JP2007053192A - マイクロパラレルシーム接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡単で安価なシーム接合装置を提供する。
【解決手段】チップを収容する外囲器の開口部に矩形のリッドを載せ、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辺を外囲器にシーム接合するマイクロパラレルシーム接合装置において、一対のローラ電極５８ａ，５８ｂと、この一対のローラ電極５８ａ，５８ｂをそれぞれ独立して上下動自在に支持する一対のローラ電極保持部と、この一対のローラ電極保持部のうちいずれか一方を左右方向に移動させる第１の駆動部８と、前記一対のローラ電極保持部と前記第１の駆動部８とを支持するベース部と、このベース部を左右方向に移動させる第２の駆動部９と、前記一対のローラ電極の左右の位置を制御する制御部２を備える。
【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収納したパッケージの開口部にリッド
（金属製の蓋体）をシーム接合するマイクロ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、
マイクロパラレルシーム接合法が広く用いられている（例：特許文献１）。
図４はパッケージの断面図、図５はシーム接合法の説明図である。この接合法ではまず図
４示すようにセラミック基板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（若しくは全体が金属製）の外囲器５３の内部に水晶振動子等のチップ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
。この外囲器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
。

そしてこのリッド５７の対向する２辺、例えば長辺側の２辺の一端縁部アに一対のテー
パ付きローラ電極５８ａ、５８ｂを一定の加圧条件の下で接触させる（図５（ａ））。こ
の状態で外囲器５３をワークテーブル６０と共に矢印Ａの方向に移動させると同時にロー
ラ電極５８ａ、５８ｂ間にパルセーション通電を行い、このとき発生するジュール熱によ
りリッド５７の長辺を外囲器５３にシーム接合する。

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外囲器５３を図５（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を封止したパッケージを完成させる
ものである。

以上説明したように、リッド５７が正方形でない場合には、長辺のシーム接合と短辺の
シーム接合とではローラ電極５８ａ、５８ｂの間隔を変更する必要が生じ、また、接合対
象の品種が変更になりリッド５７の外形寸法が変わったときにもローラ電極５８ａ、５８
ｂの間隔を変更する必要がある。

ここに従来の装置では、一対のローラ電極５８ａ、５８ｂは互いに連動してその間隔を
調整するように構成されていた。図６はこの間隔調整手段の概念を示す図であり、例えば
特許文献２で開示されており以下これを第１の従来技術と称する。この図において６１は
ワークテーブル、６２はこのワークテーブル６１に固定された治具であり、リッド５７を
仮止めした外囲器５３（以下ワーク５９と記載する）はこの治具６２に位置決めされる。

ローラ電極５８ａ、５８ｂは移動ブロック６３ａ、６３ｂに取り付けられている。また
移動ブロック６３ａ、６３ｂはそれぞれボールネジのネジシャフト６４に螺合している。
このネジシャフト６４は所謂両切りのネジシャフトであり、移動ブロック６３ａ、６３ｂ
とネジシャフト６４の螺合部には逆方向にネジが切られている。ネジシャフト６４はカッ
プリング６５を介してモータ６６と接続されモータ６６の回転に応じてローラ電極５８ａ
、５８ｂの間隔が調整される。

ここで、各移動ブロック６３ａ、６３ｂは、ワークテーブル６１の中心を通る前後方向
の水平軸Ｙ軸を中心として左右方向（Ｘ軸方向）へ対称に移動する。すなわちネジシャフ
ト６４の回転により両移動ブロック６３ａ、６３ｂは常にＹ軸を中心としてその間隔が変
化する。

また特許文献２には他の従来技術が記載されており、これを第２の従来技術と称する。
第２の従来技術は図７に示すように、ワークテーブル７１上にはキャリアプレート７２が
載置される。このキャリアプレート７２の上面に形成された複数の凹所には、それぞれワ
ーク５９がはめ込まれ磁力等で保持された状態になっている。

さらに、ローラ電極５８ａ、５８ｂを支持する移動ブロック６３ａ、６３ｂは、それぞ
れ別のネジシャフト７３ａ、７３ｂに螺合しており、これらネジシャフト７３ａ、７３ｂ
はモータ７４ａ、７４ｂの回転で独立して回転可能となっている。したがってこれにより
、ローラ電極５８ａ、５８ｂは互いの間隔が調整可能であると共に、互いの間隔の中心位
置を左右方向に移動することができるため、キャリアプレート７２上の複数のワーク５９
が複数列に載置された状態であっても、これに対応できる。またこのような構成に加えて
ワークテーブル７１を水平面内で９０°回転できるようにしておけば、複数のワーク５９
の４辺を効率良くシーム接合することができる。

