JP2007012752A

JP2007012752A - 電子部品パッケージ封止方法及び装置

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Publication number: JP2007012752A
Application number: JP2005189544A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Akagi; 正幸赤城; Makoto Ogawa; 誠小川
Original assignee: Miyachi Technos Corp
Current assignee: Miyachi Technos Corp
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: JP4846282B2

Abstract

【課題】加工時間が短いうえ、加工中にパッケージ内の素子に及ぼす熱的影響が少なく、再現性の高い均一な封止加工を行える電子部品パッケージ封止方法および電子部品パッケージ封止装置を提供する。
【解決手段】電子部品パッケージに対して、ガルバノメータ・スキャナにより超ロングパルスのＹＡＧパルスレーザ光ＬＡが１パルスの期間中にカバー１６の周端部を一周するようにスキャニングされる。１パルス期間中にＹＡＧパルスレーザ光ＬＡのビームスポットは一瞬たりとも静止、停止または中断することなく等速度で、しかも一定のレーザ出力でスキャニング移動するため、ビームスポットのオーバーラップはなく、一気に一筆書きのシーム溶接ＷＳがカバー１６の周端部に形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、パッケージ本体に上蓋またはカバーを被せて封止する電子部品パッケージの封止技術に係り、特にレーザ溶接を利用する電子部品パッケージ封止方法および装置に関する。

パッケージ本体に上蓋またはカバーを被せて気密封止するタイプの電子部品パッケージは、たとえば表面実装型の水晶振動子に用いられている。図１３に示すように、金属製のパッケージ本体１０は、上面の開口した長方形の浅底容器として形成され、内部に水晶片１２および電極１４を収容している。このパッケージ本体１０に上から金属製のカバー１６を被せて気密に接合することで、この電子部品パッケージ１８を封止することができる。パッケージ本体１０およびカバー１６の材質は、たとえばニッケルメッキを施されたスチールである。従来より、この種の封止方法として、金錫封止、シーム溶接等が用いられている。

このうち、従来のレーザシーム溶接法を用いる場合は、図１４および図１５に示すように、パルスレーザ光ＬＢをオーバーラップさせる方法が採られる。すなわち、繰り返しパルス発振により得られるパルスレーザ光ＬＢをカバー１６の周端部に照射しつつ、ＸＹテーブル等の走査機構によりワーク１８（１０，１６）に対するパルスレーザ光ＬＢの照射位置またはビームスポットを一定のピッチで相対的にステップ移動させて、カバー１６の周端部を一周するようにスポット溶接点・・，Ｗ_i，Ｗ_i+1，Ｗ_i+2，・・を次々と重ね合わせて連続した溶接部ＷＢを形成する。図１６に、このレーザシーム溶接におけるパルスレーザ光ＬＢの波形を示す。Ｔ_aは１パルスのパルス幅、Ｔ_bは１パルスの周期、Ｔ_cはシーム溶接時間（封止加工時間）である。

一例として、カバー１６のサイズが２ｍｍ×４ｍｍの場合に、スポット径またはビード幅を０．２ｍｍ、オーバーラップ率を５０％、パルス周波数（１／Ｔ_b）を１００ｐｐｓに設定すると、１パッケージ当たりのレーザショット数［Ｎ］は１２０個、シーム溶接時間（封止加工時間）Ｔ_cは１．２秒である。

しかしながら、上記のような従来のレーザシーム溶接法は、パルスレーザ光ＬＢのビームスポット・・，Ｗ_i，Ｗ_i+1，Ｗ_i+2，・・を所定のオーバーラップ率で次々と重ね合わせてカバー１６の周端部を一周させる溶接加工であるため、どうしても加工時間が長くなり、生産性が低いだけでなく、加工中に電子部品パッケージ１８内に熱が篭もって、素子（水晶片）１２が熱でダメージを受けるおそれもあった。特に、カバー１６の角隅部ではレーザスキャニングの進路が直角に折れ曲がるため、そこでレーザスポットまたはショット数が密に集中して蓄熱が一層増大する傾向があり、カバー１６の周回方向で封止加工を均一化するのも難しかった。

なお、ＣＷレーザによるシーム溶接は、ＣＷレーザ光のレーザ出力（パワー密度）がパルスレーザ光のレーザ出力と較べて格段に（桁違いに）低く、上記のようなオーバーラップ式のスポット溶接法よりもさらに溶接速度が遅くて熱が篭りやすく、電子部品パッケージの封止加工には不適である。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、加工時間が短いうえ、加工中にパッケージ内の素子に及ぼす熱的影響が少なく、再現性の高い均一な封止加工を行える電子部品パッケージ封止方法および電子部品パッケージ封止装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の電子部品パッケージ封止方法は、上面の開口したパッケージ本体に被せられたカバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する方法であって、前記カバーの周端部に１パルスのパルスレーザ光を１パルス期間中に前記カバーの周端部を一周するように照射して、前記カバーの周端部を一周に亘って前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する。

また、本発明の第１の電子部品パッケージ封止装置は、上面の開口したパッケージ本体に被せられたカバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する電子部品パッケージ封止装置であって、レーザ媒質と、このレーザ媒質を光学的に励起する励起光源とを有し、前記励起光源に供給される電力に応じたレーザ出力を有するパルスレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記レーザ発振部からの前記パルスレーザ光を前記パッケージ本体上の前記カバーの周端部へ向けて反射するためのスキャン・ミラーを有し、前記カバーの周端部に対する前記パルスレーザ光の照射位置を光学的に走査するレーザ走査部と、前記レーザ発振部より発生された前記パルスレーザ光のレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、前記レーザ出力測定部より得られるレーザ出力測定値が所望のレーザ出力設定値または波形に一致するように前記レーザ発振部の励起光源に電力を供給するレーザ電源部と、前記レーザ発振部より発生された１パルスのパルスレーザ光が前記カバーの周端部に照射され、かつ１パルス期間中に前記カバーの周端部を一周するように前記レーザ電源部と前記レーザ走査部とを制御する制御部とを有する。

