JP2007090368A - レーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便な構成によって、複数のワークに対して適切にレーザ溶接することが可能なレーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法を提供する。
【解決手段】 レーザ溶接装置は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、ワークが封止されるように溶接を行う。具体的には、レーザ溶接装置は、レーザビーム出射部と、照射位置変更部と、移動手段と、を備える。レーザビーム出射部は、レーザビームを出射し、照射位置変更部は、レーザビーム出射部から出射されたレーザビームを受光して、レーザビームを照射する位置を変更する。具体的には、トレイなどに載置された複数のワークに対して溶接を行うために、照射位置変更部がレーザビームを照射する位置を変更する。そして、移動手段は、ワーク及び照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる。上記のレーザ溶接装置によれば、簡便な装置構成によって、複数のワークに対して効率的かつ適切に溶接を行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークに対してレーザビームを照射することによって溶接を行うレーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法に関する。

従来から、光デバイス素子や水晶振動子などのパッケージ封止において、リッド（蓋）に対してレーザビームを照射することによって、リッドとパッケージとを溶接（即ち、レーザ溶接）することが行われている。例えば、特許文献１乃至３には、レーザビームを用いて溶接を行うレーザ溶接装置が記載されている。

特開２０００−１６４０９５号公報 特開２００２−２４４０７２号公報 特開２００４−９００６０号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至３に記載された技術では、複数のワーク（リッドとパッケージとから構成される被溶接物）に対して溶接を行う場合、装置が複雑化すると共に大型化してしまう場合があった。

本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、簡便な構成によって、複数のワークに対して適切にレーザ溶接することが可能なレーザ溶接装置、及びレーザ溶接方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うレーザ溶接装置であって、前記レーザビームを出射するレーザビーム出射部と、前記レーザビーム出射部から出射されたレーザビームを受光し、当該レーザビームを照射する位置を変更する照射位置変更部と、前記ワーク及び前記照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる移動手段と、を備える。

請求項９に記載の発明は、レーザビームを出射するレーザビーム出射部と、前記レーザビームを照射する位置を変更する照射位置変更部とを備える装置によって実行され、ワークが封止されるように溶接を行うレーザ溶接方法であって、前記レーザビームを出射させるレーザビーム出射工程と、前記レーザビームを照射する位置を変更させる照射位置変更工程と、前記ワーク及び前記照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる移動工程を備えることを特徴とする

本発明の好適な実施形態では、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うレーザ溶接装置は、前記レーザビームを出射するレーザビーム出射部と、前記レーザビーム出射部から出射されたレーザビームを受光し、当該レーザビームを照射する位置を変更する照射位置変更部と、前記ワーク及び前記照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる移動手段と、を備える。

上記のレーザ溶接装置は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、ワークが封止されるように溶接を行う。具体的には、レーザ溶接装置は、レーザビーム出射部と、照射位置変更部と、移動手段と、を備える。レーザビーム出射部は、レーザビームを出射し、照射位置変更部は、レーザビーム出射部から出射されたレーザビームを受光して、レーザビームを照射する位置を変更する。具体的には、トレイなどに載置された複数のワークに対して溶接を行うために、照射位置変更部がレーザビームを照射する位置を変更する。そして、移動手段は、ワーク及び照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる。例えば、照射位置変更部によるレーザビームを照射可能な範囲に位置する、全てのワークに対する溶接が終了したときに、移動手段が上記の移動を実行する。上記のレーザ溶接装置によれば、簡便な装置構成によって、複数のワークに対して効率的かつ適切に溶接を行うことができる。

上記のレーザ溶接装置の一態様では、前記ワークを溶接する際に、当該ワークが搬入される封止室を更に備え、前記レーザビーム出射部及び前記照射位置変更部は、前記封止室の外部に設けられている。このようにレーザ溶接装置を構成することにより、封止室を簡易化及び小型化することができる。

好適には、前記封止室には、前記レーザビームが透過する透過窓が設けられており、前記照射位置変更部は、前記透過窓から前記封止室へレーザビームが入射されるように、前記レーザビームが照射される位置を変更することができる。

上記のレーザ溶接装置の他の一態様では、前記リッドと前記パッケージとが仮付けされた状態にあるワークに対して、前記ワークを封止するための溶接を行う。これにより、封止する際に生じるリッドとパッケージとの位置ずれや、リッドの溶け出しなどに因るリッドとパッケージとの浮きや、ワークを搬送する際の振動や衝撃に因るリッドとパッケージとの位置ずれなどを防止することができる。即ち、上記のレーザ溶接装置によれば、リッドとパッケージとの封止をするための溶接を適切に行うことができる。

上記のレーザ溶接装置において好適には、前記封止するための溶接を行う前に、前記リッドと前記パッケージとを前記仮付けするための溶接を行う仮付け機構を更に備える。これにより、仮付け及び封止のための溶接を効率的に行うことが可能となる。

上記のレーザ溶接装置の他の一態様では、磁石による磁力を前記リッドに対して付与することによって、前記リッドを前記パッケージに対して固定すると共に、前記ワークが載置されるトレイに対して前記リッド及び前記パッケージを固定する。これにより、リッドとパッケージとの封止をするための溶接を適切に行うことができる。

