WO2017007141A1 - 레이저 감응용 유리 프릿을 이용한 수정 진동자 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

레이저 감응용 유리 프릿을 이용한 수정 진동자 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2017007141A1
WO2017007141A1 PCT/KR2016/006342 KR2016006342W WO2017007141A1 WO 2017007141 A1 WO2017007141 A1 WO 2017007141A1 KR 2016006342 W KR2016006342 W KR 2016006342W WO 2017007141 A1 WO2017007141 A1 WO 2017007141A1
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package
glass frit
crystal oscillator
laser
less
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PCT/KR2016/006342
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박태호
이정수
이종하
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주식회사 베이스
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    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing technique of a crystal oscillator package, and more particularly, to a crystal oscillator package sealed by a laser sensitive glass frit and a cover means, and a manufacturing method thereof.
  • an oscillator is a device that produces an output waveform that repeats with an input DC voltage.
  • crystal oscillator is a device manufactured by combining an oscillation IC (chip) with a crystal oscillator and is used as an important device which is very stable and indispensable for information communication.
  • the manufacture of such devices is made by sealing a metal lid or a ceramic lid in a ceramic package with an integrated circuit. Sealing may be by using an adhesive or by forming a glass frit on the abutting surface of the package and the lid.
  • Another object of the present invention is to provide a crystal oscillator package manufactured by the above manufacturing method.
  • a crystal oscillator package comprising: a package having a concave groove formed on an upper surface thereof and an electrode pad provided on the groove; A crystal oscillator fixed on the electrode pad to generate vibration; A glass frit layer mounted on an upper surface of the edge surrounding the groove of the package; And covering means for covering and sealing the top of the package, wherein the package and covering means are glass, the glass frit layer is formed from a laser sensitive glass frit, and the glass frit is in mol%, V 2 O 5 : 15 to 60%, ZnO: 10 to 50%, TeO 2 : 5 to 25%, B 2 O 3 : 0.1 to 15% and SiO 2 is characterized in that the composition is 0.1 to 10%.
  • the package and cover means preferably comprise a borosilicate system.
  • the melting temperature of the glass frit layer is preferably lower than the melting temperature of the package and cover means.
  • the glass frit is mol%, at least one of Bi 2 O 3 : 15% or less, CuO: 20% or less, TiO 2 : 20% or less, Fe 2 O 3 : 10% or less, and BaO: 10% or less It may include.
  • Method for manufacturing a crystal oscillator package according to the present invention for achieving the above another object is a method of manufacturing a crystal oscillator package for sealing the package and the cover means using a laser, (a) the surface on which the package and the cover means abut Forming a laser sensitive glass frit; And (b) locally irradiating a laser to the laser sensitive glass frit to melt the glass frit, wherein the glass frit is mol%, V 2 O 5 : 15 to 60%, ZnO: 10 to 50%, TeO 2 : 5 to 25%, B 2 O 3 : 0.1 to 15% and SiO 2 is characterized in that the composition is 0.1 to 10%.
  • the glass frit is mol%, at least one of Bi 2 O 3 : 15% or less, CuO: 20% or less, TiO 2 : 20% or less, Fe 2 O 3 : 10% or less, and BaO: 10% or less It may include.
  • the crystal oscillator package according to the present invention forms a package including a borosilicate system having a low coefficient of thermal expansion and a cover means, thereby being resistant to thermal shock and preventing generation of cracks.
  • deformation of the crystal oscillator can be prevented by locally irradiating and melting the glass-sensitive glass frit with a laser.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a crystal oscillator package according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a crystal oscillator package according to an embodiment of the present invention.
  • the crystal vibrator package includes a package 10, a crystal vibrator 20, a glass frit layer 30, and a cover means 40.
  • the package 10 has a space for providing a crystal oscillator 20.
  • a recessed groove is formed in the upper surface of the package 10, and the electrode pad 50 is provided in the groove.
  • the crystal oscillator 20 is fixed to the upper portion of the electrode pad 50.
  • the package 10 is preferably made of glass but is made of alkali free glass. More specifically, when the package 10 includes borosilicate-based glass having a low thermal expansion rate, deformation of the package 10 due to heat can be prevented when the sealing operation is performed. Glass containing an alkali component can cause water resistance and devitrification due to an alkali component such as sodium, potassium, and the like, and a decrease in heat resistance occurs.
  • the electrode pad 50 is provided to be connected to the crystal oscillator, and may be formed of a plurality of metal layers, and the electrode pad may be formed by performing nickel plating or gold plating on the electrode pad surface, but is not limited thereto. It is not.
