KR100930144B1 - 수정 디바이스 및 그 시일링 방법 - Google Patents

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Abstract

압전 디바이스의 패키지를 충분한 접합 강도로 기밀하게 시일링한다.
Au로 이루어지는 평균 입경 0.1~1.0㎛의 금속 분말과 유기용제와 셀룰로오스계 수지 재료를 88~93중량％, 5~15중량％, 0.01~4.0중량％의 비율로 배합한 금속 페이스트 시일링재를, 수정 진동편(5)을 일체로 형성한 중간 수정판(2)의 외측 프레임(6) 상하면의 도전 금속 박막(9, 10)으로 도포하여, 비교적 저온으로 가열해, 1차 소결 처리를 행한다. 이에 의해 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조의 1차 소결체(24)를 형성한 후, 중간 수정판의 상하에 상측 및 하측 기판(3, 4)을 겹치고, 그들 기판의 금속 박막(14, 15, 17)과 외측 프레임 상하면의 1차 소결체를 접촉시켜 가열 가압하며, 2차 소결 처리를 행한다. 이에 의해 1차 소결체의 금속 입자를 치밀하게 재결정화시켜 접합막(25~27)을 형성해, 패키지를 기밀하게 접합 시일링한다.

Description

수정 디바이스 및 그 시일링 방법{QUARTZ CRYSTAL DEVICE AND METHOD FOR SEALING THE SAME}
본 발명은, 진동자, 공진자, 발진기, 필터, 센서 등의 수정 디바이스에 있어서, 예를 들면 음차형 또는 두께 미끄럼 진동 모드의 수정 진동편을 패키지에 기밀하게 시일링하기 위한 금속 페이스트 시일링재 및 상기 금속 페이스트 시일링재를 이용하여 시일링한 수정 디바이스 및 그 시일링 방법에 관한 것이다.
종래, 압전 디바이스는 한층 더 소형화·박형화가 요구됨과 더불어, 회로 기판 등으로의 실장에 적합한 표면 실장형이 많이 사용되어 있다. 일반적으로 표면 실장형의 압전 디바이스는, 세라믹 등의 절연 재료로 이루어지는 패키지 내에 압전 진동편을 시일링하는 구조가 채용되어 있다. 이 종래 구조의 패키지는, 세라믹 재료의 박판를 적층한 상자형 베이스의 캐비티 내에 압전 진동편을 실장하여, 상기 베이스에 리드를 기밀하게 접합하여 시일링한다.
베이스와 리드의 접합은, 리드가 금속제인 경우, 베이스의 상단면에 금속 시일링을 배치해 시임 용접하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 1)이나, 금속막을 피복한 베이스의 상단면에 금속 납재를 배치하여 가열 용해시키는 방법(예를 들면, 특허 문헌 2를 참조)이 알려져 있다. 리드가 세라믹 또는 유리 재료의 경우에는, 베이스와 리드간에 배치한 저융점 유리 또는 수지를 가열 용해시키는 방법(예를 들면, 특허 문헌 3을 참조)이나, 리드의 하면에 메탈라이즈층을 형성하고, 또한 공정 땜납을 용해시켜 세라믹 케이스에 접합하는 방법(예를 들면, 특허 문헌 4를 참조), 리드의 접합부에 형성한 공정용 금속막층을 가열 용해시키는 방법(예를 들면, 특허 문헌 5를 참조)이 알려져 있다.
그런데, 저융점 유리로부터 발생하는 가스나 시임 용접의 고열은, 수정 진동편의 주파수 특성을 저하시키거나 열화시킬 우려가 있다. 또, 저융점 유리는 납을 포함할 경우가 많아, 환경에 영향을 미칠 우려가 있는 점에 있어서 바람직하지 않은 경우가 있다. 그래서, 수정 진동편과 외측 프레임을 일체화한 수정판을 형성하고, 그 상하에 각각 베이스 및 뚜껑으로서 기판을 접합함으로써 소형화 및 박형화한 구조의 수정 진동자가 제안되어 있다.
이러한 구조를 기밀 시일링하기 위해, 예를 들면 수정 진동자와 일체로 이루어지는 외측 프레임의 상하면에 마련한 금속층과 유리로 이루어지는 뚜껑 및 케이스를 양극 접합한 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 6을 참조). 또, 압전판 및 기판의 경면 연마한 상호 접합면을 자외선 조사 또는 산소 플라스마에 의해 청정화하고, 수분의 흡착에 의한 -OH기의 수소 결합으로 접합하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 7을 참조). 또, 압전 기판의 Au막을 형성한 접합 표면과 보호 기판의 Ag막을 형성한 접합 표면을, 플라스마 처리후에 겹치고, 또한 가압 가열하여 확산 접합하는 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 8을 참조).
또한, IDT를 형성한 압전 기판의 주면에 형성한 금속막과 베이스 기판의 주면에 형성한 금속막을, 이온 빔이나 플라스마 조사에 의한 표면 활성화후에 가압하여 직접 접합하는 탄성 표면파 디바이스가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 9를 참조).
최근에는, 압전 진동자 등의 전자 부품을 수용하는 용기에 있어서, 평균 입경 1~100㎚의 금속 미립자와 아민 등의 분산재로 이루어지는 페이스트 상태의 시일링 부재를, 세라믹 재료로 형성된 상자형의 용기부와 금속제의 뚜껑의 접합부에 이용하여 기밀 시일링하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 10, 11을 참조). 특허 문헌 10 기재의 방법은, 시일링 부재를 스크린 인쇄 또는 잉크젯법에 의해 용기부 또는 뚜껑에 도포하여, 양자를 합쳐 250℃ 이하의 분위기로 가열함으로써 접합한다. 특허 문헌 11 기재의 방법은, 페이스트 상태의 시일링 부재를 시트 형태로 하고, 이를 뚜껑으로서 용기부에 접합함으로써 기밀하게 시일링한다.
또, 수정 진동판과 상판 및 하판을, 표면에 유기계 피막을 피복한 평균 입경 1~100 ㎚의 금속 미립자를 유기용매 중에 분산시킨 금속 미립자 페이스트 접합재에 의해 접합한 수정 진동자 등의 압전 디바이스가 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 12를 참조). 페이스트 접합재는, 약 200℃에서의 가열에 의해 유기계 피막을 용해시켜 금속 미립자끼리를 상호 융착 즉 소결 시키는, 금속 미립자간 및 금속막간에서의 금속간 결합에 의해, 압전 디바이스를 기밀하게 시일링한다.
[특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 2000－223606호 공보]
[특허 문헌 2: 일본국 특허 공개 평11－307661호 공보]
[특허 문헌 3: 일본국 특허 공개 2001－244772호 공보]
[특허 문헌 4: 일본국 특허 공개 평9－36690호 공보]
[특허 문헌 5: 일본국 특허 공개 소54－78694호 공보]
[특허 문헌 6: 일본국 특허 공개 2000－68780호 공보]
[특허 문헌 7: 일본국 특허 공개 평7－154177호 공보]
[특허 문헌 8: 국제 공개 번호 WO00/76066호 팸플릿]
[특허 문헌 9: 일본국 특허 공개 소54－78694호 공보]
[특허 문헌 10: 일본국 특허 공개 2005－317793호 공보]
[특허 문헌 11: 일본국 특허 공개 2005－317794호 공보]
[특허 문헌 12: 일본국 특허 공개 2006－186748호 공보]
그러나, 상술한 금속 미립자로 이루어지는 페이스트 형태의 시일링 부재 또는 접합재는, 금속 미립자에 평균 입경 100 ㎚ 이하의 나노 입자를 이용하기 때문에, 그러한 응집을 방지하기 위해, 비교적 다량의 유기용제가 분산제로서 필요하다. 그 때문에, 시일링시에 유기용제로부터 가스가 발생해 패키지 내부에 잔류하거나 시일링후 접합부에 잔류한 유기용제로부터 일시적으로 가스가 발생하고, 압전 진동편의 품질이나 주파수 특성을 열화시킬 우려가 생긴다. 또, 일반적으로 유기용제는 취급이 곤란하고, 유기용제를 다량으로 포함한 시일링 부재는 대량 생산에 적절하지 않고, 또 보관, 운반상의 취급에도 주의를 요한다는 문제가 있다.
그래서 본 발명은, 상술한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 접합시 및 시일링후에 유기용제로부터 가스가 발생해 압전 진동편에 악영향을 줄 우려가 없고, 또한 충분한 접합 강도 및 높은 신뢰성을 가지고 패키지를 기밀하게 시일링할 수 있는 압전 디바이스의 시일링 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 이러한 압전 디바이스의 시일링 방법으로 사용되고, 또한 취급이 비교적 용이하고 대량 생산에 적합한 금속 페이스트 시일링재를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위해, 수정 진동편과 복수의 구성 부품으로 이루어지는 패키지를 구비하고 예를 들면, Au, Ag, Pt, 또는 Pd의 1종 또 는 2종 이상으로 이루어지는 평균 입경 0.1~1.0㎛의 금속 입자와 유기용제와 수지 재료를 88~93중량％, 5~15중량％, 0.01~4.0중량％의 비율로 배합한 금속 페이스트 시일링재를 이용해 상기 구성 부품을 접합하여, 패키지 내에 수정 진동편을 기밀하게 시일링한 수정 디바이스가 제공된다.
본 발명의 수정 디바이스에 사용하는 금속 페이스트 시일링재는, 종래 기술의 나노 미크론 입자를 이용한 금속 페이스트보다, 금속 입자의 입경이 크고, 또한 유기용제의 비율이 대폭 적기 때문에, 예를 들면 약 200~300℃의 비교적 저온으로 소결해도, 금속 입자를 치밀화한 다공성 구조의 소결체를 형성하고, 또한 유기용제 및 수지 재료를 소결체에 실질적으로 잔존하지 않도록 충분히 증발시키는 것을 용이하게 할 수 있다. 이 다공성 구조의 소결체는, 특히 영률이 9~16㎬, 또한 밀도가 10~17g/㎤인 경우에, 비교적 낮은 압력으로 가압해도, 금속 입자를 보다 치밀하게 재결정화할 수 있다. 이 재결정화에 의해, 수정 디바이스의 패키지는 높은 기밀성을 확보할 수 있다.
