JP4723540B2 - 電子部品パッケージ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品パッケージの製造方法等に関する。

水晶振動子等の各種電子部品は、電子部品パッケージの内部に水晶等の各種機能部材を収容して構成される。この電子部品パッケージは、主に、セラミックによって構成されるパッケージ本体と、このパッケージ本体に形成されるメタライズ領域と、このメタライズ領域にろう材を介して固定されるシームリングと、このシームリングに対してシーム溶接によって固定されるリッド（蓋）を備える。パッケージ本体は箱状部材であり、機能部材を収容する凹部を中央に備える。メタライズ領域は、このパッケージ本体の凹部の開口の周囲に形成されており、タングステンやモリブデン等にＮｉメッキを施して構成される。

図１０に示されるように、この電子部品パッケージを製造する場合、ベースに対して上方に突出する凸部を有するパッケージ専用治具を用いる。この凸部に対して、環状のシームリング及びろう材をこの順に積層しておき、更に、パッケージ本体の凹部を下向きに保持して、この凹部を専用治具の凸部に嵌めこむ。このまま、加熱炉によって全体を加熱してろう材を溶融させれば、シームリングが、電子部品パッケージのメタライズ領域にろう付けされる。

なお、パッケージ専用治具は、加熱時にろう材の付着を回避するためにカーボン素材が採用される。

シームリングが固定された電子部品パッケージ本体の凹部等に機能部材を適宜配置し、リッドをシーム溶接することで内部を密閉すれば、電子部品が完成する。
特開平８−４６０７５号公報

現在、電子部品の小型化が著しく進展している。この結果、シームリングの幅方向寸法も小さくなり、例えばこの寸法が０．２〜０．３ｍｍ程度となるような電子部品も存在している。シームリングの幅が小さくなると、パッケージ本体（メタライズ領域）に対するシームリングの位置決め精度を高めなければならない。

しかし、従来の製造方法では、電子部品パッケージの円滑な組み立てを実現するために、専用治具の凸部とシームリングの間、及び同凸部とパッケージ本体の凹部の間に、ある程度のガタ（隙間）を確保しなければならず、位置決め精度を高めるのが困難であるという問題があった。

また、電子部品パッケージの量産工程では、パッケージ本体に分割される前の中間プレート材（いわゆる集合基板）を用いることが多い。即ちセラミックプレートに複数の凹部が形成された中間プレート材に対して、シームリングをまとめて固定していき、その後に、この中間プレート材を分断して電子部品パッケージを得る。この場合、専用治具もこの中間プレート材に合わせた構造にする必要があり、中間プレート材の各凹部に対応した複数の凸部を備えなければならない。量産工程では、専用治具の全ての凸部にシームリングとろう材を設置した状態で、上方から中間プレート材を嵌め合わせ、そのまま加熱炉に搬入してシームリングをまとめて固定する。

しかし、この中間プレート材は、セラミックの焼成によって製造されることから、焼成時の収縮によって最大数％の形状誤差が生じる。形状誤差に対応するには、中間プレート材の各凹部と、専用治具の凸部のガタを大きく設定しておくか、中間プレート材の形状誤差をランク分けして、各ランクに対応した専用治具を予め用意する必要があり、いすれにしろ、組み立て精度が悪化したり、製造コストが増大したりする要因になっていた。

更に、これらの専用治具は、カーボン素材によって構成されているため、パッケージ本体やシームリングとの接触により摩耗し、その異物によってシームリングが適切にろう付けされない等、製造品質を低下させる要因となっていた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、高品質で、且つ電子部品の小型化に柔軟に対応可能な電子部品パッケージの製造方法を提供することを目的としている。

本発明者の鋭意研究によって、上記目的は下記の手段によって達成される。

（１）電子部品パッケージ本体に形成されるメタライズ領域に対して、ろう材を配置するろう材配置ステップと、前記ろう材の上にリッド固定リングを配置するリング配置ステップと、前記リッド固定リングの一部をスポット加熱して前記ろう材を部分的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に仮固定するリング仮固定ステップと、前記リッド固定リングが仮固定された前記電子部品パッケージ本体を加熱して前記ろう材を全体的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に固定させるリング固定ステップと、を備えることを特徴とする電子部品パッケージの製造方法。