上記の構成においては、パッケージ本体に被せられたカバーの周端部に１パルスのパルスレーザ光が照射され、しかも１パルス期間中に該パルスレーザ光がカバー周端部を一周する。パルスレーザ光の照射する各位置では、カバーと本体の継手部分がレーザエネルギーによって瞬間的に溶接される。１パルス期間中にパルスレーザ光のビームスポットは一瞬たりとも静止、停止または中断することなくスキャニング移動し、ビームスポットの通った跡には一筆書きのようにシーム溶接が形成される。パルスレーザ光のビームスポットを高速でスキャニングするにはガルバノメータ・スキャナを用いるのが好適である。また、高出力のパルスレーザ光を得るにはＹＡＧパルスレーザを用いるのが好適である。

本発明の好適な一態様によれば、パルスレーザ光がカバーの周端部をほぼ一定の速度で一周し、この間はほぼ一定のレーザ出力を維持する。このような等速度のレーザスキャニングにより、さらには一定パワーのレーザスキャニングにより、レーザシーム溶接または封止加工の均一性を一層向上させることができる。

上記第１の電子部品パッケージ封止装置において、好適な一態様によれば、レーザ電源部が、レーザ発振部の励起光源に供給する電力を蓄積するバンク・コンデンサと、このバンク・コンデンサを予め設定された充電電圧に充電する充電回路と、レーザ出力測定部からのレーザ出力測定値をレーザ出力設定値または波形と比較し、比較誤差を零にするようにスイッチング素子をスイッチング制御する電源制御部とを含むレーザ電源回路をレーザ発振部に対して複数並列に接続し、１パルス期間中にそれら複数のレーザ電源回路を所定のタイミングで順番に切り換えてレーザ発振部に１パルス期間の持続時間を有するパルス電流を供給する。かかる構成のバンク切換方式によれば、パワーフィードバック波形制御でパルス幅の非常に長い（超ロングパルスの）パルスレーザ光を生成することができる。

本発明の第２の電子部品パッケージ封止方法は、上面の開口したパッケージ本体に被せられた四角形カバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する方法であって、前記カバーの第１の辺に１パルスの第１のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第１の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第１の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第１の工程と、前記カバーの第２の辺に１パルスの第２のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第２の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第２の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第２の工程と、前記カバーの第３の辺に１パルスの第３のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第３の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第３の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第３の工程と、前記カバーの第４の辺に１パルスの第４のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第４の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第４の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第４の工程とを有する。

また、本発明の第２の電子部品パッケージ封止装置は、上面の開口したパッケージ本体に被せられた四角形カバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する電子部品パッケージ封止装置であって、レーザ媒質と、このレーザ媒質を光学的に励起する励起光源とを有し、前記励起光源に供給される電力に応じたレーザ出力を有するパルスレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、前記レーザ発振部からの前記パルスレーザ光を前記パッケージ本体上の前記カバーの周端部へ向けて反射するためのスキャン・ミラーを有し、前記カバーの周端部に対して前記パルスレーザ光のビームスポットを所定の経路で移動させるレーザ走査部と、前記レーザ発振部より発生された前記パルスレーザ光のレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、前記レーザ出力測定部より得られるレーザ出力測定値が所望のレーザ出力設定値または波形に一致するように前記レーザ発振部の励起光源に電力を供給するレーザ電源部と、前記レーザ発振部より所望のインターバルを挟んで連続的に発生される４パルスのパルスレーザ光が前記カバーの四辺周端部にそれぞれ照射され、各パルスレーザ光がその１パルス期間中に前記カバーの各辺を縦断するように前記レーザ電源部と前記レーザ走査部とを制御する制御部とを有する。

上記の構成においては、パッケージ本体に被せられた四角形カバーの各辺毎に１パルスのパルスレーザ光が照射され、しかも１パルス期間中に該パルスレーザ光がカバー各辺を縦断する。各パルスレーザ光の照射する各位置では、カバーと本体の継手部分がレーザエネルギーによって瞬間的に溶接される。１パルス期間中にパルスレーザ光のビームスポットは一瞬たりとも静止、停止または中断することなく、しかも進路方向を変えることなくスキャニング移動し、ビームスポットの通った跡には一直線にシーム溶接が形成される。この方式によれば、カバーの角（コーナー）部つまりカバー各辺の始端および終端でレーザビームスポットの移動方向を変化または屈曲させずに済むので、カバー各辺の両端部と中間部とで均一な溶接接合を得ることができる。この方式においても、好ましくは、パルスレーザ光がカバーの各辺をほぼ一定の速度で縦断し、この間はほぼ一定のレーザ出力を維持してよい。

また、好ましくは、カバーの四辺において、第１の辺の終端に第２の辺の始端が繋がり、この第２の辺の終端に第３の辺の始端が繋がり、この第３の辺の終端に第４の辺の始端が繋がり、この第４の辺の終端が第１の辺の始端に繋がるという順序関係が設定されてよい。また、第１の工程と第２の工程との間、第２の工程と第３の工程との間、第３の工程と第４の工程との間にそれぞれパルスレーザ光無しのインターバルが設けられてよい。

この方式においても、好ましくは、カバーに対してパルスレーザ光のビームスポットをガルバノメータ・スキャナにより二次元方向で移動させてよく、各インターバル中はこのガルバノメータ・スキャナによりカバーの外側の領域でパルスレーザ光無しの仮想ビームスポットを移動させてよい。好適な一態様における仮想ビームスポットの移動軌跡は、直前の工程でシーム溶接が行われたカバーの一辺の終端からその延長上に所定の距離だけ離れた第１の折り返し点までの第１の直線経路と、この第１の折り返し点から次の工程でシーム溶接が行われるべきカバーの一辺の始端からその延長上に所定の距離だけ離れた第２の折り返し点までの第２の直線経路と、この第２の折り返し点から次の工程でシーム溶接が行われるべきカバーの一辺の始端までの第３の直線経路とを含む。

