JP2008124204A - 製造対象物の熱処理装置および熱処理方法、並びに圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバー内に製造対象物を高さ方向に並べても製造上のばらつきを防止し、かつ、製造時間を短縮することができる製造対象物の熱処理装置および熱処理方法、並びに圧電デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】複数の製造対象物を高さ方向に並べて収容できるチャンバー４０と、チャンバー４０内にガスを充填するためのガス供給手段７６と、製造対象物を輻射熱により加熱する輻射式加熱手段６０と、輻射式加熱手段６０が稼動している際に、チャンバー４０内におけるガスを攪拌する攪拌手段７０と、ガスを排出して、チャンバー４０内を真空状態にする真空発生手段７４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、製造対象物の熱処理装置および熱処理方法、並びに圧電デバイスの製造方法に関する。

電子デバイス等の製造対象物は熱処理を経て製造されることが多く、例えば、電子部品をパッケージ内に固定するための接着剤を加熱したり、パッケージに蓋体を接合するための接着剤を加熱したりしている。あるいは、例えば、パッケージ内に接着剤で圧電振動片が接合されている圧電振動子の場合、接着剤から発生するガスが圧電振動片に付着して悪影響を及ぼすことから、パッケージを蓋封止する前に、硬化した接着剤をさらに加熱してガスを排出させるために熱処理をしている。

図８は、このような熱処理を行なうための従来の熱処理装置１の部分拡大図である（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、この熱処理装置１で処理される電子デバイス８は、パッケージとなるベース２と、電子部品（図示せず）と電気的に接続されたリードフレーム４とを有しており、図８の熱処理装置１は、このベース２とリードフレーム４とを低融点ガラス（図示せず）で接合する装置である。
具体的には、電子デバイス８をヒートブロック５上に水平方向に並べて、ヒートブロック５から熱伝導で電子デバイス８を加熱している。また、熱伝導式だけでは、ベース２に反り等があるとヒートブロック５の熱が上手く伝わらないことから、赤外線ランプ６でも電子デバイス８を加熱している。

特開昭６３−１７９５５３の公開公報

ところが、図８の熱処理装置では、複数の電子デバイス８，・・・を水平方向に並べる必要性から場所をとってしまうため、一度に多数の電子デバイスを熱処理することができず、製造効率が悪くなってしまう。このため、図９に示すように、チャンバー７内に、複数の電子デバイス８，・・・を高さ方向に積み上げて、バッチ処理できるようにすればよい。
しかし、複数の電子デバイス８，・・・を高さ方向に積んで加熱すると、チャンバー７内の上側と下側とで温度が異なることから、各電子デバイス８に性能上のばらつきが発生し、また、製造時間も長くなることがある。

図１０はこのような電子デバイス毎の性能上のばらつきの発生と、製造時間の長期化を説明するための温度プロファイルであり、チャンバー内での上下方向の配置が異なる電子デバイス８ａ，８ｂ，８ｃ付近の温度を計測している。この図に示すように、温度を上昇させるに従って、電子デバイス８ａ，８ｂ，８ｃを載置する場所に応じて温度差が大きくなっていくことがわかる。そして、このように温度差があると、その製品の性能がばらつく要因となる。また、この上昇した温度を保持しようとすると（図１０の温度キープ時）、このばらついた温度がそのまま続いてしまう。さらに、図１０の場合、全ての電子デバイス８ａ，８ｂ，８ｃを、設定温度の許容範囲内である３００℃±１０℃内に収めようとすると、温度調整に相当の時間を費やしてしまった。

本発明は、上述の課題を解決するためのものであり、チャンバー内に製造対象物を高さ方向に並べても製造上のばらつきを防止し、かつ、製造時間を短縮することができる製造対象物の熱処理装置および熱処理方法、並びに圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上述の目的は、第１の発明によれば、複数の製造対象物を高さ方向に並べて収容できるチャンバーと、前記チャンバー内にガスを充填するためのガス供給手段と、前記チャンバー内を輻射熱により加熱する輻射式加熱手段と、前記輻射式加熱手段が稼動している際に、前記チャンバー内における前記ガスを攪拌する攪拌手段と、前記ガスを排出して、前記チャンバー内を真空状態にする真空発生手段と、を備える製造対象物の熱処理装置により達成される。

