JP4969251B2

JP4969251B2 - パッケージ部材の製造装置及びその製造方法

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Publication number: JP4969251B2
Application number: JP2007001265A
Authority: JP
Inventors: 秋男小松
Original assignee: Origin Electric Co Ltd
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Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2012-07-04
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Description

本発明は、半導体集積回路又は水晶素子などの電子部品を封止するのに用いられるパッケージを形成するパッケージ部材の製造装置及びパッケージの製造方法に関する。

一般に、半導体集積回路又は水晶素子などの電子部品を封止するパッケージは、金属、セラミック、合成樹脂などの材料からなる外囲器の中に電子部品を組み込んだ後に、金属製のリッド（蓋）を接合して封止している。封止工程は、一方のパッケージ部材となるリッドと電子部品が搭載された他方のパッケージ部材となる外囲器とをパラレルシーム接合方法によって接合している（例えば、特許文献１参照）。このシーム接合を行うには、リッドの一方の面の外周に沿って金錫合金又はハンダなどの比較的低温で溶融するろう材からなる接合用枠状金属部材を予め形成しておかなければならない。パッケージ部材に接合用枠状金属部材を形成する方法は種々知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２には、抵抗溶接法によってろう材となる金錫材の一部分を溶融してメタルリッドに仮付けする方法、超音波や熱圧着によって金錫材をメタルリッドに仮付けする方法、あるいは電気炉等で金錫材を仮溶融して付ける方法などが簡単に記載されている。

前掲の特許文献２によれば、前記いずれの方法によって金錫材をメタルリッドに仮付けしても問題があるとしている。例えば、抵抗溶接法による方法によれば、抵抗溶接した金錫材の一部分が凹み、外囲器にメタルリッドを溶着した際に、ろう材中にボイドを作り易くなり、気密性を低下させる原因になると述べている。そして、特許文献２ではこれらの問題点を解決する方法として、金錫材の融点よりも低いスズ膜を予めメタルリッドに形成しておき、金錫材をスズ膜の上に重ねた状態で、スズ膜の融点よりも高く、かつ金錫材の融点よりも低い温度で加熱してスズ膜を溶融させ、スズ膜によって金錫材をメタルリッドに接合している。
特開２０００−０００６７５公報特開平０５−０２１６２６号公報

しかし、前掲特許文献２に記載されている抵抗溶接方法については具体的な方法が記載されておらず、溶接装置については何ら記述されていない。しかし、記載されている問題点及び当時の一般的な溶接装置の構造を勘案すれば、小さな上側電極と下側電極との間にメタルリッドと金錫材とを兼ねた状態で挟み、上下から加圧した状態で溶接電流を流して溶接したものと推測される。このような仮付け用装置で溶接すれば、金錫材の溶接部分が凹むことも理解できる。しかし、スズ膜を予めメタルリッドに形成しておいて、そのスズ膜を利用して金錫材をメタルリッドに接合する方法も下記のような問題点がある。加熱炉などで加熱又はパラレルシーム接合方法などによって、金錫材を溶融又は塑性流動化させてメタルリッドと外囲器とを接合するときに、スズ膜の融点は金錫材よりも当然に低いので、スズが流れ出す危惧がある。また、鉛を用いないハンダを利用してパッケージをプリント基板上にハンダ付けする場合には、鉛錫ハンダよりも融点が高いので、特にその危惧が大きい。更に、スズ膜を形成する工程が必要になるなどの問題もある。

したがって、本発明は前述の問題点を解決し得る仮付け用の装置を提供することを主目的とし、簡単かつ低価格の構成で金錫材又はハンダなどのろう材を電気的にパッケージ部材に仮付けするのに適した仮付け用装置を提案する。

第１の発明は、双方のパッケージ部材を接合用枠状金属部材によって接合して電子部品を封止するパッケージにおける前記接合用枠状金属部材を仮付けしたパッケージ部材の製造装置において、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部を部分的に押圧する、対向するように配置された二対の仮付け用電極と、前記仮付け用電極に接続されて、前記二対の仮付け用電極に仮付け用の電流を出力する接合電流供給回路と、を備え、前記仮付け用電極は、断面により見た場合に、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材に向かうに従って、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部から外方に向かう所定の傾斜角度となるテーパー面Ｔをそれぞれ有し、それぞれの前記仮付け用電極の前記テーパー面Ｔを、双方の前記パッケージ部材の接合時において外周側の露出している、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部であって、前記断面で見て取られる角部に所定の加圧力で押し当て、前記仮付け用電極を通して前記角部に電流を通電して前記接合用枠状金属部材を前記パッケージ部材に接合して４箇所同時に仮付けすることを特徴とするパッケージ部材の製造装置を提供する。

第２の発明は、前記第１の発明において、前記仮付け用電極は、断面が３角形状又は台形状の円錐状部分を有し、前記円錐状部分の外面が前記テーパー面Ｔを形成し、前記仮付け用電極は、回転できるように保持されており、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の前記角部に接触する前記テーパー面Ｔの接触面を変更できるようにしたことを特徴とするパッケージ部材の製造装置を提供する。

第３の発明は、前記第１の発明又は前記第２の発明において、前記接合電流供給回路は、交流電源と、その交流電源に１次巻線が接続された仮付け用トランスと、その仮付け用トランスの２次巻線に接続された整流回路とからなり、前記整流回路は第１の直流出力、第２の直流出力を有し、前記整流回路の前記第１の直流出力には一方の前記一対の仮付け用電極が接続され、前記整流回路の前記第２の直流出力には他方の前記一対の仮付け用電極が接続されていることを特徴とするパッケージ部材の製造装置を提供する。

