JP2007005458A - パッケージ封止用トレー、パッケージの封止装置および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋体とパッケージベースとを接合させてパッケージの封止を行うパッケージ封止用トレー、パッケージの封止装置および電子デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】電子デバイスの製造方法は、パッケージ封止用トレー１０に設けられた凹陥部１４に蓋体を入れるとともに、電子部品が実装されたパッケージベースを前記蓋体の上にロウ材を介在させて入れ、前記凹陥部１４の上方において上下移動可能に配置された重り６２を前記パッケージベースに載せて、前記重り６２の自重を前記蓋体および前記パッケージベースに加え、加熱装置５８を用いて前記ロウ材を溶融させて、前記蓋体と前記パッケージベースとを接合する構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、パッケージ封止用トレー、パッケージの封止装置および電子デバイスの製造方法に関するものである。

電子デバイスには、気密封止されたパッケージ内部に電子部品を搭載した構成のものがある。この電子デバイスの一例としては、圧電デバイスが挙げられる。この圧電デバイスは、内部に凹陥部が形成されたパッケージベースを有し、この凹陥部内に圧電振動片を実装し、パッケージベースの上面に蓋体を接合して、凹陥部を気密封止したものである。このような圧電デバイスにおけるパッケージの封止方法、すなわちパッケージベース上に蓋体を接合する方法には、シーム溶接により接合する方法や、低融点ガラスを介して接合する方法がある。

シーム溶接を用いてパッケージを封止する方法は、凹陥部が形成されたパッケージベースの上面に金属ロウ材を設け、この上に金属製の蓋体を載せた後、蓋体上の周縁部を移動するローラ電極に通電することにより金属製の蓋体を加熱し、ロウ材を溶融させてパッケージベースと蓋体とを接合するものである。また低融点ガラスを用いてパッケージを封止する方法は、凹陥部が形成されたパッケージベースの上面や、ガラス製の蓋体下面の周縁部に低融点ガラスを設けておき、この低融点ガラスを介してパッケージベース上に蓋体を載せた後、蓋体の上方からパッケージの周縁部に沿ってレーザ光や電子ビームを照射し、低融点ガラスが溶融してパッケージベースと蓋体とが接合するものである。そしてシーム溶接を用いてパッケージを封止する場合や、低融点ガラスを介してパッケージを封止する場合のいずれにおいても、パッケージベースと蓋体とに圧力を加えることなく接合作業を行っている。

そして電子デバイス素子が搭載されたパッケージ（パッケージベース）と蓋体とを封止する方法が開示された文献として、特許文献１が挙げられる。この特許文献１には、パッケージとキャップとをマルチクリップで保持しつつ、加熱して封止することが開示されている。また特許文献１には、このマルチクリップを押えや受けで構成し、この押えと受けをコイルバネにより所定のバネ圧で付勢することが開示されている。
特開２００２−３５３３４８号公報（段落００３７，００４６〜００５０，００６０参照）

パッケージベースの上面に金属製の蓋体を接合するとき、蓋体上部の周縁部をローラ電極が移動するので、蓋体をパッケージベースよりも上側にして配置する必要がある。すなわち蓋体は、上方に向いていなければならない。またパッケージベースの上面にガラス製の蓋体を接合するとき、蓋体の上方からレーザ光や電子ビームを照射するので、蓋体をパッケージベースよりも上側にして配置する必要がある。すなわち蓋体は、上方に向いていなければならない。このため、従来では、蓋体をパッケージベースよりも下側に配置して、パッケージベースと蓋体とを接合することはなかった。

またパッケージベースの上面に接合される蓋体が金属製の場合、パッケージベースと蓋体とが金属ロウ材を用いてシーム溶接されるのが一般的である。またパッケージベースの上面に接合される蓋体がガラス製の場合、パッケージベースと蓋体とが低融点ガラスを用いて接合されるのが一般的である。このため、従来では、金属ロウ材を用いてガラス製の蓋体をパッケージベースの上面に接合することはなかった。