好ましくは、前記封止室には、複数のワークが載置されたトレイが搬入される。この場合、レーザ溶接装置は、移動手段によって、ワーク及び照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させることによって、複数のワークに対する溶接を適切に行うことができる。

また、上記のレーザ溶接装置において好適には、前記照射位置変更部は、前記ワークを画像計測する画像計測手段と、前記画像計測結果に基づいて、前記レーザビームを照射する位置を補正する位置補正手段と、を更に備える。

本発明の他の実施形態では、レーザビームを出射するレーザビーム出射部と、前記レーザビームを照射する位置を変更する照射位置変更部とを備える装置によって実行され、ワークが封止されるように溶接を行うレーザ溶接方法は、前記レーザビームを出射させるレーザビーム出射工程と、前記レーザビームを照射する位置を変更させる照射位置変更工程と、前記ワーク及び前記照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる移動工程を備える。上記のレーザ溶接方法によっても、簡便な構成の装置を用いて、複数のワークに対して効率的かつ適切に溶接を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

［第１実施例］
まず、本発明の第１実施例について説明する。

（レーザ溶接装置の構成）
図１は、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００の概略構成を示す図である。具体的には、図１（ａ）はレーザ溶接装置１００を上部から観察した図を示し（一部を透視して示している）、図１（ｂ）は図１（ａ）中の矢印Ｈ方向から封止室３１の内部を観察した図を示している。なお、図１（ａ）中の実線矢印は、トレイ２０が移動する方向を示している。また、図１（ａ）では、説明の便宜上、ワーク１０を省略して示している。更に、ガルバノヘッド３６は実際にはガラス窓２５（破線で示す）の上方に位置するが（図１（ｂ）参照）、図１（ａ）では、説明の便宜上、ガルバノヘッド３６をずらして示している。

レーザ溶接装置１００は、主に、移動機構２７、２８と、予備室３０と、封止室３１と、ドライポンプ３２と、クライオポンプ３３と、レーザビーム出射装置３５と、ガルバノヘッド３６と、を備える。レーザ溶接装置１００は、トレイ２０（図１（ａ）中の「トレイ２０ａ〜トレイ２０ｄ」は、位置によってトレイ２０を区別するために符号を変えて示している。）上に載置された複数のワーク１０に対して溶接を行う装置である。

ここで、ワーク１０の具体的な構成と、ワーク１０が載置されたトレイ２０の状態について、図２及び図３を用いて説明する。

図２は、ワーク１０を拡大して示した図である。具体的には、図２（ａ）は、ワーク１０の上面図を示し、図２（ｂ）はワーク１０の側面図を示し、図２（ｃ）は図２（ａ）中の切断線Ａ１−Ａ２に沿った断面図を示している。ワーク１０は、板状のリッド１０ａと、箱状のパッケージ１０ｂと、電子部品１０ｃと、を備える。具体的には、リッド１０ａは、コバール材、４２アロイ材、ステンレス材又はＡｇロークラッド材などの金属材料で構成され、パッケージ１０ｂはセラミック材料で構成される。電子部品１０ｃは、水晶素子や半導体素子などの素子や圧電体を有しており、パッケージ１０ｂ内に収納される。前述したレーザ溶接装置１００は、例えばリッド１０ａの破線領域１０ａａに対してレーザビームを照射する。これにより、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して溶接されることにより、ワーク１０が封止される。

なお、図２（ａ）では、リッド１０ａのみに対してレーザビームを照射して溶接を行う例を示しているが、これに限定はされない。他の例では、レーザ溶接装置は、リッド１０ａとパッケージ１０ｂの両方に対してレーザビームを照射して溶接を行うことができる。

図３は、ワーク１０が載置されたトレイ２０の状態の具体例を示す図である。具体的には、図３（ａ）はワーク１０が載置されたトレイ２０の上面を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）中の切断線Ｂ１−Ｂ２に沿った断面図を示している。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、複数のワーク１０は、トレイ２０に形成された複数の溝２０ｘ内に載置される。例えば、トレイ２０には、６００個程度のワーク１０が載置される。

図１に戻って、レーザ溶接装置１００について説明を行う。予備室３０は、溶接を行う前にトレイ２０が待機している部屋であり、封止室３１は、溶接が実際に行われる部屋である。これらの予備室３０及び封止室３１には、扉２１、２６、及び中間扉２２が設けられている。扉２１は、予備室３０にトレイ２０が搬入される際に閉から開にされ、扉２６は、予備室３０からトレイ２０が排出される際に閉から開にされる。また、中間扉２２は、予備室３０から封止室３１にトレイ２０が搬入される際に閉から開にされる。

ドライポンプ３２は、予備室３０と封止室３１に接続されており、予備室３０と封止室３１内のガスを吸引して排気を行う。クライオポンプ３３は、封止室３１に接続されており、封止室３１内のガスを吸引して排気を行う。詳しくは、ドライポンプ３２は、予備室３０及び封止室３１の真空度が低真空（数（Ｐａ）程度の圧力）となるまで排気を行う。これに対し、クライオポンプ３３は、封止室３１の真空度が低真空から高真空（低真空未満の圧力）となるまで排気を行う。