또한, 미량의 수지 재료를 포함함으로써 적당한 점성을 발휘해, 스크린 인쇄나 디스팬서, 잉크젯 등의 공지 기술을 이용하여 미세한 패턴으로 도포할 수 있고, 또한 도포 후에도 흘러내리지 않고, 그 패턴을 유지할 수 있다. 이 좋은 형상성은, 저온으로의 소결 후에도 동일하게 발휘되어 도포한 그대로의 패턴이 소결체를 가압하여 재결정화했을 때도 유지된다. 따라서, 수정 디바이스는, 패키지를 시일링할 때에 그 시일링폭을 보다 좁게 설정할 수 있기 때문에, 그만큼 패키지 치수를 작게 하여, 디바이스 전체를 소형화하고, 또는 외형 치수를 유지하면서 패키지의 내부 용량을 크게 할 수 있다.
어떤 실시예에서는, 상기 복수의 구성 부품이, 수정 진동편과 외측 프레임을 일체로 결합한 중간 수정판과 금속 페이스트 시일링재에 의해 중간 수정판의 상하 각 면에 각각 접합된 상측 기판 및 하측 기판으로 이루어지는 패키지 구조의 수정 디바이스에 있어서, 상측 기판이 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로를 형성한 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 그 하면에 집적회로에 접속된 단자를 가지고, 중간 수정판이 그 외측 프레임 상면에 상측 기판의 단자에 대응하는 위치에 설치한 단자를 가지고, 상측 기판의 단자와 중간 수정판의 단자를 도전 접속 재료에 의해 직접 접속함으로써, 보다 소형화 또한 저배화(低背化)한 수정 발진기가 실현된다.
다른 실시예에서는, 상기 복수의 구성 부품이, 상부를 개방한 상자형을 이루고, 또한 그 내부에 수정 진동편을 실장한 베이스와, 금속 페이스트 시일링재에 의해 베이스 상단면에 기밀하게 접합된 리드로 이루어지는 패키지 구조의 수정 디바이스에 있어서, 리드가 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로를 형성한 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 그 하면에 집적회로에 접속된 단자를 가지고, 베이스가 그 상단면에 리드의 단자에 대응하는 위치에 설치한 단자를 가지고, 리드의 단자와 베이스의 단자를 도전 접속 재료에 의해 직접 접속함으로써, 동일하게 소형화 또한 저배화한 수정 발진기가 실현된다.
따라서, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 이용하여, 여러가지 패키지 구조를 가지는 수정 등의 압전 디바이스를 기밀하게 시일링하는 방법이 제공된다.
본 발명의 어떤 측면에 의하면, 수정 진동편과 외측 프레임을 일체로 결합한 중간 수정판의 상하 각 면에 상측 기판 및 하측 기판을 각각 접합하여, 그들 사이에 획정되는 캐비티 내에 수정 진동편을 기밀하게 시일링하기 위해, 중간 수정판이 외측 프레임의 상면 및 하면에 금속 박막을 가지고, 또한 상측 기판 및 상기 하측 기판이 각각 상기 외측 프레임과의 접합면에 금속 박막을 가지고,
외측 프레임 상면의 금속 박막 또는 상측 기판의 금속 박막의 적어도 한쪽에, 상술한 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 도포해, 가열함으로써, 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성하는 제1의 1차 소결 처리 공정과,
외측 프레임 하면의 금속 박막 또는 하측 기판의 금속 박막의 적어도 한쪽에, 똑같이 상술한 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 도포해, 가열함으로써, 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성하는 제2의 1차 소결 처리 공정과,
상기 중간 수정판과 상기 상측 기판을, 그들의 상기 1차 소결체를 형성한 한쪽의 상기 금속 박막과 다른 쪽의 상기 금속 박막을 접촉시켜 겹치고 상기 1차 소결체를 가압해 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 상기 외측 프레임에서 기밀하게 접합하는 제1의 2차 소결 처리 공정과,
중간 수정판과 하측 기판을, 그들의 1차 소결체를 형성한 한쪽의 금속 박막과 다른 쪽의 금속 박막을 접촉시켜 겹치고 상기 1차 소결체를 가압해 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 외측 프레임에서 기밀하게 접합하는 제2의 2차 소결 처리 공정을 포함하는 수정 디바이스의 시일링 방법이 제공된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재는, 도포시뿐만이 아니라, 1차 및 2차 소결 처리 후에도 충분하고, 또한 양호한 형상성을 유지해, 또한 2차 소결 처리후의 재결정화에 의해 높은 기밀성을 발휘하므로, 중간 수정판의 외측 프레임에 있어서의 시일링폭을 종래보다 대폭 좁게 할 수 있다. 그 때문에, 중간 수정판의 외측 프레임 치수를 작게 하여 수정 디바이스 전체를 소형화하고, 또는 외측 프레임의 외곽 치수를 유지하면서 그 내형 치수를 크게 하고, 그만큼 실장 가능한 수정 진동편의 외형 치수를 크게 하고, 수정 디바이스의 특성 향상을 도모할 수 있다.
상술한 영률 및 밀도의 1차 소결체는, 원래 페이스트 상태가 아니고, 또한 어느 정도의 부드러움을 가지므로, 2차 소결 처리로 중간 수정판과 상측 및 하측 기판을 겹치고 가압할 때에, 그 재료가 비산해 수정 진동편에 부착하거나 디바이스 내부에 잔존할 우려가 없다. 그 때문에, 수정 디바이스의 진동 특성이 열화하는 일 없이, 유지된다.
또, 1차 소결체의 상기 다공성 구조는, 1차 소결 처리를 비교적 저온으로 행함으로써 형성할 수 있다. 그 때문에, 중간 수정판에 금속 페이스트 시일링재를 도포해 1차 소결 처리하는 경우에도, 수정 진동편에 미치는 열스트레스를 억제할 수 있다.
또한, 1차 소결체에는, 금속 페이스트 시일링재의 유기용제 및 수지 재료가 실질적으로 잔존하지 않기 때문에, 2차 소결 처리에 대해 1차 소결체로부터 유기용제 또는 수지로부터의 아우터 가스가 발생하거나 그것이 압전 디바이스 내부에 잔 류하지 않는다. 또한, 접합 후에도 일시적으로 유기용제 또는 수지의 아우터 가스가 발생할 우려가 없기 때문에, 수정 디바이스의 품질 및 주파수 특성을 장기간에 거쳐 양호하게 유지할 수 있다.
이 패키지 구조의 수정 디바이스에 있어서, 어떤 실시예에서는, 상측 기판 및 하측 기판이, 중간 수정판과 같은 수정으로 형성되기 때문에, 패키지 전체가 같은 열팽창율이 되므로, 환경 온도의 변화 등에 의한 일그러짐이 억제되어 신뢰성이 향상한다.
다른 실시예에서는, 상측 기판이 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로와 상기 집적회로에 접속된 단자를 구비하여 중간 수정판이 그 외측 프레임 상면에 상측 기판의 단자에 접속되는 단자를 가지고, 제1의 2차 소결 처리 공정에서 중간 수정판과 상측 기판을 겹칠 때에, 상측 기판의 단자와 중간 수정판의 단자를 도전 접속 재료에 의해 직접 접속함으로써, 발진기로서 기능하는 수정 디바이스를 비교적 적은 공정수로 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상부를 개방한 상자형을 이루고, 또한 그 내부에 수정 진동편을 실장한 베이스의 상단면에 리드를 접합해 기밀하게 시일링하기 위해, 베이스가 그 단면에 금속면을 가지고, 또한 리드가 베이스 상단면과의 접합면에 금속면을 가지고,
베이스 상단면의 금속면 또는 리드의 금속면의 적어도 한쪽에, 똑같이 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 도포해, 가열함으로써, 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성하는 1차 소결 처리 공정과,
베이스 위에 리드를, 그들의 1차 소결체를 형성한 한쪽의 금속면과 다른 쪽의 금속면을 접촉시켜 겹치고 상기 1차 소결체를 가압하여 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 기밀하게 접합하는 2차 소결 처리 공정을 포함한 수정 디바이스의 시일링 방법이 제공된다.
이러한 패키지 구조의 수정 디바이스에 대해서도, 똑같이 상술한 본 발명에 의한 시일링 방법의 뛰어난 작용 효과가 얻어진다. 특히, 종래의 납재나 시임 용접으로 베이스와 리드를 접합하는 방법과 달리, 베이스에 실장한 압전 진동편에게 부여하는 열스트레스의 영향을 억제할 수 있다. 또, 종래의 시임 용접과 같이 시일링재가 비산해 수정 진동편에 부착할 우려가 없기 때문에, 수정 디바이스의 진동 특성을 열화시키는 일 없이, 유지할 수 있다. 또한, 2차 소결 처리에 의해 상기 금속 입자를 재결정화시킨 접합부는, 종래의 납재에 의한 접합과 같이 고온 환경하에서 재용해할 우려가 없기 때문에, 일시적으로 높은 기밀성이 확보된다. 따라서, 수정 디바이스를 회로 기판 등에 실장한 후에, 불량 부품의 리페어 프로세스로 가열되어도, 기밀성을 해칠 우려가 없고, 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.
또, 이 패키지 구조를 가지는 수정 등의 압전 디바이스에 있어서, 어떤 실시예에서는, 상기 리드가 유리판으로 이루어지고, 또한 그 한쪽의 면에 금속막을 형성함으로써, 베이스 상단면의 1차 소결체와 접합하거나 금속 페이스트 시일링재를 도포하기 위한 금속면을 마련할 수 있다. 이 경우, 리드 하면의 일부 영역에 금속막을 형성하지 않음으로써, 시일링 후에 외측으로부터 리드를 투과해 조사되는 레이저 광으로 수정 진동편의 주파수를 조정할 수 있다.
다른 실시예에서는, 상기 리드가 금속판으로 이루어지고, 또한 그 한쪽 면을 그대로, 베이스 상단면의 1차 소결체와 접합하거나 금속 페이스트 시일링재를 도포하기 위한 금속면으로서 이용할 수 있고, 금속막을 형성할 필요가 없기 때문에, 유리하다.
또한, 다른 실시예에서는, 리드가 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로와 상기 집적회로에 접속된 단자를 구비하여 베이스가 그 상단면에 리드의 단자에 접속되는 단자를 가지고, 2차 소결 처리 공정에서, 대해 베이스 위에 리드를 겹칠 때에, 리드의 단자와 베이스의 단자를 도전 접속 재료에 의해 직접 접속함으로써, 발진기로서 기능하는 수정 디바이스를 비교적 적은 공정수로 제조할 수 있다.