前記第２の従来技術はローラ電極５８ａ、５８ｂを独立して移動可能にすることで、両
電極の間隔の中心位置を左右方向に移動できるようにしたが、ワークテーブル７１を左右
方向（Ｘ方向）に移動可能にせずこのような構成にしたのは、ワークテーブル７１はもと
もとシーム接合方向である前後方向（Ｙ方向）に移動可能であり、これに水平面内での回
転を可能とする機構と左右方向（Ｘ方向）に移動可能とする機構を加えると、装置が大掛
りで高価なものになるからである。

しかしながら前記第２の従来技術を用いても、移動ブロック６３ａ、６３ｂをそれぞれ
独立して移動させるために装置はある程度大掛りになるため、現在では図８のような構成
が採用されており、これを第３の従来技術と称する。図８においてワークテーブル７１、
キャリアプレート７２、ワーク５９の構成は前記第２の従来技術と同等であり、同じ符号
で示してある。また、一対のローラ電極５８ａ、５８ｂとこれらをそれぞれ支持する移動
ブロック６３ａ、６３ｂ、またこれらを左右対称に移動させるネジシャフト６４は前記第
１の従来技術と同等であり、同じ符号で示してある。

ここで、ネジシャフト６４は移動プレート８１に固定され、その片端はタイミングベル
ト８２を介してモータ８３に接続されている。また移動プレート８１は、ボールネジのネ
ジシャフト８４を介してモータ８５の回転により左右方向に移動可能となっている。ここ
で第１の従来技術のようにネジシャフト６４とモータ８３とをカップリングで接続せずに
タイミングベルト８２を介して接続しているのは、モータ８３を含めた移動プレート８１
の組み立て体が左右方向に移動するため、装置全体の横幅が大きくならないようにするた
めである。

このようにすることで、ローラ電極５８ａ、５８ｂは互いの間隔が調整可能であると共
に、互いの間隔の中心位置を左右方向に移動することができる。したがってワークテーブ
ル７１は、シーム接合の方向である前後方向の移動機構と水平面内の回転機構とがあれば
よく、左右方向の移動機構は必要ない。

特公平１−３８３７３号公報（第１頁、図２） 特許第３２７４２２１号公報（図５、図１３）

しかしながら、近年の電子機器の高集積化の要求を受け、シーム接合による封止の対象
である外囲器も小型化が著しく進み、一辺が数mmのものが主流を占めてきた。このこと
から、外囲器の長辺が１０mm以下のものを対称としたシーム接合装置を要求する声が高
まっており、この要求に対応するのであればローラ電極の間隔調整のストロークは最大１
０mmで十分である。

しかしながら、前述したような構成では比較的大きな外囲器（例えば長辺が数十mm）
の封止には適しているが、ローラ電極の間隔調整幅が１０mm以下でよい場合に対しては
、図８で示したような第３の従来技術であっても大掛りで高価なものと言える。これは具
体的には、両切りのボールネジは一般に広く流通しているボールネジ（片切り）に比して
格段に高価であることや、従来の技術の説明では図示していないが、ボールネジで移動す
るブロックを精度よく直線運動させるためのスライドレールにも、大掛りなものが必要と
なっていることが大きな要素となっている。

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、必要な機能と性能を維持しつ
つ簡単な構成で安価なシーム接合装置を提供するものである。また、装置の構成が簡単に
なることで機械的な構成要素数が減少し、それに伴って故障率の減少が期待できるもので
ある。

本発明は、チップを収容する外囲器の開口部に矩形のリッドを載せ、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辺を外囲器にシー
ム接合するマイクロパラレルシーム接合装置において、リッドを載せた複数の外囲器を載
置するワークテーブルと、一対のローラ電極と、この一対のローラ電極をそれぞれ独立し
て上下動自在に支持する一対のローラ電極保持部と、この一対のローラ電極保持部のうち
いずれか一方を左右方向に移動させる第１の駆動部と、前記一対のローラ電極保持部と前
記第１の駆動部とを支持するベース部と、このベース部を左右方向に移動させる第２の駆
動部と、前記一対のローラ電極の左右の位置を制御する制御部を備え、この制御部は、前
記第１の駆動部の駆動による前記一対のローラ電極間の中心位置の移動量を算出し、前記
第２の駆動部の駆動で前記ベース部を位置決めする際に、前記中心位置の移動量をキャン
セルすることを特徴とするマイクロパラレルシーム接合装置を提供する。

これにより、一対のローラ電極の電極間の中心位置を変化させずに両電極の間隔を変化
させる（あるいは中心位置が一時的にずれても所定時間内に元の位置に戻す）のに、左右
の電極それぞれに独立した左右方向の駆動機構を設ける必要がなく、両切りのボールネジ
を用いる必要もない。また、ワークテーブルを左右に移動可能とする必要もない。

