KR20010066793A - 저융점 글래스, 절연 패키지 및 밀봉 부재 - Google Patents

저융점 글래스, 절연 패키지 및 밀봉 부재 Download PDF

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KR20010066793A
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고또요시히로
데라이가쯔야
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Abstract

절연 패키지는 바닥판 및 프레임 본체를 갖는 절연 기부와, 절연 기부의 내측으로부터 외측으로 안내된 전극과, 프레임 본체를 밀봉하기 위한 금속 캡이 마련된다. 금속 캡은 저융점 글래스에 의해 프레임 본체에 부착된다. 저융점 글래스는 Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 한 종류를 함유하며, 글래스 내측에는, 10 ㎛ 이상의 직경을 갖는 구형 입자가 분산된다.

Description

저융점 글래스, 절연 패키지 및 밀봉 부재{LOW MELTING POINT GLASS, INSULATING PACKAGE, AND SEALING MEMBER}
본 발명은 수정 진동자용으로 양호한 저융점 글래스와 절연 패키지와 밀봉 부재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저융점 글래스와 절연 패키지와 밀봉을 위한 밀봉 부재에 관한 것이다.
최근, 전자 부품의 소형화, 감량화 및 표면 장착화 경향에 따라, 수정 진동자에서도 원통형 금속 패키지가 세라믹 패키지로 교체되어 왔다. 이하에서는 그 일반적인 형태에 대하여 설명하기로 한다.
도1a 내지 도1c는 종래의 표면 장착식 수정 진동자(G)를 도시한 것으로, 도1a는 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도1b는 길이 방향으로 중심선을 따라 도시한 종단면도이고, 도1c는 하부도이다.
종래의 표면 장착식 진동자(G)에서, 세라믹으로 제조된 바닥판(101) 및 프레임 본체(102)는 절연 기부(115)를 구성하도록 형성되고 합체된다. 바닥판(101)은 판상을 갖는다. 프레임 본체(102)은 프레임 형상을 갖는다.
바닥판(101)의 길이 방향으로 일단부의 상부면에는 도1a에서 도시된 바와 같이, Ag/Pb 페이스트(paste)가 도포되고 소결되어서 Ag/Pb 전극(103, 104)이 형성된다. Ag/Pb 전극(103)은 도1b에 도시된 바와 같이 바닥판(101)과 프레임 본체(102) 사이를 통과함으로써 바닥판(101)의 길이 방향으로 일단부로부터 외측으로 안내된다. 도1b에 도시된 바와 같이 다른 Ag/Pb 전극(104)은 프레임 본체(102) 아래에 우회로(detour)를 만듦으로써 바닥판(101)의 타단부로부터 외측으로 안내된다. 또한, 바닥판(101)의 하부면의 길이 방향으로 양단부에는 Ag/Pb 단자(105, 106)가 형성된다. Ag/Pb 전극(103, 104)은 바닥판(101)의 단부면을 거쳐 Ag/Pb 단자(105, 106)에 각각 연결된다. Ag/Pb 전극(103, 104)과 Ag/Pb 단자(105, 106) 상에는, 도시되지는 않았지만 무전해 Ni 도금층 및/또는 무전해 Au 도금층이 형성된다.
Ag/Pb 전극(103, 104)에는 양면에 전극(도시 안됨)을 갖는 수정 진동편(108)이 도전 접착제에 의해 부착되어서 Ag/Pb 전극(103, 104)과 수정 진동편(108)이 서로 연결된다.
또한, 바닥판(101)의 상부면에서 Ag/Pb 전극(103, 104)의 대향측의 단부에 근접해서, 수정 진동편(108)을 수평 상태로 지지하기 위한 지지부(107)가 형성된다. 지지부(107)는 몇몇 경우 "필로우(pillow)"라고 지칭된다.
프레임 본체(102) 상에는, 세라믹제 캡(10)이 저융점 글래스(109)를 거쳐 부착된다. 이로써, 절연 패키지의 내면은 밀봉된다.
그러나, 표면 장착식 진동자(G)에는 심각한 문제가 있다. 그것은 바닥판(101), 프레임 본체(102) 및 캡(110)이 세라믹으로 제조되기 때문에, 수정 진동편(108)과의 열팽창 계수의 차로 인해, 수정 진동편(108)에 응력이 더해져서 진동 특성이 변화된다는 것이다.
또한, 세라믹제 캡(110)이 사용되면, 기계적 강도의 관점에서 진동자를 박형으로 만드는 데 한계가 있다. 따라서, 전체 수정 진동자(G)를 높이 낮은 것으로 만드는 데에도 한계가 있다.
따라서, 본 발명에서는 절연 기부를 글래스 세라믹 콤파운드로 제조하고 세라믹제 캡의 위치에 스테인리스 강으로 제조된 금속 캡을 사용하고 있다. 도2a 내지 도2c는 종래의 표면 장착식 수정 진동자(H)를 도시하고 있으며, 도2a는 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도2b는 길이 방향으로 중심선을 따라 취한 종단면도이고, 도2c는 하부도이다.
종래의 표면 장착식 수정 진동자(H)에는, 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 바닥판(121)과 프레임 본체(122)가 절연 기부(135)를 구성하도록 형성되어 합체된다. 또한, 프레임 본체(122) 상에는 저융점 글래스(109)를 거쳐 스테인리스 강으로 제조된 금속 캡(130)이 부착된다. 다른 구조는 표면 장착식 수정 진동자에서와 동일하다.
글래스 세라믹 콤파운드는 알칼리성 글래스에서 30 내지 70 중량%의 포스테라이트의 미세 분말을 분산시킴으로써 형성되며, 열팽창 계수는 100×10-7내지 150×-7(/℃)이다. 이런 글래스 세라믹을 사용함으로써, 수정 진동편과 금속 캡 사이의 열팽창 계수의 차는 제거되거나 크게 저감된다. 따라서, 열팽창 계수차에 의해 야기되는 응력에 인한 금속 캡의 박리와 수정 진동편의 특성 변화는 방지될 수 있다.
그러나, 이런 수정 진동편이 고온 고습으로 저장될 때, 프레임 본체와 저융점 글래스 사이에서 박리가 발생되는 현상이 보인다.
본 발명의 목적은 절연 기부와 캡 사이에 안정적 밀봉이 이루어질 수 있도록저융점 글래스와, 절연 패키지와, 밀봉 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 저융점 글래스는 Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 한 종류를 함유한다.
본 발명의 발명자는 위 현상에 대한 원인을 철저하게 연구한 결과, 글래스 세라믹을 구성하는 알칼리성 글래스가 저융점 글래스를 구성하는 인산을 용출해서, 저융점 글래스의 조성을 변화시키고 그 밀봉성을 손상시킴으로써, 박리가 발생된다는 것을 발견하였다. 또한, 발명자는 이런 현상을 방지하기 위한 방법을 철저하게 연구하였으며, 그 결과, 어떤 종류의 첨가물을 저융점 글래스에 첨가함으로써, 이런 현상이 방지될 수 있음을 발견하였다.
상술한 저융점 글래스에서는, 글래스 세라믹에서의 알칼리성 글래스 성분으로 인해 저융점 글래스에서 인산이 용출하는 것이 첨가물에 의해 억제되거나 방지되고 글래스 세라믹으로 저융점 글래스가 직접 밀봉될 수 있는 작용을 한다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 글래스 세라믹 밀봉 부재는 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 기부 부재와, 기부 부재를 밀봉하는 데 사용되는 저융점 글래스를 포함한다. 저융점 글래스는 Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 한 종류의 물질을 함유한다.
본 발명의 제2 태양에서, 글래스 세라믹에서의 알칼리성 글래스 성분으로 인해 저융점 글래스에서 인산이 용출하는 것이 첨가물에 의해 억제되거나 방지됨으로써, 글래스 세라믹 밀봉 부재의 기밀성이 증가될 수 있다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 밀봉 부재는 세라믹으로 제조된 기부 부재와, 기부 부재를 밀봉하는 데 사용될 저융점 글래스와, 기부 부재 및 저융점 글래스 사이에 개재된 버퍼층을 포함한다.