또, 어떤 실시예에서는, 2차 소결 처리 공정에 있어서 가압함과 동시에 가열함으로써, 1차 소결체의 금속 입자를 보다 양호하고 또한 효과적으로 재결정화시켜 접합할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 제1 구성 부품과 제2 구성 부품으로 이루어지는 패키지를 가지는 전자 부품에 있어서, 제1 구성 부품과 제2 구성 부품을 접합해 그들 사이에 획정되는 캐비티 내에 전자 소자 등을 기밀하게 시일링하기 위해, 제1 구성 부품 및 제2 구성 부품이 상호의 접합면에 각각 금속면을 가지고,
제1 구성 부품의 금속면 또는 제2 구성 부품의 금속면의 적어도 한쪽에, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 도포해, 가열함으로써, 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성하는 1차 소결 처리 공정과,
제1 구성 부품과 제2 구성 부품을, 그들의 1차 소결체를 형성한 한쪽의 금속면과 다른 쪽의 금속면을 접촉시켜 겹치고 상기 1차 소결체를 가압해 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 기밀하게 접합하는 2차 소결 처리 공정을 포함한 전자 부품의 시일링 방법이 제공된다.
이에 의해, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 이용하여, 압전 디바이스 이외의 여러가지 전자 부품을 패키지 내에 기밀하게 시일링할 수 있어 똑같이 본 발명에 의한 수정 디바이스의 시일링 방법에 대해 상술한 뛰어난 작용 효과가 얻어진다. 이 경우에도, 2차 소결 처리 공정에서 가압하는 것과 동시에 가열함으로써, 1차 소결체의 금속 입자를 보다 양호하고 또한 효과적으로 재결정화시켜 접합할 수 있다.
이하에, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 금속 페이스트 시일링재는, 금속 입자와 유기용제와 수지 재료로 구성된다. 상기 금속 입자는, 예를 들면 Au, Ag, Pt, Pd의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 평균 입경 0.1~1.0㎛의 서브 미크론 입자이다. 상기 유기용제는, 약 200℃의 비교적 저온으로 증발할 수 있는 에스테르 알코올 등을 사용한다. 상기 수지 재료는, 상기 금속 페이스트 시일링재에 어느 정도의 점도를 부여하기 위해 첨가되며, 예를 들면, 셀룰로오스계 수지 재료를 사용한다. 상기 금속 페이스트 시일링재의 배합은, 금속 분말 88~93중량％, 유기용제 5~15중량％, 수지 재 료 0.01~4.0중량％의 비율로 설정한다.
　본 발명의 금속 페이스트 시일링재는, 종래 기술의 나노 미크론 입자를 이용한 금속 페이스트보다, 금속 입자의 입경이 크고, 또한 유기용제의 비율이 대폭 적기 때문에, 예를 들면 약 200~300℃의 비교적 저온으로 소결함으로써, 후술하는 바와 같이 금속 입자를 융착시켜 치밀화한 다공성 구조의 소결체를 용이하게 형성할 수 있다. 게다가, 저온으로의 소결 처리에 의해서도, 금속 페이스트 시일링재 중의 유기용제 및 수지 재료를, 소결체에 실질적으로 잔존하지 않도록 충분히 증발시킬 수 있다. 또, 이 다공성 구조의 소결체는, 비교적 낮은 압력으로 가압해도, 상기 금속 입자를 보다 치밀화하고 재결정화하는 것이 용이하다. 이 재결정화에 의해 높은 기밀성을 확보할 수 있으므로, 특히 압전 디바이스나 전자 부품의 패키지를 진공 시일링하는데 적합하다.
또한, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재는, 미량의 수지 재료를 포함하는 것으로, 스크린 인쇄나 디스팬서, 잉크젯 등의 공지 기술을 이용해 용이하게 원하는 미세한 패턴에 도포할 수 있고, 또한 도포 후에도 흘러내리지 않고 그 패턴을 유지할 수 있는 적당한 점성을 가진다. 이 좋은 형상성은, 저온으로의 소결 후에도 동일하고, 도포했을 때의 패턴이 소결체를 가압해 재결정화했을 때도 그대로 유지된다. 따라서, 압전 디바이스 등의 패키지를 시일링할 때에, 그 시일링폭을 보다 좁게 설정할 수 있다.
도 1 (A), (B)은, 본 발명의 방법에 의해 제1 실시예의 수정 진동자를 시일링하는 공정을 설명하고 있다. 본 실시예의 수정 진동자(1)는, 수정 진동편을 가지 는 중간 수정판(2), 패키지의 뚜껑이 되는 상측 기판(3), 및 베이스가 되는 하측 기판(4)을 가진다. 중간 수정판(2)은 AT컷의 수정판으로 형성되어, 그 상하에 상측 및 하측 기판(3, 4)을 적층해 일체로 접합된다. 상측 및 하측 기판(3, 4)은, 동일하게 수정 박판으로 형성하는 것이 바람직하고, 또는 유리 재료나 실리콘으로 형성할 수도 있다.
중간 수정판(2)은, 도 2 (A)~(C)에 나타낸 바와 같이, 전체적으로 균일한 두께의 수정 박판으로 이루어지고, 두께 전단 모드의 수정 진동편(5)과 그 기단부(5a)로 일체로 결합된 외측 프레임(6)을 가진다. 수정 진동편(5)의 상하 각 면에는 여진 전극(7, 8)이 형성되어 각각 기단부(5a)로부터 배선막(7a, 8a)에 의해 인출되고, 외측 프레임(6)의 상면 및 하면의 전체 둘레에 걸쳐 형성된 도전 금속 박막(9, 10)과 전기적으로 접속되어 있다. 외측 프레임(6)의 수정 진동편(5)을 결합한 측의 길이 방향 단부에는 스루홀(11)이 설치되고, 상기 길이 방향 단부의 하면에는, 수정 소면(素面)의 영역(12)으로 도전 금속 박막(10)으로부터 분리된 도전 금속 박막(13)이 형성되어 스루홀(11) 내부의 도전막을 통해 상면의 도전 금속 박막(9)과 전기적으로 접속되어 있다.
상측 기판(3)은, 도 3 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 중간 수정판(2)과의 대향면 즉, 하면에 볼록부(3a)가 형성되어 있다. 상측 기판(3) 하면의 볼록부(3a)를 에워싸는 주변부가, 중간 수정판(2)과의 접합면을 구성해, 상기 외측 프레임의 도전 금속 박막(9)에 대응하는 금속 박막(14)으로 피복되어 있다.
하측 기판(4)은, 도 4 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 똑같이 중간 수정판(2) 과의 대향면 즉, 상면에 볼록부(4a)가 형성되어 있다. 하측 기판(4) 상면의 오목부(4a)를 에워싸는 주변부가, 중간 수정판(2)과의 접합면을 구성해, 상기 외측 프레임의 도전 금속 박막(10)에 대응하는 금속 박막(15)과 상기 금속 박막으로부터 수정 소면의 영역(16)으로 분리하고, 상기 외측 프레임의 도전 금속 박막(13)에 대응하는 금속 박막(17)이 형성되어 있다. 또, 하측 기판(4)의 하면에는, 외부로의 인출 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있다.
상기 중간 수정판의 각 도전 금속 박막(9, 10, 13) 및 상기 상측, 하측 기판의 금속 박막(14. 15. 17)은, 예를 들면 Cr막, Ni막, Ni/Cr막, Ti막 또는 Ni-Cr막을 하지막(下地膜, base film)으로서 그 위에 Au막을 적층해 형성하는 것이 바람직하다. 다른 실시예에서는, 이러한 금속 박막을 Al, Ag, Cu, Pd, Pt, Sn, Ti, Al/Si, 또는 Ni/Cr로 형성할 수 있다. 이들 금속 박막은, 스퍼터링, 증착, 도금, 다이렉트 도금 등의 공지 방법을 이용해 또는 그들을 조합하여 용이하게 성막(成膜)된다.
본 발명의 방법에 의하면, 도 1 (A)에 나타낸 바와 같이, 중간 수정판(2)의 외측 프레임(6) 상하면의 각 도전 금속 박막(9, 10, 13) 상에 상술한 본 발명의 금속 페이스트 시일링재(18, 19, 20)를 도포한다. 상기 금속 페이스트 시일링재의 도포는, 예를 들면 스크린 인쇄, 디스팬서, 또는 잉크젯 등의 공지 방법에 의해 행한다. 도 5 (A)는, 도전 금속 박막(9) 상에 도포한 금속 페이스트 시일링재(18)의 상태를 예시한다. 동일 도면에 나타낸 바와 같이, 금속 페이스트 시일링재(18)는, 금속 입자(21)가 유기용제(22) 중에 대략 균일하게 분산한다. 또한, 유기용제(22) 중 에는 수지(23)가 균일하게 분산해, 상기 금속 페이스트 시일링재에 어느 정도의 점성을 부여한다. 이 점성에 의해, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재는 충분한 형상성을 발휘하므로, 고정밀한 패턴으로 도포하고, 또한 그것을 유지할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 입자가 Au의 경우, 금속 페이스트 시일링재는 스크린 인쇄에 의해, 최소 패턴폭 0.05㎜, 최소 두께 10㎛ 정도까지 미세하게 형성할 수 있다.
다음에, 중간 수정판(2)을 예를 들면, 핫 플레이트, 클린 오븐, 벨트 노 등의 공지 수단을 이용해 약 200~300℃의 비교적 저온으로 단시간, 예를 들면 약 10~30분 가열함으로써, 1차 소결 처리를 행한다. 이 1차 소결 처리에 의해, 상기 금속 페이스트 시일링재의 금속 입자를 소결시켜, 1차 소결체를 형성한다. 도 5 (B)에 예시된 바와 같이, 1차 소결체(24)는, 상기 금속 페이스트 시일링재로부터 유기용제(22) 및 수지(23)가 증발하고, 인접하는 금속 입자(21)끼리가 그 사이에 얼마 안되는 틈새를 남기면서 융착해 치밀하게 접하는 다공성 구조를 구성한다. 또한, 상기 1차 소결체는, 하측의 상기 각 금속 박막과의 계면에서도 금속 입자(21)가 치밀화해, 상기 금속 박막과 결합한다. 수지(23)는, 1차 소결 처리에 의해 완전하게 증발하지 않고 , 그 일부가 잔존하는 일이 있다. 그 경우에서도, 잔존한 수지는, 금속 입자(21)의 틈새에 들어가므로, 상술한 다공성 구조를 구성하는데 아무런 영향을 주지 않는다.
