JP5107432B2 - 超音波接合装置及び方法、並びに封止装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子デバイスを収納するセラミックスパッケージと、金属リッドとを接合する超音波接合装置及びその方法の技術分野に関する。

例えば、水晶振動子などの電子部材において、内部に収納される電子部材の表面に形成された金属薄膜電極の保護などのために、外方から気密される必要のあるものがある。例えば、セラミックパッケージ内に該電子部材を収納して、所定のガス雰囲気中、又は真空雰囲気中において、該セラミックパッケージに金属リッドなどの蓋体を溶接することでこのような電子部材を気密密閉する方法が現在用いられている。このとき、金属リッドをセラミックパッケージに溶接するための方法として、例えば、抵抗溶接やビーム溶接、超音波接合などが知られている。 例えば、抵抗溶接によれば、まず、吸着ノズルなどにより金属リッドを吸着しパッケージの指定位置に配置すると同時に溶接電極を金属リッドに接触させ電流を流すことで生じるジュール熱により、溶接電極の接する金属リッドの接合面がパッケージに溶接し位置合わせ固定される。次に、金属リッドの溶接面に対応する部位に沿って溶接電極を接触させながら移動させ電流を流すことで同様に溶接される。また、ビーム溶接によれば、金属リッドの接合面に対応する部位に沿ってビームを照射しながら走査し、金属リッドが吸収した熱で接合面が溶接される。
例えば、ビーム溶接によれば、溶接を実施する際に金属リッドをパッケージに位置合わせ固定する方法として治具を用いる手法などが開発されてきた。

一方、超音波接合によれば、例えば、特許文献１に開示されるように、金属リッドと、パッケージとの位置合わせ固定さえ出来れば、冶具などの構成を必要とせず、同種または異種材料を接合することが出来る。このような超音波接合装置では、超音波振動を印加するホーンと、金属リッドを吸着するノズルとを組み合わせ、金属リッドの位置合わせ固定と、超音波の印加による接合を行っている。

また、特許文献２には、超音波接合による金属リッドとパッケージとの位置合わせ固定を行った後、他の溶接方法を用いて溶接することで、冶具などを必要としない構成が開示されている。

特開２００１−０３６３７４号公報 特開平１１−３５４６６０号公報

近年、より微小な電子部品が要求されており、そのような電子部品を収納するパッケージ及び蓋体も、同様に微小化が要求されている。このようなパッケージの蓋体の一例として、縦２．０ｍｍ、横１．６ｍｍ程度のものがある。

しかしながら、このように微小化された金属リッドなどの蓋体を、例えば抵抗溶接によって位置合わせ溶接する従来の手法によれば、２つの溶接電極の間に、金属リッドを保持するためのノズルが構成されている必要があることから、上述のような電子部品の微小化への対応が困難であるという技術的な限界がある。

他方で、超音波接合による接合では、接合面を隙間なく接合しようとすると、金属リッドをパッケージに押付ける加圧力や印加する超音波の出力や印加時間が増大し、超音波振動によって、内部の電子部材やパッケージ及び金属リッドに変形や損傷が生じかねない技術的な問題もある。特許文献２に開示される構成においても、位置合わせ固定ではあるものの、接合面の全体的な接合を行っていることから、加圧力や印加される超音波によっては上述の通り損傷が生じる虞もある。

本発明は、例えば上述した従来の問題点に鑑みなされたものであり、例えば、電子部材及びパッケージに損傷を生じさせることなく、好適な接合を行うことの出来る超音波接合装置及び方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の超音波接合装置は、電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合装置であって、前記収納部材が設置される支持部材と、前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持手段と、前記蓋体に接し、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合手段とを備える。

上記課題を解決するために、本発明の封止装置は、電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合した後、前記接合面を溶接する封止装置であって、前記収納部材が設置される支持部材と、前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持手段と、前記蓋体に接し、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合手段と、超音波接合された前記接合面の気密封止を行う封止手段とを備える。

上記課題を解決するために、本発明の超音波接合方法は、電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合方法であって、支持部材に前記収納部材を設置する設置工程と、前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持工程と、前記蓋体に接する接合手段によって、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合工程とを備える。

