JP2006100613A - パラレルシーム接合方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シーム接合装置の複雑化を回避しつつローラ電極の長寿命化を図る。
【解決手段】 一対のローラ電極をそれぞれ独立して上下動自在に保持する電極ホルダ
と、この電極ホルダを一括して上下動させる上下駆動手段と、パッケージを載置して前記
一対のローラ電極がリッドに転接する方向に移動可能なステージと、このステージとロー
ラ電極との相対位置を前記転接する方向に対して直交する方向に移動させる水平駆動手段
とを備え、この水平駆動手段が所定の接合動作ごとに駆動し、ローラ電極のリッドとの接
触箇所が、転接有効範囲の中で分散するようにした。



【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子、水晶振動子等のチップを搭載収納したパッケージの開口部に金
属製の蓋板であるリッドをシーム接合するパラレルシーム接合装置に関するものである。

従来から、半導体素子、水晶振動子等のチップをパッケージ気密封止する方法として、
パラレルシーム接合法が広く用いられている。図５はパッケージの断面図、図６はシーム
接合法の説明図である。この接合法ではまずセラミック基板５１に金属製シールフレーム
５２をろう接してなるセラミック製（もしくは全体が金属製）のパッケージ５３の内部に
半導体素子等のチップ５４を収納し、このチップ５４をワイヤ５５によって外リード５６
に電気的に接続したものを準備する。このパッケージ５３の開口部にはコバール、４２ア
ロイ等からなるリッド５７が被せられる（図５）。

そしてこのリッド５７の対向する２辺、例えば長辺側の２辺の一端縁部イに一対のテー
パ付きのローラ電極５８ａ、５８ｂを一定の加圧条件の下で接触させる。この状態でパッ
ケージ５３をステージ５９と共に矢印アの方向に移動させると同時にローラ電極５８ａ，
５８ｂにパルセーション通電を行い、この時発生するジュール熱により長辺を溶融しパッ
ケージ５３にシーム接合する（図６（ａ））。

このようにして長辺のシーム接合が終了すると、ローラ電極５８ａ，５８ｂを一旦上昇
移動させて電極間隔を調整すると共にパッケージ５３を図６（ｂ）に示すように水平面内
にて９０°回転させる。その後、再びローラ電極５８ａ，５８ｂを下降させて他の対向す
る２辺、すなわち短辺を同様にシーム接合し、チップ５４の封止を完成させるものである
。

しかし実際の生産現場で、このように１個のパッケージに対して縦横方向のシーム接合
を連続的に行うのは生産性が上がらないため、特許文献１のような工程及び設備が広く採
用されている。

特許文献１には、図７に示すような装置が開示されている。図７はシーム接合装置を上
方から見た図であり、パッケージが矢印Ａから供給され、さらにリッドが矢印Ｂから供給
される。また、シーム接合が終了したパッケージは矢印Ｃから排出される。

ここで、矢印Ａから供給されたパッケージは、エリアＤでキャリアボードに搭載される
。キャリアボードは板状部材からなり、上面にはパッケージの位置決め用穴が複数凹設さ
れている。複数のパッケージは、この複数の位置決め用穴に搭載された状態でキャリアボ
ードと共に下流の工程であるエリアＥに搬送される。

また矢印Ｂから供給されたリッドは、エリアＥでパッケージに載置され、さらに仮止め
のためにスポット溶接される。このスポット溶接も、複数のパッケージがキャリアボード
に載置された状態のままで行われ、さらに下流の工程であるエリアＦに搬送される。

エリアＦはパッケージの搬送方向と直交する両側縁（例えば長辺）をシーム接合するエ
リアであり、先端に一対のローラ電極を備えたシーム接合ヘッド６２が設けられ、このロ
ーラ電極の転接はステージ６４が矢印エの方向に移動することで行われる。また、シーム
接合ヘッド６２は、搬送方向（矢印ウの方向）に移動可能に設けられているのでキャリア
ボード上の全数のパッケージに対してシーム接合を行える。

