JP2000278073A - 超音波複合振動を用いた表面実装型振動子等の封止方法 - Google Patents
超音波複合振動を用いた表面実装型振動子等の封止方法Info
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課 題】 小型の表面実装型水晶振動子等の封止
を、超音波複合振動による常温での接合をすることによ
り、熱衝撃の無い良好な接合を実現できる封止方法を提
供すること。 【解決手段】 封止用金属蓋１の接合面1aをパッケージ
基板２の被接合面2aに位置決めし、前記接合部分の上部
又は下部より、その平面に垂直方向から適宜荷重を加え
ながら、当該接合平面内で異なる向きの超音波振動を同
時に付与することにより、前記接合面において封止用金
属蓋１とパッケージ基板２を溶着固定して封止するこ
と。
を、超音波複合振動による常温での接合をすることによ
り、熱衝撃の無い良好な接合を実現できる封止方法を提
供すること。 【解決手段】 封止用金属蓋１の接合面1aをパッケージ
基板２の被接合面2aに位置決めし、前記接合部分の上部
又は下部より、その平面に垂直方向から適宜荷重を加え
ながら、当該接合平面内で異なる向きの超音波振動を同
時に付与することにより、前記接合面において封止用金
属蓋１とパッケージ基板２を溶着固定して封止するこ
と。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は極小サイズに形成さ
れた表面実装型振動子等のパッケージ基板に、金属蓋を
溶着又は固定し封止状態を実現する表面実装型振動子又
は発振器又はフィルタの封止方法に関する。
れた表面実装型振動子等のパッケージ基板に、金属蓋を
溶着又は固定し封止状態を実現する表面実装型振動子又
は発振器又はフィルタの封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、移動体通信機器などの携帯電子機
器は、ますます小型・軽量化が進められる傾向にあり、
その中に組み込まれる電子部品も高密度実装に適した、
より極小型の形状が要求されている。特に、水晶振動
子、発振器、フィルタ等の基幹電子部品は、パッケージ
・サイズが最近２、３年の間にその容積が五分の一程度
になるなど、急激な小型化が進んでいる。例えば、水晶
振動子は、安定的なクロック発振周波数を確保するた
め、不活性ガス雰囲気中に振動子となる水晶片を置き封
止する工程があるが、従来は樹脂封止、ガラス封止、又
は、電気抵抗溶接封止等が一般的に行なわれている。こ
の点は、発振器やフィルタについても同様である。上記
封止工程では、封止気密性・封止強度の観点から、主に
電気抵抗溶接封止が用いられる場合が多いが、上述のよ
うにパッケージ・サイズが小さくなりつつある現状で
は、パッケージが3.Omm角以下のものの封止では、電気
抵抗溶接法を採用すると、溶接用電極間距離が物理的に
取れないこと、また溶接時に発生する熱でワークに熱衝
撃が加わって電子部品が熱破壊をおこすこと等の問題が
ある。
器は、ますます小型・軽量化が進められる傾向にあり、
その中に組み込まれる電子部品も高密度実装に適した、
より極小型の形状が要求されている。特に、水晶振動
子、発振器、フィルタ等の基幹電子部品は、パッケージ
・サイズが最近２、３年の間にその容積が五分の一程度
になるなど、急激な小型化が進んでいる。例えば、水晶
振動子は、安定的なクロック発振周波数を確保するた
め、不活性ガス雰囲気中に振動子となる水晶片を置き封
止する工程があるが、従来は樹脂封止、ガラス封止、又
は、電気抵抗溶接封止等が一般的に行なわれている。こ
の点は、発振器やフィルタについても同様である。上記
封止工程では、封止気密性・封止強度の観点から、主に
電気抵抗溶接封止が用いられる場合が多いが、上述のよ
うにパッケージ・サイズが小さくなりつつある現状で
は、パッケージが3.Omm角以下のものの封止では、電気
抵抗溶接法を採用すると、溶接用電極間距離が物理的に
取れないこと、また溶接時に発生する熱でワークに熱衝
撃が加わって電子部品が熱破壊をおこすこと等の問題が
ある。
【０００３】即ち、従来の電気抵抗溶接による封止方法
では、封止用蓋にテーパー付きローラー電極を配し、一
定の加圧条件の下で、パルセーション通電を行い、接合
部に発生するジュール熱により接合しているため、パッ
ケージ基板に熱衝撃を与え、基板にマイクロクラックを
発生させる問題があり、また、封止用蓋が小さい場合、
発生する熱の制御が困難となり、その熱で封止用蓋を溶
融させてしまったり、微小なローラー状電極の製作がき
わめて困難であるなどの問題があって、これらの面で小
