JP4974284B2 - パッケージの封止方法 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子、弾性表面波フィルタ等の電子部品を収納したパッケージの開口部に金属製の蓋板であるリッドをシーム接合するパッケージの封止方法に関するものである。

従来から、水晶振動子、弾性表面波フィルタ等の電子部品をパッケージに気密封止する方法として、パラレルシーム接合法が広く用いられている。図４は従来からあるシールリング付きパッケージの断面図であり、まずセラミック基板５１に金属製シールリング５２をろう接してなるパッケージ５３の内部に水晶振動子等の電子部品５４を収納し、この電子部品５４をワイヤ５５によって外リード５６に電気的に接続したものを準備する。このパッケージ５３の開口部にはコバール等からなるリッド５７が位置決めされて載置される。

このとき、位置決めされたリッド５７がシーム接合されるまでに何らかの外力で位置ずれしてしまったり、シーム接合を開始するためにローラ電極が接触することで位置ずれしてしまうことを避けるために、リッドは通常スポット接合によって仮止めされる。

この仮止めは作業性の理由から一般にシーム接合のためのローラ電極で行われることが多く、図５（ａ）で示すように、リッド５７の対向する２辺、例えば長辺側の２辺の略中央部に一対のテーパ付きのローラ電極５８ａ、５８ｂを接触させ、転接させることなく電極間に通電し、そのままローラ電極５８ａ、５８ｂを上昇させてリッド５７から離隔させる。

そして図５（ｂ）で示すように、このリッド５７の長辺側の２辺の一端縁部イにローラ電極５８ａ、５８ｂを一定の加圧条件の下で接触させ、この状態でパッケージ５３をステージ５９と共に矢印アの方向に移動させると同時にローラ電極５８ａ，５８ｂにパルセーション通電を行い、この時発生するジュール熱により長辺を溶融し、リッド５７をパッケージ５３にシーム接合する。

このようにして長辺のシーム接合が終了すると、ローラ電極５８ａ，５８ｂを一旦上昇移動させて電極間隔を調整すると共にパッケージ５３を図５（ｃ）に示すように水平面内にて９０°回転させる。その後、再びローラ電極５８ａ，５８ｂを下降させて他の対向する２辺、すなわち短辺を同様にシーム接合し、封止を完成させるものである。

ここで、リッド５７のコバール等からなる母材の少なくとも下側の表面には、一般にＮｉめっきが施されており、シールリング５２もコバール等からなる母材にＮｉ下地のＡｕめっきが施されている。そして前記Ｎｉめっき及びＮｉ下地のＡｕめっきが接合時のろう材として機能するため、実際にはリッド５７の母材及びシールリング５２の母材はほとんど溶融しないで接合が行われる。

このようなローラ電極の動作において、ローラ電極がリッドの対向する２辺上を転接し終わったときローラ電極とリッドとが溶着している場合があり、そのままローラ電極を上昇させるとパッケージも一緒に浮き上がってしまう問題が発生する。そこで特許文献１で開示されているように、ローラ電極を上昇させる前に、通電とともに行なう転接とは反対の方向に微小距離転接させその後上昇させることにより前記溶着による問題を回避する方法が採用されている。

また、上述したようなシールリング付きパッケージのほかに、近年ではシールリングのないパッケージを用いた封止構造が普及してきており、このシーム接合法は一般にシールリングレスシーム法あるいはダイレクトシーム法と称されている（以下このシーム接合法をダイレクトシーム法と記す）。このダイレクトシーム法は、シールリングを用いない分パッケージ全体を低背化でき、また、パッケージのコストを下げることが可能となるので採用が広まったものである。

ダイレクトシーム法の基本構造は特許文献２に開示されており、これを図６（ａ）に基づいて説明する。パッケージ６１の開口部周縁には、シールリングを設けずメタライズ層６２のみが形成され、このメタライズ層６２にはＮｉ下地のＡｕめっきが施されている。

ここで、このメタライズ層は、セラミック製のパッケージ上に電極や配線パターンを形成する工程において、これらと同時に形成可能なものであって、シールリング付きパッケージにおいてもシールリングをパッケージにろう接するために形成されていたものである。また、このように構成されたパッケージ６３の内部構造は前述したシールリング付きのパッケージと同等であるため説明を省略する。

また、このパッケージ６３の開口部に配置するリッド６４の下面には、Ｎｉめっき層６５が形成されており、ローラ電極によるパラレルシーム接合を行うことにより、前記Ｎｉめっき層６５及びパッケージ開口部周縁のめっき層が溶融してろう材となり、封止が行われるというものである。

