JP4893939B2 - Heat treatment apparatus and heat treatment method for manufacturing object, and method for manufacturing piezoelectric device - Google Patents

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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。   The present invention relates to a heat treatment apparatus and heat treatment method for a manufacturing object, and a method for manufacturing a piezoelectric device.

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。   Manufacturing objects such as electronic devices are often manufactured through heat treatment. For example, an adhesive for fixing an electronic component in a package is heated, or an adhesive for bonding a lid to the package is heated. I do. Alternatively, for example, in the case of a piezoelectric vibrator in which a piezoelectric vibrating piece is bonded with an adhesive in the package, the gas generated from the adhesive adheres to the piezoelectric vibrating piece and has an adverse effect, so the package is sealed with a lid. Previously, the cured adhesive is heat treated to further heat the gas and exhaust the gas.

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。
FIG. 8 is a partially enlarged view of a conventional heat treatment apparatus 1 for performing such heat treatment (see, for example, Patent Document 1).
That is, the electronic device 8 processed by the heat treatment apparatus 1 includes the base 2 serving as a package and the lead frame 4 electrically connected to an electronic component (not shown). The apparatus 1 is an apparatus that joins the base 2 and the lead frame 4 with low-melting glass (not shown).
Specifically, the electronic devices 8 are arranged in the horizontal direction on the heat block 5, and the electronic device 8 is heated from the heat block 5 by heat conduction. In addition, if the base 2 is warped only by the heat conduction type, the heat of the heat block 5 is not transmitted well, so the infrared lamp 6 also heats the electronic device 8.

特開昭63−179553の公開公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-179553

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。
However, the heat treatment apparatus shown in FIG. 8 takes up space because of the need to arrange a plurality of electronic devices 8,... In a horizontal direction. It gets worse. For this reason, as shown in FIG. 9, a plurality of electronic devices 8,...
However, when the plurality of electronic devices 8,... Are stacked in the height direction and heated, the temperature is different between the upper side and the lower side in the chamber 7, so that variations in performance occur in each electronic device 8, In addition, the manufacturing time may be long.

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。   FIG. 10 is a temperature profile for explaining the occurrence of such variation in performance for each electronic device and the prolongation of the manufacturing time, and the electronic devices 8a, 8b, 8c having different vertical arrangements in the chamber. The temperature in the vicinity is being measured. As shown in this figure, it can be seen that as the temperature is increased, the temperature difference increases in accordance with the place where the electronic devices 8a, 8b, and 8c are placed. And if there is such a temperature difference, the performance of the product varies. Further, if it is attempted to maintain this increased temperature (at the time of keeping the temperature in FIG. 10), this varied temperature continues as it is. Furthermore, in the case of FIG. 10, if all the electronic devices 8a, 8b, and 8c are kept within 300 ° C. ± 10 ° C. which is within the allowable range of the set temperature, a considerable time is spent for temperature adjustment.

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。   The present invention is for solving the above-described problem, and a manufacturing object capable of preventing manufacturing variations and reducing manufacturing time even if the manufacturing objects are arranged in a height direction in a chamber. An object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus, a heat treatment method, and a piezoelectric device manufacturing method.

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、前記チャンバー内に収容され、前記製造対象物を載置する棚段を有するマガジンと、前記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とを備える製造対象物の熱処理装置により達成される。 According to the first aspect of the present invention, the chamber can accommodate a plurality of manufacturing objects arranged in the height direction, a gas supply means for filling the chamber with gas, and the inside of the chamber by radiant heat. A radiant heating means for heating; a stirring means for stirring the gas in the chamber when the radiant heating means is in operation; and a vacuum for exhausting the gas to evacuate the chamber. Heat treatment of an object to be manufactured, comprising: a generating means; a magazine that is housed in the chamber and has a shelf for placing the object to be manufactured; and a heat-conducting heating means for heating a placement portion on which the magazine is placed. Achieved by the device.

