KR20030085149A - 수정진동자 및 수정진동자 리드의 접합방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수정진동자 및 수정진동자 리드의 접합방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수정진동자의 전체적인 부품의 수를 감소시켜 소형화를 이룰 수 있도록 하고 진동자의 케이스에 열 접착되는 리드(Lid)의 접합이 매우 간편하게 이루어질 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
전술한 본 발명은 세라믹 절연체(11) 사이에 전극회로(12) 들이 다층 배열된 케이스(10) 내부에 수정 진동편(30)이 수납되어 전극에 연결되고, 케이스(10) 상부에는 금속합금 리드(20)가 접합되어 케이스(10) 내부가 밀폐되는 시스템의 수정진동자(1)에 있어서, 그 외부면에 니켈(Ni) 도금막이 형성된 리드(20)의 하부면에는 일정 두께를 갖는 접합층(21)을 형성하되, 접합층(21)은 금속합금 분말과 플럭스 용제가 혼합된 페이스트(21a)를 리드(20)의 하부 주연부에 도포하여 형성되고, 리드(20)를 가열시키면 접합층(21)이 용융되면서 케이스(10) 상부에 열 접착됨을 특징으로 하는 수정진동자에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 수정진동자 및 수정진동자 리드의 접합방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수정진동자의 전체적인 부품의 수를 감소시켜 소형화를 이룰 수 있도록 하고 진동자의 케이스에 열 접착되는 리드(Lid)의 접합이 매우 간편하게 이루어질 수 있도록 한 발명에 관한 것이다.
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.
이러한, 수정진동자는 다양한 전자기기의 부품으로 광범위하게 사용되며 갈수록 소형화 및 슬림화(slim type) 되는 추세이다.
이중에서도 도 4a ∼ 도 4c에서 도시한 바와 같이 세라믹 절연체(11) 사이에 전극회로(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.
그러나, 전술한 형태의 수정진동자(1)는 서로 이질감이 있는 세라믹 케이스(10) 상부에 금속 리드(20)를 접합시켜야 하는 것이므로 상당한 문제점이 발생된다.
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.
따라서, 종래에는 도 4a에서 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 4b에서 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.
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.
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.
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.
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) 상부에는 금속합금 리드(20)가 접합되어 케이스(10) 내부가 밀폐되는 시스템의 수정진동자(1)에 있어서, 그 외부면에 니켈(Ni) 도금막이 형성된 리드(20)의 하부면에는 일정 두께를 갖는 접합층(21)을 형성하되, 접합층(21)은 금속합금 분말과 플럭스 용제가 혼합된 페이스트(21a)를 리드(20)의 하부 주연부에 도포하여 형성되고, 리드(20)를 가열시키면 접합층(21)이 용융되면서 케이스(10) 상부에 열 접착됨을 특징으로 하는 수정진동자에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
도 1a ∼ 도 1c는 본 발명에 의한 수정진동자의 결합과정을 예시한 평면도,
도 2a ∼ 도 2g는 본 발명에 의한 수정진동자의 결합과정을 예시한 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 수정진동자의 분해사시도,
도 4a ∼ 도 4c는 종래의 기술을 예시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 수정진동자 10 : 케이스
11 : 절연체 12 : 전극회로
20 : 리드 21 : 접합층
21a : 페이스트 21b : 박판
30 : 진동편 31 : 전선
40 : 링 40a : 도금막
50 : 지지판 51 : 안내홈
52 : 가압판 60 : 제판
61 : 스퀴즈 70 : 가열로
71 : 히터 72 : 컨베이어
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 케이스(10)는 세라믹 절연체(11) 사이에 전극회로(12) 들이 다층 배열되고, 그 내부에는 수납공간이 형성된 구성으로 되어 있다.
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.
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.
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.
즉, 리드(20)는 얇은 금속판의 외부에 니켈(Ni) 도금막이 형성된 구성으로 되어 있고, 리드(20)의 하부면에는 일정 두께를 갖는 접합층(21)이 형성되어 있다.
상기 접합층(21)은 비교적 저온의 열(200∼400℃)에 의하여 케이스(10)의 상부에 직접 열 융착되는 금속합금으로 되어 있다.
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.
한편, 상기 접합층(21)은 금속합금을 미세한 입자로 분쇄시킨 금속합금 분말을 플럭스(flux) 용제(溶劑)와 혼합하여 일정점도를 갖는 페이스트(21a)(paste)를 성형한 후 리드(20)의 하부면 주연부에 일정두께를 갖는 사각형으로 도포하여 형성된다.
상기 페이스트(21a)는 실크스크린 인쇄에 의하여 리드(20)의 하부면 주연부에 사각형으로 인쇄되는 형태로 도포된다.