본 발명의 제3 태양에서, 세라믹과 저융점 글래스 사이에 개재된 버퍼층에 의해 고온 고습에서 저장될 때 상호 충돌이 방지되고, 세라믹내의 알칼리성 성분으로 인한 저융점 글래스에서 인산이 용출하지 않고, 밀봉 계면에서의 박리 강도의 저하가 방지될 수 있어서, 박리가 발생하지 않는다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 절연 패키지는 바닥판과 프레임 본체를갖는 절연 기부와, 절연 기부의 내측으로부터 외측으로 안내된 전극과, 프레임 본체를 밀봉하는 금속 캡과, 상기 금속 캡을 프레임 본체에 부착시키는 저융점 글래스를 포함한다. 저융점 글래스의 내부에는 직경이 10㎛ 이상인 구형 입자가 분산되어 있다.
본 발명의 제4 태양에서, 저융점 글래스에 분산된 구형 입자로 인해, 프레임 본체의 상부면과 캡의 하부면 사이의 공간의 규모는 용이하고 확실하게 억제되며, 금속 캡의 경사가 억제됨으로써, 패키지의 높이는 종래 기술보다 저감될 수 있다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 절연 패키지는 바닥판과 프레임 본체를 갖는 절연 기부와, 절연 기부의 내측으로부터 외측으로 안내된 전극과, 프레임 본체를 밀봉하는 도전 캡을 포함한다. 도전 캡은 캡 코어와, 캡 코어의 적어도 하부면에 형성되고 캡 코어보다 저항성을 낮은 도전막을 갖는다.
본 발명의 태양에서, 도전 캡 본체의 적어도 하부면에 형성된 도전 밀봉 재료와 도전막에 의해서, 도전 캡은 낮은 저항에서 접지될 수 있다.
본 발명의 제6 태양에서, 전자 소자 밀봉 부재는 특허청구범위 제26항에 개시된 절연 패키지와, 전자 소자로서 절연 패키지 내에 밀봉된 수정 진동편 또는 압전 소자를 포함한다.
본 발명의 태양에서, 구조물 내에 수용된 수정 진동편 또는 압전 소자의 특성은 부유 능력과 외부 전자파로 인해 변하지 않는다.
도1a 내지 도1c는 종래의 표면 장착식 수정 진동자(G)를 도시한 것으로, 도1a는 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도1b는 길이 방향으로 중심선을 따라 도시한 종단면도이고, 도1c는 하부도.
도2a 내지 도2c는 종래의 표면 장착식 수정 진동자(H)를 도시하고 있으며, 도2a는 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도2b는 길이 방향으로 중심선을 따라 취한 종단면도이고, 도2c는 하부도.
도3a 내지 도3c는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 저융점 글래스를 사용하는 글래스 세라믹 밀봉 부재의 일 예로서의 표면 장착식 수정 진동자(A)를 도시한 것으로, 도3a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도3b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도3c는 하부도.
도4는 제1 실시예의 시험편을 도시한 사시도.
도5a 내지 도5c는 압력 쿠커 시험의 결과를 도시한 그래프.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 제2 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(B)를 도시한 것으로, 도6a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도6b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도6c는하부도.
도7은 제2 실시예의 시험편을 도시한 사시도.
도8a 내지 도8c는 제2 실시예의 압력 쿠커 시험 결과를 도시한 그래프.
도9는 캡의 경사를 도시한 단면도.
도10a 내지 도10c는 본 발명의 제3 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(C)를 도시한 것으로, 도10a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도10b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도10c는 하부도.
도11은 구형 입자(31a)의 단면도.
도12는 구형 입자(31b)의 단면도.
도13a 및 도13b는 수정 진동자(C)의 저융점 글래스(29) 옆의 밀봉부를 도시한 확대 단면도.
도14a 내지 도14c는 본 발명의 제4 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(D)를 도시한 것으로, 도14a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도14b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도14c는 하부도.
도15a 내지 도15c는 본 발명의 제5 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(E)를 도시한 것으로, 도15a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도15b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도15c는 하부도.
도16a 내지 도16b는 도전 캡의 단면도.
도17a 내지 도17c는 본 발명의 제6 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(F)를 도시한 것으로, 도17a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도17b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도17c는 하부도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 바닥판
2 : 프레임 본체
3, 4 : Ag/Pb 전극
5, 6 : Ag/Pb 단자
7 : 지지부
8 : 수정 진동편
9, 13 : 저융점 글래스
10 : 금속 캡
11 : 시험편
12 : 글래스 세라믹편
14 : 스테인리스 강편
15 : 절연 기부
16, 17 : 버퍼층
이하에서는, 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도3a 내지 도3c는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 저융점 글래스를 사용하는 글래스 세라믹 밀봉 부재의 일 예로서의 표면 장착식 수정 진동자(A)를 도시한 것으로, 도3a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도3b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도3c는 하부도이다.
제1 실시예에서, 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 바닥판(1) 및 프레임 본체(2)가 절연 기부(15)를 구성하도록 형성되고 합체된다. 바닥판(1)은 판상을 갖는다. 바닥판(1)의 규모는, 예컨대 다음과 같다. 길이 방향으로의 규모는 3.0 내지 12.0mm이고, 폭 방향으로의 규모는 2.0 내지 10.0mm이고, 두께는 0.2 내지 1.0mm이다. 프레임 본체(2)는 프레임 형상을 갖는다. 프레임 본체(2)의 규모는, 예컨대 다음과 같다. 길이 방향으로의 규모는 2.0 내지 11.0mm이고, 폭 방향으로의 내측 규모는 1.0 내지 9.0mm이고, 두께는 0.2 내지 1.0mm이다. 바닥판(1)과 프레임 본체(2)는, 예컨대, 대략 0.3 내지 3 ㎛의 직경의 입자로 된 30 내지 70 중량%의 포스테라이트의 미세 분말이 0.3 내지 3 ㎛의 입자 직경의 알칼리성 글래스 입자에 분산되고 성형되고 소결되도록 하는 방식으로 형성된다. 바닥판(1)과 프레임 본체(2)의 열팽창 계수는, 예컨대, 100×10-7내지 150×-7(/℃)이다.
제1 실시예에서 바닥판(1)과 프레임 본체(2)의 글래스 세라믹 콤파운드를 구성하는 알칼리 미세 입자는 다음 조성을 가지며, 예컨대 NaO2, K2O 및 LiO2와 같은 알칼리 성분을 함유한다. 이하에서 다음 조성을 제1 조성이라 한다.
SiO2: 50 내지 70 (중량%)
Al2O3: 2 내지 15 (중량%)
RO : 5 내지 30 (중량%)(R은 Ca, Sr, Ba중 하나 이상을 함유함)
B2O3: 1 내지 8 (중량%)
ZnO : 2 내지 15 (중량%)
R'2O : 5 내지 30 (중량%)(R'은 Na, K, Li중 하나 이상을 함유함)
도3a에서 도시된 바와 같이, 바닥판(1)의 길이 방향에서 일단부의 상부면 상에는, Ag/Pb 페이스트가 도포되고 소결되어 Ag/Pb 전극(3, 4)이 형성된다. Ag/Pb 전극(3, 4)의 두께는, 예컨대 대략 40 내지 50 ㎛이다. 도3b에 도시된 바와 같이, Ag/Pb 전극(3)은 바닥판(1)과 프레임 본체(2) 사이를 통과함으로써 바닥판(1)의 길이 방향으로 일단부의 외측으로 안내된다. 도3b에 도시된 바와 같이, 다른 Ag/Pb전극(4)은 프레임 본체(2) 아래에 우회로를 만듦으로써 바닥판(1)의 타단부로부터 외측으로 안내된다. 또한, 바닥판(1)의 하부면의 길이 방향으로 양 단부에는 Ag/Pb 단자(5, 6)가 형성된다. Ag/Pb 전극(3, 4)은 바닥판(1)의 단부면을 거쳐 Ag/Pb 단자(5, 6)에 각각 연결된다. Ag/Pb 전극(3, 4)과 Ag/Pb 단자(5, 6) 상에는, 도시되지는 않았지만 무전해 Ni 도금층 및/또는 무전해 Au 도금층이 형성된다.
Ag/Pb 전극(3, 4) 상에는, 양면 상에 전극(도시 안됨)을 갖는 수정 진동편(8)이 도전 접착제에 의해 부착되며, Ag/Pb 전극(3, 4)과 수정 진동편(8)은 서로 연결된다.
