KR20130084626A - 인캡슐레이션 패키지를 관통하는 밀봉된 전기 피드스루를 형성하는 방법 및 적어도 하나의 그와 같은 전기 피드스루가 제공된 인캡슐레이션 패키지 - Google Patents
인캡슐레이션 패키지를 관통하는 밀봉된 전기 피드스루를 형성하는 방법 및 적어도 하나의 그와 같은 전기 피드스루가 제공된 인캡슐레이션 패키지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 특히, 전자, 광학, 또는 광전자 소자에 대한 인캡슐레이션 패키지를 관통하는 밀봉된 전기스루를 형성하기 위한 방법에 관한 것으로, 패키지의 한쪽 벽, 및 바람직하게는 상기 패키지의 바닥에 관통 개구를 형성하는 단계; 및 그것을 통과하는 전기 접속부를 가지는 동시소성 세라믹으로 만든 판을 상기 개구에 납땜하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 밀봉된 인캡슐레이션 패키지, 및 더 자세하게는 탐지기의 밀봉된 인캡슐레이션 패키지, 특히 전자기파 탐지기, 더 구체적으로는 냉각된 적외선 탐지기의 인캡슐레이션 패키지 기술분야에 속한다.
양자 현상을 제공하는 저온에서의 적외선 탐지기 기술분야에 있어서, 탐지기는, 일반적으로 50K 및 200K 사이의 범위인 매우 낮은 온도로 냉각되어야 한다.
이러한 목적을 위해, 그와 같은 탐지기는 전통적으로 저온 유지 장치(cryostat)로도 불리는 냉각기능의 동봉물과 조합되며, 탐지기의 사용 온도에 따라 액화 헬륨, 또는 액화 산소, 또는 심지어는 액화 질소가 제공된 콜드핑거를 통해, 또는 냉각발생 장치에 의해 다시 상기 탐지기를 냉각할 수 있다.
게다가, 상기 발생기 그 자체는 일반적으로 진공에서, 밀봉된 패키지에 캡슐화된다.
이러한 타입의 탐지기가 직면하는 다른 어려움 중 하나는 전기신호가 처리되도록 하기 위해 탐지기에 의해 발생된 전기신호를, 탐지기를 포함하는 밀봉된 패키지 외부로 전달하는 전기적인 접속부의 필요로부터 야기되는 문제이다.
실제로, 대단히 자주, 그와 같은 접속 소자는, 패키지 안의 진공상태를 유지하기 위해, 패키지의 견고함에 영향을 주지 않고 패키지를 관통하여야 한다.
그리고 지금까지, 실제로, 이러한 접속부를 관통하는 것을 보장하기 위해 다른 기술들이 실시되었다.
그와 같은 기술들은 무엇보다 동시소성(cofired) 세라믹 기술을 포함한다. 이 기술은 2가지 방법으로 구현될 수 있으며, 인캡슐레이션 패키지 구성성분의 간략한 단면도를 보여주는 도 1 및 도 2 각각에 도시되어 있다.
제1 구현예에서, 상기 패키지는 그것의 작은 열팽창 계수를 위해, 일반적으로 Kovar®인, FeCoNi 합금으로 만들어진 베이스(1)에 의해 한정된다. 베이스(1)는 HTTC(High Temperature Cofired Ceramic) 동시소성 세라믹으로 만들어진 주변프레임(4)과, 그에 더하여 Kovar®로 만들어진 주변프레임(3)을 더 수용한다. 베이스(1), 주변프레임(4), 및 주변프레임(3)은 함께 납땜된다. 그 이후에, 상기 조립품은 레이저 용접에 의해 그 위에 설치된 패키지를 밀봉하기 위해 캡(cap) 또는 프레임(2)을 형성한다.
상기 패키지 내에 이와 같이 한정된 소자(5)는 밀봉전에 베이스(1) 상에 납땜 또는 저온 납땜에 의해 부착된다.
도면부호 6은 소자(5)로부터 시작하여, 금(gold) 바이어(via) 또는 트랙 수단에 의해 패키지 외부로 통과하는 신호에 대한 피드스루를 제공하는, 동시소성 세라믹으로 만들어진 하단 프레임(4) 레벨에 도달하는 전기 접속선을 나타내기 위해 사용된다.
