KR20030041405A - a quartz vibrator - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수정진동자 및 수정진동자 리드의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수정진동자의 전체적인 부품의 수를 감소시켜 소형화를 이룰 수 있도록 하고 진동자의 케이스에 열 융착되는 리드(Lid)의 접합이 매우 간편하게 이루어질 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.The present invention relates to a crystal oscillator and a method of manufacturing a crystal oscillator lead, and more particularly, to reduce the overall number of the crystal oscillator to achieve miniaturization and to join the lead (Lid) heat-sealed to the case of the oscillator It relates to an invention that can be made very simply.
일반적으로 수정진동자(水晶振動子)는 얇은 조각의 수정 진동편의 양면에 도체(導體) 전극을 연결하여 전기적 신호를 인가 받아 압전효과(壓電效果)에 의해 진동되면서 안정된 주파수를 공급하는 것으로서 발진기나 필터 등으로 다양하게 사용된다.In general, a crystal oscillator connects conductor electrodes to both sides of a thin piece of crystal vibrating element and receives an electrical signal to supply a stable frequency while vibrating by a piezoelectric effect. It is used variously as a filter.
이러한, 수정진동자는 다양한 전자기기의 부품으로 광범위하게 사용되며 갈수록 소형화 및 슬림화(slim type) 되는 추세이다.Such crystal oscillators are widely used as components of various electronic devices, and are becoming more compact and slim type.
이중에서도 도 3에서 도시한 바와 같이 세라믹 절연체(11) 사이에전극회로(12) 들이 다층 배열된 케이스(10) 내부에 수정 진동편(30)이 수납되어 전극에 연결되고 케이스(10)의 상부에 코발트와 니켈의 합금인 코바(kovar)로 이루어진 리드(20)(Lid)가 접합되어 그 내부가 밀폐되는 시스템의 수정진동자(1)가 제안된 바 있었다.3, the crystal vibrating element 30 is accommodated in the case 10 in which the electrode circuits 12 are multilayered between the ceramic insulators 11, connected to the electrodes, and the upper portion of the case 10, as shown in FIG. 3. A crystal oscillator 1 of a system in which a lid 20 made of cobalt (kovar) of cobalt and nickel is bonded and sealed inside thereof is proposed.
그러나, 전술한 형태의 수정진동자(1)는 서로 이질감이 있는 세라믹 케이스(10) 상부에 금속 리드(20)를 접합시켜야 하는 것이므로 상당한 문제점이 발생된다.However, since the crystal oscillator 1 of the above-described type is required to bond the metal lead 20 to the upper portion of the ceramic case 10 having a heterogeneous sense, a considerable problem occurs.
상기 리드(20)의 재질은 철(Fe) 54%, 니켈(Ni) 29%, 코발트(Co) 17%를 함유한 페르니코계의 합금인 코바(Kovar)를 주로 사용한다. 상기 코바는 인장, 수축, 열팽창계수가 세라믹과 유사하여 세라믹과 접합시킬 때 많이 사용되는 것이나, 리드(20)를 세라믹 케이스(10)에 접합시키기 위해서는 약 800℃의 열을 가해야하고, 이때 발생되는 고열은 케이스(10)에 수납된 진동편(30)을 변형시킴에 따라 리드(20)를 케이스(10)에 직접 접합시킬 수 없었다.The material of the lead 20 is mainly made of Kovar, a perico-based alloy containing 54% of iron (Fe), 29% of nickel (Ni), and 17% of cobalt (Co). The cobar is used in bonding to ceramics because the tensile, shrinkage, and thermal expansion coefficients are similar to those of ceramics, but in order to bond the leads 20 to the ceramic case 10, heat of about 800 ° C. needs to be applied. Due to the high heat, the lead 20 could not be directly bonded to the case 10 as the vibration piece 30 housed in the case 10 was deformed.