さらに上述したシーム溶接によりパッケージベースと蓋体とを接合する場合や、上述した低融点ガラスを用いてパッケージベースと蓋体とを接合する場合のいずれにおいても、１個ずつパッケージベースと蓋体との接合が行われていた。すなわちシーム溶接によりパッケージを封止する場合、蓋体を載せたパッケージベース毎にローラ電極を当てて封止しており、また低融点ガラスを用いてパッケージを封止する場合、蓋体を載せたパッケージベース毎にレーザ光等を照射して封止している。したがって、パッケージの封止を行う効率が悪くなっていた。

本発明は、蓋体とパッケージベースとを接合させてパッケージの封止を行うパッケージ封止用トレー、パッケージの封止装置および電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るパッケージ封止用トレーは、蓋体とパッケージベースが入れられる凹陥部を上面に備えたベースを有し、前記凹陥部は、前記蓋体の平面の大きさに対応した底面を有するとともに、前記底面の周縁部に第１テーパー部が設けられている、ことを特徴としている。この場合、凹陥部をベースに複数設けることができる。第１テーパー部は、底面の各側辺と各側面との間に設けられている。蓋体を凹陥部に入れた場合、この蓋体が第１テーパー部に接触すれば、第１テーパー部に沿って底面に誘導される。これによりパッケージ封止用トレーに位置決めされた状態で、蓋体を底面に置くことができる。また凹陥部にパッケージベースを入れて位置決めされている蓋体上に置けば、蓋体とパッケージベースとがずれることなく重ねることができる。これにより確実に蓋体とパッケージベースを接合することができる。さらに一度に複数の蓋体とパッケージベースの接合を行うことができる。

また前記凹陥部の側面は、前記底面の周縁部に設けられた前記第１テーパー部に比べて角度の小さい第２テーパー部を備えていることを特徴としている。凹陥部に蓋体を入れるときに第２テーパー部に接触すれば、第２テーパー部に沿って第１テーパー部に蓋体を誘導することができる。またこれと同様に、パッケージベースを凹陥部に入れるときに第２テーパー部に接触すれば、第２テーパー部に沿ってパッケージベースを誘導し、蓋体上に置くことができる。
また対面している前記凹陥部の各側面に切欠き部を設けたことを特徴としている。これにより作業者がピンセット等を切欠き部に入れることができる。

本発明に係るパッケージの封止装置は、下側に蓋体が入れられるとともに、この上側にパッケージベースが入れられ、且つ底面が前記蓋体の大きさに対応するとともに、前記底面の周縁部に第１テーパー部が設けられた凹陥部を備えたパッケージ封止用トレーを有し、前記凹陥部の上方において上下方向に移動可能とし、前記蓋体と前記パッケージベースとを接合させるために前記パッケージベース上に載せられる重りを設け、前記蓋体と前記パッケージベースとの間に設けられたロウ材を溶融する加熱装置を前記パッケージ封止用トレーの下方に設けた、ことを特徴としている。これにより凹陥部の下側に入れられた蓋体と、この上側に入れられたパッケージベースとに重りの自重を加え、蓋体とパッケージベースとの間に介在するロウ材を加熱装置で加熱、溶融させることでパッケージの封止を行うことができる。
また前記蓋体はガラス製であり、前記ロウ材は金属ロウ材であることを特徴としている。これにより金属ロウ材を用いてガラス製の蓋体とパッケージベースを接合することができる。

本発明に係る電子デバイスの製造方法は、パッケージ封止用トレーに設けられた凹陥部に蓋体を入れるとともに、電子部品が実装されたパッケージベースを前記蓋体の上にロウ材を介在させて入れ、前記凹陥部の上方において上下移動可能に配置された重りを前記パッケージベースに載せて、前記重りの自重を前記蓋体および前記パッケージベースに加え、加熱装置を用いて前記ロウ材を溶融させて、前記蓋体と前記パッケージベースとを接合する、ことを特徴としている。この場合、前記ロウ材を金属ロウ材とし、前記蓋体をガラス製とする構成にできる。またパッケージ封止用トレーに複数の凹陥部を設けることもできる。パッケージベースと、このパッケージベースの下側に配置された蓋体とを接合してパッケージを形成することができる。これによりパッケージ内に電子部品が実装された電子デバイスを製造することができる。