移動機構２７は、矢印９０で示す方向にトレイ２０が載置されたステージ２３を移動させる。また、移動機構２８は、矢印９１で示す方向にトレイ２０が載置されたステージ２３を移動させる。

レーザビーム出射装置３５及びガルバノヘッド３６は、封止室３１の外側に設けられている。レーザビーム出射装置３５は、レーザビームＬＢ１を出射し、このレーザビームＬＢ１をガルバノヘッド３６に対して照射する。ガルバノヘッド３６は、レーザビームＬＢ１を受光し、当該レーザビームＬＢ１を照射する位置を変更する。具体的には、ガルバノヘッド３６は、トレイ２０上のワーク１０を画像計測するカメラや、画像計測結果に基づいて照射する位置を補正する位置補正手段や、レーザビームを走査する走査機構や、レーザビームを反射するミラーや、レーザビームを集光する集光レンズなどを備える。ガルバノヘッド３６から出射されたレーザビームＬＢ２は、封止室３１に設けられたガラス窓２５を透過して、封止室３１に入射する。そして、レーザビームＬＢ２がワーク１０に対して照射され、ワーク１０の溶接が行われる。

このように、レーザビーム出射装置３５はレーザビーム出射部として機能し、ガルバノヘッド３６は照射位置変更部、画像計測手段、及び位置補正手段として機能し、移動機構２７、２８は移動手段として機能し、ガラス窓２５は透過窓として機能する。なお、レーザビーム出射装置３５、ガルバノヘッド３６、及び移動機構２７、２８は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などによって調整や制御などが行われる。

ここで、ワーク１０に対して溶接を行う際のレーザ溶接装置１００の動作について説明する。

ワーク１０は、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとが仮付けされた状態で図示しないストック台などにストックされている。詳しくは、仮付けされたワーク１０は、トレイ２０に載置された状態でストックされている。なお、ワーク１０の仮付けについては、詳細は後述する。上記したストック台にストックされているトレイ２０は、図示しない移動機構によって予備室３０まで搬送される。具体的には、トレイ２０は、符号２０ａで示す位置を通過して、予備室３０内の符号２０ｂで示す位置に搬入される。この場合、トレイ２０が予備室３０に搬入される際に、扉２１が閉から開にされる。予備室３０にトレイ２０が搬入され、扉２１を開から閉にした後、ドライポンプ３２は、予備室３０の排気を行う。予備室３０の圧力が所定圧力に達すると、具体的には真空度が低真空にまで到達すると、ドライポンプ３２は排気を停止する。

そして、中間扉２２を閉から開にして、符号２０ｂで示す位置にあるトレイ２０を、封止室３１内の符号２０ｃで示す位置に移動する、即ちステージ２３上に移動する。そして、中間扉２２を開から閉にする。この後、予備室３０が大気圧にされ、扉２１が閉から開にされ、予備室３０には新たなトレイ２０が搬入される。そして、扉２１を開から閉にした後、ドライポンプ３２は予備室３０の排気を行う。なお、ステージ２３とトレイ２０との間には、磁石を有するマグネットベッドが挿入されている（言い換えると、ステージ２３に予めマグネットベッドが置かれており、トレイ２０はこのマグネットベッド上に載置される）。マグネットベッドが有する磁石によってリッド１０ａに磁力が付与されることによって、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して固定されると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂがトレイ２０に対して固定される。即ち、磁石によって上記のように固定した状態で、封止室３１において溶接が行われる。なお、磁石を用いた固定方法については、詳細は後述する。

次に、クライオポンプ３３は、封止室３１の排気を行う。封止室３１の圧力が所定圧力に達すると、具体的には真空度が高真空まで到達すると、ガルバノヘッド３６は、トレイ２０に載置されたワーク１０の画像計測を行い、画像計測結果に基づいてレーザビームを照射すべき位置を補正（位置補正）する。そして、レーザビーム出射装置３５はガルバノヘッド３６に対してレーザビームＬＢ１を出射し、ガルバノヘッド３６は、位置補正結果に基づいてレーザビームＬＢ２をワーク１０に対して照射する。ガルバノヘッド３６は、１つのワーク１０に対する溶接が終了すると、現在のステージ２３の位置においてレーザビームＬＢ２を照射することが可能なトレイ２０上のエリア（以下、このエリアを「照射可能エリア」と呼ぶ。）内に存在する他のワーク１０に対して、画像計測及び位置補正を行う。そして、レーザビーム出射装置３５はレーザビームＬＢ１を出射し、ガルバノヘッド３６は、位置補正を行ったワーク１０に対してレーザビームＬＢ２を照射する。このようなガルバノヘッド３６による画像計測及び位置補正は、照射可能エリア内の全てのワーク１０に対して行う。

次に、照射可能エリア内の全てのワーク１０に対する溶接が完了すると、移動機構２７、２８は、溶接が行われていないワーク１０がガルバノヘッド３６の照射可能エリア内に入るような位置へと、ステージ２３を移動させる。そして、前述した手順によって、照射可能エリア内の全てのワーク１０に対して溶接を行う。この照射可能エリアに位置する全てのワーク１０に対して溶接が終了すると、移動機構２７、２８は、更にステージ２３を移動させる。移動機構２７、２８は、トレイ２０上の全てのワーク１０に対する溶接が終了するまでステージ２３を移動させる。