따라서, 종래에는 도 3a에서 도시한 바와 같이, 세라믹 케이스(10)의 상부에 은(Ag) 도금된 링(40)을 올려놓고, 200∼400℃의 열을 가하여 링(40)의 도금막(40a)을 용융하여 세라믹에 접합시킨 후 도 3b에서 도시한 바와 같이 케이스(10) 내부에 수정 진동편(30)을 고정시키고 전선(31)을 사용하여 전극회로(12)에 연결한 후 도 3c에서 도시한 바와 같이, 링(40)의 상부에 리드(20)를 올려놓고 다시 200∼400℃의 열을 가하여 리드(20)를 링(40)에 열 융착시키는 구성으로 되어 있다.Therefore, conventionally, as shown in FIG. 3A, a silver (Ag) plated ring 40 is placed on the ceramic case 10, and the plated film of the ring 40 is applied by applying a heat of 200 to 400 ° C. After melting and bonding 40a to the ceramic, as shown in FIG. 3b, the crystal vibrating element 30 is fixed to the inside of the case 10 and connected to the electrode circuit 12 using the wire 31. As shown in the drawing, the lid 20 is placed on the upper portion of the ring 40, and heat is further applied to the ring 40 by applying heat of 200 to 400 ° C.
이와 같이 은도금된 링(40)을 사용하는 경우에는 수정진동자의 조립에 사용되는 부품의 수와 작업공정의 수가 늘어나게 되고, 비교적 고가인 은도금 링을 사용함에 따라 전체적인 제조원가가 상승되는 등의 폐단이 발생되었다.In the case of using the silver plated ring 40 as described above, the number of parts used in the assembly of the crystal oscillator and the number of work processes increase, and the overall manufacturing cost increases due to the use of a relatively expensive silver plated ring. It became.
특히, 링(40)이 결합되는 경우에는 수정진동자(1)의 전체적인 두께가 두꺼워지는 것이므로 수정진동자의 소형화 및 슬림화에 결정적인 저해요인이 되었다. 따라서, 고가의 링을 사용하지 않고 리드를 접합시킬 수 있는 혁신적인 기술의 제안이 절실히 요구되었다.In particular, when the ring 40 is coupled, the overall thickness of the crystal oscillator 1 becomes thick, which is a determinant factor in miniaturization and slimming of the crystal oscillator. Therefore, there is an urgent need for a proposal of an innovative technique for joining leads without using expensive rings.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 수정진동자의 전체적인 부품의 수를 감소시켜 소형화를 이룰 수 있도록 하고, 진동자의 케이스에 리드(Lid)를 매우 간편하게 접합시킬 수 있는 수정진동자를 제공함에 있는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, the object of which is to reduce the overall number of parts of the crystal oscillator to achieve miniaturization, crystal crystal oscillator that can be very easily bonded to the lid (Rid) of the vibrator case It is in providing.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 세라믹 절연체(11) 사이에 전극회로(12) 들이 다층 배열된 케이스(10) 내부에 수정 진동편(30)이 수납되어 전극에 연결되고, 케이스(10)에는 금속합금 리드(20)가 접합되어 케이스(10) 내부가 밀폐되는 시스템의 수정진동자(1)에 있어서, 그 외부면에 니켈(Ni) 도금막(20a)이 형성된 리드(20)의 일면에는 일정 두께를 갖는 접합층(21)이 형성되고, 접합층(21)은 저온의 열에 의하여 케이스(10)의 상부에 직접 열 융착됨을 특징으로 하는 수정진동자에 의하여 달성될 수 있는 것이다.Features of the present invention for achieving the above object, the crystal vibration piece 30 is accommodated in the case 10 in which the electrode circuits 12 are arranged in a multilayer between the ceramic insulator 11 is connected to the electrode, the case In the crystal oscillator 1 of the system in which the metal alloy lead 20 is joined to the case 10 and the inside of the case 10 is sealed, the lead 20 having a nickel (Ni) plating film 20a formed on an outer surface thereof. One side of the bonding layer 21 having a predetermined thickness is formed, the bonding layer 21 is to be achieved by a crystal oscillator, characterized in that the heat is directly fused to the upper portion of the case 10 by low temperature heat.
