JP2012146719A

JP2012146719A - パッケージの封止方法および封止装置

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Publication number: JP2012146719A
Application number: JP2011001769A
Authority: JP
Inventors: Naoki Shintaku; 直樹新宅; Norifumi Nakamura; 憲史中村
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2011-01-07
Filing date: 2011-01-07
Publication date: 2012-08-02

Abstract

【課題】クラス１００のクリーン度を実現できるパッケージの封止方法を提供する。
【解決手段】本発明になるパッケージの封止方法は、蓋体吸着ノズルを備えた搬送手段により蓋体を搬送して電子部品が収容されたパッケージに位置合わせして載置し、前記パッケージと蓋体とを接合して封止するパッケージの封止方法であって、次の工程を含むことを特徴とするパッケージの封止方法。
ａ）前記蓋体を前記パッケージに部分的に接合して固定する工程
ｂ）前記工程後前記吸着ノズルの吸引動作を停止して前記吸着ノズルを前記蓋体の上部に予め定められた距離移動する工程
ｃ）前記蓋体と容器とを接合して封止する間前記吸着ノズルの吸引動作を継続する工程
【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品を収容したパッケージを気密封止するパッケージの封止方法および封止装置に係り、特に封止作業時に発生するパーティクルの除去に関する。

半導体素子、水晶振動子等のチップ（電子部品）をパッケージ（以下、容器ともいう）に気密封止する方法としては、通電時に発生するジュール熱を利用したマイクロパラレルシーム溶接法（以下、単にシーム溶接法という）が広く用いられている（例えば、特許文献１など）。

このシーム溶接法は、図６に示すようにセラミック製容器１の開口周縁上に金属製のシーリングフレーム２をろう付けするか、あるいはセラミック製容器１の開口周縁をろう材等でメタライズしたセラミック製（もしくは全体が金属製）の容器３の内部に水晶振動子、半導体素子等のチップ４を収容し、このチップ４と電極５をワイヤ６で電気的に接続した後、この容器３の開口部をコバール、４２アロイ等からなる金属製の蓋体（以下、リッドともいう）７で覆う。

次に、シーム溶接ヘッドを構成する一対のローラ電極８ａ，８ｂを下降させてリッド７の対向する２辺（以下、Ｙ辺ともいう）の端縁部に一定の加圧条件下で接触させ、容器３とローラ電極８ａ，８ｂを相対移動させると同時にローラ電極８ａ，８ｂにパルセーション通電を行ない、この時発生するジュール熱により２辺を溶融し容器３とリッド７をシーム溶接する。この２辺のシーム溶接が終了すると、ローラ電極８ａ，８ｂを一旦上昇させ移動させることにより電極間隔を調整すると共に容器３を水平面内で９０°回転させた後、再びローラ電極８ａ，８ｂを下降させて他の対向する２辺（以下、Ｘ辺ともいう）を同様にシーム溶接し、もって容器３を気密封止する。

このシーム溶接法を用いたパッケージの封止装置も知られている（例えば、特許文献２、特許文献３など）。
特許文献２は１個ずつの容器がシーム溶接される封止装置が記載されており、特許文献３には複数の容器が搭載されたトレー（以下、キャリアボードともいう）により容器が供給され、それぞれの容器がシーム溶接される封止装置が記載されている。これらの封止装置は真空雰囲気下または窒素雰囲気下で封止が実行される。また、リッドの搬送にはリッド供給部からリッドを１枚１枚吸引により吸着して所定の容器に搬送する技術が知られている（例えば、特許文献４）。

特許文献１ないし４の記載を総合すると容器の気密封止は図７に示すような手順により実行されている。
まず、複数の容器（ここでは開口部が四角形のものとする）が搭載されたトレーをシーム溶接ステージに搬送して載置する（図７のＳ７０１）。次に蓋体を負圧を印加できる吸着ノズルで吸着して搬送し、封止対象の容器に位置合わせして載置する（図７のＳ７０２〜Ｓ７０４）。次に吸着ノズルで蓋体を吸着したまま蓋体と容器とをシーム溶接するときに蓋体が位置ずれを起こさないようにローラ電極を移動して蓋体を容器に仮付けする（Ｙ辺のほぼ中央部、図７のＳ７０５）。