また前記蓋体は、前記凹陥部における底面の周縁部に設けられた第１テーパー部に誘導されて前記凹陥部に入れられ、前記蓋体の平面サイズに対応した大きさの前記底面に置かれることを特徴としている。凹陥部の底面に蓋体を容易に置くことができ、且つパッケージ封止用トレーに対して蓋体を容易に位置決めすることができる。したがって蓋体と、この蓋体上に載せられるパッケージベースとの間に位置ずれが生じることがなく、確実に両者を重ねることができる。また蓋体がパッケージ封止用トレーに対して位置決めされるので、確実に蓋体とパッケージベースとの上に重りを配置することができる。

また前記蓋体は、前記凹陥部の側面に設けられた第２テーパー部および底面の周縁部に設けられた第１テーパー部に誘導されて前記凹陥部に入れられ、前記蓋体の平面サイズに対応した大きさの前記底面に置かれ、前記パッケージベースは、前記第２テーパー部に誘導されて前記凹陥部に入れられて、前記蓋体上に置かれる、ことを特徴としている。この場合、前記パッケージベースは、外部端子を上側に向けて前記蓋体上に置かれる。第２テーパー部により、蓋体を容易に第１テーパー部に誘導することができるとともに、パッケージベースを容易に蓋体上に載せることができる。
また前記電子部品は、圧電振動片であることを特徴としている。これにより圧電デバイスを製造することができる。

以下に、本発明に係るパッケージ封止用トレー、パッケージの封止装置および電子デバイスの製造方法についての最良の実施形態について説明する。なお本実施形態では、圧電デバイスに用いられるパッケージを封止する場合を例にして説明する。

まずパッケージ封止用トレーについて説明する。図１はパッケージ封止用トレーの部分拡大図である。ここで図１（Ａ）はパッケージ封止用トレーの平面図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２は圧電デバイスの概略断面図である。図１に示されるパッケージ封止用トレー１０はベース１２を有し、このベース１２に複数の凹陥部１４が設けられている。この凹陥部１４は、ベース１２の上面側に向いて開口している。そして凹陥部１４は、圧電デバイス３０の構成部品となる蓋体３２とパッケージベース３４が入れられるものである。

図２に示される圧電デバイス３０は、圧電振動片３６を実装したパッケージベース３４の上面にロウ材３８を介して蓋体３２を接合した構成である。具体的には、パッケージベース３４は、底面にマウント電極４０が設けられ、裏面に外部端子４２が設けられている。そしてマウント電極４０と外部端子４２が電気的に接続された構成である。圧電振動片３６は、導電性接合材４４を用いてマウント電極４０上に実装されている。この圧電振動片３６は、例えばＡＴカット等の圧電振動片や音叉型圧電振動片、弾性表面波素子片等であればよい。このようなパッケージベース３４の上面に、圧電振動片３６を気密封止する蓋体３２がロウ材３８を介して接合されている。このロウ材３８は、例えば金−錫ロウ材等の金属ロウ材であればよい。また蓋体３２は、ガラス製であればよい。なお、金属製の蓋体を使用することも可能である。このような圧電デバイス３０は、圧電振動片３６を発振させる回路等（電子部品）をパッケージベース３４に実装しておくことも可能である。

図１に示されるパッケージ封止用トレー１０に設けられた凹陥部１４は、その底面２２の大きさが蓋体３２平面の大きさに対応している。そして第１テーパー部１６は、凹陥部１４の底面２２と凹陥部１４の側面を接続する底面２２の周縁部に設けられている。この第１テーパー部１６は、凹陥部１４に挿入された蓋体３２を底面２２に誘導するためのものであり、蓋体３２が底面２２に置かれるとパッケージ封止用トレー１０に対して位置決めされる。また第２テーパー部１８は凹陥部１４の側面に設けられている。この第２テーパー部１８は、第１テーパー部１６に比べて側面の角度が小さく形成されている。すなわち図１（Ｂ）に示すように、第１テーパー部１６の側面と垂直方向との角度αと、第２テーパー部１８の側面と垂直方向との角度βとは、α＞βの関係を満たすようになっている。このような凹陥部１４は、対面している側面に切欠き部２０が設けられている。この切欠き部２０は、作業者がピンセット等を挿入する空間となっている。このようなパッケージ封止用トレー１０は、熱伝導がよいとともに、十分な強度がある材質、例えば金属等により形成されていればよい。

