KR100345877B1 - 광송수신 모듈 패키징용 금속용기의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적인 기계가공 방법으로 제조가 어려운 패키징 구조를 정밀성형이 가능하면서 실형상화를 달성할 수 있는 분말사출성형과 소결기술을 적용하여 달성하기 위한 것으로, ASTM F-15 합금(Kovar) 조성의 철, 니켈 및 코발트 분말로 이루어지는 원료 분말을고분자 결합제와 혼합하여 사출용 피드스톡을 제조하고, 상기 피드스톡을 금형 내로 고압 사출 성형하고, 얻어진 성형체로부터 용매추출 및 열분해법을 이용하여 상기 고분자 결합제를 제거하고, 얻어진 성형체를 소결하는 것으로 이루어지는 광송수신 모듈 패키징용 금속용기의 제조방법을 제공한다. 여기서, 상기 원료분말은 수 내지 수십 미크론의 평균 크기를 갖으면서 99.9% 이상의 순도를 갖는 철, 니켈 및 코발트 금속 분말을 균일 혼합하여 얻어지는 것이 바람직하고, 또한 상기 소결은 수소 분위기 또는 수소+아르곤 분위기에서 수행되는 것이 더욱 바람직하다.

Description

광송수신 모듈 패키징용 금속용기의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING METAL CASE FOR OPTICAL TRANSMITTING/RECEIVING MODULE PACKAGING}

본 발명은 155Mbps 또는 622Mbps 수준의 전송속도를 갖는 광송신용 또는 수신용 모듈의 패키지를 구성하는 밀폐형 금속용기를 별도의 기계가공 공정 없이 분말사출성형법과 소결법을 이용하여 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

광통신은 전기적인 형태를 취하고 있는 정보를 광신호로 바꾸어 전송하는 송신모듈과 전송된 정보를 수신측에서 다시 본래의 전기적인 형태로 만들어주는 수신모듈을 통하여 이루어진다. 이들 모듈은 개별소자들이 올려져 회로를 구성하는 PCB와, 상기 PCB가 외부 단자와 전기적으로 결선되면서 수분 등의 외부환경으로부터 회로를 보호하기 위하여 핀이 제공된 밀폐형 금속용기로 패키징하여 제조된다.

일반적으로 이의 패키징용 금속용기는 ASTM F-15(29%Ni-17%Co-Fe) 합금(Kovar)을 도 1의 모양으로 가공하며 아웃소싱이 가능하도록 핀을 용기의 밑면에 제공한다. 이때 용기와 절연이 필요한 핀들은 글래스 실링(glass sealing)을 실시하여 제공되며, 접지가 필요한 핀들은 금속(Ag-Cu-Ni 합금) 브레이징을 실시하여 제공된다. 이의 용기 표면은 Ni 도금과 Au 도금을 실시하여 제공된다. 그러나, 이러한 모양의 용기를 기계가공에 의해서 제조할 경우 매우 정밀한 가공기술이 뒷받침되어야 하며 이는 가공비용의 상승요인으로 작용한다고 알려져 있다.

상기 용기는 PCB 위에 올려진 개별 소자들과 개별 소자들 사이에 구성된 회로를 수분 등의 외부환경으로부터 보호하고 외부와 전기적 결선을 제공하는 구조로 이루어진다. 핀(1)이 용기의 하부에서 공급되고, 상기 핀을 용기와 절연시키면서 용기 내부가 외부에 대하여 밀폐될 수 있도록 글래스 밀봉(2)이 제공된다. 용기의 상부(3) 위에 뚜껑을 덮어 밀봉한다.

따라서, 본 발명은 정밀성형이 가능하면서 실형상화를 달성할 수 있는 분말사출성형과 소결기술을 적용하여 광송수신용 모듈의 금속용기를 저비용으로 제조하며, 일반적인 기계가공 방법으로 제조가 매우 어려운 패키징 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 광송신용 또는 수신용 모듈의 패키지를 구성하는 금속용기의 개략적인 형상을 보여준다.

도 2는 도 1의 금속용기와 동일한 모양을 갖는 금속용기내에 놓이는 PCB가 상기 금속용기 밑면과 일정한 간격을 가질 수 있도록, 특정 형상을 갖는 핀(4)이 용기 밑면에 정렬된 통공에 끼워져 있는 모습을 보인 것이다.

도 3은 도 1과 외부 구조는 동일하되 용기의 밑면과 내벽 사이에 PCB를 일정한 높이로 위치시킬 수 있도록 지지대(5)를 제공한 모습을 보인 것이다.