第１の発明の構成によれば、熱処理装置のチャンバーは、複数の製造対象物を高さ方向に並べられるので、一度に多数の製造対象物を熱処理できる。
ここで、熱処理装置は、チャンバー内にガスを充填するためのガス供給手段と、チャンバー内を輻射熱により加熱する輻射式加熱手段と、輻射式加熱手段が稼動している際に、チャンバー内におけるガスを攪拌する攪拌手段とを有している。したがって、ガス供給手段で供給されたガスを輻射式加熱手段で加熱し、この加熱されたガスを攪拌手段で攪拌することで、チャンバー内における加熱されたガスの分布を均一にして、温度分布を均一にすることができる。
さらに、本発明の熱処理装置は、ガスを排出して、チャンバー内を真空状態にする真空発生手段を有している。このため、上述のようにチャンバー内の温度分布を均一にした後に、ガスを排出して真空状態にすれば、この真空状態が断熱材の役割を果たし、チャンバー内の温度を維持することができる。
この点、チャンバー内が真空状態で断熱されていても、製造対象物はチャンバー内のいずれかの部分で保持される必要があるため、その保持部分を通じて、熱がチャンバー外に逃げてしまう。ところが、本装置の加熱手段は輻射式加熱手段であるため、真空状態においても製造対象物を効率よく加熱できる。したがって、前記保持部分を通じてチャンバー外に逃げた熱の分を、輻射式加熱手段で加熱してあげれば、チャンバー内の温度を維持できる。
以上のようにして、高さ方向に並べられた全て、或いはほとんどの製造対象物を、容易に設定温度の許容範囲内で熱処理することができる。
かくして、本発明によれば、チャンバー内に製造対象物を高さ方向に並べても製造上のばらつきを防止し、かつ、製造時間を短縮することができる製造対象物の熱処理装置を提供することができる。

第２の発明は、第１の発明の構成において、前記チャンバー内には、前記製造対象物を載置する棚段を有するマガジンが収容されており、このマガジンが載せられる載置部を加熱する熱伝導式加熱手段が設けられていることを特徴とする。
第２の発明の構成によれば、チャンバー内には、製造対象物を載置する棚段を有するマガジンが収容されており、このマガジンが載せられる載置部を加熱する熱伝導式加熱手段が設けられている。したがって、この熱伝導式加熱手段によって、輻射式加熱手段による加熱を補助することができる。さらに、熱伝導式加熱手段は、載置部を通じてマガジンを下側から加熱することになり、マガジンの上側と下側とで発生した温度差を解消する働きを有するため、例えば、上述のように攪拌手段でチャンバー内の温度分布を均一にしようとする作用効果を補助できる。

第３の発明は、第２の発明の構成において、前記チャンバー内には、前記マガジンに接触する薄板状の金属材料と接続された熱電対が設けられていることを特徴とする。
第３の発明の構成によれば、チャンバー内には、マガジンに接触する薄板状の金属材料と接続された熱電対が設けられている。したがって、薄板状の金属材料を介して熱電対によりマガジンの実際の温度に近い温度を計測することができる。

第４の発明は、第２または第３の発明の構成において、前記マガジンの表面は黒系統の色を有しており、前記チャンバーの内面は鏡面になっていることを特徴とする。
第４の発明の構成によれば、マガジンの表面は黒系統の色を有しており、チャンバーの内面は鏡面になっている。したがって、輻射式加熱手段の輻射波をチャンバー内で反射させて、マガジンのみに対して輻射波の吸収効率を高めて、迅速に製造対象物を加熱することができる。そして、加熱対象をマガジンのみに絞り込んだことで、加熱後のチャンバー内の冷却を迅速に行なうことができる。

第５の発明は、第１ないし第４の発明のいずれかの構成において、前記輻射式加熱手段は、水平方向に輻射波が照射されるハロゲンランプが利用されており、このハロゲンランプは、前記高さ方向に並べられた複数の製造対象物の少なくとも最上部に対して相対的に下側に配置されていることを特徴とする。
第５の発明の構成によれば、輻射式加熱手段は、水平方向に輻射波が照射されるハロゲンランプが利用されており、このハロゲンランプは、複数の製造対象物の少なくとも最上部に対して相対的に下側に配置されている。したがって、輻射式加熱手段は少なくとも製造対象物の最上部を直接的に加熱しないため、熱が上昇することで生ずる上部と下部との温度差を広げないようにすることができる。

また、上述の目的は、第６の発明によれば、チャンバー内に、複数の製造対象物を高さ方向に並べた後、ガスを入れるガス供給工程と、前記ガスを攪拌しながら、前記チャンバー内を加熱するようにした第１の加熱工程と、前記ガスを排出して、前記チャンバー内を真空状態にする真空発生工程と、前記真空状態において、前記製造対象物を保持する部材と前記チャンバーとの接触領域から逃げた温度に対応して、前記製造対象物を加熱する第２の加熱工程とを備えた製造対象物の熱処理方法により達成される。

第６の発明の構成によれば、製造対象物の熱処理方法では、チャンバー内に複数の製造対象物を高さ方向に並べて、一度に多数の製造対象物を熱処理できる。
そして、ガスを入れるガス供給工程と、ガスを攪拌しながらチャンバー内を加熱するようにした第１の加熱工程を有するため、第１の発明と同様の作用により、熱が上昇しようとしても、加熱されたガスの攪拌によって、チャンバー内での温度分布を均一にできる。
その後、本熱処理方法では、ガスを排出して、チャンバー内を真空状態にする真空発生工程を有するため、真空状態の断熱材効果によりチャンバー内の温度を維持できる。
さらに、本熱処理方法では、真空状態において、製造対象物を保持する部材とチャンバーとの接触領域から逃げた温度に対応して、製造対象物を加熱する第２の加熱工程を有する。したがって、真空状態において、製造対象物を保持する部材とチャンバーとの接触領域を通じて、チャンバー外に熱が逃げたとしても、その逃げた分だけ加熱して、チャンバー内の温度を一定に維持できる。
かくして、本発明によれば、チャンバー内に製造対象物を高さ方向に並べても製造上のばらつきを防止し、かつ、製造時間を短縮することができる製造対象物の熱処理方法を提供することができる。

