JP5142396B2 - 電子部品の封止装置 - Google Patents

Description

本発明は、水晶振動子等の電子部品を容器内に収容し、この容器を封止する封止装置に係り、詳しくは、封止の対象である容器と蓋体とを加熱板に載置し、この加熱板の昇温により容器と蓋体との間に設けた封止材を加熱して封止を実現する封止装置に関するものである。

従来から、水晶振動子やフィルタ等の電子部品を容器に収容して封止することが広く行なわれている。ここで収容された電子部品の電極は、予め容器に設けられた容器の内部電極に接続され、この容器の内部電極は他端が容器の外側に露出し、容器の外部電極となるようになっている。また一般に、この容器の一面には前記電子部品を収容するための開口部が設けてあり、電子部品を収容した後この開口部を蓋体で塞ぐように封止する。

このような構成の電子部品の多くは、微細な塵埃や腐食によりその特性が変化（劣化）するため、単に容器内に収容して密閉するだけではなく、この容器内に不活性ガスを充填したり、容器内を真空状態にすることで、電子部品としての性能の劣化を防ぐ工夫がなされる。そして、近年では携帯型端末に代表されるように、電子部品の小型化への強い要求があり、これを受けて前記容器の外形寸法も小型化しているのが現状である。

容器の開口部に蓋体を載置して、この開口部周縁と蓋体とを接合する方法の一つとしては、金属製の蓋体の周縁に一対のローラ電極を転接させながら通電し、開口部周縁と蓋体とに介在したろう材を溶融させて接合を行なう封止方法があるが、これは容器一つ一つに対してローラ電極を転接させる作業を伴うため作業に時間を要するのに加え、近年の容器の小型化に対応するには一対のローラ電極の間隔を１ｍｍ以下に設定する必要が生じ、蓋体の位置決めに必要な吸着ノズルおよびローラ電極の構造的な限界に達しつつある。

他の方法として、加熱板上に蓋体を接合面を上向きにして載置し、この蓋体の上に電子部品収容済みの容器を開口部を下向きにして載置し加熱する方法がある。この場合も容器の開口部周縁と蓋体とにはろう材を介在させ、前記加熱板の温度上昇によりこのろう材を溶融させて封止を行なう。この方法であれば、加熱板上に一度に多数の封止の対象物（以下ワークと記載する）を載置して加熱することができ、ワークの小型化に対応することも比較的容易である。例えば特許文献１及び２の記載にこの方法が開示されている。

これら特許文献１及び２に記載された封止装置はいずれも、内部を真空状態にする機能と内部に不活性ガスを導入する機能とを有するチャンバーを備えており、ワークを載置する複数の凹所を備えた加熱板にワークを載置し、この加熱板を前記チャンバー内に入れて封止作業を行なう装置である。そしていずれの文献も加熱板の凹所の底面にワークを載置する（凹所に落とし込む）ことで、装置に対するワークの位置決めがなされるようになっている。

この位置決めの様子を図９に示し、加熱板とワークとの近年では最も一般的な構成を説明する。図９において、符号５１は加熱板、５２は加熱板に設けられた凹所、５２ａは凹所５２の底面周囲に設けられた段差、５３はワーク、５３ａはワーク５３の一方の構成要素である蓋体、５３ｂはワーク５３の他方の構成要素である容器である。また、蓋体５３ａの上面には斜線のハッチングで示すろう材５３ｃが貼着されている。また、ワーク５３は略直方体であり、加熱板５１を上方から見た場合（矢印アの方向から見た場合）、凹所５２の開口部は長方形であり、凹所５２の底面は段差５２ａにより４辺が前記開口部よりも一回り小さな長方形となっている。

