KR100571869B1 - 압전부품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

(과제) 회로기판에 대한 땜납 전후의 주파수 변화가 작고, 또한 주파수가 안정될 때 까지의 시간을 단축할 수 있는 압전부품의 제조방법을 제공한다.

(해결수단) 압전소자(1)의 단자전극에 리드단자(20∼22)을 땜납하는 공정; 리드단자가 땜납된 압전소자(1)의 주위에 외장수지(30)를 도포·경화시켜 압전부품을 얻는 공정; 수지경화후의 압전부품에 열 에이징을 행하는 공정; 열 에이징후 압전소자(1)의 특성이 안정될 때 까지 상온에서 방치하는 공정; 및 상온에서 방치후 압전소자(1)의 특성을 측정하고 선별하는 공정을 포함한다. 완성품의 단계에서 열 에이징을 실시함으로써 이후 공정에서 플로우 땜납을 행할 때의 주파수변화를 작게 하고, 또한 주파수를 재빠르게 안정시킨다.

Description

압전부품의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF PIEZOELECTRIC PARTS}

도 1은 플로우(flow) 땜납전과 플로우 땜납후의 주파수-감쇄량 특성의 변화를 나타내는 도면이다.

도 2는 종래의 압전부품의 플로우 땜납후의 경과 시간과 중심주파수의 변화의 관계를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 관한 압전부품의 일례를 나타내며, (a)은 정면도, (b)는 배면도, (c)는 측면도이다.

도 4는 도 3에 나타낸 압전부품의 회로도이다.

도 5는 도 3에 나타낸 압전부품을 회로기판에 장착한 상태의 도면이다.

도 6은 본 발명에 있어서의 압전부품의 제조공정을 나타내는 플로우챠트이다.

도 7은 열 에이징에 있어서의 경과시간과 중심주파수의 변화량의 관계를 나타내는 도면이다.

도 8은 열 에이징을 실시한 압전부품에 있어서의 플로우 땜납후의 경과시간과 중심주파수의 변화량의 관계를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A : 압전필터(압전부품) 1 : 압전소자

8,10,17 : 단자전극 20∼22 : 리드단자

30 : 외장수지 P : 회로기판

본 발명은 필터나 발진자등의 압전부품의 제조방법, 특히 외장수지로 밀봉 된 리드 타입의 압전부품의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 전자기기에 외장수지로 밀봉된 리드 타입의 압전부품이 널리 사용되고 있다. 이 종류의 압전부품을 회로기판에 실장하는 경우에는 양산성을 높이기 위해서 우선, 자동삽입기에 의해 회로기판에 리드단자를 삽입하고, 컷트·크린치(cut·clinch)한 후, 자동 땜납조에 의해 회로기판에 플로우(flow) 땜납된다.

그러나, 플로우 땜납의 전후에서 압전필터의 주파수가 크게 변화되고, 게다가 주파수가 안정값으로 복귀할 때 까지 장시간을 필요로 한다고 하는 문제가 있다.

도 1은 플로우 땜납 전후의 압전필터의 주파수-감쇄량 특성의 변화를 나타낸다. 도면으로부터 명확해지는 바와 같이, 플로우 땜납후 주파수가 전체적으로 저하하고 있음을 알수 있다.

도 2는 플로우 땜납후의 경과 시간과 중심주파수의 변화 관계를 나타낸다. 도면으로부터 명확해지는 바와 같이, 플로우 땜납에 의해 중심주파수가 -20kHz정도 저하한 후 자연방치에 의해 서서히 안정값으로 복귀하고 있다. 주파수가 안정 값(-7kHz)으로 될 때 까지의 시간은 상온에서 약 100시간 정도이다.

도 1 및 도 2에 나타내는 플로우 땜납에 따른 특성변화는 외장수지로 밀봉 된 리드 타입의 압전부품에 현저하게 발생한다. 그 최대 이유는 외장수지의 열응력 또는 잔류 응력 때문에 내부의 압전소자의 전기적 특성에 영향을 주기 때문이라 생각된다.