  • the crystal oscillator 20 is an oscillation means having one end fixed to the electrode pad 50 to generate vibration, and electrodes are formed on upper and lower surfaces of the crystal oscillator 20. Electrodes (not shown) extending to upper and lower surfaces are bonded to the electrode pads 50, so that the crystal oscillator 20 and the electrode pads 50 are electrically connected to each other.
  • the electrode may be formed by deposition of gold or silver, but is not limited thereto.
  • the bonding may be bonded to the crystal oscillator 20 and the electrode pad 50 by a conductive adhesive.
  • the glass frit layer 30 is mounted on a surface excluding the groove of the package 10 and serves as an adhesive for sealing the package 10 and the cover means 40 to be described later.
  • the glass frit layer 30 is formed from a laser sensitive glass frit, and the glass frit layer 30 is formed by locally irradiating a laser to the glass frit to melt the glass frit.
  • a laser sensitive glass frit is a glass frit that is irradiated with a laser of a specific wavelength and melted.
  • an OLED is sealed by irradiating a laser sensitive glass frit with a laser.
  • the glass frit corresponding thereto has an advantage of minimizing the influence of water and gas from the outside due to excellent insulation and airtightness.
  • the glass frit is V 2 O 5 , ZnO, TeO 2 , B preferably constituted with 2 O 3 and SiO 2, and the glass frit may be melted receives irradiation of the infrared laser approximately 800 ⁇ 820nm wavelength. More specifically, the glass frit is mol%, V 2 O 5 15 to 60 mol%, ZnO 10 to 50%, TeO 2 5 to 25%, B 2 O 3 It may be made of 0.1 to 15% and SiO 2 0.1 to 10%. On the other hand, P 2 O 5 is vulnerable to moisture to reduce the water resistance, in the present invention, P 2 O 5 is not intentionally added.
  • V 2 O 5 is a main component of the glass frit to increase the laser absorption ability, and has a role of glass former and low melting point.
  • the V 2 O 5 is preferably included in 15 to 60 mol% of the total weight of the glass frit. If the content of V 2 O 5 is less than 15 mol%, the effect of addition thereof is insufficient. On the contrary, when the content of V 2 O 5 exceeds 60 mol%, the laser reactivity tends to be lowered due to the deterioration of V 2 O 5 when firing in an atmosphere and nitrogen atmosphere. May occur.
  • ZnO is used for the purpose of stabilizing the glass frit, lowering the softening temperature (Tdsp) and suppressing devitrification.
  • ZnO is preferably included in 10 ⁇ 50mol% of the total weight of the glass frit.
  • the softening temperature is high, so the low melting point effect of the glass frit may be insignificant, thereby making it difficult to secure sufficient water resistance and heat resistance.
  • the content of ZnO exceeds 50 mol%, it is easy to crystallize during melting, and thus a stable glass cannot be obtained, and the coefficient of thermal expansion of the glass frit can be greatly increased.
  • TeO 2 improves the water resistance and chemical resistance by increasing the bonding strength of the glass, and serves to lower the glass transition temperature.
  • the content of TeO 2 is less than 5 mol%, the addition effect is insufficient, and the glass transition temperature is hardly lowered to 350 ° C or lower.
  • the content of TeO 2 exceeds 25 mol%, the thermal expansion coefficient of the glass powder may increase significantly.
  • B 2 O 3 is a glass forming material, and serves to suppress a sharp increase in glass viscosity.
  • the B 2 O 3 is preferably included in 0.1 to 15 mol% of the total weight of the glass frit. If the content of B 2 O 3 is less than 0.1 mol%, the effect of addition thereof is insufficient. On the contrary, when the content of B 2 O 3 exceeds 15 mol%, there is a fear of lowering the water resistance.
  • SiO 2 acts as a glass forming material together with B 2 O 3 and contributes to lowering the coefficient of thermal expansion.
  • the SiO 2 is preferably contained in 0.1 to 10 mol% of the total weight of the glass frit. If the content of SiO 2 is less than 0.1 mol%, the effect of addition thereof is insufficient. On the contrary, when the content of SiO 2 exceeds 10 mol%, there is a problem that the glass transition temperature is greatly increased.
  • the glass frit is mol%, at least one of Bi 2 O 3 : 15% or less, CuO: 20% or less, TiO 2 : 20% or less, Fe 2 O 3 : 10% or less, and BaO: 10% or less It may include.
  • Bi 2 O 3 increases the refractive index and lowers the viscosity. However, when a large amount of Bi 2 O 3 is added in excess of 15 mol% of the total weight of the glass frit, the average linear expansion coefficient becomes too large and is easily crystallized in the firing step. Therefore, the Bi 2 O 3 is preferably added in an amount ratio of 15 mol% or less of the total weight of the glass frit.
  • CuO contributes to the improvement of infrared absorption in laser sealing.