本発明の電子部品パッケージ封止方法において、好適な一態様によれば、パッケージ本体に対してカバーの周端部のシーム溶接加工を行う前に、カバー周端部の選択された１箇所または複数箇所にパルスレーザ光をそれぞれ局所的に照射して仮止め用のスポット溶接を行う。この場合、仮止め用のスポット溶接と封止用のシーム溶接とに同一のパルスレーザ装置を用いることができる。

本発明の電子部品パッケージ封止方法または装置によれば、上記のような構成および作用により、封止加工時間の大幅な短縮化を実現し、加工中にパッケージ内の素子に熱的影響を及ぼすこともなく、生産性および再現性の高い均一な封止加工を行うことができる。

以下、図１〜図１２を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態における電子部品パッケージ封止装置の全体構成を示す。この電子部品パッケージ封止装置は、主要な構成要素として、ＹＡＧパルスレーザ装置２０、レーザ光学系２２および主制御部２４を有する。ここで、ＹＡＧパルスレーザ装置２０は、主制御部２４の制御の下で超ロングパルス（一般に５０ミリ秒以上）のＹＡＧパルスレーザ光ＬＡを発振出力するように構成されている。レーザ光学系２２は、スキャニング方式の光学系であり、ＹＡＧパルスレーザ装置２０より入射ユニット２６に受け取ったパルスレーザ光ＬＡを光ファイバ２８を介してガルバノメータ・スキャナ３０に伝送し、後述するように主制御部２４およびスキャナ制御部３２の制御の下でガルバノメータ・スキャナ３０よりパルスレーザ光ＬＡを電子部品パッケージ１０のカバー１６の周端部にスキャン照射するようになっている。主制御部２４は、マイクロコンピュータで構成されてよい。

図２に、ＹＡＧパルスレーザ装置２０の内部の構成を示す。このＹＡＧパルスレーザ装置２０は、ＹＡＧレーザ発振器３４と、このＹＡＧレーザ発振器３４に対して並列接続された複数たとえば３つのレーザ電源回路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃと、ＹＡＧレーザ発振器３４より発振出力されるＹＡＧパルスレーザ光ＬＡのレーザ出力を測定するレーザ出力測定部３８とを有しており、パワーフィードバック制御方式でＹＡＧパルスレーザ光ＬＡのレーザ出力を任意に波形制御できるように構成されている。

ＹＡＧレーザ発振器３４は、チャンバ４０内に配置された励起ランプまたは半導体レーザからなる励起用光源４２およびレーザ媒質としてのＹＡＧロッド４４と、チャンバ４０の外でＹＡＧロッド４４の光軸上に配置された一対の光共振器ミラー４６，４８とを有している。チャンバ４０内で励起用光源４２およびＹＡＧロッド４４は、チャンバ外部の冷却部（図示せず）より循環供給される冷却媒体たとえば冷却水によって温調される。励起用光源４２がパルス点灯して励起光を発すると、その励起光のエネルギーでＹＡＧロッド４４が励起され、ＹＡＧロッド４４の両端面より光軸上に出た光が光共振器ミラー４６，４８の間で反射を繰り返して増幅されたのちパルスレーザ光ＬＡとして出力ミラー４８を抜け出る。出力ミラー４８より抜け出たパルスレーザ光ＬＡはレーザ光学系２２のガルバノメータ・スキャナ３０（図１）に送られる。

レーザ出力測定部３８は、レーザ発振器４０の光共振器ミラー４６，４８において全反射ミラー４６の背後に漏れたレーザ光ＬＡ'を受光するフォトセンサと、このフォトセンサより出力される電気信号に基づいてパルスレーザ光ＬＡのレーザ出力を測定する測定回路とを有しており、該測定回路より得られるレーザ出力測定値信号ＭＬをフィードバック信号として後述する各レーザ電源回路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃの電源制御部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃに与える。

レーザ電源回路３６Ａは、レーザ発振器４０の励起光源４２に供給すべきレーザ発振用の電力を蓄積するバンク・コンデンサ５０Ａと、このバンク・コンデンサ５０Ａと励起光源４２との間に接続されたスイッチング素子５２Ａと、バンク・コンデンサ５２Ａを充電するための充電回路５４Ａと、電源回路内の各部、特にスイッチング素子５２Ａや充電回路５４Ａを制御するための電源制御部５６Ａとを有する。

スイッチング素子５２Ａは、たとえばパワートランジスタまたはＩＧＢＴ（絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）からなり、電源制御部５６Ａより駆動回路６６Ａを介して与えられる高周波数（たとえば２０ｋＨｚ）のスイッチング制御信号ＳＣに応じてオン・オフするようになっている。スイッチング素子５２Ａと励起光源４２との間には、インダクタンスコイル６０Ａとフライホイール・ダイオード６２Ａと逆流防止ダイオード６４Ａとを含む励起電流供給回路が設けられている。スイッチング素子５２Ａがオンすると、バンク・コンデンサ５０Ａ、スイッチング素子５２Ａ、インダクタンスコイル６０Ａ、逆流防止ダイオード６４Ａおよび励起光源４２を含む閉回路で励起電流Ｉ_RAが流れる。つまり、コンデンサ５０Ａに蓄積されていたエネルギーが放電電流として励起光源４２に供給される。スイッチング素子５２Ａがオフすると、フライホイール・ダイオード６２Ａ、インダクタンスコイル６０Ａ、逆流防止ダイオード６４Ａおよび励起光源４２を含む閉回路で励起電流Ｉ_RAが流れる。つまり、インダクタンスコイル６０Ａに蓄積されていたエネルギーが還流電流として励起光源４２に供給される。