본 발명에 의하면, 상기 다공성 구조는, 1차 소결체(24)의 영률이 9~16㎬, 밀도가 10~17g/㎤이면, 가장 적합하다. 금속 입자(21)는, 1차 소결 처리의 온도가 낮으면 원래의 구형을 비교적 유지하지만, 고온이 될수록, 원형을 유지할 수 없는 정도로 표면의 소결이 진행해 서로 융착하는 것이 확인되었다. 또, 1차 소결체(24)의 영률 및 밀도는, 1차 소결 처리의 온도가 낮을수록 낮고, 고온이 될수록 높아진다. 또, 1차 소결 처리의 가열은 비교적 저온이므로, 그것이 중간 수정판(2)의 수정 진동편(5)에 미치는 열스트레스를 억제할 수 있다.
다음에, 중간 수정판(2)의 상면 및 하면에 상측 및 하측 기판(3, 4)을 각각 서로 위치 조정하여 겹치고, 상기 1차 소결체와 금속 박막(14, 15, 17)을 접촉시켜 균일하게 가압함으로써, 2차 소결 처리를 행한다. 상술한 영률 및 밀도를 가지는 1차 소결체(24)는, 원래 페이스트 상태가 아니고, 게다가 적당한 부드러움을 가지므로, 가압에 의해 그 재료가 비산하여 수정 진동편(5)에 부착하거나 캐비티(28) 내부에 잔존할 우려가 없다. 그 때문에, 시일링 후의 수정 진동편(1)의 진동 특성이 열화하지 않고, 유지된다.
2차 소결 처리의 가압 조건은, 중간 수정판이나 기판의 치수, 접합면의 크기, 사용하는 상기 금속 페이스트 시일링재의 양이나 두께에 따라서 다르지만, 본 실시예에서는, 예를 들면 약 39~176 N/㎟의 압력을 약 10분간 인가한다. 또한, 예를 들면 약 200~350℃의 온도로 가열하면서 가압함으로써, 상기 2차 소결 처리를 보다 양호하게 행할 수 있다. 이 가열도 비교적 저온이므로, 중간 수정판(2)의 수정 진동편(5)에 미치는 열스트레스는 억제된다.
이 2차 소결 처리에 의해, 상기 1차 소결체는, 상기 금속 입자가 보다 치밀하게 융착하고, 도 5 (B)에 나타내는 다공성 구조의 상기 틈새를 완전히 압궤(壓潰)하고, 도 5 (C)에 예시된 바와 같이, 재결정화한 접합막(25)을 형성한다. 접합 막(25~27)은 상기 상측 및 하측 기판의 각 금속 박막(14, 15, 17)과의 계면에 대해서도, 이들 금속 박막과 상기 금속 입자가 긴밀하게 결합하여 일체화한다. 이에 의해, 중간 수정판(2)과 상측 및 하측 기판(3, 4)이 각각 높은 기밀성을 가지고 접합되어 그들 사이에 획정되는 캐비티(28) 내에, 수정 진동편(5)이 기단부(5a)에서 외팔보로 받쳐져 뜨게 된 상태로 시일링된다.
상기 2차 소결 처리를 진공 분위기 또는 불활성 가스 분위기 내에서 행하면 수정 진동편(5)을 진공 시일링 또는 가스 시일링할 수 있다. 접합되는 중간 수정판(2)의 상기 1차 소결체와 상측 및 하측 기판(3, 4)의 상기 금속 박막을, 2차 소결 처리전에 공지의 플라스마 처리나 이온 빔 처리 등에서 표면 활성화, 청정화해 두면, 보다 양호하고 또한 안정적으로 접합할 수 있고 접합 신뢰성이 향상한다.
상술한 것처럼, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재는, 도포시뿐만이 아니라, 1차 및 2차 소결 처리 후도 충분하고 또한 양호한 형상성을 유지하고, 또한 2차 소결 처리 후에 금속 입자의 재결정화에 의해 높은 기밀성을 발휘하므로, 외측 프레임(6)에 있어서의 시일링폭을 종래보다 대폭 좁게 할 수 있다. 그 결과, 중간 수정판(2)의 외형 치수를 작게 하고, 수정 진동자(1) 전체를 소형화할 수 있다. 또, 외측 프레임(6)의 외곽 치수를 유지하면서 캐비티(28)의 치수를 크게 하고, 그만큼 실장 가능한 수정 진동편(5)의 외형 치수를 크게 하고, 수정 진동자의 특성을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 1차 소결 처리로 상기 금속 페이스트 시일링재의 유기용제 및 수지가 충분히 증발했으므로, 2차 소결 처리에 있어서 1차 소결체 로부터 상기 유기용제 또는 수지의 아우터 가스가 발생하거나 수정 진동자(1)의 캐비티(28) 내에 잔류하지 않는다. 또, 접합 후에 접합막(25~27)으로부터 일시적으로 상기 유기용제 또는 수지의 아우터 가스가 발생할 우려도 없다. 따라서, 수정 진동자(1)의 품질 및 주파수 특성을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다.
다른 실시예에서는, 상기 상측 및 하측 기판의 금속 박막(14, 15, 17)에도, 상기 금속 페이스트 시일링재를 도포할 수 있다. 이들 금속 박막 상에 상기 금속 페이스트 시일링재는, 중간 수정판(2)의 경우와 같게 가열함으로써 1차 소결 처리를 실시해, 상기 다공성 구조의 1차 소결체를 형성한다. 다음, 상측 및 하측 기판(3, 4)과 중간 수정판(2)을 각각 위치 조정하여 겹치고, 그들의 1차 소결체끼리를 접촉시켜서, 상기 실시예와 동일하게 가압함으로써, 2차 소결 처리를 행한다. 1차 소결체끼리의 계면에서는, 금속 입자가 긴밀히 융착해 재결정화하고, 실질적으로 1개의 접합막을 형성한다. 따라서, 중간 수정판(2)과 상측 및 하측 기판(3, 4)을 보다 강고하게 접합할 수 있다.
또, 다른 실시예에서는, 상기 금속 페이스트 시일링재를 상기 중간 수정판이 아니고, 상기 상측 및 하측 기판의 금속 박막(14, 15, 17)에게만 도포할 수도 있다. 상기 1차 소결 처리는 상기 상측 및 하측 기판에 대해서만 실시하므로, 그 가열 온도가 중간 수정판(2)의 수정 진동편에 영향을 줄 우려는 없다.
또 다른 실시예에서는, 중간 수정판(2)과 상측 기판(3) 또는 하측 기판(4)의 한쪽을 먼저 접합해, 그 후에 다른 쪽을 접합할 수 있다. 이 후의 접합 공정에서는, 2차 소결 처리를 진공 또는 소정의 가스 분위기 내에서 행함으로써, 수정 진동 편(5)을 진공 시일링 또는 가스 시일링할 수 있다. 또한, 이 2차 소결 처리를 행할 때에, 수정 웨이퍼를 적당한 온도로 가열하면서 가압할 수도 있다.
다음에, 본 발명의 방법을 적용하고, 다수의 수정 진동자(1)를 일괄하여 제조하는 공정을 설명한다. 먼저, 도 6 (A)에 나타낸 바와 같이, 복수의 중간 수정판(2)를 세로 및 가로 방향에 연속적으로 배치한 대형의 중간 수정 웨이퍼(30)를 준비한다. 각 중간 수정판(2)의 수정 진동편(5) 및 외측 프레임(6)의 형상은, 수정 웨이퍼를 예를 들면, 포토 에칭함으로써 형성한다. 중간 수정 웨이퍼(30) 상하 양면의 수정 진동편(5) 및 외측 프레임(6)에 대응하는 영역에는, 도전 재료를 증착, 스퍼터링 등으로 성막하고 또한 패터닝함으로써, 상기 여진 전극, 배선막 및 도전 금속 박막이 형성된다.
이와 병행하여, 복수의 상측 기판(3) 및 하측 기판(4)을 각각 세로 및 가로 방향으로 연속하여 배치한 대형의 상측 수정 웨이퍼(31) 및 하측 수정 웨이퍼(32)를 준비한다. 양쪽 수정 웨이퍼(31, 32)에는, 각각 중간 수정 웨이퍼(30)와의 대향면에 복수의 오목부(3a, 4a)가, 예를 들면 에칭 또는 샌드 블레스트 가공 등에 의해 형성된다. 또한, 양 수정 웨이퍼(31, 32)에는, 상측 기판(3) 하면의 금속 박막(14) 및 하측 기판(4) 상면의 금속 박막(15, 17)에 각각 대응하는 금속 박막(도시하지 않음)이, 중간 수정 웨이퍼(30)의 대향면에 증착, 스퍼터링 등에 의해 형성된다. 하측 수정 웨이퍼(32)에는, 세로 및 가로 방향으로 직교하는 하측 기판(4)의 외곽선의 교점에 각각 원형 관통공(33)이 형성된다. 하측 수정 웨이퍼(32)의 하면에는, 각 하측 기판(4) 하면의 외부로의 인출 전극이 형성된다.
다음에, 도 6 (B)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재(34, 35)를, 중간 수정 웨이퍼(30) 상하 양면의 외측 프레임(6)에 대응하는 영역의 상기 도전 금속 박막상에 도포한다. 금속 페이스트 시일링재(34, 35)는, 상술한 배합에 의해 적절한 점성을 가지므로, 스크린 인쇄에 의해 원하는 미세한 패턴에 용이하게 도포하고, 또한 상기 패턴을 유지할 수 있다. 다른 실시예에서는, 도 6 (B)에 상상선으로 나타낸 바와 같이 디스팬서(36)를 이용해 연속적으로, 또는 잉크젯법에 의해 연속하는 도트 형태로 도포할 수 있다. 본 발명의 금속 페이스트 시일링재는, 상술한 배합에 의해, 직경 0.1㎜, 두께 15㎛의 도트 형태로 도포하는 것이 가능하다.
또 다른 실시예에서는, 상기 금속 페이스트 시일링재를 도포해야 할 영역을 획정하도록 레지스트 프레임을 형성해, 그 내측에 상기 금속 페이스트 시일링재를 충전해 도포할 수 있다. 이 레지스트 프레임은, 포토리소그래피 기술을 이용해 포토레지스트를 패터닝함으로써 고정밀하게 형성할 수 있고, 상기 금속 페이스트 시일링재의 도포 후에 또는 1차 소성 처리 후에 용이하게 제거할 수 있다.