また、上述の目的は、第７の発明によれば、パッケージ内の接着剤の上に圧電振動片を載置し、前記接着剤を加熱して前記パッケージと前記圧電振動片とを接合するマウント工程と、前記接着剤をさらに加熱するアニール工程と、前記パッケージと蓋体とをロウ材を加熱して接合する蓋封止工程とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、前記加熱を施すいずれかの工程では、複数の完成前の圧電デバイスをチャンバー内の高さ方向に並べた後、前記チャンバー内にガスを入れるガス供給工程と、前記ガスを攪拌しながら、前記チャンバー内を加熱する第１の加熱工程と、前記ガスを排出して、前記チャンバー内を真空状態にする真空発生工程と、前記真空状態において、前記圧電デバイスを保持する部材と前記チャンバーとの接触領域から逃げた温度に対応して、前記圧電デバイスを加熱する第２の加熱工程とを有する圧電デバイスの製造方法により達成される。

第７の発明の構成によれば、圧電デバイスの製造方法は、加熱を施すいずれかの工程で、複数の完成前の圧電デバイスをチャンバー内の高さ方向に並べるため、一度に多数の圧電デバイスを熱処理できる。そして、ガスを入れるガス供給工程と、ガスを攪拌しながら、チャンバー内を加熱するようにした第１の加熱工程を有するため、第１の発明と同様の作用により、加熱されたガスの攪拌によって、チャンバー内での温度分布を均一にできる。また、ガスを排出して、チャンバー内を真空状態にする真空発生工程を有するため、真空状態の断熱材効果により、チャンバー内の温度を維持することができる。そして、真空状態において、圧電デバイスを保持する部材とチャンバーとの接触領域から逃げた温度に対応して、圧電デバイスを加熱する第２の加熱工程を有する。したがって、真空状態において、圧電デバイスを保持する部材とチャンバーとの接触領域を通じて、チャンバー外に熱が逃げたとしても、その分だけ加熱して、チャンバー内の温度を一定に維持できる。
かくして、本発明によれば、チャンバー内に製造対象物を高さ方向に並べても製造上のばらつきを防止し、かつ、製造時間を短縮することができる圧電デバイスの製造方法を提供することができる。

第８の発明は、第７の発明の構成において、前記マウント工程と前記アニール工程とが同一のチャンバー内で連続して行なわれるようになっており、前記マウント工程は、前記ガス供給工程と前記第１の加熱工程とを有し、前記アニール工程は、前記真空発生工程と前記第２の加熱工程とを有することを特徴とする。
第８の発明の構成によれば、マウント工程は、ガス供給工程と第１の加熱工程とを有するため、第７の発明と同様の作用効果を発揮し、チャンバー内での温度分布を均一にして、ばらつきのない圧電振動片の接合が可能となる。
また、アニール工程は、真空発生工程と第２の加熱工程とを有するため、第７の発明と同様の作用効果を発揮し、チャンバー内の温度を一定に維持しながら、接着剤から発生するガスを出すことができる。そして、このアニール工程では、真空状態で行なうため、接着剤から発生したガスを効率よく排気することもできる。
さらに、このようなマウント工程とアニール工程とは同一のチャンバー内で連続して行なわれるため、迅速な製造が可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置を用いて処理される製造対象物の例示として圧電デバイス１０の概略縦断面図である。
なお、図１の圧電デバイス１０は圧電振動子を例示しており、パッケージ１２内に圧電振動片１４が収容されている。
パッケージ１２は、例えば複数のセラミックベースを積層して焼結されることで形成されており、全体が矩形状あるいは箱状となっている。このパッケージ１２は、中央付近を凹状とすることで、上部に開口した開口部１６を有する内部空間Ｓが設けられている。この内部空間Ｓが、例えば水晶等から形成された圧電振動片１４を収容する空間である。

このパッケージ１２の内部空間Ｓに露出した内側底面には、圧電振動片１４に駆動電圧を印加する金や銀等からなる電極部２０が設けられており、この電極部２０の上に接着剤２２が塗布されている。そして、接着剤２２の上に圧電振動片１４が載置されて、接着剤２２が加熱・硬化することで、パッケージ１２と圧電振動片１４とが接合されている。
接着剤２２は、本実施形態の場合、例えば、エポキシ系、シリコーン系、ポリイミド系、その他の熱硬化性樹脂接着剤や、これらに導電フィラーとして銀を添加した所謂銀ペースト等の導電性接着剤が用いられている。