상기한 바와 같이, 플로우 땜납 전후의 주파수 변화가 크고, 게다가 주파수가 안정할 때 까지의 시간이 길기 때문에 플로우 땜납후 장시간 방치하지 않으면 유저측이 세트 상태에서의 조정을 행할 수 없고, 생산성을 저하시킨다고 하는 문제가 있었다.

일본국 특허공개 2000-307367호 공보에는 주파수의 경시변화 특성이 우수한 수정 진동자의 제조방법이 개시되어 있다. 이 수정 진동자에서는 주파수의 경시변화를 개선하기 위해서 패키지의 베이스에 접착제를 도포하고, 수정편을 지지고정하여 주파수조정을 행한 후 기밀밀봉을 행하기 전에 열처리를 행하고, 잔류 응력의 완화, 가스의 제거에 의해 경시변화의 특성을 향상시킨 것이다.

또한, 일본국 특허공개 2002-100931호 공보에는 용기체의 상부 공동에 압전진동자를 실장하는 공정과, 용기체의 하부 공동에 IC칩 및 전자부품을 실장하는 공정사이에 압전진동자의 주파수를 안정시키기 위해 압전진동자의 열 에이징을 행하는 공정을 포함한 압전발진기의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 어느 방법에서도 열 에이징을 미완성품의 단계에서 실시하고 있다. 그 때문에 이 압전부품을 회로기판 등에 땜납하였을 때 열에 의한 특성변화를 효과적으로 억제할 수 있다고는 할 수 없다.

또한, 어느쪽의 압전부품에서도 중공 패키지 속에 압전소자를 수납하는 구조이고, 외장수지로 밀봉된 압전부품은 아니다. 즉, 외장수지에 의한 열응력 또는 잔류 응력의 영향을 받지 않기 위해 땜납 후 주파수가 크게 변화되거나 주파수가 안정될 때 까지 장시간을 필요로 한다고 하는 과제는 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 회로기판에 대한 땜납 전후의 주파수 변화가 작고, 또한 주파수가 안정될 때 까지의 시간을 단축할 수 있는 압전부품의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 관한 발명은, 압전소자의 단자전극에 리드단자를 땜납하는 공정; 리드단자가 땜납된 압전소자의 주위에 외장수지를 도포·경화시켜 압전부품을 얻는 공정; 수지경화 후의 압전부품에 열 에이징을 행하는 공정; 열 에이징후 상기 압전소자의 특성이 안정될 때 까지 상온에서 방치하는 공정; 및 상온 방치후 상기 압전소자의 특성을 측정하고 선별하는 공정을 포함하는 압전부품의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서는 리드단자를 땜납하고 외장수지로 밀봉한 후의 압전부품(완성품)에 대하여 열 에이징을 행하고, 실장시(플로우 땜납)에 상당하는 열 사이클을 미리 부여하여 둔다. 열 에이징 후 압전소자의 특성이 안정될 때 까지 상온에서 방치하고, 특성이 안정된 후에 압전소자의 특성(중심주파수등)을 측정하고, 규격에 따라서 선별을 행한다. 열 에이징 및 상온에서 방치는 다수의 압전부품에 대해서 동시에 행할 수 있기 때문에 생산성을 저하시키지 않는다.

이와 같이 완성품의 상태에서 열 에이징을 행함으로써 그 압전부품은 플로우 땜납 전에 열 사이클을 경험하고, 실제로 플로우 땜납을 실시한 후의 주파수 변화가 작고, 또한 주파수가 안정값으로 될 때 까지의 시간을 대폭 단축할 수 있다. 그 때문에, 세트 조정이 용이해질 뿐만 아니라 플로우 땜납 후 장시간 방치하지 않아도 세트 조정을 실시할 수 있다. 또한, 주파수의 경시변화가 작기 때문에 특성이 안정한 압전부품을 얻을 수 있다.