第４の発明は、前記第３の発明において、前記整流回路は複数個の制御型半導体素子、又は制御型半導体素子と整流用ダイオードとからなる電流制御型の整流回路であり、前記制御型半導体素子の導通角度を制御する制御回路を備えることを特徴とするパッケージ部材の製造装置を提供する。

第５の発明は、前記第３の発明において、前記接合電流供給回路は、前記交流電源からの電流を制御型半導体素子によって制御する電流制御回路、及びその電流制御回路の前記制御型半導体素子を制御する制御回路を備えることを特徴とするパッケージ部材の製造装置を提供する。

第６の発明は、双方のパッケージ部材を接合用枠状金属部材によって接合して電子部品を封止するパッケージにおける前記接合用枠状金属部材を仮付けしたパッケージ部材の製造方法において、断面により見た場合に、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材に向かうに従って、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部から外方に向かう所定の傾斜角度となるテーパー面Ｔを形成し、対向するように配置された二対の仮付け用電極のそれぞれの前記テーパー面Ｔを、双方の前記パッケージ部材の接合時において外周側の露出している、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部であって、前記断面で見て取られる角部に所定の加圧力で押し当て、前記仮付け用電極を通して前記角部に電流を通電して前記接合用枠状金属部材を前記パッケージ部材に接合して４箇所同時に仮付けすることを特徴とするパッケージ部材の製造方法を提供する。

前記第１の発明によれば、加熱炉などによってパッケージ部材全体を加熱することなく、通常の雰囲気中で容易にリッド又は外囲器であるパッケージ部材に金錫材又はハンダなどのろう材からなる接合用枠状金属部材を４点同時に仮付けできるので、接合用枠状金属部材の平坦性を維持でき、パラレルシーム接合に当たって他方のパッケージ部材を接合用枠状金属部材に載置し易く、位置合わせが容易かつ正確にできる。また、仮付け用電極のテーパー面をパッケージ部材の角部又は接合用枠状金属部材の周縁の角部に押し当てて仮付けするので、その仮付け時に接合用枠状金属部材の雰囲気に面するその角部の外周に微小な凹みができるだけであり、パラレルシーム接合時に、接合用枠状金属部材の溶融したろう材中に気泡が包み込まれることがないから接合用枠状金属部材の中にボイドが生じることもない。また、通常の雰囲気中で極めて短時間で４点同時に仮付けできるので、加熱炉で加熱した場合には、例えば金錫材では金リッチ部分（金の濃度が高い部分）が生じるなどの問題があるが、本発明では微小な４箇所のみを部分的に加熱するだけであるので、前述のような問題は皆無である。したがって、パッケージの封止接合工程における歩留まりを向上させ、かつ品質の高い接合結果を得る要因を与える。更にまた、ピン状の先端を利用するピン状電極を用いずに、テーパー面を利用する仮付け用電極を用いているので、電極の寿命を大幅に向上することができる。

また、前記第２の発明によれば、前記第１の発明で得られる効果の他に、接合用枠状金属部材に当接する仮付け用電極の面を変更できるので、仮付け用電極の汚れによって仮付け作業を中断することなく継続して仮付けできる作業時間を向上させることができる。また、必要に応じて仮付け用電極の面のクリーニングを容易に行うこともできる。
できる。

また、前記第３の発明ないし第５の発明によれば、前記第１の発明又は第２の発明で得られる効果の他に、簡単な回路構成の装置でもって、ごく短い時間に金錫材又はハンダなどのろう材からなる接合用枠状金属部材をパッケージ部材に４点同時に仮付けすることができる。

また、前記第６の発明によれば、接合用枠状金属部材をパッケージ部材に仮付けする仮付け工程からパラレルシーム接合工程までを一貫して行うことができる。その仮付け工程で用いたワーク載置台を仮付けしたままの状態で他方のパッケージ部材を載置してパラレルシーム接合工程を行うことができるので、製造装置の簡素化勿論のこと、接合用枠状金属部材が仮付けされたパッケージ部材の移載工程を簡略化でき、製造時間の短縮化が可能である。

[実施形態１]
図１ないし図３によって本発明に係る仮付け接合の実施形態１について説明する。図１は金錫のろう材などが仮付けされたリッド（蓋）のような一方のパッケージ部材を示す図、図２は実施形態１に係るパッケージ部材の製造装置の回路構成を説明するための図、図３は本発明に係るパッケージ部材の製造装置の基本的な構造の一例を示す図である。図１（Ａ）はフラット形状のリッド１に金錫材などのろう材からなる接合用枠状金属部材２が仮付けされている状態を示す。接合用枠状金属部材２は矩形状のリッド１の外周に沿って形成されている不図示の金属膜に適した枠体状に、ろう材板を打ち抜いて形成したものである。図１（Ｂ）はハット形状のリッド１の本体部１Ａから水平方向に広がる矩形状のつば部１Ｂに適した形状の前述のような接合用枠状金属部材２をつば部１Ｂに仮付けした状態を示している。