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。
さらに、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。
According to the configuration of the first invention, the chamber of the heat treatment apparatus has a plurality of production objects arranged in the height direction, so that a large number of production objects can be heat treated at a time.
Here, the heat treatment apparatus includes a gas supply means for filling a gas in the chamber, a radiant heating means for heating the inside of the chamber with radiant heat, and a gas in the chamber when the radiant heating means is operating. And stirring means for stirring. Therefore, the gas supplied by the gas supply means is heated by the radiant heating means, and the heated gas is stirred by the stirring means, so that the distribution of the heated gas in the chamber is made uniform and the temperature distribution is made uniform. It can be made uniform.
Furthermore, the heat treatment apparatus of the present invention has a vacuum generating means for discharging the gas and making the inside of the chamber in a vacuum state. For this reason, if the temperature distribution in the chamber is made uniform as described above and then the gas is exhausted to a vacuum state, this vacuum state serves as a heat insulating material, and the temperature in the chamber can be maintained. .
In this regard, even if the inside of the chamber is insulated in a vacuum state, the manufacturing object needs to be held in any part of the chamber, so heat escapes out of the chamber through the holding part. However, since the heating means of this apparatus is a radiant heating means, the manufacturing object can be efficiently heated even in a vacuum state. Therefore, if the heat that escapes from the chamber through the holding portion is heated by the radiant heating means, the temperature in the chamber can be maintained.
As described above, all or most of the objects to be manufactured arranged in the height direction can be easily heat-treated within the allowable range of the set temperature.
Thus, according to the present invention, it is possible to provide a manufacturing object heat treatment apparatus that can prevent manufacturing variations and reduce manufacturing time even if the manufacturing objects are arranged in the chamber in the height direction. it can.
Further, the chamber contains a magazine having a shelf for placing a product to be manufactured, and is provided with heat conduction heating means for heating the placing portion on which the magazine is placed. Therefore, heating by the radiant heating means can be assisted by the heat conduction heating means. Further, the heat conduction type heating means heats the magazine from the lower side through the mounting portion, and has a function of eliminating the temperature difference generated between the upper side and the lower side of the magazine. The effect of trying to make the temperature distribution in the chamber uniform with the stirring means can be assisted.

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2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。
According to a second aspect of the invention, in the configuration of the first aspect of the invention , a thermocouple connected to a thin plate-like metal material in contact with the magazine is provided in the chamber.
According to the structure of 2nd invention , the thermocouple connected with the thin plate-shaped metal material which contacts a magazine is provided in the chamber. Therefore, the temperature close to the actual temperature of the magazine can be measured by the thermocouple through the thin plate-like metal material.

第3の発明は、第1または第2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3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。
A third invention is characterized in that, in the configuration of the first or second invention , the surface of the magazine has a black color, and the inner surface of the chamber is a mirror surface.
According to the configuration of the third invention , the surface of the magazine has a black color, and the inner surface of the chamber is a mirror surface. Therefore, it is possible to heat the manufacturing object quickly by reflecting the radiation wave of the radiation type heating means within the chamber and improving the radiation absorption efficiency only for the magazine. And the inside of the chamber after a heating can be rapidly performed by narrowing down only the magazine to be heated.

第4の発明は、第1ないし第3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4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。
According to a fourth aspect of the invention , in any one of the first to third aspects of the invention , the radiant heating means uses a halogen lamp that emits a radiant wave in the horizontal direction. It is characterized in that it is disposed on the lower side relative to at least the uppermost part of the plurality of manufacturing objects arranged in the height direction.
According to the configuration of the fourth aspect of the invention , the radiant heating means uses a halogen lamp that is irradiated with a radiant wave in the horizontal direction. The halogen lamp is applied to at least the uppermost part of the plurality of manufacturing objects. It is arranged relatively below. Therefore, since the radiant heating means does not directly heat at least the uppermost part of the manufacturing object, it is possible to prevent the temperature difference between the upper part and the lower part that is generated by the rise of heat from being widened.

また、上述の目的は、第5の発明によれば、接着剤またはロウ材を構成部品に含む電子デバイスの熱処理方法であって、チャンバー内に、複数の前記電子デバイス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、前記電子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、前記電子デバイスを加熱する第2の加熱工程とを備えた電子デバイスの熱処理方法により達成される。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a heat treatment method for an electronic device comprising an adhesive or a brazing material as a component, wherein the plurality of electronic devices are arranged in a height direction in a chamber. Thereafter, a gas supply step for introducing gas, a first heating step for heating the inside of the chamber while stirring the gas, and generation of a vacuum for exhausting the gas to bring the inside of the chamber into a vacuum state A heat treatment of the electronic device , comprising: a step, and a second heating step of heating the electronic device in response to a temperature escaped from a contact region between the chamber that holds the electronic device and the chamber in the vacuum state Achieved by the method.

第5の発明の構成によれば、接着剤またはロウ材を構成部品に含む電子デバイスの熱処理方法では、チャンバー内に複数の電子デバイスを高さ方向に並べて、一度に多数の電子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、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、電子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、電子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、電子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、チャンバー内に電子デバイス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電子デバイスの熱処理方法を提供することができる。
According to the structure of 5th invention , in the heat processing method of the electronic device which contains an adhesive agent or a brazing material in a component, a several electronic device can be arranged in a height direction in a chamber, and many electronic devices can be heat-processed at once. .
And since it has the gas supply process which puts in gas, and the 1st heating process which heated the inside of a chamber, stirring gas, even if heat is going to rise by the same operation as the 1st invention, The temperature distribution in the chamber can be made uniform by stirring the generated gas.
Thereafter, the heat treatment method includes a vacuum generation step for discharging the gas and making the inside of the chamber in a vacuum state, so that the temperature in the chamber can be maintained by the heat insulating material effect in the vacuum state.
Further, the heat treatment method includes a second heating step of heating the electronic device in response to the temperature escaped from the contact region between the member holding the electronic device and the chamber in a vacuum state. Therefore, even if heat escapes to the outside of the chamber through the contact area between the member holding the electronic device and the chamber in a vacuum state, the amount of the escaped heat can be heated to maintain the temperature in the chamber constant.
Thus, according to the present invention, it is possible to provide a heat treatment method for an electronic device that can prevent manufacturing variations and shorten the manufacturing time even if the electronic devices are arranged in the chamber in the height direction.

