JP2003273261A - 気密封止方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型のチャンバーが不要なパッケージの気密
封止方法およびその装置を提供する。 【解決手段】 上蓋１２を備えたチャンバー１０内の回
動テーブル１８上にリッド３２を開口部に搭載した容器
３１を位置決めし、上蓋１２を閉じて該上蓋下面のロー
ラ電極１９１、１９２をリッド３２の対向する２辺に当
接させ、ャンバー１０内を真空排気する。次いでＸ−Ｙ
直動機構２０上の回動盤２３をＸ軸方向に移動させるこ
とにより、磁力結合しているＸ−Ｙスライダ１７上の回
動テーブル１８を同方向に移動させながら通電してリッ
ド３２の２辺をシーム溶接する。更に回動盤２３を回動
させ、回動テーブル１８を９０度回動させてリッド３２
の他の２辺にローラ電極１９１、１９２を当接させ、回
動テーブル１８を復動させながら通電してリッド３２の
他の２辺をシーム溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気密封止を必要と
する半導体素子、水晶振動子等のチップを収納したパッ
ケージの気密封止方法およびその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、水晶振動子等のチップを容
器に気密に封止する方法としては、通電時に発生するジ
ュール熱を利用したマイクロパラレルシーム溶接法が広
く用いられている（例：特公平１−３８３７３号公
報）。このシーム溶接法は、図５に示すようにセラミッ
ク製容器１の開口周縁上に金属製のシーリングフレーム
２をろう付けするか、あるいはセラミック製容器１の開
口周縁をろう材等でメタライズしたセラミック製（もし
くは全体が金属製）の容器３の内部に水晶振動子、半導
体素子等のチップ４を収納し、このチップ４と電極５を
ワイヤ６で電気的に接続した後、この容器３の開口部を
コバール、４２アロイ等からなる金属製のリッド７で覆
う。

【０００３】次に、シーム溶接ヘッドを構成する一対の
ローラ電極８ａ，８ｂを下降させてリッド７の対向する
２辺の端縁部に一定の加圧条件下で接触させ、容器３と
ローラ電極８ａ，８ｂを相対移動させると同時にローラ
電極８ａ，８ｂにパルセーション通電を行ない、この時
発生するジュール熱により２辺を溶融し容器３とリッド
７をシーム溶接する。この２辺のシーム溶接が終了する
と、ローラ電極８ａ，８ｂを一旦上昇させ移動させるこ
とにより電極間隔を調整すると共に容器３を水平面内で
９０°回転させた後、再びローラ電極８ａ，８ｂを下降
させて他の対向する２辺を同様にシーム溶接し、もって
容器３を気密に封止する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シーム溶接
は一般的に、露点管理された窒素ガス雰囲気内で行わ
れ、従って気密封止されたパッケージ内には窒素ガスが
充填されている。しかしながら水晶振動子、水晶フィル
タ、水晶発振器等の水晶応用製品はいずれも水晶振動板
の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外
気から保護するため気密封止されているが、最近の水晶
振動デバイスの超小型化に伴い、水晶振動板もより小型
化され、駆動時の抵抗を軽減するため真空雰囲気による
気密封止が要求されるようになった。ところがシーム溶
接を真空中で行うためには大型のチャンバーが必要とな
り、装置自体が大型化かつ高額になるという問題点を有
していた。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、チャンバーの小型化が可能なパッケージの気密封止
方法と、小型かつ低廉な真空気密封止装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明になる気密封止方法は請求項１に示すよう
に、チップを収納した容器の開口部に金属製のリッドを
載置し、このリッドをシーム溶接によって前記容器に接
合する気密封止方法において、前記リッドを載置した容
器をチャンバー内に保持し、該チャンバー外から前記容
器を間接的に移動させることにより、前記リッドと前記
チャンバー内に設けたシーム溶接ヘッドの一対のローラ
電極とを相対移動させながら該ローラ電極間に通電して
前記容器にリッドを接合し、パッケージを気密封止する
ことを特徴としている。

