JP6774626B2 - 気密封止用リッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法に関する。

水晶振動子等の電子部品を気密封止する部材として、電子部品収納用パッケージ（以下、単に「パッケージ」と称することがある）がある。電子部品収納用パッケージは、電子部品を固定して支持する本体と、本体に接合される気密封止用リッドとを備え、本体と気密封止用リッドとの間の空間に、電子部品を気密封止できるようにしている。

気密封止用リッドは、ろう材のぬれ性が悪い第１めっき層（Ｎｉめっき層）と、第１めっき層よりろう材のぬれ性が良い第２めっき層（Ａｕめっき層）を順に形成し、その後、レーザトリミング加工により、第２めっき層の一部をリング状に除去して製造することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようにして、第１めっき層を露出させることで、本体との接合に用いられるろう材が、リフロー時に濡れ広がってパッケージ内を這い上がり、パッケージ後の電子部品に接触してしまうことを抑制することができ、電子部品の特性劣化を抑制して信頼性の高いパッケージにすることができる。また、ろう材の濡れ広がりを抑制できるので、パッケージ本体との接合に用いるろう材を少なくすることもできる。

また、気密封止用リッドとして、凹状のキャビティ部の外周にフランジ部を形成した気密封止用リッド（以下、単に「キャビティリッド」と称することがある。）が知られている。（例えば、特許文献２参照。）このキャビティリッドは、パッケージ本体を簡略化した形状、すなわち、平板状にできるので、パッケージを安価にすることが期待できる。

特開２０１５−７３０２７号公報 特開２０１０−２１５６３号公報

以上より、特許文献２に開示されたキャビティリッドに対して、特許文献１で提案された製造方法を適用したとすると、キャビティリッドのフランジ部に形成したＡｕめっき層を、レーザトリミング加工によりリング状に除去することで、リフロー時のろう材の濡れ広がりを抑制し、電気特性の劣化がなく、且つ接合信頼性の高いパッケージを安価に得ることができると考えられる。
しかしながら、キャビティリッドは、キャビティ内周面が内底面に対してほぼ垂直に立った形状をしているので、キャビティの内周面にトリミング加工を行なうと、キャビティ上方からトリミング加工した部位を確認し難くなり、下記のフィードバック制御の中で加工精度を保てなくなる。

これは、レーザ源の特性が発熱により変化し続けるためであり、複数のワークを同じ狙いにて連続して加工したとしても、ワークの同じ部位が加工できるとは限らないことに起因している。すなわち、複数のキャビティリッドを連続して作製するレーザトリミング加工の場合、加工しようとしていた部位と実際に加工された部位とをモニタリングしながら比較し、これらのずれ量からレーザの狙いを調整するためのずれ補正値を順次更新し、ずれ量を小さくしてゆくことが必要になる。しかし、上記のレーザトリミング加工では、加工した部位のモニタリングが困難になるので、レーザトリミング加工を精度良く連続して行うことが困難になり、品質の良いキャビティリッドを連続して作製することが困難になる。

そこで、本発明では、複数のキャビティリッドを品質良く連続して作製することが可能な、気密封止用リッドの製造方法の提供を目的としている。

本発明は、電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法であって、凹状のキャビティ部の外周にフランジ部を形成したリッド基材を準備する準備工程と、前記リッド基材の表面にめっき層を形成するめっき工程と、前記リッド基材表面にレーザを照射して前記めっき層の一部を除去し、前記キャビティ部の内周面の一部に環状除去部と、前記内周面以外の面にマーク部とをそれぞれ形成するトリミング工程と、を有し、
前記トリミング工程では、所定の狙い部位にレーザを照射して、前記環状除去部と前記マーク部とを形成し、前記狙い部位を調整するためのずれ補正値を、前記マーク部を形成しようとしていた部位と、前記マーク部が実際に形成された部位とのずれ量を基に更新することを特徴とする。

本発明では、所定の狙い部位にレーザを照射することによりレーザトリミング加工を行い、ろう材の濡れ広がりを抑制する環状除去部に加え、確認が容易なマーク部を同じリッド基材の相関付けされた部位に形成する。これにより、環状除去部を形成した部位の、形成しようとしていた部位からのずれ量を、マーク部を形成した部位により確認することができるので、環状除去部が形成された部位を確認しにくいキャビティリッドであっても、レーザの狙い部位を調整するためのずれ補正値を更新できるようになる。