小さなケース状の外囲器の中に電子部品を搭載するよりはフラットな基板に所定の電子部品を搭載する方が製造工程上で有利な場合もあるので、電子部品を搭載したフラットなその基板を一方のパッケージ部材（図示しない）とし、図１（Ｂ）に示したようなハット形状のリッド１を他方のパッケージ部材として、これら双方のパッケージ部材の全周を互いに接合して封着することによりパッケージを形成する場合もある。本発明によれば、一方のパッケージ部材となるリッド１がフラット形状又はハット形状にかかわらず、容易にかつ確実に４点ほぼ同時に接合用枠状金属部材２をリッド１に仮付けすることができる。実施形態１では、パッケージ部材となるリッド１の基材はコバールのような金属材料の他に、セラミック又は合成樹脂から構成されていてもよい。しかし、リッド１の基材がセラミック又は合成樹脂などの電気絶縁材料からなる場合には、接合用枠状金属部材２を仮付けする基材の面域には予め金属膜が形成されている。

図２に示すように、商用交流電源又は発電機などの交流電源１０には仮付け用トランス１１の１次巻線１１Ａが接続されており、１次巻線１１Ａに比較して巻数が大幅に少ない、例えば１又は２ターンの２次巻線１１Ｂには電流検出用のカレントトランス１２及び整流回路１３が備えられている。整流回路１３は整流用ダイオード１３Ａとサイリスタのような制御型半導体素子１３Ｂ、整流用ダイオード１３Ｃとサイリスタのような制御型半導体素子１３Ｄをブリッジ構成に接続したものからなるが、通常のブリッジ形整流回路とは直流側の接続が異なっている。整流用ダイオード１３Ａと制御型半導体素子１３Ｂとは第１の直流出力を出力し、整流用ダイオード１３Ｃと制御型半導体素子１３Ｄとは第２の直流出力を出力する。

制御型半導体素子１３Ｂと１３Ｄとは、カレントトランス１２によって検出された仮付け用の電流が設定値になるように、制御回路１４によって位相制御される。整流用ダイオード１３Ａのカソードは仮付け用電極１５に接続され、制御型半導体素子１３Ｂのアノードは仮付け用電極１６に接続されている。そして、整流用ダイオード１３Ｃのカソードは仮付け用電極１７に接続され、制御型半導体素子１３Ｄのアノードは仮付け用電極１８に接続されている。この実施形態１では、交流電源１０と仮付け用トランス１１と整流回路１２とが接合電流供給回路を構成する。

先ず、仮付け用電極１５〜１８について説明する。４個の仮付け用電極１５〜１８は、矩形状のパッケージ部材１上に載置された接合用枠状金属部材２における２辺がほぼ直交する四つの直角の角部ａにそれぞれ当接する。４個の仮付け用電極１５〜１８はほぼ同一形状であり、図３に示すように先端部が円錐形状になっている。仮付け用電極１５と１８、仮付け用電極１６と１８はそれぞれ矩形状のパッケージ部材１と接合用枠状金属部材２の対角線上に向かい合って位置する。図３では仮付け用電極１５と１７を示しており、それぞれ円錐形状の先端部１５Ａ、１７Ｂを有する。仮付け用電極１５の円錐形状の先端部１５Ａの円錐面は水平面に対してある角度を呈するテーパー面Ｔを形成し、同様に仮付け用電極１７の円錐形状の先端部１７Ａの円錐面は水平面に対してある角度を呈するテーパー面Ｔを形成する。図３に示すように、仮付け用電極１５のテーパー面Ｔ、仮付け用電極１７のテーパー面Ｔが接合用枠状金属部材２の別々の直角の角部ａに当接する。図示していないが、仮付け用電極１６と１８も同様である。なお、先端部の円錐形状の先端が切り取られた形状の断面台形であっても勿論よい。

図示していないが、４個の仮付け用電極１５〜１８は必要なときに回転できるようになっている。接合用枠状金属部材２の仮付けにあっては、仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔが当接する接合用枠状金属部材２の四つの直角の角部ａが塑性流動化又は溶融するので、仮付けの度に仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔが僅かずつ汚れ、均一な仮付けを行う上で支障になる場合がある。したがって、接合用枠状金属部材２の仮付け時には仮付け用電極１５〜１８を回転させる必要はないが、１度の仮付けないしは所定の回数の仮付けの度に仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔが接合用枠状金属部材２の直角の角部ａに当接する箇所をずらす必要がある。４個の仮付け用電極１５〜１８を回転させる機構はいろいろ考えられるが、例えば不図示の１個のモータで４個の仮付け用電極１５〜１８を同時に同じ角度だけ回転又は反転させる機構として、仮付け用電極１５〜１８の他端側に同一形状の不図示のギヤ部材をそれぞれ固定し、これらギヤ部材を別の不図示の中央ギヤに歯合させ、その中央ギヤを前記１個のモータで所定角度回転又は反転させて仮付け用電極１５〜１８を同一角度で回転又は反転させる機構などが考えられる。

また、必要があれば、仮付け用電極１５〜１８に付着した接合用枠状金属部材２の金属を吸引又は拭き取りなどを行う不図示のクリーニング手段を備えてもよい。吸引の場合には仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔの近傍に吸引手段を設け、又は拭き取りの場合には仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔに当接して回転する拭き取り用ローラを設ける。そして前述したように、１度の仮付けないしは所定の回数の仮付けの度に仮付け用電極１５〜１８を所定角度、例えば１８０度回転させ、前述のようなクリーニング手段を作動させることによって仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔに付着した接合用枠状金属部材２の金属材料を除去することができる。このとき、仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔに付着した接合用枠状金属部材２のろう材を除去し易い塑性流動化した状態に保持する不図示のヒータを備えていてもよい。

