JP2018167308A - 接合部材製造装置及び接合部材の製造方法 - Google Patents

接合部材製造装置及び接合部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】迅速かつ適切に接合対象部材を接合することができる接合部材製造装置及び接合部材の製造方法を提供する。【解決手段】接合部材製造装置1は、第1の保持具10と、第2の保持具20と、第1の保持具10を第2の保持具20に対して基準平面H内で相対的に移動させると共に垂直方向Vに相対的に往復移動させる移動装置30と、第1の接合対象部材Sを基準平面Hに投影したときの輪郭を把握する輪郭把握部41と、移動装置30を制御する制御装置60とを備える。第1の保持具10は、第1の接合対象部材Sの輪郭の一部を基準位置として第1の接合部材Sを保持し、制御装置60は、輪郭把握部41が把握した輪郭に応じて、第1の保持具10に保持された第1の接合対象部材Sと、第2の保持具20に保持された第2の接合対象部材Cとが適切に接合される位置に、第1の保持具10を基準平面H内で第2の保持具20に対して相対的に移動させる。【選択図】図1

Description

本発明は接合部材製造装置及び接合部材の製造方法に関し、特に迅速かつ適切に接合対象部材を接合することができる接合部材製造装置及び接合部材の製造方法に関する。
光半導体は、光電変換素子等が実装されたステムに対し、素子等を覆うレンズ付きのキャップを取り付けて構成されている。ステムとキャップとを溶接する装置として、下部電極ホルダにステムをクランプし、キャップを上部テーパーコレット電極にクランプし、上部テーパーコレット電極を固定した上部電極移動台を移動押圧手段で鉛直方向に移動して抵抗溶接を行うものがある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−154463号公報
下部電極は、2つに分割されたホルダが、接近することでステムをクランプし、離れることでクランプを解除することができる。このとき、ステムをセットした後、一方のホルダを先にクランプ位置で固定して、他方のホルダを一方のホルダに対して近づけることでステムをクランプするように、先に固定したホルダを基準にステムをクランプすると、ステム及びキャップ双方の中心位置を見ながらクランプする場合に比べてステムの着脱速度を速くすることができ、単位時間あたりの溶接可能個数を増加させることができて、生産性を向上させることができる。光半導体用のステムとキャップとの溶接には高い位置合わせ精度が求められるが、溶接対象部材の寸法ブレやめっき層の厚さのブレ等の溶接対象物に起因して、あるいは溶接が行われる場所の温度変化等の周囲環境の変化に起因して、適切な接合ができない場合があった。
本発明は上述の課題に鑑み、迅速かつ適切に接合対象部材を接合することができる接合部材製造装置及び接合部材の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1に示すように、第1の接合対象部材Sと第2の接合対象部材Cとが接合した接合部材D(例えば図3参照)を製造する装置1であって;第1の接合対象部材Sを保持する第1の保持具10と;第2の接合対象部材Cを保持する第2の保持具20と;第1の保持具10を、第2の保持具20に対して、基準平面H内で相対的に移動させると共に、基準平面Hに垂直な方向である垂直方向Vに相対的に往復移動させる移動装置30と;第1の接合対象部材Sの第1の保持具10に保持される部分を基準平面Hに投影したときの輪郭を把握する輪郭把握部41と;移動装置30を制御する制御装置60とを備え;第1の保持具10は、第1の接合対象部材Sの輪郭の一部を基準位置Sp(例えば図4参照)として、第1の接合部材Sを保持するように構成され;制御装置60は、輪郭把握部41が把握した輪郭に応じて、第1の保持具10に保持された第1の接合対象部材Sと、第2の保持具20に保持された第2の接合対象部材Cとが、第1の保持具10の第2の保持具20に対する相対的な垂直方向Vの移動によって適切に接合される位置に、第1の保持具10を基準平面H内で第2の保持具20に対して相対的に移動させるように構成されている。
このように構成すると、第1の接合対象部材の輪郭に変動があった場合であっても迅速かつ適切に第1の接合対象部材と第2の接合対象部材とを接合することができる。
また、本発明の第2の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1に示すように、上記本発明の第1の態様に係る接合部材製造装置1において、接合部材D(例えば図3参照)における、第2の接合対象部材Cを基準平面Hに投影したときの外縁と、輪郭とを把握する接合部材状態把握部41を備え;制御装置60は、接合部材状態把握部41が把握した外縁と輪郭との位置関係に応じて、次に接合部材D(例えば図3参照)が製造される際の基準平面H内における第1の保持具10の第2の保持具20に対する相対的な移動を調節するように構成されている。
このように構成すると、接合部材の状態を、これから接合しようとする第1の接合対象部材と第2の接合対象部材との位置合わせにフィードバックすることができ、両部材の接合の適切性を充足することができる。
また、本発明の第3の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1に示すように、上記本発明の第1の態様又は第2の態様に係る接合部材製造装置1において、第1の保持具10は、第1の接合対象部材Sを把持する把持機構10cを有し;把持機構10cは、基準位置Sp(例えば図4参照)に接触する基準部11と、基準部11と協働して第1の接合対象部材Sを挟む押さえ部12とを含み、基準部11と押さえ部12とは、相対的に相互に接近し及び離れる往復移動をするように構成されている。
このように構成すると、第1の保持具による第1の接合対象部材の把持を円滑に行うことができる。
また、本発明の第4の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1に示すように、上記本発明の第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つの態様に係る接合部材製造装置1において、第1の保持具10に保持された第1の接合対象部材Sの位置を決定する構造及び第2の保持具20に保持された第2の接合対象部材Cの位置を決定する構造28の少なくとも一方の温度の変化を検出する温度変化検出部46を備え;制御装置60は、温度変化検出部46が検出した温度の変化に応じて、基準平面H内における第1の保持具10の第2の保持具20に対する相対的な移動を調節するように構成されている。