型電子部品の封止には不適当である。
では、封止用蓋にテーパー付きローラー電極を配し、一
定の加圧条件の下で、パルセーション通電を行い、接合
部に発生するジュール熱により接合しているため、パッ
ケージ基板に熱衝撃を与え、基板にマイクロクラックを
発生させる問題があり、また、封止用蓋が小さい場合、
発生する熱の制御が困難となり、その熱で封止用蓋を溶
融させてしまったり、微小なローラー状電極の製作がき
わめて困難であるなどの問題があって、これらの面で小
型電子部品の封止には不適当である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な特に小型の表面実装型水晶振動子等の封止を、超音波
複合振動による常温での接合をすることにより、熱衝撃
の無い良好な接合を実現できる封止方法を提供すること
を、その課題とする。
な特に小型の表面実装型水晶振動子等の封止を、超音波
複合振動による常温での接合をすることにより、熱衝撃
の無い良好な接合を実現できる封止方法を提供すること
を、その課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
を目的としてなされた本発明の接合方法の構成は、封止
用金属蓋の接合面をパッケージ基板の被接合面に位置決
めし、前記接合部分の上部又は下部より、その平面に垂
直方向から適宜荷重を加えながら、当該接合平面内で異
なる向きの超音波振動を同時に付与することにより、前
記接合面において封止用金属蓋とパッケージ基板を溶着
固定して封止することを特徴とするものである。
を目的としてなされた本発明の接合方法の構成は、封止
用金属蓋の接合面をパッケージ基板の被接合面に位置決
めし、前記接合部分の上部又は下部より、その平面に垂
直方向から適宜荷重を加えながら、当該接合平面内で異
なる向きの超音波振動を同時に付与することにより、前
記接合面において封止用金属蓋とパッケージ基板を溶着
固定して封止することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図に
より説明する。図１は本発明方法の実施の形態を模式的
に示した図、図２は本発明方法の他の実施形態を模式的
に示した図、図３は本発明方法の別の実施形態を模式的
に示した図である。
より説明する。図１は本発明方法の実施の形態を模式的
に示した図、図２は本発明方法の他の実施形態を模式的
に示した図、図３は本発明方法の別の実施形態を模式的
に示した図である。
【０００７】図1において、１は金属製封止用蓋、２は
封止用蓋を位置決め接合すべきパッケージ基板、３は前
記封止用蓋1の接合面1aの側に前記パッケージ基板２の
上面2aに予めリング状に形成された封止用金属、４は前
記封止用蓋１の上面1bの側に垂直な姿勢で配置した棒状
の接合ヘッド、そして５，６はこの溶接ヘッド４に直交
する向きで、互いに約90度の平面角を以って当該接合ヘ
ッド４に結合した振動伝達ホーンで、これらのホーン
５，６には、それぞれ例えばランジュバン型の振動子
７，８が結合されており、これらの接合ヘッド４から振
動子８までの構成により、本発明の方法を実行するため
の超音波接合装置の一例を形成する。なお、Fは接合ヘ
ッド4の上方から接合面にかけられる荷重、９は作業台
となるベースである。荷重Ｆはベース９側からかけるこ
ともでき、上，下双方からかけることもある。
封止用蓋を位置決め接合すべきパッケージ基板、３は前
記封止用蓋1の接合面1aの側に前記パッケージ基板２の
上面2aに予めリング状に形成された封止用金属、４は前
記封止用蓋１の上面1bの側に垂直な姿勢で配置した棒状
の接合ヘッド、そして５，６はこの溶接ヘッド４に直交
する向きで、互いに約90度の平面角を以って当該接合ヘ
ッド４に結合した振動伝達ホーンで、これらのホーン
５，６には、それぞれ例えばランジュバン型の振動子
７，８が結合されており、これらの接合ヘッド４から振
動子８までの構成により、本発明の方法を実行するため
の超音波接合装置の一例を形成する。なお、Fは接合ヘ
ッド4の上方から接合面にかけられる荷重、９は作業台
となるベースである。荷重Ｆはベース９側からかけるこ
ともでき、上，下双方からかけることもある。
【０００８】本発明の実施に際しては、まず、パッケー
ジ基板２をベース９の上に固定し、該パッケージ基板２
に形成されている接合面に封止用蓋1を位置決めして載
せる。更に、当該封止用蓋1の上面1bに、前記接合ヘッ
ド４を載せ、1平方ミリメートル当り３〜５kgの荷重Ｆ
をかけつつ、振動子７，８を駆動しホーン５，６を介し
て接合ヘッド４に生起される超音波複合振動を、数百ミ
リ秒間付与することにより、封止用金属３が溶融して蓋
