JP6414934B2 - 気密加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、気密ブース内で半導体パッケージにキャップを気密封止する場合などに用いる気密加工装置に関するものである。

半導体パッケージにキャップを溶接（気密封止）する場合に、通常パッケージ内を真空あるいは窒素ガスなどの所定雰囲気にした状態でシーム溶接している。この場合には真空あるいは窒素ガスを充填した気密ブース内で溶接作業を行うことがある。例えば特許文献１、２に開示されている方法は、上面が開いたパッケージに半導体チップを装填した後、パッケージの上面に金属の薄板からなるキャップを載せて仮止めし、このキャップの外周をパッケージの開口上面にマイクロパラレルシーム溶接するが、この場合にこの溶接を前記の気密ブース内で行うことにより、パッケージ内部を真空あるいは窒素ガス充填雰囲気などにするものである。

この場合には、加工部を含む溶接装置を気密ブース内に収容するので、気密封止前の半導体パッケージ（以下被加工物、ワークともいう。）を載せたトレイを外から中間気密室を介して気密ブース内に搬入し、また同じあるいは他の中間気密室を通して気密封止加工後のパッケージを外に搬出する必要がある。このようなワークの搬入／搬出を作業者の手作業で行う場合には、作業者は通常、気密ブースに設けた腕挿入口から気密グローブを介して腕を挿入し、ワークを載せたトレイを気密ブース内で手作業で移動する必要がある。

従来の装置では、溶接装置（加工部）がある加工スペースの側方にワークの出し入れをする手作業スペースを設け、トレイをこの手作業スペースに搬入用の中間気密室から移動し、このトレイをさらに加工スペースに置いた溶接装置の所定位置にセットする。また逆に、この溶接装置（加工部）で溶接加工を終わったトレイを加工スペース内の溶接装置（加工部）から搬出用の中間気密室に移動して、気密ブースから外に搬出するものである。

特開２００２−１４４０４８号公報 特開平１０−１６６１５９号公報

しかしこのように、気密ブース内に加工スペースと手作業スペースとを隣接させ、両スペース間でワークを載せたトレイを手作業で移動する場合には、手を入れた気密グローブが溶接装置（加工部）に接触したり、移動中のトレイや他の工具などが溶接装置に接触することが考えられる。また作業者は稼働率を上げるために、溶接装置の稼働中に次のトレイの出し入れを準備することもあり、このような時に気密グローブや移動中のトレイなどが溶接装置に接触することが考えられる。このように手や気密グローブや移動中のトレイや工具などが溶接装置に接触すると、この接触時の衝撃が溶接装置の設定を狂わせるおそれが生じる。また逆に溶接装置が手や気密グローブを傷付けたり傷めたりするおそれもある。

そこで加工スペースと手作業スペースとの間に十分に広いスペースを確保することにより、溶接装置（加工部）に手あるいは気密グローブ、トレイ、工具などが接触するのを防ぐことが考えられる。しかしこの場合には、気密ブースが左右方向に長くなり気密ブースの容積が増大し、装置全体が大型化することになる。このため気密ブース内を真空に減圧するものでは真空ポンプ類が大型化し、また窒素ガスなどを供給するものでは窒素ガスなどの使用量が増えるという問題が生じる。さらに加工スペースと手作業スペースとが離れるため、ワークの移動距離が増えて作業者の作業能率が低下するという問題も生じる。