ここで、蓋体５３ａを下側、容器５３ｂを上側にした状態で載置されているのは、この状態であれば、厚さ０．１ｍｍ程度の金属板である蓋体５３ａの一方の主面全域が加熱板５１に密着するので、加熱板５１からろう材５３ｃへの熱伝導効率が高いからである。また、上方から見た場合の蓋体５３ａの外形寸法が容器５３ｂの外形寸法よりも小さくなっているのは、封止のための蓋体５３ａと容器５３ｂとの接合の結果、多少の位置ずれが生じても蓋体５３ａが容器５３ｂの外形から突出しないようにするためである。

このような構成で複数のワーク５３が加熱板５１に載置されると、この加熱板５１はチャンバー内に収納され、チャンバーが排気を開始すると内部に真空環境が得られる。このとき容器５３ｂは蓋体５３ａに載置されているだけであり、チャンバー内が高真空状態になることで、容器５３ｂ内部の空気も蓋体５３ａとの間隙から排出されるので、特許文献１及び２のようにワーク５３の一部を上下動させる必要はない。そして図１０で示すように、押圧ピン５４によって接合部に対して上方から所望の押圧力を付与し、加熱板を発熱させて封止を行なう。

特開昭６２−６０２４４号公報（第２頁、図１〜３） 特開２００１−２８４０３３号公報（第３頁、図２，３）

前述したような封止方法、つまり加熱板に複数のワークを載置して一度に加熱する方法は、一度に加熱するワークの数を多くすることで作業効率上の利点を生かすことができるので、ワークの外形寸法が小さくなった現在では、主面の面積が１００ｍｍ×２００ｍｍ程度の加熱板上に、８００個程度のワークを搭載することが行なわれている。したがって、このような場合はワークを手作業で加熱板に搭載するのは現実的でなく、吸着ノズルを備えたピックアップツール等で機械的に搭載するのが一般的である。

一方、加熱板に設ける凹所はワークの位置決めの機能を担っているため、その点ではワークの外形に可能な限り近い寸法（クリアランスが極力小さな寸法）で設けられるのが理想である。具体的に図９に基づいて説明すると、蓋体５３ａと容器５３ｂの位置ずれを許容範囲に納めるにはワーク５３の外形寸法よりも２０μｍ程度大きな凹所の寸法でなければならない。したがって、ワーク５３が凹所５２の中心に配置されると仮定すると、符号イやウで示すクリアランス、換言するとピックアップツールの位置決め精度は１０μｍ程度が要求されることになり、ワークの外形寸法のばらつきを考慮すると、さらにその要求は厳しくなる。

したがって、ピックアップツールによる搭載ミスの発生をある程度許容するか、クリアランスを大きくして封止の位置ずれの発生をある程度許容するかの選択を迫られることになり、いずれにしても封止作業の歩留りを悪化させる要因となっていた。そこで本発明は、ピックアップツールによる搭載が確実に行なえると同時に、封止の際にも蓋体と容器との位置ずれが生じにくい封止装置を提供するものである。

本発明は第１の態様として、容器に電子部品を収容し、この容器の開口部に蓋体を当接させて開口部周縁と蓋体とを接合する封止装置であって、前記蓋体および前記容器を複数載置する加熱板と、この加熱板を昇温させる電源とを備え、前記加熱板は、前記蓋体と容器とを重ねて載置するために設けられた複数の凹所を有し、この凹所の開口部を上方から見たときに、この凹所の側壁により形成される矩形の寸法は、蓋体と容器との相対的な位置合わせのために必要な大きさよりも大きく形成されており、前記容器の側面をこの凹所の４辺を成す側壁のうち隣接する２辺を成す側壁に接する状態にして、封止のための加熱を行なうことを特徴とする電子部品の封止装置を提供する。

また本発明は第２の態様として、前記加熱板を振動させる振動発生源を有し、この振動により、封止のための加熱の前に、前記容器の側面を前記２辺を成す側壁に接する状態にすることを特徴とする第１の態様として記載の電子部品の封止装置を提供する。

また本発明の第３の態様として、前記加熱板を傾斜させて保持する保持機構を有し、この保持機構が、前記振動発生源が前記加熱板を振動させている間に、この加熱板を傾斜させた状態で保持することで、前記容器の側面が前記２辺を成す側壁に接する状態にすることを特徴とする第２の態様として記載の電子部品の封止装置を提供する。

