JP5692453B1 - 封止装置及び封止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく高気密性の封止を行うことができる封止装置及びそれを用いた封止方法を提供する。【解決手段】電子部品を収納する容器１とリッド２とを気密封止する電子部品の封止装置であって、加熱ラインとそれに次ぐ封止ラインとを有し、容器１とリッド２とを位置決めするパレット４を備える。パレット４を加熱ラインと封止ラインの間で移送させる移送手段を有し、位置決めは、容器の封止部に載置されたろう剤３と容器との間に隙間を有する位置になされ、封止ラインにおいて、少なくともリッド側に荷重ピン７を有し、パレット上に封止治具蓋５を載置する。【選択図】図４

Description

本発明は、封止装置及び封止方法に関する。

水晶振動子、水晶発振器、弾性表面波フィルタ、ＬＥＤ等の電子部品の分野において、容器の開口部に蓋であるリッドを接合することで、該容器を気密封止することが行われている。このような気密封止においては、気密性が高い封止を行うことが要求される。

特許文献１においては、パレットを使用して、このパレットにリッドと容器とを載置し、封止する封止装置が開示されている。特許文献１の封止装置におけるパレット内のリッド及び容器の載置状態を図３に示す。図３においては、リッド２上に載置されたろう材３に接触して容器１が載置されている。この場合、加熱ラインにおいて容器１とリッド２がいずれもろう材３と直接接しているため、ろう材３の融点よりも低い温度で加熱を行わなければならない。このため、封止工程において容器１とリッド２とを接着するためには、加熱工程以上の温度（すなわち、ろう材３の融点以上の温度）への加熱が必要とされる。

このような工程によって封止を行うと、加熱工程においては揮散しなかったろう材中の成分や容器内の揮発しなかった成分が、より高温の封止工程において揮散するという問題が生じる。これによって発生した揮発性成分が、高気密度での密閉を行う際の気密度低下の原因となってしまう。特に、近年は電子部品の高性能化や小型化の進歩により、より高気密度での密閉が要求されるため、このような問題の改善が求められている。

特許文献２には、パレットに設けた孔を貫通した押圧突起によってリッドと容器とをヒーターに当接させる電子部品の封止装置が開示されている。
しかし、このような方法は、加熱工程においてリッド、封止剤、容器が接触した状態であるから、上述したような問題を解決できるものではない。更に、加熱工程において容器をヒーターに当接させると、容器がヒーターに接着してしまい、封止工程が完了した後も、ヒーターから離れなくなってしまい、ライントラブルの原因となってしまう。

特許文献３には、薄膜ゲッターを使用した真空パッケージが記載されている。しかし、ここでは、薄膜ゲッターを使用して真空度を高めるものである。さらに、ヒーターに設けた凹部中に容器を埋め込む形で加熱を行うものである。このような方法で加熱を行うと、凹部から容器を外すことが容易ではなくなり、ラインのトラブルを生じやすくなってしまう。更に、同一のヒーターで加熱と封止を行わなければならないため、加熱ラインと封止ラインとで微妙な温度調整を行って、高い真空度を得ることはできない。

特開２０１１−１４８１０号公報 特開２０１１−１４６４９１号公報 特開２０１３−２１９２３７号公報

本発明は上記に鑑み、効率よく高気密性の封止を行うことができる封止装置及びそれを用いた封止方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、電子部品を収納する容器とリッドとを気密封止する電子部品の封止装置であって、加熱ラインとそれに次ぐ封止ラインとを有し、上記容器と上記リッドとを位置決めするパレットを備え、当該パレットを加熱ラインと封止ラインの間で移送させる移送手段を有し、上記位置決めは、容器の封止部に載置された封止剤とリッドとの間に隙間を有する位置になされるものであり、封止ラインにおいては、少なくともリッド側に(下側に)加熱手段の一部である荷重ピンを有するものであり、パレット上に封止治具蓋を載置するものであることを特徴とする封止装置である。

上記パレットは、リッドが底部に位置決めされ、容器がリッドとの間に隙間を有する位置に位置決めされるものであることが好ましい。
加熱ライン及び封止ラインにおいて温度を調整するためのヒーターは、上部及び下部の両方に備えられたものであることが好ましい。

本発明は、上述した封止装置を使用して容器とリッドとを封止することを特徴とする封止方法でもある。

本発明の封止装置及び封止方法は簡便な装置によって、加熱ラインの加熱温度を封止ラインの封止温度より高くすることができるため、封止時に揮発する成分を抑制する事が可能となり、高気密性の封止を行うことができる。更に、ライントラブルを生じることも少なく、良好な温度管理を行うことができる。これによって安価に従来よりも高気密性の部品を得ることができるため、電子部品の小型化、高性能化を図ることができる。