次に、ワーク載置台２０について説明する。ワーク載置台２０は図１（Ｂ）に示したハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂを受ける載置面２０Ａ、及びハット形状のリッド１の本体部１Ａを受け入れる凹所２０Ｂを有する。電子部品の用途にもよるが、パッケージは小型化の方向に向かっており、数ミリメートル以下の幅のパッケージが多くなっている。このような微小なパッケージのハット形状のリッド１用のワーク載置台２０は小型軽量のものになり、スプリングバネなどのような弾性部材２１を介してシリンダ装置などのような加圧装置２２に結合されている。なお、図示しないが、４個の仮付け用電極１５〜１８及びこれらに関連する機構を含めた構造を上部機構とすると、ワーク載置台２０、弾性部材２１及び加圧装置２２などは小型軽量の下部機構を構成する。後述するが、必要に応じてこの下部機構は不図示の搬送機構に支承され、その搬送機構によってパッケージをパラレルシーム接合するシーム接合ステージまで搬送される。なお、図示しないが、４個の仮付け用電極１５〜１８にスプリングバネのような弾性部材を係合させて、図３の上下方向の弾性力を仮付け用電極１５〜１８に与えるようにしてもよい。

次に、仮付け動作について述べる。図３に示すように、図示しないリッド移載機構によって自動的にハット形状のリッド１をワーク載置台２０にセットする。次に図示しない接合用枠状金属部材２の移載機構に接合用枠状金属部材２を吸着保持させて、ハット形状のリッド１のつば部１Ｂに移載し、つば部１Ｂ上に載置した後に位置合わせを行う。位置合わせ機構については図示していないが、例えば接合用枠状金属部材２の四方から棒状の位置合わせ部材がリッド１のつば部１Ｂに当接するまで前進することにより、接合用枠状金属部材２のずれて突出している部分を軽く押してリッド１のつば部１Ｂに位置合わせを行う。相互の位置合わせが行われると、加圧装置２２が作動を開始し、弾性部材２１及びワーク載置台２０を上昇させる。ワーク載置台２０が上昇する過程で、接合用枠状金属部材２の四つの直角の角部ａが仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔに接触する。その後も僅かだけ加圧装置２２は上昇し、弾性部材２１が加圧力で圧縮されて所定の反発力を呈する位置で加圧装置２２は停止する。なお、ハット形状のリッド１をワーク載置台２０に載置、及び前記位置合わせを行う工程は別のステージで行ってもよく、この場合には図示位置まで前記下部機構を水平方向に移動させる。

接合用枠状金属部材２の四方から前記位置合わせ部材が仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔに接触するまでの間に、接合用枠状金属部材２に微小な位置ずれが生じたとしても、仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔの作用で正確に位置合わせされる。仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔと接合用枠状金属部材２の四つの直角の角部ａとの間に所定の加圧力がかけられると、つまり実際には加圧装置２２が作動を開始して所定の時間が経過すると、交流電源１０と仮付け用トランス１１と整流回路１２とからなる接合電流供給回路が仮付け用の電流を供給する。先ず、仮付け用トランス１１の２次巻線１１Ｂの極性を示す黒点側が正の半サイクルでは、仮付け用の電流は２次巻線１１Ｂの極性を示す黒点側からダイオード１３Ａ、仮付け用電極１５、それに当接している接合用枠状金属部材２の直角の角部ａ、接合用枠状金属部材２、仮付け用電極１６に当接している接合用枠状金属部材２の直角の角部ａ、仮付け用電極１６、サイリスタ１３Ｂ、カレントトランス１２を通して、２次巻線１１Ｂの他方の極性に流れる。

この仮付け用の電流は、制御回路１４によってサイリスタ１３Ｂの位相角を、図４に示すようにピーク値を過ぎたある角度、例えば１２０〜１８０度程度の導通幅に制限した比較的小さなパルス状電流ｉ１であり、幾つかの半サイクルを流れる。つまり、一度の仮付け工程における仮付け用の電流ｉ１のトータルはサイリスタ１３Ｂの導通角度とパルス状電流の個数で決められる。仮付け用電極１５と接合用枠状金属部材２の直角の角部ａとの当接箇所、仮付け用電極１６と接合用枠状金属部材２の直角の角部ａとの当接箇所は点接触に近く、非常に狭い点状の面域に前記パルス状の電流ｉ１が集中して流れる。したがって、前記パルス状の電流ｉ１が比較的小さくても、電流密度は大きくなり、それらの当接箇所の接触抵抗によって発熱し、１〜６程度の個数の前記パルス状の電流ｉ１によって、接合電極１５、仮付け用電極１６にそれぞれ当接している２箇所の接合用枠状金属部材２の直角の角部ａが塑性流動化し、接合用枠状金属部材２はハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂに仮付けされる。