ここで、本発明では、前記ずれ補正値を、前記トリミング工程が完了する度に更新することが好ましい。

また、本発明では、前記環状除去部と前記マーク部とを、一の前記リッド基材表面において続けて形成することが好ましい。

また、本発明では、前記マーク部を、前記キャビティ部の内底面に形成することが好ましい。

また、本発明では、前記マーク部を、十字パターンに形成することが好ましい。

また、本発明では、前記環状除去部を、前記内周面と前記フランジ部に跨って形成することが好ましい。

本発明の気密封止用リッドの製造方法によれば、複数のキャビティリッドを品質良く連続して作製することができる。

本発明の実施形態について示した製造フローである。 本発明の実施形態にて用いられるリッド基材１を示した模式図である。 本発明の実施形態にてリッド基材１に形成されるめっき層４を示した模式図である。 本発明の実施形態のトリミング工程の詳細を説明するフローである。 本発明の実施形態のリッド確認工程Ｓ３１を説明するための概念図である。 本発明の実施形態のレーザ照射工程Ｓ３３を説明するための概念図である。 本発明の実施形態において環状除去部８とマーク部９とを形成した状態を説明するための模式図である。 本発明の実施形態において形成されるマーク部の一例を示した模式図である。 本発明の実施形態のろう材形成工程Ｓ４でろう材１０を配置したキャビティリッド２０の模式図である。

以下、本発明の気密封止用リッドの製造方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の製造フローを示したものである。
本実施形態の製造方法は、気密封止用リッドの母材であるリッド基材を準備する準備工程Ｓ１、リッド基材表面にめっき層を形成するめっき工程Ｓ２、リッド基材表面にレーザを照射してめっき層の一部を除去するトリミング工程Ｓ３を有している。そして、トリミング工程Ｓ３の後に、ろう材形成工程Ｓ４を行い、キャビティリッドを作製する。
以下、図１の製造フローに示された各工程について、詳細に説明する。

（準備工程Ｓ１）
準備工程Ｓ１は、図２に示すようなリッド基材１を準備する工程である。リッド基材１は、キャビティリッドの母材であり、凹状のキャビティ部２とキャビティ部２の外周に形成されたフランジ部３とを有する形状である。このリッド基材１は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる板材のプレス加工により作製することができる。
なお、以降の説明では、図２に示されるように、キャビティ部２の内側底面を内底面２ａ、キャビティ部２の内側の側面を内側面２ｂ、フランジ部３のろう材が設けられる面を接合面３ａと称する。

（めっき工程Ｓ２）
めっき工程Ｓ２は、リッド基材１の表面に、図３に示すようなめっき層４を形成する工程である。めっき層４は、例えば、図に示されるような、Ｎｉめっき層４ａとＡｕめっき層４ｂの積層構造にすることが可能であり、例えば、電解めっき法により形成することができる。そして、めっき層４の厚さは、例えば、Ｎｉめっき層４ａを２〜３μｍ程度、Ａｕめっき層４ｂを０．０１〜０．０５μｍ程度にすることができる。

（トリミング工程Ｓ３）
トリミング工程Ｓ３は、リッド基材１の表面に形成しためっき層４の一部を除去する工程であり、図４に示すように、リッド確認工程Ｓ３１、狙い決定工程Ｓ３２、レーザ照射工程Ｓ３３、マーク部確認工程Ｓ３４、ずれ量算出工程Ｓ３５の５工程を有している。
以下、トリミング工程Ｓ３について、詳細に説明する。

まず、リッド確認工程Ｓ３１では、図５に示すように、キャビティ部２を上方に向けた複数個のリッド基材１をステージ５上に升目状に配置し、このリッド基材１を、上方に配置した撮像装置６により撮像する。このとき、複数のリッド基材１を並べて同時に撮像することで、１つの素子あたりの撮像に必要な時間を短縮することができる。そして、撮像データを、撮像装置６に接続する不図示のコンピュータにより解析して、ステージ５を基準とするリッド基材１の位置と角度を取得する。