（２）前記メタライズ領域は、電子部品パッケージ本体における凹部近傍に形成されることを特徴とする上記（１）記載の電子部品パッケージの製造方法。

（３）前記リング仮固定ステップにおいて、前記リッド固定リングに溶接電極を当接させて、溶接電流により前記ろう材を部分的に溶融させることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の電子部品パッケージの製造方法。

（４） 前記リッド固定リングが方形の環状に構成されており、前記リング仮固定ステップにおいて、前記リッド固定リングの隅部を部分的に加熱して、前記メタライズ領域に仮固定することを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）記載の電子部品パッケージ製造方法。

（５）前記リング仮固定ステップにおいて、窒素雰囲気中において、前記リッド固定リングを部分的に加熱して、前記メタライズ領域に仮固定することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか記載の電子部品パッケージ製造方法。

（６）電子部品パッケージ本体に形成されるメタライズ領域に対して、ろう材を搬送して配置するろう材配置手段と、前記ろう材の上にリッド固定リング搬送して位置決め・配置するリング配置手段と、前記リッド固定リングの一部をスポット加熱して前記ろう材を部分的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に仮固定させるスポット加熱手段と、前記リッド固定リングが仮固定された前記電子部品パッケージ本体の全体を加熱して前記ろう材を全体的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に固定するリング固定用加熱手段と、を備えることを特徴とする電子部品パッケージの製造装置。

本発明によれば、小型で高品質な電子部品パッケージが得られるという優れた効果を奏し得る。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。

図１には、本発明の実施形態に係る電子部品パッケージ製造装置１（以下製造装置１）の全体構成が示されている。この製造装置１は、集合基板搭載テーブル２、ろう材配置アーム３、リング配置アーム４、スポット溶接装置５、加熱炉６（図示省略）、隔離カバー７を備える。集合基板搭載テーブル２には、集合基板５０が位置決め配置される。

ろう材配置アーム３及びリング配置アーム４、それぞれ、被搬送物を把持するチャック部３Ａ、４Ａと、このチャック部３Ａ、４Ａを上下動させるＺ軸部３Ｂ、４Ｂと、チャック部３Ａ、４Ａを平面方向に移動させるＸ−Ｙ軸部３Ｃ、４Ｃと、集合基板５０の凹部５０Ａ又はメタライズ領域５Ｂの位置を検出する位置検出部３Ｄ、４Ｄを備える。なお、本実施形態では、位置検出部３Ｄ、４ＤとしてＣＣＤ等の撮像装置が用いられており、映像によって対象物の位置を検出するようになっている。

ろう材配置アーム３は、環状のろう材５２が収容されたカセット３０から、ろう材５２を把持して上方向（Ｚ軸上方向）に取り出し、このろう材５２を平面方向（Ｘ−Ｙ平面方向）に搬送して、集合基板５０の凹部５０Ａの周囲のメタライズ領域５０Ｂ上に高精度に位置決めし、下降させて配置する。リング配置アーム４は、環状のシームリング５４が収容されたカセット３２から、シームリング５４を把持して上方向（Ｚ軸上方向）に取り出し、このシームリング５４を平面方向（Ｘ−Ｙ平面方向）に搬送して、集合基板５０上のろう材５２の上に重ねるように位置決め・配置する。

スポット溶接装置５は、本発明のスポット加熱手段に相当し、シーム溶接ローラユニット５Ａと、シーム溶接ローラユニット５Ａに溶接電流を供給する電源ユニット５Ｂと、シーム溶接ローラユニット５Ａを上下方向に移動させる垂直スライダ５Ｃと、シーム溶接ローラユニット５Ａを平面方向に移動させる水平スライダ５Ｄを備える。シーム溶接ローラユニット５Ａは、回転自在の溶接ローラ５Ｅを有している。なお、垂直スライダ５Ｃは、特に図示しないバネ等の付勢手段を備えており、集合基板５０に対して溶接ローラ５Ｅを所定加重で押し付ける。また、集合基板５０が変形していたり、電子部品パッケージの固定状態に誤差が生じたりする場合に、各溶接ローラ５Ｅが個別に上下動してその誤差を吸収する。