１の接合面1aとパッケージ基板２の上面2aとの接合が達
成される。
ジ基板２をベース９の上に固定し、該パッケージ基板２
に形成されている接合面に封止用蓋1を位置決めして載
せる。更に、当該封止用蓋1の上面1bに、前記接合ヘッ
ド４を載せ、1平方ミリメートル当り３〜５kgの荷重Ｆ
をかけつつ、振動子７，８を駆動しホーン５，６を介し
て接合ヘッド４に生起される超音波複合振動を、数百ミ
リ秒間付与することにより、封止用金属３が溶融して蓋
１の接合面1aとパッケージ基板２の上面2aとの接合が達
成される。
【０００９】本発明において、上記例の超音波複合振動
は、ボンディング・ツールとして作用する振動伝達体で
ある接合ヘッド4に、互いに直角をなす方向からホーン
５，６を介して伝達される縦方向の二つの振動を合成す
ることにより生成しているが、この複合振動はその他の
方法でもつくることが可能である。いずれの方法による
にしても、超音波複合振動を接合面1aの側に作用させる
ことによって、従来の接合方法に比べ熱衝撃のない良好
な接合状態を達成することができる。
は、ボンディング・ツールとして作用する振動伝達体で
ある接合ヘッド4に、互いに直角をなす方向からホーン
５，６を介して伝達される縦方向の二つの振動を合成す
ることにより生成しているが、この複合振動はその他の
方法でもつくることが可能である。いずれの方法による
にしても、超音波複合振動を接合面1aの側に作用させる
ことによって、従来の接合方法に比べ熱衝撃のない良好
な接合状態を達成することができる。
【００１０】本発明封止方法では、超音波振動を利用す
るものの、接合ヘッド４の接合振動軌跡を、それが直線
状にならず、円形状乃至楕円状等の二次元的になるよう
に、その複合振動を付与するので、きわめて良好な接合
状態が実現可能なのである。
るものの、接合ヘッド４の接合振動軌跡を、それが直線
状にならず、円形状乃至楕円状等の二次元的になるよう
に、その複合振動を付与するので、きわめて良好な接合
状態が実現可能なのである。
【００１１】因みに、従来の単一モードの超音波振動を
利用した接合の場合、接合ヘッド4に付与される振動の
軌跡が直線状（一次元）であるため、接合に方向性のあ
る結果が生じ、振動方向と直交する向きでの接合が十分
でない場合が多く生じるという結果になり易い。このよ
うな従来技術に対し、本発明の方法では、接合ヘッド４
の振動軌跡が、直線状ではなく、円形状乃至楕円状等の
二次元的になるように複合振動を付与するので、接合に
方向性が生じず、きわめて良好な接合状態を実現できる
のである。
利用した接合の場合、接合ヘッド4に付与される振動の
軌跡が直線状（一次元）であるため、接合に方向性のあ
る結果が生じ、振動方向と直交する向きでの接合が十分
でない場合が多く生じるという結果になり易い。このよ
うな従来技術に対し、本発明の方法では、接合ヘッド４
の振動軌跡が、直線状ではなく、円形状乃至楕円状等の
二次元的になるように複合振動を付与するので、接合に
方向性が生じず、きわめて良好な接合状態を実現できる
のである。
【００１２】本発明において、接合ヘッド4の振動軌跡
を様々な二次元態様にする手法としては、例えば、ホー
ン５，６、振動子７，８の駆動用振動系の周波数および
位相差を変化させることにより行うことができる。殊
に、振動子７，８が同一周波数で駆動される場合には、
位相が同一であればそのリザージュ図形は直線を描き、
位相を90度異ならせることにより円形にもなり、さらに
異なる位相差により楕円形やその他の形状に、振動軌跡
を種々変化させることが可能である。
を様々な二次元態様にする手法としては、例えば、ホー
ン５，６、振動子７，８の駆動用振動系の周波数および
位相差を変化させることにより行うことができる。殊
に、振動子７，８が同一周波数で駆動される場合には、
位相が同一であればそのリザージュ図形は直線を描き、
位相を90度異ならせることにより円形にもなり、さらに
異なる位相差により楕円形やその他の形状に、振動軌跡
を種々変化させることが可能である。
【００１３】また、本発明の封止方法では、図２に示す
ように、複数個の封止用蓋１とパッケージ基板２とを同
時に接合する態様をとることもでき、また図３に示すよ
うに、パッケージ基板２と封止用蓋１を回転する円盤91
の円周上に位置決めしつつ、超音波複合振動を発生させ
た円盤状の超音波溶着チップ41に次々と送り込むことに
より順次封止をして、送り出す態様にすることも可能で
ある。なお、図３の円盤状チップ41の円周上のＸ方向の
超音波振動は振動子71で発生させ、Ｙ方向の超音波振動
は振動子81とホーン61によりねじり振動を発生させる。