充電回路５４Ａは、商用交流たとえば三相交流電源電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を直流に変換してバンク・コンデンサ５０Ａを所定の直流電圧に充電するものであり、図示省略するが、整流回路やスイッチング素子等を含んでいる。

電源制御部５２Ａは、レーザ出力測定部３８より得られるレーザ出力測定値ＭＬがレーザ出力設定値または波形に対応する基準値信号ＫＳＡに一致または追従するように、スイッチング素子５２Ａのスイッチング（オン・オフ）動作を制御する機能を有している。すなわち、フィードバック方式のレーザパワー波形制御を行うために、電源制御部５２Ａは、レーザ出力測定部３８からのレーザ出力測定値ＭＬを主制御部２４からの基準信号ＫＳＡと比較し、比較誤差に応じたＰＷＭ方式のスイッチング制御信号ＳＣを生成する。

他のレーザ電源回路３６Ｂ，３６Ｃも、上記レーザ電源回路３６Ａと同一の回路構成を有しており、それぞれ主制御部２４からの基準信号ＫＳＢ，ＫＳＣにレーザ出力測定部３８からのレーザ出力測定値ＭＬが一致または追従するように動作して、励起光源４２に励起電流Ｉ_RB，Ｉ_RCを供給する。

主制御部２４は、３つのレーザ電源回路３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃを順次または交互に切り換えて動作させる。より詳細には、図３に示すように、１パルスの期間Ｔ_Sを３つの区間に分割し、第１の区間（ｔ₀〜ｔ₁）はレーザ電源回路３６Ａ（バンクＡ）に基準値信号ＫＳＡを与えてバンクＡからの励起電流Ｉ_RAを励起光源４２に与え、第２の区間（ｔ₁〜ｔ₂）はレーザ電源回路３６Ｂ（バンクＢ）に基準値信号ＫＳＢを与えてバンクＢからの励起電流Ｉ_RBを励起光源４２に与え、第３または最後の区間（ｔ₂〜ｔ₃）はレーザ電源回路３６Ｃ（バンクＣ）に基準値信号ＫＳＣを与えてバンクＣからの励起電流Ｉ_RCを励起光源４２に与える。この実施形態のＹＡＧパルスレーザ装置２０は、上記のようなバンク切換方式により、パワーフィードバック波形制御による超ロングパルスのＹＡＧパルスレーザ光ＬＡを生成することができる。

図４に、ガルバノメータ・スキャナ３０の構成例を示す。このガルバノメータ・スキャナ３０は、互いに直交する回転軸６８Ｘ，６８Ｙに取り付けられたＸ軸スキャン・ミラー７０ＸおよびＹ軸スキャン・ミラー７０Ｙと、両ミラー７０Ｘ，７０Ｙをそれぞれ回転振動（首振り）させるＸ軸ガルバノメータ７２ＸおよびＹ軸ガルバノメータ７２Ｙとを有している。

光ファイバ２８の終端面より放射状に出たパルスレーザ光ＬＡは、コリメータレンズ７４によって平行光線となり、先ずＸ軸スキャン・ミラー７０Ｘに入射して、そこで全反射してからＹ軸スキャン・ミラー７０Ｙに入射し、このミラー７０Ｙで全反射してのちｆθレンズ７６を通って被加工物（電子部品パッケージ１８）の加工ポイント（カバー周端部）に集光する。被加工物１８上のパルスレーザ光ＬＡの照射位置は、Ｘ方向においてはＸ軸スキャン・ミラー７０Ｘの振れ角によって決まり、Ｙ方向においてはＹ軸スキャン・ミラー７０Ｙの振れ角によって決まる。Ｘ軸スキャン・ミラー７０ＸはＸ軸ガルバノメータ７２Ｘの駆動で矢印Ａ，Ａ’方向に回転振動（首振り）し、Ｙ軸スキャン・ミラー７０ＹはＹ軸ガルバノメータ７２Ｙの駆動で矢印Ｂ，Ｂ’方向に回転振動（首振り）するようになっている。ｆθレンズ７６は、たとえばテレセントリック光学系の組レンズで構成されている。

Ｘ軸ガルバノメータ７２Ｘは、たとえば、Ｘ軸スキャン・ミラー７０Ｘに結合された可動鉄片（回転子）と、この可動鉄片に接続された制御バネと、固定子に取り付けられた駆動コイルとを有している。スキャナ制御部３２よりＸ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル７８Ｘを介してＸ軸ガルバノメータ７２Ｘ内の該駆動コイルに供給され、該可動鉄片（回転子）が該制御バネに抗してＸ軸スキャン・ミラー７０Ｘと一体にＸ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。

Ｙ軸ガルバノメータ７２Ｙも同様の構成を有しており、上記スキャナ制御部３２よりＹ方向スキャニング制御信号に応じた駆動電流が電気ケーブル７８Ｙを介してＹ軸ガルバノメータ７２Ｙ内の駆動コイルに供給され、Ｙ軸ガルバノメータ７２Ｙ内の可動鉄片（回転子）がＹ軸スキャン・ミラー７０Ｙと一体にＹ方向スキャニング制御信号の指定する角度に振れるようになっている。

なお、被加工物の電子部品パッケージ１８は、たとえば図１１に示したものと同じであり、水晶片１２および電極１４を収容してなる上面の開口した金属製のパッケージ本体１０に金属製のカバー１６を上から被せて気密に接合することにより封止されるタイプのものである。図４に示すように、多数個（図示の例は９個）の電子部品パッケージ１８が、トレイ８０の上で一つ一つ順番に封止加工を受ける。各電子部品パッケージ１８においては、封止加工を受ける前に、パッケージ本体１０の開口を塞ぐようにカバー１６が被せられる。トレイ８０は、たとえば作業台（図示せず）の上に固定される。ガルバノメータ・スキャナ３０の本体も該作業台の上方に固定配置される。個々の電子部品パッケージ１８におけるＹＡＧパルスレーザ光ＬＡのスキャニング移動も、別の電子部品パッケージ１８への加工点の移動も全てガルバノメータ・スキャナ３０内のミラー首振り運動のみによって行われる。両スキャン・ミラー７０Ｘ，７０Ｙの慣性は非常に小さく、任意の曲線や屈曲点においても直線と殆ど同じ速度でレーザ・スキャニングを行える。