本発明の封止装置の一例を示す模式図である。 本発明の封止装置の一例を示す模式図である。 従来の封止装置の一例を示す模式図である。 本発明の封止装置において、ヒーターブロックによって加熱されている状態を示す模式図である。 本発明の封止装置において、ヒーターブロックによって加熱されている状態を示す模式図である。 本発明の封止装置の概要を示す模式図である。

以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の封止装置は、加熱ラインにおいて、リッドと容器とが接触しない状態で維持されている。これによって、加熱工程においてろう材を完全に溶融させても、密閉されることがない。このため、加熱工程でろう材の溶融温度以上に加熱することができる。

このため、加熱ラインの温度を封止ラインの温度以上のものとすることができる。これによって、封止ラインにおける揮発性物質の発生を抑制することができ、高気密性の電子部品を得ることができる。

更に、リッドと容器を位置決めした状態で収納してライン上を移動させるパレットは、その上に封止治具蓋を載置したものである。すなわち、パレットに設けられた凹部にリッドと容器を収納し、その凹部を覆うように封止治具蓋を載置した状態で封止を行うものである。本発明の封止装置においては、封止の際に下から上の方向に荷重ピンによって加圧される。この際、ヒーターに直接容器が接触することとなると、容器がヒーターに貼りつくというトラブルが発生する。本発明の封止装置においては、ラインによってパレットごとリッドや容器が次の工程に搬送されるものであるから、一部の容器がヒーター等の封止装置の一部に貼りつくと、これが次の工程に移送されなくなってしまう。これを外すためには、ラインを停止して温度を降下させる必要が生じてしまい、製造効率の大幅な低下につながってしまう。

本発明においてはパレットに加えて封止治具蓋を備えたものとしたことによって、容器が荷重ピンと封止治具蓋以外の部位には接触しないものとすることができる。これによって、上述したトラブルが発生しないという利点が得られるものである。

また、本発明においては、加熱工程及び封止工程においては、上部と下部の両方にヒーターを設け、これらで挟み込んで加熱することが好ましい。本発明においては、上述したように加熱温度をコントロールすることが好ましいものである。よって、上下からのヒーターによって挟み込むことによって、設定温度通りの高精度な加熱を行うことが出来る。

本発明の具体的な態様の一例を図１において模式図として示した。図１の加熱工程１０ａにおいては、容器１はリッド２上に載置されたろう材３と接触しない状態に配置されている。この状態で加熱すると、ろう材３が溶融しても容器１と接触することはない。そして、次いで行う封止工程１０ｂにおいて、２つの荷重ピン６，７によって両側から挟み込むようにして加圧することで、容器１とリッド２とを接着させることができる。

また、図１に示したパレット４及び封止治具蓋５においては、荷重ピン６，７が通過できるような孔が形成されている。当該孔は、荷重ピン７，８は通過できるが、容器及びリッドは通過できないようなサイズであることが好ましい。

図２においては、図1と異なる本発明の具体的な態様の例を示した。図２の封止工程２０ｂにおいては、リッド２の側から荷重ピン６によって荷重をかけ、封止治具蓋５に押し付けるようにして加圧するものである。このような方法によって容器１とリッド２とを接着させることもできる。

図２の態様においても、図１と同様、パレット４は、荷重ピン６が通過できるような孔を底部に有することが好ましい。更に、図２の態様においても、パレットには荷重ピン６が通過できるような孔が形成されている。また、図２のように封止治具蓋５にも孔を形成してもよいが、この場合は容器及びリッドは通過できないようなサイズであることが好ましい。

図１，２に示した態様において、更に、加熱するためのヒーターブロック９，１０，１１，１２を図示したものが、図４，５である。図４は図１の態様に対応しており、図５は図２の態様に対応したものである。
図４，５に示したように、本発明においては加熱ライン１０１及び封止ライン１０２のそれぞれにおいて、別個のヒーターブロックを有しており、パレット４、封止治具蓋５及び、これらの内部に載置された容器１、リッド２が加熱ライン１０１から封止ライン１０２へと移動する。

図４，５の態様においては、荷重ピン６，７は、封止ライン１０２中に設置された加熱手段であるヒーターブロック１１，１２に設けられた突起物である。このようにすることで、荷重ピンが所定温度に加熱されていることから、封止ラインにおいて容易に所定の温度で温度管理を行うことができる点でも好ましい。

更に、図４，５の態様のように、上部下部の両方にヒーターを設け、上下から挟み込むようにして加熱することが好ましい。本発明においては、加熱ライン及び封止ラインのそれぞれにおいて、温度管理を行うことが必要であり、特に、封止ラインにおいては、短時間で効率よく加熱ラインでの温度よりも低温にしなければならない。上述したように、上部下部の両方にヒーターを設け、上下から挟み込むようにして加熱することで、短時間で所定の温度にすることができ、これによって、上述した本発明の効果を好適に得ることができる。