従って、集合基板５０上に搭載されたシームリング５４に溶接ローラ５Ｅを当接させて、溶接電流を流すことで、シームリング５４と溶接ローラ５Ｅの接点が加熱され、この接点近傍のろう材５２が部分的に溶融する。この結果、シームリング５４が集合基板５０のメタライズ領域５Ｂに部分的にろう付けされる。

加熱炉６は、本発明のリング固定用加熱手段に相当し、シームリング５４が仮固定された集合基板５０を収容して、全体を加熱する。この結果、ろう材５２が全体的に溶融し、このろう材５２によってシームリング５４の全周がメタライズ領域５Ｂに完全にろう付けされる。

隔離カバー７は、集合基板搭載テーブル２、ろう材配置アーム３、リング配置アーム４、スポット溶接装置５等の周囲を覆う。この隔離カバー７の内部に窒素を導入することで、集合基板搭載テーブル２の近傍を窒素雰囲気状態にする。これにより、スポット加熱時においてメタライズ領域５０Ｂやシームリング５４が酸化することを抑制する。

次に、図２および図３を参照して、電子部品パッケージ６２について説明する。

電子部品パッケージ６０は、セラミックパッケージ本体６２、ろう材５２、シームリング５４を備える。セラミックパッケージ本体６２は、中間プレート材である集合基板５０が立方体形状に分割されて構成され、６面中の１面に凹部５０Ａが形成される。凹部５０Ａの開口の周囲には、長方形に環状となるメタライズ領域５０Ｂが形成される。このメタライズ領域５０Ｂは、タングステンやモリブデン等の金属材料で構成されており、その上にニッケルメッキが施されている。なお、セラミックパッケージ本体６２のサイズは、例えば長手方向が２．５ｍｍ、幅方向が２．０ｍｍ程度、或いはそれ以下となる場合が好ましい。

ろう材５２は、融点に応じて様々な材料を選択できるが、例えば、約８５０度で溶融するＣｕ−Ａｇ材を用いることができる。その外にも、例えば、Ｓｎ−Ａｇ材、Ｐｄ−Ｓｎ材、Ａｕ−Ｓｎ材、Ｃｕ−Ａｇ−Ｉｎ材等も選択できる。このろう材５２は、メタライズ領域５０Ｂの形状に合わせて、長方形に環状となるプレート材である。

シームリング５４は、コバール（Ｋｏｖａｌ）材となる直径０．２〜０．３ｍｍ程度の金属リングであり、ニッケルメッキを施して得られる。このシームリング５４の大きさは、メタライズ領域５０Ｂと一致する。

図３に示されるように、セラミックパッケージ本体６２の中間シート材となる集合基板５０は、一枚のセラミックシートに多数の凹部５０Ａがマトリクス状に形成されて構成される。また、この凹部５０Ａの周囲には、既述のとおり、メタライズ領域５０Ｂが形成されている（図３では図示省略）。このメタライズ領域５０Ｂは、金属素材を高さ７〜１４μｍの厚みで印刷し、それを約１３００度に加熱することで形成されている。更に、この凹部５０Ａの配列に間には、分割用の溝５０Ｃが網目状に形成されており、外力を付与すると、この溝５０Ｃに沿って割れるようになっている。なお、後述するように、シームリング５４はこの集合基板５０に予め固定する。従って、この溝５０Ｃに沿って集合基板５０を分割すれば、シームリング５４が予め固定された電子部品パッケージ６０を得ることができる。

次に、製造装置１を用いた電子部品パッケージ６０の製造方法について説明する。

まず、図４（Ａ）の状態に示される準備ステップにおいて、凹部５０Ａが上方に開口する集合基板５０を、集合基板搭載テーブル２の上に位置決め固定する。なお、集合基板搭載テーブル２の周囲は窒素雰囲気状態にしておく。その後、図４（Ｂ）の状態に示されるろう材配置ステップにおいて、ろう材配置アーム３を利用して、メタライズ領域５０Ｂにろう材５２を位置決め配置する。ろう材５２の位置決めは、例えば、フラッシュ光をメタライズ領域５０Ｂに照射し、その反射光を位置検出部３Ｄによって撮像することで、メタライズ領域５０Ｂの位置および角度を高精度に検出することで行う。

