JP3743978B2 - シーム溶接装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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を蓋(リッド)で気密に封止する際に、リッドをパッケージにスポット溶接によって仮止めするようにしたシーム溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子、水晶振動子等のチップをパッケージに気密に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が広く用いられている。このシーム溶接法は、図3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)のパッケージ3の内部に水晶振動子、半導体素子等のチップ4を収納し、このチップ4と電極5をワイヤ5で電気的に接続した後、このパッケージ3の開口部をコバール、42アロイ等からなる金属製のリッド7で覆う。
【0003】
次に、溶接ヘッドを構成する一対のテーパ付きローラ電極8a,8bを下降させてリッド7の対向する2辺の端縁部に一定の加圧条件下で接触させ、パッケージ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辺を溶融しパッケージ3とリッド7をシーム接合する。この2辺のシーム接合が終了すると、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ともに、パッケージ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辺を同様にシーム接合し、もってパッケージ3を気密に封止する。
【0004】
このように従来のシーム溶接装置は、通電により接合部に発生するジュール熱を利用してパッケージ3とリッド7をシーム接合するものであるが、リッド7をパッケージ3上に載置して一対のローラ電極8a,8bをリッド7の対向側縁に沿って転動させると、リッド7が位置ずれを起こし易いという欠点があった。
【0005】
そこで、従来はシーム溶接する前工程として、リッド7をパッケージ3上に載置して位置決めし、仮止め用溶接ヘッドの電極でリッド7とパッケージ3をスポット溶接した後、このリッドが仮止めされたパッケージをシームエリアに搬送して上記した手順でシーム溶接を行っている(特開平11−97563号公報)。
【0006】
上記特開平11−97563号公報に記載されたシーム溶接装置における仮付け手段を図4に基づいて説明する。この仮付け手段20は、90°の角度で往復回動する回動部材21に90°の角度で十字状に交差した4つのアーム部21a〜21dを設けるとともに、これらのアーム部21a〜21dに対応してリッド仮付け部11と、第1、第2の位置決め部12a,12bと、リッド供給部13とを、回動部材21の軸22を中心とする同一円周上に90°間隔で設けている。リッド仮付け部11とリッド供給部13は、互いに対向し、第1のリッド位置決め部12aと第2のリッド位置決め部12bは互いに対向している。
【0007】
リッド仮付け部11には、X、Y、θ方向に駆動されるXYθテーブル14が配設されており、複数のパッケージ3をマトリクス状に収納したトレー15が図示しない搬送路から搬送されてXYθテーブル14上の所定位置に載置され、リッド供給部13にはパーツフィーダ16によってリッド7が供給される。
17はトレー15上のパッケージ3を個々に撮像するためのCCDカメラを含む画像認識処理装置であり、パッケージ3の撮像画像からシールリングの視覚認識を行って基準位置からのX、Y、θ方向のずれ量を検出し、このずれ量を補正量としてXYθテーブル14に出力して、パッケージ3を基準位置に位置付けている。
【0008】
第1のリッド位置決め部12aと第2のリッド位置決め部12bとは同一構造をしており、図示のように4方向の爪23を用いて2方向を基準爪とし、残りの2方向の爪でリッド7のセンタリングを行う。このセンタリングされたリッド7のX、Y、θ方向の位置は、XYθテーブル14上のパッケージ3の基準位置に一致する。
【0009】
