(57)【要約】【課題】  パッケージの封止孔に対して迅速かつ正確に封止用ボールをセットすることができるボールセット治具を提供する。【解決手段】  上記課題を解決するためのボールセット治具は、封止用ボール３２を吸引保持して、前記パッケージに形成された封止孔にセットするためのボールセット治具であって、基板１２の一方の主面に前記ボールを保持する円錐状の座面を備えた座繰り穴１４を設け、前記基板１２の他方の主面に凹陥部１８を設けると共に、前記座繰り穴１４の中心と前記凹陥部１８とを連通する貫通孔１６を設けて前記凹陥部１８側から前記座繰り穴１４に負圧をかける構成としたボール保持部１３を有することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電デバイスのパッケージを孔封止する封止材としてのボールを吸引保持して、前記パッケージに形成された孔にセットするためのボールセット治具であって、
金属板の一方の主面に前記ボールを保持する円錐状の座面を備えた座繰り穴を設け、
前記金属板の他方の主面に凹陥部を設けると共に、
前記座繰り穴の中心と前記凹陥部とを連通する貫通孔を設けて前記凹陥部側から前記座繰り穴に負圧をかける構成としたボール保持部を有することを特徴とするボールセット治具。
【請求項２】
前記座繰り穴、前記凹陥部、及び前記貫通孔を、前記金属板に対して複数設けたことを特徴とする請求項１に記載のボールセット治具。
【請求項３】
前記凹陥部は、前記座繰り穴よりも大きな容積を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のボールセット治具。
【請求項４】
前記ボール保持部を有する基板に、前記ボールと異なる色彩の被覆膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のボールセット治具。
【請求項５】
前記座繰り穴の直径は前記ボールの直径に対して１から１．５倍とし、前記座繰り穴の深さは少なくとも前記ボールの一部が金属板の一主面から突出する深さとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のボールセット治具。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のボールセット治具に、
前記凹陥部を真空引きする真空手段と、
前記凹陥部を加圧する圧空手段と、
前記凹陥部に対して前記真空手段と前記圧空手段とを切換接続する切換手段と、
を備えたことを特徴とするボールセット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電デバイスのパッケージを穴封止する封止材としてのボールを吸引保持し、パッケージに形成された封止孔にセットする治具及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電デバイスのパッケージを孔封止する場合において、複数若しくは多数のパッケージの孔封止を迅速に行う場合には、まず、パッケージを規定の間隔でトレーにセットする。その後、トレーにセットされた個々のパッケージの封止孔に対して封止材（以下、封止用ボールという）をセットする。それぞれのパッケージに封止用ボールをセットした後、当該封止用ボールに対してレーザを照射して溶融させて封止孔の封止を行う（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、トレーにセットされた複数のパッケージのそれぞれに封止用ボールを迅速にセットするためには、封止用ボールを精度良くパッケージの封止孔へ載置することができる治具や装置を用いると良い。パッケージの封止孔に対して封止用ボールをセットする治具としては、真空ピンセットのように封止用ボールを１つずつピックアップして封止孔へセットするものが知られている。しかし、このような治具又は装置では、封止用ボールを１つずつパッケージの封止孔へセットしていくため、効率が悪い。このため、複数の封止用ボールを複数の封止孔に対して一度にセットすることができる治具や装置が望まれているが、これに関する公知技術は不知である。
【０００４】
しかしながら、複数のボールを所定の位置に精度良く配置するための治具は、特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されている治具は、電子部品等を基板等に実装する際に用いられる、フリップチップボンディング用のハンダボールを所定の位置にセットするための治具である。
【０００５】
特許文献２に記載されている治具は、感光性材料層を鋳型として電鋳法によって形成されるものであり、形成材料をニッケルとしている。その形状としては、ボールを収容する穴を有し、その穴の底面の中心付近をボール受面として設定し、前記受面の外側にボールを負圧吸引するための貫通穴を形成したものである。