なお、図３において、図１，図２と同一符号は同一部
材，同一部分を示す。
ように、複数個の封止用蓋１とパッケージ基板２とを同
時に接合する態様をとることもでき、また図３に示すよ
うに、パッケージ基板２と封止用蓋１を回転する円盤91
の円周上に位置決めしつつ、超音波複合振動を発生させ
た円盤状の超音波溶着チップ41に次々と送り込むことに
より順次封止をして、送り出す態様にすることも可能で
ある。なお、図３の円盤状チップ41の円周上のＸ方向の
超音波振動は振動子71で発生させ、Ｙ方向の超音波振動
は振動子81とホーン61によりねじり振動を発生させる。
なお、図３において、図１，図２と同一符号は同一部
材，同一部分を示す。
【００１４】
【発明の効果】本発明は以上の通りであって、封止用金
属蓋接合面をバッケージ基板の被接合面に位置決めし、
前記接合部分の上部より、その平面に垂直方向から適宜
荷重を加えながら、当該接合平面内で異なる向きの超音
波振動を同時に付与することにより、前記接合面に於い
て封止用金属蓋とパッケージ基板を溶着固定して封止す
るようにしたので、従来では不可能であった超小型の部
品であっても接合対象に熱衝撃を与えることのない接合
が可能となった。また、超音波振動による接合であって
も、接合に方向性が生じない複合振動を利用するので、
一様で大きな面積の接合部が得られ、また、たとえ従来
の単一モードの超音波振動による直線状の振動軌跡で行
う超音波接合装置があったとしても、本発明方法で用い
る超音波複合振動では、接合に必要な超音波振動の振幅
が、従来装置の半分以下程度で足り、しかも溶着に要す
る時間も複合振動ゆえに半分以下で済むという、従来の
超音波接合手法では得ることができない顕著な効果を得
ることができる。
属蓋接合面をバッケージ基板の被接合面に位置決めし、
前記接合部分の上部より、その平面に垂直方向から適宜
荷重を加えながら、当該接合平面内で異なる向きの超音
波振動を同時に付与することにより、前記接合面に於い
て封止用金属蓋とパッケージ基板を溶着固定して封止す
るようにしたので、従来では不可能であった超小型の部
品であっても接合対象に熱衝撃を与えることのない接合
が可能となった。また、超音波振動による接合であって
も、接合に方向性が生じない複合振動を利用するので、
一様で大きな面積の接合部が得られ、また、たとえ従来
の単一モードの超音波振動による直線状の振動軌跡で行
う超音波接合装置があったとしても、本発明方法で用い
る超音波複合振動では、接合に必要な超音波振動の振幅
が、従来装置の半分以下程度で足り、しかも溶着に要す
る時間も複合振動ゆえに半分以下で済むという、従来の
超音波接合手法では得ることができない顕著な効果を得
ることができる。
【図１】本発明の方法の実施の一つの形態を模式的に示
した図。
した図。
【図２】本発明方法の他の実施形態を模式的に示した
図。
図。
【図３】本発明方法の別の実施形態を模式的に示した
図。
図。
１ 金属製封止用蓋 ２ パッケージ基板 ３ 封止用金属 ４ 接合ヘッド ５，６ 振動伝達ホーン ７，８ ランジュバン型振動子 ９ ベース
Claims (3)
- 【請求項１】 表面実装型の水晶振動子又は発振器又は
フィルタの封止用金属蓋の接合面をパッケージ基板の被
接合面に位置決めし、前記接合部分の上部又は下部よ
り、その平面に垂直方向から適宜荷重を加えながら、当
該接合平面内で異なる向きの超音波振動を同時に付与す
ることにより、前記接合面に於いて封土用金属蓋とパッ
ケージ基板を溶着固定し封止することを特徴とする、超
音波振動を用いた表面実装型振動子等の封止方法。 - 【請求項２】 封止用金属蓋とパッケージ基板の上下位
置を逆にした請求項1の超音波複合振動を用いた表面実
装型振動子等の封止方法。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、当該接合面内
で異なる向きの超音波振動を付与する方法は、当該接合
面の下方から与えるか、又は、上方から与えるか、若し
くは、上下両方向から与える超音波複合振動を用いた表
面実装型振動子等の封止方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8309999A JP2000278073A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 超音波複合振動を用いた表面実装型振動子等の封止方法 |
