 밀봉하고 밀봉한 이후에 열처리가 수행될 때 수정 진동자의 주파수 특성에서 변이가 발생하기 어렵다.
또한 개선된 굽힘 저항 때문에 충격과 굽힘력에 대해 더욱 강함, 내습성이 향상되었기 때문에 높은 신뢰도를 가지는 표면 장착 압전 소자를 얻을 수 있다.
열처리가 수행될 때 발생하는 응력을 흡수하기 위한 탄력성지지 부재가 필요없기 때문에, 패키지를 얇게 만들 수 있고 따라서 비용도 절감된다.
종래 기술의 알루미나 패키지와 비교해서, 본 발명에 따른 글래스 세라믹 복합물을 사용하는 패키지는 상당한 정도로 감소한 소결 온도를 가지며, 제조 비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 니켈이나 금을 도금한 외부 전극용 텅스텐이나 몰리브덴과 같은 고온 융해 금속을 사용할 필요가 없고 따라서 비용의 절감을 달성한다.
Figure kpo00089

Claims (6)

  1. 최소한 인 성분을 함유하는 결정화 글래스는 중량비로 40
    Figure kpo00090
    내지 60
    Figure kpo00091
    의 포스테라이트를 포함하고, 상기 결정화 글래스의 조성은 중량비로 70 내지 86의 SiO2, 1 내지 10의 P2O5, 1 내지 5의 MgO 및 8 내지 22의 R2O(여기서, R은 Li와 K으로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소한 하나의 성분이며), 상기 인 성분은 결정화 핵을 형성하기 위해 상기 결정화 글래스에 존재하고, 상기 인 성분은 P2O5인 글래스 세라믹 복합물.
  2. 최소한 인 성분을 함유하는 결정화 글래스는 중량비로 40
    Figure kpo00092
    내지 60
    Figure kpo00093
    의 포스테라이트를 포함하며, 상기 결정화 글래스의 조성은 중량비로 40 내지 55의 SiO2와, 20 s지 30의 Al2O3와, 1 내지 20의 P2O5와, 1 내지 5의 BaO와, 1 내지 10의 Na2O와 1 내지 5의 R2O(여기서, R은 Li와 K로 구성되는 그룹으로부터 선택된 최소한 하나의 성분)이고, 상기 인 성분은 결정화 핵을 형성하기 위해 상기 결정화 글래스에 존재하며, 상기 인 성분은 P2O5인 글래스 세라믹 복합물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복합물은 0.1
    Figure kpo00094
    내지 3
    Figure kpo00095
    의 평균 입경을 갖는 미세분말의 글래스와 포스테라이트로 형성되는 것을 특징으로 하는 글래스 세라믹 복합물.
  4. 전극 리드 상에 위치하는 수정편과, 상기 수정편의 상기 전극 리드에 전기 기계적으로 연결되는 전극 패드 부품쌍을 가지는 베이스 부재와, 캡 부재를 구비하며, 상기 베이스 부재와 캡 부재는 최소한 인 성분을 함유하는 결정화 글래스가 중량비로 40
    Figure kpo00096
    내지 60
    Figure kpo00097
    의 포스테라이트를 구비하는 글래스 세라믹 복합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 평면 패키지 압전 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복합물은 0.1
    Figure kpo00098
    내지 3
    Figure kpo00099
    의 평균 입경을 가지는 미세 분말의 글래스 및 포스테라이트로 형성되는 글래스 세라믹 복합물.
  6. 제2항에 있어서, 상기 복합물은 0.1
    Figure kpo00100
    내지 3
    Figure kpo00101
    의 평균 입경을 가지는 미세 분말의 글래스 및 포스테라이트로 형성되는글래스 세라믹 복합물.
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