【特許文献１】特開２００３−２８３２８７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載されているような治具であれば、圧電デバイスのパッケージに形成された封止孔を封止する封止用ボールをセットする用途にも利用することができるように思われる。しかし、特許文献２に記載されている治具は、封止用ボールに比べて径の小さいバンプ用のハンダボールを保持するためのものである。このため、形成材料の厚さは４０μｍ程度と非常に薄く、封止用ボールを保持するための吸引圧力をかけた場合には、形成材料に反りが出てしまう。
【０００７】
また、寸法比率を変更して、形成材料の厚さを封止用ボールを保持可能な程度とした場合であっても次のような問題が残る。特許文献２に記載される治具では、ボールを収容するための穴の底面中央付近をボール受面とし、その外側（周囲）に負圧吸引用の貫通孔を設けるという構成である。このため、封止用ボールを吸引保持するためには、相当強力な負圧吸引力が必要とされる。しかし、強力な負圧はボール保持中において、封止用ボールとボール収容穴の側壁との間から外部空気を吸引することとなるため、封止用ボールを収容している穴の周囲にも吸引力が及ぶ。この場合、穴の周囲に配置された複数の封止用ボールをも吸引することとなり、１つの穴に対して複数の封止用ボールが保持されてしまう可能性がある。そして、１つの穴に複数の封止用ボールが保持された状態でパッケージの封止孔へ封止用ボールをセットしようとした場合、治具とパッケージとのクリアランスがとれず、封止用ボールがパッケージを傷つけてしまう虞がある。
【０００８】
また、形成材料の厚さを厚くする場合には、エッチングやメッキといった科学的加工法で製作することは難しくなるため、同様な手法で治具を作成することはできない。また、機械加工では、微細な孔加工は加工工具の負担が大きいという要因から複雑な形状の微細孔の加工は敬遠される。
【０００９】
そこで本発明は、１つのボール収容穴に対して、１つのボールが高い確率で保持することを可能とし、圧電デバイスのパッケージに形成された封止孔に封止用ボールをセットすることに適したボールセット治具及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るボールセット治具は、圧電デバイスのパッケージを孔封止する封止材としてのボールを吸引保持して、前記パッケージに形成された孔にセットするためのボールセット治具であって、金属板の一方の主面に前記ボールを保持する円錐状の座面を備えた座繰り穴を設け、前記金属板の他方の主面に凹陥部を設けると共に、前記座繰り穴の中心と前記凹陥部とを連通する貫通孔を設けて前記凹陥部側から前記座繰り穴に負圧をかける構成としたボール保持部を有することを特徴とする。
【００１１】
このような構成とすることにより、吸引保持されるボールは円錐状の座面に沿って座繰り穴の中心に誘導される。このため、ボールのホールド性が向上し、吸引圧に無駄が生じにくい。また、ボールは、座面によって保持されることとなるため、貫通孔の吸引口で保持される場合と異なり、吸引圧力によりボールが傷つく虞も無い。また、座繰り穴を設けた面と反対の面に凹陥部を設け、当該面から座繰り穴に負圧をかける構成としたことにより、前記凹陥部がエアチャンバの役割を担うこととなり、ボールの吸引効果を高めることができる。
【００１２】
また、上記構成を特徴とするボールセット治具において、前記座繰り穴、前記凹陥部、及び前記貫通孔を、前記金属板に対して複数設けるようにすると良い。ボールを収容する座繰り穴、凹陥部、及び貫通孔を複数設けることにより、トレーに配置された複数のパッケージの封止孔に対して、一度にボールをセットすることが可能となる。
【００１３】
また、上記構成を特徴とするボールセット治具において、前記凹陥部は、前記座繰り穴よりも大きな容積を有するようにすると良い。凹陥部の容積を大きくすることにより、ボールの吸引効果を高めることができると共に、吸引側（吐出側）の圧力変動の影響を受け難くなり、一定の力での吸引保持がしやすくなる。
【００１４】
また、前記ボール保持部を有する基板には、前記ボールと異なる色彩の被覆膜を形成すると良い。ボール保持部を有する基板をボールと異なる被覆膜で覆うことにより、ボールを保持（収容）している座繰り穴と保持（収容）していない座繰り穴との目視判定が容易となる。
【００１５】
さらに、前記座繰り穴の直径は前記ボールの直径に対して１から１．５倍とし、前記座繰り穴の深さは少なくとも前記ボールの一部が金属板の一主面から突出する深さとすることが望ましい。座繰り穴の寸法を上記のように定めることにより、１つの座繰り穴に対して複数のボールが収容されてしまう虞が無く、ボールを確実に保持することができる。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明に係るボールセット装置は、上記構成から成るボールセット治具に、前記凹陥部を真空引きする真空手段と、前記凹陥部を加圧する圧空手段と、前記凹陥部に対して前記真空手段と前記圧空手段とを切換接続する切換手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