このように構成すると、温度変化に伴う位置ずれを修正することができる。
また、本発明の第5の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図1に示すように、第1の接合対象部材Sと第2の接合対象部材Cとが接合した接合部材D(例えば図3参照)を製造する装置1であって;第1の接合対象部材Sを保持する第1の保持具10と;第2の接合対象部材Cを保持する第2の保持具20と;第1の保持具10を、第2の保持具20に対して、基準平面H内で相対的に移動させると共に、基準平面Hに垂直な方向である垂直方向に相対的に往復移動させる移動装置30と;第1の保持具10に保持された第1の接合対象部材Sの位置を決定する構造及び第2の保持具20に保持された第2の接合対象部材Cの位置を決定する構造の少なくとも一方の温度の変化を検出する温度変化検出部46と;移動装置30を制御する制御装置60とを備え;制御装置60は、温度変化検出部46が検出した温度の変化に応じて、基準温度のときに第1の保持具10に保持された第1の接合対象部材Sと第2の保持具20に保持された第2の接合対象部材Cとの接合が行われる標準位置に対して、基準平面H内における第1の保持具10の第2の保持具20に対する相対的な移動を調整するように構成されている。
このように構成すると、温度変化に伴う位置ずれを修正することができる。
上記目的を達成するために、本発明の第6の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図1及び図6を参照して示すと、第1の接合対象部材Sと第2の接合対象部材Cとが接合した接合部材D(例えば図3参照)を製造する方法であって;第1の接合対象部材Sを基準平面Hに投影したときの輪郭を把握する輪郭把握工程(S3)と;第1の接合対象部材Sを、基準平面Hに投影して見たときに第2の接合対象部材Cとの接合が行われる接合位置に移動する第1の接合対象部材移動工程(S5)と;第2の接合対象部材Cを、基準平面Hに垂直な方向である垂直方向Vに第1の接合対象部材Sに対して離れ、基準平面Hに投影して見たときに接合位置に移動する第2の接合対象部材移動工程(S6)と;垂直方向Vに離れていて基準平面Hに投影して見たときに接合位置にある第1の接合対象部材S及び第2の接合対象部材Cを、垂直方向Vに近づけて接合して接合部材D(例えば図3参照)を製造する接合工程(S7)とを備え;第1の接合対象部材移動工程(S5)は、輪郭把握工程(S3)で把握した輪郭に応じて、第1の接合対象部材Sの第2の接合対象部材Cに対する相対的な移動を調節するように構成されている。
このように構成すると、第1の接合対象部材の輪郭に変動があった場合であっても迅速かつ適切に第1の接合対象部材と第2の接合対象部材とを接合することができる。
上記目的を達成するために、本発明の第7の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図1を参照して示すと、第1の接合対象部材Sと第2の接合対象部材Cとが接合した接合部材D(例えば図3参照)を製造する方法であって;第1の接合対象部材S及び第2の接合対象部材Cの少なくとも一方の周辺の温度を検出する温度検出工程と;第1の接合対象部材Sを、基準平面Hに投影して見たときに第2の接合対象部材Cとの接合が行われる接合位置に移動する第1の接合対象部材移動工程と;第2の接合対象部材Sを、基準平面Hに垂直な方向である垂直方向Vに第1の接合対象部材Sに対して離れ、基準平面Hに投影して見たときに接合位置に移動する第2の接合対象部材移動工程と;垂直方向に離れていて基準平面Hに投影して見たときに接合位置にある第1の接合対象部材S及び第2の接合対象部材Cを、垂直方向Vに近づけて接合して接合部材Dを製造する接合工程とを備え;第1の接合対象部材移動工程は、温度検出工程で検出した温度に応じて、第1の接合対象部材Sの第2の接合対象部材Cに対する相対的な移動を調節するように構成されている。
このように構成すると、温度変化に伴う位置ずれを修正することができる。
本発明によれば、迅速かつ適切に接合対象部材を接合することができる。
本発明の実施の形態に係る溶接装置の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る溶接装置の概略構成を示す平面図である。 接合部材の一例を示す図であり、(A)は斜視図、(B)は分解部分断面側面図である。 本発明の実施の形態に係る溶接装置の下部電極が有するクランパの概略構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る溶接装置の上部電極の概略構成を示す部分垂直断面図である。 本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法の手順を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
まず図1及び図2を参照して、本発明の実施の形態に係る接合部材製造装置としての溶接装置1を説明する。図1は、溶接装置1の概略構成を示す縦断面図である。図2は、溶接装置1の概略構成を示す平面図である。溶接装置1は、本実施の形態ではキャップCとステムSとを溶接する装置である。溶接装置1は、下部電極10と、上部電極20と、下部電極10及び上部電極20を移動させる移動装置30と、ステムSを撮影するステムカメラ41と、制御装置60とを備えている。ここで、溶接装置1の説明に先立って、キャップCとステムSとを溶接することによって製造される接合部材を説明する。