  • the glass forming ability may be decreased and the coefficient of thermal expansion may be increased. Therefore, the CuO is preferably added in a content ratio of 20 mol% or less of the total weight of the glass frit according to the present invention.
  • TiO 2 serves to increase the refractive index. However, when the addition amount of TiO 2 exceeds 20 mol% of the total weight of the glass frit, it is easy to crystallize, and there is a high possibility that the glass transition point and the softening point increase. Therefore, the TiO 2 is preferably added in an amount ratio of 20 mol% or less of the total weight of the glass frit according to the present invention.
  • Fe 2 O 3 contributes to the improvement of laser sealing infrared absorption.
  • the amount of the Fe 2 O 3 is added in excess of 10 mol% of the total weight of the glass frit, the glass forming ability and the coefficient of thermal expansion may increase. Therefore, the Fe 2 O 3 is preferably added in a content ratio of 10 mol% or less of the total weight of the glass frit according to the present invention.
  • BaO lowers the glass transition temperature (Tg) and contributes to improved water resistance.
  • Tg glass transition temperature
  • BaO is preferably added in a content ratio of 10 mol% or less of the total weight of the glass frit according to the present invention.
  • Cover means 40 is a sealing means for sealing the package 10 is bonded after being covered on the upper portion of the package 10.
  • the cover means 40 serves as a cover and keeps the environment inside the package constant.
  • the cover means 40 is formed of glass, and as described above, it is preferable to include borosilicate glass.
  • the method of manufacturing a crystal oscillator package includes a glass frit forming step S100 on the package and a laser irradiation step S110 on the glass frit.
  • the glass frit is formed on the package (S100).
  • the package has a space for providing a crystal oscillator, a recess is formed in the upper surface of the package. Since the glass frit serves to seal the package and the lid means, it is preferably formed on the package upper surface and mounted on the edge upper surface surrounding the groove.
  • the package may be manufactured by processing a slurry including a glass frit, a binder, and the like in a green sheet state using a tape casting method, and then firing at a softening temperature or higher of the glass composition.
  • the heat treatment may be performed at a temperature higher than the softening temperature of the glass composition to form a groove, and then a package may be manufactured.
  • An electrode pad for connecting a crystal oscillator is provided in a space in which the groove of the package is formed, and one end of the crystal oscillator is fixed to the upper surface of the electrode pad.
  • the fixing may be fixed by bonding with a conductive adhesive.
  • the crystal oscillator is preferably fixed horizontally on the electrode pad so that it can be vibrated smoothly.
  • the electrode pads may be formed in a stacked structure according to the height at which the crystal oscillator vibrates.
  • the glass frit formed on the package may be formed by applying a paste in the form of a paste, followed by primary heat treatment and plasticity at 400 to 450 ° C.
  • the paste is in the form of a slurry in which a glass frit, a binder and a solvent are mixed, and after the first heat treatment, the binder and the solvent are removed to form a densified glass frit.
  • the densified glass frit is locally irradiated with a laser while covering the package on which the glass frit is formed, and only the glass frit is heated and melted. At this time, the glass frit is formed while the glass frit is melted by heat generated while the laser is irradiated.
  • the package is sealed by the glass frit layer and the cover means.
  • the melting temperature of the glass frit layer is preferably lower than the melting temperature of the package and cover means. If the melting temperature of the glass frit layer is higher than the melting temperature of the package and cover means, the package and cover means may also melt in the heating step, causing deformation of the crystal oscillator.
  • the crystal oscillator package may be manufactured by cooling to room temperature.
  • the cooling rate may be a slow cooling of an average cooling rate of about 10 ° C / sec or less, and in some cases a faster cooling rate may be applied.
  • an inert gas is enclosed with an anti-oxidation gas in a space in which the crystal oscillator is mounted. The inert gas reduces the influence of temperature on the crystal oscillator and prevents corrosion. It can be effective.
  • Table 2 shows the physical property evaluation results for the glass frit specimens according to Examples 1-7.
  • TMA-Q400 thermal analysis device
  • infrared absorption was measured during firing in an air atmosphere using a 810 nm infrared laser.
  • the water resistance is very excellent, which can be seen as a result of intentionally not adding P 2 O 5 in the glass frit composition.
  • the glass transition temperature is 350 ° C. or less, which maintains the low melting point characteristics. This is due to the addition of a large amount of V 2 O 5 which contributes to lowering the glass transition temperature, due to the addition effect of TeO 2 .
  • the crystal oscillator package according to the present invention forms a package including a borosilicate glass and a cover means, thereby lowering the coefficient of thermal expansion and preventing cracks from occurring.
  • deformation of the crystal oscillator can be prevented by locally irradiating and melting a laser on the glass-sensitive glass frit.