回動部材21の4つのアーム部21a〜21dは、リッド7を吸引保持する吸引ノズル18a〜18dをそれぞれ備え、さらに2つのアーム部21c,21dは吸引ノズル18c、18dを挟んで対向する一対のローラ電極を有する溶接ヘッド19a,19bをそれぞれ備えている。この場合吸引ノズル18c、18dの下端はローラ電極の下端よりも下方に若干突出させて装着されている。
吸引ノズル18a、18bは、アーム部21a、21bの垂下部にリニアガイド(図示せず)を介して垂直方向に摺動自在に装着された従動子24に装着されており、この従動子24がカム25によって上下動するのに伴って上下動する。
【0010】
また、アーム部21c、21dの吸引ノズル18c、18dと溶接ヘッド19a,19bは、アーム部21c、21dの垂下部にリニアガイド(図示せず)を介して垂直方向に摺動自在に装着され該垂下部を挟むコ字状の従動子26に装着されており、この従動子26がカム25によって上下動するのに伴って一体的に上下動する。なお、吸引ノズル18a〜18dおよび溶接ヘッド19a,19bとアーム部21a〜21d間には図示しない引張りコイルバネがそれぞれ装架され、吸引ノズル18a〜18dおよび溶接ヘッド19a,19bはそれぞれ下方に付勢されている。
【0011】
このような構造の仮付け手段20の動作について説明する。回動部材21が図4に示す初期状態より反時計および時計方向に90°の角度範囲で往復回動すると、アーム部21aは、リッド供給部13と第2のリッド位置決め部12b間を往復回動し、反時計方向回りの往動作時に吸引ノズル18aがリッド供給部13のリッド7を吸引保持して第2の位置決め部12bに搬送し、時計方向回りの復動時に元の位置に戻り、リッド供給部13のリッド7を吸引保持する。
【0012】
アーム部21bは、第1のリッド位置決め部12aとリッド供給部13間を往復回動し、反時計方向回りの往動作時にリッド供給部13に移動すると吸引ノズル18bがリッド供給部13のリッド7を吸引保持し、復動作時に吸引保持したリッド7を第1の位置決め部12aに搬送する。
【0013】
アーム部21cはリッド仮付け部11と第1の位置決め部12a間を往復回動し、反時計方向回りの往動作時に第1のリッド位置決め部12aに移動すると、吸引ノズル18cが第1のリッド位置決め部12aのリッド7を吸引保持し、時計方向回りの復動作時に吸引保持したリッド7をリッド仮付け部11に搬送してパッケージ3上に載置する。このとき、溶接ヘッド19aも動作してパッケージ3上に載置されたリッド7をパッケージ3にスポット溶接する。
【0014】
アーム部21dはリッド仮付け部11と第2の位置決め部12b間を往復回動し、反時計方向回りに往動作時に第2のリッド位置決め部12b上のリッド7を吸引保持してリッド仮付け部11に搬送してパッケージ3上に載置する。このとき、溶接ヘッド19bも動作してパッケージ3上に載置されたリッド7をパッケージ3にスポット溶接する。
従って、この従来例においては、回動部材21が1回往復回動する毎に、2つのパッケージ3に対してリッド7を順次仮止めすることができ、仮止めの高速化を達成でき、生産性を向上させることができる。
【0015】
しかしながら、上記した従来のシーム溶接装置においては、画像認識部17とリッド仮付け部11が同一位置に配置されているため、回動部材21が往復回動する回動期間毎に、パッケージ3の画像認識を行って基準位置からのX、Y、θ方向のずれ量を検出し、このずれ量を補正量としてXYθテーブル14に出力して、パッケージ3を基準位置に位置付けている。このためパッケージ3の画像認識および位置決めを行っている間は仮接合することができず、仮止めに要する時間が長くなり、生産性が低いという問題があった。
【0016】
本発明はこのような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、単位時間当たりの仮止め回数を増加させることにより仮止めの高速化を達成し、生産性を向上させるようにしたシーム溶接装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するたに本発明は、チップを収納したパッケージの開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドを溶接ヘッドによって前記パッケージに仮止めするシーム溶接装置において、パッケージを搬送する搬送手段と、この搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