図3(A)は接合部材としてのデバイスDの斜視図であり、図3(B)はデバイスDの分解部分断面側面図である。本実施の形態におけるデバイスDは、光半導体であるとして説明する。デバイスDは、キャップCとステムSとが接合されて構成されている。図3(B)では、デバイスDとなる前のキャップCとステムSとが分離した状態を示しており、キャップCを断面で、ステムSを側面で、それぞれ表している。ステムSは、光電変換素子を構成する電極やトランジスタ等(以下「実装部St」という。)がベースSbに実装され、ベースSbからリードSdが延びて構成されている。ベースSbは、本実施の形態では円板状に形成されている。実装部Stが設けられたベースSbの面の外周部分には、周方向の位置を特定するステムマークSmが設けられている。リードSdは、ベースSbから、実装部Stの反対側に延びている。ベースSb及びリードSdは、金属で形成されている。キャップCは、ステムSの実装部Stを覆ってベースSbに取り付けることができるように構成されている。キャップCは、概ね円筒状の外観を呈しており、円筒状の内部に実装部Stを収容することができるように構成されている。キャップCは、円筒状の側面に相当する外周部Cpに対し、一方の端面が開口し、他方の端面が塞がれている。本実施の形態では、外周部Cpの軸直角断面における直径が約5mmに構成されている。キャップCは、レーザー光を透過させるレンズCnが、塞がれている方の端面である頂面に設けられている。キャップCは、開口している方の端面の縁Ceが、溶接時に加圧を受ける面を確保するために、若干外側に拡張されている。縁Ceの外周は、本実施の形態では、ベースSbの外周以下となる大きさの円形に形成されている。縁Ceには、円筒の周方向の位置を特定するキャップマークCmが形成されている。キャップマークCmは、縁Ceの一部が外側に出っ張って形成されている。キャップCは、レンズCn以外の部分が金属で形成されている。ステムS及びキャップCの金属の部分は、典型的にはステンレス鋼やコバール等で形成されているが、これら以外の金属で形成されていてもよい。ステムS及びキャップCの金属の部分は、典型的には異種の金属であるが、同種の金属であってもよい。デバイスDは、実装部StをキャップCで覆ったうえで縁CeをベースSbに溶接して構成されている。このとき、本実施の形態では、キャップマークCmとステムマークSmとが揃うように位置合わせをすることで、所望の性能を発揮するデバイスDが製造されるようになっている。本実施の形態では、ステムSが第1の接合対象部材に相当し、キャップCが第2の接合対象部材に相当する。
図1及び図2に戻って、溶接装置1の構成を説明する。下部電極10は、ステムSを保持するものであり、第1の保持具に相当する。下部電極10は、電極本体10bと、クランパ10cとを有している。電極本体10bは、金属のブロックで構成されている。電極本体10bは、典型的には電気伝導性の高い金属で形成されている。電極本体10bは、天面10fが専ら平坦に形成されている。本実施の形態では、天面10fが水平に広がっており、天面10fを含み天面10fの外側に天面10fと同一平面上に広がる仮想の水平面を基準平面Hということとする。電極本体10bは、天面10fから深さ方向に、リードSdを収容できるステム用穴10hが形成されている。ステム用穴10hは、すべてのリードSdを収容できる一方でベースSbの外径よりも小さい径に形成されていると共に、ベースSbを天面10fに載置した場合に最も長いリードSdを収容することができる深さに形成されている。クランパ10cは、リードSdがステム用穴10hに収容されて天面10fに載置されたベースSbを挟んで把持するものであり、把持機構に相当する。クランパ10cは、基準部11と押さえ部12とを有しており、基準部11と押さえ部12とでステムS(ベースSb)を挟むことができるように構成されている。
ここで図4を併せて参照して、クランパ10cの詳細を説明する。図4は、溶接装置1を構成する下部電極10が有するクランパ10cの概略平面図である。クランパ10cは、上述のように、基準部11と、押さえ部12とを有している。基準部11及び押さえ部12は、共に、電極本体10bの天面10f(図1参照)の上に設けられている。基準部11及び押さえ部12は、平面視において、リードSdがステム用穴10hに収容されて天面10fに載置されたベースSb(ステムS)を基準部11と押さえ部12とで挟むように、ステムSに対して片側に基準部11が、反対側に押さえ部12が、それぞれ配置されている。基準部11及び押さえ部12は、共に、天面10fに沿って、相互に近づき及び離れる方向(図4中のY方向)の往復移動を個別にすることができるように構成されている。基準部11は、ステムSが電極本体10bの天面10fに載置された後、ステムSを把持する位置に押さえ部12よりも先に移動して、クランパ10cがステムSを把持(下部電極10がステムSを保持)する際の基準位置Spを決めることができるように構成されている。クランパ10cは、ステムSを把持する位置にある基準部11に対して、押さえ部12が接近することでステムSを把持し、押さえ部12が離れることでステムSの保持を解除することができるように構成されている。押さえ部12が移動する方向において、ステムSを把持する位置にある基準部11に接しているステムSの、押さえ部12から最も離れた位置に来る部分が、クランパ10cがステムSを保持する際の基準位置Spとなる。
電極本体10b及びクランパ10cを含む下部電極10全体は、下部移動装置31によって、基準部11及び押さえ部12が往復移動する方向(Y方向)及びこれに直交する方向(X方向)にそれぞれ往復移動することができると共に、基準部11のステムSに接する円弧に沿った方向(θ方向)に回転移動することができるように構成されている。このように、下部電極10全体が、下部移動装置31によって、基準平面H内を、2方向への往復直線移動及び回転移動をすることができるように構成されている。下部電極10の詳細に続いて上部電極20の詳細を説明する。
図1及び図5を主に参照して上部電極20の詳細を説明する。図5は、上部電極20の概略構成を示す部分垂直断面図である。上部電極20は、キャップCを保持するものであり、第2の保持具に相当する。上部電極20は、概ね、円柱状の本体21と、円環状(ドーナツ状)のバルーン22と、電極チップ23と、本体21との間にバルーン22を挟んだ電極チップ23を本体21に固定するチップ固定ナット24とを有している。本体21は、押さえ電極21Aと主部21Bとを含んでおり、全体として円柱状の軸線AXに沿って延びる中空部21hが形成されている。本体21は、本実施の形態では、軸線AXが鉛直上下に延びる向きで下部電極10の上方に設置されている。本体21の、下端(下部電極10に近い側の端部)の面の中央部には、バルーン22が嵌る突部21pが形成されている。本体21の中空部21hは、本実施の形態では、突部21p付近で径を小さくして本体21の下端面を貫いている。バルーン22は、突部21pの外側周を覆うように突部21pの外側に取り付けられている。バルーン22は、シリコーンゴム等の弾性の部材で、浮き輪のように内部に気体(典型的には空気)を注入可能な中空状に形成されている。バルーン22は、本体21の下端面と電極チップ23との間に挟まれている。本体21の下端面と電極チップ23との間は、バルーン22が収容されるための隙間が形成されており、バルーン22が軸線AXに向かって内側に膨張することで、バルーン22が中空部21hに入り込むことができるように構成されている。