본 발명의 열 에이징은 외장수지로 밀봉하기 전의 압전소자(미완성품)에 대하여 실시해도 대부분 효과가 없다. 그 이유는, 밀봉전의 압전소자에는 외장수지의 열응력이나 잔류응력이 영향을 주지 않기 때문이다.

청구항 2와 같이, 열 에이징 온도는 외장수지의 경화 온도보다 높고, 땜납의 융점보다 낮은 온도로 하는 것이 좋다.

즉, 외장수지의 경화 온도보다 낮은 온도로 열 에이징을 행하여도 외장수지의 열응력, 나아가서는 압전소자의 특성에 대부분 변화가 없기 때문이다. 또한, 땜납의 융점보다 높은 온도라고 하면 리드단자와 압전소자의 단자전극을 접속하고 있는 땜납이 재용융하여 전극의 땜납침투 현상등의 불량이 발생할 우려가 있기 때문이다.

청구항 3과 같이, 열 에이징 온도를 150℃∼180℃로 하여도 좋다. 외장수지 가 에폭시계 수지인 경우 그 경화 온도는 약 150℃이며, 땜납(Pb-Sn계)인 경우 그 융점은 약 180°이상이기 때문이다.

도 3은 본 발명에 관한 제조방법으로 제조되는 압전부품의 일례를 나타내고, 여기에서는 두께 종진동(縱振動)을 이용한 에너지 밀폐형의 압전필터의 예를 나타낸다.

도 4는 상기 압전필터의 회로도이다.

이 압전필터(A)는 구형(矩形) 판형상의 압전 세라믹으로 이루어진 압전소자(1)를 구비하고 있고, 압전소자(1)의 표주면(表主面)에 소정 거리 간격으로 분할전극(진동전극)(2,3 및 4,5)이 형성되고, 이주면(裏主面)에 분할전극(2,3 및 4,5)과 각각 대향하는 대향전극(진동전극)(6,7)이 형성되어 있다. 상기 진동전극(2,3,6)에 의해 한쪽의 ２중모드 필터소자(F1)가 구성되고, 진동전극(4,5,7)에 의해 다른쪽의 ２중모드 필터소자(F2)가 구성된다.

압전소자(1)의 표주면에 있어서, 분할전극(2)은 압전소자(1)의 1개의 모서리부에 형성된 입력용의 단자전극(8)과 리드전극(9)을 통하여 접속되고, 분할전극(4)은 압전소자(1)의 다른 1개의 모서리부에 형성된 출력용의 단자전극(10)과 리드전극(11)을 통하여 접속되어 있다. 또한, 분할전극(3 및 5)은 리드전극(12)을 통하여 서로 접속되어 있다. 또한, 압전소자(1)의 중앙부에는 중계 용량용의 용량전극(13)이 형성되고, 이 용량전극(13)은 리드전극(14)을 통하여 리드전극(12)의 중앙부에 접속되어 있다.

압전소자(1)의 이주면에 있어서, 대향전극(6,7)은 각각 리드전극(15,16)을 통하여 용량전극을 겸하는 어스용의 단자전극(17)에 접속되어 있다. 이 어스용의 단자전극(17)은 용량전극(13)과 압전소자(1)를 사이로 하여 대향하고, 중계 용량(C)을 구성하고 있다.

입력용의 단자전극(8)과 출력용의 단자전극(10)에는 각각 리드단자(20,21)가 땜납(S)에 의해 땜납되고, 어스용의 단자전극(17)에는 리드단자(22)가 땜납(S)에 의해 땜납된다.