図５〜図７に、この実施形態の電子部品パッケージ封止装置による電子部品パッケージ封止加工の作用を示す。この実施形態においては、トレイ８０上の１つの電子部品パッケージ１８に対して、主制御部２４の制御の下で、ＹＡＧパルスレーザ装置２０より超ロングパルスのＹＡＧパルスレーザ光ＬＡが１パルスだけ発振出力されるとともに、ガルバノメータ・スキャナ３０によりそのＹＡＧパルスレーザ光ＬＡが１パルスの期間中に当該電子部品パッケージ１８のカバー１６の周端部を一周するようにスキャニングされる。図５および図６に示すように、ＹＡＧパルスレーザ光ＬＡの照射位置つまりビームスポット付近でカバー１６と本体１０の継手部分がレーザエネルギーによって瞬間的に溶接される。１パルス期間中にＹＡＧパルスレーザ光ＬＡのビームスポットは当該電子部品パッケージ１８（被加工物）上で一瞬たりとも静止、停止または中断することなく等速度で、しかも一定のレーザ出力（パワー密度）でスキャニング移動するため、ビームスポットのオーバーラップはなく、一気に一筆書きのシーム溶接ＷＳがカバー１６の周端部に一周に亘って形成される（図７）。

一例として、カバー１６のサイズが２ｍｍ×４ｍｍの場合に、スポット径またはビード幅を０．２ｍｍ、ビーム走査速度を１００ｍｍ／秒に設定すると、１パッケージ当たりのレーザショット数は１（個）、封止加工時間は１２ｍｍ÷１００ｍｍ／秒＝０．１２秒である。なお、レーザ出力（ピークパワー）はたとえば０．１〜１．０ｋＷに設定される、この場合、ＹＡＧパルスレーザ装置２０においては、１パルス期間（０．１２秒）のうち、最初の区間（約０．０４秒）は第１のバンク３６Ａがパワーフィードバック制御で励起光源４２を点灯駆動し、中間の区間（約０．０４秒）は第１のバンク３６Ａがパワーフィードバック制御で励起光源４２を点灯駆動し、最後の区間（約０．０４秒）は第３のバンク３６Ｃがパワーフィードバック制御で励起光源４２を点灯駆動する。

このように、この実施形態においては、従来のオーバーラップ方式によるレーザシーム溶接法に比して１パッケージ当たりのシーム溶接時間（封止加工時間）を約１／１０に短縮できる。このことにより、封止加工の生産性を飛躍的に向上させることができる。しかも、封止加工中のレーザ照射時間は非常に短いため、パッケージ１８内に熱が篭ることもなく、素子（水晶片）１２が熱でダメージを受けるおそれもない。

上記の実施形態における電子部品パッケージ１８は、パッケージ本体１０の上面開口にカバー１６が嵌るようにして面一に被せられ、カバー１６の周端部が突合わせ継手の形態でパッケージ本体１０にレーザシーム溶接で接合された。しかし、他の継手形態も可能であり、たとえばパッケージ本体１０の上面にカバー１６が一段高く載るようにして被せられる場合は、図８に示すように、カバー１６の周端部がすみ肉継手の形態でパッケージ本体１０にレーザシーム溶接で接合される。

また、封止加工に先立ち、トレイ８０上の各電子部品パッケージ１８においてパッケージ本体１０にカバー１６を仮止めする加工をレーザスポット溶接で行うことが可能であり、このレーザスポット溶接にも上記実施形態の電子部品パッケージ封止装置を利用することができる。すなわち、図９および図１０に示すように、各カバー１６に押さえ冶具の棒体８２を上から当て、各カバー１６を固定した状態でその周端部のうちの選択された箇所（１箇所または複数個所）に、ＹＡＧパルスレーザ装置２０からの１パルスのパルスレーザ光ＬＡ'をガルバノメータ・スキャナ３０を介して集光照射して、仮止め用のスポット溶接ＷＡの接合を得ることができる。このスポット溶接用パルスレーザ光ＬＡ'はノーマルバルスのパルスレーザ光でよく、その１パルス期間またはパルス幅はたとえば１〜１０ミリ秒に設定されてよい。

他にも種々の変形例が可能であり、たとえば、電子部品パッケージのカバーが円板または筒体のものであってもよい。また、パワーフィードバック方式の波形制御に用いた基準値または基準波形のピーク値、アップスロープＵＰおよびダウンスロープＤＯＷＮ（図３）の傾斜角等を任意に設定することができる。さらには、台形波以外の基準波形も設定可能である。また、ＹＡＧパルスレーザ装置内のレーザ電源回路３６（バンク）の個数は３つに限るものではなく、２つ以下であっても４つ以上であってもよい。

上記の実施形態は、カバー１６の周端部に１パルスのパルスレーザ光を１パルス期間中にカバー１６の周端部を一周するように（一筆書きで）照射して、カバー１６の周端部をシーム溶接でパッケージ本体１０に接合するものであった。本発明の別の実施形態は、以下に述べるように、四角形の電子部品パッケージにおいてカバー角部のシーム溶接をより一層良好に行えるものである。