置され、パッケージを上方から撮像して該パッケージの2次元の位置補正データを取得して記憶する画像認識処理手段と、この画像認識処理手段の下流側の搬送路上に配置され、該画像認識処理手段から読み出した位置補正データに基づいてパッケージの位置を補正するパッケージ位置補正手段と、別途予め位置決めされたリッドを回動アームにより正逆両方向から位置補正されたパッケージに載置して両者ををスポット溶接する仮付け手段とを有し、前記仮付け手段のリッド位置決め部から位置決めされたリッドがリッド仮付け部に搬送される間に、位置補正データを前記画像認識処理手段から前記パッケージ位置補正手段に出力してパッケージの位置を補正し、リッドをパッケージにスポット溶接するようにしたことを特徴とする。
【0018】
本発明においては、トレー上のパッケージを搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置した画像認識処理手段で撮像して、パッケージの2次元の位置補正データを取得し、仮付け手段のリッド位置決め部から位置決めされたリッドがリッド仮付け部に搬送される間に、位置補正データを前記画像認識処理手段からパッケージ位置補正手段に出力してパッケージの位置を補正し、リッドをパッケージにスポット溶接するようにしたので、画像認識を行っている間もパッケージにリッドをスポット溶接することができ、仮止めに要する時間を短縮できて生産性が向上する。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係るシーム溶接装置の一実施の形態を示す概略平面図、図2は図1に示すシーム溶接装置における仮付け動作のタイムチャートである。なお、従来技術の欄で示した構成部材等と同一のものについては同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。
【0022】
図1において、シーム溶接装置100は、パッケージ3内の部品の酸化を防ぐために内部が窒素で満たされるかまたは所定の真空度に保持されたチャンバ31を備えている。このチャンバ31はパッケージ3の搬送方向に長く形成され、内部が4つのエリア、すなわち図1において左からパッケージ供給エリアA、パッケージ認識エリアB、リッド仮付けエリアCおよびシームエリアDを形成している。
【0023】
前記パッケージ供給エリアAは、リッド7が仮止めされていないパッケージ3を前記パッケージ認識エリアBに供給するための領域で、前記パッケージ3を搭載したキャリアボード15を収容するローダー32と、このローダー32をチャンバ31の外部に設けた引込み部33から引き込むローダー引込みユニット34を備えている。また、前記引込み部33の内側には、チャンバー31内部と引込み部33との連通を通常遮断するシャッタ35が設けられている。
【0024】
36はパッケージ3を含むキャリアボード15を搬送する搬送手段37の搬送路上に配置され、パッケージ3を個々に撮像するCCDカメラ等からなる撮像装置であり、この撮像装置36の直下にはキャリアボード15を搭載してX、Y方向に駆動するXYテーブル38が設けられている。XYテーブル38は該テーブル38上に位置決め載置されたキャリアボード15上の全パッケージ3を、順次撮像すべくY方向およびX方向に間欠駆動され、撮像装置36によってキャリアボード15上の全パッケージ3の画像を取り込み、画像処理装置39に順次送出する。撮像装置36と画像処理装置39とが画像認識処理手段40を構成する。
【0025】
画像処理装置39では、入力されたパッケージ3毎の画像から2次元の位置データを取得し、この位置データと仮付け手段20のXYθテーブル14からなるリッド仮付け部11におけるパッケージ3の予め定められた基準位置とを比較して、この基準位置に対する2次元の位置補正データを取得する。取得されたパッケージ3毎の位置補正データは、画像処理装置39内の記憶部(図示せず)に記憶される。
このようにして全パッケージ3の撮像を終えたキャリアボード15は、仮付けエリアCに搬送され、パッケージ位置補正手段41のXYθテーブル14上に位置決め載置される。
【0026】