また本発明は第４の態様として、前記蓋体を搬送して前記加熱板の凹所に配置するピックアップツールを有し、このピックアップツールは、内部空間が略直方体の前記凹所の底面であって、前記２辺を成す側壁から所定距離離隔した位置に前記蓋体を配置することを特徴とする第１乃至３のいずれかの態様として記載の電子部品の封止装置を提供する。

さらに本発明は第５の態様として、前記蓋体を搬送して前記加熱板の凹所に配置するピックアップツールを有し、このピックアップツールは、前記凹所の少なくとも前記２辺の側壁と底面とのあいだに設けられた段差の側壁に前記蓋体の端面を接触させて配置することを特徴とする第１乃至３のいずれかの態様として記載の電子部品の封止装置を提供する。

本発明の第１の態様によれば、小型のワークであって、蓋部と容器との相対的な位置合わせの精度が厳しく要求される場合であっても、大き目の凹所にワークを搭載してから位置決めを行なうので、ワークを搬送する搬送機構の位置決め精度において、その限界を超えることがない。したがって、従来からの搬送機構を使用してワークを加熱板に搭載することができ、作業の自動化が容易に可能となる。

本発明の第２の態様によれば、１枚の加熱板に多数のワークを全て搭載してから、一度に位置決めが行なえるので、位置決め作業が短時間のうちに実行できる。また、加熱板を振動させるだけで、他の物体をワークに接触させないので、ワークに傷を付けたり破壊したりする心配がない。

本発明の第３の態様によれば、加熱板を傾斜させて重力加速度を利用するので、振動の発生及び振動の伝達に特別な機構を設ける必要がなく、性能が安定した安価な装置を提供するのに貢献できる。

本発明の第４の態様によれば、加熱板に多数の凹所を形成する際に、１つ１つの凹所の形状が単純であるため、機械加工の難易度が低く、加熱に際して高性能であっても加工性が悪い素材を選択できる可能性が増すとともに、安価な加熱板を得る可能性も増す。

本発明の第５の態様によれば、ワークの蓋体と凹所の底面との位置ずれの可能性が本発明の第４の態様よりも低く、封止作業の歩留りがさらによくなり、より製造品質の安定した封止装置を提供することができる。

次に添付図面を参照して本発明に係る電子部品の封止装置を詳細に説明する。

図１は本発明に係る電子部品の封止装置を示した側面図である。図１において、符号１は真空チャンバーであり、図示しない吸気ポンプで内部の空気を排出することができる。また、２は電気抵抗が比較的高い金属板からなる加熱板であり、加熱板の温度に影響を与えないために先端を小面積とした複数の支持棒３に載置されている。２ａは加熱板の端部であり電気絶縁性のブロック４上に載置されている。また５は銅からなるブロック形状の接触子であり、その上面にはロッド６の下端が固定され、真空チャンバー１の上面に設けたエアシリンダ７によりロッド６を上下動させることで、対応する接触子とも解釈できる加熱板の端部２ａに対し、当接または離隔の動作を行なう。

そしてこの接触子５は、給電用帯体８により真空チャンバー１の側壁に設けられた中継端子９に接続されている。給電用帯体８は厚さ数十ミクロンの帯状の銅箔を接着することなく数十枚重ねたものであり、可撓性を有しつつ大電流を流す必要がある場合に広く使用されている。また、中継端子９は真空チャンバー１の側壁を貫通し、図示しない電源に給電ケーブルにより接続されている。ここで、図示しない電源はパルスヒート電源であり、それぞれ左右に一対設けられた中継端子９、給電用帯体８、接触子５を介して加熱板２にパルス電流を通電することで、加熱板２に抵抗発熱を発生させる。