この第２の実施形態によれば、四角形の電子部品パッケージ１８においてパッケージ本体１０に四角形カバー１６をシーム溶接で接合するために、全部で４個のパルスレーザ光が使用（照射）される。より詳細には、主制御部２４の制御の下でＹＡＧパルスレーザ装置２０より、図１２に示すように４パルスのパルスレーザ光ＬＡ₁，ＬＡ₂，ＬＡ₃，ＬＡ₄が所望のインターバルＴ_a，Ｔ_b，Ｔ_cを挟んで連続的に発振出力される。そして、主制御部２４の制御の下でガルバノメータ・スキャナ３０により、図１１に示すように、１番目のパルスレーザ光ＬＡ₁はその１パルス期間中にカバー１６の長辺Ｍ₁を縦断するように照射され、２番目のパルスレーザ光ＬＡ₂はその１パルス期間中にカバー１６の短辺Ｍ₂を縦断するように照射され、３番目のパルスレーザ光ＬＡ₃はその１パルス期間中にカバー１６の長辺Ｍ₃を縦断するように照射され、４番目のパルスレーザ光ＬＡ₄はその１パルス期間中にカバー１６の短辺Ｍ₄を縦断するように照射される。ここで、カバー１６の四辺Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の間には、長辺Ｍ₁の終端に短辺Ｍ₂の始端が繋がり、短辺Ｍ₂の終端に長辺Ｍ₃の始端が繋がり、長辺Ｍ₃の終端が短辺Ｍ₄の始端に繋がるという順序関係がある（図１０，図１１）。

各パルスレーザ光ＬＡ₁，ＬＡ₂，ＬＡ₃，ＬＡ₄がカバー１６の各辺Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄を縦断する際の移動速度（スキャニング速度）は、それぞれ別個の値に設定可能であるが、通常は同一の速度に選ばれてよい。各パルスレーザ光ＬＡ₁，ＬＡ₂，ＬＡ₃，ＬＡ₄のパルス幅は、カバー１６の四辺Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，Ｍ₄の寸法とスキャニング速度とに応じて決まる。また、各パルスレーザ光ＬＡ₁，ＬＡ₂，ＬＡ₃，ＬＡ₄のレーザ出力の波形、ピーク値、アップスロープ／ダウンスロープ等も、パワーフィードバック波形制御方式において各パルス毎に独立した値あるいは同一の値に設定されてよい。

各インターバルＴ_a，Ｔ_b，Ｔ_cはパルスレーザ光無しの期間であるが、ガルバノメータ・スキャナ３０はこの期間中も停止することなく継続的に動作し続ける。すなわち、各インターバルＴ_a，Ｔ_b，Ｔ_cの期間中は、カバー１６の外側の領域で、パルスレーザ光無しの仮想ビームスポット（仮にパルスレーザ光ＬＡが出ているとした場合に得られるビームスポット）を図１１の点線で示すような所定の経路で移動させる。

図１１において、ガルバノメータ・スキャナ３０は、１番目のパルスレーザ光ＬＡ₁の実ビームスポットを、ケース１６の長辺Ｍ₁に対してその始端から終端まで、つまり直線経路Ｓ₂を移動させる。そこから先は、パルスレーザ光無しの仮想ビームスポットを、長辺Ｍ₁の終端からその延長上に所定の距離だけ離れた第１の折り返し点Ｊ_aまでの直線経路Ｓ₃と、この第１の折り返し点Ｊ_aからケース１６の短辺Ｍ₂の始点からその延長上に所定の距離だけ離れた第２の折り返し点Ｊ_bまでの直線経路Ｓ₄と、この第２の折り返し点Ｊ_bからケース１６の短辺Ｍ₂の始点までの直線経路Ｓ₅とで順次移動させる。

次に、２番目のパルスレーザ光ＬＡ₂の実ビームスポットを、ケース１６の短辺Ｍ₁に対してその始端から終端まで、つまり直線経路Ｓ₆を移動させる。そこから先は、パルスレーザ光無しの仮想ビームスポットを、短辺Ｍ₂の終端からその延長上に所定の距離だけ離れた第１の折り返し点Ｊ_aまでの直線経路Ｓ₇と、この第１の折り返し点Ｊ_aからケース１６の長辺Ｍ₃の始点からその延長上に所定の距離だけ離れた第２の折り返し点Ｊ_bまでの直線経路Ｓ₈と、この第２の折り返し点Ｊ_bからケース１６の長辺Ｍ₃の始点までの直線経路Ｓ₉とで順次移動させる。

次に、３番目のパルスレーザ光ＬＡ₃の実ビームスポットを、ケース１６の長辺Ｍ₃に対してその始端から終端まで、つまり直線経路Ｓ₁₀を移動させる。そこから先は、パルスレーザ光無しの仮想ビームスポットを、長辺Ｍ₃の終端からその延長上に所定の距離だけ離れた第１の折り返し点Ｊ_aまでの直線経路Ｓ₁₁と、この第１の折り返し点Ｊ_aからケース１６の短辺Ｍ₄の始点からその延長上に所定の距離だけ離れた第２の折り返し点Ｊ_bまでの直線経路Ｓ₁₂と、この第２の折り返し点Ｊ_bからケース１６の短辺Ｍ₄の始点までの直線経路Ｓ₁₃とで順次移動させる。

次に、４番目のパルスレーザ光ＬＡ₂の実ビームスポットを、ケース１６の短辺Ｍ₄に対してその始端から終端まで、つまり直線経路Ｓ₁₄で移動させる。そこから先は、パルスレーザ光無しの仮想ビームスポットを、短辺Ｍ₂の終端からその延長上に所定の距離だけ離れた終点ＥＮＤまでの直線経路Ｓ₁₅で移動させる。なお、１回目のシーム溶接をケース１６の長辺Ｍ₁で行う直前にも、パルスレーザ光無しの仮想ビームスポットを、カバー１６の外の領域に設定されたスタート点ＳＴＡＲＴからケース１６の長辺Ｍ₁の始点までの直線経路Ｓ₁で移動させる。