XYθテーブル14は、画像処理装置39の記憶部から個々に読み出した位置補正データに基づいて該当するパッケージ3の位置を補正する。仮付けエリアCには従来例と同様の仮付け手段20(但し、画像認識部17は含まない。)、が設けられており、吸引ノズル18aおよび18bによってリッド供給部13から取り出され、第1位置決め部12aおよび第2位置決め部12bにおいて予め位置決めされたリッド7を、吸着ノズル18cおよび18dでXYθテーブル14上のパッケージ3に交互に載置して、溶接ヘッド19aおよび19bにてパッケージ3にリッド7を順次スポット溶接する。
【0027】
前記シームエリアDには、前記リッド仮付けエリアCにおいて、仮付けされたパッケージ3とリッド7をシーム溶接するYシーム溶接ヘッド41を備えたYステーション40と、Xシーム溶接ヘッド43を備えたXステーション42がパッケージ3の搬送方向に並設されている、Yステーション40においては、Yシーム溶接ヘッド41がリッド7の搬送方向と直交する両側縁をシーム溶接し、Xステーション42においては、Xシーム溶接ヘッド43がリッド7の搬送方向と平行な両側縁をシーム溶接する。
前記チャンバー31の右側には、シーム溶接されたパッケージ3を搬送する排出用搬送手段50が配設されている。
【0028】
次に、上記構造からなるシーム溶接装置の動作について、図2をも参照して説明する。
複数のパッケージ3を搭載したキャリアボード15をローダ32に供給し、リッド7を仮付け手段20のリッド供給部13に供給し、シーム溶接装置100を溶接可能な状態にセットする。次に、装置100の電源を投入すると、搬送手段37が動作してローダ32内のキャリアボード15をパッケージ認識エリアBに所定の間隔を置いて順次供給する。
【0029】
パッケージ認識エリアBのXYテーブル38はキャリアボード15上の1列目(Y方向)のパッケージ3を順次撮像すべくY方向に間欠駆動され、この列の撮像が終了すると2列目を撮像すべくX方向に1列分駆動される。この動作をキャリアボード15の全列について行って全パッケージ3の画像を取り込み、画像処理装置39に順次送出する。
【0030】
画像処理装置39では、入力されたパッケージ3の画像から該パッケージ3の基準位置に対する2次元の位置補正データを取得してこのパッケージ3毎の位置補正データを記憶部に記憶する。
このようにして全パッケージ3の撮像を終えたキャリアボード15は、搬送手段37によって仮付けエリアCのXYθテーブル14上に搬送され位置決め載置される。
【0031】
一方、リッド7は仮付け手段20の吸引ノズル18aによってリッド供給部13から取り出された後(図2−b1)、回動部材21が反時計廻り(CCW)に90度回動し(図2−a1)、第2位置決め部12bにおいて位置決めされる(図2−b2)。この位置決め時に吸引ノズル18bはリッド供給部13の新たなリッド7を吸着する。次いで、回動部材21が時計廻り(CW)に90度回動し(図2−a2)、位置決めされたリッド7を吸引ノズル18dで吸着する(図2−c1)。この吸着時に吸引ノズル18bは吸着した新たなリッド7を、第1位置決め部12aに載置し、吸引ノズル18aはリッド供給部13の新たなリッド7を吸着する。
【0032】
続く回動部材21の反時計廻りの回動(図2−a3)によって、吸引ノズル18dで吸着されたリッド7はリッド仮付け部11のXYθテーブル14上のパッケージ3に載置されて、溶接ヘッド19bにてパッケージ3に仮付けされる(図2−c2)。この仮付け時に吸引ノズル18cは第1位置決め部12aにて位置決めされたリッド7を吸着する。次いで回動部材21は時計廻りに回動するが(図2−a4)、この回動時にXYθテーブル14は新たなパッケージ3をリッド仮付け部11の基準位置に移動させる(図2−d1)と共に、画像処理装置28の記憶部から読み出した当該パッケージ3の位置補正データに基づいてパッケージ3の位置を補正する(図2−d2)。
【0033】
次の回動部材21の反時計廻りの回動時に吸引ノズル18cに吸着されたリッド7は、リッド仮付け部11のXYθテーブル14上の位置補正された新たなパッケージ3に載置されて、溶接ヘッド19aにてパッケージ3に仮付けされる。以下この一連の動作によって、回動部材21が90度回動する毎にキャリアボード15上のパッケージ3にリッド7が自動的に仮付けされる。
【0034】
このリッド7の仮止めが終了すると、リッド仮溶接部11上のキャリアボード15は搬送機構37によってシームエリアCに搬送され、次のリッドが仮止めされていないパッケージ3を搭載したキャリアボード15がリッド仮溶接部11に供給される。