さらに符号１０は加熱板２の下面ほぼ中央に固定された熱電対であり、そのリード１０ａは真空チャンバー１の外部に引き出され前記パルスヒート電源に接続されている。つまり熱電対１０は、加熱板２の温度をパルスヒート電源にフィードバックしてその出力を制御するための温度センサーとして機能する。また、加熱板２には支柱１１が立設されており、この支柱１１の上部に押圧板１２が嵌合して載置されている。この押圧板１２には、加熱板２上にマトリクス状に複数載置されたワーク１３の一つ一つと対応するように押圧棒１４が固定されている。そして押圧板１２の自重により、複数の押圧棒１４が所定の押圧力でワーク１３を下方に押圧する。ここで、所定の押圧力とするには、図２に示す押圧棒１４内に設けた圧縮コイルばね１４ａの反発力を設定することで行なわれる。ただし、真空チャンバー１内の空気を排出する際には、ワーク１３内の空気も排出されるように、図１で示す真空チャンバー１の上面に備えたエアシリンダー２１が駆動し、押圧板１１を一旦上方に持ち上げて押圧棒１４によるワーク１３への押圧を解除する。

次に、図２及び図３に基づいて、加熱板２上に載置されたワーク１３の状態を説明する。図２及び図３は、図１におけるワーク１３の一つに着目して、その周辺を拡大した部分断面図及び平面図である。図２において加熱板２の上面には、上方から見て矩形の凹所１５が設けられている。そしてワーク１３のうち蓋体１３ａがこの凹所１５の底面に載置されているが、図２を見て左側には側壁との所定の間隙エが設けられている。この間隙エの寸法は、蓋体１３ａの外形が容器１３ｂの外形の図２を見て左右方向の中心になるように設定されている。ここで、蓋体１３ａは、容器１３ｂと接合されるべき面が上側になるように載置されているので、本実施形態の蓋体１３ａ場合、厚さ０．１ｍｍのコバール製の基材の上面に金−鈴系のろう材層が形成された状態となっている。また、開口部周縁がメタライズされ、その開口部が下向きの状態で蓋体１３ａ上に載置されたセラミックス製の容器１３ｂの側面は、凹所１５の図２を見て左側の側壁に接触した状態になっている。

図２はワーク１３と凹所１５との位置関係を側面を見て描いたが、図３はこれらを上方から見た平面図で描いてある。ただし図３においては、押圧板１２と押圧棒１４は省略してある。ここで、凹所１５の側壁が形成する矩形（ここでは凹所の開口部の形状と同一）の寸法は、蓋体１３ａと容器１３ｂとの相対的な位置合わせを行なうため、これらの位置を規制するのに必要な寸法よりも大きく形成されており、この凹所１５に蓋体１３ａと容器１３ｂとを重ねて入れただけでは前記相対的な位置合わせの機能を果たさない。

したがって、後述する方法で図３に示す位置に蓋体１３ａと容器１３ｂとを配置することで、後の封止作業が正常に行なわれる。図３に示す位置とは、凹所１５の４辺を成す側壁のうち隣接する２辺を成す側壁１５ａ、１５ｂに、容器１３ｂの２側面がそれぞれ接触しており、２辺を成す側壁１５ａ、１５ｂから所定の距離エ、オだけ離隔した位置に蓋体１３ａが位置する状態である。ここで距離エ、オは、容器１３ｂが側壁１５ａ、１５ｂに接触する位置にあるとき、容器１３ｂの中心（平面視での図心）に蓋体１３ａの中心が位置するように設定された距離である。

次に蓋体１３ａを前述したような所定の位置に配置する方法を説明する。図４において、１６はピックアップツールであり、その先端の真空吸着作用で蓋体１３ａを蓋体供給部から搬送し、図４のように凹所１５の開口部から凹所の内部に蓋体１３ａが進入する位置まで移動する。このとき凹所１５の側壁で形成される矩形の間口は、ピックアップツール１６を移動させる搬送系も含めたピックアップツール１６の位置精度に対して十分大きく設定してあるので、ピックアップツール１６はその位置制度で無理なく、凹所１５内に蓋体１３ａを移動させることができる。