次に、狙い決定工程Ｓ３２では、Ｓ３１にて取得したリッド基材１の位置および角度と、以下に説明する「ずれ補正値」とを基に、「レーザ照射の狙い」を決定する。
ここで、「レーザ照射の狙い」は、所定の部位をレーザトリミング加工するために決定されるものであり、レーザ加工装置において、レーザの照射パターン、照射パターンの位置および角度にて設定される。このように本明細書において「部位」とは、位置および角度により設定されることが好ましい。
また、「ずれ補正値」は、前回のレーザトリミング加工にて算出された「ずれ量」を基に更新される値である。この「ずれ量」については、後述するずれ量算出工程Ｓ３５にて説明する。

次に、レーザ照射工程Ｓ３３では、狙い決定工程Ｓ３２にて決定したレーザ照射の「所定の狙い部位」を基に、リッド１に対してレーザを照射する。
レーザ照射は、例えば、図６に示されるように、図５のリッド基材１の上方にある撮像装置６に代えてレーザ源７を配置し、レーザ源７からリッド基材１ａに対し上からレーザＬを照射できるようにする。レーザ源７には、例えば、ＹＶＯ４（イットリウムバナデート）を媒体としてレーザＬを照射するレーザ源７を用いることができる。

ただし、撮像装置６をレーザ源７の位置に移動することは、トリミング加工の精度を保つ上で現実的では無い。そこで、ステージ５を可動ステージにして、固定位置にある撮像装置６から固定位置にあるレーザ源７の直下に移動できるようにすることが好ましい。また、ステージ５は、リッド基材１が移動あるいは回転しないように把持固定できる構造、あるいは、リッド基材１を吸着固定できる構造にすることが好ましい。

次に、レーザ照射工程Ｓ３３では、リッド基材１にレーザＬを照射して、リッド基材１の表面に形成されためっき層４の一部を除去するレーザトリミング加工を行う。これにより、図７に示されるように、環状除去部８とマーク部９とを形成する。

本実施形態の環状除去部８は、キャビティ部２の内周面２ｂに形成したＡｕめっき層４ｂが除去されて、Ｎｉめっき層４ａが露出した部分である。このような環状除去部８にすることで、後述するろう材形成工程Ｓ４において、パッケージ本体との接合に用いられるろう材が、キャビティ部２に濡れ広がることを抑制できるようになる。

なお、環状除去部８を、キャビティ部２の内周面２ｂから内底面２ａにかかるように形成すると、内底面２ａに直接照射されるレーザＬの成分と、内周面２ｂに反射して内底面２ａに照射されるレーザＬの成分とが合成し、Ｎｉめっき層４ａを削り取って、内底面２ａを深く加工してしまうことがある。このような深い加工部ができると、パッケージの強度に問題を生じることがあるので、環状除去部８は、内底面２ａから離れた内周面２ｂ上に形成して、内底面２ａを加工しないようにすることが好ましい。より好ましくは、内底面２ａから離れた位置、例えば内周面２ｂと接合面３ａとを跨る位置に形成して、内底面２ａが確実に加工されないようにするのが良い。

マーク部９は、リッド基材１の内周面２ｂ以外の面に形成しためっき層４の一部を除去した部分である。このようなマーク部９を形成することで、後述するマーク部確認工程Ｓ３４にて、環状除去部８の加工部位を確認できるようになる。

ここで、マーク部９は、図６に示されるレーザ源７の配置において、レーザ源７と対向するフランジ部３の接合面３ａ、あるいは、キャビティ部２の内底面２ａに形成することができる。例えば、マーク部９を、キャビティ部２の内底面２ａに形成すれば、接合面３ａのめっき層４が形成された部分を削り取ることなく大きく確保できる。また、フランジ部３の大きさをパッケージ本体との接合強度を保って必要最小限に小さくすることができる。すなわち、パッケージの大きさを小さくできることから、マーク部９は、キャビティ部２の内底面２ａに形成することが好ましい。

マーク部９は、その位置と角度により、平行ずれと回転ずれの両方を算出できるパターンにするのが好ましいものであり、例えば、矩形や不定形にすることができる。特に、レーザの照射により作製が容易であり、エッジ検出により回転ずれを容易に確認できることから、図８に示されるような十字パターンにするのが好ましい。十字パターンは、線分の長さが長いほど、後述するずれ量算出工程Ｓ３５において、精度良くマーク部９の角度ずれを算出できるようになる。
また、マーク部９は、レーザトリミング加工において途切れを生じ難いパターンに形成するのが好ましく、図８のような十字パターンにする場合には、１０〜３０μｍ程度の線太さに形成してパターンを途切れさせないようにするのが好ましい。