도 1은 본 발명에 의한 수정진동자를 예시한 분해사시도,1 is an exploded perspective view illustrating a crystal oscillator according to the present invention;
도 2a와 도 2b는 본 발명에 의한 수정진동자의 결합과정을 예시한 단면도,2A and 2B are cross-sectional views illustrating a coupling process of the crystal oscillator according to the present invention;
도 3a ∼ 도 3c는 종래의 기술을 예시한 단면도,3a to 3c are cross-sectional views illustrating the prior art,
도 4는 본 발명에 의한 수정진동자의 리드를 제조하는 공정의 일실시예를 예시한 개략적인 장치도,4 is a schematic apparatus diagram illustrating one embodiment of a process for manufacturing a lead of a crystal oscillator according to the present invention;
도 5는 본 발명에 의한 수정진동자의 리드를 제조하는 공정의 다른실시예를 예시한 개략적인 장치도.Figure 5 is a schematic device diagram illustrating another embodiment of the process for manufacturing the lead of the crystal oscillator according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 수정진동자 10 : 케이스1: crystal oscillator 10: case
11 : 절연체 12 : 전극회로11 insulator 12 electrode circuit
20 : 리드 20a, 40a : 도금막20: lead 20a, 40a: plating film
21 : 접합층 21a : 페이스트21: bonding layer 21a: paste
21b : 박판 30 : 진동편21b: thin plate 30: vibrating piece
31 : 전선 40 : 링31: wire 40: ring
50, 60 : 릴 51 : 아이들롤러50, 60: reel 51: idle roller
52 : 압동롤러 53 : 고무동롤러52: pressure roller 53: rubber roller
54 : 판동롤러 55 : 잉크롤러54: plate roller 55: ink roller
56 : 가압롤러 57 : 건조로56: pressure roller 57: drying furnace
58 : 프레스 61 : 접합롤러58: press 61: bonding roller
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail by the accompanying drawings a preferred embodiment for achieving the above object is as follows.
도 1 내지는 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 케이스(10)는 세라믹 절연체(11) 사이에 전극회로(12) 들이 다층 배열되고, 그 내부에는 수납공간이 형성된 구성으로 되어 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the case 10 has a structure in which electrode circuits 12 are arranged in a multilayer manner between ceramic insulators 11 and a storage space is formed therein.
상기 케이스(10)의 내부 바닥에 구비된 전극회로(12)에는 수정 진동편(30)이 고정되어 있고, 이 수정 진동편(30)은 양측 전극에 전선(31)으로 연결되어 있다.The crystal vibration piece 30 is fixed to the electrode circuit 12 provided on the inner bottom of the case 10, and the crystal vibration piece 30 is connected to both electrodes by an electric wire 31.
상기 케이스(10)의 개방된 상부에는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co)의 합금인 코바(Kovar)를 얇은 판재로 가공한 리드(20)가 접합되어 케이스(10) 내부가 밀폐된 구성으로 되어 있다.An open upper portion of the case 10 is bonded with a lead 20 processed from a thin plate of Kovar, an alloy of iron (Fe), nickel (Ni), and cobalt (Co), to bond the inside of the case 10. It is in a sealed configuration.
물론, 전술한 구성의 수정진동자(1)는 이미 알려진 공지의 기술사상이다. 그러나, 본 발명에 있어서 가장 중요한 특징은 리드(20)의 일면에 접합층(21)이 구비되어 저온의 열에 의하여 케이스(10)의 상부에 직접 접합시킬 수 있도록 함에 있는 것이다.Of course, the crystal oscillator 1 of the above-described configuration is a known technical idea. However, the most important feature in the present invention is that the bonding layer 21 is provided on one surface of the lid 20 so that the bonding layer 21 can be directly bonded to the upper portion of the case 10 by low temperature heat.
즉, 리드(20)에는 니켈(Ni)이 도금되어 그 외부면에 도금막(20a)이 형성된 구성으로 되어 있고, 리드(20)의 일면에는 일정 두께를 갖는 접합층(21)이 형성되어 있다.That is, the lead 20 is plated with nickel (Ni) and the plated film 20a is formed on the outer surface thereof, and the bonding layer 21 having a predetermined thickness is formed on one surface of the lead 20. .