상기 접합층(21)에 사용되는 금속합금분말은 다양하게 구성할 수 있으나, 주석(Sn) 88∼92중량％, 은(Ag) 9∼11중량％를 주성분으로 하는 합금으로 되어 있다.
이와 같이 주석(Sn)을 주성분으로 하고 은(Ag)이 적정량 첨가된 접합층(21)은 200∼400℃의 저온에서도 잘 용융되어 용접 특성이 우수할 뿐 아니라 융점(melting point), 젖음성(wettability) 등을 비롯하여, 기계적 특성(joint strength, hardness, creep-fatigue resistance), 전기적 특성(electrical conductivity), 열적특성(CTE, thermal conductivity) 등이 뛰어나면서도 유독성(toxicity)이 거의 없어 환경오염을 일으킬 염려가 없는 것으로서 케이스(10) 상부에 리드(20)를 견고하게 접합시킬 수 있는 동시에 결합작업이 매우 간편하여 대와 경쟁력이 높은 고품질의 수정진동자(1)를 제공할 수 있는 등의 이점이 있다.
상기 접합층(21)의 금속합금분말은 다르게 형성할 수도 있다. 즉, 주석(Sn)97∼98중량％, 동(Cu) 1∼3중량％, 은(Ag) 0.2∼0.4중량％를 주성분으로 하는 합금으로 구성할 수도 있다.
이와 같이 주석(Sn)을 주성분으로 하고 동(Cu)과 은(Ag)이 소량 첨가된 접합층(21)은 비용이 저렴하고 약320℃의 저온에서도 잘 용융되어 용접 특성이 우수할 뿐 아니라 젖음 특성 및 접합강도가 우수하며 피로 수명이 길다. 또한, 주석(Sn)의 함량이 높기 때문에 주석 결정상(Sn whisker)의 성장이 일어나기 쉽고, 동(Cu)이 약 2중량％ 가량 첨가되어 피로특성이 개선될 뿐 아니라 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.
한편, 상기 접합층(21)의 금속합금은 또 다르게 형성할 수도 있다. 즉, 주석(Sn) 78∼82중량％, 아연(Zn) 9∼11중량％, 은(Ag) 9∼11중량％를 주성분으로 하는 합금으로 구성할 수도 있고, 경우에 따라서는 주석(Sn) 82∼84중량％, 아연(Zn) 9∼11중량％, 동(Cu) 6∼8중량％를 주성분으로 하는 합금으로 구성할 수도 있다.
이와 같이 주석(Sn)을 주성분으로 아연(Zn)과 은(Ag) 또는 아연(Zn)과 동(Cu)이 적정량 첨가된 접합층(21)은 약200∼400℃의 저온에서도 잘 용융되어 용접 특성이 우수할 뿐 아니라 젖음 특성 및 접합강도가 우수하며 피로 수명이 길어서 케이스(10)의 상부에 리드(20)를 견고하게 접합시킬 수 있는 동시에 결합작업이 매우 간편하다.
이와 같이 접합층(21)이 비교적 저온(200∼400℃)의 열에 의하여 용융되는 경우에는 종래와 같이 별도의 은도금된 링을 사용할 필요 없이 리드(20)를 케이스(10) 위에 올려놓고 컨베이어를 통해 히터가 장착된 가열로 내부를 통과시키면 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 슬림화(slim type)를 구현할 수 있는 것이다.
한편, 상기 접합층(21)을 리드(20)의 하부면에 형성하여 세라믹 케이스(10) 상부에 접합시키는 방법은 안내홈(51)들이 일정간격을 이루어 가로 세로 배열된 지지판(50)의 안내홈(51)들에 리드(20)들이 놓여지도록 하는 단계와; 상기 지지판(50)을 실크스크린 제판(60) 하부에 위치시키고 금속합금분말을 플럭스(flux) 용제(溶劑)와 혼합하여 일정점도를 갖는 페이스트(21a)를 제판(60) 위에 올려놓고 스퀴즈(61)로 밀어 각각의 리드(20)들 상부면 주연부에 사각형으로 도포되는 접합층(21)을 인쇄하는 단계와; 리드(20)의 인쇄가 완료된 지지판(50)을 컨베이어(72)를 통해 히터(71)가 장치된 가열로(70)를 통과시키면서 접합층(21)을 건조하여 응고시키고 접합면을 살짝 용융하여 접합층(21)이 리드(20)의 상부면에 견고하게 접착되도록 하는 단계와; 가열로(70)를 통과한 리드(20)들을 냉각시킨 후 지지판(50)에서 리드(20)들을 분리하여 세척한 후 견조시키는 단계와; 지지판(50)의 안내홈(51)들에 세라믹 케이스(10)들을 올려놓고, 세라믹 케이스(10)들의 상부에는 접합층(21)이 아래를 향하도록 리드(20)들을 올려놓은 후 리드(20)들의 상부에 가압판(52)을 올려놓는 단계와; 상기 지지판(50)을 컨베이어(72)를통해 히터(71)가 장치된 가열로(70)를 통과시키면서 접합층(21)을 용융시켜 리드(20)가 케이스(10) 상부에 견고하게 접착되도록 하는 단계와; 리드(20)가 접착된 세라믹 케이스(10)를 냉각시킨 후 지지판(50)에서 분리하여 수정진동자(1)를 완성하는 단계에 의하여 달성될 수 있다.