そして、パッケージ１２の開口部１６側の端面に、ロウ材１８を用いて蓋体１３を接合し、これにより内部空間Ｓが封止されている。蓋体１３は、蓋封止後であっても、圧電振動片１４の金属被覆部（図示せず）にレーザ光Ｌを照射して、質量削減方式で周波数調整できるように、光を透過するガラス材料から形成されている。ロウ材１８は、低融点ガラスやシームリング等が利用できるが、本実施形態の場合、上述のように蓋体１３がガラス材料から形成されているため、低融点ガラスが用いられている。

図２は図１の圧電デバイス１０の簡単な製造工程を示している。なお、以下の説明において図２に記載されていない符合は図１を参照。
すなわち、上述した圧電デバイス１０は、予め形成されたパッケージ１２内に接着剤２２を塗布し、その上に圧電振動片１４を載置して、接着剤２２を加熱してパッケージ１２と圧電振動片１４とを接合している（図２のＳ１：マウント工程）。
次いで、圧電振動片１４が接合されている状態において、接着剤２２をさらに加熱する（図２のＳ２：アニール工程）。この加熱は、接着剤２２に含有されるガス成分が十分に外に排出されるように、長めの時間を設定することが好ましく、本実施形態の場合、シリコーン系の導電性接着剤を約２時間にわたって加熱している。これにより、その後の熱処理におけるガスの発生を防止することができる。
次いで、パッケージ１２と蓋体１３とをロウ材１８を加熱して接合し（図２のＳ３：蓋封止工程）、その後、レーザ光Ｌを透明な蓋体１３を透過させて圧電振動片１４の金属被覆部に照射し、質量削減方式により周波数を微調整して（図２のＳＴ４：周波数調整）、圧電デバイス１０を完成させる。

図３ないし図５は、本発明の実施形態に係る熱処理装置３０であって、上述した圧電デバイスの製造過程において熱処理を行うための装置である。このうち、図３は熱処理装置３０の全体構成を示す構成図、図４は熱処理装置３０のチャンバー部分の概略斜視図、図５はこのチャンバー内に収容されるマガジンの概略斜視図である。
これらの図に示されるように、熱処理装置３０は、チャンバー４０と、このチャンバー４０内に収容されるマガジン５０とを備えている。

チャンバー４０は、図３に示すように、内側に、製造対象物の例である複数の圧電デバイス（図示せず）を高さ方向に並べられる収容空間Ｓ１を有しており、この収容空間Ｓ１は図示しない扉により密閉可能となっている。本実施形態の場合、複数の圧電デバイスはマガジン５０内に入れられて、このマガジン５０をチャンバー４０内に収容することで、複数の圧電デバイスが高さ方向に並べられている。
なお、このチャンバー４０は、２つのマガジン５０を収容するようになっているが（図４の一点鎖線で囲まれた２つの枠がその置き場所）、本発明はこれに限られず、一つ或いは３つ以上のマガジン５０を収容してもよい。さらに、本発明は、マガジン５０を必ず利用しなくてもよく、例えば、直接、チャンバー４０に棚段を設けて、その棚段に圧電デバイスを載置してもよい。

このチャンバー４０内には、図３及び図４に示すように、高さ方向に並べられた複数の圧電デバイスを加熱するための輻射式加熱手段６０が設けられている。
輻射式加熱手段６０は、熱エネルギーを電磁波として放出することで、圧電デバイスに接触せず、かつ、物質を介さずに圧電デバイスを加熱することができるものであり、赤外線ランプ等を利用することができる。
本実施形態の輻射式加熱手段６０には、例えば、一方向に長い管状のバルブ内にタングステンフィラメントを備え、そこにハロゲンガスを封入して、所定の波長を有する赤外線を放射するライン状の複数のハロゲンランプ６２，６２，・・・と、各ハロゲンランプ６２に配置された反射面としてのリフレクタ６４と、各ハロゲンランプ６２の駆動ユニット（図示せず）とが利用されている。

ハロゲンランプ６２は、輻射波が照射されるマガジン５０の両側面に対向するチャンバー４０の内面４０ａ，４０ｂの夫々に、水平方向にライン状に配置されており、複数のハロゲンランプ６２，６２・・・が互いに平行になるように高さ方向に並べられている。
リフレクタ６４は、凹状の鏡面を備えた反射手段であり、各ハロゲンランプ６２の輻射波が照射される対象物と反対側に配置されている。そして、複数のリフレクタ６４，・・・が接するように連続して、或いは一体に結合して高さ方向に並べられ、各リフレクタ６４は、各ハロゲンランプ６２から照射された輻射波を反射して、各輻射波が間口から略平行であって、水平に照射するように設定されている。
このようにして、輻射式加熱手段６０は、マガジン５０の照射しようとする領域に対して、ムラなく均一に照射できるようになっている。