トレイ２０上の全てのワーク１０に対する溶接が終了すると、移動機構２７、２８はステージ２３を排出側に移動させ、クライオポンプ３３は排気を停止する。次に、中間扉２２を閉から開にして、溶接が終了したトレイ２０を予備室３０に搬送する。このとき、封止室３１には、予備室３０から新たなトレイ２０が搬入される。そして、中間扉２２を開から閉にした後に予備室３０を大気圧にして、扉２６を閉から開にして、溶接が終了したワーク１０が載置されたトレイ２０を符号２０ｄで示す位置に搬送する（即ち予備室３０から排出する）と共に、溶接をこれから行うワーク１０が載置されたトレイ２０を符号２０ｂで示す位置に搬入する（即ち予備室３０に搬入する）。この後、溶接が終了したワーク１０が載置されたトレイ２０は、移動機構（不図示）によって、溶接が終了したワーク１０が載置されたトレイ２０をストックするストック台（不図示）などに搬送される。

このように、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００では、ガルバノヘッド３６による位置補正に基づいてレーザビームを照射すると共に、ガルバノヘッド３６の照射可能エリア内のワーク１０に対する溶接が終了すると、移動機構２７、２８によってトレイ２０が載置されたステージ２３を移動させる。したがって、上記のレーザ溶接装置１００によれば、複数のワーク１０に対して、効率的かつ適切に溶接を行うことができる。また、レーザ溶接装置１００は、レーザビーム出射装置３５及びガルバノヘッド３６を封止室３１の外部に設け、封止室３１の外部から位置補正とレーザビームの照射を行うことができる。これにより、封止室３１の構成を簡便にしつつ、小型化することが可能となる。そのため、封止室３１の真空度を向上させることができ、排気時間も短縮することができる。

ここで、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００による溶接方法と、一般的に行われる溶接方法（以下、「他の溶接方法」と呼ぶ。）を比較する。他の溶接方法としては、電子ビームを用いて溶接を行う方法がある。この方法では、電子ビームがガラス窓を透過できないため、ガラス窓を用いて封止室の外部から電子ビームを照射できない。そのため、電子ビームを用いて溶接を行う方法では、磁場で照射位置を補正するため封止室と一体の電子ガンと磁場の位置補正機構を備える必要があり、レーザ溶接装置１００による溶接方法と比較すると、装置が高価となると共に大型化する。また、電子ビームを用いて溶接を行う方法では、ワーク１０の画像計測ができないため、ワーク１０の位置を機械的に決める必要があるが、レーザ溶接装置１００による溶接方法では、ガルバノヘッド３６によってワーク１０の画像計測結果に基づいて位置補正を行うためワークの位置決めの工程を省くことができる。

更に他の溶接方法としては、抵抗シーム溶接を行う方法がある。この方法では、一対のローラ電極がワーク１０上を転がり溶接するため、ワークの小型化に対応することができない。また、ワーク１０を数万個溶接するごとにローラ電極を交換する必要がある。これに対して、レーザ溶接装置１００による溶接方法では、ワーク１０に対して直接接触しないため、ワーク１０の小型化に対応することができると共に、ローラ電極などを用いないため、封止室内の構成要素を交換する必要がない。

なお、本発明は、封止室３１に１個のトレイ２０を収容することに限定はされない。他の例では、２個以上のトレイ２０を封止室３１に収容させることができる。この場合には、レーザ溶接装置１００は、封止室３１に収容されている全てのトレイ２０に載置されたワーク１０に対する溶接が終了した後に、これらのトレイ２０を排出すると共に、新たなトレイ２０を搬入することができる。

また、本発明は、封止室３１を真空に維持した状態で溶接を行うことに限定はされず、真空に維持する代わりに、Ｎ_２などの不活性ガスなどの雰囲気に維持した状態で溶接を行うことも可能である。この場合、レーザ溶接装置は、ドライポンプ３２及びクライオポンプ３３の代わりに、ガス置換ポンプと不活性ガスを予備室３０及び封止室３１に導入するガス導入装置とを備えて構成される。

（仮付け溶接方法）
ここで、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの仮付けについて説明する。なお、本明細書では、「仮付け」とは、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを完全に封止する前に行う仮の接着をいう。

本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとが仮付けされた状態にあるワーク１０に対して、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを完全に封止するための溶接（以下、「封止溶接」とも呼ぶ。）を行う。詳しくは、レーザ溶接装置１００にワーク１０を供給する前に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとを仮付けするための溶接（以下、「仮付け溶接」とも呼ぶ。）を行う。具体的には、仮付け溶接は、封止溶接されるリッド１０ａ上のエリアの一部分に対して溶接を行う。

仮付け溶接を行うのは、封止溶接時に生じるリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置ずれや、リッド１０ａの溶け出しなどに因るリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの浮きや、ワーク１０を搬送する際の振動や衝撃に因るリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置ずれなどを防止するためである。即ち、本実施例では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの封止溶接を適切に行うために、封止溶接前に仮付け溶接を行う。