【０００７】請求項１によれば、チャンバー外からリッ
ドを載置した容器を間接的に移動させて、リッドと一対
のローラ電極とを相対移動させながらシーム溶接するの
で、チャンバーを小型化できると共にチャンバー内の排
気を短時間で行うことができ低コストの気密封止が可能
になる。また、装置自体を小型化できるので低廉な気密
封止装置を得ることができる。

【０００８】また、請求項２に示すように、請求項１記
載の気密封止方法において、少なくともシーム溶接中は
チャンバー内が真空排気した状態である構成としてもよ
い。請求項２によれば、チャンバーが小型のためチャン
バー内の排気を短時間で行うことができ真空気密封止作
業のタクトを短縮することができる。

【０００９】さらに、請求項３に示すように、請求項１
または請求項２記載の気密封止方法において、チャンバ
ー外から前記容器を間接的に移動させるのに磁力を用い
る構成としてもよい。請求項３によれば、チャンバー内
の容器を磁力により間接的に移動させるので、チャンバ
ーを小型化できると共に簡略化することができる。

【００１０】本発明になる気密封止装置は請求項４に示
すように、チップを収納した容器の開口部に金属製のリ
ッドを載置し、このリッドをシーム溶接ヘッドによって
前記容器に接合する気密封止装置において、開閉自在な
上蓋を有する非磁性体のチャンバーと、該チャンバー内
に水平に設けたＸ−Ｙスライダと、このＸ−Ｙスライダ
上部に回動自在に設けたパッケージ載置用回動テーブル
と、前記パッケージ載置用回動テーブルが設けられたス
ライダの摺動方向に直交するスライダの下部に前記チャ
ンバー底部と離間させて垂設した第１の永久磁石と、前
記パッケージ載置用回動テーブルの下面に前記チャンバ
ー底部と離間させて垂下させると共に該テーブルの回動
軸を挟んで対向配置した一対の第２の永久磁石と、前記
上蓋下面に垂設した一対のローラ電極を有するシーム溶
接ヘッドと、前記チャンバー内を真空排気する排気装置
と、前記チャンバーの下方に設けられそれぞれ駆動源を
備えたＸ−Ｙ直動機構と、このＸ−Ｙ直動機構上部に回
動自在に設けられ駆動源を備えた回動盤と、前記Ｘ−Ｙ
直動機構の前記回動盤が設けられた側の直動機構の上部
に前記第１永久磁石に対向させると共に前記チャンバー
底部と離間させて立設した第３の永久磁石と、前記回動
盤の上面に該回動盤の回動軸を挟んで対向させると共に
前記チャンバー底部と離間させて前記第２永久磁石にそ
れぞれ対向させて立設した一対の第４の永久磁石とを備
えてなることを特徴としている。

【００１１】請求項４によれば、チャンバー外にＸ−Ｙ
直動機構と回動盤を設けて、チャンバー外からリッドを
載置した容器を間接的にＸ、Ｙ、θ方向に移動させるこ
とにより、リッドと一対のローラ電極とを相対移動させ
ながらシーム溶接することができ、チャンバーを小型化
できると共にチャンバー内の排気を短時間で行うことが
できる小型で低廉な気密封止装置を得ることができる。

【００１２】また、請求項５に示すように、請求項４記
載の気密封止装置において、第３および第４の永久磁石
を電磁石とすることができる。請求項５によれば、第１
および第２の永久磁石との磁力結合を強固にして、チャ
ンバー内のパッケージを正確かつ迅速に間接移動させる
ことができる。