さらに、このハロゲンランプ６２は、図３に示すように、マガジン５０内の高さ方向に並べられた複数の圧電デバイス（図示せず）の少なくとも最上部５１に対して相対的に下側に配置されている。このため、輻射式加熱手段６０を駆動させた場合、輻射波は少なくとも圧電デバイスの最上部付近のマガジン５０の側面に直接照射されない。したがって、熱が上昇することで生ずる上部と下部との温度差を広げないようにすることができる。

なお、輻射式加熱手段６０の輻射波が反射するように、チャンバー４０の内面は、例えばＳＵＳやアルミ等で形成された鏡面になっている。これにより、例えば、後述する真空状態において輻射式加熱手段６０を駆動させた場合、輻射波をチャンバー４０の内面で反射させて、マガジン５０のみに対して輻射波を吸収させることができる。本実施形態の場合、チャンバー４０の内面には７〜８割の高い反射率を有するアルミ鏡面が用いられている。

また、図３に示すように、好ましくは、輻射式加熱手段６０は定電流制御装置６６と接続されている。定電流制御装置６６は、一定電圧により安定して駆動電流を輻射式加熱手段６０に印加することにより、熱量の変動を生ずることがないように制御すると共に、輻射式加熱手段６０の起動に必要な制御及び断線の検出機能などを備えている。
そして、この定電流制御装置６６は、熱処理装置３０全体を制御する制御手段２８に接続されており、制御手段２８は、定電流制御装置６６を介して、輻射式加熱手段６０の熱量を切り換えたり、作業時間を設定する指示を与えたりしている。

そして、チャンバー４０内に臨んで開口する管路７１が外部に引き出されており、この管路７１はガスボンベ等のガス供給手段７６と接続されている。また、チャンバー４０には、チャンバー４０内のガスを攪拌するための攪拌手段７０が設けられている。
これらガス供給手段７６および攪拌手段７０は、チャンバー４０内の温度分布を均一にするための手段である。

すなわち、ガス供給手段７６は、チャンバー４０内にガスを充填するものであり、このガスは、上述した輻射式加熱手段６０により加熱されるようになっている。
なお、ガス供給手段５０から供給されるガスは、劣化や損傷の発生を防止するため、不活性ガスを用いることが好ましく、本実施形態の場合、熱伝導性の高い窒素を用いてチャンバー４０内を窒素雰囲気にしている。
そして、輻射式加熱手段６０でガスを加熱すると、加熱されたガスは上昇することになる。この際、上述のように、チャンバー４０には攪拌手段７０が設けられており、攪拌手段７０は、例えば、チャンバー４０内の上面（即ち天井）４０ｄに設けられて、チャンバー４０内に充填されたガスを上下方向に対流させる手段として回転するファン等からなっている。このため、攪拌手段７０を作動させると、加熱されたガスが上下方向に対流し、これにより、チャンバー４０内で加熱されたガスが均一に分布して、温度分布を均一にすることができる。

なお、これらガス供給手段５０や攪拌手段７０は、制御手段２８に接続されており、制御手段２８は、ガス供給手段５０に対して不活性ガスの供給量や供給時間などを指示し、また、攪拌手段７０の駆動のタイミング等を管理している。

また、チャンバー４０内に臨んで開口する管路７２が外部に引き出されており、この管路７２は真空ポンプ等の真空発生手段７４と接続されている。
真空発生手段７４は、チャンバー４０内を真空状態にするための手段であり、本実施形態の場合、ガス供給手段５０でチャンバー４０内を窒素雰囲気にする際に真空粗引きしている。さらに、この真空発生手段７４は、チャンバー４０内の設定温度を維持するために用いられている。すなわち、真空発生手段７４は、チャンバー４０内が所定の設定温度に到達した後、圧電デバイスの周辺の温度を一定に維持する際に、チャンバー４０内を真空状態にしている。これにより、真空状態は優れた断熱効果を発揮して、熱が逃げる経路がない限り、熱を加えなくてもチャンバー４０内の温度を一定に維持することができる。
なお、ここにいう真空状態とは所望する断熱効果に応じて真空度合いが低くても高くてもよいが、高真空状態であることがより好ましく、本実施形態の場合、真空発生手段７４は、チャンバー４０内を１０^−５Ｐａ程度になるまで減圧するように真空引きしている。

マガジン５０は、製造対象物である圧電デバイスを保持する部材であり、チャンバー４０に対して着脱可能に収容されるようになっている。本実施形態の場合、マガジン５０は、図４に示すガイド４７，４７に沿って、チャンバー４０の奥行き方向に挿入されるようになっており、また、図３及び図５に示すように、底部５０ｃと、この底部５０ｃの互いに対向する２辺から垂直に立ち上がった２つの対向する側面部５０ａ，５０ｂを有する箱状であり、側面部は輻射式加熱手段６０，６０と対向する２つの側面部５０ａ，５０ｂのみとなっている。
そして、マガジン５０の内側には、複数の製造対象物である圧電デバイスを高さ方向に並べられるように、複数の棚段５２，５２，・・・を有している。
具体的には、棚段５２は、マガジン５０の輻射波が照射される両側面部５０ａ，５０ｂの内側（すなわち内側面）に形成され、内側に突出した複数の突起部５４，５４に支持されている。そして、棚段５２は、マガジン５０に対して着脱可能なトレー状となっており、図５に示されるように、圧電デバイスの外形に合わせた凹部５６をもって、複数の圧電デバイスを保持している。