本実施例に係る超音波接合装置の基本的な構成例を示す概略図である。 本実施例に係る超音波接合装置による接合面の様子を示す概略図である。 本実施例に係る超音波接合装置の変形例を示す概略図である。 本実施例に係る超音波接合装置の変形例を示す概略図である。 本実施例に係る超音波接合装置の変形例を示す概略図である。 本実施例に係る封止装置の基本的な構成例を示す概略図である。 本実施例によらない従来型の抵抗溶接装置の基本的な構成例を示す概略図である。

符号の説明

１０…超音波ホーン
１１…吸着ノズル
１２…制御部
１２…真空ポンプ
２０…金属リッド
２１…接合部
３０…パッケージ
３１…接合部
４０…アンビル
５０…電子部材
６０…封止装置
ａ、ｂ、ｃ、ｄ…凸部

本発明の超音波接合装置に係る実施形態は、電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合装置であって、前記収納部材が設置される支持部材と、前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持手段と、前記蓋体に接し、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合手段とを備える。

本発明の超音波接合装置に係る実施形態によれば、超音波振動により例えば、セラミック製のパッケージなどである収納部材と、例えば金属リッドなどである蓋体との接合面の一部が接合される。ここに、「接合面の一部を超音波接合する」とは、収納部材と蓋体との接合面を全周にわたって隙間なく気密接合するものではなく、収納部材と蓋体との接合面に接合されていない隙間を残しつつも、少なくとも収納部材と蓋体とを固定できるように接合することを示す趣旨である。従って、従来の超音波接合による収納部材と蓋体との接合に比して、加圧力及び超音波の出力や印加時間をより低減させることが出来、結果として電子部材や収納部材及び蓋体への損傷もまた軽減させることが出来る。

本発明の超音波接合装置に係る実施形態によれば、保持手段の動作によって、蓋体が保持され、支持部材上に設置される収納部材上の所定の接合位置まで位置合わせされる。このような保持手段の一具体例として、例えば吸着部を介して蓋体と接することで蓋体を吸着する真空ノズルなどがある。このような真空ノズルは、好適には、後述する超音波ホーンと一体化されて構成されていることが好ましい。このような構成によれば、機器によって占有される空間を好適に減少させることが出来る。このような保持手段は、少なくとも、蓋体を保持するとともに、好適に蓋体の接合位置への位置合わせ、及び超音波接合のための固定及び加圧が可能であればどのような態様であっても良いものである。

位置合わせが終了した後、保持手段は、蓋体を収納部材上の所定の接合位置に設置するとともに、加圧することで支持部材との間に蓋体と収納部材とを挟み込む。

その後、例えば、超音波ホーンなどの接合手段によって、蓋体と収納部材とに超音波振動が印加され、超音波接合が実施される。

このとき、後に詳述するように、典型的には、収納部材、支持部材または保持手段の形状によって、蓋体及び収納部材に印加される超音波振動の出力や態様に局所的な変化が生じる。従って、このような変化に基づく一様でない超音波振動によれば、所定の超音波の出力及び印加時間のもとで超音波接合を実施したとしても、収納部材と蓋体との接合面において局所的に接合される部位と接合されない部位が生じる。

これを利用することで、所定の接合条件のもと、収納部材、支持部材または保持手段の形状を変形させることによって、収納部材と蓋体との接合面において局所的な接合を行うことが出来る。言い換えれば、収納部材と蓋体との接合面において局所的に接合を行わないことが出来る。また、収納部材、支持部材または保持手段の形状を変形させることによって、収納部材と蓋体との接合面における所望の部分のみを接合させることも出来る。このような収納部材、支持部材または保持手段の形状については後に詳述する。

収納部材と蓋体との接合面における局所的な接合を行うことで、例えば、以下に示すような顕著な利点を得ることが出来る。

先ず、加圧力及び超音波の出力や印加時間を好適に低減させることが出来、収納部材や蓋体、及び内部に収納される電子部材への損傷もまた好適に低減させることが出来る。

また、その後にビーム溶接によって気密封止を行う際の位置合わせ固定として接合面を局所的に接合することで、冶具を用いずに気密溶接を行うことが出来るようになる。

更に、接合面における所望の部分のみを接合させることで、例えば、後の溶接に際して、用いられる溶接方法に適した位置合わせ固定を実施出来る。すなわち、本来溶接方法に応じて設計され、適用される冶具を用いた場合と同様の固定効果を享受することが出来る。