電極チップ23は、段差のある円盤状に形成されている。電極チップ23は、本体21の中空部21h及びバルーン22の環状の中心穴に通ずる挿通孔が形成されている。電極チップ23の挿通孔は、キャップCの外周部Cpの外径よりも大きく、キャップCの縁Ceの外径よりも小さく形成されている。電極チップ23の挿通孔まわりの厚さは、キャップCを、縁Ceが電極チップ23に当たるまで挿通孔に挿入したときに、キャップCの外周部Cpがバルーン22の中心穴を貫通する程度に形成されている。チップ固定ナット24は、本体21の外径よりも大きな外径を有している。チップ固定ナット24は、電極チップ23を収容することができるように、上方の面から軸線AXが延びる方向の内部に向かって窪んでいる。チップ固定ナット24は、内部に向かって窪んだ部分の内壁に内ねじ24wが形成されており、本体21の側面下部に形成された外ねじ21wにねじ込むことができるように構成されている。チップ固定ナット24は、電極チップ23の挿通孔よりも大きい径の部分を通過させる通過孔24hが中央部に形成されている。上部電極20は、本体21、電極チップ23、チップ固定ナット24が、典型的には電気伝導性の高い金属で形成されている。また、上部電極20は、本体21、バルーン22、電極チップ23、チップ固定ナット24が、軸線AXを中心とする同心に配置されている。
上部電極20は、キャップCを、縁Ceが電極チップ23に接触するまで電極チップ23の挿通孔に挿入した後に、バルーン22内に気体Fを供給することで、軸線AXに向かって膨らんだバルーン22によってキャップCの外周部Cpを保持することができるように構成されている。このとき、バルーン22は、全周にわたって均等に内側へ向かって膨らむので、キャップCの軸線が上部電極20の軸線AXに一致した状態でキャップCが上部電極20に保持されることとなる。上部電極20は、上部移動装置32に固定されている。上部電極20は、上部移動装置32の作動によって、下部電極10に対して接近及び離れる往復移動をすることができるように構成されている。換言すれば、上部電極20は、上部移動装置32の作動によって垂直方向Vに往復移動することができるように構成されている。
再び図1及び図2を主に参照して、溶接装置1の構成の説明を続ける。下部電極10と上部電極20とは、ケーブル(不図示)を介して電源(不図示)に接続されている。溶接装置1は、下部電極10に保持されたステムSと、上部電極20に保持されたキャップCとを接触させたうえで電源(不図示)を投入して電圧を印加することで、下部電極10、ステムS、キャップC、及び上部電極20に電流を流すことができるように構成されている。
移動装置30は、本実施の形態では、下部電極10を基準平面Hで移動させる下部移動装置31と、上部電極20を垂直方向Vに移動させる上部移動装置32とから構成されている。換言すれば、下部移動装置31と上部移動装置32との総称が移動装置30である。下部移動装置31は、溶接装置1の筐体に固定された基台81に取り付けられている。基台81は、水平方向に広がる表面を有する台である。上部移動装置32は、基台81に固定された門柱28の上部に固定されている。上部移動装置32は、上部電極20を垂直方向Vへ往復移動可能に支持している。門柱28は、上部電極20及び上部移動装置32と協働して、上部電極20に保持されたキャップC(接合対象部材)の位置を決定する構造を構成している。このように、接合対象部材の位置を決定する構造とは、典型的には、保持具やこれを支持する支柱等の構造体が該当する。
ステムカメラ41は、下部電極10から水平方向に離れて基台81に設置された仮置台42の上方に設けられている。仮置台42は、ステムS(図3参照)が仮置きされる台である。仮置台42は、実装部Stを上方に向けた状態で、リードSdが宙に浮く高さで、ベースSbを支持するように構成されている。仮置台42の上方に設けられているステムカメラ41は、仮置台42に載置されたステムSを、上方から撮影することで、ステムSのベースSbの輪郭及びステムマークSmの位置を把握することができるように構成されている。ベースSbは、下部電極10に搬送されたときに下部電極10に保持される部分であり、ベースSbの輪郭は、ステムSを基準平面Hに投影したときのステムSの輪郭になる。つまり、ステムカメラ41は、基準平面Hに投影したステムSの輪郭を把握することができるものであり、輪郭把握部に相当する。ここで、ステムSを基準平面Hに投影したときのステムSの輪郭とは、基準平面Hに垂直な方向に見たときのステムSの輪郭である。また、仮置台42には、ステムSにキャップCを溶接して製造されたデバイスD(図3(A)参照)をも載置することができる。ステムカメラ41は、仮置台42に載置されたデバイスDを撮影することで、基準平面Hに投影したときの、デバイスDにおけるキャップCの外縁とステムSの輪郭とを把握することができるものであり、接合部材状態把握部を兼ねている。
