KR20170025377A - 전자부품 패키지 - Google Patents

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KR20170025377A
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Abstract

상부로 개방된 캐비티를 갖는 패키지 바디 및 상기 패키지 바디 상에 배치된 리드를 포함하며, 상기 캐비티는 상기 패키지 바디와 상기 리드의 용융 접합에 의해 밀봉되며, 상기 리드는 지지부재 및 상기 지지부재의 일 측에 배치되어 상기 패키지 바디와의 접합력을 제공하되 표면에 형성된 홈을 갖는 제1 금속층을 포함하는 전자부품 패키지를 제공한다.

Description

전자부품 패키지{ELECTRONIC COMPONENT PACKAGE}
본 발명은 전자부품 패키지에 관한 것이다.
수정 진동자는 뛰어난 압전 특성 및 고정밀 특성으로 인하여 고정밀 주파수가 요구되는 휴대전화기 등의 통신 시스템에 주요 사용되는데, 이러한 수정 진동자는 외부의 환경적 변화나 오염 등에 의하여 동작 효율과 품질에 큰 영향을 받게 되므로, 이를 방지하기 위하여 패키지로서 포장되어 적용되는 것이 일반적이다.
일반적으로 이러한 패키지는 수정 진동자 등을 수용하기 위한 캐비티를 구비하는 패키지 바디와 상기 패키지 바디 상에 형성된 리드로 구성되며, 상기 캐비티는 상기 패키지 바디와 상기 리드의 심(seam) 용접 등의 용융 접합에 의해 밀봉된다.
한편, 심 용접은 전류를 리드의 상부에서 리드와 패키지 바디의 접합면으로 흘려주면서 발생되는 줄 열을 이용하여 접합면을 녹여 접합하는 방식이다. 그런데, 종래의 패키지의 경우, 심 용접시 리드 내부로 향하는 불필요한 전류가 상당량 발생하여, 패키지의 내부 응력의 발생을 유발하며, 이로 인해 패키지의 장기 신뢰성이 열화되는 단점이 있었다.
일본 공개특허공보 특개2003-158211호
본 발명의 목적 중 하나는, 장기 신뢰성이 우수한 전자부품 패키지 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명에서는 전자부품 패키지의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 패키지 바디와 리드의 용융 접합에 의해 얻어지는 전자부품 패키지에서, 상기 리드에 형성되어 리드와 패키지 간 접합력을 제공하는 제1 금속층에 홈을 형성함으로써, 장기 신뢰성이 현저히 향상된 전자부품 패키지의 신규한 구조를 제안하고자 한다.
본 발명의 여러 효과 중 하나로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자부품 패키지는 장기 신뢰성이 우수한 장점이 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이다.
도 5는 발명 예 1의 리드의 표면을 관찰한 광학현미경 사진이다.
도 6은 발명 예 1의 리드의 표면에 형성된 홈의 두께 측정 결과이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시 예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 예를 들어, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 "일 실시 예(one example)"라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 그러나, 아래 설명에서 제시된 실시 예들은 다른 실시예의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
전자부품 패키지
이하에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자부품 패키지을 설명하되, 특히 그 일 예로서 수정 진동자 패키지로 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 전자부품 패키지는 상부로 개방된 캐비티가 형성된 패키지 바디(10)와 상기 패키지 바디(10) 상에 형성된 리드(20)를 포함하고, 상기 캐비티는 상기 패키지 바디(10)와 상기 리드(20)의 용융 접합에 의해 밀봉된다.
패키지 바디(10)와 리드(20)를 용융 접합하기 위한 바람직한 공정의 예로서, 심 용접(seam welding)을 이용할 수 있다. 심 용접은 서로 용접부를 겹치거나 맞대어 붙인 다음 이것을 전극을 이루는 한 쌍의 롤러 전극 사이에 삽입하고, 상기 한 쌍의 롤러 전극에 전류를 통하는 동시에 압력을 가하고, 전극을 회전시키면서 접합선에 따라 연속적으로 접합하는 용접방법이다. 다만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 이와 유사한 효과를 보일 수 있는 것이라면 당 기술 분야에서 알려진 다른 공정을 이용할 수도 있을 것이다.
패키지 바디(10)는 베이스부(11) 및 상기 베이스부(11)의 주연부 상에 위치하여 전자부품을 수납하기 위한 캐비티를 형성하는 측벽부(12)를 포함한다.