도 2에 도시된 제2 구현예에서, Kovar®베이스(1)는 동시소성 세라믹으로 만들어진 베이스(7)로 대체된다. 패키지의 나머지는 이전 구현예와 실질적으로 동일하게 남아있으며, 상기 베이스는 이번에는 상기 소자로부터 시작하는 전기적 접속을 위한 밀봉된 전기 피드스루를 제공하기 위해 사용된다.
양 구현예에서, 상기 동시소성 세라믹은 베이스 레벨(level) 또는 하단 주변프레임 레벨에 배치되며, 동시에 기계적인 기능, 패키지 캡 또는 패키지 바닥(bottom)을 고정하는 기능, 및 소자로부터 시작하는 접속을 전송하는 전기적 기능을 가진다. 비록 양 기술들은, 특히 단순성과 효율성의 면에서, 현재 잘 제어되고 많은 이점들이 있으나, 요구되는 견고함을 제공하는 Kovar®프레임에 기계적인 납땜을 하는 것은 패키지의 크기 및 동봉할 수 있는 소자의 크기를 제한하는 큰 불이익을 가진다.
실제로, 낮은 열팽창 계수로 알려진 합금인, Kovar®의 사용에도 불구하고, 세라믹과 이 물질의 팽창 차이의 문제가 남아있다. 상기 문제는 비좁은(tight) 패키지에 대해 60mm×60mm 크기를 넘게 되면 급격히 사용을 금지하게 된다. 실제로, Kovar®와 상기 세라믹 사이의 팽창의 차이는 일반적으로 800℃에 가까운 온도에서 함께 납땜되는 경우 매우 크게 된다.
다른 기술 또한 사용된다. 그것은 동시소성 세라믹 삽입체을 사용하는 것을 포함하며, 삽입물은 여기에서 다시 밀봉된 전기 피드스루로서 사용된다. 이 기술의 2가지 구현예가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.
도 3에서, 세라믹 삽입체(18)는 상단 캡(12)과 함께 패키지를 한정하는 베이스(10)의 한 측벽의 레벨에 배치된다. 상기 삽입체는 상기 측벽상에 납땜된다.
도 4에서, 삽입체(19)는 패키지의 베이스(10)의 바닥 레벨에 납땜된다.
이 두번째 기술의 구현예가 무엇이든, 크기의 제한은 없다. 그러나, 이 기술은 삽입체와 베이스 사이의 연결이 상대적으로 약한 단점을 가진다. 실제로, 만약에 부주의하게 삽입체의 한 가장자리를 누르게 된다면, 이것은 상기 삽입체를 측벽상의 그것의 접지 면적(bearing area)에 대해 기울일 수 있으며, 이는 제작된 패키지의 견고함이 변화하는 위험을 가져온다. 게다가, 세라믹 삽입체의 표면과 측면에 금속화(metallization) 및 납땜 하는 것이 필요되기 때문에 구현을 더 복잡하게 만든다.
본 발명은 이러한 다른 단점을 극복하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 특히 전자, 광학, 또는 광전자 부품에 대한 인캡슐레이션 패키지를 관통하는 밀봉된 전기 피드스루를 형성하는 방법을 첫번째 목적으로 한다.
본 발명은 또한 소자 특히, 전자, 광학, 또는 광전자소자를 인캡슐레이션하기 위한 패키지를 목적으로 한다.
상기 방법은,
- 패키지의 한쪽 벽, 및 바람직하게는 패키지의 바닥에 관통 개구를 형성하는 단계; 및
- 소자로부터 패키지의 외부를 향해 그것을 통해 통과하는 전기적인 접속부를 가지는 동시소성 세라믹으로 만들어진 판을 상기 개구에 납땝하는 단계;를 포함한다.
이와 같이 구현된 방법 때문에 세라믹 판은 더 이상 어떠한 기계적인 기능으로서만 작용하는 것이 아니라 전기 피드스루의 한 통로로서의 기능과, 이에 더해 진공을 보장하기 위한 패키지를 닫는 기능이 부여되는 것으로 이해되어야 한다.