次いで、図５（Ａ）の状態に示されるリング配置ステップにおいて、リング配置アーム４を利用して、ろう材５２の上にシームリング５４を位置決め配置する。この位置決めも同様に、位置決め検出部４Ｄによってメタライズ領域５０Ｂ及びろう材５２の位置を高精度に検出することで行う。

その後、図５（Ｂ）の状態に示されるリング仮固定ステップにおいて、スポット溶接装置５の溶接ローラ５Ｅを下降させ、溶接ローラ５Ｅをシームリング５４の対向する各辺に当接させる。この際、溶接ローラ５Ｅは移動させないようにし、溶接電流として１００〜１５０Ａ程度のパルス電流を、３〜６ミリ秒流す。この結果、シームリング５４と溶接ローラ５Ｅの接点がスポット的に加熱され、その近辺のろう材５２が溶融する。その後、溶接電流を停止して、シームリング５４を上昇させれば、溶融したろう材５２が固化し、メタライズ領域５０とシームリング５４が部分的にろう付けされる。これにより、高精度に位置決めされた状態で、メタライズ領域５０にシームリング５４が仮固定されると共に、ろう材５２の一部をいわゆる「ぬれ状態」にすることができる。上記ろう材配置ステップ、リング配置ステップ、リング仮固定ステップを、集合基板５０の各凹部５０Ａのメタライズ領域５０Ｂに対応して繰り返し実行し、全てのメタライズ領域５０Ｂにシームリング５４を仮固定する。

その後、リング固定ステップにおいて、シームリング５４が仮固定された集合基板５０を加熱炉６に搬入して全体を加熱する。所定の温度まで上昇すると、ろう材５は、仮固定時にぬれ状態となった部分を起点（トリガー）にして溶融していき、このぬれ状態が全体的に広がっていく。特に、シームリング５４とメタライズ領域５０Ｂの間には表面張力が作用するので、高精度な位置決めが自ずと実現される。その後、加熱炉６の温度を次第に下げていくことで、ろう材５２内部に含まれる気泡を脱気しつつ、冷却固化させる。この結果、シームリング５４の全周がメタライズ領域５０Ｂにろう付けされる。その後、集合基板５０を分割することで、シームリング５４が固定された電子部品パッケージ６０を得る。

本実施形態によれば、シームリング５４を高精度に位置決めして仮固定し、その後、加熱炉６によって全周を固定するので、メタライズ領域５０Ｂに対してシームリング５４を高精度に固定することが可能となる。また、リング仮固定ステップによって、ろう材５２の一部を予め「ぬれ状態」にしてから、加熱炉６で全体を加熱するので、このぬれ状態を起点にして全体にぬれ状態を広げることが可能となり、ろう付け品質を高めることができる。結果、製造時の歩留まりを向上させることができる。電子部品パッケージが小型化された場合でも、高精度に電子部品パッケージ６０を製造することができる。

なお、本実施形態では、図６（Ａ）に示されるように、シームリング５４の対抗する２辺の中間領域Ｘをスポット加熱して、メタライズ領域５０Ｂに固定する場合を示したが、本発明はそれに限定されず、図６（Ｂ）に示されるように、方形のリームリング５４の隅部Ｙを加熱して、仮固定することも好ましい。パッケージ本体側のメタライズ領域５０Ｂは、表面にメッキ処理が施されていることから、表面張力等によって隅部が盛り上がり易い。そこで、メタライズ領域５０Ｂの肉厚部分（隅部）に対してシームリング５４をろう付けすれば、シームリング５４の仮固定状態を安定させることができる。

また、本実施形態では、対向する一対の溶接ローラ５Ｅが、内側が小径で外側が大径となるように配置される場合を示したが、図７に示されるように、内側を大径として外側を小径にすることも好ましい。このようにすることで、溶接ローラ５Ｅの大径側を、凹部５０Ａ内に進入させることが可能となり、集合基板５０との接触を確実に回避できる。

更に本実施形態では、集合基板５０を用いて電子部品パッケージ６０を製造する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されず、予め分割されたパッケージ本体６２に対して、シームリング５４をろう付けしていくことも可能である。この場合は、図８に示されるように、複数のパッケージ本体６２を搭載可能なトレー７０を利用することが好ましい。トレー７０の位置決め用凹部７０Ａに、パッケージ本体６２を設置することで、集合基板５０の場合と同様に、各パッケージ本体６２にシームリング５４を固定していくことが可能である。