図４を用いて、本実施例に係る仮付け溶接方法について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、ワーク１０の上面図を示している。図４（ａ）は、レーザビーム又は電子ビームによる仮付け溶接の一例を示している。この場合、リッド１０ａの４隅の点４０にレーザビーム又は電子ビームを照射して仮付け溶接を行っている。図４（ｂ）は、シーム溶接などの抵抗溶接による仮付け溶接の他の例を示している。この場合、リッド１０ａの対向する２辺４１に抵抗溶接を行っている。このような２辺４１の仮付け溶接は、一対のローラ電極などによって転がり溶接又は押し付け溶接を行うことによって形成される。

一般的にビーム溶接では、上記した仮付け溶接を封止溶接前に行わずに、封止溶接を行う際に治具などを用いて、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの位置決めと固定や、パッケージ１０ｂへのリッド１０ａの押し付けを行っている。この場合、リッド１０ａの外周部分を治具で押さえるので、リッド１０ａの内側に封止溶接を行う必要がある。そのため、治具を用いる方法では、パッケージ１０ｂのシール幅（壁幅）が必要になり、パッケージ１０ｂの内容積が狭くなって小型のパッケージ１０ｂへの対応が困難となったり、リッド１０ａのマーキングスペースが狭くなったりする場合がある。また、治具の取付け作業なども必要である。

これに対し、本実施例では、仮付け溶接を行ったワーク１０に対して封止溶接を行うため、リッド１０ａの外周を溶接することができる（即ち、治具で押さえる部分を確保する必要がない）ため、パッケージ１０ｂのシール幅を狭くすることができる。そのため、本実施例に係る仮付け溶接を行うことにより、パッケージ１０ｂの内容積を広く確保することができ、小型のパッケージ１０ｂへの対応が容易であると共に、リッド１０ａのマーキングスペースを広く確保することができる。また、治具が不要であるため、治具の取付け作業などを行う必要がない。以上より、本実施例に係る仮付け溶接によれば、簡便な作業によって、適切に封止溶接を行うことが可能となる。

なお、レーザビームを用いて仮付け溶接を行う場合には、レーザビームのレーザパワーを、封止溶接時に設定するレーザパワーよりも弱く設定することが好ましい。こうするのは、仮付け溶接を確実に行うと共に、仮付け溶接によるリッド１０ａの溶け過ぎを防止するためである。

（磁石を用いた固定方法）
ここで、磁石を用いてリッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共にワーク１０をトレイ２０に対して固定する方法について説明する。本実施例では、封止溶接を行う際に、言い換えると封止室３１内において、磁石による磁力をリッド１０ａに対して付与することによって、リッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定する。こうするのは、封止溶接時に、リッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して動かなくするためである。また、磁石による磁力をリッド１０ａに対して付与することによって、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定する。こうするのは、封止溶接時に、レーザビームでワーク１０が動かなくするためである。なお、前述したように封止室３１に搬送されたワーク１０は仮付け溶接された状態にあるが、本実施例では、封止溶接時におけるリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの固定を更に確実にするために磁石を用いて固定を行っている。例えば、封止溶接時には仮付け部分が溶融するためリッド１０ａがパッケージ１０ｂに対して移動し易くなるが、磁石を用いて固定を行うことにより、このような移動を確実に抑制することが可能となる。

図５は、磁石による固定方法を説明するための図である。図５（ａ）は、ワーク１０、トレイ２０、マグネットベッド４６、及びステージ２３の断面図（図３（ａ）中の切断線Ｂ１−Ｂ２に対応する線分による断面図）を示している。マグネットベッド４６は、複数の磁石４５が設けられており、トレイ２０とステージ２３の間に挟まれている。マグネットベッド４６は予めステージ２３の上に載置されているため、トレイ２０が封止室３１に搬入された際に、マグネットベッド４６上にトレイ２０が載置される。複数の磁石４５は、トレイ２０がマグネットベッド４６上に載置された状態において、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対向する位置に設けられている。また、磁石４５は矩形形状を有していると共に、磁石４５の大きさは、リッド１０ａ及びパッケージ１０ｂの大きさと概ね同一である。更に、磁石４５は、ワーク１０がトレイ２０に載置された状態において、ワーク１０の中心と磁石４５の中心が概ね一致するような位置に配置されている。

リッド１０ａは、前述したような金属材料で構成されているため、磁石４５によって白抜き矢印で示すような磁力を受ける。これに対して、パッケージ１０ｂは、セラミック材料で構成されているため磁力は受けない。したがって、リッド１０ａが磁力を受けることによって、リッド１０ａがパッケージ１０ｂとトレイ２０に対して付勢されて、リッド１０ａはパッケージ１０ｂに対して固定されると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂはトレイ２０に対して固定される。

図５（ｂ）は、図５（ａ）中の矢印Ｃ方向からマグネットベッド４６を観察した図であり、マグネットベッド４６の一例を示す図である。図５（ｂ）に示すように、磁石４５のＮ極とＳ極とが形成する軸の方向がマグネットベッド４６の水平方向に一致するように、マグネットベッド４６に磁石４５を配置している。具体的には、磁石４５のＮ極とＳ極が隣り合うように磁石４５を横方向に配置し、縦方向にもＮ極とＳ極が隣り合うように磁石４５を配置する。このように磁石４５を配置することにより、磁石４５に対向する位置（即ちワーク１０が載置される位置）に及ぼす磁力が概ね均一になるため、マグネットベッド４６にトレイ２０を載置する際に、トレイ２０上のワーク１０が磁力によって反転などしてしまうことを抑制することができる。