  • the method of manufacturing the crystal oscillator package of the present invention uses glass for the package and the cover means, and locally irradiates and melts a laser to the glass frit for sealing the package and the cover means. In this way, it is possible to prevent deformation of the crystal oscillator and to seal hermeticly.
  • a laser-sensitive glass frit there is an advantage that the excellent insulation and airtightness can minimize the influence of water and gas from the outside.

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Abstract

레이저 감응용 유리 프릿에 레이저를 국부적으로 조사하여 용융시킴으로써, 수정 진동자의 변형을 방지할 수 있는 수정 진동자 패키지 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 수정 진동자 패키지는 상부 표면에 오목한 홈이 형성되고, 상기 홈에 전극패드가 구비된 패키지; 상기 전극패드 상에 고정되어 진동을 발생시키는 수정 진동자; 상기 패키지의 홈을 둘러싸는 가장자리 상부표면에 장착되는 유리 프릿층; 및 상기 패키지의 상부에 덮어져 밀봉하기 위한 덮개 수단;을 포함하고, 상기 패키지 및 덮개 수단은 유리이고, 상기 유리 프릿층은 레이저 감응용 유리 프릿으로부터 형성되고, 상기 유리 프릿은 mol%로, V2O5 : 15 ~ 60%, ZnO : 10 ~ 50%, TeO2 : 5 ~ 25%, B2O3 : 0.1 ~ 15% 및 SiO2 : 0.1 ~ 10%로 조성되는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 감응용 유리 프릿을 이용한 수정 진동자 패키지 및 그 제조 방법
본 발명은 수정 진동자 패키지의 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 감응용 유리 프릿과 덮개 수단에 의해 밀봉되는 수정 진동자 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 발진기는 입력된 직류 전압으로 반복되는 출력 파형을 만들어내는 디바이스이다. 이와 같은 발진기 중에서 수정 발진기(crystal oscillator)는 수정 진동자에 발진용 IC(칩)을 결합하여 제조된 소자로서, 매우 안정적이고 정보 통신에 없어서는 안될 중요한 디바이스로 사용되고 있다.
이러한 디바이스의 제조는 집적 회로부가 구비된 세라믹 패키지에 메탈 리드(lid) 또는 세라믹 덮개를 덮어서 밀봉하는 방식으로 제조된다. 밀봉은 접착제를 이용하거나, 패키지와 덮개의 맞닿는 표면에 유리 프릿을 형성하는 방법이 있다.
하지만, 전도성 접착제를 사용하는 경우, 공정이 복잡하여 양산성이 떨어지며, 특수금속합금을 이용하여 재료비가 높은 단점이 있다. 유리 프릿을 사용하는 경우, 유리 프릿을 용융시키기 위해 가열 온도를 높이기 때문에, 수정 진동자가 영향을 받아 변형되고, 성능이 저하되는 문제점이 발생한다. 이를 해결하기 위해, 극단적으로 PbO를 함유하는 유리 프릿을 사용하여, 가열 온도를 대략 340℃ 미만으로 낮추었지만, PbO는 환경오염을 일으킨다.
따라서, 수정 진동자의 성능을 그대로 유지하면서, 패키지와 덮개가 밀봉될 수 있는 수정 발진기의 제조 방법이 요구되고 있다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-2002-0096030호(2002.12.28. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 수정 발진기 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 유리 프릿층과 덮개 수단에 의해 견고하게 밀봉되는 수정 진동자 패키지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조 방법에 의해 제조된 수정 진동자 패키지를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수정 진동자 패키지는, 상부 표면에 오목한 홈이 형성되고, 상기 홈에 전극패드가 구비된 패키지; 상기 전극패드 상에 고정되어 진동을 발생시키는 수정 진동자; 상기 패키지의 홈을 둘러싸는 가장자리 상부표면에 장착되는 유리 프릿층; 및 상기 패키지의 상부에 덮어져 밀봉하기 위한 덮개 수단;을 포함하고, 상기 패키지 및 덮개 수단은 유리이고, 상기 유리 프릿층은 레이저 감응용 유리 프릿으로부터 형성되고, 상기 유리 프릿은 mol%로, V2O5 : 15 ~ 60%, ZnO : 10 ~ 50%, TeO2 : 5 ~ 25%, B2O3 : 0.1 ~ 15% 및 SiO2 : 0.1 ~ 10%로 조성되는 것을 특징으로 한다.
상기 패키지 및 덮개 수단은 보로실리케이트계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유리 프릿층의 용융온도는 상기 패키지 및 덮개 수단의 용융온도보다 낮은 것이 바람직하다.