また更に、本実施形態では、パッケージ本体６２に凹部５０Ａが形成される場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。近年の部品の小型薄型化に伴って、図９に示されるように、パッケージ本体６２（又は集合基板５０）がフラットなプレート材で構成されており、このパッケージ本体６２の環状のメタライズ領域５０Ｂに、ろう材５２を介してシームリング５４が固定されるようにしても良い。このシームリング５４の厚みにより、実質的な凹部を形成することができる。

また、本実施形態では、シームリング５４をメタライズ領域５０Ｂに仮固定する装置として、シーム溶接タイプのスポット溶接装置５を用いたが、本発明はそれに限定されず、レーザー等の照射によってスポット加熱してろう付けしてもよい。即ち、本発明では、シームリング５４を部分的に加熱してろう材５２をぬれ状態にすることが可能なものであれば、各種装置を選択することができる。更に、本実施形態では、シームリング５４を最終固定する際に、加熱炉を用いたが、本発明はそれに限定されず、他の加熱手段によって加熱することも可能である。

尚、本発明の電子部品パッケージ製造方法等は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明は、電子部品の製造分野で幅広く利用することが可能である。

本発明の実施の形態に係る電子部品パッケージ製造装置の概略構成を示す正面図 同製造装置によって製造される電子部品パッケージの構造を示す組み立て斜視図 同電子部品パッケージの中間シート材である集合基板を示す斜視図 同電子部品パッケージの製造工程を示す断面図 同電子部品パッケージの製造工程を示す断面図 同電子部品パッケージのスポット加熱領域を示す斜視図 同製造装置の他の構成例を示す部分拡大図 同製造装置の他の構成例を示す部分拡大図 同電子部品パッケージの他の構造例を示す組み立て斜視図 従来の電子部品パッケージの製造方法を示す断面図

符号の説明

１ 電子部品パッケージ製造装置
３ ろう材配置アーム
４ リング配置アーム
５ スポット溶接装置
５０ 集合基板
５０Ａ 凹部
５０Ｂ メタライズ領域
５２ ろう材
５４ シームリング
６０ 電子部品パッケージ
６２ パッケージ本体

Claims (6)

1. 電子部品パッケージ本体に形成されるメタライズ領域に対して、ろう材を配置するろう材配置ステップと、
   前記ろう材の上にリッド固定リングを配置するリング配置ステップと、
   前記リッド固定リングの一部をスポット加熱して前記ろう材を部分的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に仮固定するリング仮固定ステップと、
   前記リッド固定リングが仮固定された前記電子部品パッケージ本体を加熱して前記ろう材を全体的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に固定させるリング固定ステップと、
   を備えることを特徴とする電子部品パッケージの製造方法。
2. 前記メタライズ領域は、電子部品パッケージ本体における凹部近傍に形成されることを特徴とする請求項１記載の電子部品パッケージの製造方法。
3. 前記リング仮固定ステップにおいて、前記リッド固定リングに溶接電極を当接させて、溶接電流により前記ろう材を部分的に溶融させることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品パッケージの製造方法。
4. 前記リッド固定リングが方形の環状に構成されており、
   前記リング仮固定ステップにおいて、前記リッド固定リングの隅部を部分的に加熱して、前記メタライズ領域に仮固定することを特徴とする請求項１、２又は３記載の電子部品パッケージ製造方法。
5. 前記リング仮固定ステップにおいて、窒素雰囲気中において、前記リッド固定リングを部分的に加熱して、前記メタライズ領域に仮固定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の電子部品パッケージ製造方法。
6. 電子部品パッケージ本体に形成されるメタライズ領域に対して、ろう材を搬送して配置するろう材配置手段と、
   前記ろう材の上にリッド固定リング搬送して位置決め・配置するリング配置手段と、
   前記リッド固定リングの一部をスポット加熱して前記ろう材を部分的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に仮固定させるスポット加熱手段と、
   前記リッド固定リングが仮固定された前記電子部品パッケージ本体の全体を加熱して前記ろう材を全体的に溶融させ、前記リッド固定リングを前記メタライズ領域に固定するリング固定用加熱手段と、
   を備えることを特徴とする電子部品パッケージの製造装置。