도 4은 도 3와 동일한 모양을 갖되 핀들이 일렬로 정열된 부위(6)와 밑면의 중앙부(7) 사이에 높이차를 제공하여 외부 소켓과 결합시 회로 단자간 절연성(isolation)이 향상되도록 한 구조를 보인 것이다.

본 발명은, ASTM F-15 합금(Kovar) 조성의 철, 니켈 및 코발트 분말로 이루어지는 원료 분말을고분자 결합제와 혼합하여 사출용 피드스톡을 제조하고, 상기 피드스톡을 금형 내로 고압 사출 성형하고, 얻어진 성형체로부터 용매추출 및 열분해법을 이용하여 상기 고분자 결합제를 제거하고, 얻어진 성형체를 소결하는 것으로 이루어지는 광송수신 모듈 패키징용 금속용기의 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 원료분말은 수 내지 수십 미크론의 평균 크기를 갖으면서 99.9% 이상의 순도를 갖는 철, 니켈 및 코발트 금속 분말을 균일 혼합하여 얻어지는 것이 바람직하고, 또한 상기 소결은 수소 분위기 또는 수소+아르곤 분위기에서 수행되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 구체적인 제조 공정과 특징은 다음의 실시예를 통하여 보다 명확하게 이해 될 것이다.

바람직한 실시예의 설명

실시예 1

분말사출성형을 위하여 원료 분말로 수 내지 수십 미크론의 평균 크기를 갖으면서 99.9% 이상의 순도를 갖는 ASTM F-15 (29Ni-17Co-Fe) 합금(Kovar) 조성의 철, 니켈 및 코발트 금속 분말을 균일 혼합한 다음, 그 혼합 분말에 파라핀왁스(paraffin wax), 폴리에틸렌(polyethylene), 스테아릭산(stearic acid) 등 고분자 결합제(binder)를 혼합하여 사출용 피드스톡(feedstock)으로 제조하였다. 피드스톡에서 원료 분말의 체적 비율(solid loading)은 55-65%로 하였다. 이의 피드스톡을 도 1에 제시된 바와 같은 모양의 사출용 금형을 제작한 다음 120-140bar의 압력으로 고압사출(일예로 예비압력은 40bar, 본압력은 132bar로 할 수 있음)하여 성형하였다.

사출된 성형체는 n-헵탄(hepthan) 용액을 이용하여 결합제의 대부분을 용매추출(solvent extraction)하여 제거하고, 용매추출법에 의해서 제거되지 않고 남은 결합제들은 550-650℃의 범위에서 가열하여 고분자를 휘발시키는 열분해법(thermal decomposition)으로 완전히 제거되도록 하였다. 이렇게 제조된 도 1의 성형체를 1250-1350℃, 수소 또는 10% 수소 + 아르곤 분위기에서 3-5시간 동안 유지하여 소결을 실시하였다. 이와 같이, 본 발명에 따라 실형상화된 소결체의 상대소결밀도(이론밀도 대비)가 97% 이상으로 미세조직이 매우 균일하여 용접이 가능하였다. 제조된 소결체의 표면은 니켈 도금을 실시한 후, 그 표면을 금도금(Au plating)하였다. 외부와 회로 구성(external connection)을 위한 핀들은 밑면에 설치된 통공(via hole)을 통하여 제공되며 금속용기와 절연이 필요한 경우 글래스 밀봉(glass sealing)을 실시하였다. PCB와 핀들 사이에 회로 구성을 완료한 다음 금속용기의 상부는 뚜껑과 결합하였다. 이러한 패키징은 수분 등의 외부환경으로부터 기밀을 잘 유지해 줄 수 있는 구조를 특징으로 하고 있다.

실시예 2

실시예 1의 순서로 제조된 금속용기의 밑면에 설치된 통공을 통하여 일자형 리드핀 대신 PCB를 일정한 높이로 안정적으로 위치시킬 수 있도록 3개 이상 (바람직하게는 4 귀퉁이에) 네일 모양의 핀(4)을 제공하였다. 표면은 니켈 도금을 실시한 후, 그 표면을 금 도금 (Au plating)하였다. 금속 용기와 절연이 필요한 리드핀은 글래스 밀봉하였고, 접지가 필요한 리드핀은 금속 브레이징을 실시하였다. PCB와 핀들 사이에 회로 구성을 완료한 다음 금속용기의 상부는 뚜껑과 결합하였다. 이러한 패키징은 수분 동안의 외부 환경으로부터 기밀을 잘 유지해줄 수 있는 구조를 특징으로 한다.