なお、環状除去部８とマーク部９は、複数のキャビティリッドを連続して加工するにあたり、いずれか一方のみを連続して形成し、その後、他方のみを連続して形成することもできる。しかし、加工するキャビティリッドの数が多くなると、同じリッド基材１において、環状除去部８とマーク部９の作製時間間隔が長くなり、レーザ源の発熱によって、環状除去部８とマーク部９との位置の相関が、狙い決定工程Ｓ３２にて決定した照射パターンの関係からずれてしまう可能性がある。すなわち、後述するずれ量算出工程Ｓ３５において、正確なずれ量を算出できなくなる可能性がある。

そのため、環状除去部８およびマーク部９は、同じリッド基材１において、短い時間間隔にて形成することが好ましく、同じリッド基材１の表面において環状除去部８とマーク部９を続けて形成することがより好ましい。これにより、環状除去部８とマーク部９との部位の相関を安定させて、複数のリッド基材に対して連続してトリミング加工することができる。

次に、マーク部確認工程Ｓ３４では、リッド確認工程Ｓ３１と同様に、ステージ５上に配したリッド基材１を、上方に配置した撮像装置６により撮像する。そして、撮像により得られた撮像データを解析し、リッド基材１の表面にトリミング加工により形成したマーク部９の部位、すなわち、マーク部９パターンの位置と角度とを確認する。
なお、加工位置確認工程Ｓ３４では、リッド確認工程Ｓ３１で用いた撮像装置６と別の撮像装置により撮像データを取得することもできるが、撮像装置と撮像時のステージ５の位置決めが容易になるように、同じ装置を利用することが好ましい。

前述のように、環状除去部８は、キャビティ部２の内側面２ｂに形成するのが好ましいものであるが、このような部位に形成すると、真上からの撮像では、環状除去部８の部位を確認し難くなることがある。すなわち、環状除去部８を、形成しようとしていた部位に形成できたか否かを確認し難くなり、品質保証が困難になることがある。
そこで、本発明では、キャビティ部２の内側面２ｂ以外の面、具体的には、キャビティ部２の内底面２ａ、あるいは、フランジ部３の接合面３ａの直上から撮像しやすい部位にマーク部９を形成するようにし、このマーク部９の部位を確認するようにしている。そして、マーク部９を、環状除去部８と相関付けられた部位に形成することで、マーク部９の部位から環状除去部８の部位を間接的に確認し、品質保証ができるようにしている。

マーク部９の部位は、パターンマッチング等の技術により確認可能であるが、マーク部９として十字パターンを用いる場合には、濃淡の境界からパターンの位置と角度を検出するエッジ検出を用いるほうが、より高速にマーク部９を確認することが可能になる。十字パターンのエッジ検出では、パターンの位置を２本の線分の交点により確認し、パターンの角度を２本の線分の角度により確認することができる。

次に、ずれ量算出工程Ｓ３５では、狙い決定工程Ｓ３２においてマーク部８を形成しようとしていた部位と、マーク部確認工程Ｓ３４において確認したマーク部９の部位を比較して、レーザトリミング加工のずれ量を算出する。このずれ量は、主にレーザ源の発熱に起因するものであり、マーク部９のパターンの平行ずれ量と回転ずれ量からなる。これらずれ量を基に、狙い決定工程Ｓ３２において用いるずれ補正値を更新することで、複数のキャビティリッドを連続してレーザトリミング加工する際の加工のずれ量を小さくすることができる。

なお、ずれ補正値は、任意の頻度にて更新することができるが、レーザトリミング加工を精度良く連続して行うためには、レーザ源の発熱に起因するずれ量が小さくなるように、トリミング工程Ｓ３が完了する度に更新することが好ましい。

（ろう材形成工程Ｓ４）
ろう材形成工程Ｓ４では、図９に示すように、フランジ部３の接合面３ａ上に、Ａｕ−Ｓｎ合金からなるろう材リング１０を配置し、不活性ガス雰囲気において、ろう材リング１０を溶融する。この工程により、フランジ部３上にろう材を配置したキャビティリッド２０が完成する。