또한, 바닥판(1)의 상부면에서 Ag/Pb 전극(3, 4)의 대향측 단부에 근접해서, 수정 진동편(8)을 수평 상태로 지지하기 위한 지지부(7)가 형성된다. 또한, 지지부(7)는 두께가 동일하도록 Ag/Pb 전극(3, 4)의 재료와 동일한 재료로 형성된다. 지지부(7)는 몇몇 경우 "필로우"라고 지칭된다. 또한, 지지부(7)는 수평 상태로 수정 진동편(8)을 지지하기 위해 마련되기 때문에, 수정 진동판(8)을 지지부에 부착시키는 것이 필요한 것은 아니다.
프레임 본체(2) 상에는, 스테인리스 강으로 제조된 금속 캡(10)이 저융점 글래스(9)를 거쳐 부착된다. 이로써, 절연 패키지의 내측이 밀봉된다. 저융점 글래스(9)의 두께는, 예컨대 약 0.05 내지 0.2 mm이다.
다음으로, 본 발명의 저융점 글래스(9)의 조성에 대해 설명하기로 한다.
저융점 글래스(9)의 기부 부재는 후술하는 충전제가 첨가된 은-인산계 글래스이다.
Ag-P-I-O로 제조된 30 내지 70 중량%의 은-인산계 글래스에는 70 내지 30 중량%의 인산 콤파운드 또는 니오븀 5산화물이 충전제로서 첨가된다. 은-인산계 글래스의 연화점은 대략 200 내지 230 ℃이다. 충전제를 첨가함으로써, 열팽창 계수는 글래스 세라믹 콤파운드와 대략 동일하거나 근접한다. 또한, 은-인산계 글래스는 Ag2O, AgI 및 P2O5와 혼합되고 용해됨으로써 형성되고 연마된다. 결국, Ag, P, I의 함량은 30 내지 60 원자량%이고, P는 20 내지 40 원자량%이고, I는 5 내지 15 원자량%이다. 또한, 작동 온도는 대략 270 내지 290 ℃이다.
또한, 충전제가 첨가된 은-인산계 글래스에는 Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분이 0.1 내지 10 체적% 만큼 첨가된다.
여기에서, Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상의 첨가량이 0.1 체적% 보다 작다면, 밀봉 강도를 증가시키기 위한 효과가 고온 고습 상태의 시험에서는 얻어질 수 없다. 한편, 10 체적%를 초과하면, 저융점 글래스(9)의 작업 온도는 상승하고 글래스의 유동이 어렵게 됨으로서, 저온 밀봉이 어렵게 된다. 따라서, Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹중에서 선택된 하나 이상이 첨가되기에 바람직한 양은 0.1 내지 10 체적%이다.
이하에서는, 본 발명과 관련해서 저융점 글래스를 사용하는 글래스 세라믹 밀봉 부재에 대한 밀봉 강도 시험 결과를 종래의 저융점 글래스를 사용하는 글래스세라믹 실링 부재에 대한 밀봉 강도 시험 결과와 비교해서 설명하기로 한다.
실제 시험은, 글래스 세라믹 편(12)의 규모와 동일한 규모와 0.1 mm의 두께를 갖는 스테인리스 강편(14)이 글래스 세라믹 콤파운드 편(12)에 도4에 도시된 바와 같이 0.1 mm의 두께로 저융점 글래스(13)를 거쳐 부착되도록 형성된 시험편(11)에 대해 수행되었다. 글래스 세라믹편(12)의 규모는 다음과 같다.
길이 : 5.0 (mm)
폭 : 3.2 (mm)
두께 : 0.6 (mm)
밀봉 강도 시험은 시험편(11)이 고온 고압으로 유지된 기밀 용기에 놓은 후, 가혹한 압력 쿠커 시험(Pressure Cooker Test; 표에서는 PCT로 표시)후 수행되었다. 압력 쿠커 시험 온도는 121℃이고, 상대 습도는 96%이다.
시험 결과는 표1 내지 표3 및 도5a 내지 도5c에서 도시되고 있다. 표1 및 표2는 단순 첨가물이 첨가될 때의 결과이고, 표3은 둘 이상의 첨가물이 혼합되어서 첨가될 때의 결과를 보여준다. 또한, 도5a는 첨가물이 첨가되지 않을 때의 결과를 보여주며, 도5b는 Ni가 첨가될 때의 결과를 보여주고, 도5c는 Au가 첨가될 때의 결과를 보여준다. 도5a 내지 도5c에서, 수평축은 압력 쿠커 시험(PCT) 시간(hour)을 나타내며, 수직축은 박리 강도(Kg/㎟)를 나타낸다.
표1 내지 표3에서, "◎" 기호는 "뛰어남"을, "○" 기호는 "양호"를, "×" 기호는 "불량"을, "-"은 "평가 안됨"을 나타낸다.
표1
표2
표3
상기 시험 결과, 본 발명과 관련한 저융점 글래스는 종래의 저융점 글래스와 비교해서 글래스 세라믹 콤파운드에 대해 뛰어난 밀봉 성능을 갖는다.
또한, 저융점 글래그(13)와 스테인리스 강편(14) 사이와, 본 발명과 관련된저융점 글래스(13)와 아무런 첨가물이 없는 종래의 저융점 글래스 사이의 밀봉부에서는, 밀봉 성능에서 아무런 특별한 차이가 발견되지 않았다.
사실상, 스테인리스 강으로 제조된 캡(10)이 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 바닥판(1)과 프레임 본체(2)를 갖는 절연 기부(15) 상에 저융점 글래스(9)를 거쳐 밀봉된 글래스 세라믹 콤파운드의 패키지에 대해 동일한 시험이 수행되었으며, 동일한 결과가 얻어졌다.
상술한 실시예의 글래스 이외에도, 바닥판(1)과 프레임 본체(2)를 포함하는 글래스 세라믹 콤파운드의 알칼리성 글래스로서, 각각 제2 조성 및 제3 조성을 갖는 다음의 글래스에 대해서도 유사한 결과가 얻어졌다.
(제2 조성)
SiO2: 40 내지 55 (중량%)
Al2O3: 20 내지 30 (중량%)
P2O5: 1 내지 20 (중량%)
BaO : 0.5 내지 5 (중량%)
ZnO : 2 내지 15 (중량%)
R'2O : 5 내지 10 (중량%)(R' : Na, K)
(제3 조성)
SiO2: 70 내지 85 (중량%)
P2O5: 1 내지 5 (중량%)
MgO : 1 내지 5 (중량%)
R2O : 8 내지 25 (중량%)(R: Li, K)
또한, ZrO, SnO2, P2O5, 및 MoO3중 하나 이상의 종류로 된 미세 입자(입자 직경: 0.1 내지 1 ㎛)가 제1 조성을 갖는 알칼리성 글래스에 첨가된 1.2 내지 5 중량%의 글래스 세라믹 콤파운드에서도 유사한 결과가 얻어졌다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(B)를 도시하고 있으며, 도6a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도6b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도6c는 하부도이다.
제2 실시예에서, 버퍼층(6)이 프레임 본체(3)의 전체 상부면 상에 형성된다. 또한, 버퍼층(16) 상에는, 스테인리스 강으로 제조된 금속 캡(10)이 저융점 글래스(9)를 거쳐 부착된다. 이로써, 절연 패키지의 내측이 밀봉된다. 저융점 글래스(9)의 두께는, 예컨대 대략 0.05 내지 0.2 mm이다.
버퍼층(10)은 방수 글래스, 금속화된 층, 및 금속층 중 어느 것에서도 형성된다. 두께는, 예컨대 대략 5 내지 50 ㎛이다. 방수 글래스로서는, 예컨대 보호용 덧칠(galzed) 글래스(MgO-B2O3-SiO2계) 또는 납-보론산계 저융점 글래스(PbO-B2O3계)가 사용될 수 있다. 금속화된 층으로서는, Au 또는 Ni층이 사용될 수 있다. 금속층으로서는, 전극(4, 5)과 단자(6, 7)에서와 동일한 방식으로, W 페이스트와Mo 페이스트가 도포되어서 소결되어 형성된 Ag/Pb 페이스트 및 Ag 페이스트가 사용될 수 있다. 물론, 무전해 Ni 도금층 및/또는 무전해 Au 도금층이 금속층 상에 형성될 수 있다.
또한, 제2 실시예에서, 저융점 글래스(9)에서와 같이, 예컨대 40 내지 60 중량%의 은 산화물을 함유한 글래스 성분에 20 내지 30 중량%의 인 5산화물과, 1 내지 60 중량%의 아연 산화물과, 10 내지 30 중량%의 지르코늄 산화물 및 니오븀 산화물의 고용체가 충전제로서 첨가된 은-인산계 저융점 글래스가 사용될 수 있다. 작업 온도는, 예컨대 대략 260 내지 300 ℃이다.
