(57)【要約】      （修正有）【課題】加圧加熱機構において、ワーク加熱押圧時のプローブの温度を安定化させ、確実に所望温度範囲内でワークを封止する構成を提供する。【解決手段】搬送トレー５上に設けられた複数の開口凹部５１に収容されるワークを加熱封止する封止装置は、第１の面２１ａを有する第１のブロック２１、第１の面との間に搬送トレーを挟む第２の面２２ａを有する第２のブロック２２、第１のブロック内に保持され、第１のブロックが備える熱源によって加熱されるプローブ、及びプローブを第２の面に対して垂直な方向に移動させる駆動部を備え、プローブが、本体部２４０、及び本体部から延在し開口凹部を押圧可能に配置される先端部２４１を有し、本体部の長手方向に垂直な面で切った断面積が、先端部の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送トレー上に設けられた複数の開口凹部に収容されるワークを加熱封止する加圧加熱機構であって、
第１の面を有する第１のブロック、
前記第１の面との間に前記搬送トレーを挟む第２の面を有する第２のブロック、
前記第１のブロック内に保持され、該第１のブロックが備える熱源によって加熱されるプローブ、及び
前記プローブを前記第２の面に対して垂直な方向に移動させる駆動部
を備え、
前記プローブが、本体部、及び該本体部から延在し前記開口凹部を押圧可能に配置される先端部を有し、該本体部の長手方向に垂直な面で切った断面積が、該先端部の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも大きい、加圧加熱機構。
【請求項２】
請求項１に記載の加圧加熱機構において、前記プローブが弾性体を備え、該弾性体の前記第１のブロックの一部を基点とする弾性力によって、前記第２の面に対して垂直な方向に前記ワークを押圧する、加圧加熱機構。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の加圧加熱機構において、前記プローブが、前記本体部を挟んで前記先端部と反対側に該本体部から延在されて前記駆動部に接続される終端部を備え、該終端部の長手方向に垂直な面で切った断面積が該本体部の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも小さい、加圧加熱機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加圧加熱機構に関し、より具体的には、容器と蓋体とを封着材により接合して容器内の電子部品を封止する加圧加熱機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子回路の小型化に伴い、電子回路に搭載する圧電振動子などの電子部品も小型化されている。電子部品は、外気の影響を遮断してその特性を安定させるために容器内に密閉（気密に封止）されることがある。例えば水晶振動子の場合、内部に水晶振動子を収容する容器と蓋体とを接合して水晶振動子を封止する。電子部品を容器に封止する方法としてシーム溶接、電子ビーム溶接、雰囲気加熱等がある。シーム溶接と電子ビーム溶接は個別処理のためタクトの短縮が難しいが、雰囲気加熱は複数同時処理ができるのでタクトを短縮できる。雰囲気加熱は、更に処理対象の大きさに影響を受けないため小型の水晶振動子には特に有効であり、近年広く用いられている。
【０００３】
特許文献１は雰囲気加熱方式による融着封止装置の一例を開示する。同文献（例えば、図６）の封止装置は、位置決めパレット（１５）、加熱手段（２０）、押圧突起（２２）、ばね（２３）及び押圧突起を加熱する第２の加熱手段（２４）を備える。位置決めパレットの貫通孔（１６Ａ）上にリッド（１８）及び容器（１７）が重ねて配置され、第２の加熱手段の上昇とともに押圧突起が貫通孔を貫通してリッド及び容器を上昇させる。そして、位置決めパレットの上昇及びばねの弾性力によってリッド及び容器が加熱手段に押し当てられる。ここで、リッド及び容器は加熱手段によって、及び（第２の加熱手段から伝熱される）押圧突起によって加熱される。リッド及び容器はこの加熱状態で押圧突起の押圧により、接合・封止される。
【０００４】