また、上述の目的は、第6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。 According to the sixth aspect of the present invention , the mount for mounting the piezoelectric vibrating piece on the adhesive in the package and heating the adhesive to join the package and the piezoelectric vibrating piece is provided. A method of manufacturing a piezoelectric device, comprising: a step, an annealing step for further heating the adhesive, and a lid sealing step for joining the package and the lid by heating a brazing material, wherein the heating is performed In any of the steps, after arranging a plurality of unfinished piezoelectric devices in the height direction in the chamber, a gas supply step of putting gas into the chamber, and heating the chamber while stirring the gas A first heating step, a vacuum generating step of exhausting the gas and making the inside of the chamber in a vacuum state, and a contact region between the member holding the piezoelectric device and the chamber in the vacuum state. In response to relief temperature is achieved by the method for manufacturing a piezoelectric device and a second heating step of heating the piezoelectric device.

第6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。
According to the configuration of the sixth aspect of the invention , the piezoelectric device manufacturing method arranges a plurality of unfinished piezoelectric devices in the height direction in the chamber in any of the steps of applying heat. Can be heat treated. And since it has the 1st heating process which heated the inside of a chamber, stirring the gas, the gas supply process which puts in gas, and by the action similar to the 1st invention, by the stirring of the heated gas The temperature distribution in the chamber can be made uniform. In addition, since the method includes a vacuum generation step for discharging the gas and making the inside of the chamber in a vacuum state, the temperature in the chamber can be maintained by the heat insulating material effect in the vacuum state. And in a vacuum state, it has the 2nd heating process which heats a piezoelectric device corresponding to the temperature which escaped from the contact area of the member holding a piezoelectric device, and a chamber. Therefore, even if heat escapes to the outside of the chamber through the contact region between the member holding the piezoelectric device and the chamber in a vacuum state, the temperature inside the chamber can be maintained constant by heating the heat.
Thus, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a piezoelectric device that can prevent manufacturing variations and reduce manufacturing time even if the manufacturing objects are arranged in the chamber in the height direction. .

第7の発明は、第6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7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6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。
According to a seventh invention, in the configuration of the sixth invention , the mounting step and the annealing step are continuously performed in the same chamber, and the mounting step includes the gas supply step and the gas supply step. A first heating step, and the annealing step includes the vacuum generation step and the second heating step.
According to the configuration of the seventh invention , since the mounting process includes the gas supply process and the first heating process, the same effect as the seventh invention is exhibited, and the temperature distribution in the chamber is made uniform. Thus, it is possible to join piezoelectric vibrating pieces without variation.
In addition, since the annealing process has a vacuum generation process and a second heating process, the same effect as the sixth invention is exhibited, and the gas generated from the adhesive is maintained while keeping the temperature in the chamber constant. Can be issued. Since this annealing step is performed in a vacuum state, the gas generated from the adhesive can be efficiently exhausted.
Furthermore, since the mounting process and the annealing process are continuously performed in the same chamber, rapid manufacturing is possible.

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。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a piezoelectric device 10 as an example of a manufacturing object to be processed using a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
The piezoelectric device 10 in FIG. 1 illustrates a piezoelectric vibrator, and a piezoelectric vibrating piece 14 is accommodated in a package 12.
The package 12 is formed, for example, by laminating and sintering a plurality of ceramic bases, and has a rectangular or box shape as a whole. The package 12 is provided with an internal space S having an opening 16 opened at the top by making the vicinity of the center concave. The internal space S is a space that accommodates the piezoelectric vibrating piece 14 formed of, for example, crystal.

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。
On the inner bottom surface exposed to the internal space S of the package 12, an electrode portion 20 made of gold, silver or the like for applying a driving voltage to the piezoelectric vibrating piece 14 is provided, and an adhesive 22 is provided on the electrode portion 20. Is applied. The piezoelectric vibrating piece 14 is placed on the adhesive 22, and the adhesive 22 is heated and cured, so that the package 12 and the piezoelectric vibrating piece 14 are joined.
In the case of the present embodiment, the adhesive 22 is, for example, an epoxy, silicone, polyimide, or other thermosetting resin adhesive, or a conductive adhesive such as a so-called silver paste in which silver is added as a conductive filler. Is used.