仮付け終了後、吸着ノズルの吸引を停止してリッドの吸着を解除し（図７のＳ７０６）、吸着ノズルを所定の位置（例えば、原点）に退避させる（図７のＳ７０７）。その後、ローラ電極をＹ辺に沿って回動させながら通電してＹ辺をシーム溶接する（図７のＳ７０８）。次にローラ電極を上方に退避させ、ステージを９０度回転させてこれまでのＹ辺がＸ辺になるようする。そして、ロ−ラ電極を降下してＸ辺に沿って回動させながら通電してＸ辺をシーム溶接する（図７のＳ７０９）。

つまり、蓋体と容器との位置合わせから仮付け完了までは、吸着ノズルで蓋体を吸着しており、仮付け時には位置ずれが起こらないように適当な押圧力で蓋体を容器に押し付けている。一方、仮付け完了後は蓋体の位置ずれが起こる可能性はないので、１つの蓋体における吸着ノズルの役割は終了したので、吸着ノズルに印加されていた負圧を解除するとともに蓋体から離れるようになっている。

特公平１−３８３７３号公報特開２００８−１０７３１号公報特開２００３−２７３２６１号公報特開２００３−２４３４２８号公報

電子部品を収容した容器は前述のようにしてチャンバ内で真空雰囲気下または窒素等の不活性ガス雰囲気下で気密封止されるが、容器の小型化に伴って回路配線等が微細になり、パーティクル（微細なゴミ）の影響を受けやすくなってきたためにクラス１００（粒子径０．５μｍ以上の粒子１００個／１立方フィート）のクリーン度のチャンバ内で気密封止することが要求されるようになってきている。しかしながら、特許文献１ないし４記載の技術では粒子径０．５μｍ以上の粒子が１５０個程度とこのクリーン度を満たすことができないという問題点があった。

パーティクルとして考えられるものとしては、空気中を浮遊する埃や塵等に加え、作業者の皮膚等の有機物や装置の摺動部等から発生する金属粉があげられるが、本願発明者等はチャンバ内のパーティクルの分析、封止装置の構造や大きさから装置の摺動部等から発生する金属粉が大部分を占めていることを突き止めた。

この結果、シーム溶接ではローラ電極を容器の周囲に沿って回動させる必要があることからパーティクルの発生を完全に防止することは不可能であるので発生するパーティクルをチャンバ内から除去するのが良いとの結論に達した。

パーティクルの除去方法としては、一般的にはダクトをパーティクルの発生場所の近傍に設け、このダクトからパーティクルを吸い込みチャンバ外に排出することが考えられる。一方、パーティクルの発生場所の近傍にダクトを設けることができない場合はチャンバ内に上から下に流れるいわゆるダウンフローをつくり、チャンバの下側にダクトを設けてこのダクトからパーティクルを吸い込みチャンバ外に排出することが考えられる。このダウンフローを作り出すにはパーティクルが入り込まないように高性能エアフィルタを用いて微細な粉塵や埃を取り除く必要がある。

このようにダクトを設けてパーティクルを吸い込み除去する方法は有効であるが、新たにダクトを設けたり、ダウンフローを作り出すことは封止装置のコストの増大につながることから、本願発明者等は既存の吸着ノズルの吸引動作に着目して本願発明をなすに至った。

すなわち、本発明はシーム溶接による気密封止を行う封止装置に用いられるチャンバ内をクラス１００のクリーン度に維持するという課題を解決するためになされたもので、蓋体を吸着して搬送する吸着ノズルの吸引力でパーティクルをチャンバ内から除去する方法を含むパッケージ封止方法を提供することを第１の目的とし、このようなパッケージ封止方法に直接使用できる封止装置を提供することを第２の目的とする。

本発明になるパッケージの封止方法は、蓋体吸着ノズルを備えた搬送手段により蓋体を搬送して電子部品が収容されたパッケージに位置合わせして載置し、前記パッケージと蓋体とを接合して封止するパッケージの封止方法であって、次の工程を含むことを特徴とする。
ａ）前記蓋体を前記パッケージに部分的に接合して固定する工程
ｂ）前記工程後前記吸着ノズルの吸引動作を停止して前記吸着ノズルを前記蓋体の上部に予め定められた距離移動する工程
ｃ）前記蓋体と容器とを接合して封止する間前記吸着ノズルの吸引動作を継続する工程