次に搬送されるエリアＧは、搬送方向と平行な両側縁（例えば短辺）をシーム接合する
エリアであり、ここにも一対のローラ電極を備えたシーム溶接ヘッド６３が設けられ、こ
のローラ電極の転接はステージ６５が矢印オの方向に移動することで行われる。また、こ
のシーム接合ヘッド６３は搬送方向と直交する方向に移動可能に設けられているので、キ
ャリアボード上の全数のパッケージに対してシーム接合を行える。その結果４辺のシーム
接合が完了し、複数の封止済みのパッケージを搭載してキャリアボードが矢印Ｃから排出
される。

このような工程でシーム接合を行った場合、装置内のシーム接合ヘッド６２及び６３は
、それぞれがパッケージの一方の両側縁のシーム接合のみを受け持つので、パッケージの
品種が変更にならない限りはローラ電極の間隔を変更する必要がない。したがってシーム
接合ヘッドの駆動機構も、リッドにローラ電極を接触あるいは離隔させるための上下動機
構と、キャリアボード上の複数のパッケージ間を移動するための一方向の水平移動機構の
みを備えればよい。

また別の形態として図８に示すような装置も広く用いられている。この装置はテーブル
７１上に、パッケージの一方の両側縁をシーム接合するためのＸシームステージ７２と、
他方の両側縁をシーム接合するためのＹシームステージ７３とを備えている。また、それ
ぞれのステージの上方にはシーム接合ヘッド７４及び７５が設けられており、それぞれが
モータ７６及び７７により横方向に駆動可能であると共に、それぞれがモータ７８及び７
９により上下方向に駆動可能となっている。

したがって、複数のワーク８０を搭載したキャリアボード８１を、Ｘシームステージ７
２には一方の両側縁（例えば長辺）をシーム接合する方向、Ｙシームステージ７３には他
方の両側縁（例えば短辺）をシーム接合する方向にセットすることにより４辺のシーム接
合を行うことができる。またこの場合、両方向のシーム接合を同時に行うことができる。

このような形態の装置においても、シーム接合ヘッド７４及び７５は、それぞれがパッ
ケージの一方の両側縁のシーム接合のみを受け持つので、パッケージの品種が変更になら
ない限りはローラ電極の間隔を変更する必要がない。したがってシーム接合ヘッドの駆動
機構も、リッドにローラ電極を接触あるいは離隔させるための上下動機構と、キャリアボ
ード上の複数のパッケージ間を移動するための一方向の横移動機構のみを備えればよい。

以上に例示したような従来から在るパラレルシーム接合装置を用いれば、生産性の高い
シーム接合作業が行えるが、装置が量産向きであればあるほどローラ電極のリッドとの接
触面の劣化が問題となる。シーム接合に使用するローラ電極は、一般にリッドの周縁の稜
線と接触させるために図６に示すようなテーパ形状に形成するが、接触する部分がほぼ同
一の円周であれば、テーパ面の中で１本のライン状の円周だけが極端に磨耗あるいはカー
ボンの付着等で劣化する。

そこで、この問題を解決するための技術が特許文献２に開示されており、接合動作に図
９で示すような動作を付加している。図９はリッド９１に接触した状態のローラ電極９２
ａ、９２ｂを表す側面図である。この技術は、同一品種のパッケージを多数シーム接合す
る場合、ローラ電極９２ａの領域α１及びローラ電極９２ｂの領域α２全面を均等に接触
させることを目的として、両電極の間隔δを接合作業の１回又は設定回数ごとに微少距離
増減させるものである。