게다가, 면 대 가장자리(face to side) 납땜 대신에 세라믹 판을 면 대 면(face to face)으로 용접하기 때문에, 설치가 용이하고, 게다가 패키지 견고함이 최적화된다. 실제로, 세라믹 판은 베이스의 바닥에 만들어진 관통 개구의 주변에 해당하는 거리를 넘는 그것의 주변부에 납땜된다. 일반적으로, 납땜은 많아야 2mm의 거리를 넘는 세라믹 판의 둘레상에 수행된다.
본 발명에 따르면, 상기 패키지는, 관통 개구를 한정하는 옆 가장자리에 납땜된 동시소성 세라믹으로 만들어진 판에 의해 닫혀진 그것의 바닥 레벨 또는 한쪽 벽에 만들어진 관통 개구가 제공되며, 상기 판은 소자로부터 시작하는 전기 접속에서 기인하는 전기 피드스루를 보장한다.
본 발명은 Kovar®/세라믹 팽창의 차이 때문에 저온 유지 장치의 크기를 제한하는 문제를 극복할 수 있으며, 특히 소자를 위한 상당한 공간를 획득할 수 있다. 따라서, 저온 유지 장치의 크기가 증가할 수 있다. 본 발명은 삽입체를 사용하는 기술을 구현하지 않고, 더 큰 소자를 HTCC 동시소성 세라믹 기술로 캡슐화하는 것을 가능하게 된다.
실제로, 패키지의 바닥에 만들어진 개구는 세라믹 판이 상기 개구의 크기 특성에 따라 어떤 크기로도 만들어질 수 있기 때문에 어떠한 크기를 가질 수도 있다.
본 발명의 상기 특징들 및 이점은 첨부된 도면들과 관련된, 하기의 구체적인 구현예의 비-제한적인 설명에서 현재 논의될 것이다.
도 1은 이미 언급된 것처럼, 동시소성 세라믹 기술의 선행기술에 따라 형성된 패키지의 간략한 단면도이다.
도 2는 도 1과 유사한 이 기술의 다른 구현예를 도시한 것이다.
도 3은 이미 언급된 것처럼, 동시소성 세라믹 기술의 선행기술을 구현하는 패키지의 간략한 단면도이다.
도 4는 도 3의 변형을 간략하게 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 패키지의 간략한 단면도이다.
도 1은 이미 언급된 것처럼, 동시소성 세라믹 기술의 선행기술에 따라 형성된 패키지의 간략한 단면도이다.
도 2는 도 1과 유사한 이 기술의 다른 구현예를 도시한 것이다.
도 3은 이미 언급된 것처럼, 동시소성 세라믹 기술의 선행기술을 구현하는 패키지의 간략한 단면도이다.
도 4는 도 3의 변형을 간략하게 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 패키지의 간략한 단면도이다.
본 발명에 따른 패키지의 간략한 단면도는 도 5에 도시되었다. 패키지의 베이스(20)는 전통적으로 Kovar®로 만들어진다. 그것은 역시 Kovar®로 만들어지는 캡 또는 닫힘 프레임(22)에 의해 닫혀지며, 상기 캡은 납땜 또는 레이저 용접에 의해 베이스(20)의 측벽(21)의 자유 상단 위에 설치될 수 있다.
패키지의 바닥은 예를 들어, 적외선 탐지기인 소자(25)를 수용하며, 본딩(bonding) 또는 고온 납땜에 의해 이 레벨에 부착된다.
본 발명의 특징에 따르면, 패키지의 바닥은 또한 관통 개구(31)가 뚫려진다.
관통 개구(31)는 HTCC-타입 동시소성 세라믹으로 만들어진 판(30)과 맞물려질 목적이다. 판(30)은 앞서 언급한 관통 개구를 한정하는 옆 가장자리의 레벨에 납땜질에 의해 부착된다.