베이스부(11) 및 측벽부(12)는 일체로 이루어질 수 있으며, 절연 세라믹 재질로 형성될 수 있다. 이와 같이 베이스부(11)와 측벽부(12)가 일체로 이루어질 경우 제작이 용이할 뿐만 아니라, 구조 변경이 필요할 경우 설계상 자유도가 높은 장점이 있다.
이와 달리, 베이스부(11) 및 측벽부(12)는 각각 별도로 이루어져 서로 접합되어 있을 수 있으며, 이 경우 상기 베이스부(11)는 절연 세라믹 재질로 형성되고, 상기 측벽부(12)는 절연 세라믹 재질 또는 도전성 금속합금 재질로 형성될 수 있다.
리드(20)는 지지부재(21)와 상기 지지부재(21)의 일 측에 배치되는 제1 금속층(22)을 포함한다.
지지부재(21)는 리드(20)에 기계적 강성을 부여하여 상기 리드(20)의 형태를 지지해 주는 역할을 하며, 기계적 강성이 우수하며, 전기 저항이 높아 전기 전도성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.
구체적인 예로써, 상기 지지부재(21)는 Fe-Ni-Co계 합금인 코바(Kovar) 및 스테인리스 스틸(Stainless Steel, STS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종일 수 있으나, 빈드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 금속층(22)은 용융 접합시 줄열에 의해 용융되어 리드(20)와 패키지 바디(10) 간 접합력을 제공하는 역할을 하며, 용융 접합시 전류를 리드의 상부로부터 리드와 패키지 바디의 접합면으로 용이하게 흐르도록 하기 위해 전기 전도성이 우수하고, 융점이 비교적 낮은 단일 금속 혹은 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
구체적인 예로써, 상기 제1 금속층은 Ag-Cu 공정 합금 또는 Au-Sn 공정 합금을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 금속층(22)은 지지부재(21)의 일 측에 클래드화 되어 형성되어 있을 수 있다. 클래드(clad)란 금속판을 적층한 채 압연하여 기계적으로 접착한 것으로, 이 경우, 용융 접합시 가스의 방출량이 적어, 패키지 내부로의 악영향이 적은 장점이 있다.
도 1을 참조하면, 제1 금속층(22)의 표면에는 전류 흐름 차단을 위한 홈(25)이 형성된다.
만약 상기 제1 금속층이 지지부재(20)의 일 측의 전면에 형성되어 있을 경우, 용융 접합시 리드의 상부로부터 리드와 패키지 바디의 접합면으로 향하는 전류 외에 리드 내부로 향하는 불필요한 전류가 상당량 발생하여, 용융 접합을 위해 요구되는 전류 이상의 과도한 전류를 인가하여야만 하며, 이에 따라 패키지의 내부 응력이 유발되며, 패키지의 장기 신뢰성이 열화되게 된다.
이에 반해, 본 실시 예에서는, 전술한 바와 같이, 제1 금속층(22)에 홈(25)이 형성되어, 용융 접합시 리드 내부로 향하는 불필요한 전류를 차단함으로써, 패키지의 내부 응력 유발을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 패키지의 장기 신뢰성이 향상되게 된다.
도 1을 참조할 때, 홈(25)은 패키지 바디와 리드의 접합면을 따라 일정 간격 이격되어 형성되어 있을 수 있다.
패키지 바디(10)의 캐비티에는 전자부품이 수용될 수 있으며, 상기 전자부품은 제1 및 제2 전극패드와 수정편을 포함하는 수정 진동자일 수 있다.
도 1 및 도 2에는 도시하지 않았지만, 상기 베이스부(11)의 하면에는 외부로부터 전기신호를 입력받기 위한 복수의 외부전극패드가 구비될 수 있으며, 상기 복수의 외부전극패드 중 하나는 상기 제1 전극패드(31a)와 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 복수의 외부전극패드 중 또 다른 하나는 상기 제2 전극패드(31b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1, 2 전극패드(31a, 31b)와 외부전극패드의 전기적 연결은 상기 베이스부(11)에 형성된 도전성 비아홀(미도시) 등에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 상기 복수의 외부전극패드 중 일부는 접지되는 접지전극으로 이용될 수 있다.