特開２００３−４６０１１号公報（第５頁、図１） 特開平９−２２０６７２号公報（第２頁、図２、図５）

しかしながらこの技術は、一対のローラ電極の間隔を微少距離増減させる駆動機構及び
その制御部が必要となる。従来の技術として記載したように生産性を考慮したシーム接合
装置に用いるシーム接合ヘッドは、ローラ電極の間隔は一定とし、電極をリッドに接触さ
せるための上下動及び複数のパッケージ間を移動するための一方向の横移動のみを可能と
してワーク搬送路の適所２か所に配置するようにしているので、そのヘッドごとに前記駆
動機構を設けた場合、装置が大掛かりになり高価なものになる。

本発明はこのような課題を解決すべく創出されたもので、ローラ電極の間隔を増減する
ための駆動機構を設けることなく、ローラ電極の一部分だけが劣化するのを防ぐ方法及び
装置により、ローラ電極の長寿命化を図ることを目的としたものである。

本発明は第１の態様として、チップを収納するパッケージの開口部にリッドを載置し、
このリッドの対向する２辺に一対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前記２
辺をパッケージにシーム接合するパラレルシーム接合方法において、前記一対のローラ電
極の間隔を一定とし、異なるリッド間で、前記ローラ電極の間隔の中心をリッドの中心か
らこのローラ電極の回転軸方向に微量ずらすことで、前記ローラ電極のリッドに対する接
触箇所を分散させることを特徴とするパラレルシーム接合方法を提供する。

また本発明は第２の態様として、チップを収納するパッケージの開口部にリッドを載置
し、このリッドの対向する２辺に一対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前
記２辺をパッケージにシーム接合するパラレルシーム接合装置であって、前記一対のロー
ラ電極をそれぞれ独立して保持し、それぞれが独立して上下動自在に摺動する一対の電極
ホルダと、この一対の電極ホルダを前記上下動の下死点で一括して保持し、上下動させる
上下駆動手段と、前記パッケージを載置し、前記一対のローラ電極が前記リッドに転接す
る方向に移動可能なステージと、このステージと前記一対のローラ電極との相対位置を、
このローラ電極の回転軸方向に移動させる水平駆動手段とを備え、この水平駆動手段が所
定の接合動作ごとに駆動し、前記一対のローラ電極の前記リッドとの接触箇所を、転接有
効範囲の中で前記ローラ電極の軸方向に分散させることを特徴とするパラレルシーム接合
装置を提供する。

また第３の態様として、前記水平駆動手段が、前記一対の電極ホルダを一括して移動さ
せることを特徴とする第２の態様として記載のパラレルシーム接合装置を提供する。

また第４の態様として、前記水平駆動手段が、前記ステージを移動させることを特徴と
する第２の態様として記載のパラレルシーム接合装置を提供する。

本発明によれば、シーム接合ヘッドごとにローラ電極の間隔を増減するための駆動手段
を設ける必要がないので、装置を複雑化せずにすみ、装置製作のコストも増大しない。ま
た、同一品種を多数シーム接合する場合には電極の間隔を変更する必要がないので単に固
定したままの状態でよい。したがって、ローラ電極の間隔維持に対する信頼性が低下しな
い。

また、溶接機の電極と装置本体とを電気的に接続する給電部材としては、銅からなる薄
板を複数枚積層して電流容量の大きさと放熱効率を確保する構造のものが広く用いられて
おり、この構造の給電部材をＵの字形状に曲げて使用することで、電極の移動方向に対し
ての機械的抵抗を小さく維持しながら給電を可能とすることが知られている。

本発明によれば一対のローラ電極の間隔を増減するために電極ホルダを水平方向に移動
する必要がないので、このような薄板の積層体を給電部材として問題なく使用でき、ロー
ラ電極の押圧力を精密に管理できる。

次に添付図面を参照して本発明に係るパラレルシーム接合装置の実施形態を詳細に説明
する。

図１は本発明に係るパラレルシーム接合装置の１実施形態の正面図、図２はこの装置の
シーム接合ヘッドを説明するための斜視図である。ここでは、従来の技術として図８に基
づいて説明した装置形態と同様のパラレルシーム接合装置に本発明を適用して説明するが
、本発明はこの他に図７に基づいて説明した形態の装置等、種々の装置形態のパラレルシ
ーム接合装置に適用しても同様の効果が得られる。