また、位置合わせ固定と気密封止との間に、接合された蓋体及び収納部材とを真空中で加熱処理する場合、局所的に接合されていない接合面の隙間から電子部材の表面や蓋体裏面に付着している水分などを逃がすことが出来、その後速やかに気密封止を実施することにより、電子部材の径時的な安定状態を作り出すことが出来る。

以上説明したように、本実施形態に係る超音波接合装置によれば、蓋体と収納部材との接合面を局所的に接合することで、超音波振動による蓋体や収納部材や電子部材への損傷を低減させるとともに、接合面における所望の位置において接合させることが出来る。

本発明の超音波接合装置に係る実施形態の一の態様は、前記収納部材における、前記接合面の一部と対応する前記支持部材に接する面の一部は、前記支持部材に対して凸形状であり、前記支持部材における前記収納部材に接する面は平坦である。

ここに、典型的な収納部材は、直方体であって、上面の中心部に電子部材を収納するための凹部が形成されている（言い換えれば、箱型である）。このような収納部材は、支持部材上に設置され、上面における凹部の形成されていない部分（つまり、箱型の周縁部に当たる部位）が蓋体との接合面となる。

この態様によれば、収納部材において、蓋体との接合面における超音波接合される部位に対応する底面の部位（つまり、収納部材を上面から透過して見た場合に、接合される部位と重複する底面の部位）には、支持部材に向かって（典型的には、下向きに）凸部が形成されている。また、支持部材における収納部材に接する面は平坦である。

このように構成することで、収納部材は、底面の凸部が形成される部位が支持部材に接し、底面の凸部が形成されない部位は支持部材に接しない。ここに、凸部の形状は、少なくとも収納部材の底面が凸部のみによって支持部材に接するよう形成されていれば、例えば、その高さなどは何らの制限を受けるものではない。尚、このとき、形成される凸部は、例えば、収納部材の内部に収納される電子部材に接続され、収納部材の底面に形成される電極によるものであっても良い。また、支持部材が平坦であることとは、同じく支持部材と収納部材とが、収納部材の底面に形成される凸部のみによって接するのであれば、多少の凹凸が存在しても良いことを示す趣旨である。

このように構成することで、収納部材の底面に形成される凸部に対応する位置に局所的に超音波振動が伝達されることとなり、接合面上の他の部分に比して、より小さい加圧力、より小さい超音波出力及びより短い印加時間で蓋体と接合される。

以上のことから、収納部材の底面に凸部を形成することで、該凸部に対応する収納部材と蓋体との接合面の部位を局所的であり且つ選択的に超音波接合することが出来る。また、形成される凸部の形状を変形させることで、接合面における所望の部位を局所的に接合することが出来る。

本発明の超音波接合装置に係る実施形態の他の態様は、前記支持部材における、前記接合面の一部と対応する前記収納部材に接する面の一部は、前記収納部材に対して凸形状であり、前記収納部材における前記支持部材に接する面は平坦である。

この態様によれば、典型的には、平坦な上面を有する金属性のアンビルである支持部材において、収納部材の接合面における超音波接合される部位に対応する底面の部位と接する部位には、収納部材に向かって（典型的には、上向きに）凸部が形成されている。また、収納部材における支持部材と接する面は平坦である。

このように構成することで、支持部材は、上面の凸部が形成される部位が収納部材に接し、上面の凸部が形成されない部位は収納部材に接しない。ここに、凸部の形状は、少なくとも支持部材の上面が凸部のみによって収納部材に接するよう形成されていれば、例えば、その高さなどは何らの制限を受けるものではない。また、収納部材が平坦であることとは、同じく収納部材と支持部材とが、支持部材の上面に形成される凸部のみによって接するのであれば、多少の凹凸が存在しても良いことを示す趣旨である。

このように構成することで、支持部材の上面に形成される凸部に対応する位置に局所的に超音波振動が伝達されることとなり、収納部材における接合面上の他の部分に比して、より小さい加圧力、より小さい超音波出力及びより短い印加時間で蓋体と接合される。

以上のことから、支持部材の上面に凸部を形成することで、該凸部に対応する収納部材と蓋体との接合面の部位を局所的であり且つ選択的に超音波接合することが出来る。また、形成される凸部の形状を変形させることで、接合面における所望の部位を局所的に接合することが出来る。