상기 유리 프릿은 mol%로, Bi2O3 : 15% 이하, CuO : 20% 이하, TiO2 : 20% 이하, Fe2O3 : 10% 이하 및 BaO : 10% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수정 진동자 패키지의 제조 방법은 레이저를 이용하여 패키지와 덮개 수단을 밀봉하는 수정 진동자 패키지의 제조 방법에 있어서, (a) 상기 패키지 및 덮개 수단이 맞닿는 표면에 레이저 감응용 유리 프릿을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 레이저 감응용 유리 프릿에 레이저를 국부적으로 조사하여, 상기 유리 프릿을 용융시키는 단계;를 포함하고, 상기 유리 프릿은 mol%로, V2O5 : 15 ~ 60%, ZnO : 10 ~ 50%, TeO2 : 5 ~ 25%, B2O3 : 0.1 ~ 15% 및 SiO2 : 0.1 ~ 10%로 조성되는 것을 특징으로 한다.
상기 유리 프릿은 mol%로, Bi2O3 : 15% 이하, CuO : 20% 이하, TiO2 : 20% 이하, Fe2O3 : 10% 이하 및 BaO : 10% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수정 진동자 패키지는 열팽창률이 낮은 보로실리케이트계를 포함하는 패키지 및 덮개 수단을 형성함으로써, 열충격에 강하고 크랙의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 레이저 감응용 유리 프릿을 레이저로 국부적으로 조사하여 용융시킴으로써, 수정 진동자의 변형을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수정 진동자 패키지의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수정 진동자 패키지를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
[부호의 설명]
10 : 패키지
20 : 수정 진동자
30 : 유리 프릿층
40 : 덮개 수단
50 : 전극 패드
S100 : 패키지 상에 유리 프릿 형성 단계
S110 : 유리 프릿에 레이저 조사 단계
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수정 진동자 패키지 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 수정 진동자 패키지는 패키지(10), 수정 진동자(20), 유리 프릿층(30) 및 덮개 수단(40)을 포함한다.
패키지(10)는 수정 진동자(20)를 구비하기 위한 공간부를 갖는다. 패키지(10)의 상부 표면에는 오목한 홈이 형성되고, 상기 홈에 전극패드(50)가 구비되어 있다. 상기 전극패드(50) 상부에는 수정 진동자(20)가 고정되어 있다.
패키지(10)는 유리로 형성되되 무알칼리 유리로 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 패키지(10)에 열팽창률이 적은 보로실리케이트계 유리를 포함하는 경우, 밀봉작업을 수행할 때 열에 의한 패키지(10) 변형을 방지할 수 있다. 알칼리 성분을 포함하는 유리는 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 성분으로 인해 내수성 및 실투를 일으킬 수 있으며, 내열성 저하가 발생한다.
전극패드(50)는 상기 수정 진동자와 접속되기 위해 구비되는 것으로, 복수의 금속층으로 형성될 수 있으며, 전극패드 표면에 니켈도금이나 금 도금 등을 수행하여 전극패드를 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
수정 진동자(20)는 도 1과 같이, 상기 전극패드(50) 상에 일단이 고정되어 진동을 발생시켜주는 발진수단이며, 수정 진동자(20)의 상부면 및 하부면에는 전극이 형성되어 있다. 상부면 및 하부면으로 연장된 전극(미도시)이 상기 전극패드(50)에 접합됨으로써, 수정 진동자(20)와 전극패드(50)가 전기적으로 연결된다. 상기 전극은 금 또는 은의 증착에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 접합은 도전성 접착제에 의해 수정 진동자(20)와 전극패드(50)가 접합될 수 있다.
유리 프릿층(30)은 상기 패키지(10)의 홈을 제외한 표면에 장착되며, 상기 패키지(10)와 후술할 덮개 수단(40)을 밀봉시키기 위한 접착제 역할을 한다. 유리 프릿층(30)은 레이저 감응용 유리 프릿으로부터 형성되며, 상기 유리 프릿에 레이저를 국부적으로 조사하여 상기 유리 프릿을 용융시킴으로써 유리 프릿층(30)이 형성된다.
레이저 감응용 유리 프릿은 특정 파장의 레이저를 조사받아 용융되는 유리 프릿으로, 예를들어, OLED는 레이저 감응용 유리 프릿에 레이저로 조사함으로써, 실링(sealing)된다. 이에 해당하는 유리 프릿은 절연성 및 기밀성이 우수하여 외부로부터 수분 및 가스의 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
상기 유리 프릿은 V2O5, ZnO, TeO2, B2O3 및 SiO2으로 조성되는 것이 바람직하며, 상기 유리 프릿은 대략 800~820nm 파장대의 적외선 레이저를 조사받아 용융될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 유리 프릿은 mol%로, V2O5 15~60mol%, ZnO 10~50%, TeO2 5~25%, B2O3 0.1~15% 및 SiO2 0.1~10%으로 이루어질 수 있다. 한편, P2O5의 경우 수분에 취약하여 내수성을 저하시키는 바, 본 발명에서는 P2O5를 의도적으로 첨가하지 않는다.