本発明の封止装置においては、位置決めするパレットを使用することが重要である。すなわち、当該位置決めの際に、パレット底部近くに載置されるリッドに対して、容器はリッド上のろう材に触れない位置に固定されるようにすることが必要である。このようなパレット形状としては、図１のパレット４として示したもののように、底部と中間部とで断面積及び／又は形状が異なり、リッド２は底部に載置され、容器１は中間部で浮いた状態で載置されるような形状が望まれる。

上記パレットは、板状物の表面に複数の凹部を有するものとすることが好ましい。すなわち、一つのパレット中に図１，２に示したような凹部を多数有するパレットを使用して、一つのパレットで多数の封止を同時に行えるものとすることが好ましい。上記パレットを形成する素材は特に限定されないが、金属製、セラミック製等を使用することができ、金属製であることが特に好ましい。

本発明の封止装置の概要を図６に示した。
本発明の封止装置は加熱ライン１０１及び封止ライン１０２を備えたものである。図１，２に示したように、パレット４中にリッド２、ろう材３、容器１をこの順に設置した状態で装置中に導入するものである。そして、当該パレットを搬送手段（図示せず）によって、装置内を移動させ、加熱ライン１０１→封止ライン１０２の順に通過させ、それぞれのライン中で必要な処理を行うことによって封止処理を行うものである。

上述したように、パレット４の上には封止治具蓋５が載置される。当該封止治具蓋５は、パレット４と略同サイズであり、パレット４上に載置することで、そのほぼ全面を覆うものであることが好ましい。上記封止治具蓋５は、パレット４と少しの振動や軽い荷重程度ではパレット４から外れることがない程度に、各々どちらかに穴加工を施し、相手側にはピンを取り付け、穴にピンを挿入して固定されていることが好ましい。
穴をパレット側にするか、蓋側にするかは特に制限されるものでは無い。

上記封止治具５は、その素材を限定されるものではなく、加熱条件に耐えうる耐熱性を有する素材であればよい。例えば、セラミック、カーボン、チタン、金属等を挙げることができる。

本発明の封止装置は、加熱ライン１０１においては、具体的には例えば、上述した図１の１０ａ、図２の２０ａに示した状態で処理を行い、封止ライン１０２においては図１の１０ｂ、図２の２０ｂに示した状態で処理を行うことができる。
加熱ライン１０１は、加熱手段及び減圧手段を有するものであることが好ましい。すなわち、加熱ライン１０１中では減圧状態で加熱を行い揮発性能を高める構造とする。その際、上記ろう材の融点以上の温度で加熱を行い、加熱ライン中でろう材を溶融させることが好ましい。

加熱ライン１０１における減圧手段は特に限定されず、５パスカル（５Ｐａ）以下の減圧状態にまで減圧できるものであれば減圧ポンプ等の周知の任意のものを使用することができる。

加熱ライン１０１における加熱温度は特に限定されるものではなく、使用するろう材によって適宜設定することができる。原則的には、使用するろう材の融点以上で加熱することが好ましい。もっとも一般的なろう材である金錫合金（ＡｕＳｎ合金）の場合は、２８０℃以上であることが好ましい。

封止ライン１０２は、加熱手段、減圧手段及び押圧手段を備えたものである。すなわち、加熱ラインを経て、ろう材が溶融した状態のリッド及び容器を気密状態で融着させるものである。加熱手段による加熱温度は、特に限定されるものではないが、上記加熱ラインよりも低温とすることが好ましい。これによって、揮発成分の発生を抑制することができるためである。また、原則的には使用するろう材の融点以下であることが好ましい。ろう材が金錫合金（ＡｕＳｎ合金）の場合は、２８０℃以下であることが好ましい。

封止ライン１０２における減圧手段としても、上記加熱ライン１０１と同一のものを使用することができる。また、上記封止ライン１０２中の空間を上記加熱ライン１０１中の空間と連続したものとして、これらの両方を同時に減圧するものであってもよい。

封止ライン１０２においては、上記押圧手段（図１，２においては、荷重ピン７，８として示した）によって、リッド２と容器１とを圧着し、封止するものである。当該押圧手段は特に限定されるものではなく、通常の押圧手段によって行うことができる。但し、図１の１０ｂに示したような状態で押圧を行う場合、容器１側のみから加圧しても押圧することができない。すなわち、容器１側のみから押圧しても、パレット４の形状から、容器１がリッド２と接する位置となることはない。更に、リッド２の側から加圧しても、リッド２、ろう材３、容器１の順で相互に接触するものの、これらの間で加圧されることはない。