다음에, 중간 수정 웨이퍼(30)를, 도 1 (A)의 경우와 같이 핫 플레이트 등에 의해 약 200~300℃의 온도로 소정 시간 가열하고, 1차 소결 처리를 행한다. 이에 의해, 금속 페이스트 시일링재(34, 35)를 소결하고, 상기 다공성 구조의 1차 소결체를 형성한다. 이 중간 수정 웨이퍼(30)의 상하 각 면에, 도 7 (A)에 나타낸 바와 같이 상측 및 하측 수정 웨이퍼(31, 32)를 각각 위치 조정해 겹치고, 도 1(B)의 경우와 같이 가압하여, 2차 소결 처리를 행한다.
상기 2차 소결 처리는, 상기 수정 웨이퍼를 예를 들면 약 200~350℃의 온도로 가열하면서 행할 수 있다. 또, 상기 2차 소결 처리는, 진공 또는 소정의 가스 분위기 내에서 행함으로써, 똑같이 각 수정 진동편(5)을 진공 시일링 또는 가스 시일링할 수 있다. 또한, 상기 중간 수정 웨이퍼의 상하 양면의 1차 소결체와 상기 상측 및 하측 수정 웨이퍼의 각 금속 박막을, 적당한 반응 가스로 플라스마 처리하거나 이온 빔을 조사하여 균일하게 표면 활성화함으로써, 보다 양호하고, 또한 안정적인 접합 및 접합 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
이와 같이 하여, 중간 수정 웨이퍼(30)와 상측 및 하측 수정 웨이퍼(31, 32)를 기밀하게 접합한 도 7 (B)의 수정 웨이퍼 적층체(37)가 얻어진다. 동일 도면에 나타낸 바와 같이, 수정 웨이퍼 적층체(37)를 종횡으로 직교하는 수정 진동자의 외곽선(38)에 따라, 다이싱 등에 의해 절단 분할하여 개편화함으로써, 도 1에 나타내는 수정 진동자(1)가 완성된다. 각 하측 기판(4) 저면의 상기 인출 전극은, 다이싱 전의 수정 웨이퍼 적층체(37) 상태로 스퍼터링 등에 의해 형성할 수도 있다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 도 6 (A)의 중간 수정 웨이퍼(30)에 스크린 인쇄로 도포했다. 금속 페이스트 시일링재(39)는, 다이싱을 위해 외곽선(38)의 양측으로 일정한 폭의 영역(30a)을 남기도록, 각 외측 프레임(6)에 직사각형 프레임 형태의 미세한 패턴으로 형성했다. 금속 페이스트 시일링재(39)의 조성 및 물성을 다음과 같이 설정했다.
조성：　금속(Au) 입자 함유량： 88wt％, 평균 입자 지름 0.3㎛
　　　　유기용제 함유량： 10.4wt％
　　　　수지 함유량： 1.6wt％
물성：　점도： 190㎩·s
　　　　요변성비： 4.9
이 결과 금속 페이스트 시일링재(39)는, 외부 치수 2.95㎜(L1)×1.25㎜(W1), 내부 치수 2.85㎜(L2)×1.15㎜(W2), 선폭 0.05㎜의 직사각형 프레임 형태로 미세 패턴을 형성할 수 있다.
다른 실시예에서는, 중간 수정 웨이퍼(30)와 상측 수정 웨이퍼(31) 또는 하측 수정 웨이퍼(32)의 한쪽을 먼저 접합하고, 그 후에 다른 쪽을 접합할 수 있다. 이 경우, 3번째장의 상기 수정 웨이퍼를 접합한 후의 공정으로, 2차 소결 처리를 진공 또는 소정의 가스 분위기 내에서 행함으로써, 각 수정 진동편(5)을 진공 시일링 또는 가스 시일링할 수 있다.
또, 먼저 2장의 상기 수정 웨이퍼를 접합한 상태에서, 수정 진동편(5)마다 특성 시험 및 주파수의 측정을 행할 수 있다. 또한, 예를 들면 레이저 광의 조사 등에 의해 각 수정 진동자(5)의 여진 전극을 부분적으로 삭제하고, 그 주파수를 개별적으로 조정할 수 있다.
이 경우, 중간 수정 웨이퍼(30)는, 미리 각 외측 프레임(6)의 상하 각면에 상기 도전 금속 박막을, 수정 진동자의 외곽선(38)에 따라 다이싱하는 선폭만큼 제외하여 패터닝한다. 이와 같이 상측 및 하측 수정 웨이퍼(31, 32)는, 미리 각각 상기 상측 및 하측 기판의 각 금속 박막(14, 15, 17)에 대응하는 상기 금속 박막을, 수정 진동자의 외곽선(38)에 따르는 다이싱의 선폭만큼 제외하고 패터닝한다. 금속 페이스트 시일링재(34, 35)는, 상술한 바와 같이 형상성이 좋고 또한 상기 도전 금속 박막상에만 도포된다. 따라서, 중간 수정 웨이퍼(30)의 각 수정 진동편(5)은, 1차 및 2차 소결 처리의 전후에 있어서도, 웨이퍼 상태로 인접하는 다른 수정 진동편으로부터 전기적으로 분리 독립되어 있다.
본 발명은, 상기 제1 실시예와 다른 여러가지 패키지 구조의 압전 디바이스에 대해서도, 똑같이 적용할 수 있다. 도 9 (A), (B)는, 본 발명의 방법에 의해 제2 실시예의 수정 진동자를 시일링하는 공정을 설명하고 있다. 본 실시예의 수정 진동자(41)는, 절연 재료로 이루어지는 직사각형 상자 형태의 베이스(42)로 평판 형태의 리드(43)로 이루어지는 패키지 구성을 가진다. 베이스(42)는, 도 9(A) 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 복수의 세라믹 재료 박판(42a~42c)을 적층하고, 상부를 개방한 상자형으로 형성한다. 베이스(42) 내부에 획정되는 캐비티(44)에는, 수정 진동편(45)이 실장되어 있다.
본 실시예의 수정 진동편(45)은, 예를 들면 AT컷 수정판으로 이루어지는 두께 전단 모드의 진동편이고, 그 상하 각면에는 여진 전극(46, 46)이 형성되고, 또한 한쪽의 단부 즉 기단부(45a)에는, 좌우에 상기 각 여진 전극으로부터의 인출 전극(47, 47)이 형성되어 있다. 베이스(42)의 캐비티(44) 저면에는, 길이 방향의 한쪽의 단부 부근에 1쌍의 전극 패드(48, 48)가 형성되어 있다. 수정 진동편(45)은, 기단부(45a)에서 각 인출 전극(47, 47)을 대응하는 전극 패드(48, 48)에 도전성 접착제(49)로 고정함으로써, 전기적으로 접속되고, 또한 외팔보로 받쳐져 대략 수평으로 지지되어 있다.
본 실시예의 리드(43)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 유리 재료로 이루어지는 평탄한 직사각형의 박판(50)으로 형성된다. 리드(43)의 하면에는, 금속 박막(51)이 전면에 피복되어 있다. 금속 박막(51)은, 도 11에 상상선으로 나타낸 바와 같이 리드(43) 하면의 주변부를 따라서, 베이스(42) 상단면과 접합되는 영역(43a)에만 형성해도 좋다. 다른 실시예에서는, 리드(43)를 수정이나 세라믹 등의 절연 재료나 코바르, SUS 등의 금속 재료의 박판으로 형성할 수 있다. 리드(43)가 금속 재료로 이루어지는 경우, 그 재질에 따라 금속 박막(51)을 생략해, 그 금속면을 그대로 접합면으로서 사용할 수도 있다.
베이스(42)의 상단면에는, 금속 박막(52)이 피착(被着)되어 있다. 리드(43) 및 베이스(42)의 각 금속 박막(51, 52)은, 제1 실시예의 상측 및 하측 기판(3, 4)과 같이, 스퍼터링, 증착 또는 도금 등의 방법으로, 예를 들면 Cr막, Ni막, Ni/Cr막, Ti막 또는 Ni-Cr막으로 이루어지는 하지막 위에 Au막을 적층해 형성하는 것이 바람직하고, 또는 Al, Ag, Cu, Pd, Pt, Sn, Ti, Al/Si, 또는 Ni/Cr로 형성할 수도 있다.
본 발명의 방법에 의하면, 도 9 (A)에 나타낸 바와 같이, 베이스(42) 상단면의 금속 박막(52) 상에 상술한 본 발명의 금속 페이스트 시일링재(53)를 도포한다. 상기 금속 페이스트 시일링재의 도포는, 똑같이 스크린 인쇄, 디스팬서, 또는 잉크젯 등의 방법에 의해 행한다. 다음에, 제1 실시예의 경우와 같이, 베이스(42)를 약 200~300℃의 비교적 저온으로 가열함으로써, 1차 소결 처리를 행한다. 이에 의해, 금속 페이스트 시일링재(53)는, 그 금속 입자가 소결하고, 상기 다공성 구조를 가 지는 1차 소결체를 형성한다. 1차 소결 처리의 가열은 비교적 저온이므로, 그가 베이스(42) 내의 수정 진동편(45)에 미치는 열스트레스는 억제된다.
이 상태에서, 수정 진동편(45)의 특성 시험 및 주파수의 측정을 실시하고, 또한 레이저 광의 조사 등에 의해 여진 전극(46)을 부분적으로 삭제하고 주파수를 조정할 수 있다. 금속 페이스트 시일링재(53)의 도포 및 1차 소결 처리는, 수정 진동편(45)을 베이스(42)에 실장하기 전 또는 후의 어느 쪽으로 실시해도 좋다.
다음에, 베이스(42)의 상단면에 리드(43)를 위치 조정하여 배치하고, 제1 실시예의 경우와 같은 조건으로 가압함으로써, 2차 소결 처리를 행한다. 상기 1차 소결체는, 상술한 것처럼 적당한 부드러움을 가지므로, 가압에 의해 그 재료가 비산하여 수정 진동편(45)에 부착하거나 캐비티(44) 내부에 잔존할 우려가 없다. 그 때문에, 시일링 후의 수정 진동편(41)의 진동 특성이 열화하지 않고, 유지된다.