図１において、１及び２はパラレルシーム接合ヘッド、３はこれらヘッドを支持する門
型アーム、４はテーブル、５はＸシームステージ、６はＹシームステージ、７及び８はキ
ャリアボード、９はパッケージとこれに載置されたリッドからなる被接合物であるワーク
、１０ａ、１０ｂ及び１１ａ、１１ｂはローラ電極、１２及び１３はそれぞれパラレルシ
ーム接合ヘッド１及び２の水平駆動手段であるモータである。

まず複数のワーク９を、キャリアボード７及び８の上面のマトリクス状に凹設された位
置決め用凹所に搭載し、このキャリアボード７をＸシームステージ５に、キャリアボード
８をＹシームステージ６に載置する。キャリアボードとシームステージとは互いの凹凸が
係合することによって容易に位置決めすることができるようになっている。また、２対の
ローラ電極１０ａ、１０ｂ及び１１ａ、１１ｂは、何れも回転軸の方向が図を見て左右方
向になる状態で保持されており、Ｘシームステージ５及びＹシームステージ６は、図を見
て前後方向に移動するように駆動手段が設けられている。

さらに、一方の一対のローラ電極１０ａ、１０ｂは、ワーク９の一方の両側縁をシーム
接合するように間隔が調整され固定されており、他方の一対のローラ電極１１ａ、１１ｂ
は、ワーク９の他方の両側縁をシーム接合するように間隔が調整され固定されている。

ここで、シーム接合ヘッド１とＸシームステージ５とで行われる接合動作と、シーム接
合ヘッド２とＹシームステージ６とで行われる接合動作は同様であるので、以下シーム接
合ヘッド１とＸシームステージ５とで行われる接合動作のみを説明する。

まず、水平駆動手段であるモータ１２が駆動することにより、シーム接合ヘッド１が水
平方向に移動する。この方向はローラ電極１０ａ、１０ｂがワーク９に転接して接合が進
行する方向に直交するものである。このモータ１２の駆動により、ローラ電極１０ａ、１
０ｂの図を見て横方向の位置は、キャリアボード７上にマトリクス状に搭載されたワーク
９の最初に接合を行う列の上方に位置決めされる。

次の動作を図２に基づいて説明する。図２は図１におけるシーム接合ヘッド１の斜視図
である。前述したようにモータ１２が駆動し、水平方向の位置決めがなされた第１のベー
ス２１には一対のスライドレール２２が固定されており、一対のスライドブロック２３は
これらスライドレール２２に係合して上下方向に摺動する。

また、一対のスライドブロック２３に固定された第２のベース２４にはナット２５が固
定されており、このナット２５に螺合するネジ２６を第１のベース２１に固定されたモー
タ２７が回転させることにより、第２のベース２４は上下方向に移動する。

さらに、第２のベース２４には一対のスライドレール２８が固定されており、これに係
合して上下方向に摺動する一対のスライドブロック２９にはそれぞれ独立して電極ホルダ
３０ａ、３０ｂが固定されている。したがって、電極ホルダ３０ａ、３０ｂは外力によっ
てそれぞれ独立して上下方向に移動するようになっているとともに、これらが重力により
この上下方向の移動の下死点に位置している状態では、電極ホルダ３０ａ、３０ｂはモー
タ２７によって上下動するようになっている。

また電極ホルダ３０ａ、３０ｂそれぞれは、本体部３１と給電ブロック３３とが絶縁部
材３２を介して固定された構成になっており、この給電ブロック３３にローラ電極１０ａ
、１０ｂが回動自在に保持されている。