一般的にビーム溶接では、上記したような磁石４５による固定を行わずに、治具を用いて機械的にリッド１０ａ及びパッケージ１０ｂを押え付けて封止溶接する方法が行われている。この場合には、複雑な形状（即ちリッド１０ａとパッケージ１０ｂの形状に適合する形状）を有する治具が必要であると共に、溶接する際にはそれらの治具を組む必要がある。更に、治具を用いて固定する方法の他に、パッケージ１０ｂに搭載したリッド１０ａの表面をガラス板で押え付けて固定する方法が一般的に行われているが、この方法を用いた場合にはガラス板に付着した汚れを除去する手間が必要となる。

これに対し、本実施例では、治具やガラス板を用いる代わりに磁石４５を用いているため、手間を要せず、且つ簡便な作業によって、封止溶接時にリッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定すると共に、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定することができる。また、治具を用いて固定する場合、治具で押さえていないリッド１０ａの内側にレーザビームなどを照射する必要があるため、シール幅の狭い小型のパッケージ１０ｂに対応することは困難であるが、本実施例に係る磁石４５を用いた固定方法によれば、機械的に固定を行わないため（即ちリッド１０ａ及びパッケージ１０ｂに対して直接接触しないため）、レーザビームの照射を妨げることがないので、シール幅の狭い小型のパッケージ１０ｂにも対応することができる。

［第２実施例］
次に、第２実施例に係るレーザ溶接装置について説明する。第２実施例に係るレーザ溶接装置は、封止溶接だけでなく仮付け溶接も行う点で、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００とは異なる。即ち、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００は、仮付け溶接された状態にあるワーク１０に対して作業を行ったが、第２実施例に係るレーザ溶接装置は、仮付け溶接されていない状態にあるワーク１０に対して作業を行う。

図６は、第２実施例に係るレーザ溶接装置１０１の概略構成を示す図である。レーザ溶接装置１０１は、主に、アニール室５０と、ドライポンプ５１と、クライオポンプ５２と、仮付け室５７と、仮付け機構５５とを有する点で、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と構成が異なる。よって、同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、図６中の実線矢印は、トレイ２０が移動する方向を示している。なお、ガルバノヘッド３６は実際にはガラス窓２５（破線で示す）の上方に位置するが、図６では、説明の便宜上、ガルバノヘッド３６をずらして示している。

アニール室５０では、パッケージ１０ｂに付着したガスなどを除去するアニール処理（真空加熱処理）が行われる。アニール室５０には、パッケージ１０ｂ（電子部品１０ｃを含む）のみが載置されたトレイ２０が搬入され、ドライポンプ５１及びクライオポンプ５２によって内部が真空状態にされ、アニール室５０内の図示しないヒーターによって加熱される。アニール処理後の複数のパッケージ１０ｂが載置されたトレイ２０は、仮付け室５７のストック棚に搬送バッファー５３によって搬入される。なお、アニール室５０を真空状態に維持する代わりに、不活性ガスなどの雰囲気に維持してもよい。

仮付け室５７では、リッド１０ａとパッケージ１０ｂとの仮付け溶接が行われる。仮付け室５７には、搬送バッファー５３によってアニール室５０からトレイ２０が搬入される。そして、搬入されたトレイ２０は、ストック棚５４に載置される。このストック棚５４には、アニール処理後のトレイ２０が載置される。次に、ストック棚５４に載置されたトレイ２０は、移動機構５６によって仮付け溶接を行う仮付け台５８に搬送される。

仮付け台５８では、仮付け機構５５によって仮付け溶接のための作業が行われる。まず、仮付け機構５５によって、トレイ２０上のパッケージ１０ｂが画像処理され、画像処理結果に基づいてセンタリングしたリッド１０ａをパッケージ１０ｂ上に載置する。そして、仮付け機構５５は、前述したレーザビームを用いた仮付け溶接、或いはシーム溶接などの抵抗溶接を行う。具体的には、上記の図４に示すような方法によって、トレイ２０に載置された複数のワーク１０全てに対して仮付け溶接を行う。トレイ２０に載置された全てのワーク１０に対する仮付け溶接が完了すると、このトレイ２０は移動機構５６によって仮付け台５８から予備室３０内に搬入される。そして、前述したレーザ溶接装置１００が行う方法と同様の方法によって、ワーク１０に対する封止溶接が行われる。

このような第２実施例に係るレーザ溶接装置１０１によれば、仮付け溶接及び封止溶接を効率的に行うことができる。

なお、レーザ溶接装置１０１においても、前述した第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と同様に、封止溶接を行う際に磁石４５を用いてリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの固定を行うと共に、ワーク１０とトレイ２０との固定を行う。

また、上記では、アニール処理した後に仮付け溶接を行う例について示したが、仮付け溶接した後にアニール処理を行うことも可能である。この場合、レーザ溶接装置は仮付け台５８と仮付け機構５５を無くした構成を有し、仮付け溶接は別の装置を用いて行われる。