【００１３】また、請求項６に示すように、請求項４ま
たは請求項５記載の気密封止装置において、パッケージ
載置用回動テーブルは少なくとも１８０度回動すること
ができる。請求項６によれば、方形の容器と一対のテー
パ付きローラ電極を相対移動させて２辺をシーム溶接し
た後、容器を水平面内で９０°回転させて他の対向する
２辺を同様にシーム溶接することによりパッケージを気
密封止することができる。また円形の容器を１８０度回
転させながら一対のテーパ付きローラ電極と相対移動さ
せて、容器の周縁をシーム溶接することによりパッケー
ジを気密封止することができる。

【００１４】また、請求項７に示すように、請求項４か
ら６のいずれかに記載の気密封止装置において、一対の
ローラ電極は、円錐状のテーパーローラ電極とすること
ができる。請求項７によれば、テーパ付きローラ電極を
比較的長い円錐状としたので、容器がが矩形、多角形、
楕円形であっても容器を１８０度回転させながら一対の
テーパ付きローラ電極と相対移動させて、容器の周縁を
シーム溶接することによりパッケージを気密封止するこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明による
第１の実施の形態を詳細に説明する。図１は本実施の形
態に用いる気密封止装置の縦断面図であり、図２は図１
の上蓋を除去した状態の平面図である。

【００１６】これらの図において、１０は軸１１を介し
て開閉自在な上蓋１２を有する非磁性体のチャンバーで
あり、このチャンバー１０は装置基台１３上に立設され
た支柱１４にて支持されている。このチャンバー１０に
は該チャンバー１０の側壁に設けた排気管１５を介し
て、チャンバー１０内を真空排気するためのクライオ・
ポンプ１６１およびロータリー・ポンプ１６２等からな
る排気装置１６が付設されている。またこのチャンバー
１０内には、水平に設けたＸ−Ｙスライダ１７と、この
Ｘ−Ｙスライダ１７上部に回動自在に設けたパッケージ
載置用回動テーブル１８と、上蓋１２下面に垂設した一
対のローラ電極１９１，１９２を有するシーム溶接ヘッ
ド１９とが設けられている。

【００１７】Ｘ−Ｙスライダ１７は、チャンバー１０の
底部１２１に固定されたスライドガイド１７１上に、一
端がこのスライドガイド１７１に直交させて摺動自在に
設けられて該スライドガイド１７１上を摺動するスライ
ダ（以下、Ｙ軸スライダという。）１７２と、このＹ軸
スライダ１７２の上部に摺動自在に設けられて該Ｙ軸ス
ライダ１７２上をＹ軸と直交する方向、即ちＸ軸方向に
摺動するスライダ（以下、Ｘ軸スライダという。）１７
４とからなり、Ｙ軸スライダ１７２の他端下部には、チ
ャンバー１０の底部１２１と間隙を設けて第１の永久磁
石１７３が垂設されている。

【００１８】また、このＸ軸スライダ１７４の上部に
は、該Ｘ軸スライダ１７４に勘入された軸受け１８１に
回動自在に嵌合させた回動軸１８２を備えたパッケージ
載置用回動テーブル１８が設けられており、このパッケ
ージ載置用回動テーブル１８の下面には、該テーブル１
８の回動軸１８２を挟んで一対の第２の永久磁石１８３
ａおよび１８３ｂがやはりチャンバー１２の底部１２１
と間隙を設けて対向させて配置されている。

【００１９】図１および図２ではＹ軸スライダ１７２を
挟んで一対の第２の永久磁石１８３ａ、１８３ｂが設け
られているが、この構成の場合にはパッケージ載置用回
動テーブル１８はＹ軸スライダ１７２による制限を受け
て１８０度回動することができない。パッケージ載置用
回動テーブル１８を１８０度回動させるには、図３に示
すごとく、Ｙ軸スライダ１７２に直交させてスライドガ
イド１７２ａおよび１７２ｂを間隔をおいて固定し、こ
の一対のスライドガイド１７２ａ、１７２ｂにＸ軸スラ
イダ１７４をＸ軸方向に摺動自在に掛け渡し、該Ｘ軸ス
ライダ１７４内にパッケージ載置用テーブル１８を回動
自在に装着する構造とすれば、Ｙ軸スライダ１７２によ
る制限を受けずに自在に回動させることができる。