제1 및 제2 전극패드(31a, 31b)는 수정편(33)의 상하부 표면에 각각 형성된 전극패턴(34a, 34b)과 전기적으로 연결되어, 수정편(33)에 전기신호를 제공하여 수정편(33)에 압전효과를 발생시키고, 상기 수정편(33)의 압전 효과에 따른 전기신호를 출력하는 수단이 될 수 있다. 상기 제 및 제2 전극패드(31a, 31b)는 도전성 금속 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속물질을 사용하여 형성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 수정편(33)은, 수정 웨이퍼를 절단 가공하여 제조될 수 있으며, 전기적인 연결을 위해 수정편(33)의 상하부 표면에는 전극패턴(34a, 34b)이 형성될 수 있다. 상기 수정편(33)의 일측은 수정진동자 패키지 내에 고정될 수 있다. 구체적으로, 상기 수정편(33)은, 외부의 전기적 소자들과의 전기적 연결을 위해 상기 베이스부(11) 상에 형성된 제1, 2 전극패드(31a, 31b)와 상기 수정편(33)의 상하부 표면에 형성된 전극패턴이 각각 접촉할 수 있도록 도전성 접착제(32)에 의해 고정될 수 있다. 상기 수정편(21)의 상하 표면에 형성된 전극 패턴은 금(Au), 은(Ag) 등과 같은 금속 재료의 증착에 의해 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이다.
여기서, 앞서 설명한 일 실시 예와 동일한 구조는 중복을 피하기 위하여 이에 대한 구체적인 설명을 생략하며, 앞서 설명한 실시 예와 상이한 구조를 갖는 리드(20)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시 예의 리드(20)는 지지부재(21)와 제1 금속층(22)을 포함하고, 상기 지지부재(21)와 제1 금속층(21) 사이에 배치되는 제2 금속층(22)을 더 포함한다.
제2 금속층(22)은 리드의 열 전도성을 향상시켜 용융 접합시 열에 의한 열 변형을 흡수하는 완충 기능을 수행할 수 있다. 이로 인해 패키지의 내부 응력 발생을 최소화할 수 있으며, 패키지의 장기 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
제2 금속층(22)은 열 전도성이 우수한 단일 금속 혹은 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며, 구체적인 예로써, 상기 제2 금속층은 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 금속층(22) 또한 표면에 홈(25)이 형성되며, 도 3을 참조할 때, 홈(25)은 패키지 바디와 리드의 접합면을 따라 일정 간격 이격되어 형성되어 있을 수 있다.
제1 및 제2 금속층(22, 23)은 지지부재(21)의 일 측에 순차로 클래드화 되어 형성되어 있을 수 있다. 클래드(clad)란 금속판을 적층한 채 압연하여 기계적으로 접착한 것으로, 이 경우, 용융 접합시 가스의 방출량이 적어, 패키지 내부로의 악영향이 적은 장점이 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 전자부품 패키지의 단면도이다.
여기서, 앞서 설명한 일 실시 예와 동일한 구조는 중복을 피하기 위하여 이에 대한 구체적인 설명을 생략하며, 앞서 설명한 실시 예와 상이한 구조를 갖는 리드(20)에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 실시 예의 리드(20)는 지지부재(21), 상기 지지부재(21)의 일 측에 순차로 형성된 제1 및 제2 금속층(22, 23)을 포함하고, 상기 지지부재(21)의 타 측에 형성된 표면처리층(24)을 더 포함한다.
표면처리층(24)은 리드(20)의 내부식성을 향상시켜 신뢰성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
표면처리층(24)은 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 텅스텐(W) 등의 화학적으로 안정적인 금속을 포함하는 도금층일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시 예)
지지부재인 코바(Kovar)의 일 면에 구리(Cu)를 포함하는 제2 금속층과 Ag-Cu 공정 합금을 포함하는 제1 금속층이 순차로 형성되고, 타 면에 니켈(Ni) 도금층이 형성된 리드를 준비하였다(종래 예 1 내지 3). 이후, 리드와 패키지 바디의 접합 영역으로부터 패키지 바디 내측으로 약 250μm 이격된 위치(홈의 폭 방향 중심을 기준으로 함)에 전류 흐름 차단을 위한 홈(폭: 약 100μm)을 형성하였다(발명 예 1 내지 3).
도 5는 발명 예 1의 리드의 표면을 관찰한 광학현미경 사진이다. 도 5의 (a) 및 (b)는 각각 100배 및 200배 확대한 사진이다.