또한, 핀들이 외부와 회로를 구성하기 위하여 소켓과 결합시 핀들의 절연성을 향상시킬 수 있도록 금속용기의 외부 밑면에 150 - 250 ㎛ 두께의 절연 테이프를 접착하는 방법으로 구조를 개량하였다.

실시예 3

실시예 1의 방법과 동일한 공정을 거쳐 사출용 피드스톡을 제조하고, 도 2에 제시된 바와 같은 모양의 사출용 금형을 제작한 다음 이를 고압 사출하여 성형하였다. 이를 실시예 1의 방법으로 탈지하고, 소결하여 금속용기를 제조하였다. 본 실시예는 도 1에서 제시된 금속용기와 달리 금속용기 내부의 밑면에 PCB를 안정적으로 위치시킬 수 있는 지지대(5)를 제공하는 구조를 특징으로 한다. 이러한 구조는 PCB와 핀 사이의 결합시 외부힘에 의한 PCB의 위치 흔들림을 방지해 주므로 핀(1)과 PCB에 형성시킨 단자들 사이의 결선이 안정적으로 이루어질 수 있도록 해주므로, 결선작업 과정에서 발생될 수 있는 불량률을 감소시켜주는 역할을 한다.

또한, 핀들이 외부와 회로를 구성하기 위하여 소켓과 결합시 핀들의 절연성을 향상시킬 수 있도록 금속용기의 외부 밑면에 150 - 250 ㎛ 두께의 절연 테이프를 접착하는 방법으로 구조를 개량하였다.

실시예 4

실시예 1의 방법과 동일한 공정을 거쳐 사출용 피드스톡을 제조하고, 도 3에 제시된 바와 같은 모양의 사출용 금형을 제작한 다음 이를 고압 사출하여 성형하였다. 이를 실시예 1의 방법으로 탈지하고, 소결하여 금속용기를 제조하였다. 본 실시예는 도 2에서 제시된 바와 같이 금속용기 내부의 밑면에 PCB를 안정적으로 위치시킬 수 있는 지지대를 제공하며 동시에 금속용기의 외부 밑면에 대하여 핀들이 일렬로 위치하는 영역(6)과 그 밑면의 중앙 부위(7) 사이에 높이 차이를 갖는 구조를 특징으로 한다. 이러한 구조 중 지지대(5)는 PCB와 핀 사이의 결합시 외부힘에 의한 PCB의 위치 흔들림을 방지해 주며 결선작업 과정에서 발생될 수 있는 불량률을 감소시켜주며, 상기 두 영역 6 및 7의 높이 차 때문에 외부와 회로를 구성하기 위하여 소켓과 결합시 금속용기의 밑면에 대하여 절연성을 향상을 가져올 수 있게 된다. 외부 환경에 대하여 기밀을 잘 유지할 수 있도록 금속용기의 상부를 뚜껑으로 밀폐시킬 수 있다.

또한, 핀들이 외부와 회로를 구성하기 위하여 소켓과 결합시 핀들의 절연성을 향상시킬 수 있도록 금속용기의 외부 밑면에 150 - 250 ㎛ 두께의 절연 테이프를 접착하는 방법으로 구조를 개량하였다.

본 발명에 따른 분말 사출 성형과 소결 기술을 이용하여, 일반적인 기계 가공 기술로는 제조가 매우 어려운 광송수신 모듈 패키징용 금속용기가 저비용으로 용이하게 제조될 수 있다.

Claims (3)

1. ASTM F-15 합금(Kovar) 조성의 철, 니켈 및 코발트 분말로 이루어지는 원료 분말을원료 분말의 체적 비율(solid loading)이 55-65%의 범위가 되도록 고분자 결합제와 혼합하여 사출용 피드스톡을 제조하고;

   상기 피드스톡을 금형 내로 120-140bar의 압력으로 고압 사출 성형하고;

   얻어진 성형체로부터 용매추출 및 열분해법을 이용하여 상기 고분자 결합제를 제거하고;

   얻어진 성형체를 1250-1350℃ 범위에서 소결하는; 것으로 이루어지는 광송수신 모듈 패키징용 금속용기의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 원료분말은 수 내지 수십 미크론의 평균 크기를 갖으면서 99.9% 이상의 순도를 갖는 철, 니켈 및 코발트 금속 분말을 균일 혼합하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈 패키징용 금속용기의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소결은 수소 분위기 또는 수소+아르곤 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광송수신 모듈 패키징용 금속용기의 제조방법.