このような構造のシーム接合ヘッド１が接合動作に入ると、モータ２７が回転して第２
のベース２４を下降させ、その結果ローラ電極１０ａ、１０ｂがワーク９に接触する。さ
らに、Ｘシームステージ５を前後方向に移動させるのと併せてローラ電極１０ａ、１０ｂ
間に通電し、接合を実行する。

このときのローラ電極１０ａ、１０ｂのワーク９に対する押圧力は、ローラ電極１０ａ
、１０ｂとこれらを保持する電極ホルダ３０ａ、３０ｂの自重によって得るが、電極ホル
ダ１０ａ、１０ｂそれぞれの上部に錘３４を搭載することで適宜調整可能となっている。

また、給電ブロック３３には給電部材３５を介して給電が行われる。図示しないケーブル
が一対の給電端子３６に接続されており、装置本体側からの給電が行われるが、給電部材
３５は厚さ数十μｍの短冊状の銅板を数十枚接着せずに重ね合わせて構成されており、図
のように逆Ｕの字状に曲げて使用されているため、給電ブロック３３と第２のベース２４
との上下方向の位置が相対的に移動しても、ローラ電極１０ａ、１０ｂのワーク９に対す
る押圧力に影響を与えにくくなっている。

このようにして一つのワーク９の両側縁のシーム接合が完了すると、図１を見て前後方
向に並んだ次のワーク９を同様の動作でシーム接合するが、本発明に係る装置は次のワー
ク９のシーム接合の開始前にモータ１２を微量回転させる。これにより図３で示すように
ローラ電極１０ａ及び１０ｂの間隔δは一定のままで、それぞれのテーパ面の接触箇所を
カ及びキの位置からク及びケの位置に微量ずらすことができる。

ここで、ローラ電極１０ａ、１０ｂを保持する電極ホルダ３０ａ、３０ｂは独立に上下
動自在に保持されており、且つ押圧力を重力より得ている。したがって、ローラ電極１０
ａ、１０ｂの接触面がテーパ面であることからこれらの上下位置が相対的にずれるが、押
圧力には影響を与えない。

このような動作を異なるワーク９ごとに繰り返せば、ローラ電極１０ａ、１０ｂのワー
ク９に対する接触箇所を、ワーク９ごとにローラ電極１０ａ、１０ｂの軸方向に移動させ
ることができるので、前記接触箇所を分散させることができ、前記テーパ面の転接有効範
囲を偏りなく使用することができる。また、この実施例では１個のワーク９ごとに接触箇
所をずらしたが、予め設定したワーク数ごとにずらしてもよい。

このようにして、図１を見て前後方向に並んだワーク９全数をシーム接合したのち、モ
ータ１２を回転させてワーク９の次の列の上方にシーム接合ヘッド１を移動させ、同様の
接合動作を開始する。したがって本実施形態では、ローラ電極１０ａ、１０ｂの接触箇所
をずらすためだけの駆動機構は設けていない。

次に他の実施形態を図４に基づいて説明する。この実施形態は図１に基づいて説明した
実施形態との相違点に重点を置いて説明するので、共通の部分は共通の符号を用いて説明
し、共通の動作の説明は省略する。

図４は本発明に係るシーム接合装置の他の実施形態の正面図である。図４において、４
１及び４２はシーム接合ヘッド、３は門型アーム、４はテーブル、４３はＸシームステー
ジ、４４はＹシームステージ、７及び８はキャリアボード、９は複数のワークである。

ここで、シーム接合ヘッド４１及び４２は門型アーム３に固定されており、Ｘシームス
テージ４３及びＹシームステージ４４は、図を見て前後の水平方向に移動可能であると共
に左右の水平方向にも移動可能なように水平駆動手段が設けられている。

接合動作に際して、まず複数のワーク９をキャリアボード７に搭載し、このキャリアボ
ード７をＸシームステージ４３に載置する。そしてＸシームステージ４３を図を見て左右
方向に移動させ、ワーク９の最初に接合すべき列の上方にローラ電極１０ａ、１０ｂが位
置するように位置決めする。