この状態で、ピックアップツール１６は水平移動し、蓋体１３ａが凹所１５側壁１５ａ及び１５ｂに当接するまで移動する。このときのピックアップツール１６の移動量を若干オーバーランするように設定しておくことで、オーバーラン分はピックアップツール１６の吸着面と蓋体１３ａとのずれで吸収し、確実に蓋体１３ａの端面が側壁１５ａ及び１５ｂに接触した状態となる。その後ピックアップツール１６は前述の所定距離エ及びオだけ側壁１５ａ及び１５ｂから離隔する方向に移動し、その位置で蓋体１３ａを凹所１５の底面に載置する。また、載置すると共にさらに蓋体１３ａを下方に押圧することで、表面を滑らかに仕上げられた底面と蓋体１３ａとの接触面から空気の層を排出する。このようにすることで蓋体１３ａは凹所１５の底面に密着し、多少の加速度が蓋体１３ａに加わった程度では移動することはなくなる。

このように蓋体１３aを凹所１５の所定の位置に載置したのち、図５で示すように容器１３ｂをピックアップツール１６で搬送し、凹所１５のほぼ中央に載置する。このとき凹所１５の側壁で構成される矩形の開口部はピックアップツール１６を移動させ位置決めする搬送系の位置精度を考慮して、その誤差に対して無理のない大きさに設定されているので、確実に容器１３ｂは凹所１５内に配置される。ただし、この時点では蓋体１３ａとの相対的な位置がずれた状態であり、このままの状態で封止作業を開始することはできない。

図４及び図５に基づいて１個の凹所１５に対して蓋体１３ａと容器１３ｂとを配置する説明をしたが、これを繰り返して図６で示すように加熱板２に設けた多数の凹所１５にワーク１３を配置する。そして、加熱板２の端部近傍に４箇所設けられている位置決め孔を保持機構１７に設けた４本の位置決めピン１８に嵌入させて載置する。この保持機構１７は振動発生部１９上に設けられたもので、その４角のうちの1ヵ所１７ａが回動自在に振動発生部１９に連結されており、１７ａの対角である１７ｂは、図示していないが、昇降機構を介して昇降自在に振動発生部１９に連結され、１７ｂが下降したときは保持機構１７は水平に、上昇したときは、保持機構１７は図を見て左手前が低い状態に傾斜するようになっている。

このように保持機構１７を傾斜させた状態で振動発生部１９が駆動し、この振動が加熱板２に伝達されると、図５で示した蓋体１３ａは凹所１５の底面に密着したまま移動せず、容器１３ｂのみが凹所の隣接する２辺を成す側壁１５ａ、１５ｂに接触した状態になる。この実施例では加熱板２を載置する保持機構１７を傾斜させて重力の作用を利用することで、容器１３ｂを意図する方向に移動させているが、例えばパーツフィーダーで利用されている加振方法等を利用して容器１３ｂを意図する方向に移動させるような振動を付与することで、前記重力の作用を利用せず同様の作用を得ることも可能であることは言うまでもない。

また、上記実施例では、蓋体１３ａを凹所１５の底面に押し付けることで密着させ、後の振動でも移動しない作用を利用していたが、図７で示す凹所２０は、隣接する２辺を成す側壁２０ａ、２０ｂと底面とのあいだにそれぞれ段差２０ｃ、２０ｄが設けられている。図４に基づいて説明した凹所１５に対する蓋体１３ａを保持したピックアップツール１６の動作は、隣接する側壁１５ａ、１５ｂに対するものであったが、この場合は同様の動作を段差２０ｃ、２０ｄに対して行なう。ただし一旦蓋体１３ａの端面が段差２０ａ、２０ｂに接触したら、そのまま下降して凹所２０の底面に載置する。