리드단자(20∼22)를 땜납한 후 표주면의 진동전극(2,3 및 4,5) 상에 왁스가 도포되고, 마찬가지로 이주면의 진동전극(6,7) 위에도 왁스가 도포된다. 이 압전소자(1)가 리드단자(20∼22)를 외부에 노출시킨 상태에서 수지액에 침지되고, 외장수지(30)가 디프 코팅(deep coating)된다. 여기에서는, 에폭시계 수지가 사용된다. 외장수지(30)를 가열경화시킬 때의 열로 왁스가 외장수지(30)에 흡수되고, 공동(31)이 형성된다. 공동(31)은 진동전극(2∼7)의 주위에 에너지 폐입형의 두께 종진동을 여진시키는 진동 공간을 형성하고 있다.

도 5는 상기 압전필터(A)의 리드단자(20∼22)를 자동삽입기에 의해 회로 기판(P)에 삽입하고, 커트·크린치한 상태를 나타낸다. 그 후, 이 회로기판(P)은 자동 땜납조에 운반되고, 플로우 땜납에 의해 리드단자(20∼22)와 회로기판(P)이 땜납된다. 그 후, 회로기판(P)은 전자기기에 세트되고, 세트상태로 전기적 특성이 조정된다.

자동 땜납조의 온도는 보통 약 260℃이며, 회로기판(P)의 표면측에 배치된 압전필터(A)도 150∼170℃ 정도로 가열된다. 그 때문에, 압전필터(A)의 특성이, 도 1에 나타낸 바와 같이, 플로우 땜납 전에 비교하여 변화되어 버린다. 게다가, 특성이 안정될 때 까지, 도 2에 나타낸 바와 같이, 장시간을 필요로 한다. 따라서, 플로우 땜납 후 즉시 세트 조정을 행할 수 없다.

본 발명에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 완성품으로 된 압전필터(A)에 대하여 열 에이징 및 자연방치(상온에서 방치)를 실시하고, 그 후에 특성을 선별하고 있다. 즉, 플로우 땜납 전에 열 사이클을 경험시킴으로써 실제로 플로우 땜납을 행하였을 때의 압전필터(A)의 주파수의 변화를 작게 하고, 또한 주파수가 안정될 때 까지의 시간을 단축하고 있다.

도 6은 압전필터(A)의 제조공정을 나타낸다.

우선, 압전소자(1)을 준비하고(단계 S1), 이 압전소자(1)에 리드단자(20∼22)를 땜납한다(단계 S2). 이어서, 외장수지(30)를 디프 코팅하고(단계 S3), 그 외장수지(30)를 가열 경화시킨다(단계 S4). 이상의 단계 S1∼S4에 의해 압전필터(A)가 완성된다.

이어서, 완성품의 압전필터(A)를 오븐에 투입하고, 약 1시간 유지해서 열 에이징을 행한다(단계 S5). 열 에이징 온도는 외장수지(30)의 경화 온도보다 높고, 내부 땜납(S)의 융점보다 낮은 온도가 좋다. 구체적으로는, 150℃∼180℃의 범위가 바람직하다. 이 범위에서 에이징 온도를 바꾸어도 중심주파수의 변화량은 대부분 차이가 생기지 않았다. 열 에이징후 압전필터(A)의 특성이 안정될 때 까지 상온에서 방치한다(단계 S6). 방치 시간은, 예를 들면 100시간 이상이 좋다.

이어서, 특성이 안정된 후의 압전필터(A)의 특성을 측정하고, 선별을 행한다(단계 S7). 이 특성측정에 의해 열 에이징 전후의 압전필터(A)의 주파수의 변화를 알 수 있다.

도 7은 열 에이징 처리(180℃)에 있어서의 경과시간과 중심주파수의 변화량의 관계를 나타낸다.

열 에이징에 의해 중심주파수가 -30kHz이상 저하한 후 자연방치에 의해 서서히 안정값(약 -12kHz)으로 복귀하고 있다.

도 8의 실선은 열 에이징을 실시한 압전필터(A)에 대해서 플로우 땜납후의 경과 시간에 대한 중심주파수의 변화를 나타낸다. 또한, 도8의 파선은 열 에이징을 실시하지 않고 있는 압전필터(A)에 대해서 플로우 땜납 후의 경과 시간에 대한 중심주파수의 변화를 나타내며, 도 2의 특성과 같다.