したがって本発明によれば、装置の構造を大掛りにせずにすみ、安価な装置が実現できる
と共に、機械的な構成要素を少なくできる分故障率の減少や長寿命化が期待できる。

次に添付図面を参照して本発明に係るマイクロ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は本発明の一実施形態示すマイクロパラレルシーム接合装置の正面図である。図１
において、１は装置本体、２は装置本体１に収納された制御部、３は門型フレーム、４は
ワークテーブル、５はワークテーブル４を駆動するテーブル駆動部、６はベース部となる
移動プレート、７ａ、７ｂは移動ブロック、８は第１の駆動部、９は第２の駆動部である
。

ここで、ワークテーブル４上にはキャリアプレート７２が載置されている。このキャリ
アプレート７２には複数のワーク５９が、キャリアプレート７２の上面に形成された凹所
にそれぞれはめ込まれており、キャリアプレート７２の内部であって前記凹所の底部に配
置された永久磁石の磁力でリッドと外囲器とに磁路を発生させ、リッドが外囲器からずれ
ないように保持されている。またこのとき前工程でリッドと外囲器が点溶接によって仮止
めされている場合もある。

図１において、ローラ電極５８ａ、５８ｂは給電ブロック１０ａ、１０ｂに回動自在に
軸支されており、給電ブロック１０ａ、１０ｂは移動ブロック７ａ、７ｂに電気絶縁物を
介して固定されている。また、給電ブロック１０ａ、１０ｂには図示しない給電配線が接
続されており、図示しない溶接電源からの溶接電流をローラ電極５８ａ、５８ｂに供給す
るようになっている。

移動ブロック７ａ、７ｂおよび第１の駆動部８は、移動プレート６によって支持されて
おり、さらに移動プレート６は第２の駆動部９の駆動により回転するボールネジのネジシ
ャフト１１に螺合している。つまりローラ電極５８ａ、５８ｂは第２の駆動部９の駆動に
より、左右方向に一体的に移動する。以下移動プレート６と、この移動プレート６の左右
方向の移動に伴って移動する全ての構成要素とをまとめて接合ヘッド１２と称する。

ここでローラ電極５８ａ、５８ｂ間の左右方向の中心位置をＸ１とし、複数のワーク５
９のうち次にシーム接合すべきワークの左右方向の中心位置をＸ２とすると、制御部２は
前記Ｘ１およびＸ２の値を常に認識しているため、第２の駆動部９に駆動の指令を発して
接合プレート１２を左右方向に所定量移動させることでＸ１＝Ｘ２とすることができる。
また、制御部２が第１の駆動部を駆動させローラ電極５８ａ、５８ｂの間隔を変更した場
合前記Ｘ１の左右位置も変化するが、この変化量を制御部２が認識しているため、第２の
駆動部９を駆動して確実にＸ１＝Ｘ２とすることができる。

次に図２に基づいて接合ヘッド１２を詳細に説明する。図２は接合ヘッド１２の詳細を
示す斜視図である。ここで、移動ブロック７ａ、７ｂの上部にはシャフト１３ａ、１３ｂ
が上方に向けて凸設されており、所定の数のおもり１４をこれらに通すことで、ローラ電
極５８ａ、５８ｂがワークを押圧する押圧力を調整可能としている。また、移動ブロック
７ａ、７ｂの上部後ろ側の突起部にはカムフォロア１５ａ、１５ｂが軸支されており、さ
らにこれをＬ型部材１６の下端が下方から持ち上げるように接触している。

左側の移動ブロック７ａはスライドレール１７によりブロック１８に対して上下動自在
に支持されており、ブロック１８はスライドレール１９により移動プレート６に対して左
右方向へ移動自在に支持されている。また、右側の移動ブロック７ｂは図示していないが
上下方向にはスライドレールにより移動自在に支持されているが、このスライドレールは
直接移動プレート６に固定されており、左右方向には移動しないようになっている。この
ように移動ブロック７ａ、７ｂは左右独立して上下動自在に支持されており、それぞれに
給電ブロック１０ａ、１０ｂが固定されてローラ電極保持部を構成する。

ここでモータ２０が回転すると、そのモータシャフトの回転に伴って偏心カム２１も回
転し、上下動のみ自在に移動プレート６に支持されたＬ型部材１６を上下動させる。前述
したようにこのＬ型ブロック１６の下端は移動ブロック７ａ、７ｂを上方に持ち上げてい
るので、上下動自在な移動ブロック７ａ、７ｂはモータ２０の回転で上下動し、ローラ電
極５８ａ、５８ｂが下降してワークに接触したのちにさらにＬ型ブロックが下降した場合
は、カムフォロア１５ａ、１５ｂがＬ型ブロックから離隔して移動ブロック７ａ、７ｂお
よびこれと一体となっている構造物の自重の和が、ローラ電極５８ａ、５８ｂによるワー
クへの押圧力となる。