판(30)과 납땜되는 것에 의해 협력되어질 의도인 바닥을 한정하는 베이스의 개구(31)의 옆 가장자리(32)의 폭은 표준 세라믹/Kovar® 납땜 기술에 의해 결정된다.
동시소성 세라믹 판(30)은, 관찰될 수 있는 것처럼, 소자(25)에 의해 전송된 신호에 대한 전기 피드스루 및 신호를 소자로부터 시작하는 접속수단(26)의 이 레벨로 전달가능하게 하는 것을 보장한다.
세라믹 판(30)이 기계적인 기능을 가지고 있지 않은 것이 첫번째로 관찰될 수 있다. 그것은 진공하에서 패키지의 배치 및 전기 피드스루를 허용하기 위해 패키지의 베이스(20)의 개구(31)를 제한적으로 닫는다.
바로 그 구현된 원리 때문에, 세라믹 판이 작은 크기를 유지하고 세라믹 판과 패키기(Kovar®)를 형성하는 물질의 팽창 차이의 문제가 없기 때문에 저온 유지 장치 크기의 제한이 없다는 것이 주목되어져야 한다.
전기신호의 전송은 바이어(via)에 의해 다른 표면위도 가로지르면서 수행되고, 세라믹 판 위에 배치된 금 트랙(gold track)과 함께 표면 위에서도 수행될 수 있다.
게다가, Kovar®상에 세라믹(Kovar®-on-ceramic)을 납땜하는 기술은 매우 잘 제어되며, 특히, 인캡슐레이션 패키지의 견고함 및 진공의 품질을 최적화 하는 면 대 면으로 수행되는 경우에 더 잘 제어된다.
본 발명의 이점은 더 큰 소자를 인캡슐레이션할 수 있는 가능성을 제공한다는 점에 있다.
1,7,10,20: 베이스 2,12,22: 캡 또는 닫힘 프레임
3, 4: 주변 프레임 5,15,25: 소자
6,16,26: 전기 접속선 12: 상단 캡
18,19: 삽입체 16: 전기 접속선
21: 측벽 30: 판
31: 관통 개구 32: 옆 가장자리
3, 4: 주변 프레임 5,15,25: 소자
6,16,26: 전기 접속선 12: 상단 캡
18,19: 삽입체 16: 전기 접속선
21: 측벽 30: 판
31: 관통 개구 32: 옆 가장자리
Claims (4)
- 패키지의 한쪽 벽, 및 바람직하게는 패키지의 바닥(20)에 관통 개구(31)를 형성하는 단계; 및
그것을 통과하는 전기 접속부를 가지는 동시소성 세라믹으로 만든 판(30)을 상기 개구에 납땜하는 단계;
를 포함하는 특히, 전자, 광학, 또는 광전자 소자에 대한 인캡슐레이션 패키지를 관통하는 밀봉된 전기 피드스루를 형성하기 위한 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 동시소성 세라믹 판(30)은 상기 벽에 납땜되며, 특히 상기 패키지의 바닥(20) 위에 면 대 면(face to face)으로 납땜되는 것을 특징으로 하는 인캡슐레이션 패키지를 관통하는 밀봉된 전기 피드스루를 형성하기 위한 방법. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 패키지는 FeNiCo 합금으로 만들어진 것을 특징으로 하는 인캡슐레이션 패키지를 관통하는 밀봉된 전기 피드스루를 형성하기 위한 방법. - 납땜 또는 용접에 의해 그 위에 배치된 캡 또는 닫힘 프레임(22)을 가지는 베이스(20) 또는 바닥으로 진공이 형성될 수 있는 적어도 하나의 전자, 광학, 또는 광전자 소자에 대한 인캡슐레이션 패키지에 있어서,
상기 패키지는 그것의 바닥 레벨에 만들어진 관통 개구(31)가 제공되며, 상기 개구는 상기 관통 개구를 한정하는 옆 가장자리 레벨에 납땜된 동시소성 세라믹으로 만들어진 판(30) 수단에 의해 닫혀 있으며, 상기 판은 상기 소자에 의해 발생된 신호를 위한 전기 피드스루를 보장하는 것을 특징으로 하는 인캡슐레이션 패키지.
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