また、図６に従来の加圧加熱機構を示す。加圧加熱機構６は、搬送トレー５上に設けられた開口凹部に収容される電子部品を加熱封止する。図５に示すように、搬送トレー５は複数の開口凹部５１を有し、その開口凹部５１の各々には、電子部品を収容する容器と封着材を設けた蓋体とが重ね合わせて載置される。なお、本明細書において、内部に電子部品を収容する容器と蓋体とを総称して「ワーク」というものとする。図６の加圧加熱機構６は、搬送トレー５を挟む上部加熱ブロック６１及び下部加熱ブロック６２を備え、上部加熱ブロック内に、開口凹部５１のワークを押圧するプローブ６４が設けられる。プローブ６４はプローブ駆動部６５によって図の上下方向に駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４６４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１の封止装置では押圧突起が第２の加熱手段によって加熱され、図６の加圧加熱機構６ではプローブ６４が上部加熱ブロック６１によって加熱される。しかし、ワークの加圧面で必要な熱量に対して押圧突起又はプローブ（以下、「プローブ等」という）全体で保持できる熱量は小さく、プローブ等とワークが接触状態にあると、プローブ等の熱がワークに奪われ、プローブ等の温度が大幅に低下する。また、加圧加熱機構６においては、上部加熱ブロック６１とプローブ６４の伝熱面積が小さいため、プローブ６４とワークの接触時にワークに奪われた熱量をプローブ６４に急速に回復することが難しい。
【０００７】
従って、プローブ等がワークに接触して間もなく、所望の温度による加熱封止ができなくなるという問題があった。さらに、封止材が一旦溶融温度以下となると、封止材を再度溶融温度以上に回復させるのに時間がかかり、タクトが長くなるという問題があった。また、封着材が溶融温度付近で降温及び昇温を繰り返すと、この温度サイクルによって封着材に含まれる金属が蒸発及び濡れ拡りを繰り返すことになり、ワークの封止性能が低下し、好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明は、加圧加熱機構において、ワーク加熱押圧時のプローブの温度を安定化させ、確実に所望温度範囲内でワークを封止する構成を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の加圧加熱機構は、搬送トレー上に設けられた複数の開口凹部に収容されるワークを加熱封止する加圧加熱機構であって、第１の面を有する第１のブロック、第１の面との間に搬送トレーを挟む第２の面を有する第２のブロック、第１のブロック内に保持され、第１のブロックが備える熱源によって加熱されるプローブ、及びプローブを第２の面に対して垂直な方向に移動させる駆動部を備え、プローブが、本体部、及び本体部から延在し開口凹部を押圧可能に配置される先端部を有し、本体部の長手方向に垂直な面で切った断面積が、先端部の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも大きい。
【００１０】
また、プローブが弾性体を備え、弾性体の第１のブロックを基点とする弾性力によって第２の面に対して垂直な方向に前記ワークを押圧する構成とした。
また、プローブは、本体部を挟んで先端部と反対側に本体部から延在されて駆動部に接続される終端部を備え、終端部の長手方向に垂直な面で切った断面積は本体部の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の加圧加熱機構が含まれる封止装置を示す図である。
【図２】本発明の実施例による加圧加熱機構を示す図である。
【図３】図２の加圧加熱機構に用いるプローブを説明する図である。
【図４】本発明の変形例におけるプローブを示す図である。
【図５】一般的な搬送トレーを示す図である。