手や気密グローブやトレイや工具などが溶接装置に接触しないように、溶接装置の一部（加工部）を遮蔽カバーで遮蔽しておくことも考えられるが、遮蔽カバーが大きくなるために、手作業スペースが減少する。またこの遮蔽カバーを加工部に固定して加工部と共に移動するようにすると、加工部を上下左右に移動する駆動系の重量が増加し、電動モータなどの駆動機構の負荷が増加する。さらに遮蔽カバーを不透明な金属製とした場合は、加工部が遮蔽カバーで隠れるために、加工部がワークに接触する位置付近の加工状況を外から目視確認しにくくなり、作業性が悪くなる。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、共通の気密ブース内に、溶接などを行う加工部を収容する加工スペースと、ワークの移動や搬入／搬出などを手作業で行う手作業スペースとを隣接させて収容した場合に、（ａ）作業者の手や気密グローブやトレイや工具などが溶接装置などの加工部に接触するのを確実に防止することにより、接触時の衝撃が加工部の設定を狂わせるのを防ぎ、加工部や手や気密グローブを傷めることを防ぐことができると共に、（ｂ）気密ブースの小型化により、真空ポンプなどの雰囲気維持のための機器類の小型化が可能であり、また窒素ガスなどのガス雰囲気にする場合には窒素ガスなどの消費量を減らして経済性を向上させることができ、（ｃ）作業者によるワークの移動距離が少なくなり作業能率の向上に適し、（ｄ）加工部に遮蔽カバーを設ける場合のように手作業スペースの減少や加工部の移動駆動系の負荷増大を招くことがなく、加工部付近を外から目視確認し易くして作業能率向上に適する気密加工装置を提供することを目的とする。

この発明によればこの目的は、ワークを加工する加工部を収容する加工スペースと、前記加工スペースの側方に連続する手作業スペースとを共通の気密ブース内に形成し、前記手作業スペースと前記加工スペースとの間で前記ワークを手作業で移送可能とした気密加工装置において、前記加工スペースおよび前記手作業スペースとの間を、平面視で前記加工スペースの奥側が左右方向に広がり前記加工スペースの手前側が左右方向に狭くなるように斜めに仕切る仕切り線に沿って移動可能な可動仕切板を備え、前記可動仕切板を奥側に移動した状態で前記ワークを前記気密ブースの手前側から手作業で移送可能としたことを特徴とする気密加工装置、により達成される。

請求項１の発明によれば、加工スペースとその側方に設けた手作業スペースとの間を、平面視で加工スペースの奥側が前記加工部の左右側方を通って左右方向に広がり手前側（気密ブースの正面側）が左右方向に狭くなるように斜めに仕切る可動仕切板を設けたものであるから、次のような効果（ａ）〜（ｄ）が得られる。

（ａ）気密ブースの前から作業者が手を気密ブース内に入れて手作業を行う場合に、可動仕切板を作業者側（手前側）に移動しておくことにより、作業者の手が溶接装置などの加工部や加工中のワークに接触するのを防ぐことができる。このため、加工部に手が接触して加工部の精密な設定箇所に狂いを発生させたり、加工部や気密グローブを傷めたり、手を傷めることを未然に防ぐことができる。また加工スペースは奥側が左右に広いので溶接装置などの加工部を収容する広いスペースを確保できる一方、作業者の手が入る手作業スペースは作業者側（手前側、正面側）で左右に広くなるので作業に必要な十分な広さを確保することができる。なお手作業スペースと加工スペースとの間でワークを移動する時には、加工部の稼働を停止させて可動仕切板を奥に（作業者から遠い位置に）スライドさせておけば、ワークの移動時にこの可動仕切板が障害になることがない。

（ｂ）気密ブースは左右に短くなるから、気密ブースの小型化が可能であり、これに伴い真空ポンプなどの雰囲気維持のための機器類の小型化が可能であり、気密ブース内を窒素ガスなどの雰囲気にする場合には窒素ガスなどの消費量を減らして経済性を向上させることができる。

（ｃ）加工スペースと手作業スペースとが離れると、ワークの移動距離が増えて作業能率が低下するという問題が生じるが、この発明によれば可動仕切板を奥側に移動しておけば作業者は手前側（正面側、作業者側）の最短経路によってワークを移動することが可能になり、作業能率の向上に適する。
（ｄ）加工部を保護するために別の遮蔽カバーを設ける必要が無くなるから、加工部に遮蔽カバーを設ける場合のように手作業スペースの減少や加工部を移動するための駆動系の負荷増大を招くことがなく加工部付近を外から目視確認しやすくなる。