本発明の超音波接合装置に係る実施形態の他の態様は、前記接合手段における、前記接合面の一部と対応する前記蓋体に接する面の一部は、前記蓋体に対して凸形状であり、前記蓋体における前記接合手段に接する面は平坦である。

この態様によれば、典型的には、平坦な底面を介して蓋体に接する超音波ホーンである接合手段において、蓋体の接合面における超音波接合される部位に対応する部位と接する部位には、蓋体に向かって（典型的には、下向きに）凸部が形成されている。また、蓋体における接合手段と接する面は平坦である。

このように構成することで、接合手段は、底面の凸部が形成される部位で蓋体に接し、底面の凸部が形成されない部位は蓋体に接しない。ここに、凸部の形状は、少なくとも接合手段の底面が凸部及び真空ノズルにおける吸入部のみによって蓋体に接するよう形成されていれば、例えば、その高さなどは何らの制限を受けるものではない。また、蓋体が平坦であることとは、同じく蓋体と接合手段とが、接合手段の底面に形成される凸部のみによって接するのであれば、多少の凹凸が存在しても良いことを示す趣旨である。

また、保持手段の一具体例として、接合手段の底面中央部に吸引用の通気口を備える以外は平坦な底面を有する真空ノズルなど、蓋体と接することで蓋体の保持を行う構成が用いられる場合、このような真空ノズルの吸入部などは、好適には、接合面と対応しない位置に例えば凸形状などを有することで蓋体に接する。

このように構成することで、接合手段の底面に形成される凸部に対応する位置に局所的に超音波振動が伝達されることとなり、蓋体における接合面の他の部分に比して、より小さい加圧力、より小さい超音波出力及びより短い印加時間で収納部材と接合される。

以上のことから、接合手段の底面に凸部を形成することで、該凸部に対応する蓋体と収納部材との接合面の部位を局所的であり且つ選択的に超音波接合することが出来る。また、形成される凸部の形状を変形させることで、接合面における所望の部位を局所的に接合することが出来る。

本発明の超音波接合装置に係る実施形態の他の態様は、前記蓋体における、前記接合面の一部と対応する前記接合手段に接する面の一部は、前記接合手段に対して凸形状であり、前記接合手段における前記蓋体に接する面は平坦である。

この態様によれば、典型的には、平坦な上面を有する金属性のリッドである蓋体において、収納部材との接合面における超音波接合される部位に対応する上面の部位（つまり、該蓋体を上面から透過して見た場合に、接合される部位と重複する上面の部位）には、典型的には、典型的には平坦な底面を有する接合手段に向かって（典型的には、上向きに）凸部が形成されている。

このように構成することで、蓋体は、上面の凸部が形成される部位で接合手段に接し、上面の凸部が形成されない部位は接合手段に接しない。ここに、凸部の形状は、少なくとも蓋体の上面が凸部のみによって接合手段に接するよう形成されていれば、例えば、その高さなどは何らの制限を受けるものではない。また、接合手段が平坦であることとは、同じく蓋体と接合手段とが、蓋体の上面に形成される凸部のみによって接するのであれば、多少の凹凸が存在しても良いことを示す趣旨である。

また、保持手段の一具体例として、接合手段の底面中央部に吸引用の通気口を備える以外は平坦な底面を有する真空ノズルなど、蓋体と接することで蓋体の保持を行う構成が用いられる場合、このような真空ノズルの吸入部などは、好適には、接合面と対応しない位置で蓋体に接する。

このように構成することで、蓋体の上面に形成される凸部に対応する位置に局所的に超音波振動が伝達されることとなり、蓋体における接合面の他の部分に比して、より小さい加圧力、より小さい超音波出力及びより短い印加時間で収納部材と接合される。

以上のことから、蓋体の上面に凸部を形成することで、該凸部に対応する蓋体と収納部材との接合面の部位を局所的であり且つ選択的に超音波接合することが出来る。また、形成される凸部の形状を変形させることで、接合面における所望の部位を局所的に接合することが出来る。

本発明の超音波接合装置に係る実施形態の他の態様は、前記収納部材における、前記接合面の一部と対応する前記支持部材に接する面の一部、前記支持部材における、前記接合面の一部と対応する前記収納部材に接する面の一部、前記接合手段における、前記接合面の一部と対応する前記蓋体に接する面の一部、及び前記蓋体における、前記接合面の一部と対応する前記接合手段に接する面の一部のうち少なくとも一つは、対向する部材に対して凸形状であるとともに、前記凸形状である部材に対向する部材における前記凸形状である面に接する面は平坦である。