V2O5는 상기 유리 프릿의 주 성분으로 레이저 흡수 능력을 상승시키고, 유리 형성제 역할 및 저융점화 특성을 가지고 있다. 상기 V2O5는 유리 프릿 전체 중량의 15~60mol%로 포함되는 것이 바람직하다. V2O5의 함량이 15mol% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, V2O5의 함량이 60mol%를 초과하는 경우, 대기 및 질소 분위기에서 소성 시 V2O5의 변질로 인해 레이저 반응성이 떨어지는 경향이 있으며, 이로 인해 유리 프릿의 부착력이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
ZnO는 유리 프릿을 안정화시키며, 연화온도(Tdsp)를 낮추고, 실투를 억제하는 목적으로 사용된다. 본 발명에서 ZnO는 유리 프릿 전체 중량의 10~50mol%로 포함되는 것이 바람직하다. ZnO의 함량이 10mol% 미만일 경우, 연화 온도가 높아 유리 프릿의 저융점화 효과가 미미하여 충분한 내수성 및 내열성 확보가 어려울 수 있다. 반대로, ZnO의 함량이 50mol%를 초과하는 경우, 용융시 결정화하기 쉬워져 안정한 유리를 얻을 수 없고, 유리 프릿의 열팽창계수가 크게 증가할 수 있다.
TeO2는 유리의 결합력을 높여 내수성 및 내화학성을 향상시키며, 유리전이온도를 낮추는 역할을 한다. TeO2의 함량이 5mol% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하고, 유리전이온도가 350℃ 이하로 낮아지기 어렵다. 반대로, TeO2의 함량이 25mol%를 초과할 경우에는 유리 분말의 열팽창계수가 크게 증가할 수 있다.
B2O3는 유리 형성 물질로서, 유리점성의 급격한 증가를 억제하는 역할을 한다. 상기 B2O3는 유리 프릿 전체 중량의 0.1~15mol%로 포함되는 것이 바람직하다. B2O3의 함량이 0.1mol% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, B2O3의 함량이 15mol%를 초과하는 경우, 내수성 저하의 우려가 있다.
SiO2는 B2O3와 함께 유리 형성 물질로 작용하며, 열팽창계수를 낮추는데 기여한다. 상기 SiO2는 유리 프릿 전체 중량의 0.1~10mol%로 포함되는 것이 바람직하다. SiO2의 함량이 0.1mol% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, SiO2의 함량이 10mol%를 초과하는 경우, 유리전이온도가 크게 높아지는 문제점이 있다.
상기 유리 프릿은 mol%로, Bi2O3 : 15% 이하, CuO : 20% 이하, TiO2 : 20% 이하, Fe2O3 : 10% 이하 및 BaO : 10% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
Bi2O3는 굴절률을 증가시킴과 더불어, 점성을 낮추는 역할을 한다. 다만, Bi2O3의 첨가량이 유리 프릿 전체 중량의 15mol%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 평균 선팽창 계수가 지나치게 커짐과 함께, 소성 공정에서 결정화되기 쉽다. 따라서, 상기 Bi2O3는 유리 프릿 전체 중량의 15mol% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.
CuO는 열팽창계수를 낮춤과 더불어, 레이저 실링시 적외선 흡수율을 향상시키는데 기여한다. 다만, 상기 CuO의 첨가량이 유리 프릿 전체 중량의 20mol%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 유리 형성능 감소 및 열팽창계수 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 상기 CuO는 본 발명에 따른 유리 프릿 전체 중량의 20mol% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.
TiO2는 굴절률을 증가시키는 역할을 한다. 다만, 상기 TiO2의 첨가량이 유리 프릿 전체 중량의 20 mol%를 초과하여 다량 첨가될 경우 결정화되기 쉽고, 유리 전이점과 연화점이 증가할 우려가 크다. 따라서, 상기 TiO2는 본 발명에 따른 유리 프릿 전체 중량의 20 mol% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.
Fe2O3는 레이저 실링 적외선 흡수율 향상에 기여한다. 다만, 상기 Fe2O3의 첨가량이 유리 프릿 전체 중량의 10mol%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 유리 형성능 감소 및 열팽창계수 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 상기 Fe2O3는 본 발명에 따른 유리 프릿 전체 중량의 10mol% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.
BaO는 유리전이온도(Tg)를 낮추며, 내수성 향상에 기여한다. 다만, 상기 BaO의 첨가량이 유리 프릿 전체 중량의 10mol%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 열팽창계수의 과다한 증가로 실링 신뢰성이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 BaO는 본 발명에 따른 유리 프릿 전체 중량의 10mol% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.