本発明になるパッケージの封止装置は、蓋体吸着ノズルを備えた搬送手段により蓋体を搬送して電子部品が収容されたパッケージに位置合わせして載置し、前記パッケージと蓋体とを接合して封止するパッケージの封止装置であって、前記吸着ノズルは前記パッケージと蓋体とを仮固定するまでの間は前記蓋体の吸着用として用い、接合して封止している間はこの時に発生するパーティクルの吸引用として用いるように構成したことを特徴とするものである。

本発明になるパッケージの封止方法によれば、吸着ノズルを蓋体を容器に仮付け後吸引動作を停止することで負圧を解除して前記蓋体から所定の距離移動し、溶接実行中には再び吸引動作を継続することで吸着ノズルの吸着口から吸引動作を継続するようにしたので、ローラ電極近傍で吸引動作が行われるから、溶接時に発生するパーティクルを吸引除去できるパッケージの封止方法を提供することができる。

また、本発明になるパッケージの封止装置によれば、従来の電子部品の封止装置の構成をそのままにして、動作の一部を変更することだけでよいので低コストでパーティクル除去機能を備えたパッケージの封止装置を提供することができる。

本発明になるパッケージの封止装置の要部構成図である。本発明になるパッケージの封止方法の要部フローチャート図である。蓋体の搬送模式図である。蓋体のパッケージへの仮付け時の吸着ノズルの位置を示す模式図である。蓋体とパッケージのシーム溶接時の吸着ノズルの位置を示す模式図である。パッケージの封止方法説明用の概略構造図である。従来のパッケージの封止方法の概略フローチャート図である。

次に本発明について、図を用いて詳細に説明する。
図１は本発明になるパッケージの封止装置の要部構成図、図２は本発明になるパッケージの封止方法の要部フローチャート図、図３は蓋体の搬送模式図、図４は蓋体のパッケージへの仮付け時の吸着ノズルの位置を示す模式図、図５は蓋体とパッケージのシーム溶接時の吸着ノズルの位置を示す模式図である。ここでは、開口部が四角形のパッケージをシーム溶接するものとして説明する。なお、この四角形の対向する２つの辺をＹ辺とし、他の２つの辺をＸ辺として、Ｘ辺とＹ辺とは直交の関係にあるものとする。

図１に示すように、パッケージの封止装置１００は主として制御部１０１、操作パネル１０３、キャリアボード搬送手段１０５、リッド搬送手段１０７、真空ポンプ駆動手段１０９、電磁弁駆動手段１１１、第１昇降／加圧／移動手段１１３、第１加熱手段１１５、第２昇降／加圧／移動手段１１７、第２加熱手段１１９、吸着ノズル２１、ホース２３、電磁弁２５、真空ポンプ３１から構成される。

制御部１０１はパッケージの封止装置１００全体を制御し、操作パネル１０３は制御部１０１への条件設定（例えば、溶接電流、ローラ電極間の間隔、ローラ電極の回動距離など）や動作指令を与え、キャリアボード搬送手段１０５は複数の容器１が搭載されたキャリアボード（図示せず）をステージ（図示せず）に搬送し、リッド搬送手段１０７はリッド７をリッド集積部（図３の７１）から前記キャリアボード上の容器３（図３の１）に搬送する。真空ポンプ駆動手段１０９は真空ポンプ３１を稼動させ、電磁弁駆動手段１１１は電磁弁を開放／閉鎖することで吸着ノズル２１にホース２３、２３を介してリッド７の吸着の実行／解除を可能にする負圧の印加を制御する。

第１昇降／加圧／移動手段１１３はシーム溶接時に１対のローラ電極をリッド７と容器３との間に所定の荷重を印加しながら２辺（Ｙ辺）を回動させて移動させ、第１加熱手段１１５はシーム溶接時に１対のローラ電極間に電流を流してリッドを容器の対向する２辺（Ｙ辺）に接合するジュール熱を発生する。また、第１昇降／加圧／移動手段１１３と第１加熱手段１１５はシーム溶接に先立ってＹ辺のほぼ中央部の一箇所に前記１対のローラ電極を移動させて短時間電流を流すことでリッド７を容器３に仮止めする。