本実施の形態に係る溶接装置1は、さらに、ステムパレット83と、キャップパレット85と、ステムSを搬送するための第1ステム搬送機51A及び第2ステム搬送機51Bと、キャップCを搬送するためのキャップ搬送機56とを備えている。ステムパレット83は、ステムSが複数配列されるパレットである。ステムパレット83には、ステムSのリードSdを収納することができる窪み(不図示)が複数配列されて形成されている。ステムパレット83の下方には、リードSdの不具合を認識可能なカメラ(不図示)が設けられている。ステムパレット83は、平面視において、仮置台42に対して下部電極10とは反対側に設けられている。ステムパレット83は、ステムパレット支持部84に対して着脱可能に取り付けられている。ステムパレット支持部84は、ステムパレット83が下部電極10に近づく方向(X方向)に延びる主レール84aと、主レール84aが延びる方向に対して直交する方向(Y方向)に延びる枝レール84bとを有している。ステムパレット83は、ステムパレット83自身の枝レール84bに沿った移動及び枝レール84bの主レール84aに沿った移動に伴って、X方向及びY方向に移動可能に構成されている。キャップパレット85は、キャップCが複数配列されるパレットである。キャップパレット85には、縁Ceを嵌めることができる窪み(不図示)が複数配列されて形成されている。キャップパレット85に形成された窪み(不図示)は、キャップマークCmが対応する形状となっており、キャップパレット85に配置されたキャップCの位置(向き)が決まるようになっている。キャップパレット85に形成された窪み(不図示)は、縁Ceを嵌めたときに外周部Cpが埋もれない深さに形成されている。キャップパレット85は、キャップパレット支持部86に対して着脱可能に取り付けられている。キャップパレット支持部86は、キャップパレット85が下部電極10に近づく方向(X方向)に延びる主レール86aと、主レール86aが延びる方向に対して直交する方向(Y方向)に延びるキャップ移動ガイド86bとを有している。キャップパレット85は、キャップパレット85自身のキャップ移動ガイド86bに沿った移動及びキャップ移動ガイド86bの主レール86aに沿った移動に伴ってX方向及びY方向に移動可能に構成されている。
第1ステム搬送機51Aは、下部電極10と仮置台42との間に設置されており、下部電極10と仮置台42との間でステムS及びデバイスDを搬送する機器である。第1ステム搬送機51Aは、第1回転軸52Aと、第1アーム53Aとを有している。第1回転軸52Aは、下部電極10のステム用穴10hと仮置台42に形成されたリードSdを収容する穴とを結ぶ仮想直線の中点に、鉛直に延びるように設置されている。第1アーム53Aは、細長い板状の部材であり、長手方向の中点部分が第1回転軸52Aに回動可能に取り付けられている。第1アーム53Aの両端には、ステムSを把持することができる第1ステム把持部54Aが形成されている。各第1ステム把持部54Aは、第1アーム53Aの下側の面に形成されると共に、一方が下部電極10のステム用穴10hに対向する位置に、他方が仮置台42に形成されたリードSdを収容する穴に対向する位置に、それぞれ形成されている。
第2ステム搬送機51Bは、ステムパレット83と仮置台42との間に設置されており、ステムパレット83と仮置台42との間でステムS及びデバイスDを搬送する機器である。第2ステム搬送機51Bは、第2回転軸52Bと、第2アーム53Bとを有している。第2回転軸52Bは、ステムパレット83と仮置台42に形成されたリードSdを収容する穴とを結ぶ仮想直線の中点に、鉛直に延びるように設置されている。第2アーム53Bは、細長い板状の部材であり、長手方向の中点部分が第2回転軸52Bに回動可能に取り付けられている。第2アーム53Bの両端には、ステムSを把持することができる第2ステム把持部54Bが形成されている。各第2ステム把持部54Bは、第2アーム53Bの下側の面に形成されると共に、一方がステムパレット83に対向する位置に、他方が仮置台42に形成されたリードSdを収容する穴に対向する位置に、それぞれ形成されている。
キャップ搬送機56は、平面視において、下部電極10に対して仮置台42とは反対側に、下部電極10から離れて設置されている。キャップ搬送機56は、キャップCを把持することができるキャップ把持部58と、キャップ把持部58を支持する支持軸57とを有している。キャップ把持部58は、反転可能に支持軸57に支持されている。支持軸57は、キャップ移動ガイド86bが延びる方向に沿って、上部電極20の下方とキャップパレット85の上方との間を往復移動することができるように構成されている。キャップ搬送機56は、キャップパレット85に載置されているキャップCの1つをキャップ把持部58が下向きで把持し、上部電極20に向けてキャップ移動ガイド86bに沿って移動しながらキャップ把持部58を反転して上向きにし、上部電極20のバルーン22の中心穴の中に下側からキャップCを挿通することができるように構成されている。
制御装置60は、溶接装置1の動作を制御するものである。制御装置60は、下部電極10及び上部電極20に対してそれぞれ有線又は無線で制御信号を送信することで、下部電極10におけるステムSの保持及び解除並びに上部電極20におけるキャップCの保持及び解除を個別に行うことができるように構成されている。また、制御装置60は、下部移動装置31及び上部移動装置32に対してそれぞれ有線又は無線で制御信号を送信することで、下部移動装置31による下部電極10の基準平面Hにおける移動並びに上部移動装置32による上部電極20の垂直方向Vにおける移動を個別に行うことができるように構成されている。また、制御装置60は、ステムカメラ41に対して有線又は無線で電気的に接続されており、ステムカメラ41で撮影した画像を受信することができるように構成されている。また、制御装置60は、第1ステム搬送機51A、第2ステム搬送機51B、キャップ搬送機56、ステムパレット83、キャップパレット85を、それぞれ適宜移動させることができるように構成されている。また、制御装置60は、電源(不図示)に対して有線又は無線で電気的に接続されており、下部電極10と上部電極20との間への電圧の印加の有無を制御することができるように構成されている。
次に図6を参照して、本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法を説明する。図6は、接合部材としてのデバイスDを製造する手順を示すフローチャートである。以下に説明するデバイスDの製造方法(デバイスDの製法)は、典型的には、これまで説明した溶接装置1で行われる。以下に説明するデバイスDの製法は、溶接装置1の作用の説明を兼ねている。以下のデバイスDの製法の説明において、溶接装置1の構成あるいはデバイスDの構造に言及しているときは、適宜図1乃至図5を参照することとする。溶接装置1は、典型的には、デバイスDの製造開始前は、下部電極10のステム用穴10h(ステムSが保持される円形空間)の中心を、上部電極20の軸線AXを延長した仮想直線が貫く位置に、下部電極10がセットされている。