이하에서는, 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 프레임 본체와 저융점 글래스가 버퍼층을 개재시키지 않고 직접 서로 밀봉된 종래의 밀봉 부재에 대해 수행된 밀봉 강도 시험의 결과와 비교해서, 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 프레임 본체(3)와 저융점 글래스(11) 사이에 버퍼층(16)이 개재된 실시예와 관련한 밀봉 부재에 대한 밀봉 강도 시험의 결과에 대해 설명하기로 한다.
사실상, 도6a 내지 도6c에 도시된 표면 장착식 수정 진동자(B) 대신에, 도7에 도시된 바와 같이, 글래스 세라믹 콤파운드 편(12) 상에 5 내지 50 ㎛ 두께의 버퍼층(17)이 형성되고 버퍼층 상에는 글래스 세라믹 편(12)과 동일한 규모와 0.1 mm의 두께를 갖는 스테인리스 편(14)이 두께 0.1 mm의 저융점 글래스(13)를 거쳐 부착된 시험편(11a)이 시험되었다.
밀봉 강도 시험은 제1 실시예와 동일한 방식으로 수행되었다.
시험 결과는 표4와 도8a 내지 도8c에서 도시되었다. 방수 글래스로서 보호용 덧칠 글래스(MgO-B2O3-SiO2계)가 사용되었다(도8a). 금속화된 층으로서 Au층이 사용되었다(도8b). 금속층으로서 Ag/Pb 페이스트가 사용되었다(도8c). 두께는 세 개의 표준 두께가 채택되었다.
도8a는 두께가 50 ㎛인 보호용 덧칠 글래스(MgO-B2O3-SiO2계)가 방수 글래스로서 사용되었다. 도8b는 두께가 5 ㎛인 Au층이 금속화된 층으로서 사용될 때의 결과를 보여준다. 도8c는 두께가 10 ㎛인 Ag/Pb층이 금속화된 층으로서 사용될 때의 결과를 보여준다.
표4에서, "△" 기호는 "통과 가능"을 나타낸다.
표4
위 시험 결과로부터, 본 발명에 따른 버퍼층을 갖는 밀봉 부재는 종래의 밀봉 부재와 비교해서 뛰어난 밀봉 성능을 갖고 있음이 명백하게 증명된다.
저융점 글래스(13)와 스테인리스 강편(14) 사이의 밀봉부에서는 본 발명에 따른 밀봉 부재와 종래의 밀봉 부재 사이의 특별한 밀봉 성능차가 보이지 않는다.
사실상, 저융점 글래스에 의해 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 바닥판(1)과 프레임 본체(2)를 갖는 절연 기부(15)에 스테인리스 강으로 제조된 캡(10)이 버퍼층(16)을 거쳐 부착되어 밀봉된 절연 패키지가 동일한 시험을 받았으며, 유사한 결과가 얻어졌다.
또한, 바닥판(1)과 프레임 본체(2)를 포함하는 글래스 세라믹 콤파운드의 알칼리성 글래스로서, 상기 실시예에 도시된 글래스 이외에도, 상술한 제2 또는 제3 조성이 사용될 때에도 유사한 결과가 얻어졌다.
또한, ZrO, SnO2, P2O5, 및 MoO3중 선택된 하나 이상으로 된 1.2 내지 5 중량%의 미세 입자(입자 직경: 0.1 내지 1 ㎛)가 첨가된 제1 내지 제3 조성중 임의의 조성을 갖는 알칼리성 글래스가 사용될 때, 유사한 결과가 얻어졌다.
그러나, 제1 및 제2 실시예에 대한 설명에서 특정 구조의 수정 진동자(A 또는 B)에 대해 설명했지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
예컨대, 수정 진동자(A, B)에서, 수정 진동편(8)을 지지하기 위한 지지부(7)는 Ag/Pb 전극(3, 4)과 동일한 재료로 형성되지만, 바닥판(1) 및 프레임 본체(2)의 재료와 동일한 재료로 형성될 수 있다. 이런 구조에 의해, Ag 페이스트와 Ag/Pb 페이스트와 같은 고가의 도전성 페이스트 사용량이 저감될 수 있어서 비용도 저감될 수 있다.
또한, 본 발명은 금속 캡(10)을 접지시키는 구조를 갖는 수정 진동자에도 적용될 수 있다. 금속 캡(10)이 접지될 때, 부유 능력 또는외부 전자파로 인해 내측에 수용된 수정 진동편(8)과 같은 소자의 특성 변화가 방지될 수 있다. 이 경우, 금속 캡(10)에는 접지용 레그가 마련될 수 있어서, 캡은 직접 접지될 수 있다. 또한, 저융점 글래스(9)와 프레임 본체(2)와 바닥판(1)의 단부면에서도, Ag/Pb 등으로 된 도전층이 접지용으로 형성될 수 있다. 또한, 분산된 도전성 입자를 함유한 저융점 글래스가 저융점 글래스(9)로서 사용될 수 있으며, Ag/Pb 등으로 된 도전층이 접지용으로 프레임 본체(2)와 바닥판(1)의 단부면에도 형성될 수 있다. 제2 실시예에서, 본 발명의 버퍼층(16)이 금속화된 층 또는 금속층으로 형성된다면, 버퍼층(16)은 접지용 도전층과 금속 캡(10) 사이의 연결을 위해 사용될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 실시예에서, 특히 높이 축소 및 열팽창 계수차로 인한 특성 변화를 고려할 때, 표면 장착식 수정 진동자에 대해 수정 진동편의 열팽창 계수와 같거나 유사한 열팽창 계수를 갖는 금속 캡(10) 및 절연 기부(15)가 사용되었지만, 높이 축소가 크게 요구되지 않는다면, 세라믹제 캡 또는 글래스 세라믹제 캡이 사용될 수 있다. 캡이 세라믹 또는 글래스 세라믹으로 제조되면, 버퍼층도 저융점 글래스와 캡 사이에 개재될 것이 요구된다.
또한, 본 발명은 반도체 장치, 전자 부품, 또는 탄성 표면파 소자용 글래스 세라믹 콤파운드의 패키지에도 적용될 수 있다. 수정 진동자 이외에 사용하기 위한 목적으로서, 내측 수용 소자의 열팽창 계수에 따라, 절연 기부(15)와 저융점 글래스(9)와 금속 캡(10)의 열팽창 계수가 적절하게 조절될 수 있다. 글래스 세라믹 콤파운드의 열팽창 계수를 조절하기 위해, 알칼리성 글래스에 분산될 포스테라이트의 미세 분말의 양은 적절하게 조절될 수 있다. 저융점 글래스의 열팽창 계수를 조절하기 위해, 첨가될 충전제로서 인산 콤파운드 또는 니오븀 5산화물의 양과, 첨가될 지르코늄 산화물 및 니오븀 산화물의 양은 적절하게 조절될 수 있다. 모든 경우, 분산될 포스테라이트의 미세 입자의 양을 증가시킴으로써, 첨가될 인산 콤파운드 또는 니오븀 5 산화물의 양과, 첨가될 지르코늄 산화물 및 니오븀 산화물의 양은 감소된다. 반대로 이들 첨가량이 저감되면, 열팽창 계수는 증가된다.
이하에서는, 제3 실시예에 대해 설명하기로 한다.
제1 및 제2 실시예에서, 프레임 본체(2)와 캡(10) 사이에는, 저융점 글래스(9)가 개재되지만, 몇몇 경우, 저융점 글래스(9)의 두께(t)는 제어하기 어렵다. 예컨대, 도9에 도시된 바와 같이, 캡(10)이 경사지고 밀봉되면, 일측 부분에서(도면의 우측 반부), 저융점 글래스(9)의 두께(t)는 충분하지 않으며, 밀봉 실패가 발생할 수 있다. 한편, 타측 부분에서(도면의 좌측 반부), 프레임 본체(2)와 캡(10) 사이의 규모(g)와, 저융점 글래스(9)는 불충분하다. 결국, 저융점 글래스(9)는 프레임 본체(2)와 캡(10)의 단부보다 1 더 큰 규모만큼 진입하며, 밀봉 거리는 불충분하게 되어서, 밀봉 실패가 발생할 수 있다.