전술한, 접합방법을 첨부된 도면에 의하여 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 와 도 2a에서 도시한 바와 같이, 일정두께를 갖는 지지판(50)에는 안내홈(51)들이 일정간격을 이루어 가로 세로 배열되어 있고, 이 지지판(50)의 안내홈(51)들에 얇은 금속판으로 이루어진 리드(20)들을 삽입하여 놓여지도록 한다.
이어서, 도 1b와 도 2b에서 도시한 바와 같이, 상기 지지판(50)을 실크스크린 제판(60)의 하부에 위치시킨 후 제판(60) 위에는 금속합금 분말과 플럭스(flux) 용제(溶劑)와 혼합하여 일정점도를 갖도록 반죽된 페이스트(21a)를 올려 놓고 스퀴즈(61)로 밀어 각각의 리드(20)들 상부면에 접합층(21)을 인쇄한다.
상기 접합층(21)은 도 1c에서 도시한 바와 같이, 각각의 리드(20)들 상부면 주연부에 사각형을 이루어 도포되는 것이므로 한번의 인쇄작업에 많은 수의 리드(20)에 접합층(21)을 일시에 형성할 수 있는 것으로서 작업의 효율을 최대한 높여 줄 수 있는 등의 이점이 있다.
물론, 상기 실크스크린 제판(60)에는 지지판(50)에 놓여진 리드(20)들의 간격과 상응하는 위치에 사각형의 공판 그림들이 연속 형성되어 리드(20) 상부면에만 인쇄가 되도록 구성되어 있음은 당연하다.
이어서, 도 1c 와 도 2c에서 도시한 바와 같이, 리드(20)의 인쇄가 완료된지지판(50)을 컨베이어(72)를 통해 히터(71)가 장치된 가열로(70)를 통과시키면서 접합층(21)을 건조하여 동시에 응고시킨다.
상기 가열로(70) 내부에 장치된 히터(71)는 200∼400℃의 열을 발산하여 응고된 후 계속 이송되는 접합층(21)의 접합면을 살짝 용융하여 접합층(21)이 리드(20)의 상부면에 견고하게 접착된다.
이이서, 가열로(70)를 통과한 리드(20)들을 냉각시킨 후 지지판(50)에서 리드(20)들을 분리하여 세척한 후 견조시킨다.
이어서, 도 2d에서 도시한 바와 같이 또 다른 지지판(50)의 안내홈(51)들에 세라믹 케이스(10)들을 올려놓고, 세라믹 케이스(10)들의 상부에는 접합층(21)이 아래를 향하도록 리드(20)들을 올려놓은 후 도 2e에서 도시한 바와 같이 리드(20)들의 상부에는 가압판(52)을 올려놓는다. 이때 상기 가압판(52)은 각각의 리드(20)들에 약5g의 하중이 부여될 수 있도록 가압판(52)의 중량을 선택한다.
이어서, 도 2f에서 도시한 바와 같이 상기 지지판(50)을 컨베이어(72)를 통해 히터(71)가 장치된 가열로(70)를 통과시키면서 접합층(21)을 용융시켜 리드(20)가 케이스(10) 상부에 견고하게 접착되도록 한다.
이때, 상기 가열로(70) 내부에 장치된 히터(71)는 200∼400℃의 열을 발산하여 이송되는 접합층(21)을 녹이면 가압판(52)이 리드(20)를 5g의 하중으로 눌러줌에 따라 리드(20)가 케이스(10)의 상부면에 견고하게 접착된다.