第２昇降／加圧／移動手段１１７はシーム溶接時にリッド７と容器１との間に所定の荷重を印加し、第２加熱手段１１９はシーム溶接時に他の１対のローラ電極間に電流を流してリッドを容器の対向する他の２辺（Ｘ辺）に接合するジュール熱を発生する。

このように１対のローラ電極を２組備えるのは前記ステージを回転させる必要性をなくすことにより、この回転に伴い発生するパーティクルをなくすためである。
次に、このようなパッケージの封止装置を用いたパッケージの封止作業について説明する。

パッケージの封止作業に先立って必要な条件を操作パネル１０３から設定する。
次に、キャリアボード搬送手段１０５を用いて複数のパッケージを搭載したキャリアボード（図示せず）をステージ（図示せず）に載置する（図２のＳ２０１）。次に、真空ポンプ駆動手段１０９を用いて真空ポンプを駆動し、さらに電磁弁駆動手段１１１を用いて電磁弁２５を開放して吸着ノズル２１の中空部からホース２３、２３を介して吸引することで負圧を発生させる。そして、リッド搬送手段１０７を用いてリッド集積部（図３の７１）からリッド７を１枚吸着し（図２のＳ２０２）、搬送し（図２のＳ２０３）、封止対象の容器３に位置合わせして載置する（図２のＳ２０４、図３）。

次に、第１昇降／加圧／移動手段１１３を用いてローラ電極８ａ、８ｂを予め設定されているリッド７の仮止め位置（Ｙ辺のほぼ中央部）まで移動させ、降下させてリッド７を容器３に予め設定された荷重で押圧する。そして、第１加熱手段１１５を用いて短時間ローラ電極８ａ、８ｂ間にリッド７を介して電流を流してジュール熱を発生させてリッド７を容器３に仮付けする（図２のＳ２０５、図４）。この間吸着ノズル２１はリッド７の吸着を続けている。

次に、電磁弁駆動手段１１１を用いて電磁弁２５を閉鎖して吸着ノズル２１の吸引を停止してリッド７の吸着を解除する（図２のＳ２０６）。仮付けが完了するとシーム溶接開始前にローラ電極が所定の位置に移動するまでの間ローラ電極が印加している押圧力がなくなるが、その場合でもリッド７と容器３とは位置ずれが起きないのでリッド７を吸着ノズル２１で吸着して動きを押さえておく必要がなくなるからである。

次に、リッド搬送手段１０７を用いて予め設定された距離だけ吸着ノズルを上方に移動する（図２のＳ２０７、図６のア）。この距離はシーム溶接時に発生するパーティクルを吸引可能な距離を実験で確かめておくのが良い。
次に、電磁弁駆動手段１１１を用いて電磁弁２５を開放して吸着ノズル２１の吸引を開始する（図２のＳ２０８）。こうするのは次のシーム溶接時に発生するパーティクルを吸着ノズル２１の中空部からホース２３を介してチャンバの外部に排出して除去するためである。

このようにしてから、第１昇降／加圧／移動手段１１３を用いてローラ電極８ａ、８ｂを上昇させ、Ｙ辺のシーム溶接開始位置まで移動させる。そして、ローラ電極８ａ、８ｂを下降させてリッド７を容器１に予め定められた荷重で押圧する。
次に第１昇降／加圧／移動手段１１３を用いてローラ電極８ａ、８ｂをＹ辺に沿って回動しながら移動させ、その間第１加熱手段１１５を用いてパルス状にローラ電極８ａ、８ｂ間にリッド７を介してパルス状に電流を流してリッド７と容器３との接触部にジュール熱を発生させ、この熱でＹ辺をシーム溶接する（図２のＳ２０９）。

次に、第１昇降／加圧／移動手段１１３を用いてローラ電極８ａ、８ｂを上昇させ、所定の位置に退避させる。こうして、Ｙ辺のシーム溶接が完了する。

次に、第２昇降／加圧／移動手段１１７を用いてローラ電極８ｃ、８ｄ（図示せず）をＸ辺のシーム溶接開始位置まで移動させる。そして、ローラ電極８ｃ、８ｄを下降させてリッド７を容器３に予め定められた荷重で押圧する。