さらに近年のダイレクトシーム法は、図６（ｂ）で示すようにリッド６４の下面には、Ａｇ−Ｃｕ合金やＡｕ−Ｓｎ合金からなるろう材層６６がクラッドされて形成されたものに移行してきている。この移行は、従来からも問題となっているパッケージとリッドとの熱膨張率の差による応力を緩和することを目的とするものであって、シールリングが省略されたことで該応力を吸収するものを失い、以前にも増してこの応力が問題となるため、接合温度を低くして応力の発生自体を低減すべく、約１４５０℃と融点の高いＮｉに替えて、約７８０℃と融点の低いＡｇ−Ｃｕ合金、また約２８０℃とさらに融点の低いＡｕ−Ｓｎ合金のろう材層を採用したものである。

特開平６−２２４３１５号公報（第２頁、図１） 特開２００６−１１４７１０号公報（第３頁、図７）

しかしながら、上述したようなダイレクトシーム法、特に低融点ろう材を使用し従来どおりの方法でパラレルシーム接合を行った場合、次のような問題が生じることを発明者等は見出した。この問題を図７および図８に基づいて説明する。図７はシールリングのないパッケージとＡｕ−Ｓｎ合金のろう材を母材にクラッドしたリッドとを用いて、図５で説明したシーム接合工程と同様の封止作業を行った場合の平面図である。

図７において、６１は前述したようにシールリングを設けていないダイレクトシーム法用のパッケージであり、開口部周縁にはメタライズ層とこれに施されたＮｉ下地のＡｕめっきが形成されている。また６８はリッドであり、コバールからなる母材とろう材として使用される金属の中では融点の低いＡｕ−Ｓｎ合金からなる金属層とをクラッドし、打ち抜き成型されたものである。

ここで図７は、対向する２辺であるウとエが既に接合され、他の対向する２辺であるオとカの接合が接合終了点まで達した状態のパッケージ上面を示している。（以下一度目の対向する２辺の接合を１ｓｔシーム、二度目の対向する２辺の接合を２ｎｄシームと記載する）そしてこの図７の状態で通電を停止し直ちにローラ電極を上昇させた場合、あるいは前述したようにローラ電極とリッドとの溶着を引き剥がすために、通電停止後直ちにこれまでの転接と逆の方向に微小距離転接動作を行なってからローラ電極を上昇させた場合、１ｓｔシームによって接合された辺エの両端が２ｎｄシームにより生じた熱で再溶融した状態でローラ電極を上昇させるため、図８に示すように再溶融部に剥離現象が生じ、リッドが若干浮いてしまったり、この浮きにより発生した再溶融部の空隙により封止の気密性が低下してしまったりする。

本発明はこのような課題を解決すべく、２ｎｄシームの終了時に１ｓｔシームにより形成された接合部端の再溶融があっても、封止の機密性を損なわないパラレルシーム接合方法を提供するものである。

本発明は第１の態様として、電子部品を収納するパッケージの開口部に矩形のリッドを載置し、このリッドの対向する２辺に一対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前記２辺をパッケージにシーム接合するパッケージの封止方法において、１ｓｔシームの後２ｎｄシームを行い、前記２ｎｄシームの接合動作における通電が終了した後ローラ電極でのリッドへの押圧を一定時間維持し、前記１ｓｔシームで接合された接合部の再溶融が凝固した後に前記ローラ電極を前記リッドから離間させることを特徴とするパッケージの封止方法を提供する。

また本発明は第２の態様として、前記一定時間維持する押圧は、ローラ電極の回転軸中心線の延長が上方から見て前記リッドの外縁よりも外側に位置した状態で行なわれることを特徴とする第１の態様として記載したパッケージの封止方法を提供する。

さらに本発明は第３の態様として、２ｎｄシームにおいて、ローラ電極でのリッドへの押圧を一定時間維持した後、ローラ電極を前記２ｎｄシームの接合動作と反対の方向に微小距離転接させ、その後リッドから離間させることを特徴とする第１の態様または第２の態様のいずれかに記載のパッケージの封止方法を提供する。

本発明によれば、２ｎｄシームの通電停止時に再溶融してしまっている１ｓｔシームの接合部が凝固するまでリッドを押圧しながら吸熱することができるので、再溶融した部分の接合が剥離してリッドが浮き上がったり、封止の気密性が低下することがない。

また、ローラ電極の回転軸中心線の延長が上方から見て前記リッドの外縁よりも外側に位置した状態で通電停止後の一定時間リッドを押圧することにより、４角がＲ加工されたリッドの場合、再溶融した１ｓｔシームの接合部の真上でローラ電極がリッドを押圧するので、吸熱の効果が上がり、前記一定時間を短縮することができる。

また、２ｎｄシームが終了した後、直ちにそれまでの転接と反対の方向に微小距離転接させず、一定時間押圧を保ったまま吸熱を行なうので、１ｓｔシーム接合部の再溶融によるリッドの浮きを防ぐことができる。

次に添付図面を参照して本発明に係るパッケージの封止方法の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係るパラレルシーム接合の工程を説明するための斜視図である。図１において、１はパッケージ、２はリッド、３ａ、３ｂは一対のローラ電極である。このパッケージ１はセラミックからなり、図示しない開口部周縁にはシールリングを設けずにメタライズ層を形成し、これにＮｉ下地のＡｕめっきが施されている。