| US09/533,078 US6299051B1 (en) | 1999-03-26 | 2000-03-22 | Bonding method of electronic parts employing ultrasonic coupling oscillation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8309999A JP2000278073A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 超音波複合振動を用いた表面実装型振動子等の封止方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000278073A true JP2000278073A (ja) | 2000-10-06 |
Family
ID=13792754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8309999A Pending JP2000278073A (ja) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | 超音波複合振動を用いた表面実装型振動子等の封止方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6299051B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000278073A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000068327A (ja) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 部品の実装方法と装置 |
| DE10249569B4 (de) * | 2002-10-24 | 2005-03-17 | Robert Bosch Gmbh | Werkzeugkopf zum Befestigen eines elektrischen Leiters auf der Kontaktfläche eines Substrates und Verfahren zum Durchführen der Befestigung |
| DE10260465B3 (de) * | 2002-12-21 | 2004-02-12 | Mtu Aero Engines Gmbh | Reibschweißvorrichtung |
| US7044356B2 (en) * | 2003-12-11 | 2006-05-16 | Texas Instruments Incorporated | Roller wire brake for wire bonding machine |
| CN102473658B (zh) * | 2009-08-12 | 2014-11-26 | 库利克和索夫工业公司 | 用于引线接合的超声波换能器与使用超声波换能器形成引线接合的方法 |
| DE102010029395A1 (de) * | 2010-05-07 | 2011-11-10 | Telsonic Holding Ag | Torsionssonotrode, Ultraschall-Schweißvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung mittels Ultraschall |
| US8939346B2 (en) * | 2011-02-15 | 2015-01-27 | International Business Machines Corporation | Methods and systems involving soldering |
| US8777088B2 (en) * | 2011-09-16 | 2014-07-15 | Baker Hughes Incorporated | Methods for attaching cutting elements to earth-boring tools using tapered surfaces |
| GB2514087B (en) * | 2013-03-11 | 2018-01-24 | Kuka Systems Uk Ltd | Linear friction welding |
| CN106536118B (zh) * | 2016-07-15 | 2019-06-07 | 深圳市必利超音波自动化机械有限公司 | 超音波转向焊头 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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