この態様によれば、上述した各部に凸部を有する構成を複数組み合わせた構成であって良い。つまり、収納部材における支持部材に接する面、支持部材における収納部材に接する面、接合手段における蓋体に接する面及び蓋体における接合手段に接する面の少なくとも一つにおいて、接合面における接合される一部の部位に対応する部位には対向する面に対して凸部が形成される。

このように構成することで、蓋体及び収納部材の接合面に対応する位置（すなわち、凸部に対応する位置）に局所的に超音波振動が伝達されることとなり、接合面の他の部分に比して、より小さい加圧力、より小さい超音波出力及びより短い印加時間で接合される。また、複数の凸部を備えることで、接合面における該凸部に対応する部位の接合に要する加圧力、超音波出力及び印加時間を、他の部位に比してより顕著に低減することが出来る。

以上のことから、収納部材における支持部材に接する面、支持部材における収納部材に接する面、接合手段における蓋体に接する面及び蓋体における接合手段に接する面の少なくとも一つに凸部を形成することで、該凸部に対応する蓋体と収納部材との接合面の部位を局所的であり且つ選択的に超音波接合することが出来る。また、形成される凸部の形状を変形させることで、接合面における所望の部位を局所的に接合することが出来る。

本発明の封止装置に係る実施形態は、電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合した後、前記接合面を溶接する封止装置であって、前記収納部材が設置される支持部材と、前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持手段と、前記蓋体に接し、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合手段と、超音波接合された前記接合面の気密封止を行う封止手段とを備える。

本発明の封止装置に係る実施形態は、上述の如く蓋体と収納部材との接合面を部分的に接合した後に、何らかの封止方法によって気密封止することが出来る。このとき用いられる封止方法は、例えば、抵抗溶接、ビーム溶接及び金スズ溶着など、少なくとも蓋体と収納部材との接合面を好適に気密封止出来る方法であれば、その態様は何らの制限を受けない。

本発明の封止装置に係る実施形態によれば、上述した本発明の超音波接合装置に係る実施形態が享受することが出来る各種効果と同様の効果を享受しながら、収納部材と蓋体との接合面を好適に気密封止することが出来る。

尚、上述した本発明の超音波接合装置に係る実施形態における各種態様に対応して、本発明の封止装置に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。

本発明の超音波接合方法に係る実施形態は、電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合方法であって、支持部材に前記収納部材を設置する設置工程と、保持手段を用いて前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持工程と、前記蓋体に接する接合手段によって、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合工程とを備える。

本発明の超音波接合方法に係る実施形態によれば、上述した本発明の超音波接合装置に係る実施形態が享受することが出来る各種効果と同様の効果を享受しながら、収納部材と蓋体との接合面を部分的に接合することが出来る。

尚、上述した本発明の超音波接合装置に係る実施形態における各種態様に対応して、本発明の超音波接合方法に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。

以上、説明したように、本発明の超音波接合装置に係る実施形態によれば、支持部材と、保持手段と、接合手段とを備える。本発明の封止装置に係る実施形態によれば、支持部材と、保持手段と、接合手段と、封止手段とを備える。本発明の超音波接合方法に係る実施形態によれば、設置工程と、保持工程と、接合工程とを備える。従って、蓋体と収納部材との接合面を部分的に接合させることで、電子部材などへの損傷を低減させた上で、例えば冶具などを用いずに溶接などの気密封止を実施することが出来る。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

始めに、図１を参照して、本発明の実施例に係る超音波接合装置１の構成について説明する。ここに、図１は、超音波接合装置１の基本的な構成を表す概略図である。

図１に記載されるように、超音波接合装置１は、超音波ホーン１０、吸着ノズル１１、制御部１２及び真空ポンプ１３を備える。本実施例においては、このような超音波接合装置１の動作によって、蓋体の一例である金属リッド２０の接合面２１と、収納部材の一例であるパッケージ３０の接合面３１とが部分的に接合される。