또한, 캡(10)의 경사는 캡(10)의 높은쪽 단부에서 불가피하게 높이(h)를 증가시킨다(도면의 좌측). 높이(h) 증가는 절대치로서 큰 것은 아니지만, 전체 절연 패키지의 두께가 대략 1.0 mm까지 줄어든 현상태에서, 높이 증가는 상대적으로 무시될 수 없다. 제3 실시예는 이런 문제를 해결하기 위한 것이다.
도10a 내지 도10c는 본 발명의 실시예에 따른 표면 장착식 진동자(C)를 도시하며, 도10a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도10b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도10c는 하부도이다.
제3 실시예에서, 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 바닥판(21)과 프레임체(22)는 절연 기부(35)를 구성하도록 형성되어 합체된다. 바닥판(101)은 판상을 갖는다. 프레임 본체(102)는 프레임의 형상을 갖는다. 바닥판(21)과 프레임 본체(22)는, 예컨대, 대략 0.3 내지 3 ㎛의 직경의 입자로 된 30 내지 70 중량%의 포스테라이트의 미세 분말이 0.3 내지 3 ㎛의 입자 직경의 알칼리성 글래스의 미세 분말에 분산된 그리 시트(green sheet)를 성형하고 가열함으로써 형성된다. 바닥판(21)과 프레임 본체(22)에 대해 글래스 세라믹 콤파운드를 포함하는 알칼리성 글래스의 미세 분말은 예컨대 다음 조성을 갖는다. 바닥판(1)과 프레임 본체(2)의 열팽창 계수는, 예컨대, 100×10-7내지 150×10-7(/℃)이다.
SiO2: 50 내지 70 (중량%)
Al2O3: 2 내지 15 (중량%)
RO : 5 내지 30 (중량%)(R은 Ca, Sr, Ba중 하나 이상을 함유함)
B2O3: 1 내지 8 (중량%)
ZnO : 2 내지 15 (중량%)
R'2O : 5 내지 30 (중량%)(R'은 Na, K, Li중 하나 이상을 함유함)
도10a에서 도시된 바와 같이, 바닥판(21)의 길이 방향에서 일단부의 상부면 상에는, Ag/Pb 페이스트가 도포되고 소결되어서 Ag/Pb 전극(23, 24)이 형성된다. 도10b에 도시된 바와 같이, Ag/Pb 전극(23)은 바닥판(21)과 프레임 본체(22) 사이를 통과함으로써 바닥판(21)의 길이 방향으로 일단부의 외측으로 안내된다. 도10b에 도시된 바와 같이 다른 Ag/Pb 전극(24)은 프레임 본체(22) 아래에 우회로를 만듦으로써 바닥판(21)의 타단부로부터 외측으로 안내된다. 또한, 바닥판(21)의 하부면의 길이 방향으로 양 단부에는 Ag/Pb 단자(25, 26)가 형성된다. Ag/Pb 전극(23, 24)은 바닥판(21)의 단부면을 거쳐 Ag/Pb 단자(25, 26)에 각각 연결된다. Ag/Pb 전극(23, 24)과 Ag/Pb 단자(25, 26) 상에는, 도시되지는 않았지만 무전해 Ni 도금층 및/또는 무전해 Au 도금층이 형성된다.
Ag/Pb 전극(23, 24) 상에는, 양면 상에 전극(도시 안됨)을 갖는 수정 진동편(28)이 도전 접착제에 의해 부착되며, Ag/Pb 전극(23, 24)과 수정 진동편(28)은 서로 연결된다.
또한, 바닥판(21)의 상부면에서 Ag/Pb 전극(23, 24)의 대향측의 단부에 근접해서, 수정 진동편(28)을 수평한 상태로 지지하기 위한 지지부(27)가 형성된다. 또한, 지지부(27)는 두께가 동일하도록 Ag/Pb 전극(23, 24)의 재료와 동일한 재료로 형성된다. 지지부(27)는 몇몇 경우 "필로우"라고 지칭된다. 또한, 지지부(27)는 수평 상태로 수정 진동편(28)을 지지하기 위해 마련되기 때문에, 수정진동판(28)을 지지부에 부착시키는 것이 필요한 것은 아니다.
프레임 본체(22)의 상부면에는, Ag 페이스트와 Ag/Pb 페이스트를 도포하여 소결시키거나 금속화하는 방법에 의해, 접지용 도전층(36)이 형성된다.
또한, 바닥판(21)과 프레임 본체(22)의 폭 방향으로 양 단부면에는, Ag 페이스트와 Ag/Pb 페이스트를 도포하여 소결시키거나 금속화하는 방법에 의해, 접지용 도전층(26, 37)이 형성된다.
또한, 바닥판(21)의 배면의 폭 방향으로 양 단부에는, Ag 페이스트와 Ag/Pb 페이스트를 도포하여 소결시킴으로써, 접지용 단자(28, 29)가 형성된다.
프레임 본체(22) 상에는, 저용점 글래스(29)를 거쳐 스테인리스 강으로 제조된 금속 캡(30)이 부착된다. 이로써, 절연 패키지의 내측이 밀봉된다. 저융점 글래스(29)는, 예컨대 도11에 도시된 바와 같이 분산된 10 ㎛ 이상의 직경을 갖는 구형 입자(31a)를 포함하는 저융점 글래스(30)를 도포하여 소결시킴으로써 형성된다. 특히 양호하게는, 구형 입자(31a)는 완전히 Cu 및 Ni 또는 Ag-Cu 또는 Ag-Cd의 합금과 같은 금속으로 제조된다. 또한, 도12에 도시된 바와 같이, 예컨대, 저융점 글래스(29)는 분산된 도전성 구형 입자(31b)를 함유한 저융점 글래스 페이스트(30)를 도포하여 소결시킴으로써 형성된다. 구형 입자(31b)는 상술한 금속 또는 합금으로 제조된 대략 0.1 내지 10 ㎛ 두께의 도전층(33)이 10 ㎛ 이상의 입자 직경을 갖는 세라믹 또는 글래스 세라믹으로 된 구형 절연 입자(32)의 표면 상에 형성된 입자이다.
도13a 및 도13b는 저융점 글래스(29)에 의해 수정 진동자(C)의 밀봉부를 도시한 확대 종단면도이다. 도13a는 제어될 공간(g)이 도전성 구형 입자(31a, 31b)의 입자 직경과 사실상 동일한 경우를 도시하고 있으며, 도13b는 도전성 구형 입자(31c)의 입자 직경보다 큰 경우를 도시하고 있다. 구형 입자(31c)는 구형 입자(31a) 또는 구형 입자(31b)를 작게 만듦으로써 형성된다.
여기에서, 구형 입자(31a, 31b, 31c)의 입자 직경은 저융점 글래스(29)의 두께에 따라 설정된다. 저융점 글래스(29)의 두께가 작을수록, 높이 축소에 보다 바람직하지만, 대체로, 두께는 프레임 본체(22)와 금속 캡(10)의 상부면의 편평도가 불균일할 수 있도록 대략 50 ㎛로 설정된다. 따라서, 저융점 글래스(29)의 두께가 50 ㎛로 설정되는 경우, 도전성 구형 입자(31a, 31b)의 직경도 대략 50 ㎛로 설정된다. 한편, 구형 입자(31c)를 사용하는 경우, 직경은 10 ㎛ 내지 50 ㎛ 사이에서 설정된다. 이것은 구형 입자(31c)의 직경이 10 ㎛보다 작은 경우 구형 입자(31c) 사이의 접촉이 어렵게 되고, 또한 저융점 글래스(29)를 균일하게 만드는 것이 어렵게 되기 때문이다. 또한, 저융점 글래스(29)의 도전성은 고정되기에 어렵게 되고, 프레임 본체(22)의 상부면 상에 형성된 접지용 도전층(36)과 금속 캡(10) 사이의 전기 접속이 어려워진다.
대체로 저융점 글래스(29)의 소정 두께와 같은 두께를 갖는 구형 입자(31a)가 사용될 때, 저융점 글래스(29)의 소정 두께는 구형 입자(31a, 31b)에 의해 얻어질 수 있기 때문에, 분산될 입자의 양을 크게 증가시키는 것을 필요로 하지 않는다. 한편, 구형 입자(31c)가 사용될 때, 구형 입자(31c) 사이의 접촉을 확보하기 위해, 분산량은 증가되는 것이 바람직하다.