仮付け用電極１７と仮付け用電極１８についても全く同様である。仮付け用トランス１１の２次巻線１１Ｂの極性を示す黒点側が負の半サイクルでは、パルス状の仮付け用の電流ｉ２が２次巻線１１Ｂの黒点側とは反対側からダイオード１３Ｃ、仮付け用電極１７、それに当接している接合用枠状金属部材２の直角の角部ａ、接合用枠状金属部材２、仮付け用電極１８に当接している接合用枠状金属部材２の直角の角部ａ、仮付け用電極１８、サイリスタ１３Ｄ、カレントトランス１２を通して、２次巻線１１Ｂの黒点側に流れる。したがって、仮付け用電極１５、１６にそれぞれ当接している接合用枠状金属部材２の二つの直角の角部ａの仮付けと、仮付け用電極１７、１８にそれぞれ当接している接合用枠状金属部材２の二つの直角の角部ａの仮付けとは交互の半サイクルで行われるので、接合用枠状金属部材２の四つの直角の角部ａの仮付けはほぼ同時に行われる。前記接合用枠状金属部材２の四つの直角の角部ａは百数十μ秒以下と非常に短い仮付け期間で仮付けされるので、ここでは前記四つの直角の角部ａは同時に仮付けされると表現する。なお、仮付け用電極１５、１６に流れるパルス状の電流ｉ１は仮付け用電極１７、１８を流れるパルス状の電流ｉ２にほぼ等しい。

仮付け用電極１５〜１８がそれぞれほぼ同一の傾斜のテーパー面Ｔを有する効果として、接合用枠状金属部材２の微小な位置ずれの補正はもとより、パッケージの封止接合工程でろう材中にボイド（微小な気泡）を生じるような凹所を形成しないことである。仮付け用電極１５〜１８のテーパー面Ｔによる加圧で、接合用枠状金属部材２の四つの直角の角部ａはその一部分が極めて僅かに押し込まれて凹むが、その凹んだ微小部分は外周側の露出している部分であり、その極めて僅かな押し込み跡が付くだけである。したがって、このような大気に面した押し込み跡が二つのパッケージ部材の封止時、つまりパラレルシーム接合時に、軟化又は溶融する接合用枠状金属部材２のろう材中に気泡が内包されることはなくなる。

以上述べたように、接合用枠状金属部材２がリッド１のつば部１Ｂに仮付けされると、前記下部機構は下降した後、接合用枠状金属部材２が仮付けされたリッド１をワーク載置台２０から取り外すか、あるいはリッド１をワーク載置台２０に載せたまま前記下部機構は図示しない搬送機構によってパッケージの封止接合ステージまで水平方向に移動する。そして、図示しない他方のパッケージ部材が接合用枠状金属部材２上に載置され、前掲の特許文献１などで開示されている一般的なパラレルシーム接合装置によって封止接合が行われる。

この封止接合の際、実施形態１によれば接合用枠状金属部材２の四つの直角の角部ａが仮付けされているので、接合用枠状金属部材２はハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂに比較的密接しており、平坦になっているから、不図示の他方のパッケージ部材を容易にかつ正確に接合用枠状金属部材２上に載置することができ、また、パッケージの封止工程における歩留まりを向上させ、かつ品質の高い接合結果を得る要因を与えることになる。なお、実施形態１では接合用枠状金属部材２が仮付けされる一方のパッケージ部材をハット形状のリッド１として説明したが、丸形でハット形状のリッド、又は矩形又は丸形で平板上のリッド、あるいは電子部品が搭載された外囲器又は基板であっても、加熱炉などで加熱する必要がないから、同様にして接合用枠状金属部材２を仮付けすることができる。

[実施形態２]
次に、図５によって本発明に係る実施形態２について説明する。図５は実施形態２に係るパッケージ部材の製造装置の回路構成を説明するための図である。図５において、図２で用いた記号と同一の記号は実施形態１で用いた名称と同じ名称であるものとする。整流回路１３は４個の整流用ダイオード１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄをブリッジ接続してなる通常のものであるが、その直流出力側が実施形態１と同様に接続される。整流用ダイオード１３ａ〜１３ｄはそれぞれ単一のダイオードであってもよいし、あるいは２個以上のダイオードを直列又は並列、あるいは直並列に接続したものであってもよい。整流用ダイオード１３ａと１３ｂとは第１の直流出力を出力し、整流用ダイオード１３ｃと１３ｄとは第２の直流出力を出力する。

整流用ダイオード１３ａのカソードは仮付け用電極１５に接続され、整流用ダイオード１３ｂのアノードは仮付け用電極１６に接続される。また、整流用ダイオード１３ｃのカソードは仮付け用電極１７に接続され、整流用ダイオード１３ｄのアノードは仮付け用電極１８に接続される。仮付け用電極１５〜１８は、図３を用いて前述した仮付け用電極１５又は１７と同一形状の電極であり、それぞれのテーパー面Ｔはハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂ上に載置された接合用枠状金属部材２の各辺のほぼ中央において角部に当接し、各仮付け用電極のテーパー面Ｔと接合用枠状金属部材２のそれぞれの角部との当接状態の断面は図３と同様になるので、図示するのを省略している。

実施形態１と異なるのは、仮付け用トランス１１の１次側に電流制御回路２５を設けて、図４に示した電流波形のように、仮付け用トランス１１の１次側の電流を制御し、２次側に間隔をおいて正負のパルス電流を発生している。電流制御回路２５は、例えば電源装置などで一般的に用いられているＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのような制御型半導体素子を４個フルブリッジ構成に接続したもの、あるいは２個の前記制御型半導体素子と２個のダイオードとをブリッジ構成に接続したもの、又は２個の前記制御型半導体素子と２個のコンデンサとをハーフブリッジ構成に接続したものなどであってもよい。また、このような仮付けにあっては仮付け電流が１００Ａ未満でよいケースがほとんどであるので、仮付け用トランス１１の１次側の電流はそれよりも大幅に小さくなり、したがって、前述のような制御型半導体素子のスイッチングで電流を制御するシングルエンデッドタイプの低価格の電流制御回路であってもよい。この実施形態２の場合、制御回路１４は交流電源１０が出力する交流周波数と同じ周波数で電流制御回路２５の制御型半導体素子を制御する。