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。   Then, the lid 13 is joined to the end surface of the package 12 on the opening 16 side using the brazing material 18, thereby sealing the internal space S. Even after the lid is sealed, the lid 13 transmits light so that the metal coating portion (not shown) of the piezoelectric vibrating piece 14 is irradiated with the laser light L and the frequency can be adjusted by the mass reduction method. It is formed from a glass material. As the brazing material 18, low melting point glass, seam ring, or the like can be used. However, in the case of the present embodiment, the lid 13 is made of a glass material as described above, and thus low melting point glass is used.

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。
FIG. 2 shows a simple manufacturing process of the piezoelectric device 10 of FIG. In the following description, reference is made to FIG. 1 for signs not shown in FIG.
That is, in the above-described piezoelectric device 10, the adhesive 22 is applied to the pre-formed package 12, the piezoelectric vibrating piece 14 is placed thereon, the adhesive 22 is heated, and the package 12 and the piezoelectric vibrating piece are heated. 14 (S1: mounting step in FIG. 2).
Next, in a state where the piezoelectric vibrating piece 14 is bonded, the adhesive 22 is further heated (S2 in FIG. 2: annealing step). It is preferable to set a long time so that the gas component contained in the adhesive 22 is sufficiently discharged to the outside. In this embodiment, about 2 of the silicone-based conductive adhesive is used. Heating over time. Thereby, generation | occurrence | production of the gas in subsequent heat processing can be prevented.
Subsequently, the package 12 and the lid 13 are joined by heating the brazing material 18 (S3 in FIG. 2: lid sealing step), and then the laser beam L is transmitted through the transparent lid 13 and the piezoelectric vibrating piece 14. Then, the frequency is finely adjusted by the mass reduction method (ST4 in FIG. 2: frequency adjustment), and the piezoelectric device 10 is completed.

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。
3 to 5 show a heat treatment apparatus 30 according to an embodiment of the present invention, which is an apparatus for performing heat treatment in the manufacturing process of the piezoelectric device described above. 3 is a block diagram showing the overall configuration of the heat treatment apparatus 30, FIG. 4 is a schematic perspective view of a chamber portion of the heat treatment apparatus 30, and FIG. 5 is a schematic perspective view of a magazine accommodated in the chamber.
As shown in these drawings, the heat treatment apparatus 30 includes a chamber 40 and a magazine 50 accommodated in the chamber 40.

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。
As shown in FIG. 3, the chamber 40 has an accommodation space S1 in which a plurality of piezoelectric devices (not shown), which are examples of manufacturing objects, are arranged in the height direction, and this accommodation space S1. Can be sealed by a door (not shown). In the case of this embodiment, a plurality of piezoelectric devices are placed in the magazine 50, and the magazine 50 is accommodated in the chamber 40, whereby the plurality of piezoelectric devices are arranged in the height direction.
The chamber 40 accommodates two magazines 50 (two frames surrounded by a one-dot chain line in FIG. 4 are the place to place them), but the present invention is not limited to this. Three or more magazines 50 may be accommodated. Further, the present invention does not necessarily use the magazine 50. For example, a shelf may be provided directly in the chamber 40 and a piezoelectric device may be placed on the shelf.

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。
As shown in FIGS. 3 and 4, the chamber 40 is provided with a radiant heating means 60 for heating a plurality of piezoelectric devices arranged in the height direction.
The radiant heating means 60 is capable of heating the piezoelectric device without contacting the piezoelectric device and without passing through a substance by releasing thermal energy as an electromagnetic wave, and uses an infrared lamp or the like. Can do.
The radiant heating means 60 of the present embodiment includes, for example, a plurality of line-shaped elements that include a tungsten filament in a tubular bulb that is long in one direction, encloses a halogen gas therein, and emits infrared rays having a predetermined wavelength. .., A reflector 64 as a reflecting surface disposed on each halogen lamp 62, and a drive unit (not shown) for each halogen lamp 62 are used.

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。
The halogen lamps 62 are arranged in a line in the horizontal direction on each of the inner surfaces 40a, 40b of the chamber 40 facing both side surfaces of the magazine 50 irradiated with radiation waves, and a plurality of halogen lamps 62, 62,. -Are arranged in the height direction so as to be parallel to each other.
The reflector 64 is a reflecting means having a concave mirror surface, and is disposed on the side opposite to the object to be irradiated with the radiation wave of each halogen lamp 62. The reflectors 64 are continuously or integrally joined so that the reflectors 64 are in contact with each other and are arranged in the height direction, and each reflector 64 reflects the radiation wave emitted from each halogen lamp 62. Each radiant wave is substantially parallel from the front and is set to irradiate horizontally.
In this way, the radiant heating means 60 can uniformly irradiate the region to be irradiated of the magazine 50 without unevenness.