このようにして凹所１５を凹所２０に置き換えて本発明を実施した場合、図５に基づいて説明したように容器１３ｂを凹所２０内に配置してから、図６に基づいて説明したように、加熱板２全体に振動を付与することで、多数のワーク１３の蓋体１３ａと容器１３ｂとの位置合わせが同時に達成できる。またこのとき、蓋体１３ａが段差２０ｃ、２０ｄと接していることで、より確実に蓋体１３ａの凹所の底面に対する位置ずれを防ぐことができる。

蓋体１３ａと容器１３ｂとの相対的な位置合わせが完了したら、この状態でワーク１３の位置ずれが生じないように、押圧板１２を加熱板２に備わった支柱１１に搭載する（図８）。押圧板１２には押圧棒１４がワーク１３各々に対して備わっており、これらの押圧力によってワーク１３の位置ずれが阻止された状態で、図１に示したように真空チャンバー１内に実装される。ここで、図６においては支柱１１、図６及び図８においては熱電対１０とそのリード１０ａの図示が省略されている。また、本実施形態では、パルスヒート電源で発生させた電流を直接加熱板２に流し、その抵抗発熱を利用してワーク１３の封止を行なっているが、別途加熱板を熱するヒーターを設ける等、他の加熱方法を採用しても同様の作用を奏することは言うまでもない。

本発明の実施形態を示す側面図 本発明の実施形態を示す要部詳細図 本発明の実施形態を示す要部平面図 本発明の実施形態を示す要部斜視図 本発明の実施形態を示す要部斜視図 本発明の実施形態を示す斜視図 本発明の他の実施形態を示す要部斜視図 本発明の実施形態を示す側面図 従来の技術を説明する要部詳細図 従来の技術を説明する要部詳細図

符号の説明

１ 真空チャンバー
２ 加熱板
３ 支持棒
４ ブロック
５ 接触子
６ ロッド
７，２１ エアシリンダー
８ 給電帯体
９ 中継端子
１０ 熱電対
１１ 支柱
１２ 押圧板
１３ ワーク
１４ 押圧棒
１５，２０ 凹所
１６ ピックアップツール
１７ 保持機構
１８ 位置決めピン
１９ 振動発生部

Claims (5)

1. 容器に電子部品を収容し、この容器の開口部に蓋体を当接させて開口部周縁と蓋体とを接合する封止装置であって、前記蓋体および前記容器を複数載置する加熱板と、この加熱板を昇温させる電源とを備え、前記加熱板は、前記蓋体と容器とを重ねて載置するために設けられた複数の凹所を有し、この凹所の開口部を上方から見たときに、この凹所の側壁により形成される矩形の寸法は、蓋体と容器との相対的な位置合わせのために必要な大きさよりも大きく形成されており、前記容器の側面をこの凹所の４辺を成す側壁うち隣接する２辺を成す側壁に接する状態にして、封止のための加熱を行なうことを特徴とする電子部品の封止装置。
2. 前記加熱板を振動させる振動発生源を有し、この振動により、封止のための加熱の前に、前記容器の側面を前記２辺を成す側壁に接する状態にすることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の封止装置。
3. 前記加熱板を傾斜させて保持する保持機構を有し、この保持機構が、前記振動発生源が前記加熱板を振動させている間に、この加熱板を傾斜させた状態で保持することで、前記容器の側面が前記２辺を成す側壁に接する状態にすることを特徴とする請求項２に記載の電子部品の封止装置。
4. 前記蓋体を搬送して前記加熱板の凹所に配置するピックアップツールを有し、このピックアップツールは、内部空間が略直方体の前記凹所の底面であって、前記２辺を成す側壁から所定距離離隔した位置に前記蓋体を配置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品の封止装置。
5. 前記蓋体を搬送して前記加熱板の凹所に配置するピックアップツールを有し、このピックアップツールは、前記凹所の少なくとも前記２辺の側壁と底面とのあいだに設けられた段差の側壁に前記蓋体の端面を接触させて配置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品の封止装置。

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