可動仕切板を実線で示した本発明の一実施例を示す平面図 同じくこの実施例の正面図 この実施例の右側の可動仕切板を示す平面図 同じく左右の可動仕切板を示す平面図（Ａ、Ｂ）と、左側の可動仕切板（Ａ）の正面図（Ｃ） この実施例の加工部であるシーム溶接装置の平面図 同じくシーム溶接装置の正面図 同じくシーム溶接装置の右側面図

可動仕切板を加工スペースの左右にそれぞれ設けておけば、加工部の左右両側にそれぞれ手作業スペースを設ける場合にそれぞれをワークの搬入用と搬出用のスペースとして用いることができ、作業能率が向上する（請求項２）。しかし本発明は片方の手作業スペースだけを有するものを含む。前記ワークに加工を行う加工部は左右一対のパラレルギャップローラ電極とこれらを保持する保持部とを含み、前記保持部は前記加工スペース内に固定した左右方向に長い水平保持レールに左右移動可能に保持され、この水平保持レールに設けた駆動モータによってローラ電極間隔が変更可能とした溶接装置とすることができる（請求項３）。本発明の加工部は溶接装置に限定されるものでは無いのは勿論である。

前記ローラ電極の保持部には、前記ローラ電極を昇降する昇降モータを含む昇降機構が設けられたものとすることができる（請求項４）。前記加工部の下方には前後に往復可能なステージを設け、このステージを前記ワークを保持した状態で奥側に移動させてワークを加工部の下方に移動させ、加工部による加工（シーム溶接など）を行うと共に、前記ステージを前記気密ブース内の手前側へ引き出した状態でワークを手作業スペースとの間で交換可能とすることができる（請求項５）。この場合には、ステージを手前側に移動してワークを隣の手作業スペースとの間で移動すれば良いから、ワークの移動距離が小さくなり、移動が容易になる。

前記気密ブースの正面側には、複数の腕挿入口と、各腕挿入口に気密に取り付けた気密グローブとが設けられ、操作者が前記気密グローブに腕を入れて前記手作業スペースと前記加工スペースとの間で前記ワークを手で移送できるようにすることができる（請求項６）。前記可動仕切り板は、正面側へ移動した状態をセンサにより検出し、この状態で前記加工部を作動可能にし、センサがこの状態を検出しない時には加工部は作動不可能になるように制御装置で設定すれば、加工部の作動中には手や気密グローブが加工部に接触するのを確実に防ぐことができる（請求項７）

まず図５〜７により、この実施例でシーム溶接を行う溶接装置Ａを説明する。この溶接装置Ａに用いる加工部１０は、半導体パッケージにキャップをシーム溶接するものである。この加工部１０は左右一対のパラレルギャップローラ電極１２、１２とこれらを昇降可能に保持する保持部１４とを含む。この保持部１４は、左右一対の縦の支柱１６、１６に固定された水平な保持レール１８に左右へ移動可能に保持されている。

保持部１４は、ローラ電極１２を下端に保持する垂直な左右一対の電極保持腕２０、２０と、これら電極保持腕２０、２０を昇降駆動する昇降駆動部２２とを有する。各電極保持腕２０、２０は、保持部１４に対して独立に昇降可能に保持され、その上端に突設した２本づつのロッド２４にはローラ電極１２に下向きの加重を加えるための重り２６が上から通して保持される（図７）。

この電極保持腕２０、２０は、保持部１４の後面に取り付けた電動モータ２８により昇降される。すなわちこの電動モータ２８によって回転される円盤状のカム板（図示せず）が電極保持腕２０およびここに取り付けられたローラ電極１２を押し上げ、シーム溶接時にはローラ電極１２はワークに当たってカム板から離れて（カム板から浮き上がって）前記重り２６の重量によってワークである半導体パッケージに仮止めしたキャップの対向二辺に押圧される。