次に、パッケージの封止装置について説明する。図３はパッケージの封止装置の概略断面図である。パッケージの封止装置５０はチャンバー５２を備えており、チャンバー５２内部を真空にすることができ、また窒素等の不活性ガスで満たすことができる。このチャンバー５２の底面に支持部５３が設けられ、この支持部５３上にテーブル５４が設けられている。したがってテーブル５４は、支持部５３によりチャンバー５２の底面からある距離をおいて設けられている。このテーブル５４の上面にパッケージ封止用トレー１０が置かれている。

またチャンバー５２は、パッケージ封止用トレー１０の下側が開口している。そして、この開口に封止体５６が被せられ、チャンバー５２の内部を気密することが可能になっている。この封止体５６は、熱伝導可能な材料によって形成され、例えば耐熱性ガラスであればよい。このようなチャンバー５２の外部におけるパッケージ封止用トレー１０の下方に加熱装置５８が設けられている。すなわち、封止体５６の下側に加熱装置５８が設けられている。加熱装置５８は、パッケージ封止用トレー１０に載せられている蓋体３２とパッケージベース３４を接合させるロウ材３８を溶融させるものであり、例えばハロゲンランプであればよい。

またパッケージの封止装置５０は、パッケージ封止用トレー１０の上側に配設される重り付き治具６０を備えている。重り付き治具６０は、凹陥部１４の上方において上下移動可能に配置された重り６２を有し、この重り６２を凹陥部１４に入れられたパッケージベース３４に載せて、重り６２の自重を蓋体３２およびパッケージベース３４等に加えるものである。

具体的には、重り付き治具６０は、パッケージ封止用トレー１０の上方において、平面方向に沿うとともに上下に間隔をあけて配設された２枚の平板６４を備えている。これらの平板６４において、凹陥部１４と対応する位置に複数の誘導孔６６が設けられている。そして上下方向に移動する重り６２が平板６４の間に設けられている。重り６２は、その上端や下端が平板６４から突出するようになっている。

また重り６２は、所定の重量に設定されている。例えば、金属ロウ材を用いてガラス製の蓋体３２とパッケージベース３４を接合させる場合は、これらを接合させることのできる重さに設定されており、予め実験を行うこと等により、所定の重量を得ることができる。

さらに重り６２は、円柱形状となっている。これにより隣り合う重り６２同士が干渉することはない。また重り６２の加工も容易になる。このような重り６２の上端部６２ａおよび下端部６２ｃは中央部６２ｂに比べて細く形成されている。この重り６２の上端部６２ａと下端部６２ｃが誘導孔６６に挿入さている。そして上端部６２ａと下端部６２ｃの直径を変えるとともに、平板６４に設けられている誘導孔６６を上端部６２ａや下端部６２ｃに対応した径にすれば、重り６２の上下の向きが正確にわかり、上下方向を間違えることがない。図３に示す場合では、下端部６２ｃが上端部６２ａに比べて細く形成されている。

この重り６２の上下移動は、重り６２の上端部６２ａと中央部６２ｂの間に形成される段差と、重り６２の下端部６２ｃと中央部６２ｂの間に形成される段差によって規制されている。すなわち、これらの段差が平板６４に接触することによって、重り６２の上下移動が制限される。したがって重り６２が、重り付き治具６０から抜けることはない。そして重り付き治具６０が、蓋体３２とパッケージベース３４を凹陥部１４に入れたパッケージ封止用トレー１０上に配設された場合、重り６２が最も下側に移動したときの重り６２の最下端はパッケージベース３４の裏面（外部端子４２が設けられている面）よりも下側に位置している。また重り６２が最も上側に移動したときの重り６２の最下端は、パッケージベース３４の裏面よりも上側に位置している。すなわち重り６２が最も上方に移動したときと、最も下側に移動したときの間にパッケージベース３４の裏面が位置することになり、凹陥部１４に入れられたパッケージベース３４上に重り６２を載せることが可能になる。