超音波ホーン１０は、金属リッド２０の接合面２１と、収納部材の一例であるパッケージ３０の接合面３１とに、夫々の接合面と平行な超音波振動を印加することで、所謂超音波接合法によって両者を接合する。

本実施例における超音波ホーン１０は、吸着ノズル１１としての構成を備えるか、または吸着ノズル１１と一体化して構成される。吸着ノズル１１は、本発明に係る「保持手段」を構成する部材の一具体例であって、例えば、真空ポンプ１３に接続されるノズルや吸着孔などである。このような超音波ホーン１０の一例として、超音波を印加する機能を有する公知の超音波ホーンであって、金属リッド２０などの接合部材に接する面（例えば、底面）の中央部分に、真空ポンプ１３に接続されることによって金属リッド２０を吸着する吸引孔を備える構成などがある。また、超音波ホーン１０及び吸着ノズル１１は、夫々個別の構成であっても良いことは言うまでもない。

制御部１２は、超音波接合装置１の各部の動作を制御する、例えばＣＰＵなどの構成である。制御部１２による制御動作の一例として、制御部１２は、真空ポンプ１３を駆動させることで金属リッド２０を吸着（言い換えれば、保持）出来るよう制御する。

また、制御部１２は、不図示のアクチュエータなどによって超音波ホーン１０を駆動させることによって、該超音波ホーン１０に保持される金属リッド２０などの接合部材を、所定の接合位置へと位置合わせ出来るよう制御する。本実施例においては、このような所定の接合位置とは、金属リッド２０の接合面２１と、パッケージ３０の接合面３１とが対応する位置を示す。

更に、制御部１２は、不図示のアクチュエータなどによって超音波ホーン１０を下向きに（つまり、パッケージ３０が設置されるアンビル４０方向へ）駆動させることによって、金属リッド２０とパッケージ３０とが、接合面２１及び３１において接するよう位置合わせが行われた状態でアンビル４０との間に挟み込まれ、超音波接合に要される加圧状態を作り出す。

また、制御部１２は、超音波ホーン１０の加圧力、超音波出力及び印加時間などを制御した上で駆動させることにより、好適に金属リッド２０の接合面２１と、収納部材の一例であるパッケージ３０の接合面３１とを接合させる。

金属リッド２０は、典型的には、金属母材より作成される蓋体であって、接合面２１においてパッケージ３０と接合される。また、金属リッド２０の接合面２１には、溶接用のロウ材や、帯状の金属層などが形成されていても良い。

パッケージ３０は、例えば、セラミックス製の収納部材であって、典型的には、直方体の上面中央部分に、凹型の開口部が形成された形状を採る。パッケージ３０は、上面の開口部の周囲の接合面３１において、金属リッド２０と接合される。また、パッケージ３０の接合面３１には、溶接用のロウ材や、帯状の金属層などが形成されていても良い。

パッケージ３０の凹型の開口部内には、例えば水晶素子などの電子部材が収納され、該電子部材は、開口部底面を貫通する電極を介して、パッケージ３０の底面に形成される引出電極（不図示）などと電気的に接続される。

本実施例に係るパッケージ３０は、特に、底面に下向きに凸部ａが形成される。凸部ａは、パッケージ３０の底面における凸部ａが形成されていない部位に比して、十分に高く（例えば、１０μｍから２０μｍ）形成されており、パッケージ３０は、少なくとも凸部ａを介して、下側のアンビル４０に接する。このような凸部ａは、典型的には、電子部品に接続される引出電極であり、ニッケルや金などの金属層より形成されていても良い。

本実施例に係る超音波接合装置１においては、図２に示すように、パッケージ３０の接合面３１における、凸部ａと対応する部位（つまり、上面または底面から透過して見た場合に、凸部ａと重複する接合部ａ’）が選択的に超音波接合される。つまり、凸部ａの形状を調整することによって、接合面３１における所望の部位を選択的に超音波接合出来る（言い換えれば、接合部ａ’とすることが出来る）。