【図６】従来の加圧加熱機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に本発明の加圧加熱機構が含まれる封止装置を示す。封止装置１は加圧加熱機構２、搬送トレー５を搬送するための搬送機構３、並びに予備加熱機構４ａ及び４ｂを備える。加圧加熱機構２、搬送機構３の一部並びに予備加熱機構４ａ及び４ｂは真空槽１０の内部に配置される。加圧加熱機構２は、詳細を後述するように、搬送機構３によって搬送された搬送トレー５上のワーク各々を加圧及び加熱して容器内の素子を封止する。搬送機構３は搬送トレー５を支持する支持機構３１を備える。本実施例では、支持機構３１は多数の回転体からなり、そこに載置された搬送トレー５が回転体の回転方向に搬送される。なお、支持機構３１は、搬送トレー５を回転力によって搬送するものだけでなく、何らかのガイドによって搬送トレー５を誘導するもの、可動レール等の摺動動作によって搬送するもの等、搬送トレー５を搬送方向に移動できれば他の形態のものであってもよい。なお、図１において、搬送トレー５は図面の左側から右側に向かって搬送されるものとする。搬送トレー５に搭載された複数のワークは、搬送トレー５を処理単位として同時に搬送され、各処理機構で処理される。
【００１３】
図１に示すように、封止装置１は、加圧加熱機構２の前段に予備加熱機構４ａ及び４ｂ（以下、まとめて予備加熱機構４という）を備えていても良い。予備加熱機構４は、加圧加熱機構２によってワークが加圧及び加熱される前に、ワークが載置された搬送トレー５を封着材の融点より低い温度で予備加熱する。段階的に昇温して製造時間を短縮するために封止装置１は２段階の予備加熱機構４を備えているが、予備加熱機構の段数は１又は３以上であっても良い。予備加熱機構４はヒータブロックで搬送トレー５を挟み込み、搬送トレー５とヒータブロックとを面接触させて接触伝熱を行う。輻射率を上げるために事前に搬送トレー５又はヒータブロックの表面を酸化、黒染め処理等をしても良い。予備加熱機構４によって封着材の融点より低い温度で予備加熱しておくと、加圧加熱機構２による加圧及び加熱が短時間で済むので、長時間の加圧及び加熱に起因する封着材の拡散が防止される。また、予備加熱機構４により容器内部の脱ガスが行われる。従って、加圧加熱機構２の前段に設けられた予備加熱機構４は生産性の向上及び封止性能の向上に貢献する。
【００１４】
図２に、図１の加圧加熱機構２の正面図を示す。図１及び図２を参照すると、加圧加熱機構２は、上部加熱ブロック２１、下部加熱ブロック２２、ブロック駆動源２３及び複数のプローブ２４を備える。上部加熱ブロック２１は不図示の支持部材によって真空槽１０内に固定される。上部加熱ブロック２１の挟持面２１ａと下部加熱ブロック２２の挟持面２２ａの間に搬送トレー５が挟まれる。
【００１５】
上部加熱ブロック２１は複数のプローブ２４を、挟持面２２ａ（即ち、開口凹部５１）を押圧可能に整列して保持する。本実施例では、複数のプローブ２４は挟持面２２ａに対して垂直に保持される。上部加熱ブロック２１はヒータ用貫通孔２１ｂを有し、上部加熱ブロック２１を昇温するためのヒータが貫通孔２１ｂに配置され、ヒータによって加熱された上部加熱ブロック２１の熱がプローブ２４に輻射又は伝導によって伝熱される。
【００１６】
下部加熱ブロック２２はブロック駆動源２３によって昇降される。即ち、搬送トレー５が下部加熱ブック２２の挟持面２２ａに載置され、下部加熱ブロック２２がブロック駆動源２３によって上昇されることによって、搬送トレー５が挟持面２１ａと挟持面２２ａの間に挟み込まれる。
【００１７】
プローブ２４の各々は、その長手方向、即ち、下部加熱ブロック２２の挟持面２２ａに対して垂直な方向に可動に保持される。本実施例では、ブロック駆動源２３によって下部加熱ブロック２２が上昇し、搬送トレー５が挟持面２１ａと同時にプローブ２４を押圧し、上昇したプローブ２４が弾性体２６に付勢されてワークを押圧する構成がとられる。ブロック駆動源２３と弾性体２６を用いて押圧する構成であるため、図６に示す従来構成のプローブ駆動部６５を省略することができる。
【００１８】
図２及び３に示すように、プローブ２４は、本体部２４０、本体部２４０からそれぞれ逆方向に延在する先端部２４１及び終端部２４２を有する。本体部２４０の長手方向の長さは先端部２４１の長手方向の長さよりも大きく、即ち、本体部２４０がプローブ２４の大部分を占める。本体部２４０の終端部２４２側端部と上部加熱ブロック２１の段差２１ｃとの間に弾性体（例えば、ばね）２６が周設される。弾性体２６は段差２１ｃを基点として弾性力が生成され、その弾性力によってプローブ２４からワークへの押圧力が調整される。
【００１９】