【００２０】前記装置基台１３上には、各軸にそれぞれ
モータ等の駆動源を備えたＸ−Ｙ直動機構２０が配設さ
れている。このＸ−Ｙ直動機構２０は、前記スライドガ
イド１７１の軸線と平行に基台１３上に固定された直動
機構（以下、Ｙ軸直動機構という。）２１と、一端がこ
のＹ軸直動機構２１上に直交させて設けられてＹ軸と直
交方向に摺動する直動機構（以下、Ｘ軸直動機構とい
う。）２２とからなり、Ｘ軸直動機構２２の他端上部に
は、前記第１永久磁石１７３に対向させると共にチャン
バー１２の底部１２１と間隙を設けて該磁石１７３と引
き合う極性に第３の永久磁石２２１が立設されている。

【００２１】また、このＸ軸直動機構２２のボールねじ
２２２に螺合されたナット２２３上部には、ダイレクト
ドライブ型サーボモータ２３１を介して回動盤２３２が
回動自在に設けられており、この回動盤２３２の上面に
は前記第２永久磁石１８３にそれぞれ対向させて該磁石
１８３と引き合う極性に一対の第４の永久磁石２３３ａ
および２３３ｂがやはりチャンバー１０の底部１２１と
間隙を設けて対向させて立設されている。

【００２２】次にパッケージを気密封止する手順につい
て説明する。まずチャンバー１０の上蓋１２を開けてパ
ッケージ載置用回動テーブル１８上に、開口部に金属製
のリッド（蓋）３２を載置した容器３１を位置決めす
る。次いで上蓋１２を閉じると、上蓋１２内面に設けら
れている溶接ヘッド１９の一対のローラ電極１９１、１
９２がリッド３２の対向する縁辺の端部に当接する。パ
ッケージ３０のサイズは各種存在するので、図では省略
しているが、溶接ヘッド１９の一対のローラ電極１９
１、１９２の間隔調整機構および昇降機構をそれぞれ設
けてマニュアル調整可能にしておくと好都合である。

【００２３】上蓋１２を閉じたならば、排気装置１６を
駆動させてチャンバー１０内を真空排気することによ
り、パッケージ３０内の空気を除去する。この状態でシ
ーム溶接を開始すると容器３１とリッド３２が位置ずれ
を起こし易いので、ローラ電極１９１、１９２がリッド
３２の縁辺の略中央に当接するようにパッケージ載置用
回動テーブル１８の初期位置を定め、ローラ電極１９
１、１９２がリッド３２の縁辺に当接したときに溶接電
流を流してリッド３２を容器３１にスポット溶接してリ
ッド３２を仮止めするようにしてもよい。仮止めをした
場合には、一旦ローラ電極１９１、１９２をリッド３２
の縁辺の端部まで移動させてシーム溶接を開始する。

【００２４】リッド３２の縁辺の端部にローラ電極１９
１、１９２を当接させたならば、Ｘ−Ｙ直動機構２０の
Ｘ軸直動機構２２を駆動させて回動盤２３２を図上左方
向に移動させると、Ｙ軸スライダ１７２上のパッケージ
載置用回動テーブル１８に設けられている第２永久磁石
１８３と回動盤２３２の第４永久磁石２３３が磁気結合
しているので、パッケージ載置用回動テーブル１８も同
方向に移動し、ローラ電極１９１、１９２とリッド３２
が相対移動する。この相対移動時にローラ電極１９１、
１９２間に溶接電流を流すことによって、リッド３２の
Ｘ軸方向の２辺がシーム溶接される。