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。   Further, as shown in FIG. 3, the halogen lamp 62 is disposed on the lower side relative to at least the uppermost portion 51 of a plurality of piezoelectric devices (not shown) arranged in the height direction in the magazine 50. Has been. For this reason, when the radiant heating means 60 is driven, the radiant wave is not directly applied to at least the side surface of the magazine 50 near the top of the piezoelectric device. Therefore, it is possible to prevent the temperature difference between the upper part and the lower part that is generated by the rise of heat from being widened.

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。   Note that the inner surface of the chamber 40 is a mirror surface formed of, for example, SUS or aluminum so that the radiation wave of the radiant heating means 60 is reflected. Thereby, for example, when the radiant heating means 60 is driven in a vacuum state to be described later, the radiant wave can be reflected by the inner surface of the chamber 40 and the radiant wave can be absorbed only by the magazine 50. In the case of this embodiment, an aluminum mirror surface having a high reflectance of 70 to 80% is used for the inner surface of the chamber 40.

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。
Further, as shown in FIG. 3, the radiant heating means 60 is preferably connected to a constant current control device 66. The constant current control device 66 applies a drive current to the radiant heating means 60 stably with a constant voltage, thereby controlling the amount of heat so as not to occur, and is necessary for starting up the radiant heating means 60. Equipped with various control and disconnection detection functions.
The constant current control device 66 is connected to control means 28 for controlling the entire heat treatment apparatus 30. The control means 28 switches the amount of heat of the radiant heating means 60 via the constant current control device 66. Give instructions to set working hours.

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。
A pipe 71 that opens into the chamber 40 is drawn out to the outside, and the pipe 71 is connected to a gas supply means 76 such as a gas cylinder. The chamber 40 is provided with a stirring means 70 for stirring the gas in the chamber 40.
These gas supply means 76 and stirring means 70 are means for making the temperature distribution in the chamber 40 uniform.

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。
That is, the gas supply means 76 fills the chamber 40 with gas, and this gas is heated by the radiant heating means 60 described above.
Note that an inert gas is preferably used as the gas supplied from the gas supply means 50 in order to prevent the occurrence of deterioration and damage. In the present embodiment, nitrogen having high thermal conductivity is used in the chamber 40. Is in a nitrogen atmosphere.
When the gas is heated by the radiant heating means 60, the heated gas rises. At this time, as described above, the chamber 40 is provided with the stirring means 70, and the stirring means 70 is provided on the upper surface (ie, ceiling) 40 d of the chamber 40 and filled in the chamber 40, for example. It consists of a rotating fan or the like as means for convection of gas in the vertical direction. For this reason, when the stirring means 70 is operated, the heated gas convects in the vertical direction, whereby the heated gas is uniformly distributed in the chamber 40 and the temperature distribution can be made uniform.

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。   The gas supply means 50 and the stirring means 70 are connected to the control means 28. The control means 28 instructs the gas supply means 50 about the supply amount and supply time of the inert gas, and the like. The timing of driving the stirring means 70 is managed.

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。
Further, a conduit 72 that opens into the chamber 40 is drawn out to the outside, and this conduit 72 is connected to a vacuum generating means 74 such as a vacuum pump.
The vacuum generating means 74 is a means for making the inside of the chamber 40 in a vacuum state. In the case of this embodiment, the vacuum generating means 74 is roughly evacuated when the gas supply means 50 makes the inside of the chamber 40 a nitrogen atmosphere. Further, the vacuum generating means 74 is used for maintaining a set temperature in the chamber 40. In other words, the vacuum generating means 74 evacuates the chamber 40 when the temperature around the piezoelectric device is kept constant after the chamber 40 reaches a predetermined set temperature. Thereby, the vacuum state exhibits an excellent heat insulating effect, and the temperature in the chamber 40 can be kept constant without applying heat unless there is a path for heat to escape.
The vacuum state here may be low or high depending on the desired heat insulation effect, but is preferably a high vacuum state. In the present embodiment, the vacuum generating means 74 is: The chamber 40 is evacuated so that the pressure is reduced to about 10 −5 Pa.

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。
The magazine 50 is a member that holds a piezoelectric device that is a manufacturing object, and is detachably accommodated in the chamber 40. In the case of this embodiment, the magazine 50 is inserted in the depth direction of the chamber 40 along the guides 47 shown in FIG. 4, and as shown in FIGS. 50c and two opposite side surfaces 50a and 50b which are vertically raised from two opposite sides of the bottom 50c, and the side surfaces are two side surfaces facing the radiation heating means 60 and 60. Only 50a and 50b are provided.
And inside the magazine 50, it has several shelf steps 52,52, ... so that the piezoelectric device which is several manufacture objects may be arranged in a height direction.
Specifically, the shelf 52 is formed on the inner side (that is, the inner side surface) of the side surface portions 50a and 50b irradiated with the radiation wave of the magazine 50, and is supported by a plurality of projecting portions 54 and 54 protruding inward. Yes. The shelf 52 is in the form of a tray that can be attached to and detached from the magazine 50. As shown in FIG. 5, the shelf 52 holds a plurality of piezoelectric devices with recesses 56 that match the outer shape of the piezoelectric device. .