도 9 (B)에 나타낸 바와 같이, 2차 소결 처리에 의해, 상기 1차 소결체는, 상기 금속 입자가 보다 치밀하게 융착하여 재결정화한 접합막(54)을 형성한다. 접합막(54)은, 상기 리드의 금속 박막(51)과의 계면에서도, 상기 금속 박막과 상기 금속 입자가 긴밀히 결합해 일체화하고, 베이스(42)와 리드(43)를 높은 기밀성을 가지고 접합한다. 상기 금속 입자가 재결정화한 접합막(54)은, 종래의 납재에 의한 접합부와 같이 고온 환경하에서 재용해할 우려가 없기 때문에, 일시적으로 높은 기밀성이 확보된다. 따라서, 수정 진동자(41)를 회로 기판 등으로 실장한 후에 불량 부품의 리페어 프로세스에서 가열되어도, 기밀성을 해칠 우려가 없고, 높은 신뢰성을 유지할 수 있다.
또한, 상기 2차 소결 처리는, 예를 들면 약 200~350℃의 온도로 가열하면서 가압하면, 보다 양호하게 행할 수 있다. 이 가열도 비교적 저온이므로, 수정 진동편(45)에 미치는 열스트레스는 억제된다. 상기 2차 소결 처리는, 진공 또는 원하는 가스 분위기 내에서 실시하여, 수정 진동편(45)을 진공 시일링 또는 가스 시일링할 수 있다.
본 실시예에 있어서도, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재가, 도포시뿐만이 아니라 1차 및 2차 소결 처리 후도 발휘하는 양호한 형상성과, 2차 소결 처리 후의 금속 입자의 재결정화에 의한 높은 기밀성에 의해, 베이스(42) 상단면에서의 시일링폭을 종래보다 대폭 좁게 할 수 있다. 그 결과, 베이스(42)의 외형 치수를 작게 하고 수정 진동자(41) 전체를 소형화할 수 있다. 또, 베이스(42)의 외곽 치수를 유지하면서 캐비티(44)의 치수를 크게 하고, 그만큼 실장 가능한 수정 진동편(45)의 외형 치수를 크게 하고, 수정 진동자의 특성을 향상시킬 수 있다.
동일하게 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 베이스(42) 상단면 뿐만이 아니라, 리드(43)의 금속 박막(51)에도 도포하여, 1차 소결 처리에 의해 상기 다공성 구조의 1차 소결체를 형성하고, 이를 베이스(43) 상단면의 상기 1차 소결체와 접촉시켜 2차 소결 처리를 행할 수 있다. 또, 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 리드(43)의 금속 박막(51)에만 도포해, 1차 소결 처리에 의해 상기 다공성 구조의 1차 소결체를 형성해, 이를 베이스(42) 상단면의 금속 박막(52)과 직접 접촉시켜 2차 소결 처리를 행할 수 있다. 이 경우, 상기 1차 소결 처리는 리드(43)에 있어서만 행하므로, 그 가열 온도가 베이스(42)에 실장한 수정 진동편(45)에 영향을 줄 우려는 없다.
본 발명은, 상기 제1 및 제2 실시예와 다른 패키지 구조의 압전 디바이스에서도 같이 적용할 수 있다. 도 12는, 제2 실시예에 유사한 패키지 구조의 수정 발진기(61)를 나타내고 있다. 수정 발진기(61)는, 제2 실시예의 베이스(42)와 같이, 복수의 세라믹 재료 박판을 적층하고, 또한 상부를 개방한 상자형으로 형성되어, 그 내부에 획정되는 캐비티(64) 내에 수정 진동편(65)이 실장되어 있다.
수정 진동편(65)은, AT컷 수정판으로 이루어지는 두께 전단 모드의 진동편이고, 그 상하 각 면에 여진 전극(66, 66)이 형성되고, 또한 한쪽의 단부 즉 기단부(65a)에 상기 각 여진 전극으로부터의 인출 전극(67, 67)이 형성되어 있다. 베이스(62)의 캐비티(64) 저면에는, 그 길이 방향의 한쪽의 단부 부근에 1쌍의 전극 패드(68, 68)가 형성되어 있다. 수정 진동편(65)은, 기단부(65a)에 있어서 상기 각 인출 전극을 대응하는 전극 패드(68, 68)에 도전성 접착제(69)로 고정함으로써, 전기적으로 접속되고, 또한 외팔보로 받쳐져 대략 수평으로 지지된다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 베이스(62)의 상단면에는, 그 외주를 따라서 소정폭의 금속 박막(70)이 피착되어 있다. 또한, 베이스(62)의 길이 방향 양단부의 상단면에는, 금속 박막(70)의 내측에, 또한 상기 금속 박막으로부터 이격하여, 각각 본딩 패드(71, 72)가 형성되어 있다. 상기 각 본딩 패드는, 도시하지 않는 배선에 의해 수정 진동편(65)의 상기 여진 전극 또는 외부의 전원, 회로 등에 접속되는 단자로서 사용된다.
본 실시예의 리드(63)는, 실리콘 재료의 평탄한 직사각형 박판으로 형성된 다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 리드(63)의 하면에는, 그 외주를 따라 베이스(62) 상단면과 접합되는 부분에 소정폭의 금속 피막(73)이 피착되어 있다. 금속 피막(73)의 내측에는, 리드(63)의 길이 방향 양단부에 본딩 패드(74, 75)가, 각각 베이스(62) 상단면의 본딩 패드(71, 72)에 직접 접속하는 단자로서 그들에 대응하는 위치에 설치되어 있다. 또한, 리드(63)의 금속 피막(73)의 내측 영역에는, 수정 진동편(65)의 구동을 제어하기 위한 집적회로 및 그와 본딩 패드(74, 75)를 접속하는 배선이 형성되어 있다(도시하지 않음).
베이스(62)와 리드(63)는, 본 발명의 방법을 이용하고, 도 15 (A), (B)에 나타낸 바와 같이 접합된다. 제2 실시예의 경우와 같이, 베이스(62) 상단면의 금속 박막(70) 상에 본 발명의 금속 페이스트 시일링재(76)를, 상술한 스크린 인쇄 등의 방법으로 도포한다. 베이스(62)를 약 200~300℃의 비교적 저온으로 가열해 1차 소결 처리를 실시해, 금속 페이스트 시일링재(76)를 다공성 구조의 1차 소결체로 한다. 한편, 베이스(62)의 상기 각 본딩 패드상에는, 도 15 (A)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, Au볼(78)을 용착시켜 범프를 형성한다. 상기 범프에는, Au 이외에 땜납등의 여러가지 공지의 도전 재료를 이용할 수 있다. 또 상기 범프는, 베이스(62)의 본딩 패드가 아니고, 리드(63)의 각 본딩 패드상에 형성해도 좋다.
다음에, 도 15 (B)에 나타낸 바와 같이, 베이스(62)의 상단면에 리드(63)를 위치 조정하여 배치하고, 상기 각 실시예와 같이 가열하면서 가압해, 2차 소결 처리를 행한다. 이에 의해, 금속 페이스트 시일링재(76)의 상기 1차 소결체는, 그에 포함되는 금속 입자가 치밀하게 융착해 재결정화하고, 베이스(62)의 금속 박막(70) 및 리드(63)의 금속 피막(73)과 일체화하여 접합막(77)을 형성한다. 이와 동시에, 2차 소결 처리의 가열 가압 작용에 의해, 각 범프(79)가 리드(63)의 상기 각 본딩 패드에 용착한다. 이에 의해, 베이스(62)의 각 본딩 패드(71, 72)와 리드(63)의 대응하는 본딩 패드(74, 75)가 전기적으로 접속된다.
베이스(62)의 상기 본딩 패드와 리드(63)의 상기 본딩 패드는, Au 등의 금속 범프 이외에, 공지의 여러가지 도전 접속 재료에 의해 전기적으로 접속할 수 있다. 예를 들면, 도전성 접착제나 도전 페이스트, 금속 페이스트 등을 이용할 수 있다.
접합막(77)에 의해, 베이스(62)와 리드(63)는 높은 기밀성을 가지고 접합되어 수정 진동편(65)을 패키지 내부에 진공 시일링 또는 가스 시일링한다. 또한, 본 실시예에 의하면, 수정 진동편(65)을 실장한 베이스(62)에 상기 수정 진동편의 구동용 IC칩으로서 기능을 가지는 리드(63)를 기밀하게 접합함으로써, 보다 소형화 또한 저배화한 표면 실장형의 수정 발진기를 실현할 수 있다.
이와 같이 수정 진동편을 구동하는 IC칩을 일체화한 수정 발진기는, 제1 실시예의 패키지 구조에 대해서도 적용할 수 있다. 도 16은, 그러한 제1 실시예에 유사한 패키지 구조의 수정 발진기(81)를 나타내고 있다. 수정 발진기(81)는, 제1 실시예의 수정 진동자(1)와 같이, 수정 진동편을 가지는 중간 수정판(82)의 상하에, 패키지의 뚜껑이 되는 상측 기판(83) 및 베이스가 되는 하측 기판(84)을 적층해 일체로 접합된다. 본 실시예는, 중간 수정판(82)이 균일한 두께의 AT컷 수정판으로 형성되어 하측 기판(84)이 수정 박판이나 유리 재료 또는 실리콘 등으로 형성되는데 비하여, 상측 기판(83)은 실리콘 재료로 형성된다.
중간 수정판(82)은, 도 17에 나타낸 바와 같이, 두께 전단 모드의 수정 진동편(85)과 그 기단부(85a)로 일체로 결합된 외측 프레임(86)을 가진다. 수정 진동편(85)의 상하 각 면에는 여진 전극(87, 87)이 형성되어 각각 기단부(85a)로부터 그를 결합한 측의 외측 프레임(86)의 길이 방향 단부에 배선막(87a)이 인출된다. 외측 프레임(86) 상면에는, 그 외주를 따라 소정폭의 도전 금속 박막(88)이 형성되어 있다. 도시한 바와 같이, 본 실시예에서는, 도전 금속 박막(88)과 배선막(87a)을 분리시켰지만, 전기적으로 접속시켜도 좋다.
중간 수정판(82)의 하면은, 도 2의 중간 수정판(2)과 같이 형성된다. 외측 프레임(86)의 하면에는 전체 둘레에 걸쳐 도전 금속 박막이 형성되어 수정 진동편(85) 하면의 여진 전극으로부터 인출된 상기 배선막과 전기적으로 접속되어 있다. 외측 프레임(86) 하면의 수정 진동편(85)을 결합한 측의 길이 방향 단부에는, 상기 배선막으로부터 분리한 도전 금속 박막이 형성되어 스루홀(89)을 통해 외측 프레임(86) 상면의 배선막(87a)과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 외측 프레임(86)의 길이 방향 양단부의 상면에는, 도전 금속 박막(88)의 내측에, 또한 상기 금속 박막으로부터 이격하여, 각각 본딩 패드(90, 91)가 형성되어 있다. 본딩 패드(90, 91)는, 도시하지 않은 배선에 의해 수정 진동편(85)의 상기 여진 전극 또는 외부의 전원, 회로 등에 접속되는 단자로서 사용된다.