도 6은 발명 예 1의 리드의 표면에 형성된 홈의 두께를 3D 프로파일러를 이용하여 측정한 결과이다. 도 6을 참조할 때, 홈의 두께는 제1 및 제2 금속층의 두께와 거의 일치함을 알 수 있다.
이후, 패키지 바디의 상단에 리드를 위치시킨 후, 전기 용접 방식에 의해 가접하였다. 이때, 각각의 실시 예마다 가접 공정시 인가되는 전류만을 달리하였으며, 가접 시간은 3ms로 동일하게 하였다. 가접 후, 리드가 고정되는 경우 "GO", 리드가 고정되지 않는 경우 "NG"로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
하기 표 1을 참조할 때, 발명 예의 경우, 가접을 위해 인가해야 하는 전류의 세기가 저감됨을 확인할 수 있으며, 이에 따라 패키지 바디와 리드의 가접시 불가피하게 받게 되는 열충격이 저감될 것임을 예상할 수 있다.
비고 인가 전류(A) 평가 결과
종래 예 1 143A GO
종래 예 2 139A NG
종래 예 3 134A NG
발명 예 1 143A GO
발명 예 2 139A GO
발명 예 3 134A GO
이후, 발명 예 2, 발명예 3 및 종래 예 1에 따라 얻어진 시편을 대상으로 장기 보존 후 주파수 변동량을 측정하였으며, 이들의 상대적인 주파수 변동량 결과(종래 예 1에 따른 시편의 주파수 변동량을 100으로 함)를 하기 표 2에 나타내었다.
하기 표 2를 참조할 때, 발명 예의 경우, 장기 보존 후 주파수 변동량이 크게 저감되었는 바 패키지 바디와 리드의 가접시 불가피하게 받게 되는 열충격이 크게 저감되었음을 확인할 수 있으며, 이에 따라, 전자부품 패키지의 장기 신뢰성이 향상될 것임을 예상할 수 있다.
비고 주파수 변동량
종래 예 1 100
발명 예 2 72
발명 예 3 63
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 리드프레임
11: 제1 리드
12: 제2 리드
20: 권선형 코일
30: 바디 영역

Claims (14)

  1. 상부로 개방된 캐비티를 갖는 패키지 바디; 및
    상기 패키지 바디 상에 배치된 리드를 포함하며,
    상기 캐비티는 상기 패키지 바디와 상기 리드의 용융 접합에 의해 밀봉되며,
    상기 리드는 지지부재 및 상기 지지부재의 일 측에 배치되어 상기 패키지 바디와의 접합력을 제공하되 표면에 형성된 홈을 갖는 제1 금속층을 포함하는 전자부품 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홈은, 상기 패키지 바디와 상기 리드의 접합면을 따라 일정 간격 이격되어 형성된 전자부품 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 바디와 상기 리드는 심 실링(seam sealing)에 의해 용융 접합된 전자부품 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는, 코바(Kovar) 및 스테인리스 스틸(Stainless Steel, STS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 전자부품 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 Ag-Cu 공정 합금 또는 Au-Sn 공정 합금을 포함하는 전자부품 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리드는, 상기 지지부재 및 상기 제1 금속층이 접합되어 형성된 클래드재인 전자부품 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재와 제1 금속층 사이에 배치되며 표면에 홈이 형성된 제2 금속층을 더 포함하는 전자부품 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 전자부품 패키지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 리드는, 상기 지지부재, 상기 제2 금속층 및 상기 제1 금속층이 순차로 접합되어 형성된 클래드재인 전자부품 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재의 타 측에 배치된 표면처리층을 더 포함하는 전자부품 패키지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 표면처리층은 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 도금층인 전자부품 패키지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 바디는,
    베이스부; 및
    상기 베이스부의 주연부 상에 형성되는 측벽부를 포함하는 전자부품 패키지.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 베이스부는 세라믹 재질로 형성되고, 상기 측벽부는 세라믹 재질 또는 도전성 금속합금 재질로 형성되는 전자부품 패키지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 베이스부 상에 배치된 제1 및 제2 전극패드; 및
    상기 제1 및 제2 전극패드 상에 배치되며, 상기 제1 및 제2 전극패드와 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전극패턴이 형성된 수정편을 더 포함하는 전자부품 패키지.
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