次に第２昇降／加圧／移動手段１１７を用いてローラ電極８ｃ、８ｄをＸ辺に沿って回動しながら移動させ、その間第２加熱手段１１９を用いてパルス状にローラ電極８ｃ、８ｄ間にリッド７を介してパルス状に電流を流してリッド７と容器３との接触部にジュール熱を発生させ、この熱でＸ辺をシーム溶接する（図２のＳ２１０）。

次に、第２昇降／加圧／移動手段１１７を用いてローラ電極８ｃ、８ｄを上昇させ、所定の位置に退避させる。こうして、Ｘ辺のシーム溶接が完了する。

次に、電磁弁駆動手段１１１を用いて電磁弁２５を閉鎖して吸着ノズル２１の吸引動作を停止する（図２のＳ２１１）。
このようにして、１つのパッケージの封止作業が完了する。
このようなパッケージ封止作業を行っている間、チャンバ内のクリーン度を測定したところ０．５μｍ以上のパーティクルは１立方メートルあたり５０程度であり、目標としていたクラス１００のクリーン度を達成することができた。

前述のパッケージの封止装置と封止方法は１例であって、発明の要旨を変更しない形で種々変更が可能である。
例えば、ローラ電極の動作を制御する装置、リッドの搬送を制御する装置、キャリアボードの搬送を制御する装置、ローラ電極の電流を制御する装置、そしてこれら全体を制御する制御装置というように各装置に分けて構成することである。

また、封止対象の容器の大きさにより、ローラ電極と吸着ノズルとの間がシーム溶接時に発生するパーティクルを吸引するには離れすぎるような場合には、ローラ電極の回動移動に合わせて吸着ノズルを移動させる構成を備えることである。

また、ステージの回転により生じるパーティクルを少なく押さえることができれば、２組の１対のローラ電極を用いることなく、１対のローラ電極を用いるようにすることもできる。

また、パーティクルの除去をより確実に行うようにするために、シーム溶接終了後に一定時間経過後に吸着ノズルの吸引を停止するようにすることもできる。

３パッケージ（容器）、７蓋体（リッド）、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄローラ電極
２１吸着ノズル、２３ホース、２５電磁弁、３１真空ポンプ
１０１制御部、１０３操作パネル、１０５キャリアボード搬送手段
１０７リッド搬送手段、１０９真空ポンプ駆動手段
１１１電磁弁駆動手段、１１３第１昇降／加圧／移動手段、１１５第１加熱手段
１１７第２昇降／加圧／移動手段、１１９第２加熱手段

Claims

蓋体吸着ノズルを備えた搬送手段により蓋体を搬送して電子部品が収容されたパッケージに位置合わせして載置し、前記パッケージと蓋体とを接合して封止するパッケージの封止方法であって、次の工程を含むことを特徴とするパッケージの封止方法。
ａ）前記蓋体を前記パッケージに部分的に接合して固定する工程
ｂ）前記工程後前記吸着ノズルの吸引動作を停止して前記吸着ノズルを前記蓋体の上部に予め定められた距離移動する工程
ｃ）前記蓋体と容器とを接合して封止する間前記吸着ノズルの吸引動作を継続する工程
前記接合はマイクロパラレルシーム溶接であることを特徴とする請求項１記載のパッケージの封止方法。
前記ｃ）の工程で前記吸着ノズルを溶接部位に合わせて移動することを特徴とする請求項１記載のパッケージの封止方法。
蓋体吸着ノズルを備えた搬送手段により蓋体を搬送して電子部品が収容されたパッケージに位置合わせして載置し、前記パッケージと蓋体とを接合して封止するパッケージの封止装置であって、
前記吸着ノズルは前記パッケージと蓋体とを仮固定するまでの間は前記蓋体の吸着用として用い、接合して封止している間はこの時に発生するパーティクルの吸引用として用いるように構成したことを特徴とするパッケージの封止装置。
前記接合用に直交する方向に回動し、溶接電流を流す２組のローラ電極を備えたことを特徴とする請求項４記載のパッケージの封止装置。
前記吸着ノズルはパーティクル吸引用として用いるときには、前記ローラ電極の回動に合わせて移動するように構成したことを特徴とする請求項５記載のパッケージ封止装置。