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。
The magazine 50 is placed on a placement portion 42 disposed on the inner bottom 40 c of the chamber 40, and the placement portion 42 is heated by heat conduction heating means 44.
As shown in FIG. 3, the heat conduction type heating means 44 includes a sheath heater built in the mounting portion 42, and assists the heating by the radiant type heating means 60 described above. More specifically, the heat conduction type heating means 44 heats the magazine 50 from the lower side through the mounting portion 42 arranged under the magazine 50, and is generated on the upper side and the lower side of the magazine 50. The temperature difference that was made is eliminated.

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。   Further, the mounting portion 42 of the present embodiment is cooled by the cooling means 46. The cooling means 46 is formed by, for example, a cooling pipe 49 built in the mounting portion 42 and a pump 43 that supplies cooling water to the cooling pipe 49. Thereby, after finishing a predetermined manufacturing process, the magazine 50 is cooled. The cooling means 46 and the heat conduction type heating means 44 are connected to the control means 28 and are controlled in accordance with the temperature of the magazine 50.

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。   As shown in FIGS. 3 and 4, openings 71 a and 72 a of pipe lines 71 and 72 connected to the gas supply means 50 and the vacuum generation means 74 are provided on the mounting portion 42 where the magazine 50 is placed. For this reason, as shown in FIGS. 3 and 5, the bottom 50c of the magazine 50 is formed with a through hole 56 so as not to block the openings 71a and 72a. The through-hole 56 reduces the contact area between the magazine 50 and the mounting portion 42 so that the heat of the magazine 50 is difficult to escape to the outside through the mounting portion 42.

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。   Further, the surface of the magazine 50 is made of a black color, so that the radiation absorption efficiency of the radiant heating means 60 can be enhanced. Therefore, the absorption efficiency of the radiation wave can be increased only for the magazine 50, and the manufacturing object can be quickly heated.

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。
Further, when the magazine 50 is accommodated in the chamber 40, the magazine 50 comes into contact with a thin metal material 39 connected to a thermocouple 48 provided in the chamber 40 in order to measure the temperature.
Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the thermocouple 48 is a metal material composed of a leaf spring that bends in a direction perpendicular to the direction in which the magazine 50 is inserted into the chamber 40 (excluding the vertical direction). 39 and welded. As a result, when the magazine 50 is inserted along the guide 47, the metal material 39 made of a leaf spring surely comes into contact with both side surfaces 50 a and 50 b irradiated with the radiant wave of the magazine 50, The temperature of the magazine 50 can be measured by the pair 48. The thermocouple 48 is connected to the control means 28, and the control means 28 radiates the heating means 60, the heat conduction type heating means 44, the cooling means 46, and the stirrer according to the temperature measured by the thermocouple 48. The means 70 and the like are controlled.

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。
The heat treatment apparatus 30 according to the present embodiment is configured as described above. Hereinafter, the operation and the like will be described with reference to FIGS. 1 to 5 as appropriate, mainly with reference to FIGS.
FIG. 6 is a flowchart of a method for heat-treating a piezoelectric device using the heat treatment apparatus described above, and is a flow used in the piezoelectric device mounting process (ST1 in FIG. 2) and the annealing process (ST2 in FIG. 2). . FIG. 7 is a temperature profile of the heat treatment of FIG. 6, and the temperature is measured for each of the plurality of shelves of the magazine.

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)。   That is, as described above, in the piezoelectric device mounting step (ST1 in FIG. 2), an adhesive is applied to the inner bottom of the package formed in advance, and the piezoelectric vibrating piece is placed on the adhesive. A plurality of objects to be heated (piezoelectric devices before completion) in such a state are formed, and these are placed on the shelf of the magazine 50 shown in FIG. After housing and sealing the chamber 40, heat treatment starts (ST10 in FIG. 6).

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)。
First, the inside of the chamber 40 is roughly evacuated through the pipe 72 by the vacuum generating means 74 such as a vacuum pump shown in FIG. 3 to make the inside of the chamber 40 a vacuum atmosphere to some extent (ST11 in FIG. 6). The rough evacuation is not always necessary, but is preferably performed in view of introducing an inert gas into the chamber 40 in order to prevent later-described deterioration and corrosion resistance.
Next, when the inside of the chamber 40 shown in FIG. 3 reaches a predetermined degree of vacuum, the gas supply means 76 is operated by opening an electromagnetic valve connected to a gas cylinder or the like based on an instruction from the control means 28, and the like. An active gas, preferably nitrogen that is easily heated, is supplied into the chamber 40 to form a nitrogen atmosphere (ST12 in FIG. 6: gas supply step).