【0035】
このように、本発明においては、トレー15上のパッケージ3を搬送手段37の搬送路上に配置した画像認識処理手段40で撮像し、パッケージ3の2次元の位置補正データを取得して仮付け手段20のXYθテーブル14に出力してパッケージの位置を補正するようにしたので、画像認識を行っている間もパッケージ3の仮付けをすることができ、従来装置に比べて仮付けに要する時間を大幅に短縮できて高速化を達成することができる。
【0036】
また、仮付け手段20のリッド位置決め部12aおよび12bから位置決めされたリッド7がリッド仮付け部11に搬送される間に、パッケージ3間の移動とパッケージ3の位置を補正することにより、リッド7をパッケージ3に仮付けするので、複数のパッケージをパッケージ位置補正手段41に載置して順次仮付けすることができ、仮付けに要する時間を更に短縮できる。
【0037】
シームエリアDにおいては、Yステーション42においてYシーム溶接ヘッド43がリッド7の搬送方向と直交する両側縁をシーム溶接し、次いでXステーション44においてXシーム溶接ヘッド45がリッド7の搬送方向と平行な両側縁をシーム溶接し、パッケージ3を気密に封止する。このようにしてシーム溶接が終了したパッケージ3はチャンバー31の外部に排出される。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシーム溶接装置によれば、チップを収納したパッケージの開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドを溶接ヘッドによって前記パッケージに仮止めするシーム溶接装置において、トレー上のパッケージを搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置した画像認識処理手段で撮像してパッケージの2次元の位置補正データを取得し、画像認識処理手段の下流側に配置したパッケージ位置補正手段に出力しパッケージの位置を補正するようにし、回動部材により正逆両方向からリッドを載置して両者をスポット溶接するようにしたので、画像認識を行っている間もパッケージにリッドをスポット溶接することができ、仮止めに要する時間を短縮して仮止めの高速化を達成でき、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシーム溶接装置の一実施の形態を示す概略平面図である。
【図2】図1に示すシーム溶接装置における仮付け動作のタイムチャートである。
【図3】半導体パッケージのシーム接合法を説明するための図である。
【図4】 シーム溶接装置における仮付け部の従来例を示す図である。
【符号の説明】
3…パッケージ、7…リッド、11…リッド仮付け部、12a,12b…リッド位置決め部、13…リッド供給部、14…XYθテーブル、15…キャリアボード、18a〜18d…吸着ノズル、19a,19b…溶接ヘッド、20…仮付け手段、37…搬送手段、38…XYテーブル、40…画像認識処理部、41…パッケージ位置補正手段。
Claims (1)
- チップを収納したパッケージの開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドを溶接ヘッドによって前記パッケージに仮止めするシーム溶接装置において、
パッケージを搬送する搬送手段と、
この搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置され、パッケージを上方から撮像して該パッケージの2次元の位置補正データを取得し記憶する画像認識処理手段と、
この画像認識処理手段の下流側の搬送路上に配置され該画像認識処理手段から読み出した位置補正データに基づいてパッケージの位置を補正するパッケージ位置補正手段と、
別途予め位置決めされたリッドを回動部材により正逆両方向から位置補正されたパッケージに載置して両者をスポット溶接する仮付け手段とを有し、
前記仮付け手段のリッド位置決め部から位置決めされたリッドがリッド仮付け部に搬送される間に、位置補正データを前記画像認識処理手段から前記パッケージ位置補正手段に出力してパッケージの位置を補正し、リッドをパッケージにスポット溶接するようにしたことを特徴とするシーム溶接装置。
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