수정 진동자(C)에 따르면 도전성 구형 입자(31a, 31b, 31c)는 도13a 및 도13b에 도시된 바와 같이 스페이서로서의 기능을 하기 때문에, 프레임 본체(22)의 상부면 상에 형성된 금속 캡(10)과 도전층(36) 사이의 공간(g)은 실패없이 용이하게 일정하도록 제조될 수 있다. 따라서, 금속 캡(10)의 경사와 전체 패키지의 높이 증가로 인한 밀봉 실패는 방지될 수 있다.
또한, 도13a 및 도13b에 도시된 바와 같이, 프레임 본체(22)의 상부면 상에 형성된 금속 캡(10)과 도전층(36)은 저융점 글래스(29) 내측에 분산된 구형 입자(31a, 31b, 31c)에 의해 서로 전기 접속되며, 도전층(36)은 도전층(26, 37)을 거쳐 단자(28, 29)에 연결된다. 즉, 금속 캡(10)은 도전층(36)을 거쳐 단자(28, 29)에 연결된다. 따라서, 단자(28, 29)가 인쇄 회로 기판의 부착판의 접지를 위해 도전 랜드(land)에 연결되면, 금속 캡(10)은 접지될 수 있다. 따라서, 금속 캡(10)을 접지시킴으로써, 부유 능력은 제거된다. 또한, 외부 전자기파는 금속 캡(10)을 거쳐 접지되며 내측에 수용된 수정 진동편(28)에 해로운 영향을 주는 것이 방지된다.
이하에서는 제4 실시예에 대해 설명하기로 한다. 도14a 내지 도14c는 본 발명의 제4 실시예에 따른 표면 장착식 수정 진동자(D)를 도시한 것으로, 도14a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도14b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도14c는 하부도이다.
제4 실시예에서, 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 바닥판(41) 및 프레임 본체(42)가 절연 기부(55)를 구성하도록 형성되고 합체된다. 바닥판(41)은 판상을갖는다. 프레임 본체(42)는 프레임 형상을 갖는다. 그러나, 제3 실시예의 수정 진동자와는 달리, 절연 기부(55)의 네 코너에는 호형 오목부(56. 57. 58. 59)가 형성된다. 또한, 도14a에 도시된 바와 같이, 바닥판(41)의 길이 방향으로 일단부의 상부면 상에는, Ag/Pb 페이스트를 도포해서 소결시킴으로써 Ag/Pb 전극(43, 44)이 형성된다. Ag/Pb 전극(43)은 도14b에 도시된 바와 같이 바닥판(101)과 프레임 본체(102) 사이를 지나서 한 쌍의 대향하는 코너의 일측(도14a의 하부 좌측)에서 오목부(56)로 안내된다. 도14b에 도시된 바와 같이 다른 Ag/Pb 전극(56)은 프레임 본체(42) 아래에 우회로를 만듦으로써 상기 한쌍의 대향하는 코너의 타측(도14a의 상부 우측)에서 오목부로 안내된다. 또한, 바닥판(41)의 하부면의 네 코너에는, Ag/Pb 단자(60, 61, 62, 63)가 형성된다. 그리고 Ag/Pb 전극(43, 44)은 바닥판(41)의 오목부(56, 57)를 지나 Ag/Pb 단자(60, 61)에 각각 연결된다.
바닥판(41)의 상부면 상에 형성된 전극(43, 44)의 위치에는 바닥판(41)과 동일한 재료로 제조된 레그부(47a, 47b)가 형성된다. 한편, 대향 단부에는, 레그부(47a, 47b)와 동일한 재료로 제조되고 동일한 높이를 갖는 지지부(47)가 형성된다. 또한, 오목부(58, 59)의 단부면에는 Ag/Pb 페이스트를 도포하여 소결시킴으로써 접지용 도전층(64, 65)이 각각 형성된다. 도전층(64, 65)은 단자(62, 63)에 각각 연결된다. 또한, 프레임 본체(22)의 상부면 상에는 Ag/Pb 페이스트를 도포하여 소결시킴으로써, 접지용 도전층(45)이 각각 형성된다.
스테인리스 강으로 제조된 금속 캡(50)과 저융점 글래스(49)와 수정 진동편(48)은 제3 실시예의 수정 진동자(C)의 재료와 동일한 재료로 제조된다.
수정 진동자(D)에 따르면, 저융점 글래스(49)의 도전성 구형 입자는 스페이서로서의 기능을 하기 때문에, 프레임 본체(42)의 상부면 상에 형성된 금속 캡(50)과 도전층(45) 사이의 공간은 실패없이 용이하게 일정하도록 제조될 수 있다. 따라서, 금속 캡(10)의 경사로 인한 밀봉 실패와 전체 패키지의 높이 증가는 방지될 수 있다. 또한, 도전층(45)은 도전층(64, 65)을 거쳐 단자(62, 63)에 연결된다. 즉, 금속 캡(10)은 도전층(45, 64, 65)를 거쳐 단자(62, 63)에 연겨된다. 따라서, 부유 능력 및 외부 전자기파로 인한 수정 진동편(48)의 특성 변화는 방지될 수 있다.
또한, 제3 실시예와 비교해서, 오목부(56 내지 59)가 절연 기부(55)의 네 코너에 형성되기 때문에, 코너는 쪼개기가 구조적으로 어렵다. 또한, 전극(44)의 우회로의 규모는 감소하며, 따라서, 고가의 Ag 페이스트와 Ag/Pb 페이스트의 사용량은 저감될 수 있다. 따라서, 비용이 저감될 수 있다. 또한, 수정 진동편(48)의 자유 진동을 확보하기 위한 공간이 레그부(47a, 47b)에 의해 존재하기 때문에, 전극(43, 44)이 공간을 덮도록 형성되며, 전극(43, 44)의 두께는 종래 기술보다 얇게 제조될 수 있다. 따라서, 고가의 Ag 페이스트와 Ag/Pb 페이스트의 사용량은 저감될 수 있고, 비용도 저감될 수 있다. 또한, 전체 지지부(47)는 바닥판(41)의 재료와 동일한 재료로 형성되기 때문에, 고가의 Ag 페이스트와 Ag/Pb 페이스트의 사용량은 더욱 저감될 수 있고, 따라서 비용도 더욱 저감될 수 있다.
제3 및 제4 실시예의 설명에서, 특수한 구조을 갖는 수정 진동자(C, D)에 대해 설명하고 있지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
예컨대, 전체 지지부(47)를 형성하지 않고도 레그부(47a, 47b)와 유사한 레그부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 수정 진동자를 포함한 전자 소자, 반도체 장치, 탄성면 파장 소자와 같은 다양한 소자를 수용하기 위한 절연 하우징에 적용될 수 있다. 제3 및 제4 실시예는 수정 진동자(C, D)에 관련된 것으로, 절연 기부는 수정 진동편에 대응하는 열팽창 계수를 갖는 글래스 세라믹 콤파운드로 제조되지만, 다른 목적을 위해서, 이것은 예컨대 세라믹으로 제조될 수 있다. 이 경우, 바닥판의 하부면의 단자는 W 페이스트 및 Mo 페이스트를 도포하여 소결시킴으로서 형성될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서, 금속 캡(30, 50)은 접지되지만, 이들을 접지할 필요가 없다면, 도전층(36, 45, 26, 37, 56, 57)과 단자(28, 29, 60, 61)가 생략될 수 있다. 또한, 구형 입자는 도전성이 아닐 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제5 실시예에 대해 설명하기로 한다.
제3 및 제4 실시예에서는 금속 캡을 접지시킴으로서, 부유 능력과 외부 전자파로 인한 특성 변화가 방지되었지만, 열팽창 계수가 수정 진동편의 열팽창 계수에 가까운 스테인리스 강으로 금속 캡이 제조될 때, 스테인리스제 캡의 저항은 낮기 때문에, 접지 저항은 높으며 충분한 접지 효과가 얻어질 수 없다. 즉, 제3 및 제4 실시예에서는 금속 캡을 접지시킴으로서, 부유 능력과 외부 전자파로 인한 특성의 변화가 방지되는 효과가 불충분할 수 있다. 제5 실시예는 이런 문제를 해결하기 위한 것이다.
도15a 내지 도15c는 본 발명의 제5 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(E)를 도시한 것으로, 도15a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도15b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도15c는 하부도이다.
제5 실시예에서, 캡의 구조는 제3 실시예와 다른 구조이다. 즉, 비록 스테인리스 강으로 제조된 금속 캡(30)이 제3 실시예에서 사용되었지만, 제5 실시예에서는 후술하는 도전성 캡(70)이 사용된다.