本実施例に係る超音波接合装置１の動作によれば、パッケージ３０の接合面３１における接合部ａ’のみが選択的及び局所的に接合される。ここで、図２を参照して、接合部ａ’について説明する。図２は、本実施例に係るパッケージ３０の上面及び底面を示す平面図である。図２に示されるように、帯状にパッケージ３０の上面周縁部を取り巻くように設定される接合面３１（点線及び実線で囲まれる部位）のうち、底面に形成される凸部ａと対応する部位（黒色の部位）が接合部ａ’となる。言い換えれば、パッケージ３０を上面または底面から透過して見た場合に、接合面３１における、底面に形成される凸部ａと重複する部位が接合部ａ’となる。尚、このとき、凸部ａの形状を調整することによって、接合面３１における所望の部位を選択的に超音波接合出来る（言い換えれば、接合部ａ’の形状を調整することが出来る）。

つまり、本実施例に係る超音波接合装置１によれば、パッケージ３０の底面に形成される凸部ａに対応する位置にある接合面２１及び３１の接合部ａ’は、他の部位に比して、接合され易い状態となる。このとき、制御部１２に動作によって、加圧力、超音波出力及び印加時間を調整することによって、接合部ａ’を選択的且つ局所的に接合させることが出来る。

また、本実施例に係る超音波接合装置１は、その変形例として、図３から図５の夫々に示される各形態を採ることも出来る。ここに、図３から図５は、夫々超音波接合装置１の変形例を示す概略図であり、図３に示す変形例ではアンビル４０の上面に、図４に示す変形例では超音波ホーン１０の底面に、図５に示す変形例では金属リッド２０の上面に、夫々図１の凸部ａと同様の構成である凸部ｂ、ｃ及びｄが形成されている。

つまり、金属リッド２０及びパッケージ３０の接合面２１及び３１において、超音波ホーン１０とアンビル４０とに挟まれて密着している部位（つまり、凸部ａ、ｂ、ｃ及びｄに対応する部位）が接合部ａ’となり、間に空隙がある部位（つまり、凸部ａ、ｂ、ｃ及びｄに対応しない部位）が比較的接合され難い部位となる。尚、アンビル４０及び超音波ホーン１０に夫々形成される凸部ｂ、ｃ及びｄの態様は、上述した凸部ａと同様の構成であって良く、少なくとも凸部が構成される面が、凸部のみを介して対抗する面と接するよう構成されていれば良いものである。尚、図４または図５に示されるように、超音波ホーン１０が凸部ｃを、または金属リッド２０が凸部ｄを備える構成にあたっては、金属リッド２０の保持のために、例えば、吸着ノズル１１の周囲でも金属リッド２０に接している必要がある。この場合、吸着ノズル１１の周囲の接触面は、典型的には金属リッド２０の底面周縁部を取り巻く帯状の接合面２１に対応しない位置で金属リッド２０と接していることが好ましい。

本実施例に係る超音波接合装置１の動作における超音波の印加条件として、例えば、４ｋｇｆの加圧をかけた金属リッド２０及びパッケージ３０に対し、７０ｋＨｚの超音波周波数、５０Ｗの超音波出力で０．２ｓｅｃの印加を行うことで、好適に接合部ａ’の超音波接合が行える。尚、上述の条件は、一具体例であり、例えば、接合面積、接合材料及び周囲の環境などによって適宜変更されることは言うまでもない。

他方で、本実施例によらない、例えば従来型の超音波接合装置によれば、金属リッド及びパッケージにおける、上部の超音波ホーンと下部のアンビルとに挟まれて密着する部位（つまり、本実施例における接合面２１及び３１）が接合される。このため、部分的な接合を行う本実施例に比して、接合面積が増大することから、好適に接合させるためには、加圧力や印加される超音波の出力及び印加時間なども増大してしまう。このため、超音波振動によって、内部の電子部材やパッケージなどが破損する虞があるという技術的な問題がある。

本実施例によれば、部分的な接合を実施することで、加圧力及び印加される超音波の出力や印加時間を好適に低減させることが出来、上述したような電子部材に破損などが生じることを好適に防止することが出来る。

また、部分的な接合を実施した後に、抵抗溶接、ビーム溶接及び金スズ溶着などの各種方法で気密封止を行う場合、本実施例に係る超音波接合を金属リッド２０及びパッケージ３０を封止位置で固定しておくための位置合わせ固定として実施しても良い。