両電極保持腕２０、２０の間隔は、保持レール１８の両端に取り付けた電動モータ３０、３０によって調節可能である。すなわちこのモータ３０、３０は、保持レール１８の左右端から起立するチェーンケース３１、３１に水平に固定され、モータ３０、３０の回転出力は、このチェーンケース３１、３１に収容したチェーン（図示せず）を介して、保持レール１８に水平に通した送りねじ３２、３２に伝達される。

これらの送りねじ３２、３２の回転により電極保持腕２０、２０を独立に水平方向に移動可能である。この結果ワークすなわちキャップの対向辺にローラ電極１２、１２が転接するように両電極保持腕２０、２０の間隔および左右位置を調整することができる。なおトレイには多数のパッケージが前後左右に所定の間隔を持って保持されているから、左右方向に並んだパッケージを順次溶接するためには、ローラ電極１２、１２を一定間隔（キャップの幅）に保持したまま左右に移動する必要がある。

保持部１４およびローラ電極１２、１２の下方には、ワークを保持するステージ３３が前後方向に移動可能に配置されている。このステージ３３は、後記する気密ブース５０の底板３４（図６）に固定された取付板３６に前後方向に移動可能かつ垂直軸周りに回動可能に保持されている。すなわち取付板３６に固定した前後方向のレール３８に移動板４０が取り付けられ、この移動板４０にステージ３３が回転位置調整可能に保持されている。４２は移動板４０を送りねじにより前後方向に移動させる前後送り用電動モータ、４４はこの移動板４０を回転する回転位置決め用電動モータである。

ワークである半導体パッケージ（図示せず）には四角形のキャップが仮止めされて複数個がトレイ（図示せず）に載せられ、このトレイが前記ステージ３３に搬入されて固定される。この時ステージ３３は前後送り用電動モータ４２によって予め手前側（正面側、作業者側）に送っておく。トレイを載せたステージ３３を保持部１４の下方に移動させ、さらにワークであるキャップの対向二辺がレール３８と平行になるようにステージ３３を回転させて固定する。

この状態で保持部１４はローラ電極１２を下降させてキャップの対向二辺に押圧させ、両ローラ電極１２、１２間にパルス電流を供給しつつステージ３３を前後方向に移動させることによりシーム溶接を行う。キャップの他の二辺に対してはローラ電極１２を上昇させ、ステージ３３を９０°回転させてから同様にシーム溶接を行う。なおこのシーム溶接については、前記特許文献１、２に詳細に説明されているので、ここでは繰り返さない。

以上の様に構成された加工部１０を含む溶接装置Ａは、横長の気密ブース５０内の中央付近に図１、２に示すように設置される。すなわち横長の保持レール１８が左右方向になるように縦の支柱１６、１６が底板３４（図６）に固定され、ステージ３３を気密ブース５０の中央付近で前後方向に移動可能とする。この溶接装置Ａを設置したスペースは本発明の加工スペース５２となる（図１）。この加工スペース５２の左右にはそれぞれ手作業スペース５４、５６が設けられている。

一方の手作業スペース５４はワーク搬入用のスペースであり、ここには気密ブース５０の左壁面５０ａに設けた搬入用中間気密室５８を介してワークが搬入される。他方の手作業スペース５６はワーク搬出用のスペースであり、加工（キャップのシーム溶接）を終了したワークを気密ブース５０の右壁面５０ｂに設けた搬出用中間気密室６０を介して外へ搬出するものである。

気密ブース５０は長箱状の筐体６２（図２）の上に重ねられ、その前面板５０ｃは上部が奥側へ後退するように傾斜している。この前面板５０ｃは透視可能な透明樹脂板などであり、４つの腕挿入口６４ａ〜６４ｄがほぼ等間隔に開口している。中央の２つの腕挿入口６４ｂ、６４ｃは前記加工部１０のステージ３３より上方でステージ３３の左右両側に位置し、外側の２つの腕挿入口６４ａ、６４ｄはそれぞれ手作業スペース５４，５６に対向している。なおこれらの腕挿入口６４ａ〜ｄにはそれぞれ気密グローブ（図示せず）が取り付けられ、作業者はこの気密グローブに手を入れて気密ブース５０で作業を行うことができる。