デバイスDを製造するに際し、溶接装置1内には、ステムSが複数配列されたステムパレット83と、キャップCが複数配列されたキャップパレット85とが搬入される(S1)。溶接装置1内に搬入されたステムパレット83はステムパレット支持部84に取り付けられ、キャップパレット85はキャップパレット支持部86に取り付けられる。次に、制御装置60は、第2ステム搬送機51Bを用いて、ステムパレット83に載置されているステムSの1つを仮置台42に仮置きする(S2)。このとき、制御装置60は、第2ステム搬送機51Bの第2ステム把持部54Bの位置に、把持しようとするステムSが来るようにステムパレット支持部84によってステムパレット83を移動する。制御装置60は、1つのステムSを、第2ステム把持部54Bで把持した後に第2アーム53Bを水平方向に180度回転させて仮置台42に載置する。なお、ステムパレット83の下方に設置されたカメラ(不図示)によって不良のステムSが発見された場合、制御装置60は、その不良のステムSを仮置台42に仮置きせずに、別途設けられた小トレイ(不図示)に載置する。小トレイに載置された不良のステムSは、後ほど搬出され、別途不良を修正したうえで再利用される。
ステムSを仮置台42に載置したら、制御装置60は、ステムカメラ41でステムSを撮影する(S3)。これにより、ステムSの輪郭を把握することができるため、ステムカメラ41でステムSを撮影する工程(S3)は輪郭把握工程に相当する。また、ステムカメラ41でステムSを撮影することで、ステムマークSmの位置を把握することができる。ステムカメラ41で撮影されたステムSの画像は、データとして制御装置60に送信される。次に、制御装置60は、第1ステム搬送機51Aを用いて、仮置台42に載置されているステムSを、下部電極10の位置に搬送して下部電極10に保持させる(S4)。このとき、制御装置60は、下部電極10のクランパ10cを構成する基準部11及び押さえ部12を相互に離しておき、仮置台42に載置されているステムSを、第1ステム把持部54Aで把持した後に第1アーム53Aを水平方向に180度回転させて基準部11と押さえ部12との間に搬送し、ステムSを把持する位置に基準部11を先に移動させ、次いで押さえ部12を基準部11に向けて移動させることで基準部11と押さえ部12とでステムSを挟んで保持する。
下部電極10でステムSを保持する工程(S4)において、保持したステムSの輪郭の大きさがあらかじめ想定した大きさと相違がない場合は、上部電極20に保持されるキャップCと下部電極10に保持されたステムSとの平面視における位置関係が適切なものとなる。しかし、ステムSに施されためっきの厚さが異なる等に起因してステムSの輪郭の大きさがあらかじめ想定した大きさと異なる場合、上部電極20に保持されるキャップCと下部電極10に保持されたステムSとの平面視における位置関係が不適切なものとなる。これは、下部電極10が、基準部11とステムSとの接触部分を基準位置Spとしているために生ずる。上部電極20に保持されるキャップCと下部電極10に保持されたステムSとの平面視における位置関係が不適切なままキャップCを接合すると、不適合なデバイスDが製造され得る。このような不都合を回避するため、溶接装置1では、下部電極10でステムSを保持(S4)した後、制御装置60は、ステムカメラ41でステムSを撮影する工程(S3)で得られたステムSの画像のデータに基づいて、そのステムSが下部電極10に保持された状態でのステムSの位置と、上部電極20に保持されるキャップCの位置とが適切となる位置(接合位置)に、ステムSを保持した下部電極10を移動させる(第1の接合対象部材移動工程:S5)。さらに、本実施の形態では、ステムSの画像データに基づいて、ステムマークSmがキャップマークCmと合致する位置になるように、下部電極10をθ方向(図4参照)に回転移動させる。なお、第1ステム搬送機51Aを用いてステムSを下部電極10に保持させる際に(S4)、ステムカメラ41でステムSを撮影する工程(S3)で得られたステムSの画像のデータに基づいて、下部電極10のXY方向及び/又はθ方向の位置の仮調整を行っておき、第1の接合対象部材移動工程(S5)における位置調節に要する時間を短縮することとしてもよい。
次に、制御装置60は、キャップ搬送機56を用いてキャップパレット85に載置されているキャップCの1つを上部電極20に搬送し、上部電極20にキャップCを保持させる(S6)。このとき、制御装置60は、キャップ搬送機56のキャップ把持部58の位置に、把持しようとするキャップCが来るようにキャップパレット支持部86によってキャップパレット85を移動し、1つのキャップCを、キャップ把持部58で把持する。その後、支持軸57をキャップ移動ガイド86bに沿って上部電極20に向けて移動させながらキャップ把持部58を上下反転させ、キャップCを上部電極20のバルーン22の中心穴の直下まで搬送する。このとき、キャップCのθ方向における位置調節を行うこととしてもよい。そして、キャップCの外周部Cpをバルーン22の中心穴に、縁Ceが電極チップ23に当たるまで挿入し、バルーン22を膨張させてキャップCを保持する。上部電極20は、バルーン22を膨張させてキャップCを保持するので、キャップCの外周部Cpの概ね全周にバルーン22が均等に接触してキャップCが平面視において中心に位置し、上部電極20の軸線AXがキャップCの中心を貫くこととなる。本実施の形態では、上部電極20が、門柱28に支持されていて、鉛直方向に移動することができるが、水平方向には移動しないように構成されているため、キャップCは、上部電極20に保持された時点で、平面視において接合位置に移動したこととなる。したがって、本実施の形態では、キャップCをキャップパレット85から上部電極20に搬送して上部電極20で保持する工程(S6)が、第2の接合対象部材移動工程に相当する。なお、図6では、説明の便宜上、上部電極20でのキャップCの保持(S6)を、ステムSの仮置き(S2)〜ステムSの接合位置への移動(S5)の後に行うこととしているが、ステムSの仮置き(S2)〜ステムSの接合位置への移動(S5)の前又は同時に行うこととしてもよい。