이어서, 리드(20)가 접착된 세라믹 케이스(10)를 냉각시킨 후 지지판(50)에서 분리하면, 도 2g내지는 도 3에서 도시한 바와 같이 수정 진동편(30)이 내장된세라믹 케이스(10) 상부에 접합층(21)에 의하여 견고하게 접착된 수정진동자(1)를 완성할 수 있는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 많은 수의 리드(20)들 일면에 접합층(21)이 일시에 도포되어 인쇄되고, 컨베이어(72)를 따라 자동 이송되면서 가열로(70)에서 응고된 후 많은 개수의 세라믹 케이스(10)들 상부에 리드(20)들이 놓여진 상태에서 컨베이어(72)를 따라 자동 이송되면서 가열로(70)에서 열융착되어 접합되는 것이므로 리드(20)에 접합층(21)을 형성하는 작업과 리드(20)를 케이스(10)에 접합시키는 작업이 자동으로 이루어지고 한번의 작업공정에서 많은 개수의 수정진동자(1)를 완성시킬 수 있는 것으로서 작업의 효율이 상승되어 그 생산성을 높여 줄 수 있는 동시에 공장 자동화가 가능하여 상당한 인건비를 절감시킬 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 리드(20)의 일면에 형성된 접합층(21)은 저온의 열(200∼400℃)에 의하여 세라믹 케이스(10)의 상부에 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 있는등의 이점이 있다.
Claims (6)
- 세라믹 절연체(11) 사이에 전극회로(12) 들이 다층 배열된 케이스(10) 내부에 수정 진동편(30)이 수납되어 전극에 연결되고, 케이스(10) 상부에는 금속합금 리드(20)가 접합되어 케이스(10) 내부가 밀폐되는 시스템의 수정진동자(1)에 있어서,그 외부면에 니켈(Ni) 도금막이 형성된 리드(20)의 하부면에는 일정 두께를 갖는 접합층(21)을 형성하되, 접합층(21)은 금속합금분말과 플럭스 용제가 혼합된 페이스트(21a)를 리드(20)의 하부 주연부에 도포하여 형성되고, 리드(20)를 가열시키면 접합층(21)이 용융되면서 케이스(10) 상부에 열 접착됨을 특징으로 하는 수정진동자.
- 제 1항에 있어서, 상기 접합층(21)에 사용되는 금속합금분말은 주석(Sn) 88∼92중량％, 은(Ag) 9∼11중량％를 주성분으로 하는 합금으로 구성됨을 특징으로 하는 수정진동자.
- 제 1항에 있어서, 상기 접합층(21)에 사용되는 금속합금분말은 주석(Sn) 97∼98중량％, 동(Cu) 1∼3중량％, 은(Ag) 0.2∼0.4중량％를 주성분으로 하는 합금으로 구성됨을 특징으로 하는 수정진동자.
- 제 1항에 있어서, 상기 접합층(21)에 사용되는 금속합금분말은 주석(Sn) 78∼82중량％, 아연(Zn) 9∼11중량％, 은(Ag) 9∼11중량％를 주성분으로 하는 합금으로 구성됨을 특징으로 하는 수정진동자.
- 제 1항에 있어서, 상기 접합층(21)에 사용되는 금속합금분말은 주석(Sn) 82∼84중량％, 아연(Zn) 9∼11중량％, 동(Cu) 6∼8중량％를 주성분으로 하는 합금으로 구성됨을 특징으로 하는 수정진동자.
- 안내홈(51)들이 일정간격을 이루어 가로 세로 배열된 지지판(50)의 안내홈(51)들에 리드(20)들이 놓여지도록 하는 단계와;상기 지지판(50)을 실크스크린 제판(60) 하부에 위치시키고 금속합금 분말과 플럭스(flux) 용제(溶劑)를 혼합한 페이스트(21a)를 제판(60) 위에 올려놓고 스퀴즈(61)로 밀어 각각의 리드(20)들 상부면 주연부에 사각형으로 도포되는 접합층(21)을 인쇄하는 단계와;리드(20)의 인쇄가 완료된 지지판(50)을 컨베이어(72)를 통해 히터(71)가 장치된 가열로(70)를 통과시키면서 접합층(21)을 건조하여 응고시키고 접합면을 살짝 용융하여 접합층(21)이 리드(20)의 상부면에 견고하게 접착되도록 하는 단계와;가열로(70)를 통과한 리드(20)들을 냉각시킨 후 지지판(50)에서 리드(20)들을 분리하여 세척한 후 견조시키는 단계와;지지판(50)의 안내홈(51)들에 세라믹 케이스(10)들을 올려놓고, 세라믹 케이스(10)들의 상부에는 접합층(21)이 아래를 향하도록 리드(20)들을 올려놓은 후 리드(20)들의 상부에 가압판(52)을 올려놓는 단계와;상기 지지판(50)을 컨베이어(72)를 통해 히터(71)가 장치된 가열로(70)를 통과시키면서 접합층(21)을 용융시켜 리드(20)가 케이스(10) 상부에 견고하게 접착되도록 하는 단계와;리드(20)가 접착된 세라믹 케이스(10)를 냉각시킨 후 지지판(50)에서 분리하여 수정진동자(1)를 완성하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 수정진동자 리드의 접합방법.
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