このマガジン５０は、チャンバー４０の内底４０ｃの上に配置された載置部４２に載せられており、載置部４２は熱伝導式加熱手段４４により加熱されるようになっている。
熱伝導式加熱手段４４は、図３に示すように、載置部４２に内蔵されたシースヒーターからなっており、上述した輻射式加熱手段６０による加熱を補助している。より具体的には、熱伝導式加熱手段４４は、マガジン５０の下に配置された載置部４２を通じて、マガジン５０を下側から加熱することになり、マガジン５０の上側と下側とで発生した温度差を解消している。

また、本実施形態の載置部４２は、冷却手段４６によって冷却されるようになっている。この冷却手段４６は、例えば、載置部４２に内蔵された冷却管４９とこの冷却管４９に冷却水を供給するポンプ４３等により形成されている。これにより、所定の製造工程を終えた後、マガジン５０が冷却される。なお、この冷却手段４６や熱伝導式加熱手段４４は、制御手段２８と接続されて、マガジン５０の温度に対応した制御がなされている。

なお、図３及び図４に示すように、マガジン５０が置かれる載置部４２には、ガス供給手段５０や真空発生手段７４と接続された管路７１，７２の開口部７１ａ，７２ａがマガジン５０側に臨んでおり、このため、図３及び図５に示すように、マガジン５０の底部５０ｃは、この開口部７１ａ，７２ａを塞いでしまわないように、貫通孔５６が形成されている。そして、この貫通孔５６は、マガジン５０と載置部４２との接触面積を小さくして、マガジン５０の熱が載置部４２を介して、外部に逃げ難いようにもしている。

また、マガジン５０は、その表面が黒系統の色からなっており、輻射式加熱手段６０の輻射波の吸収効率を高められるようになっており、特に、本実施形態のチャンバー４０の内面は鏡面になっていることから、マガジン５０のみに対して輻射波の吸収効率を高めて、素早く製造対象物を加熱することができる。

さらに、マガジン５０は、チャンバー４０内に収容された場合、温度を計測するためにチャンバー４０内に設けられた熱電対４８に接続された薄板状の金属材料３９と接触するようになっている。
具体的には、熱電対４８は、図３及び図４に示すように、マガジン５０がチャンバー４０内に挿入される方向と直交する方向（垂直方向を除く）に撓む板バネからなる金属材料３９と溶接されている。これにより、マガジン５０をガイド４７に沿って挿入した場合、板バネからなる金属材料３９がマガジン５０の輻射波が照射される両側面５０ａ，５０ｂに確実に接触し、金属材料３９を介して熱電対４８により、マガジン５０の温度を計測できる。そして、この熱電対４８は制御手段２８と接続されており、制御手段２８は熱電対４８で計測した温度に応じて、輻射式加熱手段６０や熱伝導式加熱手段４４、或いは冷却手段４６や攪拌手段７０などを制御している。

本実施形態に係る熱処理装置３０は以上のように構成されており、以下、その動作等について、図１乃至図５を適宜参照しながら、図６および図７を中心に説明する。
図６は、上述した熱処理装置を用いて圧電デバイスを熱処理する方法のフローチャートであり、圧電デバイスのマウント工程（図２のＳＴ１）とアニール工程（図２のＳＴ２）の際に用いられるフローである。また、図７は図６の熱処理の温度プロファイルであって、マガジンの複数の棚の段毎に温度を計測している。

すなわち、上述したように、圧電デバイスのマウント工程（図２のＳＴ１）では、予め形成されたパッケージの内底に接着剤を塗布し、その接着剤の上に圧電振動片を載置する。そして、このような状態の被加熱物（完成前の圧電デバイス）を複数形成しておいて、これらを、図３に示すマガジン５０の棚段に載置して、マガジン５０をチャンバー４０内に収容し、チャンバー４０を密封してから熱処理が始まる（図６のＳＴ１０）。

先ず、図３に示す真空ポンプ等からなる真空発生手段７４により、管路７２を介してチャンバー４０内を真空粗引きをして、チャンバー４０内をある程度真空雰囲気にする（図６のＳＴ１１）。なお、この真空粗引きは必ずしも必要ではないが、後述する劣化・耐食を防止するために不活性ガスをチャンバー４０内に導入することに鑑みて行なうことが好ましい。
次いで、図３に示すチャンバー４０内が所定の真空度に達したとき、制御手段２８の指示に基づいて、ガスボンベ等に接続された電磁弁を開くなどしてガス供給手段７６を稼動させ、不活性ガス、好ましくは加熱が容易な窒素をチャンバー４０内に供給して、窒素雰囲気にする（図６のＳＴ１２：ガス供給工程）。