次に、圧電デバイス３０の製造方法（パッケージの封止方法）について説明する。まずパッケージ封止用トレー１０に設けられた各凹陥部１４に蓋体３２を入れる。凹陥部１４に入れられた蓋体３２は、第２テーパー部１８および第１テーパー部１６に接触すると、これらのテーパーに沿って凹陥部１４の底面２２に誘導される。そして蓋体３２は、凹陥部１４の底面２２に置かれる。この凹陥部１４の底面２２は蓋体３２の平面サイズに対応した大きさなので、蓋体３２が底面２２に置かれるとパッケージ封止用トレー１０に対して位置決めされる。

次に、パッケージベース３４を凹陥部１４に入れる。このときパッケージベース３４の上面にロウ材３８が設けられている。またパッケージベース３４に圧電振動片３６が実装されている。そしてパッケージベース３４は、ロウ材３８が設けられている上面を下側に向けるとともに、外部端子４２を上側に向けて凹陥部１４に入れられる。凹陥部１４に入れられたパッケージベース３４は、第２テーパー部１８に接触すると、この第２テーパー部１８に沿って誘導され、蓋体３２上に置かれる。このようにしてロウ材３８を介して蓋体３２とパッケージベース３４が凹陥部１４に入れられる。蓋体３２およびパッケージベース３４を凹陥部１４に入れる作業は、例えば供給トレーに置かれている蓋体３２やパッケージベース３４を真空吸着し、真空吸着した状態のまま移動して凹陥部１４内に入れればよい。このような真空吸着を用いれば、蓋体３２やパッケージベース３４が破損等することはない。

次に、各凹陥部１４に蓋体３２やパッケージベース３４が入れられたパッケージ封止用トレー１０は、パッケージ封止装置５０のテーブル５４上の所定位置に置かれる。このパッケージ封止用トレー１０上に重り付き治具６０が置かれる。パッケージ封止用トレー１０および重り付き治具６０のそれぞれに、例えば凹凸嵌合部を設けておけば、重り付き治具６０とパッケージ封止用トレー１０の位置決めが容易に行え、重り付き治具６０をパッケージ封止用トレー１０の所定位置に置くことができる。これにより各凹陥部１４の上方に重り６２が位置することになる。そして各重り６２を下方に移動させてパッケージベース３４の上に載せ、蓋体３２およびパッケージベース３４等に重り６２の自重を加える。

次に、加熱装置５８を用いて蓋体３２とパッケージベース３４との間に介在するロウ材３８を加熱し、溶融する。これによりパッケージと蓋体３２とを接合し、圧電振動片３６を気密封止する。なお接合する場合、チャンバー５２内を真空にしておけば、圧電振動片３６を真空封止することができる。この後、パッケージ封止用トレー１０を封止装置５０から取り出し、蓋体３２とパッケージベース３４が接合した圧電デバイス３０をパッケージ封止用トレー１０から取り出す。このようにして圧電デバイス３０が製造される。

このように、ベース１２の上面に凹陥部１４を備えたパッケージ封止用トレー１０を用いれば、蓋体３２とパッケージベース３４を凹陥部１４に容易に入れることができる。すなわち第１テーパー部１６や第２テーパー部１８を凹陥部１４に設けることによって凹陥部１４の開口部が底面２２に比べて大きく開口しているので、蓋体３２やパッケージベース３４を凹陥部１４に容易に入れることができる。また凹陥部１４の底面２２が蓋体３２の平面サイズに等しいまたはほぼ等しい大きさなので、蓋体３２を底面２２に置くことでパッケージ封止用トレー１０に対して容易に位置決めすることができる。これにより凹陥部１４に入れられた蓋体３２の上にパッケージベース３４を確実に置くことができ、蓋体３２とパッケージベース３４がずれて接合されることが無くなる。

また凹陥部１４の上方に設けられた重り６２を用いて、蓋体３２とパッケージベース３４の接合時に重り６２の自重を加えているので、パッケージベース３４と蓋体３２とをロウ材３８を用いて接合できる。特に、金属ロウ材を用いるとともに、ガラス製の蓋体３２を用いた場合であっても、蓋体３２とパッケージベース３４との接合を行える。よって、蓋体３２とパッケージベース３４が接合されてなるパッケージにリーク等が生じることがない。