상측 기판(83)은, 도 18에 나타낸 바와 같이, 중간 수정판(82)과의 대향면 즉 하면에 오목부(83a)가 형성되어 있다. 상측 기판(83) 하면의 오목부(83a)를 에워싸는 주변부가, 중간 수정판(82)과의 접합면을 구성해, 상기 외측 프레임의 도전 금속 박막(88)에 대응하는 금속 박막(92)으로 피복되어 있다. 금속 피막(92)의 내측에는, 상측 기판(83)의 길이 방향 양단부에 본딩 패드(93, 94)가, 각각 중간 수정판(82)의 외측 프레임(86) 상면의 본딩 패드(90, 91)에 직접 접속하는 단자로서 그들에 대응하는 위치에 설치되어 있다. 더욱 상측 기판(83)의 금속 피막(92)의 내측 영역에는, 수정 진동편(85)의 구동을 제어하기 위한 집적회로 및 그와 본딩 패드(93, 94)를 접속하는 배선이 형성되어 있다(도시하지 않음).
중간 수정판(82)과 상측 및 하측 기판(83, 84)과는, 본 발명의 방법을 이용하여 접합된다. 제1 실시예의 경우와 같이, 중간 수정판(82)의 외측 프레임(86) 상하면의 상기 도전 금속 박막에 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 도포한다. 이 중간 수정판(82)을 약 200~300℃의 비교적 저온으로 가열해 1차 소결 처리를 실시해, 상기 금속 페이스트 시일링재를 다공성 구조의 1차 소결체로 한다. 중간 수정판(82)의 외측 프레임(86) 상면의 상기 각 본딩 패드 상에는, 도 15 (A)와 같이, Au볼 등의 여러가지 공지의 도전 재료로 이루어지는 범프를 형성한다. 상기 범프는, 중간 수정판(82)이 아니고, 상측 기판(83)의 상기 각 본딩 패드상에 형성해도 좋다.
다음에, 중간 수정판(82)의 상면 및 하면에 상측 및 하측 기판(83, 84)을 각각 위치 조정하여 겹치고, 제1 실시예와 같이 가열하면서 가압하여 2차 소결 처리를 행한다. 이에 의해, 중간 수정판(82)의 상하면과 상측 및 하측 기판(83, 84)과의 사이에, 상기 금속 페이스트 시일링재의 1차 소결체는, 그에 포함되는 금속 입자가 치밀하게 융착하여 재결정화하고, 접합막(95, 96)을 형성한다. 이와 동시에, 2차 소결 처리의 가열 가압 작용에 의해, 범프(97, 98)가 용착함으로써, 중간 수정판(82)의 각 본딩 패드(90, 91)와 상측 기판(83)의 대응하는 본딩 패드(93, 94)를 전기적으로 접속된다.
또한, 본 발명은, 음차형 수정 진동편을 가지는 수정 진동자나 수정 발진기 등의 수정 디바이스에 대해서도 적용할 수 있다. 도 19는, 도 1의 제1 실시예의 패키지 구조를 가지는 음차형 수정 진동자(101)를 나타내고 있다. 수정 진동자(101)는, 제1 실시예의 수정 진동자(1)와 같이, 수정 진동편을 가지는 평판 형태의 중간 수정판(102)의 상하에, 패키지의 뚜껑이 되는 상측 기판(103) 및 베이스가 되는 하측 기판(104)을 적층해 일체로 접합된다. 중간 수정판(102)은 균일한 두께의 AT컷 수정판으로 형성되어 상측 및 하측 기판(103, 104)은 바람직하기는 수정 박판으로, 또는 유리 재료나 실리콘 등으로 형성된다.
중간 수정판(102)은, 도 20 (A), (B)에 나타내었듯이, 1쌍의 진동팔을 가지는 음차형 수정 진동편(105)과 그 기단부(105a)와 일체로 결합된 외측 프레임(106)을 가진다. 상기 진동팔의 표면에 형성된 한쪽의 여진 전극(107)은, 기단부(105a)로부터 인출되어 외측 프레임(106) 상면의 도전 금속 박막(108)과 전기적으로 접속되어 있다. 상기 진동팔 표면의 한쪽의 여진 전극(109)은, 똑같이 상기 기단부로부터 인출되어 외측 프레임(106) 하면의 도전 금속 박막(110)과 전기적으로 접속되어 있다. 외측 프레임(106)의 수정 진동편(105)을 결합한 측의 길이 방향 단부는, 스루홀(111) 내부의 도전막을 통해, 외측 프레임(106) 하면에 도전 금속 박막(110)으로부터 분리한 도전 금속 박막(112)이, 외측 프레임(106) 상면의 도전 금속 박 막(108)과 전기적으로 접속되어 있다.
상측 기판(103)은, 도 21에 나타낸 바와 같이, 중간 수정판(102)과의 대향면에 오목부(103a)가 형성되어 상기 오목부를 둘러싸는 주변 부분, 즉 중간 수정판(102)과의 접합면에 금속 박막(113)이 형성되어 있다. 하측 기판(104)은, 도 22에 나타낸 바와 같이, 중간 수정판(102)과의 대향면에 오목부(104a)가 형성되어 상기 오목부를 둘러싸는 주변 부분, 즉 중간 수정판(102)과의 접합면에, 상기 중간 수정판 하면의 도전 금속 박막(110, 112)에 대응하는 금속 박막(114, 115)이 형성되어 있다. 그들 오목부에 의해 획정되는 캐비티 내에, 수정 진동편(105)은 그 기단부(105a)에서 외팔보로 받쳐져 유지 수용된다. 또한, 하측 기판(104)에는, 그 대략 중앙에 시일링공(116)이 관설(貫設)되어 있다.
중간 수정판(102)과 상측 및 하측 기판(103, 104)은, 본 발명의 방법을 이용해 접합된다. 제1 실시예의 경우와 같이, 중간 수정판(102)의 외측 프레임(106) 상하면의 도전 금속 박막(108, 110, 112)에 본 발명의 금속 페이스트 시일링재를 도포한다. 이 중간 수정판(102)을 약 200~300℃의 비교적 저온으로 가열하여 1차 소결 처리를 실시해, 상기 금속 페이스트 시일링재를 다공성 구조의 1차 소결체로 한다. 다음에, 중간 수정판(102)의 상면 및 하면에 상측 및 하측 기판(103, 104)을 각각 위치 조정하여 겹쳐 가압하여 2차 소결 처리를 행한다. 이에 의해, 상기 금속 페이스트 시일링재의 1차 소결체는, 그에 포함되는 금속 입자가 치밀하게 융착해 재결정화하고, 중간 수정판(102)의 상하면과 상측 및 하측 기판(103, 104) 사이에 접합막(117~119)이 형성되어, 수정 진동편(105)이 패키지 내에 시일링된다.
다음에, 이 패키지를 진공 분위기에 배치해, 시일링공(116)을 시일재(120)로 기밀하게 폐색(閉塞)한다. 시일재(120)에는, 예를 들면 Au－Sn 등의 저융점 금속 재료를 이용할 수 있고, 상기 금속 재료를 시일링공 내에 배치하고, 또한 외부로부터 레이저 광 등을 조사하여 용착시킨다. 상기 시일링공은, 그 내면을 미리 금속막으로 피복 해 두면, 금속 재료를 보다 양호하게 용착할 수 있으므로 바람직하다. 본 실시예에서는, 이와 같이 상기 시일링공을 이용함으로써, 패키지의 기밀 시일링시에 상기 금속 페이스트 시일링재로부터 발생할 우려가 있는 불필요한 가스를 패키지 내부로부터 배제할 수 있고, 수정 진동자(101)를 보다 높은 진공도로 시일링할 수 있다.
이상, 본 발명의 적합 실시예에 대해 상세하게 설명했지만, 당업자에게 분명한 바와 같이, 본 발명은 그 기술적 범위 내에 있어서, 상기 각 실시예에 여러가지 변경·변형을 더해 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 중간 수정판은, 수정 이외에, 탄탈산리튬, 니오브산리튬 등의 다른 여러가지 공지의 압전 재료로 형성할 수 있다. 또 본 발명은, 진동자 또는 발진기 이외에, 공진자, 필터, 센서 등의 압전 디바이스에 대해서도 적용할 수 있다. 제2 실시예와 같은 구조에서는, 패키지 내에 IC소자 등을 탑재할 수 있다. 또, 수정 진동편 대신에 압전 진동 자이로 소자를 탑재하여 압전 자이로 센서를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명은, 압전 디바이스 이외의 여러가지 전자 부품을 패키지 내에 기밀하게 시일링하기 위해 적용할 수 있다. 이 경우, 패키지를 구성하는 각 부품은 상호의 접합면에 각각 금속면을 가지고, 그 적어도 한쪽의 금속면에 본 발명의 금 속 페이스트 시일링재를 도포해, 상기 각 실시예와 같이 가열함으로써, 1차 소결 처리를 행한다. 이에 의해 상기 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성한 후, 양구성 부품을, 그들의 1차 소결체를 형성한 한쪽의 금속면과 다른 쪽의 금속면을 접촉시켜 겹치고, 임의로 가열하면서, 1차 소결체를 가압하여 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 2차 소결 처리를 행한다. 이에 의해, 패키지를 기밀하게 접합하여 그 내부에 전자 부품을 기밀하게 시일링할 수 있다.
도 1 (A) 및 도 1 (B)는, 본 발명의 방법에 따라 제1 실시예의 수정 진동자를 시일링하는 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2 (A)는 제1 실시예의 수정 진동자를 구성하는 중간 수정판의 상면도이고, 도 2 (B)는 그 하면도, 도 2 (C) 그 단면도이다.
도 3 (A)은 제1 실시예의 수정 진동자를 구성하는 상측 기판의 하면도이고, 도 3(B)은 그 단면도이다.
도 4 (A)는 제1 실시예의 수정 진동자를 구성하는 하측 기판의 상면도이고, 도 4(B)는 그 단면도이다.