［第３実施例］
次に、第３実施例に係るレーザ溶接装置について説明する。第３実施例に係るレーザ溶接装置は、封止室３１内のステージ２３を移動させる代わりに、ガルバノヘッド３６自体を移動させる点で、前述した第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と構成が異なる。

図７は、第３実施例に係るレーザ溶接装置１０２の概略構成を示す図である。図７では、レーザビーム出射装置３５や、予備室３０に搬入する装置や予備室３０から排出する装置などは、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と同様であるため、図示を省略している。レーザ溶接装置１０２は、主に、封止室３１の代わりに封止室３１ａを有し、移動機構２７、２８の代わりに移動機構６１、６２を有する点で、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と構成が異なる。よって、同一の構成要素に対して同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、ガルバノヘッド３６は実際にはガラス窓２５（破線で示す）の上方に位置するが、図７では、説明の便宜上、ガルバノヘッド３６をずらして示している。

移動機構６１は、矢印９４で示す方向にガルバノヘッド３６を移動させ、移動機構６２は、矢印９５で示す方向にガルバノヘッド３６を移動させる。具体的には、移動機構６１、６２は、ガルバノヘッド３６の照射可能エリア内のワーク１０に対する溶接が終了するごとに、溶接が行われていないワーク１０がガルバノヘッド３６の照射可能エリア内に入るような位置へと、ガルバノヘッド３６を移動させる。

このようにガルバノヘッド３６を移動させることにより、封止室３１ａ内でトレイ２０を移動させる必要がないため、言い換えるとステージ６３を固定することができるため、封止室３１ａを封止室３１よりも小型化することができる。なお、封止室３１ａを小型化することによって、封止室３１ａの中間扉２２ａも、封止室３１の中間扉２２よりも小さく構成される。したがって、この中間扉２２ａから適切にトレイ２０を搬入させるために、レーザ溶接装置１０２は、予備室３０内で矢印９６方向にトレイ２０を移動させることが可能な移動機構６４を有する。

以上のように、第３実施例に係るレーザ溶接装置１０２によれば、封止室３１ａを更に小型化及び簡素化することができるため、封止室３１ａの真空度を向上させることができると共に、排気時間も短縮することができる。

なお、第３実施例に係るレーザ溶接装置１０２においても、前述した第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と同様に、仮付け溶接された状態にあるワーク１０に対して封止溶接すると共に、封止溶接を行う際に磁石４５を用いてリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの固定、及びワーク１０とトレイ２０との固定を行う。

また、レーザ溶接装置１０２を、前述した仮付け溶接及びアニール処理を行うことが可能なように構成してもよい。この場合、予備室３０に、前述した仮付け室５７又はアニール室５０（図６参照）が接続されるようにレーザ溶接装置を構成すればよい。

［第４実施例］
次に、第４実施例に係るレーザ溶接装置について説明する。第４実施例に係るレーザ溶接装置は、封止室内でトレイ２０を移動させると共に、ガルバノヘッド３６を移動させる点で、前述した第１実施例に係るレーザ溶接装置１００及び第３実施例に係るレーザ溶接装置１０２と構成が異なる。

図８は、第４実施例に係るレーザ溶接装置１０３の概略構成を示す図である。図８では、レーザビーム出射装置３５や、予備室３０の構成や、予備室３０に搬入する装置及び予備室３０から排出する装置などは、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と同様であるため、図示を省略している。レーザ溶接装置１０３は、主に、封止室３１の代わりに封止室３１ｂを有し、移動機構２７、２８の代わりに移動機構７１、７２を有する点で、第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と構成が異なる。よって、同一の構成要素に対して同一の符号を付し、その説明を省略する。なお、ガルバノヘッド３６は実際にはガラス窓２５（破線で示す）の上方に位置するが、図８では、説明の便宜上、ガルバノヘッド３６をずらして示している。

移動機構７１は、矢印９７で示す方向にガルバノヘッド３６を移動させ、移動機構７２は、矢印９８で示す方向にトレイ２０が載置されたステージ７３を移動させる。具体的には、移動機構７１、７２は、ガルバノヘッド３６の照射可能エリア内のワーク１０に対する溶接が終了するごとに、溶接が行われていないワーク１０がガルバノヘッド３６の照射可能エリア内に入るような位置へと、ガルバノヘッド３６を移動させる。

このようにガルバノヘッド３６を移動させることにより、封止室３１ｂ内でステージ７３を一方向のみに移動させればよいため、封止室３１ｂを封止室３１よりも小型化することができる。具体的には、ガルバノヘッド３６の移動方向に、封止室３１ｂのサイズを小さく構成することができる。また、移動機構７２によってステージ７３を移動させ、ガルバノヘッド３６を一方向のみに移動させるため、第３実施例に係るレーザ溶接装置１０２と比較すると、ガルバノヘッド３６周辺の装置構成を簡便にすることが可能となる。