本実施例では、本体部２４０の長手方向に垂直な面で切った断面積が、先端部２４１の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも大きい。例えば、プローブ２４が全体として円筒形である場合は、本体部２４０の外径が先端部２４１の外径よりも大きい。なお、本実施例では、長手方向に垂直な面で切った断面積は、挟持面２１ａ又は２２ａと平行な面で切った断面積である。また、本明細書において、本体部２４０、先端部２４１及び終端部２４２の断面積とは、当該部の平均断面積をいうものとする。
【００２０】
なお、プローブ２４の材質は熱の伝導率が高く耐久性に優れたものであればよく、例えば、鉄及び銅等の金属であればよい。プローブ２４は削り出し加工によって作製され、棒状の金属材料から本体部２４０の部分を残して先端部２４１及び終端部２４２が切削加工される。
【００２１】
プローブ２４において、本体部２４０の断面積を先端部２４１の断面積よりも大きくしたことにより、プローブ２４の熱容量が増加する。これにより、ワーク加圧時にワークの加圧面で必要な熱量に対してプローブ全体で保持できる熱量を充分確保することができる。従って、プローブ２４とワークが接触状態にあるときでも、プローブ２４の温度を所望の温度範囲内に維持することができる。
【００２２】
また、終端部２４２の長手方向に垂直な面で切った断面積は、本体部２４０の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも小さい。これにより、本体部２４０の熱が終端部２４２側に移動するのを抑制し、プローブ２４の温度を確実に維持することができる。
【００２３】
また、上部加熱ブロック２１とプローブ２４の伝熱面積（即ち、表面積）を図６に示す従来の構成よりも増大させたので、プローブ２４とワークの接触時にワークに奪われた熱量は上部加熱ブロック２１からの伝熱により即座に回復される。従って、本実施例の構成によると、所望かつ略一定の温度による封止材の溶融が可能となる。即ち、従来の構成のように封止材の温度が所望の範囲を外れることがなく、封止材の温度調整時間に起因するタクトの増大を防止することができる。また、封着材が溶融温度付近で降温及び昇温を繰り返すことによる封着材の金属の蒸発や濡れ拡がりを防止することができ、ワークの封止性能が向上する。
【００２４】
なお、上記実施例では、複数のプローブ２４の本体部２４０と先端部２４１が同軸に構成され、それぞれ挟持面２１ａ及び２２ａに対して垂直に保持される構成を示したが、本体部２４０と先端部２４１は同軸に構成されていなくてもよい。例えば、図４に示すように、先端部２４１及び終端部２４２が挟持面２１ａ及び２２ａに対して垂直に構成され、本体部２４０が挟持面２１ａ及び２２ａに対して傾斜して構成されるようにしてもよい。
【００２５】
このような場合でも、本体部２４０の長手方向に垂直な面で切った断面積が、先端部２４１の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも大きくなるようにプローブ２４を形成すれば、本発明の上記効果を得ることができる。そして、終端部２４２の長手方向に垂直な面で切った断面積が、本体部２４０の長手方向に垂直な面で切った断面積よりも小さくなるようにプローブ２４を形成することが望ましい。本変形例では、本体部２４０を挟持面２１ａと終端部２４２の間で傾斜配置することにより、上部ヒータブロック２１に内包される本体部２４０の長さを増すことができ、本体部２４０の熱容量増加に貢献する。言い換えると、高さの低い上部加熱ブロック２１内においても、プローブ２４（本体部２４０）の熱容量を確保することができる。
【００２６】
以上より、本発明の加圧加熱機構によると、ワーク加熱押圧時のプローブの温度を安定化させ、確実に所望温度範囲内でワークを封止することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１．封止装置
２．加圧加熱機構
３．搬送機構
４ａ、４ｂ．予備加熱機構
５．搬送トレー
１０．真空槽
２１．上部加熱ブロック
２１ａ．挟持面
２１ｂ．ヒータ用貫通孔
２１ｃ．段差
２２．下部加熱ブロック
２２ａ．挟持面
２３．ブロック駆動源
２４．プローブ
２６．弾性体
３１．支持機構
５１．開口凹部
２４０．本体部
２４１．先端部
２４２．終端部
【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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