도 5 (A)~(C)는, 도 1의 시일링 공정에 있어서 금속 페이스트 시일링재가 페이스트 상태로부터 재결정화하는 과정을 모식적으로 나타낸 부분 확대 단면도이다.
도 6 (A)는 본 발명의 방법을 적용한 수정 진동자의 제조 공정에 있어서, 일체로 접합하는 3장의 수정 웨이퍼를 나타낸 개략 사시도이고, 도 6 (B)은 금속 페이스트 시일링재를 도포한 중간 수정 웨이퍼를 나타낸 부분 확대 단면도이다.
도 7 (A)은 3장의 수정 웨이퍼를 접합하는 요령을 나타낸 설명도, 도 7 (B)은 3장의 수정 웨이퍼의 접합체를 나타낸 개략 사시도이다.
도 8은 금속 페이스트재를 도포한 도 6의 중간 수정 웨이퍼를 나타낸 부분 확대 평면도이다.
도 9 (A)는 본 발명의 방법에 의해 제2 실시예의 수정 진동자를 시일링하는 공정을 나타낸 단면도이고, 도 9 (B)는 시일링한 제2 실시예의 수정 진동자를 나타 낸 단면도이다.
도 10은 제2 실시예의 수정 진동자의 베이스의 평면도이다.
도 11은 제2 실시예의 수정 진동자의 리드의 하면도이다.
도 12는 본 발명을 적용한 수정 발진기의 단면도이다.
도 13은 도 12의 수정 발진기의 베이스의 평면도이다.
도 14는 도 12의 수정 발진기의 리드의 하면도이다.
도 15 (A), (B)는 도 12의 수정 발진기의 시일링 공정을 나타낸 부분 확대 단면도이다.
도 16은 본 발명을 적용한 다른 수정 발진기의 단면도이다.
도 17은 도 16의 수정 발진기의 중간 수정판의 상면도이다.
도 18은 도 16의 수정 발진기의 상측 기판의 하면도이다.
도 19는 본 발명을 적용한 음차형 수정 진동자의 단면도이다.
도 20 (A)은 도 19의 수정 진동자의 중간 수정판의 상면도이고, 도 20 (B)은 그 하면도이다.
도 21은 도 19의 수정 진동자의 상측 기판의 하면도이다.
도 22는 도 19의 수정 진동자의 하측 기판의 상면도이다.
[부호의 설명]
1, 41, 61, 81, 101…수정 진동자
2, 82, 102…중간 수정판
3, 83, 103…상측 기판
3a, 4a, 83a, 103a, 104a…오목부
4, 83, 104 … 하측 기판
5, 45, 65, 85, 105…수정 진동편
5a, 45a, 65a, 85a, 105a…기단부
6, 86, 106…외측 프레임
7, 8, 46, 66, 87, 107, 109…여진 전극
7a, 8a, 87a…배선막
9, 10, 13, 88, 108, 110, 112…도전 금속 박막
11, 89, 111…스루홀
12, 16, 30a…영역
14, 15, 17, 51, 52, 70, 73, 92, 113~115…금속 박막
18~20, 34, 35, 39, 53, 76…금속 페이스트 시일링재
21…금속 입자
22…칩
23…수지
24…1차 소결체
25~27, 54, 77, 95, 96, 117~119…접합막
28, 44…캐비티
30…중간 수정 웨이퍼
31…상측 수정 웨이퍼
32…하측 수정 웨이퍼
33…관통공
36…디스펜서
37…웨이퍼 적층체
38…외곽선
42, 62…베이스
42a~42c…세라믹 재료 박판
43, 63…리드
47, 67…인출 전극
48, 68…전극 패드
49, 69…도전성 접착재
50…박판
71, 72, 74, 75, 90, 91, 93, 94…본딩 패드
78…Au볼
79, 97, 98…범프
116…시일링공
120…시일재

Claims (14)

  1. 복수의 구성 부품으로 이루어지는 패키지 내에 수정 진동편을 구비하고, 상기 복수의 구성부품을 접합막에 의해 접합한 수정 디바이스로서,
    상기 접합막은, 복수의 구성부품의 서로 마주보는 접합면 중 적어도 어느 한쪽의 접합면에 도포된 금속 입자로 이루어지는 금속 페이스트 시일링재를 1차 소결하여 다공성 구조로 하고, 상기 다공성 구조를 2차 소결하여 재결정화 시킨 것임을 특징으로 하는 수정 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 페이스트 시일링재의 상기 금속 입자가, 평균 입경 0.1~1.0㎛의 입자인 것을 특징으로 하는 수정 디바이스.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 금속 페이스트 시일링재의 상기 금속 입자가 Au, Ag, Pt, 또는 Pd의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 구성 부품이,
    상기 수정 진동편과 외측 프레임을 일체로 결합한 중간 수정판과,
    상기 접합막에 의해 상기 중간 수정판의 상하 각 면에 각각 접합된 상측 기판 및 하측 기판으로 이루어지고,
    상기 상측 기판이 상기 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로를 형성한 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 그 하면에 상기 집적회로에 접속된 단자를 가지고,
    상기 중간 수정판이 상기 외측 프레임 상면에 상기 상측 기판의 상기 단자에 대응하는 위치에 설치한 단자를 가지고,
    상기 상측 기판의 상기 단자와 상기 중간 수정판의 상기 단자가 도전 접속 재료에 의해 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 구성 부품이,
    상부를 개방한 상자형을 이루고 또한 그 내부에 상기 수정 진동편을 실장한 베이스와,
    상기 접합막에 의해 상기 베이스의 상단면에 기밀하게 접합된 리드로 이루어지고,
    상기 리드가 상기 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로를 형성한 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 그 하면에 상기 집적회로에 접속된 단자를 가지고,
    상기 베이스가 그 상기 상단면에 상기 리드의 상기 단자에 대응하는 위치에 설치한 단자를 가지고,
    상기 리드의 상기 단자와 상기 베이스의 상기 단자가 도전 접속 재료에 의해 직접 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스.
  6. 수정 진동편과 외측 프레임을 일체로 결합한 중간 수정판의 상하 각 면에 상측 기판 및 하측 기판을 각각 접합하고, 그들 사이에 획정되는 캐비티 내에 상기 수정 진동편을 기밀하게 시일링하기 위해, 상기 중간 수정판이 상기 외측 프레임의 상면 및 하면에 금속 박막을 가지고, 또한 상기 상측 기판 및 상기 하측 기판이 각각 상기 외측 프레임과의 접합면에 금속 박막을 가지고,
    상기 외측 프레임 상면의 상기 금속 박막 또는 상기 상측 기판의 상기 금속 박막의 적어도 한쪽에 청구항 1에 기재된 금속 페이스트 시일링재를 도포하여 가열함으로써, 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성하는 제1의 1차 소결 처리 공정과,
    상기 외측 프레임 하면의 상기 금속 박막 또는 상기 하측 기판의 상기 금속 박막의 적어도 한쪽에 상기 금속 페이스트 시일링재를 도포하여 가열함으로써, 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성하는 제2의 1차 소결 처리 공정과,
    상기 중간 수정판과 상기 상측 기판을, 그들의 상기 1차 소결체를 형성한 한쪽의 상기 금속 박막과 다른 쪽의 상기 금속 박막을 접촉시켜 겹치고, 상기 1차 소결체를 가압해 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 상기 외측 프레임에서 기밀하게 접합하는 제1의 2차 소결 처리 공정과,
    상기 중간 수정판과 상기 하측 기판을, 그들의 상기 1차 소결체를 형성한 한쪽의 상기 금속 박막과 다른 쪽의 상기 금속 박막을 접촉시켜 겹치고, 상기 1차 소결체를 가압해 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 상기 외측 프레임에서 기밀하게 접합하는 제2의 2차 소결 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  7. 상부를 개방한 상자형을 이루고, 또한 그 내부에 수정 진동편을 실장한 베이스의 상단면에 리드를 접합하여 기밀하게 시일링하기 위해,
    상기 베이스가 그 상기 상단면에 금속면을 가지고, 또한 상기 리드가 상기 상단면과의 접합면에 금속면을 가지고,
    상기 베이스 상단면의 상기 금속면 또는 상기 리드의 상기 금속면의 적어도 한쪽에 청구항 1에 기재된 금속 페이스트 시일링재를 도포하여, 가열함으로써, 영률 9~16㎬ 및 밀도 10~17g/㎤의 다공성 구조를 가지는 1차 소결체를 형성하는 1차 소결 처리 공정과,
    상기 베이스 위에 상기 리드를, 그들의 상기 1차 소결체를 형성한 한쪽의 상기 금속면과 다른 쪽의 상기 금속면을 접촉시켜 겹치고, 상기 1차 소결체를 가압해 그 금속 입자를 치밀하게 재결정화시킴으로써, 기밀하게 접합하는 2차 소결 처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 상측 기판 및 상기 하측 기판이 수정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 상측 기판이 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 상기 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로와 상기 집적회로에 접속된 단자를 구비하고,
    상기 중간 수정판이 상기 외측 프레임 상면에 상기 상측 기판의 상기 단자에 접속되는 단자를 가지고,
    상기 제1의 2차 소결 처리 공정에 있어서 상기 중간 수정판과 상기 상측 기판을 겹칠 때에, 상기 상측 기판의 상기 단자와 상기 중간 수정판의 상기 단자를 도전 접속 재료에 의해 직접 접속하는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 리드가 유리판으로 이루어지고, 또한 그 한쪽 면에 금속막을 형성함으로써 상기 금속면을 설치한 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 리드가 금속판으로 이루어지고, 또한 그 한쪽 면에 상기 금속면을 가지는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 리드가 실리콘 재료로 이루어지고, 또한 상기 수정 진동편을 구동하기 위한 집적회로와 상기 집적회로에 접속된 단자를 구비하고,
    상기 베이스가 그 상기 상단면에 상기 리드의 상기 단자에 접속되는 단자를 가지고,
    상기 2차 소결 처리 공정에 있어서, 상기 베이스 위에 상기 리드를 겹칠 때에, 상기 리드의 상기 단자와 상기 베이스의 상기 단자를 도전 접속 재료에 의해 직접 접속하는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  13. 청구항 6, 8, 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1의 2차 소결 처리 공정 및 상기 제2의 2차 소결 처리 공정에 있어서 가압함과 동시에 가열하는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
  14. 청구항 7, 10 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차 소결 처리 공정에 있어서 가압함과 동시에 가열하는 것을 특징으로 하는 수정 디바이스의 시일링 방법.
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