상기 접합층(21)은 비교적 저온의 열(200∼400℃)에 의하여 케이스(10)의 상부에 직접 열 융착되는 소재로 되어 있다.The bonding layer 21 is made of a material that is directly thermally fused to the upper portion of the case 10 by relatively low heat (200 to 400 ° C).
따라서, 종래와 같이 은도금된 링을 사용할 필요 없이 리드(20)를 케이스(10) 위에 올려놓고 저온(200∼400℃)의 열을 가하면 접합층(21)이 용융되면서 케이스(10)의 상부 주연부에 견고하게 접착되는 것이므로 리드(20)의 접합 작업이 매우 편리하면서도 전체적인 두께를 얇게 하여 수정진동자의 소형화 및 슬림화를 구현할 수 있는 동시에 전체적인 제조원가를 저렴하게 유지할 수 있는 등의 이점이 있다.Therefore, if the lead 20 is placed on the case 10 without applying a silver-plated ring as in the related art, and a low temperature (200 to 400 ° C.) is applied, the bonding layer 21 melts and the upper peripheral portion of the case 10 is melted. Since it is firmly bonded to the lead 20, the bonding operation of the lead 20 is very convenient, and the overall thickness can be reduced to realize the miniaturization and slimming of the crystal oscillator and at the same time maintain the overall manufacturing cost at a low cost.
한편, 상기 접합층(21)은 다양하게 구성할 수 있으나, 납(Pb) 84∼88％, 비스무스(Bi) 7∼9％, 주석(Sn) 3∼5％, 인디움(In) 0.8∼1.2％, 은(Ag) 0.8∼1.2％를 주성분으로 하는 합금을 미세한 입자의 분말로 분쇄시킨 후 플럭스(flux) 용제(溶劑)와 혼합하여 일정점도를 갖는 페이스트(paste)로 성형한 것을 리드(20)의 일면에 도포한 후 건조시켜 일정두께를 갖는 접합층(21)을 형성하는 것이 바람직하다.On the other hand, the bonding layer 21 can be configured in various ways, but lead (Pb) 84 to 88%, bismuth (Bi) 7 to 9%, tin (Sn) 3 to 5%, indium (In) 0.8 to An alloy composed mainly of 1.2% and 0.8 to 1.2% silver (Ag) was ground into a fine particle powder, mixed with a flux solvent, and then molded into a paste having a constant viscosity. It is preferable to form the bonding layer 21 which has a predetermined thickness after apply | coating to one surface of 20), and drying.
이와 같이 납(Pb)과 비스무스(Bi)를 주성분으로 하는 접합층(21)은 저온에서도 잘 용융되어 용접 특성이 우수할 뿐 아니라 비용이 저렴하고 융점(melting point), 젖음성(wettability) 등을 비롯하여, 기계적특성(joint strength, hardness, creep-fatigue resistance), 전기적특성(electrical conductivity), 열적특성(CTE, thermal conductivity) 등이 뛰어나면서도 유독성(toxicity)이 거의 없는 것으로서 케이스(10)의 상부에 리드(20)를 견고하게 접합시킬 수 있는 동시에 결합작업이 매우 간편하면서도 비용이 저렴하여 대외경쟁력을 높여줄 수 있는 등의이점이 있다.As such, the bonding layer 21 mainly composed of lead (Pb) and bismuth (Bi) melts well even at low temperatures, and thus has excellent welding properties, and is inexpensive, including melting point, wettability, and the like. Excellent lead strength, hardness, creep-fatigue resistance, electrical conductivity, thermal conductivity (CTE, thermal conductivity) and little toxicity. (20) can be firmly bonded and at the same time the joining operation is very easy, but the cost is low and can increase the external competitiveness.