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。
Next, the radiation type heating means 60 and the stirring means 70 shown in FIG. 3 are operated (ST13 in FIG. 6: first heating step). Specifically, after the inside of the chamber is in a nitrogen atmosphere, based on an instruction from the control means 28 shown in FIG. 3, the radiant heating means 60 composed of a halogen lamp or the like is left for a predetermined time (30 minutes in this embodiment). Before and after operation, the nitrogen gas is heated. And when this radiation type heating means 60 is operated, the stirring means 70 which consists of a fan etc. which are shown in FIG. 3 is also operated.
Thereby, the heated nitrogen gas convects in the vertical direction, and the temperature distribution (gas distribution) in the chamber 40 can be made uniform. In the case of this embodiment, as shown in FIG. 7, the temperature of each shelf of the magazine at the time of temperature increase is almost the same, about 263 ° C. at the lowest temperature shelf and about 280 ° C. at the highest temperature shelf. . Therefore, even if a plurality of piezoelectric devices are accommodated side by side in the height direction in the chamber, manufacturing variations can be eliminated. In addition, since most piezoelectric devices except for special circumstances are within the allowable range of the set temperature, it is not necessary to perform the temperature adjustment work within the allowable range of the set temperature as in the past. Become.

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。
Then, the conductive adhesive 22 applied to the package 12 shown in FIG. 1 is cured by heating at around 275 ° C., and the piezoelectric vibrating piece 14 and the package 12 can be joined.
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the temperature in the chamber can be raised rapidly as shown in FIG. 7, and the temperature difference between the upper side and the lower side of the magazine does not occur. The heat conduction heating means 44 such as a sheath heater under the magazine 50 is also operated.

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。
Next, the temperature of the side portions 50a and 50b of the magazine 50 is measured by the thermocouple 48 shown in FIG. 3 and when the target temperature is reached, the vacuum generating means 74 is operated and the vacuum in the chamber is connected via the pipe line 72. (ST14 in FIG. 6: vacuum generation step).
Specifically, after the first heating step of ST13 in FIG. 6 is completed, the piezoelectric vibrating piece and the package joined with the conductive adhesive enter the chamber without opening the chamber door. The chamber 40 is evacuated to a pressure of about 10 −5 Pa.

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。
Then, since the vacuum exhibits an excellent heat insulating effect, basically, the temperature of the magazine around 275 ° C. is maintained without being heated by the heating means. However, as shown in FIG. 3, the bottom portion 50 c of the magazine 50 is in contact with the placement portion 42, so that the heat of the magazine 50 escapes to the outside through the placement portion 42. For this reason, the radiation type heating means 60 and / or the heat conduction type heating means 44 are driven by the amount of heat escaped from the contact portion between the magazine 50 and the mounting portion 42 (ST15 in FIG. 6: second). Heating step).
Specifically, since the thermocouple 48 measures the temperature of the magazine 50, the heat that has escaped through the mounting portion 42 of the magazine 50 can be measured by this thermocouple 48, and the measured information is The control means 28 determines and the control means 28 gives an instruction to turn on and off the switch of the radiation type heating means 60 and / or the heat conduction type heating means 44 and adjust the power as appropriate. As a result, as shown in FIG. 7, substantially the same setpoint temperature can be maintained regardless of the difference in the number of magazine shelves.

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。
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the vacuum generation step and the second heating step (ST14, 15 in FIG. 6) are performed for about 2 hours while maintaining the temperature around 275 ° C. Gas is actively emitted from the adhesive for joining the resonator element and the package (ST2 in FIG. 2: annealing process). Therefore, it is possible to suppress the generation of gas during the lid sealing step (ST3 in FIG. 2) to be performed thereafter and heat treatment such as reflow at the customer site.
Furthermore, according to the present invention, the chamber 40 is evacuated by the vacuum generating means 74 shown in FIG. 3 during the time period for maintaining this temperature, so that the gas generated from the adhesive can be exhausted.

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。
Next, after reaching the set time for maintaining the temperature by the timer, a cooling process for cooling the inside of the chamber is performed (ST16 in FIG. 6).
Specifically, the driving of the radiation type heating means 60 and the heat conduction type heating means 44 shown in FIG. 3 is stopped, and the gas supply means 76 shown in FIG. 3 used in ST12 of FIG. Then, the cooling means 46 is operated, and cooling water is supplied to a cooling pipe 49 built in the mounting portion 42 to cool the water. In the present embodiment, the entire chamber is not heated in ST14 and 15 in FIG. 6 (that is, ST2 in FIG. 2: annealing process), but only the magazine 50 including the piezoelectric device is heated. Can be performed more quickly.
Next, when the temperature at which the magazine 50 shown in FIG. 3 can be taken out is reached, the magazine 50 is taken out from the chamber 40 (ST17 in FIG. 6), and the annealing process of ST2 in FIG.