次いで、図３に示す輻射式加熱手段６０と攪拌手段７０を稼動させる（図６のＳＴ１３：第１の加熱工程）。具体的には、チャンバー内が窒素雰囲気になった後、図３に示す制御手段２８の指示に基づいて、ハロゲンランプ等からなる輻射式加熱手段６０を、所定時間（本実施形態の場合３０分前後）稼動させることで、窒素ガスを加熱する。そして、この輻射式加熱手段６０を稼動させている際、図３に示すファン等からなる攪拌手段７０も稼動させる。
これにより、加熱された窒素ガスが上下方向に対流して、チャンバー４０内の温度分布（ガス分布）を均一にできる。本実施形態の場合、図７に示すように、昇温時におけるマガジンの各棚の温度はほとんど変わらず、最も温度の低い棚で約２６３℃、最も温度の高い棚で約２８０℃であった。したがって、チャンバー内に複数の圧電デバイスを高さ方向に並べて収容しても、製造のばらつきを解消することができる。また、特段の事情を除くほとんどの圧電デバイスが設定温度の許容範囲内にあるため、従来のように設定温度の許容範囲内に温度調整する作業を行なう必要がなくなるため、迅速な製造が可能となる。

そして、この２７５℃前後の加熱により、図１に示すパッケージ１２に塗布した導電性接着剤２２を硬化させて、圧電振動片１４とパッケージ１２とを接合することができる。
なお、本実施形態の場合、図７に示すように迅速にチャンバー内の温度を上げることができるようにし、かつ、マガジンの上側と下側とで温度差が生じないように、図３に示すマガジン５０の下にあるシースヒーター等の熱伝導式加熱手段４４も稼動させている。

次いで、図３に示す熱電対４８でマガジン５０の側面部５０ａ，５０ｂの温度を計測して、目標となる温度に到達したら、真空発生手段７４を稼動させ、管路７２を介してチャンバー内真空引きする（図６のＳＴ１４：真空発生工程）。
具体的には、図６のＳＴ１３の第１の加熱工程を終えて、チャンバーの扉を開けることなく、圧電振動片とパッケージとを導電性接着剤で接合させた状態のものがチャンバー内に入ったまま、チャンバー４０内を１０^−５Ｐａ程度になるまで減圧して真空状態にする。

そうすると、真空は優れた断熱効果を発揮するため、基本的には、加熱手段で加熱しなくても、マガジンの２７５℃前後の温度が維持されることになる。ところが、図３に示すように、マガジン５０の底部５０ｃは、載置部４２と接触しているため、この載置部４２を通じて、マガジン５０の熱は外部に逃げることになる。このため、このマガジン５０と載置部４２との接触部から逃げた熱の分だけ、輻射式加熱手段６０及び／又は熱伝導式加熱手段４４を駆動させている（図６のＳＴ１５：第２の加熱工程）。
具体的には、熱電対４８がマガジン５０の温度を計測しているので、この熱電対４８でマガジン５０の載置部４２を介して逃げた熱を計測することができ、その計測した情報を制御手段２８が判断して、制御手段２８は適宜、輻射式加熱手段６０及び／又は熱伝導式加熱手段４４のスイッチをＯＮ−ＯＦＦしたり電力調整をしたりする指示をする。これにより、図７に示すように、マガジンの棚の段数の違いによらず略同様の設定値温度を維持できる。

そして、本実施形態の場合、図７に示すように、２７５℃前後の温度を維持しながら、真空発生工程および第２の加熱工程（図６のＳＴ１４，１５）を２時間ほど行なって、圧電振動片とパッケージとを接合するための接着剤からガスを積極的に出している（図２のＳＴ２：アニール工程）。したがって、その後に行なう蓋封止工程（図２のＳＴ３）や客先でのリフロー等の熱処理の際にガスが発生することを抑制できる。
さらに、本発明によれば、この温度を維持する時間帯は、図３に示す真空発生手段７４によりチャンバー４０内を真空引きしているので、接着剤から発生したガスを排気することもできる。

次いで、タイマーにより温度を維持すべき設定時間に到達した後、チャンバー内を冷却する冷却工程を行う（図６のＳＴ１６）。
具体的には、図３に示す輻射式加熱手段６０及び熱伝導式加熱手段４４の駆動を中止し、図６のＳＴ１２で用いた図３に示すガス供給手段７６を再び稼動させて窒素をチャンバー４０内に供給し、さらに、冷却手段４６を稼動させて、載置部４２に内蔵された冷却管４９に冷却水を供給して水冷する。そして、本実施形態の場合、図６のＳＴ１４，１５（即ち図２のＳＴ２：アニール工程）ではチャンバー全体が加熱されるのではなく、圧電デバイスを含むマガジン５０のみが加熱されているので、冷却をより迅速に行なうことができる。
次いで、図３に示すマガジン５０が取り出し可能な温度になったら、チャンバー４０内からマガジン５０を取り出して（図６のＳＴ１７）、図２のＳＴ２のアニール工程を終える。