下部電極10でのステムSの保持及び上部電極20でのキャップCの保持を行ったら、キャップCを保持した上部電極20を下降させて、キャップCの縁CeをステムSのベースSbに接触させ、キャップCとステムSとを接合してデバイスDを製造する(接合工程:S7)。キャップCとステムSとの接合は、縁CeをベースSbに接触させた後、上部電極20を下部電極10に向けてさらに押圧することで、ステムSのベースSbとキャップCの縁Ceとの接触部(プロジェクション)を加圧しつつ、電源(不図示)を投入してプロジェクションに通電させることによる抵抗溶接で行われる。ステムSとキャップCとを接合したら、上部電極20は、キャップCの保持を解除して(S8)、下部電極10から離れるように上方に移動する。次に、制御装置60は、ステムSの保持を解除する(S9)。次に、制御装置60は、第1ステム搬送機51Aを用いて、下部電極10にあるデバイスDを仮置台42に搬送する(S10)。
デバイスDを仮置台42に載置したら、制御装置60は、ステムカメラ41でデバイスDを撮影する(S11)。これにより、デバイスDの状態での、キャップCの外縁と、ステムSの輪郭とを把握することができ、キャップCとステムSとの平面視における位置にずれがあるか否か(典型的には両者の中心がずれているか否か)を把握することができる。ステムカメラ41で撮影されたデバイスDの画像は、データとして制御装置60に送信され、キャップCとステムSとの位置にずれがある場合には、次に接合しようとするステムSとキャップCとの位置合わせにフィードバックする。ステムカメラ41でデバイスDを撮影したら(S11)、制御装置60は、第2ステム搬送機51Bを用いて、仮置台42に載置されているデバイスDを、デバイスDの収納位置に搬送する(S12)。本実施の形態では、仮置台42のデバイスDをステムパレット83に搬送し、デバイスDをステムパレット83に収容する。このとき、デバイスDは、ステムパレット83の、接合のためにステムSが取り去られた位置か、もともとステムSが載置されていない位置に収容される。これで、1つのデバイスDの製造が完了する。続いて新たにデバイスDを製造する場合は、図6に示す上述したフローを繰り返す。
以上で説明したように、本実施の形態によれば、ステムSの輪郭の大きさに変動があった場合でも、下部電極10にステムSを保持させる前に下部電極10の基準平面Hにおける位置を調節するため、接合するステムSとキャップCとの位置合わせを行うことができる。また、下部電極10の基準平面Hにおける位置の調節は、ステムカメラ41で撮影した画像に基づいて行われるため、ステムSを下部電極10で保持した直後に、あるいは基準部11及び/又は押さえ部12を動かしながら下部電極10の位置調節を行うことができ、位置調節に要する時間を少なくできて、デバイスDの製造効率を向上させることができる。
以上の説明では、ステムカメラ41で撮影したデバイスDにおけるステムSとキャップCとのずれを、ステムSを保持した下部電極10の位置調節にフィードバックさせることとしたが、上部電極20付近の温度を検出する温度センサ46(図1中に二点鎖線で表示)を設け、ステムカメラ41で撮影したデバイスDにおけるステムSとキャップCとのずれに代えて、温度センサ46で検出した温度を下部電極10の位置調節にフィードバックしてもよい。この場合、以下のように構成することができる。温度センサ46は、典型的には熱電対が用いられる。温度センサ46は、門柱28に取り付けられており、門柱28の温度変化を検出することができるように構成される。門柱28は、上部電極20を支持する上部移動装置32が取り付けられており、上部電極20に保持されたキャップCの位置を決定する構造といえる。したがって、温度センサ46は、温度変化検出部に相当する。制御装置60は、温度センサ46に対して有線又は無線で電気的に接続され、温度センサ46で検出した温度変化を信号として受信することができるように構成される。また、制御装置60は、基準となる温度のときにステムSとキャップCとの接合が適正に行われる位置である標準位置に対して、温度センサ46で検出した温度変化に対する門柱28のずれ分があらかじめ記憶される。上部電極20を支持する門柱28は、温度変化に伴って膨張又は収縮し、上部電極20の接合位置にずれが生じさせることがある。制御装置60は、温度センサ46で検出した温度を、あらかじめ記憶されている温度センサ46で検出した温度変化に対する門柱28のずれ分の関係に照らし、図6に示すフローチャートにおける下部電極10に保持されたステムSを接合位置に移動する工程(S5)の際に、温度変化に対する門柱28のずれ分を加味するとよい。この場合、下部電極10に保持されたステムSを接合位置に移動する工程(S5)に至る前に温度センサ46で温度を検出しておき、温度センサ46で検出した温度を、下部電極10に保持されたステムSを接合位置に移動する工程(S5)に反映させると共に、図6に示すフローチャートからステムカメラ41でデバイスDを撮影する工程(S11)を省くこととなる。
以上の説明では、基準部11及び押さえ部12が、それぞれ天面10fに沿って相互に近づき及び離れる往復移動をすることができるように構成されていることとしたが、基準部11を電極本体10bに固定して押さえ部12の方だけが基準部11に対して近づき及び離れる往復移動をするように構成されていてもよい。しかしながら、基準部11及び押さえ部12の両方が移動するように構成すると、ステムSを下部電極10に載置する際にステムSがクランパ10cに干渉することを回避することが可能となって好ましい。
以上の説明では、下部電極10が基準平面H(水平面)内を移動し、上部電極20が垂直方向V(鉛直方向)に移動することとしたが、下部電極10が垂直方向V(鉛直方向)に移動して上部電極20が基準平面H(水平面)内を移動することとしてもよい。あるいは、下部電極10が移動せずに上部電極20が基準平面H(水平面)内及び垂直方向V(鉛直方向)の両方に移動することとしてもよく、逆に、上部電極20が移動せずに下部電極10が基準平面H(水平面)内及び垂直方向V(鉛直方向)の両方に移動することとしてもよく、下部電極10が基準平面H(水平面)内又は垂直方向V(鉛直方向)の一方に移動しつつ上部電極20が基準平面H(水平面)内及び垂直方向V(鉛直方向)の両方に移動することとしてもよく、上部電極20が基準平面H(水平面)内又は垂直方向V(鉛直方向)の一方に移動しつつ下部電極10が基準平面H(水平面)内及び垂直方向V(鉛直方向)の両方に移動することとしてもよく、下部電極10及び上部電極20の双方が基準平面H(水平面)内及び垂直方向V(鉛直方向)の両方に移動することとしてもよい。
以上の説明では、接合部材(デバイスD)が光半導体であるとしたが、2つの部材を接合することで製造されるセンサー用品等であってもよい。
1 溶接装置
10 下部電極
10c クランパ
11 基準部