上記のような点線で示した各直線経路Ｓ₁における仮想ビームスポットの移動速度は、それぞれ別個の値に設定可能であるが、通常は同一の速度、しかも実ビームスポットの移動速度に一致させてよい。なお、図１２における各区間の時間ｔ₁〜ｔ₁₅は、図１１における実ビームスポットまたは仮想ビームスポットの各移動経路Ｓ₁〜Ｓ₁₅にそれぞれ対応している。

一例として、カバー１６のサイズが２ｍｍ×４ｍｍの場合、つまりＭ₂（Ｓ₆），Ｍ₄（Ｓ₁₄）＝２ｍｍ、Ｍ₁（Ｓ₂），Ｍ₃（Ｓ₁₀）＝４ｍｍの場合、仮想ビームスポットの各移動経路をＳ₁，Ｓ₃，Ｓ₅，Ｓ₇，Ｓ₉，Ｓ₁₁，Ｓ₁₃，Ｓ₁₅＝３ｍｍ、Ｓ₄，Ｓ₈，Ｓ₁₂＝４．２ｍｍに設定し、実ビームスポットおよび仮想ビームスポットの移動速度を４１０ｍｍ／秒に設定すると、１パッケージ当たりのレーザショット数は４（個）で、封止加工時間は４８．６ｍｍ÷４１０ｍｍ／秒≒０．１１８秒である。

このように、この第２の実施形態においても、従来のオーバーラップ方式によるレーザシーム溶接法に比して１パッケージ当たりのシーム溶接時間（封止加工時間）を１／１０以下に短縮できる。もちろん、カバー１６の各辺に対するレーザ照射時間が非常に短いため、封止加工中にパッケージ１８内に熱が篭ることもなく、素子（水晶片）１２が熱でダメージを受けるおそれもない。

しかも、この実施形態によれば、上記のように、４個のパルスレーザ光ＬＡ₁，ＬＡ₂，ＬＡ₃，ＬＡ₄が四角形カバー１６の四辺に一定のピークパワーおよび一定の移動速度でそれぞれ一直線にスキャニング照射され、各辺の始端および終端には中間部と同じピークパワーおよび同じ移動速度で（つまり同じレーザパワー密度で）各パルスレーザ光が照射されるので、四角形カバー１６全体（一周）でより均一な（特に各辺の両端部と中間部とでばらつきのない）封止用のシーム溶接を行うことができる。

なお、この実施形態における各パルスレーザ光ＬＡのパルス幅は１０ミリ秒前後またはそれ以下のノーマルパルスである。したがって、ＹＡＧパルスレーザ装置２０はコンデンサ・バンクを１つだけ備える１バンク型のレーザ電源部で構成されてもよい。

本発明の一実施形態における電子部品パッケージ封止装置の全体構成を示すブロック図である。実施形態の電子部品パッケージ封止装置におけるＹＡＧパルスレーザ装置の内部の構成を示すブロック図である。実施形態のＹＡＧパルスレーザ装置におけるパワーフィードバック波形制御およびバンク切換方式の作用を示すための各部の波形を示す波形図である。実施形態の電子部品パッケージ封止装置におけるガルバノメータ・スキャナの構成例を示す斜視図である。実施形態における封止加工中の作用を示す斜視図である。実施形態における封止加工中の作用を示す部分拡大斜視図である。実施形態における封止加工後の仕上がり状態を示す斜視図である。実施形態においてカバーをすみ肉継手のレーザシーム溶接でパッケージ本体に接合する例を示す部分拡大側面図である。実施形態においてレーザシーム溶接の封止加工に先立って行われる仮止め工程の一段階を示す上面図である。上記仮止め工程の一段階を示す拡大斜視図である。別の実施形態における実ビームスポットおよび仮想ビッムスポットの移動軌跡を示す図である。別の実施形態におけるパルスレーザ光の波形を示す波形図である。本発明の適用可能な電子部品パッケージの構成を示す分解斜視図である。従来のレーザシーム溶接による封止加工を示す斜視図である。従来のレーザシーム溶接による封止加工を示す部分斜視図である。従来の封止加工用レーザシーム溶接におけるパルスレーザ光の波形を示す波形図である。

符号の説明

１０パッケージ本体
１２水晶片
１４電極
１６カバー
１８電子部品パッケージ
２０ＹＡＧパルスレーザ装置
２２レーザ光学系
２４主制御部
３０ガルバノメータ・スキャナ
３２スキャナ制御部
３４ＹＡＧレーザ発振器
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃレーザ電源回路
３８レーザ出力測定部
４２励起光源
４４ＹＡＧロッド（レーザ媒質）
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃコンデンサ
５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃバンク・コンデンサ
５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃ充電回路
５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ電源制御部