도전성 캡(70)에서는, 도16a에 도시된 바와 같이, 스테인리스 강(70b)으로 제조된 캡 코어(70a)의 양면 상에는, 도전막(70b)이 Ag 막, Ag 막, Cu 막 및 Ni 막중 임의의 것 또는 적층 막으로 형성된다. 캡 코어(70)의 열팽창 계수는, 예컨대 100×10-7내지 150×10-7(/℃)이다. 또한, 도전막(70b)의 두께는, 예컨대 0.1 내지 50 ㎛이다. 도전막(71b)은, 예컨대 도금법, 인쇄법, 증기 증착법, 스퍼터링법, 또는 클래딩법으로 형성될 수 있다. 여기에서, 상술한 재료막으로 된 도전막(70b)을 형성하는 것은 도전막(70b)의 저항을 스테인리스 강으로 제조된 캡 본체(70a)의 저항보다 낮게하기 위한 것이다. 또한, 도전막(70b)의 두께가 0.1 ㎛보다 작다면, 저항을 저감시키는 효과는 거의 얻어질 수 없다. 두께가 50 ㎛보다 큰 경우에는, 비용이 상승할 뿐만 아니라, 절연 패키지의 높이 축소가 어렵게 된다. 따라서, 도전막(70b)의 두께는 바람직하게는 0.1 내지 50 ㎛이다. 캡 코어(70a)의 양면 상에 도전막(70b)을 형성하는 것은 이것이 프레임 본체(22)로 밀봉될 때 도전성 캡(70)의 배면 및 표면을 구분하기 위한 필요성을 제거하기 위한 것이다.
제5 실시예에 따른 수정 진동자(E)에 따르면, 도전성 캡(70)의 캡 코어(71b)가 스테인리스 강으로 제조되더라도, 하부면에 존재하는 도전막(70b)에 의해 접지 저항은 예컨대 1 Ω 이하로 낮게 된다. 따라서, 내측에 수용된 수정 진동편(28)에 대한 해로운 영향을 실패없이 방지하기 위해 해로운 부유 성능이 제거될 뿐만 아니라, 외부 전자기파도 실패없이 접지된다.
이하에서는, 제6 실시예에 대해 설명하기로 한다. 제6 실시예에서 캡의 구조는 제4 실시예와 다르다. 도17a 내지 도17c는 본 발명의 제6 실시예와 관련된 표면 장착식 수정 진동자(F)를 도시한 것으로, 도17a는 내부 구조를 도시하기 위해 부분 절개되어 개방된 평면도이고, 도17b는 길이 방향으로 중심선을 따르는 개략 단면도이고, 도17c는 하부도이다. 즉, 제4 실시예에서, 스테인리스 강으로 제조된 금속 캡(50)이 사용되지만, 제6 실시예에서는, 제5 실시예와 동일한 층 조성을 가는 도전성 캡(71)이 사용된다.
도전성 캡(71)에서 스테인리스 강으로 제조된 캡 코어(71a)의 양면에는, Ag 막, Au 막, Cu 막 및 Ni 막중 임의의 것 또는 이들의 적층 막으로 형성된 도전막(70b)이 형성된다. 캡 코어(71a)의 열팽창 계수는, 예컨대 100×10-7내지 150×10-7(/℃)이다. 또한, 도전막(71b)의 두께는, 예컨대, 0.1 내지 50 ㎛이다. 도전막(71b)은 예컨대 도금법, 인쇄법, 증기 증착법, 스퍼터링법, 또는 클래딩법에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 제6 실시예에 의하면, 제4 실시예와 제5 실시예에 의한 효과가 모두얻어질 수 있다.
이하에서는, 실질적으로 제조된 제6 실시예와 관련된 수정 진동자의 접지 저항을 측정한 결과에 대해 설명하기로 한다.
절연 기부(55)
재료 : 글래스 세라믹 콤파운드
규모 : 길이 = 6 mm, 폭 = 3.5 mm, 높이 = 0.6 mm
접지용 단자(62, 62)
재료 : Ag/Pb
두께 : 10 내지 30 ㎛
규모 : 길이 = 1.5 mm, 폭 = 1.0 mm
접지용 도전층(43, 44, 45)
재료 : Ag/Pb
두께 : 10 내지 30 ㎛
도전성 글래스(저융점 글래스)(49)
글래스 재료 : 은-인산 글래스
도전성 입자 : Ag 미세 입자, Au 도금 수지 볼
도전성 입자 직경 : 0.003 내지 100 (㎛)
첨가될 도전성 입자의 양 : 1 내지 8 용량%(저융점 글래스 입자 형태)
두께 : 50 내지 150 (㎛)
도전성 캡(71)
도전성 캡 코어(70a)
재료 : 스테인리스 강
고유 저항 : 70 (μΩ·㎝)
규모 : 길이 = 5.7 mm, 폭 = 3.1 mm, 높이 = 0.1 mm
두께 : 0.1 mm
도전막(70b)
재료 : 0.1 내지 1 (㎛) 전자 Ni 도금 상에 1 내지 4 (㎛) 전자 Au 도금
상술한 배열을 갖는 100 개의 절연 패키지에 있어서, 접지용 단자(62, 63)와 캡 코어(70a) 사이의 접지 저항은 0.15 내지 0.25 Ω(평균 0.2 Ω)이었다.
한편, 도전막(70b)이 비교예로서 제공되지 않았다는 점을 제외하고는 상술한 배열을 갖는 100 개의 절연 저항에 있어서, 접지 저항은 25 내지 100 Ω(평균 50 Ω)이었다.
이들 결과로부터, 본 발명과 관련된 절연 패키지의 접지 저항은 아주 작다는 것을 명백히 알 수 있다.
또한, 수정 진동자(E, F)와 관련한 제5 및 제6 실시예에서, 바닥판과 프레임 본체로 된 절연 기부는 그 열팽창 계수(100×10-7내지 150×10-7(/℃))가 수정 진동편의 열팽창 계수(130×10-7(/℃))와 같거나 근접한 글래스 세라믹 콤파운드로 제조되지만, 다른 사용 목적상, 절연 기부는 세라믹 알루미나, 포스테라이트, 스테타이트(steatite), 마그네시아 및 지르코니아로 된 세라믹으로부터 제조될 수 있다.
마찬가지로, 비록 도전 성 캡의 캡 코어는 그 열팽창 계수(100×10-7내지 150×10-7(/℃))가 수정 진동편의 열팽창 계수(130×10-7(/℃))와 같거나 근접한 스테인리스 강으로 제조되었지만, 철계 합금, 철-니켈 합금, 및 코바르(상표명, Kovar)로 지칭되는 철-니켈-코발트 합금으로도 제조될 수 있다. 또한, 높이 감소가 많이 요구되는 경우, 도전성 세라믹으로 제조될 수 있다.
또한, 전극, 단자 및 도전층의 표면 상에는, 장기간의 저장후에 땜납 습윤성을 보장하기 위해, Ni 도금 및 Au 도금이 도포될 수 있다.
또한, 상술한 실시예들은 적절하게 조합될 수 있다.
본 발명에 따르면 절연 기부와 캡 사이에 안정적인 밀봉이 이루어질 수 있는 저융점 글래스와, 절연 패키지와, 밀봉 부재가 제공된다.

Claims (38)

  1. Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 한 종류의 물질을 함유한 것을 특징으로 하는 저융점 글래스.
  2. Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 한 종류의 물질을 함유한 것을 특징으로 하는 은-인산계 저융점 글래스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 물질의 함량은 전체에서 0.1 내지 10 체적%인 것을 특징으로 하는 은-인산계 저융점 글래스.
  4. 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 기부 부재와,
    상기 기부 부재를 밀봉하는 데 사용되고 Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및 TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 한 종류의 물질을 함유한 저융점 글래스를 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 세라믹 밀봉 부재.
  5. 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 기부 부재와,
    상기 기부 부재를 밀봉하는 데 사용되고 Al, Ni, Ag, BaTiO3, NiCr, TiB 및TiO2로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 한 종류의 물질을 함유한 은-인산계 저융점 글래스를 포함하는 것을 특징으로 하는 글래스 세라믹 밀봉 부재.
  6. 제5항에 있어서, 상기 물질의 함량은 전체에서 0.1 내지 10 체적%인 것을 특징으로 하는 글래스 세라믹 밀봉 부재.