덮개 수단(40)은 상기 패키지(10)의 상부에 덮어진 후 접합되어, 상기 패키지(10)를 밀봉시켜주기 위한 밀봉수단이다. 상기 덮개 수단(40)은 커버와 같은 역할이며, 패키지 내부의 환경을 항상 일정하게 유지시켜 준다. 덮개 수단(40)은 유리로 형성되며, 전술한 바와 같이, 보로실리케이트계 유리를 포함하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예 따른 수정 진동자 패키지를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2를 참조하면, 수정 진동자 패키지를 제조하는 방법은 패키지 상에 유리 프릿 형성 단계(S100) 및 유리 프릿에 레이저 조사 단계(S110)를 포함한다.
먼저, 패키지 상에 유리 프릿을 형성하는 단계(S100)이다.
패키지는 수정 진동자를 구비하기 위한 공간부를 갖기 때문에, 패키지의 상부 표면에 오목한 홈이 형성된다. 유리 프릿은 패키지와 덮개 수단을 밀봉시키기 위한 역할이기 때문에, 패키지 상부 표면에 형성되고, 홈을 둘러싸는 가장자리 상부표면에 장착되는 것이 바람직하다.
패키지는 테이프 캐스팅법을 이용하여 유리 프릿 및 바인더 등을 포함하는 슬러리를 그린 시트(green sheet) 상태로 가공한 후, 유리 조성물의 연화온도 이상에서 소성하여 제조될 수 있다. 또한, 유리 조성물을 혼합하여 프레스(press) 성형을 한 후, 유리 조성물의 연화온도 이상에서 열처리하여 홈을 형성한 후, 패키지를 제조할 수도 있다. 패키지의 홈이 형성된 공간에는 수정 진동자가 접속되기 위한 전극패드가 구비되고, 상기 전극패드 상부 표면에 수정 진동자 일단을 고정시킨다. 상기 고정은 도전성 접착제에 의해 접착되어 고정될 수 있다.
이때, 수정 진동자는 원활하게 진동될 수 있도록 전극패드 상에 수평으로 고정되는 것이 바람직하다. 수정 진동자가 패키지에 부딪히거나, 전기적 특성이 불량해지는 것을 방지하기 위해, 수정 진동자가 진동하는 높이에 따라, 전극 패드는 적층 구조로 형성될 수 있다.
상기 패키지 상에 형성되는 유리 프릿은 페이스트 형태로 도포된 후, 400~450℃에서 1차 열처리하고 가소성을 수행함으로써 형성될 수 있다. 상기 페이스트는 유리 프릿, 바인더 및 용매가 혼합된 슬러리 형태이며, 상기 1차 열처리 후 바인더와 용매가 제거되고 치밀화된 유리 프릿을 형성시킨다.
다음으로, 유리 프릿에 레이저를 조사하는 단계(S110)이다.
상기 유리 프릿이 형성된 패키지에 덮개 수단을 덮은 상태로, 상기 치밀화된 유리 프릿에 레이저를 국부적으로 조사하여, 상기 유리 프릿만 가열하여 용융시킨다. 이때, 레이저가 조사되면서 발생하는 열에 의해 상기 유리 프릿은 용융되면서 유리 프릿층이 형성된다. 상기 유리 프릿층 및 덮개 수단에 의해 패키지는 밀봉된다.
상기 유리 프릿층의 용융온도는 상기 패키지 및 덮개 수단의 용융온도보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 유리 프릿층의 용융온도가 상기 패키지 및 덮개 수단의 용융온도보다 높은 경우, 가열하는 단계에서 패키지 및 덮개 수단도 용융되어 수정 진동자의 변형이 발생할 수 있다.
밀봉한 후에는 상온까지 냉각시켜 수정 진동자 패키지를 제조할 수 있다. 냉각 속도는 대략 10℃/sec 이하의 평균 냉각 속도의 서냉이 적용될 수 있고, 경우에 따라서는 이보다 빠른 냉각속도가 적용될 수 있다. 상기 덮개 수단에 의해 패키지가 밀봉되는 과정에서 수정 진동자가 실장되는 공간부에 산화방지 가스로 불활성 가스가 봉입되는데, 상기 불활성 가스는 상기 수정 진동자에 대하여 온도에 의한 영향을 감소시키고, 부식을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 레이저 감응용 유리 프릿을 이용한 수정 진동자 패키지 및 그 제조 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
1. 유리 프릿 제조
표 1에 기재된 조성으로 실시예 1~7에 따른 유리 프릿 시편을 제조하였다.
[표 1]
Figure PCTKR2016006342-appb-I000001
2. 물성 평가
표 2는 실시예 1~7에 따른 유리 프릿 시편에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.