このような構成を特徴とするボールセット装置によれば、真空手段によってボールを保持することができ、パッケージの封止孔にボールをセットする際には、圧空手段によりボールを開放することができる。また、ボールの保持に関しては、上記治具の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のボールセット治具、及びボールセット装置に係る実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の形態であり、本発明は以下の実施形態のみに拘束されるものではない。
【００１９】
図１は本発明のボールセット治具及び装置に係る実施形態を示す図である。
本実施形態のボールセット治具１０は、一方の主面に封止用ボール３２を保持（収容）するための孔（ボール保持部）１３を複数設けた基板１２と、前記基板１２の側面及び他方の主面を覆う枠部２０とを基本構成とする。
前記基板１２は、軽く、加工性が良い金属材料であることが望ましい。上記条件の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）を挙げることができる。
【００２０】
前記基板１２に設けられたボール保持部１３は、図２に詳細を示すように、封止用ボール３２を収容するための座繰り穴１４と、その反対面に形成された凹陥部１８と、前記座繰り穴１４と前記凹陥部１８とを連通する貫通孔１６とより構成されている。
【００２１】
前記座繰り穴１４は、座面に封止用ボール３２を保持する円錐状のテーパ面１４ａを備えた穴である。座繰り穴１４の穴径は、封止用ボール３２を収容可能な大きさで、１つの穴に対して複数の封止用ボール３２が収容されない程度の大きさとすれば良い。望ましくは、封止用ボール３２の直径を１とした場合に、座繰り穴１４の直径が１〜１．５倍の比率となれば良い。また、座繰り穴１４の深さは、少なくとも封止用ボール３２の一部が基板１２の板面（主面）から突出する深さであれば良いが、望ましくは封止用ボール３２の半分程度が突出する深さであると良い。
【００２２】
前記凹陥部１８は、その形状に特に限定は無く、円形をした穴でも良いし、多角形をした穴であっても良い。望ましい条件は、凹陥部１８として形成された穴の容積を、前記座繰り穴１４の容積よりも大きくすることである。
【００２３】
前記貫通孔１６は、前記座繰り穴１４の中心と前記凹陥部１８とを連通する貫通孔である。貫通孔１６の孔径は、前記封止用ボール３２の直径よりも小さければ良い。なお、望ましくは、封止用ボール３２の直径に対して、１割から８割程度の大きさの開口部を有する貫通孔であると良い。
【００２４】
また、上記のように形成したボール保持部１３を有する基板１２には、収容する封止用ボール３２と異なる色彩の被覆膜１９を形成する。前記被腹膜１９は、前記座繰り穴１４に封止用ボール３２を収容する際に、封止用ボール３２を収容した座繰り穴と収容していない座繰り穴との目視判定を容易にするために施すものである。前記封止用ボール３２は、金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）からなる合金によって形成されるものが良く知られており、その表面は金属光沢を有する。このため、前記被腹膜１９は、封止用ボール３２の識別性を向上させる艶消し素材とすることが望ましい。具体的には、黒アルマイトのコーティングを挙げることができる。黒アルマイトは、黒色をしており、表面硬度が高く、耐磨耗性に優れているため、金属同士の接触によっても剥離しにくい。
【００２５】
前記枠部２０は、基板１２の側面を覆う部位２０ａと、基板１２における他方の面を覆う部位２０ｂとから構成される。基板側面を覆う部位２０ａは、詳細を後述するように、基板１２における一方の主面に供給される複数の封止用ボール３２が基板１２の外部へ散乱する（転がり出る）ことを防止する役割を担う。基板１２における他方の面を覆う部位２０ｂは、前記他方の主面に設けられた複数の凹陥部１８の空間を繋ぐ空隙２２と、前記空隙２２を介して前記複数の凹陥部１８に対して真空又は圧空をかけるための外部開口２４とを有する。
【００２６】
上記のように形成されるボール保持部１３において、座繰り穴１４の形状及び寸法を上記条件とすることにより、封止用ボール３２を効率良く座繰り穴１４に収容することができる。また、座繰り穴１４の直径と深さを上記のような条件とすることにより、１つの座繰り穴１４に対して２つ以上の封止用ボール３２が収容、又は付帯された状態で保持されることを防止することができる。また、座繰り穴１４の座面に円錐状のテーパ面１４ａを設けたことにより、封止用ボール３２を収容した際に封止用ボール３２が座繰り穴１４の中心へ誘導される。また、前記テーパ面１４ａにより封止用ボール３２のホールド性が良好となり、吸引時エネルギー効率が高くなる。