  7. 제4항에 있어서, 상기 기부 부재는 50 내지 70 중량%의 SiO2, 2 내지 15 중량%의 Al2O3, 5 내지 30 중량%의 RO(R은 Ca, Sr, Ba중 하나 이상을 함유함), 1 내지 8 중량%의 B2O3, 2 내지 15 중량%의 ZnO, 5 내지 30 중량%의 R'2O(R'은 Na, K, Li중 하나 이상을 함유함)로 구성된 조성의 글래스와, 상기 글래스에 분산된 포스테라이트로 된 미세 분말을 함유한 것을 특징으로 하는 글래스 세라믹 밀봉 부재.
  8. 제5항에 있어서, 상기 기부 부재는 50 내지 70 중량%의 SiO2, 2 내지 15 중량%의 Al2O3, 5 내지 30 중량%(R은 Ca, Sr, Ba중 하나 이상을 함유함)의 RO, 1 내지 8 중량%의 B2O3, 2 내지 15 중량%의 ZnO, 5 내지 30 중량%(R'은 Na, K, Li중 하나 이상을 함유함)의 R'2O로 구성된 조성의 글래스와, 상기 글래스에 분산된 포스테라이트로 된 미세 분말을 함유한 것을 특징으로 하는 글래스 세라믹 밀봉 부재.
  9. 제8항에 있어서, 상기 물질의 함량은 전체에서 0.1 내지 10 체적%인 것을 특징으로 하는 글래스 세라믹 밀봉 부재.
  10. 세라믹으로 제조된 기부 부재와,
    상기 기부 부재를 밀봉하는 데 사용될 저융점 글래스와,
    상기 기부 부재 및 상기 저융점 글래스 사이에 개재된 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  11. 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 기부 부재와,
    상기 기부 부재를 밀봉하는 데 사용될 저융점 글래스와,
    상기 기부 부재 및 상기 저융점 글래스 사이에 개재된 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  12. 제11항에 있어서, 상기 기부 부재는 알칼리성 글래스 성분을 함유하며, 상기 저융점 글래스는 은-인산계 저융점 글래스인 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  13. 제12항에 있어서, 상기 기부 부재는 알칼리성 글래스에 분산된 포스테라이트를 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  14. 제13항에 있어서, 상기 포스테라이트의 함량은 30 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  15. 제14항에 있어서, 상기 기부 부재는 50 내지 70 중량%의 SiO2, 2 내지 15 중량%의 Al2O3, 5 내지 30 중량%의 RO(R은 Ca, Sr 및 Ba중 하나 이상을 함유함), 1 내지 8 중량%의 B2O3, 2 내지 15 중량%의 ZnO, 5 내지 30 중량%의 R'2O(R'은 Na, K 및 Li중 하나 이상을 함유함)로 구성된 조성의 글래스를 함유한 것을 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  16. 제12항에 있어서, 상기 은-인산계 저융점 글래스는 Ag-I-P-O계 및 은-인산계 글래스인 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  17. 제10항에 있어서, 상기 버퍼층은 방수 글래스층, 금속화된 층, 및 금속층으로 구성된 그룹중 선택된 적어도 한 종류의 층을 갖는 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  18. 제11항에 있어서, 상기 글래스 세라믹 콤파운드는 바닥판과 프레임 본체를 갖는 절연 기부를 형성하며, 상기 밀봉 부재는 상기 저융점 글래스를 거쳐 부착된 금속 캡을 갖는 절연 패키지를 형성하는 것을 특징으로 하는 밀봉 부재.
  19. 바닥판 및 프레임 본체를 갖는 절연 기부와,
    상기 절연 기부의 내측으로부터 외측으로 안내된 전극과,
    상기 프레임 본체를 밀봉하는 금속 캡과,
    상기 금속 캡을 상기 프레임 본체에 부착시키기 위한 저융점 글래스를 포함하며,
    상기 저융점 글래스는 내측에 분산된 10 ㎛ 이상의 직경으로 된 구형 입자를 갖는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 절연 기부는 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  21. 제19항에 있어서, 상기 절연 패키지는,
    상기 바닥판의 단부면과 하부면에 형성된 접지용 단자 및 도전층과,
    상기 프레임 본체의 단부면 및 상부면에 형성된 접지용 도전층을 포함하며,
    상기 구형 입자는 도전 입자이고 상기 프레임 본체의 상부면 상의 접지용 도전층과 상기 금속 캡은 상기 도전 입자를 거쳐 서로 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  22. 제21항에 있어서, 상기 도전 입자는 금속 또는 합금으로 제조된 입자인 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  23. 제21항에 있어서, 상기 도전 입자는 상기 절연 구형 입자의 표면 상에 형성된 도전층 및 절연 구형 입자를 갖는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  24. 제21항에 있어서, 상기 전극은 상기 단자에 접속되고 상기 절연 패키지의 길이방향으로 단부로부터 안내되며.
    상기 프레임 본체의 접지용 도전층은 상기 절연 패키지의 폭 방향으로 단부로부터 상기 프레임 본체와 바닥판의 단부면을 통과함으로써 상기 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  25. 제21항에 있어서, 상기 전극은 상기 단자에 접속되고 상기 절연 패키지의 한쌍의 대향하는 코너로부터 안내되며.
    상기 프레임 본체의 접지용 도전층은 상기 절연 패키지의 다른 대향하는 쌍의 코너로부터 상기 프레임 본체와 바닥판의 코너 단부면을 통과함으로써 상기 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  26. 바닥판과 프레임 본체를 갖는 절연 기부와,
    상기 절연 기부의 내측으로부터 외측으로 안내된 전극과,
    상기 프레임 본체를 밀봉하는 도전 캡을 포함하며,
    상기 도전 캡은 캡 코어와 적어도 상기 캡 코어의 하부면에 형성되고 상기캡 코어의 저항 보다 낮은 저항을 갖는 도전막을 갖는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  27. 제26항에 있어서, 상기 절연 기부는 글래스에 세라믹 분말을 분산시킴으로써 형성된 글래스 세라믹 콤파운드, 지르코니아, 마그네시아, 스테타이트, 포스테이트, 알루미나로 된 그룹중에서 선택된 한 종류로 제조된 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  28. 제26항에 있어서, 상기 바닥판의 단부면 및 하부면 상에 형성된 도전층 및 접지용 단자와,
    상기 프레임 본체의 단부면 및 상부면 상에 형성된 접지용 도전층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  29. 제26항에 있어서, 상기 캡 코어는 금속 또는 도전 세라믹으로 제조된 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  30. 제29항에 있어서, 상기 캡 코어는 스테인리스 강으로 제조된 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  31. 제26항에 있어서, 상기 도전막은 Ag 막, Au 막, Cu 막 및 Ni 막으로 구성된그룹중에서 선택된 적어도 한 종류의 층을 갖는 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  32. 제31항에 있어서, 상기 도전막의 두께는 0.1 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  33. 제26항에 있어서, 상기 절연 기부와 도전 캡의 열팽창 계수는 70×10-7내지 150×10-7(/℃)인 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  34. 제27항에 있어서, 상기 글래스 세라믹 콤파운드로 제조된 절연 기부는 글래스에 분산된 30 내지 70 중량%의 포스테라이트를 함유한 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  35. 제26항에 있어서, 상기 전극은 상기 절연 패키지의 길이 방향으로 단부로부터 안내되고 상기 단자에 접속되며,
    상기 프레임 본체의 접지용 도전층은 상기 절연 패키지의 폭 방향으로 단부로부터 상기 바닥판 및 프레임 본체의 단부면을 통과시킴으로써 상기 단자에 연결된 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  36. 제26항에 있어서, 상기 전극은 상기 절연 패키지의 한쌍의 대향 코너로부터안내되고 상기 단자에 접속되며,
    상기 프레임 본체의 접지용 도전층은 상기 절연 패키지의 다른 쌍의 코너로부터 상기 바닥판 및 프레임 본체의 대향 코너 단부면을 통과시킴으로써 상기 단자에 연결된 것을 특징으로 하는 절연 패키지.
  37. 제26항에 따르는 절연 패키지와,
    전자 소자로서 상기 절연 패키지 내에 밀봉된 수정 진동편을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 밀봉 부재.
  38. 제26항에 따르는 절연 패키지와,
    전자 소자로서 상기 절연 패키지 내에 밀봉된 압전 재료 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 밀봉 부재.
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