次にローラ電極１０ａ、１０ｂを下降させてワーク９に接触させ、Ｘシームステージ４
３を図を見て前後方向に移動させながら通電し、シーム接合を行う。１個のワーク９の両
側縁をシーム接合したら、次のワーク９のシーム接合を開始する前に、前記水平駆動手段
を駆動して、Ｘシームステージ４３を左右の水平方向に微量移動させる。

このようにすることで、図３で示すように、ローラ電極１０ａ、１０ｂの１個目のワー
ク９との接触箇所カ及びキに対して、２個目のワーク９との接触箇所を例えばク及びケで
示す位置に微量ずらすことができる。本実施形態においても、ワーク１個ごと、あるいは
設定したワーク数ごとにローラ電極１０ａ、１０ｂのワーク９との接触箇所を微量ずらす
ことが可能となり、ローラ電極１０ａ、１０ｂの接触面における転接有効範囲を偏りなく
使用することができる。

このようにして、図を見て前後方向の列にある全数のワーク９の両側縁をシーム接合し
たのちは、Ｘシームステージを左右方向に移動させ、次の列をシーム接合する。また、Ｙ
シームステージ４４でのシーム接合作業は、Ｘシームステージ４３と同様の動作で行うが
、Ｘシームステージ４３でのシーム接合工程が終了したワーク９をセットすることで、リ
ッドの４辺のシーム接合が完了する。

本発明の１実施形態を示す正面図 本発明の１実施形態を示す要部斜視図 本発明の１実施形態を示す要部側面図 本発明の他の実施形態を示す正面図 従来の技術を示す断面図 従来の技術示す平面図 従来の技術示す平面図 従来の技術を示す斜視図 従来の技術を示す要部側面図

符号の説明

１、２ シーム接合ヘッド
３ 門型アーム
４ テーブル
５ Ｘシームステージ
６ Ｙシームステージ
７、８ キャリアボード
９ ワーク
１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ ローラ電極
１２、１３、２７ モータ

Claims (4)

1. チップを収納するパッケージの開口部にリッドを載置し、このリッドの対
   向する２辺に一対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前記２辺をパッケージ
   にシーム接合するパラレルシーム接合方法において、
   前記一対のローラ電極の間隔を一定とし、
   異なるリッド間で、前記ローラ電極の間隔の中心をリッドの中心からこのローラ電極の回
   転軸方向に微量ずらすことで、
   前記ローラ電極のリッドに対する接触箇所を分散させることを特徴とするパラレルシーム
   接合方法。
2. チップを収納するパッケージの開口部にリッドを載置し、このリッドの対
   向する２辺に一対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前記２辺をパッケージ
   にシーム接合するパラレルシーム接合装置であって、
   前記一対のローラ電極をそれぞれ独立して保持し、それぞれが独立して上下動自在に摺動
   する一対の電極ホルダと、
   この一対の電極ホルダを前記上下動の下死点で一括して保持し、上下動させる上下駆動手
   段と、
   前記パッケージを載置し、前記一対のローラ電極が前記リッドに転接する方向に移動可能
   なステージと、
   このステージと前記一対のローラ電極との相対位置を、このローラ電極の回転軸方向に移
   動させる水平駆動手段とを備え、
   この水平駆動手段が所定の接合動作ごとに駆動し、前記一対のローラ電極の前記リッドと
   の接触箇所を、転接有効範囲の中で前記ローラ電極の軸方向に分散させることを特徴とす
   るパラレルシーム接合装置。
3. 前記水平駆動手段が、前記一対の電極ホルダを一括して移動させることを
   特徴とする請求項２記載のパラレルシーム接合装置。
4. 前記水平駆動手段が、前記ステージを移動させることを特徴とする請求項
   ２記載のパラレルシーム接合装置。
   
   
   

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