ここでワークの搬入出作業を説明する。まず搬入用中間気密室５８の手作業スペース５４側の開閉扉５８ａを閉じた状態にしておく。作業者は搬入用中間気密室５８の外気側の開閉扉５８ｂを開いて、複数のワーク（キャップを仮止めしたパッケージ）を載せたトレイ（図示せず）をこの中間気密室５８内に入れ、開閉扉５８ｂを閉じる。そして中間気密室５８内を気密ブース５０内と同じ雰囲気にする。すなわち真空状態または窒素ガス充填状態にする。その後内側の開閉扉５８ａを開いてトレイを手作業スペース５４に移し開閉扉５８ａを閉じる。この時には左側の二つの腕挿入口６４ａ、６４ｂを用いる。

作業者は手作業スペース５４に入ったトレイを腕挿入口６４ｂ、６４ｃから入れた両手で加工部１０のステージ３３に移し、ここに固定する。この時ステージ３３は予め手前側に移動させておく。加工部１０で所定の加工、すなわちローラ電極１２、１２を下降させかつステージ３３を前後に移動させることにより、ワークの前後方向の二辺をシーム溶接する。全てのワークに対して同様に同じ方向の二辺を溶接する。そして次にローラ電極１２を上昇させてステージ３３を９０°回転させ、各ワークに対して残りの二辺をシーム溶接する。

このようにして全てのワークのシーム溶接が終了すると、作業者は腕挿入口６４ｂ、６４ｃを用いてこのトレイを搬出用手作業スペース５６に移す。そして次に作業者は右側の２つの腕挿入口６４ｃ、６４ｄを用いてこのトレイを搬出用の中間気密室６０から外に搬出する。すなわち、この中間気密室６０の外気側の開閉扉６０ａおよび内側の（上開きの）開閉扉６０ｂを予め閉じておき、内部を気密ブース５０内と同じ雰囲気にした後、内側の開閉扉６０ｂをその上縁を手前に引くようにして開き、トレイを中間気密室６０に入れる。そして内側の開閉扉６０ｂを閉じて内部を外気と同じ雰囲気にした後、外側の開閉扉６０ａを開いてトレイを外に搬出する。

次に本発明に係る可動仕切板７０を説明する。図１、２においては、可動仕切板７０は便宜上実線で示されている。気密ブース５０の内部には、平面視（図１）で加工スペース５２とその両側の手作業スペース５４、５６とを仕切る仕切り線（直線）に沿って可動仕切り板７０が移動可能に配設されている。すなわち気密ブース５０の天井板には、この仕切り線に沿って仕切り板吊りレール７２が複数の吊りブラケット７４で固定され（図１、２、図４（Ｃ））、このレール７２に可動仕切板７０がスライド可能に保持されている。またこの可動仕切板７０の下部は、気密ブース５０の底板３４に前記仕切り線に沿って固定した２本の断面Ｌ字型のレール７６間にガイドされて、可動仕切板７０の揺動が規制されている。

可動仕切板７０は、Ｌ字型レール７６の両端に固定したストッパ７８，８０の範囲内で移動可能であり、作業者側（正面側）に引き出した時にはストッパ７８に当たって移動が規制され、押し込んだ時にはストッパ８０に当たって停止する。従って、手前に最大引き出し時には仕切り板７０は、図４（Ａ）のＰ１の範囲に有り、最も奥側に押し込んだ時にはＰ２の範囲に有る。なおＬ字型レール７６の手前側（ストッパ７８側）には、仕切り板７０が手前側にあることを検出するセンサ８２が取り付けられている。

このセンサ８２は、対向する発光素子と受光センサとの間に仕切り板７０側に固定した遮光板８４が進退出し、遮光板８４が進入したことから仕切り板７０の位置を検出する公知の光学式開閉センサである。なお８６は仕切り板７０の手作業スペース側に突設した手掛け用のＬ型アングル材である。作業者はこのアングル材８６に指を掛けて仕切り板７０を移動することができる。