12 押さえ部
20 上部電極
28 門柱
30 移動装置
41 ステムカメラ
46 温度センサ
60 制御装置
D デバイス
C キャップ
S ステム
Sp 基準位置
H 基準平面
V 垂直方向

Claims (7)

  1. 第1の接合対象部材と第2の接合対象部材とが接合した接合部材を製造する装置であって;
    前記第1の接合対象部材を保持する第1の保持具と;
    前記第2の接合対象部材を保持する第2の保持具と;
    前記第1の保持具を、前記第2の保持具に対して、基準平面内で相対的に移動させると共に、前記基準平面に垂直な方向である垂直方向に相対的に往復移動させる移動装置と;
    前記第1の接合対象部材の前記第1の保持具に保持される部分を前記基準平面に投影したときの輪郭を把握する輪郭把握部と;
    前記移動装置を制御する制御装置とを備え;
    前記第1の保持具は、前記第1の接合対象部材の前記輪郭の一部を基準位置として、前記第1の接合部材を保持するように構成され;
    前記制御装置は、前記輪郭把握部が把握した前記輪郭に応じて、前記第1の保持具に保持された前記第1の接合対象部材と、前記第2の保持具に保持された前記第2の接合対象部材とが、前記第1の保持具の前記第2の保持具に対する相対的な前記垂直方向の移動によって適切に接合される位置に、前記第1の保持具を前記基準平面内で前記第2の保持具に対して相対的に移動させるように構成された;
    接合部材製造装置。
  2. 前記接合部材における、前記第2の接合対象部材を前記基準平面に投影したときの外縁と、前記輪郭とを把握する接合部材状態把握部を備え;
    前記制御装置は、前記接合部材状態把握部が把握した前記外縁と前記輪郭との位置関係に応じて、次に前記接合部材が製造される際の前記基準平面内における前記第1の保持具の前記第2の保持具に対する相対的な移動を調節するように構成された;
    請求項1に記載の接合部材製造装置。
  3. 前記第1の保持具は、前記第1の接合対象部材を把持する把持機構を有し;
    前記把持機構は、前記基準位置に接触する基準部と、前記基準部と協働して前記第1の接合対象部材を挟む押さえ部とを含み、前記基準部と前記押さえ部とは、相対的に相互に接近し及び離れる往復移動をするように構成された;
    請求項1又は請求項2に記載の接合部材製造装置。
  4. 前記第1の保持具に保持された前記第1の接合対象部材の位置を決定する構造及び前記第2の保持具に保持された前記第2の接合対象部材の位置を決定する構造の少なくとも一方の温度の変化を検出する温度変化検出部を備え;
    前記制御装置は、前記温度変化検出部が検出した温度の変化に応じて、前記基準平面内における前記第1の保持具の前記第2の保持具に対する相対的な移動を調節するように構成された;
    請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の接合部材製造装置。
  5. 第1の接合対象部材と第2の接合対象部材とが接合した接合部材を製造する装置であって;
    前記第1の接合対象部材を保持する第1の保持具と;
    前記第2の接合対象部材を保持する第2の保持具と;
    前記第1の保持具を、前記第2の保持具に対して、基準平面内で相対的に移動させると共に、前記基準平面に垂直な方向である垂直方向に相対的に往復移動させる移動装置と;
    前記第1の保持具に保持された前記第1の接合対象部材の位置を決定する構造及び前記第2の保持具に保持された前記第2の接合対象部材の位置を決定する構造の少なくとも一方の温度の変化を検出する温度変化検出部と;
    前記移動装置を制御する制御装置とを備え;
    前記制御装置は、前記温度変化検出部が検出した温度の変化に応じて、基準温度のときに前記第1の保持具に保持された前記第1の接合対象部材と前記第2の保持具に保持された前記第2の接合対象部材との接合が行われる標準位置に対して、前記基準平面内における前記第1の保持具の前記第2の保持具に対する相対的な移動を調整するように構成された;
    接合部材製造装置。
  6. 第1の接合対象部材と第2の接合対象部材とが接合した接合部材を製造する方法であって;
    前記第1の接合対象部材を基準平面に投影したときの輪郭を把握する輪郭把握工程と;
    前記第1の接合対象部材を、前記基準平面に投影して見たときに前記第2の接合対象部材との接合が行われる接合位置に移動する第1の接合対象部材移動工程と;
    前記第2の接合対象部材を、前記基準平面に垂直な方向である垂直方向に前記第1の接合対象部材に対して離れ、前記基準平面に投影して見たときに前記接合位置に移動する第2の接合対象部材移動工程と;
    前記垂直方向に離れていて前記基準平面に投影して見たときに前記接合位置にある前記第1の接合対象部材及び前記第2の接合対象部材を、前記垂直方向に近づけて接合して前記接合部材を製造する接合工程とを備え;
    前記第1の接合対象部材移動工程は、前記輪郭把握工程で把握した前記輪郭に応じて、前記第1の接合対象部材の前記第2の接合対象部材に対する相対的な移動を調節するように構成された;
    接合部材の製造方法。
  7. 第1の接合対象部材と第2の接合対象部材とが接合した接合部材を製造する方法であって;
    前記第1の接合対象部材及び前記第2の接合対象部材の少なくとも一方の周辺の温度を検出する温度検出工程と;
    前記第1の接合対象部材を、基準平面に投影して見たときに前記第2の接合対象部材との接合が行われる接合位置に移動する第1の接合対象部材移動工程と;
    前記第2の接合対象部材を、前記基準平面に垂直な方向である垂直方向に前記第1の接合対象部材に対して離れ、前記基準平面に投影して見たときに前記接合位置に移動する第2の接合対象部材移動工程と;
    前記垂直方向に離れていて前記基準平面に投影して見たときに前記接合位置にある前記第1の接合対象部材及び前記第2の接合対象部材を、前記垂直方向に近づけて接合して前記接合部材を製造する接合工程とを備え;
    前記第1の接合対象部材移動工程は、前記温度検出工程で検出した温度に応じて、前記第1の接合対象部材の前記第2の接合対象部材に対する相対的な移動を調節するように構成された;
    接合部材の製造方法。
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