また、仮付け用トランス１１を小型軽量化し、かつ仮付け電流を種々の形態で制御したい場合には、電流制御回路２５は交流電源１０の交流電流を直流電流に変換する整流回路と、直流を高周波の交流に変換する前述のような回路構成の高周波インバータ回路で構成される。この場合には、制御回路１４は好ましくは２０ｋＨｚ以上の高周波のパルス幅信号で高周波インバータ回路の制御型半導体素子をスイッチング動作させることによって、共振音を生じることなく、仮付け用トランス１１を小型軽量化することができる。この場合には、仮付け電流は高周波パルス状電流となるので、その高周波パルス状電流の個数を制御することによって、接合用枠状金属部材２をハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂに対して最適に仮付けすることができる。なお、図示しないが、実施形態１及び実施形態２において、仮付け用電極１５〜１８は下側に位置し、ワーク載置台２０に接合用枠状金属部材２が載置されると共にその上にリッド１が載置され、上方からリッド１に加圧力を加えた状態で、前述のようにして接合用枠状金属部材２をリッド１に仮付けしてもよい。このとき、接合用枠状金属部材２の外周部はワーク載置台２０の載置面から勿論突出している。また、仮付け用電極１５〜１８に不図示のスプリングバネのような弾性部材が備えられ、前記上部機構と下部機構の双方又は一方に備えられた加圧機構の加圧力に弾性力を重畳するのが望ましい。

[実施形態３]
次に、図６によって本発明に係るパッケージ部材の製造装置の実施形態３について説明する。この実施形態３に係るパッケージ部材の製造装置では、コバールのような金属材料からなるハット形状のリッド１の四つの直角の角部又は４辺のそれぞれの角部に仮付け用電極を押し当てて、接合用枠状金属部材２をハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂに仮付けするところが実施形態１、実施形態２と異なる。図６において、図３で示した記号と同一の記号は図３で用いた名称と同じ名称の部材を示すものとする。図６では、仮付け用電極１５、１７を示しているだけであるが、図２と同様に４個の仮付け用電極が備えられているので、以下においては図２と図６によって説明する。

これら４個の仮付け用電極１５〜１８にはスプリングバネなどの弾性体３１が備えられており、それぞれの弾性体３１はそれぞれの仮付け用電極１５〜１８に図面の下方向に弾性力を与えることができるようになっている。当然に仮付け用電極１５〜１８は図面の上下方向に動けるようになっており、図示しない一般的な加圧機構などが備えられている。ワーク載置台２０は、接合用枠状金属部材２の金属材料が付着し難いセラミック又はガラスなどからなる上側部分２０Ａと、上側部分２０Ａを支承する下側部分２０Ｂからなる。したがって、接合用枠状金属部材２の金属材料が塑性流動化しても上側部分２０Ａに付着し難いから、ワーク載置台２０がほとんど汚れない。ワーク載置台２０などからなる下部機構は搬送機構３２に支承されており、図示していない各製造ステージを順次循環する。この装置においても、下部機構に図３に示したような弾性部材２１及び加圧装置２２を備えていても勿論よい。

図３に示す接合用枠状金属部材２の仮付けステージとは別の前段のステージで、接合用枠状金属部材２がワーク載置台２０上のほぼ所定位置に載置される。次に、不図示の通常のリッド供給手段によってハット形状のリッド１がその本体部１Ａを上に、つば部１Ｂを下にして、接合用枠状金属部材２に載置される。この状態では当然に、リッド１のつば部１Ｂと接合用枠状金属部材２との間に位置ずれがあるので、前述したような不図示の位置合わせ機構が働いて、リッド１のつば部１Ｂと接合用枠状金属部材２とを位置合わせする。次に、搬送機構３２がワーク載置台２０を図６に示す接合用枠状金属部材２の仮付けステージまで移動させる。前記位置合わせはこの接合用枠状金属部材２の仮付けステージで行われても勿論よい。

ハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂと接合用枠状金属部材２とが位置合わせされた図６に示す状態で、仮付け用電極１５〜１８、弾性体３１、及び不図示の加圧機構などからなる上部機構が下降し、前述したように、仮付け用電極１５〜１８のそれぞれのテーパー面Ｔがハット形状のリッド１の矩形状のつば部１Ｂの四つの直角な角部ｂに当接し、所定の加圧力をかける。この状態では弾性体３１は加圧力で縮小しており、したがって、不図示の加圧機構による加圧力に弾性体３１の弾性力が重畳される。その状態で、交流電源電圧の正負の交互の半サイクルに図２に示した仮付け用電極１５から仮付け用電極１６に、及び仮付け用電極１７から仮付け用電極１８にパルス状の仮付け電流が流れることによって、接合用枠状金属部材２がリッド１のつば部１Ｂに仮付けされる。