Claims

上面の開口したパッケージ本体に被せられたカバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する方法であって、
前記カバーの周端部に１パルスのパルスレーザ光を１パルス期間中に前記カバーの周端部を一周するように照射して、前記カバーの周端部を一周に亘って前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する電子部品パッケージ封止方法。
ガルバノメータ・スキャナを用いて、前記カバーの周端部に対する前記１パルスのパルスレーザ光の一周移動を行う請求項１に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記パルスレーザ光が前記カバーの周端部をほぼ一定の速度で一周する請求項１または請求項２に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記パルスレーザ光が前記カバーの周端部を一周する間はほぼ一定のレーザ出力を維持する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
上面の開口したパッケージ本体に被せられた四角形カバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する方法であって、
前記カバーの第１の辺に１パルスの第１のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第１の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第１の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第１の工程と、
前記カバーの第２の辺に１パルスの第２のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第２の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第２の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第２の工程と、
前記カバーの第３の辺に１パルスの第３のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第３の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第３の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第３の工程と、
前記カバーの第４の辺に１パルスの第４のパルスレーザ光を１パルス期間中に前記第４の辺を縦断するように照射して、前記カバーの周端部を前記第４の辺にて前記パッケージ本体にシーム溶接で接合する第４の工程と
を有する電子部品パッケージ封止方法。
前記カバーの四辺において、前記第１の辺の終端に前記第２の辺の始端が繋がり、前記第２の辺の終端に前記第３の辺の始端が繋がり、前記第３の辺の終端に前記第４の辺の始端が繋がり、前記第４の辺の終端が前記第１の辺の始端に繋がる請求項５に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記第１の工程と前記第２の工程との間、前記第２の工程と前記第３の工程との間および前記第３の工程と前記第４の工程との間にそれぞれパルスレーザ光無しのインターバルが設けられる請求項５または請求項６に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記カバーに対して前記パルスレーザ光のビームスポットをガルバノメータ・スキャナにより二次元方向で移動させ、
前記インターバル中は前記ガルバノメータ・スキャナにより前記カバーの外側の領域でパルスレーザ光無しの仮想ビームスポットを移動させる請求項７に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記仮想ビームスポットの移動軌跡は、
直前の工程でシーム溶接が行われた前記カバーの一辺の終端からその延長上に所定の距離だけ離れた第１の折り返し点までの第１の直線経路と、
前記第１の折り返し点から次の工程でシーム溶接が行われるべき前記カバーの一辺の始端からその延長上に所定の距離だけ離れた第２の折り返し点までの第２の直線経路と、
前記第２の折り返し点から前記次の工程でシーム溶接が行われるべき前記カバーの一辺の始端までの第３の直線経路と
を含む請求項８に記載の電子部品パッケージ封止方法。
各々の前記パルスレーザ光が前記カバーの各辺をほぼ一定の速度で縦断する請求項５〜９のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
各々の前記パルスレーザ光が前記カバーの各辺を縦断する間はほぼ一定のレーザ出力を維持する請求項５〜１０のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記パッケージ本体に対して前記カバーの周端部のシーム溶接加工を行う前に、前記カバー周端部の選択された１箇所または複数箇所に仮止めのためのパルスレーザ光をそれぞれ局所的に照射してスポット溶接を行う請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記パルスレーザ光がＹＡＧパルスレーザ光である請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記カバーの周端部が前記バッケージ本体に突き合わせ継手で溶接される請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記カバーの周端部が前記パッケージ本体にすみ肉継手で溶接される請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
前記パッケージ本体および前記カバーがそれぞれ金属である請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止方法。
上面の開口したパッケージ本体に被せられたカバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する電子部品パッケージ封止装置であって、
レーザ媒質と、このレーザ媒質を光学的に励起する励起光源とを有し、前記励起光源に供給される電力に応じたレーザ出力を有するパルスレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記レーザ発振部からの前記パルスレーザ光を前記パッケージ本体上の前記カバーの周端部へ向けて反射するためのスキャン・ミラーを有し、前記カバーの周端部に対して前記パルスレーザ光のビームスポットを所定の経路で移動させるレーザ走査部と、
前記レーザ発振部より発生された前記パルスレーザ光のレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、
前記レーザ出力測定部より得られるレーザ出力測定値が所望のレーザ出力設定値または波形に一致するように前記レーザ発振部の励起光源に電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ発振部より発生される１パルスのパルスレーザ光が前記カバーの周端部に照射され、かつ１パルス期間中に前記カバーの周端部を一周するように前記レーザ電源部と前記レーザ走査部とを制御する制御部と
を有する電子部品パッケージ封止装置。
前記レーザ電源部が、
前記レーザ発振部の励起光源に供給する電力を蓄積するコンデンサと、このコンデンサを予め設定された充電電圧に充電する充電回路と、前記レーザ出力測定部からのレーザ出力測定値を前記レーザ出力設定値または波形と比較し、比較誤差を零にするように前記スイッチング素子をスイッチング制御する電源制御回路とを含むレーザ電源回路を前記レーザ発振部に対して複数並列に接続し、
１パルス期間中にそれら複数のレーザ電源回路を所定のタイミングで順番に切り換えて前記レーザ発振部に１パルス期間の持続時間を有するパルス電流を供給する請求項１７に記載の電子部品パッケージ封止装置。
上面の開口したパッケージ本体に被せられた四角形カバーの周端部を気密に接合して電子部品パッケージを封止する電子部品パッケージ封止装置であって、
レーザ媒質と、このレーザ媒質を光学的に励起する励起光源とを有し、前記励起光源に供給される電力に応じたレーザ出力を有するパルスレーザ光を発振出力するレーザ発振部と、
前記レーザ発振部からの前記パルスレーザ光を前記パッケージ本体上の前記カバーの周端部へ向けて反射するためのスキャン・ミラーを有し、前記カバーの周端部に対して前記パルスレーザ光のビームスポットを所定の経路で移動させるレーザ走査部と、
前記レーザ発振部より発生された前記パルスレーザ光のレーザ出力を測定するレーザ出力測定部と、
前記レーザ出力測定部より得られるレーザ出力測定値が所望のレーザ出力設定値または波形に一致するように前記レーザ発振部の励起光源に電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ発振部より所望のインターバルを挟んで連続的に発生される４パルスのパルスレーザ光が前記カバーの四辺周端部にそれぞれ照射され、各パルスレーザ光がその１パルス期間中に前記カバーの各辺を縦断するように前記レーザ電源部と前記レーザ走査部とを制御する制御部と
を有する電子部品パッケージ封止装置。
前記レーザ電源部が、
前記レーザ発振部の励起光源に供給する電力を蓄積するコンデンサと、
このコンデンサを予め設定された充電電圧に充電する充電回路と、
各々のパルスレーザ光について、前記レーザ出力測定部からのレーザ出力測定値を前記レーザ出力設定値または波形と比較し、比較誤差を零にするように前記スイッチング素子をスイッチング制御する電源制御回路と
を有する請求項１９に記載の電子部品パッケージ封止装置。
前記レーザ媒質がＹＡＧロッドであり、前記パルスレーザ光がＹＡＧパルスレーザ光である請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の電子部品パッケージ封止装置。