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。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. Each configuration of each embodiment and each modification may be combined or omitted as appropriate, or may be combined with other configurations not shown.
For example, the manufacturing object used in the heat treatment apparatus of the present invention is not limited to the above-described piezoelectric device, and may be a piezoelectric oscillator, a piezoelectric surface acoustic wave device, a piezoelectric gyro sensor, or the like. As long as it is accompanied, an electronic device other than the piezoelectric device may be used.

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。The schematic longitudinal cross-sectional view of a piezoelectric device as an illustration of the manufacturing object processed using the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1の圧電デバイスの簡単な製造工程。A simple manufacturing process of the piezoelectric device of FIG. 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。The block diagram which shows the whole structure of the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 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。The schematic perspective view of the chamber part of the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. チャンバー内に収容されるマガジンの概略斜視図。The schematic perspective view of the magazine accommodated in a chamber. 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。The flowchart of the method of heat-processing a piezoelectric device using the heat processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図6の熱処理の温度プロファイル。The temperature profile of the heat processing of FIG. 従来の熱処理装置の部分拡大図。The elements on larger scale of the conventional heat processing apparatus. 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。The conceptual diagram which piled up the several electronic device in the height direction in the chamber. 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。A temperature profile to explain the occurrence of performance variations for each electronic device and the prolongation of manufacturing time.

符号の説明Explanation of symbols

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   30 ... heat treatment equipment, 40 ... chamber, 42 ... mounting means, 44 ... heat conduction heating means, 50 ... magazine, 60 ... radiation heating means, 62 ... Halogen lamp, 70 ... stirring means, 74 ... vacuum generating means, 76 ... gas supply means

Claims (7)

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、
前記チャンバー内に収容され、前記製造対象物を載置する棚段を有するマガジンと、
前記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と
を備えることを特徴とする製造対象物の熱処理装置。
A chamber that can accommodate a plurality of manufacturing objects arranged in the height direction;
Gas supply means for filling the chamber with gas;
Radiant heating means for heating the chamber with radiant heat;
Stirring means for stirring the gas in the chamber when the radiant heating means is in operation;
A vacuum generating means for discharging the gas and bringing the chamber into a vacuum state;
A magazine housed in the chamber and having a shelf to place the manufacturing object;
A heat treatment apparatus for an object to be manufactured, comprising: a heat-conducting heating means for heating a placement portion on which the magazine is placed .
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1に記載の製造対象物の熱処理装置。 The heat treatment apparatus for a manufacturing object according to claim 1 , wherein a thermocouple connected to a thin plate-shaped metal material that contacts the magazine is provided in the chamber. 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1または2に記載の製造対象物の熱処理装置。 The heat treatment apparatus for a manufacturing object according to claim 1 or 2 , wherein the surface of the magazine has a black color, and the inner surface of the chamber is a mirror surface. 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3のいずれかに記載の製造対象物の熱処理装置。 The radiant heating means uses a halogen lamp that is irradiated with a radiant wave in the horizontal direction, and the halogen lamp is relative to at least the uppermost part of the plurality of manufacturing objects arranged in the height direction. The heat treatment apparatus for a manufacturing object according to any one of claims 1 to 3 , wherein the heat treatment apparatus is disposed on the lower side. 接着剤またはロウ材を構成部品に含む電子デバイスの熱処理方法であって、
チャンバー内に、複数の前記電子デバイス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、前記電子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、前記電子デバイスを加熱する第2の加熱工程と
を備えたことを特徴とする電子デバイスの熱処理方法。
A heat treatment method for an electronic device including an adhesive or brazing material in a component,
A gas supply step of putting gas after arranging the plurality of electronic devices in the chamber in the height direction,
A first heating step in which the inside of the chamber is heated while stirring the gas;
A vacuum generating step of exhausting the gas and bringing the chamber into a vacuum state;
In the vacuum state, the electronic device in response to the temperature fled from the contact area between the member and the chamber for holding the electronic device, characterized by comprising a second heating step for heating the electronic device Heat treatment method.
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。
Mounting a piezoelectric vibrating piece on an adhesive in a package, heating the adhesive to join the package and the piezoelectric vibrating piece, an annealing step for further heating the adhesive, and A method for manufacturing a piezoelectric device, comprising: a lid sealing step for joining a package and a lid by heating a brazing material,
In any step of performing the heat treatment,
A gas supply step of putting a gas into the chamber after arranging a plurality of piezoelectric devices before completion in the height direction in the chamber;
A first heating step of heating the inside of the chamber while stirring the gas;
A vacuum generating step of exhausting the gas and bringing the chamber into a vacuum state;
A second heating step of heating the piezoelectric device in response to a temperature escaped from a contact area between the member holding the piezoelectric device and the chamber in the vacuum state. Production method.
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6に記載の圧電デバイスの製造方法。
The mounting step and the annealing step are performed continuously in the same chamber,
The mounting step includes the gas supply step and the first heating step,
The method for manufacturing a piezoelectric device according to claim 6 , wherein the annealing step includes the vacuum generation step and the second heating step.
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