この仮付けについて更に説明すると、仮付け用電極１５〜１８とつば部１Ｂの四つの直角な角部ｂとの接触抵抗をそれぞれ流れる仮付け電流によって発熱が起こり、この熱が先ずつば部１Ｂの直角の角部を加熱し、その熱はつば部１Ｂの厚みが薄いということもあって短時間で接合用枠状金属部材２の直角の角部に伝達される。リッド１を構成するコバールのような金属材料は接合用枠状金属部材２のろう材に比べて融点がかなり高いから、リッド１の金属材料が溶融することなく、接合用枠状金属部材２が塑性流動化し、リッド１のつば部１Ｂに仮付けされる。つば部１は実施形態１とほぼ同一条件であれば、実施形態１の場合に比べて、図２において制御型半導体素子１３Ｂ、１３Ｄの導通角度が大きくなるように制御回路１４で位相制御を行うことにより、実施形態１とほぼ同じ仮付け時間で接合用枠状金属部材２をリッド１のつば部１Ｂに仮付けすることが可能である。あるいは、一度の仮付けにあたって、図４に示したようなパルス状の接合電流の個数を適当に多くして、仮付け時間を長く、例えば数サイクルほど長くしてもよい。

この実施形態３では、接合用枠状金属部材２の仮付け時に仮付け用電極１５〜１８のそれぞれのテーパー面Ｔに、接合用枠状金属部材２の金属材料が付着することがないので、その付着による汚れの問題点を解決するためのクリーニング機構などが不要である。また、ワーク載置台２０において、接合用枠状金属部材２が直接載置される上側部分２０Ａは接合用枠状金属部材２の塑性流動又は溶融した金属材料が付着しにくい材料から構成されているので、ワーク載置台２０に接合用枠状金属部材２の金属材料が付着せず、この点においてもクリーニング機構などが不要である。

[実施形態４]
次に、図３及び図７によって本発明に係る実施形態４について説明する。この実施形態４に係るパッケージの製造方法は、前記実施形態１、実施形態２におけるパッケージ部材の製造装置の一部分を利用してパッケージ部材同士を一貫して封止接合する一例である。このパッケージの製造方法は第１のステップＳ１から第９のステップＳ９からなるが、ステップＳ１〜ステップＳ４は前述した実施形態１又は実施形態２のパッケージ部材の製造と同じであるので、ステップＳ１〜ステップＳ４については簡単に説明する。

第１のステップＳ１では、接合用枠状金属部材２が仮付けされるいずれかのパッケージ部材、つまり、実施形態１又は実施形態２ではハット形状のリッド１をワーク載置台２０にセットする。第２のステップＳ２では、接合用枠状金属部材２をリッド１の上に載置し、それらの位置合わせを行う。第３のステップＳ３では、リッド１に仮付けされた接合用枠状金属部材２における２辺がほぼ直交する直角の角部ａ、又は辺の途中における角部に対して所定の傾斜角度で仮付け用電極１５〜１８を押し当てる。第４のステップＳ４では、仮付け用電極１５〜１８を通して接合用枠状金属部材２に電流を通電し、接合用枠状金属部材２の直角の角部を塑性流動化又は溶融させて、接合用枠状金属部材２をハット形状のリッド１に仮付けする。

このような接合用枠状金属部材２の仮付け工程が終了すると、第５のステップＳ５が行われる。このステップＳ５では、接合用枠状金属部材２の仮付けされたリッド１をワーク載置台２０に搭載した状態で、ワーク載置台２０はパラレルシーム接合ステージに移動する。この場合には、図示しないが、一般に各ステージを順次循環する搬送機構によって搬送される。パラレルシーム接合ステージでは、先ず第６のステップＳ６が行われ、ワーク載置台２０上において接合用枠状金属部材２の上に他方のパッケージ部材である不図示の基板（又は外囲器）が載置される。次に、第７のステップＳ７としてリッド１と前記基板（又は外囲器）との位置合わせが行われる。この位置合わせも、前述したような位置合わせ機構を用いて行われる。

リッド１と前記外囲器との位置合わせが行われると、前掲の特許文献１で示されているパラレルシーム接合装置などと同様な装置を用いて第８のステップＳ８が行われる。第８のステップＳ８では前掲の特許文献１に記載されているような仮接合が行われ、リッド１に前記基板（又は外囲器）を仮付けする。リッド１がハット状のものの場合には、図示しないが、基板として電気絶縁膜の形成された金属製基板が用いられ、その電気絶縁膜に所定の電子部品などが搭載され、その金属製基板の外周部分に形成された金属膜に接合用枠状金属部材２が仮付けされる。最後に、第８のステップＳ８で仮接合を行ったパラレルシーム接合装置を用いて第９のステップＳ９を行う。この第９のステップＳ９では、不図示の一対のローラ電極を用いてパッケージ部材の一対のＸ方向の辺をシーム接合し、しかる後にワーク載置台２０を９０度回転させて同一のローラ電極でＹ方向の辺をシーム接合することにより封着する。又は、Ｘ方向の辺をシーム接合する一対のローラ電極と、Ｙ方向の辺をシーム接合する別の一対のローラ電極とによって順次パラレルシーム接合を行っても勿論よい。

実施形態４においても、ワーク載置台２０に搭載されているパッケージ部材が平板状のリッド、あるいは電子部品の搭載された外囲器であっても勿論よい。いずれのパッケージ部材がワーク載置台２０に搭載されていても、ワーク載置台２０に搭載されているパッケージ部材に接合用枠状金属部材２を仮付けした後、そのままワーク載置台２０をパラレルシーム接合ステージに搬送し、接合用枠状金属部材２上に他方のパッケージ部材を載置すればよいので、接合用枠状金属部材２の仮付けされた一方のパッケージ部材をワーク載置台２０から取り外し、それをパラレルシーム接合ステージの別のワーク載置台に移載する工程が不要になり、また、別のワーク載置台も不要である。したがって、本発明では双方のパッケージ部材の封着を一貫した工程で行うことができ、生産工程の短縮、コストダウンが可能である。