本発明は上述の実施形態に限定されない。各実施形態や各変形例の各構成はこれらを適宜組み合わせ、又は省略し、或いは図示しない他の構成と組み合わせることができる。
例えば、本発明の熱処理装置に用いられる製造対象物は、上述した圧電デバイスに限られるものではなく、圧電発振器、圧電弾性表面波装置、圧電ジャイロセンサ等を問わず、また、製造過程に熱処理を伴うものであれば、圧電デバイス以外の電子デバイス等であってもよい。

本発明の実施形態に係る熱処理装置を用いて処理される製造対象物の例示として圧電デバイスの概略縦断面図。 図１の圧電デバイスの簡単な製造工程。 本発明の実施形態に係る熱処理装置の全体構成を示す構成図。 本発明の実施形態に係る熱処理装置のチャンバー部分の概略斜視図。 チャンバー内に収容されるマガジンの概略斜視図。 本発明の実施形態に係る熱処理装置を用いて圧電デバイスを熱処理する方法のフローチャート。 図６の熱処理の温度プロファイル。 従来の熱処理装置の部分拡大図。 チャンバー内に複数の電子デバイスを高さ方向に積み上げた概念図。 電子デバイス毎の性能上のばらつきの発生と、製造時間の長期化を説明するための温度プロファイル。

符号の説明

３０・・・熱処理装、４０・・・チャンバー、４２・・・載置手段、４４・・・熱伝導式加熱手段、５０・・・マガジン、６０・・・輻射式加熱手段、６２・・・ハロゲンランプ、７０・・・攪拌手段、７４・・・真空発生手段、７６・・・ガス供給手段

Claims (8)

1. 複数の製造対象物を高さ方向に並べて収容できるチャンバーと、
   前記チャンバー内にガスを充填するためのガス供給手段と、
   前記チャンバー内を輻射熱により加熱する輻射式加熱手段と、
   前記輻射式加熱手段が稼動している際に、前記チャンバー内における前記ガスを攪拌する攪拌手段と、
   前記ガスを排出して、前記チャンバー内を真空状態にする真空発生手段と、
   を備えることを特徴とする製造対象物の熱処理装置。
2. 前記チャンバー内には、前記製造対象物を載置する棚段を有するマガジンが収容されており、このマガジンが載せられる載置部を加熱する熱伝導式加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の製造対象物の熱処理装置。
3. 前記チャンバー内には、前記マガジンに接触する薄板状の金属材料と接続された熱電対が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の製造対象物の熱処理装置。
4. 前記マガジンの表面は黒系統の色を有しており、前記チャンバーの内面は鏡面になっていることを特徴とする請求項２または３に記載の製造対象物の熱処理装置。
5. 前記輻射式加熱手段は、水平方向に輻射波が照射されるハロゲンランプが利用されており、このハロゲンランプは、前記高さ方向に並べられた複数の製造対象物の少なくとも最上部に対して相対的に下側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の製造対象物の熱処理装置。
6. チャンバー内に、複数の製造対象物を高さ方向に並べた後、ガスを入れるガス供給工程と、
   前記ガスを攪拌しながら、前記チャンバー内を加熱するようにした第１の加熱工程と、
   前記ガスを排出して、前記チャンバー内を真空状態にする真空発生工程と、
   前記真空状態において、前記製造対象物を保持する部材と前記チャンバーとの接触領域から逃げた温度に対応して、前記製造対象物を加熱する第２の加熱工程と
   を備えたことを特徴とする製造対象物の熱処理方法。
7. パッケージ内の接着剤の上に圧電振動片を載置し、前記接着剤を加熱して前記パッケージと前記圧電振動片とを接合するマウント工程と、前記接着剤をさらに加熱するアニール工程と、前記パッケージと蓋体とをロウ材を加熱して接合する蓋封止工程とを備えた圧電デバイスの製造方法であって、
   前記加熱処理を行ういずれかの工程では、
   複数の完成前の圧電デバイスをチャンバー内の高さ方向に並べた後、前記チャンバー内にガスを入れるガス供給工程と、
   前記ガスを攪拌しながら、前記チャンバー内を加熱する第１の加熱工程と、
   前記ガスを排出して、前記チャンバー内を真空状態にする真空発生工程と、
   前記真空状態において、前記圧電デバイスを保持する部材と前記チャンバーとの接触領域から逃げた温度に対応して、前記圧電デバイスを加熱する第２の加熱工程と
   を有する
   ことを特徴とする圧電デバイスの製造方法。
8. 前記マウント工程と前記アニール工程とが同一のチャンバー内で連続して行なわれるようになっており、
   前記マウント工程は、前記ガス供給工程と前記第１の加熱工程とを有し、
   前記アニール工程は、前記真空発生工程と前記第２の加熱工程とを有する
   ことを特徴とする請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。

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