従って作業者は、ワークを手作業スペース５４または５６と加工スペース５２との間で移動する時には、予め加工部１０の作動を停止してから腕挿入口６４から手を挿入し、作業を行う手作業スペース５４または５６側の仕切り板７０を奥側に移動させる。この結果手作業スペース５４または５６と加工スペース５２とが作業者側でつながるから、ワークを最短距離で移動できる。また加工部１０を作動開始する時には、両側の仕切り板７０を手前側に引き出し、センサ８２が閉じたことを検出するのを確認した上で加工部１０の作動を開始可能にする。

このように加工部１０は、センサ８２が仕切り板７０が閉じていることを検出している時だけ作動可能であるから、この作動中に手作業スペース５４、５６で次のトレイの搬入準備作業や搬出準備作業をしても、手や気密グローブやトレイや工具が加工部１０に接触するおそれがなくなり、意に反して手などが加工部に接触して加工部の設定を変化させたり、手を痛めたりすることを確実に防ぐことが可能である。

１０ 加工部
１２ ローラ電極
１４ 保持部
１８ 保持レール
２０ 電極保持腕
２８ 電極昇降用の電動モータ
３０ 電極間隔調整用の電動モータ
３３ ステージ
３４ 底板
３６ 取付板
３８ レール
４０ 移動板
４２ ステージの前後送り用の電動モータ
４４ ステージの回転位置決め用電動モータ
５０ 気密ブース
５２ 加工スペース
５４、５６ 手作業スペース
５８ 搬入側中間気密室
６０ 搬出側中間気密室
６４ 腕挿入口
７０ 可動仕切り板
７２ 仕切り板吊りレール
７８、８０ ストッパー
８２ 開閉センサ
Ａ 溶接装置（加工装置）
Ｐ１ 仕切り板の引き出した位置
Ｐ２ 仕切り板の押し込んだ位置

Claims (7)

1. ワークを加工する加工部を収容する加工スペースと、前記加工スペースの側方に連続する手作業スペースとを共通の気密ブース内に形成し、前記手作業スペースと前記加工スペースとの間で前記ワークを手作業で移送可能とした気密加工装置において、
   前記加工スペースおよび前記手作業スペースとの間を、平面視で前記加工スペースの奥側が左右方向に広がり前記加工スペースの手前側が左右方向に狭くなるように斜めに仕切る仕切り線に沿って移動可能な可動仕切板を備え、前記可動仕切板を奥側に移動した状態で前記ワークを前記気密ブースの手前側から手作業で移送可能としたことを特徴とする気密加工装置。
2. 前記加工スペースの左右両側に前記手作業スペースを持ち、前記可動仕切板は、前記加工スペースを左右から挟むように左右一対設けられている請求項１の気密加工装置。
3. 前記ワークに加工を行う加工部は左右一対のパラレルギャップローラ電極とこれらを保持する保持部とを含み、前記保持部は前記加工スペース内に設けた左右方向に長い水平レールに左右移動可能に保持され、この水平レールに設けた駆動モータによってローラ電極間隔が変更可能である請求項１の気密加工装置。
4. 前記ローラ電極の保持部には、前記ローラ電極を昇降する昇降モータが設けられている請求項３の気密加工装置。
5. 前記ワークを保持すると共に前記加工部の下方を通って前後に往復可能なステージを備え、前記ステージを前記気密ブース内で手前側へ引き出した状態でワークを交換可能とした請求項１の気密加工装置。
6. 前記気密ブースの正面側には、複数の腕挿入口と、各腕挿入口に気密に取り付けた気密グローブとが設けられ、作業者が前記気密グローブに腕を入れて前記手作業スペースと前記加工スペースとの間で前記ワークを手作業で移送できるようにした請求項１の気密加工装置。
7. 前記可動仕切り板は、前記気密ブース内で正面側へ移動した状態がセンサにより検出され、この状態で前記加工部を作動可能にした請求項１の気密加工装置。

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