図６は、位置合わせ固定を行った後の金属リッド２０とパッケージ３０との接合面２１及び３１を気密封止するための封止装置の一構成例を示す概略図である。超音波接合によって接合面２１及び３１が既に部分的に接合されているため、例えば吸着ノズルを用いた位置や、冶具による接合面の固定を行わなくても、例えば、図６に示されるような溶接電極６１を備える封止装置６０の動作によって抵抗溶接などの手法を用いることで容易に気密封止を実施することが出来る。尚、本実施例においては、例えば図１に示される超音波接合装置１と、例えば図６に示される封止装置６０とを適宜組み合わせることで、本発明における封止装置の一具体例を構成する。

このとき、凸部の形状を調整することによって、接合部ａ’の形状を同様に調整することが出来るため、超音波接合の後に実施される気密封止の各種態様に適した位置で接合（つまり、位置合わせ固定）を実施出来る。例えば、ビーム溶接によって気密封止を行う前に、例えば長方形である金属リッド２０とパッケージ３０との接合面２１及び３１（つまり、ビーム溶接によって溶接される面）の四隅を接合しておくことによって、ビーム溶接時の熱によって、金属リッド２０の四隅に反りが生じることを好適に抑制出来る。また、抵抗溶接を行う前の金属リッド２０とパッケージ３０との接合面２１及び３１を、四辺夫々の中央付近で接合させることによって、溶接時の金属リッド２０の歪みを防止することが出来る。従って、通常、気密封止の態様に応じて設計される冶具を用いた場合と同等の効果を位置合わせ固定によって享受出来る。

また、選択的且つ局所的に設定される接合部ａ’のみで接合を行うことにより、接合面２１、３１における接合部ａ’以外の部位が接合されないまま残るため、気密封止前の加熱処理などに際して、該接合されない部位から水蒸気などを逃がすことなども出来る。

更に、本実施例に係る超音波接合装置１は、吸着ノズル１１としての機能を有する超音波ホーン１０と、接合部ａ’に対応する凸部が形成されていれば実施可能となるため、このような構成によれば、比較的容易に上述した各種利益を得ることが出来る。他方で、本実施例に示される構成によらない、例えば図７に示されるような従来型の抵抗溶接装置においては、金属リッドに接して電圧を印加する２つの溶接電極の間に金属リッドを保持するためのノズルなどの保持部材が構成されている。このとき、間にノズルを介することによって溶接電極間の距離がある程度制限されることから、各種部材の微小化が制限を受けるという技術的問題があった。上述のように、吸着ノズル１１と超音波ホーン１０とが一体化した本実施例の構成によれば、金属リッド２０及びパッケージ３０の微小化などへの対応が容易である。

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う超音波接合装置及び方法、並びに封止装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

Claims (4)

1. 電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合装置であって、
   前記収納部材が設置される支持部材と、
   前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持手段と、
   前記蓋体に接し、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合手段と
   を備え、
   前記支持部材における、前記接合面の一部と対応する前記収納部材に接する面の一部は、前記収納部材に対して凸形状であることを特徴とする超音波接合装置。
2. 電子部材を収納する収納部材及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合装置であって、
   前記収納部材が設置される支持部材と、
   前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持手段と、
   前記蓋体に接し、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記接合面の一部を超音波接合させる接合手段と
   を備え、
   前記接合手段における、前記接合面の一部と対応する前記蓋体に接する面の一部は、前記蓋体に対して凸形状であることを特徴とする超音波接合装置。
3. 電子部材を収納する凸部を有する収納部材、及び蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合方法であって、
   支持部材に前記収納部材の凸部が接触するように前記収納部材を設置する設置工程と、
   保持手段を用いて前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持工程と、
   前記蓋体に接する接合手段によって、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記収納部材の凸部に対応した前記接合面の一部を超音波接合させる接合工程と
   を備えることを特徴とする超音波接合方法。
4. 電子部材を収納する収納部材及び凸部を有する蓋体を、夫々の接合面に平行に超音波振動を印加することによって接合する超音波接合方法であって、
   支持部材に前記収納部材を設置する設置工程と、
   前記接合手段に対し前記蓋体の凸部が接触するように保持手段を用いて前記蓋体を保持し、前記収納部材上の対応する位置へと移動するとともに、前記支持部材との間に前記蓋体及び前記収納部材を挟んで加圧する保持工程と、
   前記蓋体の凸部に接する接合手段によって、前記蓋体及び前記収納部材に超音波を印加することで、前記蓋体の凸部に対応した前記接合面の一部を超音波接合させる接合工程と
   を備えることを特徴とする超音波接合方法。

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