한편, 상기 접합층(21)을 리드(20)에 형성하는 방법은 도 4에서 도시한 바와 같이, 코바(Kovar)에 니켈(Ni) 도금을 한 얇은 판재의 리드(20)를 릴(50)에 감겨지도록 한 상태에서 리드(20)의 선단을 아이들롤러(51)를 통해 압동롤러(52)와 고무동롤러(53) 사이를 통과시키면, 납(Pb) 84∼88％, 비스무스(Bi) 7∼9％, 주석(Sn) 3∼5％, 인디움(In) 0.8∼1.2％, 은(Ag) 0.8∼1.2％의 합금분말이 플럭스 용제와 혼합된 페이스트(21a)가 회전되는 잉크롤러(55)에 공급되어 그 외부면에 도포되고, 잉크롤러(55)가 판동롤러(54), 판동롤러(54)가 고무동롤러(53)와 접촉 회전되어 잉크롤러(55)에 도포된 페이스트(21a)가 판동롤러(54)를 통해 고무동롤러(53)의 외부면에 도포되면 리드(20)의 일면에 고무동롤러(53)의 페이스트(21a)가 전사되어 도포되고, 한쌍의 가압롤러(56)들 사이를 통과하면서 도포된 페이스트 층이 일정 두께를 유지하면 건조로(57)를 통과시켜 페이스트 층을 건조시킨 후 프레스(58)로 펀칭하면 그 일면에 접합층(21)이 형성된 일정 크기의 리드(20)를 얻을 수 있는 것이다.Meanwhile, in the method of forming the bonding layer 21 on the lead 20, as shown in FIG. 4, the thin plate lead 20 having nickel (Ni) plating on the kovar is reel 50. When the tip of the lead 20 is passed between the pressing roller 52 and the rubber copper roller 53 through the idle roller 51 while being wound around, 84 to 88% of lead (Pb) and bismuth (Bi) Ink roller, in which a paste 21a in which alloy powders of 7 to 9%, 3 to 5% of tin (Sn), 0.8 to 1.2% of indium (In) and 0.8 to 1.2% of silver (Ag) is mixed with the flux solvent is rotated. Supplied to the outer surface 55, and the ink roller 55 is coated with the ink roller 55 by rotating the platen roller 54 and the platen roller 54 in contact with the rubber plate 53. When 21a is applied to the outer surface of the rubber copper roller 53 through the platen roller 54, the paste 21a of the rubber copper roller 53 is transferred and applied to one surface of the lid 20, and a pair of pressures are applied. The applied paint while passing between the rollers 56 When the yeast layer maintains a certain thickness, the paste layer is dried by passing through the drying furnace 57 and punched by a press 58 to obtain a lead 20 having a predetermined size having a bonding layer 21 formed on one surface thereof. will be.
상기 접합층(21)은 다르게 형성할 수도 있다. 즉, 주석(Sn) 76∼84％, 인디움(In) 8∼12％, 비스무스(Bi) 8∼9％, 은(Ag) 0.8∼1.2％, 동(Cu) 0.3∼0.7％의 합금을 얇은 판재로 성형시킨 후 리드(20)의 일면에 열 접착시켜 접합층(21)을 형성할 수도 있다.The bonding layer 21 may be formed differently. That is, alloys of tin (Sn) 76 to 84%, indium (In) 8 to 12%, bismuth (Bi) 8 to 9%, silver (Ag) 0.8 to 1.2%, and copper (Cu) 0.3 to 0.7% After forming a thin plate, the adhesive layer 21 may be formed by thermally bonding one surface of the lead 20.
이와 같이 주석(Sn)과 인디움(In)을 주성분으로 하는 접합층(21)은 젖음 특성 및 접합강도가 우수하며 피로 수명이 길다. 또한, 주석(Sn)의 함량이 높기 때문에 주석 결정구조(Sn whisker)의 성장이 일어나기 쉽고, 동(Cu)이 약 0.5% 가량 첨가되어 피로특성이 개선될 뿐 아니라 비스무스(Bi)가 8.5%첨가되어 젖음 특성이 향상되고 산화를 방지할 수 있는 것으로서, 케이스(10)의 상부에 리드(20)를 견고하게 접합시킬 수 있는 동시에 결합작업이 매우 간편하면서도 비용이 저렴하여 대외경쟁력을 높여줄 수 있는 것이다.As described above, the bonding layer 21 mainly composed of tin (Sn) and indium (In) has excellent wettability, bonding strength, and long fatigue life. In addition, since the content of Sn is high, it is easy to grow the tin whisker, and about 0.5% of Cu is added to improve fatigue properties and 8.5% of bismuth is added. As the wettability is improved and oxidation can be prevented, the lead 20 can be firmly bonded to the upper portion of the case 10, and at the same time, the joining operation is very simple and inexpensive, thereby increasing external competitiveness. will be.