1) 유리전이온도(Tg) 및 결정화 개시 온도(Tx) 측정
시차열 분석 장치(DSC TA/Q20)를 이용하여, 10/min의 승온 속도로 최대 600℃까지 승온하면서 측정하였다.
2) 열팽창계수(CTE) 및 연화온도(Tdsp) 측정
열분석 장치(TMA-Q400, TA instrument 제조)를 이용하여, 하중 0.05N에서 10/min의 승온 속도로 최대 450℃까지 승온하면서 측정하였다.
3) 내수성 평가
95℃의 증류수에 유리 프릿 시편을 침지시킨 후, 48 시간 후의 내수 감량치를 측정하였다.
4) 적외선 흡수율 측정
JIS R 3106에 의거하여 810nm 적외선 레이저를 이용하여 공기 분위기에서 소성시 적외선 흡수율을 측정하였다.
[표 2]
Figure PCTKR2016006342-appb-I000002
표 1 및 표 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1~7에 따른 시편의 경우, 소성 후에도 적외선 흡수율이 88% 이상으로 매우 높은 것을 알 수 있다. 이 결과, 실시예 1~7에 따른 시편의 경우, 810nm의 적외선 레이저를 이용한 레이저 실링 시 레이저 반응성이 우수하다는 것을 확인하였다.
또한, 실시예 1~7에 따른 시편의 경우, 내수성이 매우 우수한 것을 확인할 수 있는데, 이는 유리 프릿 조성에서 P2O5를 의도적으로 첨가지 않은 결과로 볼 수 있다. 또한, 실시예 1~7에 따른 시편의 경우, 유리전이온도가 350℃ 이하로서 저융점 특징을 그대로 유지하고 있는 것을 알 수 있다. 이는 유리전이온도를 낮추는데 기여하는 V2O5가 다량 첨가됨과 더불어, TeO2의 첨가 효과에 기인한 것으로 파악된다.
본 발명에 따른 수정 진동자 패키지는 보로실리케이트계 유리를 포함하는 패키지와 덮개 수단을 형성함으로써, 열팽창률을 낮추고, 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 레이저 감응용 유리 프릿에 레이저를 국부적으로 조사하여 용융시킴으로써, 수정 진동자의 변형을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 수정 진동자 패키지의 제조 방법은 패키지와 덮개 수단에 유리를 사용하고, 상기 패키지와 덮개 수단을 밀봉하기 위한 유리 프릿에 레이저를 국부적으로 조사하여 용융시킨다. 이러한 방법을 통해, 수정 진동자의 변형을 방지하고 기밀 밀봉을 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 레이저 감응용 유리 프릿을 사용함으로써, 절연성 및 기밀성이 우수하여 외부로부터 수분 및 가스의 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

  1. 상부 표면에 오목한 홈이 형성되고, 상기 홈에 전극패드가 구비된 패키지;
    상기 전극패드 상에 고정되어 진동을 발생시키는 수정 진동자;
    상기 패키지의 홈을 둘러싸는 가장자리 상부표면에 장착되는 유리 프릿층; 및
    상기 패키지의 상부에 덮어져 밀봉하기 위한 덮개 수단;을 포함하고,
    상기 패키지 및 덮개 수단은 유리이고,
    상기 유리 프릿층은 레이저 감응용 유리 프릿으로부터 형성되고,
    상기 유리 프릿은 mol%로, V2O5 : 15 ~ 60%, ZnO : 10 ~ 50%, TeO2 : 5 ~ 25%, B2O3 : 0.1 ~ 15% 및 SiO2 : 0.1 ~ 10%로 조성되는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 및 덮개 수단은 보로실리케이트계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿층의 용융온도는 상기 패키지 및 덮개 수단의 용융온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 mol%로, Bi2O3 : 15% 이하, CuO : 20% 이하, TiO2 : 20% 이하, Fe2O3 : 10% 이하 및 BaO : 10% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지.
  5. 레이저를 이용하여 패키지와 덮개 수단을 밀봉하는 수정 진동자 패키지의 제조 방법에 있어서,
    (a) 상기 패키지 및 덮개 수단이 맞닿는 표면에 레이저 감응용 유리 프릿을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 유리 프릿에 레이저를 국부적으로 조사하여, 상기 레이저 감응용 유리 프릿을 용융시키는 단계;를 포함하고,
    상기 유리 프릿은 mol%로, V2O5 : 15 ~ 60%, ZnO : 10 ~ 50%, TeO2 : 5 ~ 25%, B2O3 : 0.1 ~ 15% 및 SiO2 : 0.1 ~ 10%로 조성되는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 mol%로, Bi2O3 : 15% 이하, CuO : 20% 이하, TiO2 : 20% 이하, Fe2O3 : 10% 이하 및 BaO : 10% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 진동자 패키지의 제조 방법.
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