【００２５】リッド３２のＸ軸方向の２辺のシーム溶接
が完了したならば、Ｘ軸直動機構２２上のモータ２３１
を駆動して回動盤２３２を９０度回転させると、Ｘ−Ｙ
スライダ１７のパッケージ載置用回動テーブル１８に設
けられている第２永久磁石１８３と回動盤２３２の第４
永久磁石２３３との磁気結合により、パッケージ載置用
回動テーブル１８も同方向に９０度回転し、ローラ電極
１９１、１９２がリッド３２の他の対向する縁辺の端部
に移動する。

【００２６】この状態でＸ−Ｙ直動機構２０のＸ軸直動
機構２２を駆動させて回動盤２３２を図上右方向に移動
させると、パッケージ載置用回動テーブル１８も同方向
に移動し、ローラ電極１９１、１９２とリッド３２が相
対移動するので、この相対移動時にローラ電極１９１、
１９２間に溶接電流を流すことによって、リッド３２の
他の２辺がシーム溶接されてパッケージ３０の気密封止
が完了する。気密封止が完了したならば排気装置１６を
停止させて、チャンバー１０内に空気を導入して上蓋１
２を開けてパッケージ３０を取り出す。

【００２７】上記実施の形態では、パッケージ３０の４
辺を２度に分けてシーム溶接したが、リッド３２が円形
の場合には図３に示したＸ−Ｙスライダ機構を備えた気
密封止装置を用いることにより、リッド３２の中心を挟
んだ縁辺にローラ電極１９１、１９２を当接させ、パッ
ケージ載置用回動テーブル１８を１８０度回転させなが
ら溶接電流を流すことによって、パッケージ３０を気密
封止することができる。

【００２８】また、本発明による他の実施の形態を図４
と共に説明する。基本構成は第１の実施の形態と同じ構
成であるが、この例ではローラ電極１９１、１９２に代
えて円錐状のテーパーローラ電極を用いて、気密封止し
ている。図４から明らかなように、一対のテーパーロー
ラ電極１９３、１９４をパッケージ３０のリッド３２の
縁辺に当接し、パッケージ載置用回動テーブル１８を１
８０度回転させると、テーパーローラ電極１９３および
１９４の稜線（母線）が長いため、リッド３２の縁辺と
テーパーローラ電極１９３および１９４の稜線との接触
点はテーブル１８の回転と共にテーパーローラ電極１９
３および１９４の稜線上を移動して行くが、テーパーロ
ーラ電極１９３および１９４の稜線から外れることはな
く、リッド３２が長方形であっても良好な気密封止をす
ることができる。なお、このテーパーローラ電極１９
３、１９４を用いて円形のリッド３２を気密封止できる
ことはいうまでもない。

【００２９】

【発明の効果】本発明の気密封止方法によれば、チャン
バー外からリッドを載置した容器を間接的に移動させ
て、リッドと一対のローラ電極とを相対移動させながら
シーム溶接するので、チャンバー内に設置するシーム溶
接機構を簡素化でき、チャンバーを小型化できると共に
容器内の排気を短時間で行うことができ、真空気密封止
作業のタクトを短縮することができて低コストの気密封
止が可能になる。

【００３０】また本発明の気密封止装置によれば、チャ
ンバー外にＸ、Ｙ、θ方向に駆動するアクチュエータを
設けてチャンバー外からリッドを載置した容器を間接的
にＸ、Ｙ、θ方向に移動させることにより、パッケージ
と一対のローラ電極とを相対移動させながらシーム溶接
することができ、チャンバーを小型化できると共に容器
内の排気を短時間で行うことができる小型で低廉な気密
封止装置を得ることができる。

【００３１】この場合、１８０度回動するパッケージ載
置用回動テーブルを用いれば、円形のリッドを容器に気
密封止することができる。更に、一対のテーパローラ電
極を用いれば、方形および円形のリッドを容器に気密封
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施の形態に用いる気密封止
装置の縦断面図である。