열 에이징을 실시한 압전필터(A)에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 중심주파수가 -12kHz 정도 저하하기 때문에 이 저하분을 예상하여 플로우 땜납의 시작전에 소정의 중심주파수로 되도록 압전소자를 준비한다. 따라서, 도 8의 열 에이징을 실시하지 않고 있는 압전필터와 열 에이징을 실시한 압전필터의 초기값은 같은 중심주파수가 된다.

도 8로부터 명확해 지듯이, 열 에이징을 실시하지 않고 있는 압전필터(A)에서는 플로우 땜납후 중심주파수가 플로우 땜납전의 -7kHz 정도까지 복귀하는데 100 시간 정도 필요로 하고 있던 것에 반해, 열 에이징을 실시한 압전필터(A)에서는 플로우 땜납후 약 30분에서 중심주파수가 플로우 땜납전의 -3kHz정도까지 복귀하고 있다. 플로우 땜납후의 주파수변화를 30분 후에 비교하면 비열 에이징품에 비교해 서 열 에이징품(본 발명)에서는 50%이하로 저감되었다.

또한, 플로우 땜납후의 안정값도 비열 에이징품에서는 약 -7kHz인 것에 대해 열 에이징품에서는 거의 0kHz이며, 중심주파수가 플로우 땜납전의 값으로 거의 완전하게 복귀하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명과 같이 플로우 땜납전에 열 에이징을 실시함으로써 유저가 플로우 땜납후 세트 조정까지의 시간을 단축할 수 있다. 또한, 플로우 땜납후 세트 조정까지 시간적인 여유가 있을 경우에는 주파수를 플로우 땜납전의 값까지 거의 복귀시킬 수 있어서 주파수의 차이가 없고 세트 조정이 용이하게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니다.

상기 실시예에서는 압전필터에 대해서 설명했지만 리드단자 부착의 외장수지로 밀봉된 구조의 압전부품이라면 필터에 제한되지 않고 적용가능하다.

또한, 리드단자의 개수도 3개로 제한되지 않고, 2개 또는 4개 이상이여도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 청구항 1에 관한 발명에 따르면, 외장수지로 밀봉 된 리드단자 부착의 압전부품에 있어서 완성품의 상태로 열 에이징을 행함으로써 실제로 플로우 땜납을 실시한 후의 주파수변화가 작고, 또한 주파수가 안정값이 될때 까지의 시간을 대폭 단축할 수 있다.

그 때문에, 플로우 땜납후 장시간 방치하지 않아도 세트 조정을 실시할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 플로우 땜납후 안정값으로 된 압전부품의 특성은 플로우 땜납전과 거의 동일하게 되므로 세트 조정이 용이하게 된다.

또한, 열 에이징을 실시함으로써 압전부품의 특성의 경시변화가 적어져 특성이 안정한 압전부품을 실현할 수 있다.

Claims (3)

1. 압전세라믹으로 이루어진 압전소자의 단자전극에 리드단자를 땜납하는 공정;

   리드단자가 땜납된 상기 압전소자의 주위에 외장수지를 도포·경화시켜 압전부품을 얻는 공정;

   수지 경화후의 상기 압전부품에 열 에이징을 행하는 공정;

   열 에이징후 상기 압전소자의 주파수특성이 안정될 때까지 상온에서 방치하는 공정; 및

   상온 방치후 상기 압전소자의 주파수특성을 측정하고 선별하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전부품의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 열 에이징 온도는 상기 외장수지의 경화 온도보다 높고, 상기 남땜의 융점보다 낮은 온도인 것을 특징으로 하는 압전부품의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 열 에이징 온도는 150℃∼180℃인 것을 특징으로 하는 압전부품의 제조방법.

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