またリッド２は、コバールからなる母材４とＡｕ−Ｓｎ合金からなるろう材５とをクラッドして打ち抜くことで形成されており、母材４の厚さは７０μｍ、ろう材５の厚さは３０μｍとなっている。そして本実施形態で使用するリッド２は、長辺が３ｍｍ短辺が１．５ｍｍの矩形の板材で、４角が若干のＲ仕上げとなっている。

そして図１（ａ）では既に仮止めのためのスポット接合がなされ、本接合であるシーム接合の１ｓｔシームが行われようとしている状態を示している。まず、一対のローラ電極３ａ、３ｂをリッド２の一方の対向する２辺の一端キに接触させると共に所定の押圧力でリッド２を押圧する。そしてローラ電極３ａ、３ｂを矢印ク方向に転接させると共に両電極間に通電する、つまり１ｓｔシームが行なわれる。この通電はシーム接合用電源により行われ、両電極間には電流制御されたパルス電流が通電及び休止の時間も制御されて流れるようになっている。

次に、図１（ｂ）に示すようにローラ電極３ａ、３ｂあるいはパッケージ１の方向を水平方向に９０°回転させ、残った対向する２辺のシーム接合、つまり２ｎｄシームが行なわれる。このようにしてリッド２の４辺がパッケージにシーム接合されて封止が行われるが、この作業を不活性ガス環境や真空環境で行うことにより、封止後のパッケージ内部を不活性ガス環境や真空環境に維持することも可能である。

次に図１（ｃ）で示すのは、ローラ電極が２ｎｄシームの終了地点に達し、通電を停止した状態であるが、ここで通電を停止しても一定時間ローラ電極を上昇させることなくリッドへの押圧を維持する。本来このローラ電極はシーム接合の対象物にジュール熱を発生させることを目的としているので、電極自体の電気抵抗は極力低く抑えられ、それ自身の発熱は小さく、逆に熱容量がシーム溶接の対象物と比して極めて大きいので、２ｎｄシームの終了時点に再溶融した１ｓｔシームのろう材はローラ電極に吸熱されて凝固する。本実施例では通電停止後、その場で０．５秒間押圧を維持することで前記再溶融箇所の凝固が完了する。

また、本実施例のようにリッドの４角がＲ仕上げになっている場合は、通電の停止位置によらず、図２（ａ）で示すようにローラ電極の回転軸の中心線をリッドの外形よりも外側に位置させた状態で前記と同様の押圧の維持を行なう。この位置関係を平面図である図２（ａ）とその側面図である図２（ｂ）に記号Ｌで示すが、ローラ電極がテーパ形状であることから、ローラ電極とリッドとの接触点が１ｓｔシームの再溶融箇所の直上に回り込み、より冷却時間が短縮できる。

さらに、このように一定時間（本実施例の場合０．５秒間）の押圧の維持を行なった後ローラ電極を図３（ａ）で示すように上昇させてもよいし、この上昇時にローラ電極とリッドとの溶着の恐れがある場合は、図３（ｂ）で示すように、シーム溶接のための転接方向と反対方向に一旦ローラ電極を微小距離転接させ、溶着を剥離してから上昇させてもよい。

本発明の実施形態を示す斜視図 本発明の実施形態を示す平面図および側面図 本発明の実施形態を示す側面図 従来の技術を示す断面図 従来の技術示す平面図 従来の技術示す断面図 従来の技術示す平面図 従来の技術を示す側面図

符号の説明

１、５１、６１ パッケージ
２、５７、６４、６７、６８ リッド
３ａ、３ｂ、５８ａ、５８ｂ ローラ電極
４ 母材
５ ろう材
５２ シールリング
５３ パッケージ
５４ 電子部品
５５ ワイヤ
５６ 外リード
５９ ステージ

Claims (3)

1. 電子部品を収納するパッケージの開口部に矩形のリッドを載置し、このリッドの対向する２辺に一対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前記２辺をパッケージにシーム接合するパッケージの封止方法において、一方の対向する２辺をシーム接合する第１の接合動作の後他方の対向する２辺をシーム接合する第２の接合動作を行い、前記第２の接合動作における通電が終了した後ローラ電極でのリッドへの押圧を一定時間維持し、前記第１の接合動作で接合された接合部の再溶融が凝固した後に前記ローラ電極を前記リッドから離間させることを特徴とするパッケージの封止方法。
2. 前記一定時間維持する押圧は、ローラ電極の回転軸中心線の延長が上方から見て前記リッドの外縁よりも外側に位置した状態で行なわれることを特徴とする請求項１に記載のパッケージの封止方法。
3. 第２の接合動作において、ローラ電極でのリッドへの押圧を一定時間維持した後、ローラ電極を前記第２の接合動作と反対の方向に微小距離転接させ、その後リッドから離間させることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のパッケージの封止方法。

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