次に、左側の移動ブロック７ａを上下動自在に支持しているブロック１８の上端と移動
プレート６から突出したピン２２とのあいだには、引っ張りコイルバネ２３が懸架されて
おり、ブロック１８は移動プレート６に対して左方向に弾性的に引かれた状態となってい
る。また、移動プレート６には第１の駆動部８が固定されており、第１の駆動部８から突
出したシャフト８’の先端がブロック１８の側面に当接している。

本実施形態では第１の駆動部８として、５相ステップモータとミニチュア送りねじとを
一体にした所謂電動シリンダを採用している。したがって、所定のステップ数で第１の駆
動部を駆動すれば、容易にシャフト８’を所定量突出させることができ、さらに引っ張り
コイルバネ２３によってブロック１８は常にシャフト８’の先端に当接しているので、容
易にローラ電極５８ａ、５８ｂの間隔を調整することができる。

また、移動プレート６はスライドレール２４を介して門型フレーム３に左右移動自在に
支持されている。さらにモータである第２の駆動部の回転力で回転するネジシャフト１１
に螺合したナット２５が移動プレート６に固定されている。したがって第２の駆動部の駆
動によりネジシャフト１１が回転することで、接合ヘッド１２は左右の所定の位置に位置
決めされる。

次に図３に基づいてワークテーブル４の動作を説明する。図３において４はワークテー
ブルであり、この上面にキャリアプレート７２が載置されているところが描かれている。
また、テーブル駆動部５は内部が見えるようにカバーを一部切り欠いて描かれている。こ
こで、ワークテーブル４の下方には円柱上の回転軸が延出しており、その側面に突起４’
が回転軸と直交する方向に凸設されている。またこの突起４’は直動駆動部２６のロッド
２６’にリンクしている。

したがって、このロッド２６’が矢印イ方向に往復運動すれば回転軸は矢印ウ方向に回
転し、ワークテーブル４は水平面内で９０°回転するようになっている。また、装置本体
に固定されたモータ２７が回転することによりボールネジのネジシャフト２８が回転し、
これに螺合したナット２９が前後方向に移動する。ここで、ナット２９はワークテーブル
４とその回転機構を載置したベース３０に固定されているから、モータ２７が回転すると
ワークテーブル４が前後方向に移動することになる。

本実施形態の装置は、以上図１乃至３に基づいて説明したような構成となっているので
、簡単な構造でありながら、接合ヘッド１２を左右方向に移動させることでワークテーブ
ル４上に水平方向に２次元的に複数配列載置されたワーク５９全数の一方の対向する２辺
をシーム接合したのち、ワークテーブル４の水平面内の方向を９０°回転させ、ローラ電
極５８ａ、５８ｂの間隔を変更し、この間隔の変更で生じた電極間の中心位置のずれを接
合ヘッド１２の左右方向の移動で補正し、前記ワーク５９全数の他方の対向する２辺をシ
ーム接合することができる。

本発明の実施形態を示す正面図 本発明の実施形態を示す要部斜視図 本発明の実施形態を示す他の要部斜視図 従来の技術を示す模式図 従来の技術を示す模式図 従来の技術を示す模式図 従来の技術を示す模式図 従来の技術を示す模式図

符号の説明

１ 装置本体
２ 制御部
３ 門型フレーム
４ ワークテーブル
５ テーブル駆動部
６ 移動プレート
７ａ、７ｂ 移動ブロック
８ 第１の駆動部
９ 第２の駆動部
１０ａ、１０ｂ 給電ブロック
１１ ネジシャフト
１２ 接合ヘッド

Claims (1)

1. チップを収容する外囲器の開口部に矩形のリッドを載せ、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辺を外囲器にシーム接合するマ
   イクロパラレルシーム接合装置において、リッドを載せた複数の外囲器を載置するワーク
   テーブルと、一対のローラ電極と、この一対のローラ電極をそれぞれ独立して上下動自在
   に支持する一対のローラ電極保持部と、この一対のローラ電極保持部のうちいずれか一方
   を左右方向に移動させる第１の駆動部と、前記一対のローラ電極保持部と前記第１の駆動
   部とを支持するベース部と、このベース部を左右方向に移動させる第２の駆動部と、前記
   一対のローラ電極の左右の位置を制御する制御部を備え、この制御部は、前記第１の駆動
   部の駆動による前記一対のローラ電極間の中心位置の移動量を算出し、前記第２の駆動部
   の駆動で前記ベース部を位置決めする際に、前記中心位置の移動量をキャンセルすること
   を特徴とするマイクロパラレルシーム接合装置。
   
   

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