한편, 상기 접합층(21)을 리드(20)에 형성하는 방법은 도 5에서 도시한 바와 같이, 코바(Kovar)에 니켈(Ni) 도금을 한 얇은 판상의 리드(20)를 릴(50)에 감겨지도록 하고, 주석(Sn) 76∼84％, 인디움(In) 8∼12％, 비스무스(Bi) 8∼9％, 은(Ag) 0.8∼1.2％, 동(Cu) 0.3∼0.7％의 합금을 얇은 판재로 성형시킨 박판(21b)을 릴(60)에 감겨지도록 한 후 리드(20)와 박판(21b)을 아이들롤러(51)를 통해 한쌍의 접합롤러(61)들 사이를 통과시키면서 가열하여 리드(20)의 일면에 박판(21b)을 접합시킨 후 한쌍의 가압롤러(56)들 사이를 통과시켜 일정 두께가 유지되면 프레스(58)로 펀칭하여 그 일면에 접합층(21)이 형성된 일정 크기의 리드(20)를 얻을 수 있는 것이다.Meanwhile, in the method of forming the bonding layer 21 on the lead 20, as shown in FIG. 5, the thin plate-like lead 20 having nickel (Ni) plating on the kovar is reel 50. To be wound around, tin (Sn) 76 to 84%, indium (In) 8 to 12%, bismuth (Bi) 8 to 9%, silver (Ag) 0.8 to 1.2%, copper (Cu) 0.3 to 0.7% Of the thin plate 21b formed of an alloy of thin plate to be wound on the reel 60, and then pass the lead 20 and the thin plate 21b between the pair of bonding rollers 61 through the idle roller 51. While heating while bonding the thin plate 21b to one side of the lead 20, and passed through a pair of pressure rollers 56, if a certain thickness is maintained by punching with a press 58 to the bonding layer 21 on one side The formed lead 20 can be obtained.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 니켈(Ni) 도금막(20a)이 형성된 리드(20)의 일면에 일정 두께를 갖는 접합층(21)이 형성되어 저온의 열(200∼400℃)에 의하여 세라믹 케이스(10)의 상부에 접합층(21)이 직접 열 융착되는 것이므로 종래와 같이 은도금된 링을 사용할 필요 없이 리드(20)를 케이스(10) 위에 올려놓고 저온(200∼400℃)의 열을 가하기만 하면 접합층(21)이 용융되면서 케이스(10)의 상부 주연부에 견고하게 접착되는 것이므로 리드(20)의 접합 작업이 매우 편리하면서도 전체적인 두께를 얇게 형성하여 수정진동자의 소형화 및 슬림화를 구현할 수 있는 동시에 그 제조원가를 저렴하게 유지하여 수정진동자의 대외 경쟁력을 최대한 높여줄 수 있는 등의 이점이 있다.In the present invention as described above, the bonding layer 21 having a predetermined thickness is formed on one surface of the lead 20 on which the nickel (Ni) plated film 20a is formed, and thus, the low-temperature heat (200 to 400 ° C.) Since the bonding layer 21 is directly thermally fused to the upper portion of the ceramic case 10, the lead 20 is placed on the case 10 without using a silver plated ring as in the prior art, and thus the low temperature (200 to 400 ° C.) Just by applying heat, the bonding layer 21 is melted and firmly adhered to the upper periphery of the case 10. Therefore, the bonding work of the lead 20 is very convenient and the overall thickness is formed to be thin, thereby miniaturizing and slimming the crystal oscillator. At the same time, the manufacturing cost can be maintained at a low cost, thereby enhancing the external competitiveness of the crystal oscillator.
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