またパッケージの封止装置５０は、パッケージ封止用トレー１０に複数の凹陥部１４が設けられており、また各凹陥部１４に対応して重り６２が設けられ、さらに全ての凹陥部１４に対して加熱を行える加熱装置５８を備えているので、一度に複数のパッケージ封止作業を行える。したがって効率良く、一度に複数の圧電デバイス３０を製造できる。

上述した実施形態では、凹陥部１４に第１テーパー部１６および第２テーパー部１８を設けた形態を説明したが、凹陥部１４に第１テーパー部１６のみを設けた形態であってもよい。これにより蓋体３２を確実に凹陥部１４の底面２２に誘導できる。

また上述した実施形態では、電子デバイスとして圧電デバイス３０を用い、電子部品として圧電振動片３６を用いた形態について説明したが、この形態に限定されることはない。すなわちパッケージ封止用トレー１０やパッケージの封止装置５０は、半導体チップ等の電子部品を実装したパッケージベースにロウ材を用いて蓋体を接合する場合にも利用することができる。

パッケージ封止用トレーの部分拡大図である。 圧電デバイスの概略断面図である。 パッケージの封止装置の概略断面図である。

符号の説明

１０………パッケージ封止用トレー、１４………凹陥部、１６………第１テーパー部、１８………第２テーパー部、３０………圧電デバイス、３２………蓋体、３４………パッケージベース、３８………ロウ材、５０………封止装置、５８………加熱装置、６０………重り付き治具、６２………重り。

Claims (9)

1. 蓋体とパッケージベースが入れられる凹陥部を上面に備えたベースを有し、
   前記凹陥部は、前記蓋体の平面の大きさに対応した底面を有するとともに、前記底面の周縁部に第１テーパー部が設けられている、
   ことを特徴とするパッケージ封止用トレー。
2. 前記凹陥部の側面は、前記底面の周縁部に設けられた前記第１テーパー部に比べて角度の小さい第２テーパー部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のパッケージ封止用トレー。
3. 対面している前記凹陥部の各側面に切欠き部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のパッケージ封止用トレー。
4. 下側に蓋体が入れられるとともに、この上側にパッケージベースが入れられ、且つ底面が前記蓋体の大きさに対応するとともに、前記底面の周縁部に第１テーパー部が設けられた凹陥部を備えたパッケージ封止用トレーを有し、
   前記凹陥部の上方において上下方向に移動可能とし、前記蓋体と前記パッケージベースとを接合させるために前記パッケージベース上に載せられる重りを設け、
   前記蓋体と前記パッケージベースとの間に設けられたロウ材を溶融する加熱装置を前記パッケージ封止用トレーの下方に設けた、
   ことを特徴とするパッケージの封止装置。
5. 前記蓋体はガラス製であり、前記ロウ材は金属ロウ材であることを特徴とする請求項４に記載のパッケージの封止装置。
6. パッケージ封止用トレーに設けられた凹陥部に蓋体を入れるとともに、電子部品が実装されたパッケージベースを前記蓋体の上にロウ材を介在させて入れ、
   前記凹陥部の上方において上下移動可能に配置された重りを前記パッケージベースに載せて、前記重りの自重を前記蓋体および前記パッケージベースに加え、
   加熱装置を用いて前記ロウ材を溶融させて、前記蓋体と前記パッケージベースとを接合する、
   ことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
7. 前記蓋体は、前記凹陥部における底面の周縁部に設けられた第１テーパー部に誘導されて前記凹陥部に入れられ、前記蓋体の平面サイズに対応した大きさの前記底面に置かれることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
8. 前記蓋体は、前記凹陥部の側面に設けられた第２テーパー部および底面の周縁部に設けられた第１テーパー部に誘導されて前記凹陥部に入れられ、前記蓋体の平面サイズに対応した大きさの前記底面に置かれ、
   前記パッケージベースは、前記第２テーパー部に誘導されて前記凹陥部に入れられて、前記蓋体上に置かれる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の電子デバイスの製造方法。
9. 前記電子部品は、圧電振動片であることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の電子デバイスの製造方法。

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