以上のように、本実施形態では、電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法であって、凹状のキャビティ部２の外周にフランジ部３を形成したリッド基材１を準備する準備工程Ｓ１と、リッド基材１の表面にめっき層４を形成するめっき工程Ｓ２と、リッド基材１表面にレーザを照射してめっき層４の一部を除去し、キャビティ部２の内周面３ｂの一部に環状除去部８と、内周面３ｂ以外の面にマーク部９とをそれぞれ形成するトリミング工程Ｓ３と、を有し、トリミング工程Ｓ３では、所定の狙い部位にレーザを照射して、環状除去部８とマーク部９とを形成し、上記狙い部位を調整するためのずれ補正値を、マーク部９を形成しようとしていた部位と、マーク部９が実際に形成された部位とのずれ量を基に更新するようにしている。

これにより、環状除去部８の形成しようとしていた部位からのずれ量を、マーク部９の形成しようとしていた部位からのずれ量を基に算出できるので、マーク部９のパターンの位置および角度を確認して、レーザの狙い位置を間接的に補正することで、環状除去部８を直接検出し難い形状であっても、精度良くレーザトリミング加工された品質の良いキャビティリッドを連続して作製することができるようになる。

以上、本発明について、実施形態を用いて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の記述範囲において、変更することが可能である。

例えば、環状除去部８およびマーク部９は、異なる高さに形成されるので、リッド位置確認工程Ｓ３１および加工位置確認工程Ｓ３４では、撮像装置６の撮像角度と、環状除去部８とマーク部９との高さに起因した誤差が生じることがある。

そこで、上記の２工程では、撮像装置６とリッド基材１との間にテレセントリックレンズを配置する。テレセントリックレンズは、光を平行にする働きがあるので、撮像装置６がリッド基材１を常に鉛直上方から確認できるようにすることができる。これにより、キャビティの深さにかかわらず環状除去部８とマーク部９が精度良く位置確認ができるとともに、ステージ５上に複数のリッド基材１をマトリックス状に配置した確認作業もできるようになるので、位置確認工程の生産性を高めることもできる。

また、レーザ照射工程Ｓ３３でも、リッド位置確認工程Ｓ３１および加工位置確認工程Ｓ３４と同様に、レーザＬの照射角度と、環状除去部８とマーク部９との高さに起因した加工誤差が生じることがある。そこで、レーザ照射工程Ｓ３３においても、レーザ源７とリッド基材１との間にテレセントリックレンズを配置して、レーザＬがリッド基材１に対して常に鉛直上方から照射できるようにすることもできる。これにより、精度良くトリミング加工できるとともに、ステージ５上に複数のリッド基材１をマトリックス状に配置したトリミング加工もできるようになるので、トリミング加工の生産性を高めることもできる。

１ リッド基材
２ キャビティ部
２ａ 内底面 ２ｂ 内側面
３ フランジ部
３ａ 接続面
４ めっき層
４ａ Ｎｉめっき層 ４ｂ Ａｕめっき層
５ ステージ
６ 撮像装置
７ レーザ源
８ 環状除去部
９ マーク部
１０ ろう材リング
２０ キャビティリッド（気密封止用リッド）
Ｌ レーザ

Claims (6)

1. 電子部品収納用パッケージに用いられる気密封止用リッドの製造方法であって、
   凹状のキャビティ部の外周にフランジ部を形成したリッド基材を準備する準備工程と、
   前記リッド基材の表面にめっき層を形成するめっき工程と、
   前記リッド基材表面にレーザを照射して前記めっき層の一部を除去し、前記キャビティ部の内周面の一部に環状除去部と、前記内周面以外の面にマーク部とをそれぞれ形成するトリミング工程と、を有し、
   前記トリミング工程では、所定の狙い部位にレーザを照射して、前記環状除去部と前記マーク部とを形成し、
   前記狙い部位を調整するためのずれ補正値を、前記マーク部を形成しようとしていた部位と、前記マーク部が実際に形成された部位とのずれ量を基に更新する
   ことを特徴とする気密封止用リッドの製造方法。
2. 前記ずれ補正値を、前記トリミング工程が完了する度に更新する
   ことを特徴とする請求項１に記載の気密封止用リッドの製造方法。
3. 前記環状除去部と前記マーク部とを、一の前記リッド基材表面において続けて形成することを特徴とする請求項１または２に記載の気密封止用リッドの製造方法。
4. 前記マーク部を、前記キャビティ部の内底面に形成することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の気密封止用リッドの製造方法。
5. 前記マーク部を、十字パターンに形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の気密封止用リッドの製造方法。
6. 前記環状除去部を、前記内周面と前記フランジ部に跨って形成することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の気密封止用リッドの製造方法。