一方のパッケージ部材となるリッドとこれに仮付けされる接合用枠体状金属部材を示す図である。本発明の実施形態１に係る接合用枠体状金属部材の仮付けを行う製造装置の一例を示す図である。本発明の実施形態１に係る接合用枠体状金属部材の仮付けを説明するための図である。仮付け用の電流波形の一例を示す図である。本発明の実施形態２に係る接合用枠体状金属部材の仮付けを行う製造装置の他の一例を示す図である。本発明の実施形態３に係る接合用枠体状金属部材の仮付けを行う製造装置の他の一例を示す図である。本発明の実施形態１又は実施形態２を利用してパッケージ部材同士をパラレル接合する製造方法の一例を示す図である。

符号の説明

１・・・一方のパッケージ部材（リッド）
１Ａ・・・本体部
１Ｂ・・・つば部
２・・・パッケージ部材１に仮付けされる接合用枠体状金属部材（ろう材）
１０・・・交流電源
１１・・・仮付け用トランス
１２・・・カレントトランス
１３・・・整流回路
１３Ａ、１３Ｃ・・整流用ダイオード
１３Ｂ、１３Ｄ・・制御型半導体素子
１３ａ〜１３ｄ・・整流回路１３の整流用ダイオード
１５、１６、１７、１８・・・仮付け用電極
１５Ａ、１７Ｂ・・・仮付け用電極１５、１７の円錐形状の先端部
２０・・・ワーク載置台
２０Ａ・・・ワーク載置台２０の上側部分
２０Ｂ・・・ワーク載置台２０の下側部分
２１・・・弾性部材
２２・・・加圧装置
２５・・・電流制御回路
３１・・・弾性体
３２・・・搬送機構
Ｔ・・・仮付け用電極１５〜１８のテーパー面
ａ・・・接合用枠体状金属部材２の（直角の）角部
ｂ・・・一方のパッケージ部材（リッド）の角部

Claims

双方のパッケージ部材を接合用枠状金属部材によって接合して電子部品を封止するパッケージにおける前記接合用枠状金属部材を仮付けしたパッケージ部材の製造装置において、
前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部を部分的に押圧する、対向するように配置された二対の仮付け用電極と、
前記仮付け用電極に接続されて、前記二対の仮付け用電極に仮付け用の電流を出力する接合電流供給回路と、
を備え、
前記仮付け用電極は、断面により見た場合に、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材に向かうに従って、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部から外方に向かう所定の傾斜角度となるテーパー面Ｔをそれぞれ有し、
それぞれの前記仮付け用電極の前記テーパー面Ｔを、双方の前記パッケージ部材の接合時において外周側の露出している、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部であって、前記断面で見て取られる角部に所定の加圧力で押し当て、前記仮付け用電極を通して前記角部に電流を通電して前記接合用枠状金属部材を前記パッケージ部材に接合して４箇所同時に仮付けすることを特徴とするパッケージ部材の製造装置。
請求項１において、
前記仮付け用電極は、断面が３角形状又は台形状の円錐状部分を有し、
前記円錐状部分の外面が前記テーパー面Ｔを形成し、
前記仮付け用電極は、回転できるように保持されており、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の前記角部に接触する前記テーパー面Ｔの接触面を変更できるようにしたことを特徴とするパッケージ部材の製造装置。
請求項１又は請求項２において、
前記接合電流供給回路は、交流電源と、該交流電源に１次巻線が接続された仮付け用トランスと、該仮付け用トランスの２次巻線に接続された整流回路とからなり、
前記整流回路は第１の直流出力、第２の直流出力を有し、
前記整流回路の前記第１の直流出力には一方の前記一対の仮付け用電極が接続され、
前記整流回路の前記第２の直流出力には他方の前記一対の仮付け用電極が接続されていることを特徴とするパッケージ部材の製造装置。
請求項３において、
前記整流回路は複数個の制御型半導体素子、又は制御型半導体素子と整流用ダイオードとからなる電流制御型の整流回路であり、
前記制御型半導体素子の導通角度を制御する制御回路を備えることを特徴とするパッケージ部材の製造装置。
請求項３において、
前記接合電流供給回路は、前記交流電源からの電流を制御型半導体素子によって制御する電流制御回路、及び該電流制御回路の前記制御型半導体素子を制御する制御回路を備えることを特徴とするパッケージ部材の製造装置。
双方のパッケージ部材を接合用枠状金属部材によって接合して電子部品を封止するパッケージにおける前記接合用枠状金属部材を仮付けしたパッケージ部材の製造方法において、
断面により見た場合に、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材に向かうに従って、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部から外方に向かう所定の傾斜角度となるテーパー面Ｔを形成し、対向するように配置された二対の仮付け用電極のそれぞれの前記テーパー面Ｔを、双方の前記パッケージ部材の接合時において外周側の露出している、前記接合用枠状金属部材又は前記パッケージ部材の周縁部であって、前記断面で見て取られる角部に所定の加圧力で押し当て、
前記仮付け用電極を通して前記角部に電流を通電して前記接合用枠状金属部材を前記パッケージ部材に接合して４箇所同時に仮付けすることを特徴とするパッケージ部材の製造方法。