【図２】図２は図１の上蓋を除去した状態の平面図であ
る。

【図３】図３は本発明を構成するパッケージ載置用回動
テーブルの他の実施の形態を示す平面図である。

【図４】図4は本発明を構成するローラ電極の他の実施
形態たるテーパローラ電極を示す模式図である。

【図５】図５はシーム溶接方法を示す模式図である。

【符号の説明】

１０ チャンバー １２ 上蓋 １６ 排気装置 １７ Ｘ−Ｙスライダ １８ パッケージ載置用回動テーブル １９ 溶接ヘッド ２０ Ｘ−Ｙ直動機構 ２３ 回動盤 １７３ 第１永久磁石 １８３ 第２永久磁石 １９１、１９２ ローラ電極 １９３、１９４ テーパーローラ電極 ２２１ 第３永久磁石（電磁石） ２３３ 第４永久磁石（電磁石）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チップを収納した容器の開口部に金属製
   のリッドを載置し、このリッドをシーム溶接によって前
   記容器に接合する気密封止方法において、 前記リッドを載置した容器をチャンバー内に保持し、該
   チャンバー外から前記容器を間接的に移動させることに
   より、前記リッドと前記チャンバー内に設けたシーム溶
   接ヘッドの一対のローラ電極とを相対移動させながら該
   ローラ電極間に通電して前記容器にリッドを接合するこ
   とを特徴とする気密封止方法。
2. 【請求項２】 少なくともシーム溶接中は前記チャンバ
   ー内が真空排気した状態であることを特徴とする請求項
   １記載の気密封止方法。
3. 【請求項３】 前記チャンバー外から前記容器を間接的
   に移動させるのに磁力を用いることを特徴とする請求項
   １または請求項２記載の気密封止方法。
4. 【請求項４】 チップを収納した容器の開口部に金属製
   のリッドを載置し、このリッドをシーム溶接ヘッドによ
   って前記容器に接合する気密封止装置において、 開閉自在な上蓋を有する非磁性体のチャンバーと、該チ
   ャンバー内に水平に設けたＸ−Ｙスライダと、このＸ−
   Ｙスライダ上部に回動自在に設けたパッケージ載置用回
   動テーブルと、前記パッケージ載置用回動テーブルが設
   けられたスライダの摺動方向に直交するスライダの下部
   に前記チャンバー底部と離間させて垂設した第１の永久
   磁石と、前記パッケージ載置用回動テーブルの下面に前
   記チャンバー底部と離間させて垂下させると共に該テー
   ブルの回動軸を挟んで対向配置した一対の第２の永久磁
   石と、前記上蓋下面に垂設した一対のローラ電極を有す
   るシーム溶接ヘッドと、前記チャンバー内を真空排気す
   る排気装置と、前記チャンバーの下方に設けられそれぞ
   れ駆動源を備えたＸ−Ｙ直動機構と、このＸ−Ｙ直動機
   構上部に回動自在に設けられ駆動源を備えた回動盤と、
   前記Ｘ−Ｙ直動機構の前記回動盤が設けられた側の直動
   機構の上部に前記第１永久磁石に対向させると共に前記
   チャンバー底部と離間させて立設した第３の永久磁石
   と、前記回動盤の上面に該回動盤の回動軸を挟んで対向
   させると共に前記チャンバー底部と離間させて前記第２
   永久磁石にそれぞれ対向させて立設した一対の第４の永
   久磁石とを備えてなることを特徴とする気密封止装置。
5. 【請求項５】 前記第３および第４の磁石が電磁石であ
   ることを特徴とする請求項４記載の気密封止装置。
6. 【請求項６】 前記パッケージ載置用回動テーブルは、
   少なくとも１８０度回動することを特徴とする請求項４
   または請求項５記載の気密封止装置。
7. 【請求項７】 前記一対のローラ電極は、円錐状のテー
   パーローラ電極であることを特徴とする請求項４から６
   のいずれかに記載の気密封止装置。