以上のように、第４実施例に係るレーザ溶接装置１０３によれば、ガルバノヘッド３６周辺の装置構成を簡便にしつつ、封止室３１ｂを小型化及び簡素化することができる。

なお、第４実施例に係るレーザ溶接装置１０３においても、前述した第１実施例に係るレーザ溶接装置１００と同様に、仮付け溶接された状態にあるワーク１０に対して封止溶接すると共に、封止溶接を行う際に磁石４５を用いてリッド１０ａとパッケージ１０ｂとの固定、及びワーク１０とトレイ２０との固定を行う。

また、レーザ溶接装置１０３を、前述した仮付け溶接及びアニール処理を行うことが可能なように構成してもよい。この場合、予備室３０に、前述した仮付け室５７又はアニール室５０（図６参照）が接続されるようにレーザ溶接装置を構成すればよい。

［変形例］
上記した実施例では、封止室３１、３１ａ、３１ｂに仮付け溶接した状態にあるワーク１０を搬入し、封止室３１、３１ａ、３１ｂで封止溶接のみを行う例について示したが、変形例に係るレーザ溶接装置は、封止室において仮付け溶接及び封止溶接の両方を行うことができる。即ち、変形例に係るレーザ溶接装置は、同一の部屋で、仮付け溶接及び封止溶接の両方を行う。この場合、磁石４５によって固定した状態で、仮付け溶接及び封止溶接を行う部屋までのトレイ２０の搬送を行う。即ち、トレイ２０が載置されるマグネットベッド４６自体を移動機構などによって移動させる。そして、上記の部屋にトレイ２０が搬送された後、磁石４５によってリッド１０ａをパッケージ１０ｂに対して固定し、リッド１０ａとパッケージ１０ｂをトレイ２０に対して固定した状態で、ワーク１０に対する仮付け溶接と封止溶接を行う。なお、上記のように同一の部屋で仮付け溶接及び封止溶接の両方を行う場合、マグネットベッド４６を用いる代わりに、磁石４５が予め設けられたトレイを用いてもよい。この場合には、トレイにワーク１０を載置した時点で、磁力によってリッド１０ａはパッケージ１０ｂに対して固定され、リッド１０ａとパッケージ１０ｂはトレイ２０に対して固定される。

以上のように、本実施例に係るレーザ溶接装置は、リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、ワークが封止されるように溶接を行う装置であり、レーザビームを出射するレーザビーム出射装置と、レーザビーム出射部から出射されたレーザビームを受光し、当該レーザビームを照射する位置を変更するガルバノヘッドと、ワーク及びガルバノミラーのうち少なくともいずれかを移動させる移動機構と、を備える。これにより、簡便な装置構成によって、複数のワークに対して効率的かつ適切に溶接を行うことができる。

本発明の第１実施例に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。 ワークの具体的な構成を示す図である。 ワークが載置されたトレイの状態を示す図である。 仮付け溶接方法を説明するための図である。 磁石を用いた固定方法を説明するための図である。 第２実施例に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。 第３実施例に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。 第４実施例に係るレーザ溶接装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ ワーク
１０ａ リッド
１０ｂ パッケージ
２０ トレイ
２３ ステージ
２７、２８ 移動機構
３０ 予備室
３１ 封止室
３５ レーザビーム出射装置
３６ ガルバノヘッド
１００ レーザ溶接装置

Claims (9)

1. リッドとパッケージを備えるワークに対してレーザビームを照射することによって、前記ワークが封止されるように溶接を行うレーザ溶接装置であって、
   前記レーザビームを出射するレーザビーム出射部と、
   前記レーザビーム出射部から出射されたレーザビームを受光し、当該レーザビームを照射する位置を変更する照射位置変更部と、
   前記ワーク及び前記照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる移動手段と、を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
2. 前記ワークを溶接する際に、当該ワークが搬入される封止室を更に備え、
   前記レーザビーム出射部及び前記照射位置変更部は、前記封止室の外部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
3. 前記封止室には、前記レーザビームが透過する透過窓が設けられており、
   前記照射位置変更部は、前記透過窓から前記封止室へレーザビームが入射されるように、前記レーザビームが照射される位置を変更することを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接装置。
4. 前記リッドと前記パッケージとが仮付けされた状態にあるワークに対して、前記ワークを封止するための溶接を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
5. 前記封止するための溶接を行う前に、前記リッドと前記パッケージとを前記仮付けするための溶接を行う仮付け機構を更に備えることを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接装置。
6. 磁石による磁力を前記リッドに対して付与することによって、前記リッドを前記パッケージに対して固定すると共に、前記ワークが載置されるトレイに対して前記リッド及び前記パッケージを固定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
7. 前記封止室には、複数のワークが載置されたトレイが搬入されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
8. 前記照射位置変更部は、前記ワークを画像計測する画像計測手段と、
   前記画像計測結果に基づいて、前記レーザビームを照射する位置を補正する位置補正手段と、を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のレーザ溶接装置。
9. レーザビームを出射するレーザビーム出射部と、前記レーザビームを照射する位置を変更する照射位置変更部とを備える装置によって実行され、ワークが封止されるように溶接を行うレーザ溶接方法であって、
   前記レーザビームを出射させるレーザビーム出射工程と、
   前記レーザビームを照射する位置を変更させる照射位置変更工程と、
   前記ワーク及び前記照射位置変更部のうち少なくともいずれかを移動させる移動工程を備えることを特徴とするレーザ溶接方法。

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