これらの押圧に際しては、少なくとも、リッド２側（下側）からの加圧（すなわち、リッド側からの荷重ピン６がなされるような装置とすることが必要となる。より具体的には、容器側にも荷重ピン７を設ける方法（図１）、容器側に備えた封止治具蓋５に押し付けるようにして、荷重する方法（図２）等を挙げることができる。

なお、荷重ピンは上述した図４，５のもののように、加熱手段の一部であってもよいし、加熱手段と分離した独立のものとし、加熱手段としての機能を有さず、封止を行う際の荷重を付加するだけの荷重ピンであってもよい。

このような加圧条件は特に限定されるものではないが、容器の大きさによって加圧条件を変更出来ることが好ましい。例えば、□２ｍｍ程度の容器であれば１００ｇ／ｃｍ^２という加圧条件で封止を行うことができる。

本発明の封止装置においては、上記目的を達成するためのその他の構成単位を有するものであってもよい。例えば、加熱ラインへのパレットの導入、封止ラインからのパレットの取り出しに際しては、常圧条件から減圧条件下への導入又はその逆であるから、このような導入への対応がなされていることが好ましい（図１中、１０３、１０４）。

本発明の封止装置においては、加熱ライン及び封止ラインの各々の温度誤差を少なくする事が求められる。本装置においては温度誤差を±２．５℃以下の制御を有するものとする。

本発明においては、加熱時間を相対的に長くして封止時間よりも長いものとすることが好ましい。すなわち、比較的長時間の加熱を行い、ろう材を充分に溶融させ、揮発性成分を充分に除去した後で、封止を行うことが好ましい。更に、封止においては、むしろ短時間で加圧することが好ましい。加熱ラインにおいて充分にろう材を溶融させているから、加圧ラインは短いものであってよい。

より具体的には、加熱時間が３〜２０分、封止時間が１０秒〜５分となるようにライン設計を行うことが好ましい。
このような加熱時間を確保し、かつ、加熱ライン内の温度や減圧度を全体的に均一に維持するために、加熱ラインを複数設けてもよい。すなわち、加熱ライン中の処理時間が長く、封止ライン中の処理時間が短いものであることから、加熱ラインをより長いものとしておくことが製造効率上好ましいものとなる。この場合に、容積の大きい加熱ラインとするよりも、複数個の加熱ラインとしたほうが、封止装置の製造コストや、加熱ライン全体を均一に減圧・加熱することが容易である点で好ましいものである。

本発明の封止装置においては、封止ライン後に冷却ラインを備えるものであってもよい。すなわち、減圧加熱封止を行った後は、減圧状態で冷却までを行い、取り出す事が好ましい。これによって、減圧下での冷却を行うことができ、常圧に取り出した際には室温付近にまで冷却が完了されている事から、トレイの常圧状態での酸化（変色）という問題を生じることなく、冷却を行うことができる点で好ましい。

本発明は、上述した封止装置を使用してリッドと容器とを封止することを特徴とする封止方法でもある。

本発明は、上述したようなものであり、水晶振動子、水晶発振器、弾性表面波フィルタ、ＬＥＤ等の電子部品の容器とリッドとを封止する目的で利用することができる。

１．容器
２．リッド
３．ろう材
４．パレット
５．封止治具蓋
６．７．荷重ピン
８．孔部
９．１０．加熱ライン用ヒーターブロック
１１．１２．封止ライン用ヒーターブロック
１０１．加熱ライン
１０２．封止ライン
１０３．常圧減圧切替室（入側）
１０４．常圧減圧切替室（出側）
１０５、１０６．減圧ポンプ

Claims (4)

1. 電子部品を収納する容器とリッドとを気密封止する電子部品の封止装置であって、
   加熱ラインとそれに次ぐ封止ラインとを有し、
   上記容器と上記リッドとを位置決めするパレットを備え、当該パレットを加熱ラインと封止ラインの間で移送させる移送手段を有し、
   上記位置決めは、リッドの封止部に載置された封止剤と容器との間に隙間を有する位置になされるものであり、
   封止ラインにおいては、少なくともリッド側に加熱手段の一部である荷重ピンを有するものであり、
   パレット上に封止治具蓋を載置するものである
   ことを特徴とする封止装置。
2. 上記パレットは、リッドが底部に位置決めされ、容器がリッドとの間に隙間を有する位置に位置決めされるものである請求項１記載の封止装置。
3. 加熱ライン及び封止ラインにおいて温度を調整するためのヒーターは、上部及び下部の両方に備えられたものである請求項１又は２記載の封止装置。
4. 請求項１又は２記載の封止装置を使用して容器とリッドとを封止することを特徴とする封止方法。