【００２７】
また、基板１２に前記凹陥部１８を設けることにより、前記凹陥部１８がエアチャンバの役割を担う。これにより、封止用ボール３２の吸引効率を高めることができる。さらに前記凹陥部１８の容積を前記座繰り穴１４の容積よりも大きくすることにより、封止用ボール３２の吸引効果を高めることができると共に、真空手段により真空（又は圧空手段により圧空）をかけた際に、圧力変動の影響を受け難くなり、封止用ボール３２に対して一定の力で真空又は圧空をかけることができる。
上記のような構成のボール保持部１３は、１つの基板１２を機械加工することによって形成することができるため、高い強度を得ることができ、反りが生じ難い。
【００２８】
ボール保持部１３の加工は、まず、平滑平面を形成した基板１２の表面（他方の主面）に凹陥部１８を形成する。加工方法は、エンドミル等を用いた穴開け加工で良い。穴の深さは、基板１２の厚さ、強度等を考慮して定められるが、概ね封止用ボール３２の直径の１．３倍程度の板厚を残すようにすれば良い。この凹陥部１８を形成することには、上述した理由の他、後述する貫通孔１６の形成に際しての工具の負担を軽減するという理由もある。
【００２９】
凹陥部１８の形成終了後、基板１２の一方の主面に座繰り穴１４を形成する。座繰り穴１４は座面を円錐状のテーパ面１４ａとすることより、ドリルによる穴開け加工で良い。座繰り穴１４の加工終了後、前記座繰り穴１４の中心から前記凹陥部１８へ貫通する貫通孔１６を形成する。加工は、ドリルで行うようにすると良い。このような加工工程によれば、ドリルは座繰り穴のテーパ面１４ａをガイドとして利用することができるため、ドリルが弾かれて破損するといった虞が無い。
【００３０】
上記のようなボールセット治具１０に対し、図１に示す真空手段２８、及び圧空手段２６を接続することによって、前記ボール保持部１３を介して封止用ボール３２を吸引保持し、所定の位置で開放することを可能とするボールセット装置とすることができる。
【００３１】
接続形式としては、前記枠部２０に形成された外部開口２４に対して２方向３ポートの切換弁３０を接続し、それぞれの分岐経路２７，２５に対して前記真空手段２８又は前記圧空手段２６のいずれかを接続すれば良い。このような構成により、前記切換弁３０により分岐経路の接続を切り換えるだけで真空、圧空の切り換えが可能となる。
【００３２】
なお、前記枠部２０に設ける外部開口２４を２つとし、それぞれの外部開口に真空手段２８又は圧空手段２６のいずれかを直接接続するようにしても良い。また、前記真空手段２８としては、真空ポンプ、前記圧空手段２６としては、コンプレッサを挙げることができる。
【００３３】
上記のようなボールセット装置を用いて圧電デバイスのパッケージに形成された封止孔に封止用ボール３２をセットする場合には、図３に示すような工程で行う。
まず、トレー５０に、複数のパッケージ５２をセットする。なお、前記パッケージ５２は、前記ボールセット治具１０をトレー５０に対向させた時に、前記基板１２に形成したボール保持部１３とパッケージ５２に形成された封止孔５４とのそれぞれが向かい合う位置となるようにセットする（図３（Ａ）参照）。
【００３４】
その後、ボールセット治具１０のボール保持面である一方の主面に多数の封止用ボール３２を流し込む（配置する）。この時、封止用ボール３２はボールセット治具１０の基板１２上で転がるが、上述した枠部２０によりボールセット治具１０の外部へ転がり出ることは無い。封止用ボール３２を基板１２上に流し込んだ後、真空手段２８を作動させてボール保持部１３に真空をかけ、ボールセット治具１０を揺動させる。ボールセット治具１０を揺動させることにより封止用ボール３２は、ボール保持部１３の座繰り穴１４へ収容される。また、ボール保持部１３には真空がかけられているため、座繰り穴１４の周囲を転がる封止用ボール３２は吸引されて収容されるため、収容の効率が高い（図３（Ｂ）参照）。
【００３５】
全てのボール保持部１３に封止用ボール３２を収容した後に、封止用ボール３２が基板１２上に残った場合、ボールセット治具１０を傾けて基板１２上に残った封止用ボール３２を基板１２上から取り除く。基板１２を傾けた場合であっても、ボール保持部１３には真空手段２８による真空がかけられているため、収容された封止用ボール３２が脱落することは無い（図３（Ｃ）参照）。
【００３６】
余剰な封止用ボール３２を基板１２上から取り除いた後、ボールセット治具１０を反転させてパッケージ５２がセットされたトレー５０に対向させる。対向させた際のトレー５０とボールセット治具１０の基板１２との間隔は、ボール保持部１３に圧空をかけて封止用ボール３２を開放した際に、封止用ボール３２がパッケージ５２の封止孔５４から飛び出さない程度とすれば良い。したがって、図４に示すように、パッケージ５２の封止孔形成面と、基板１２の座繰り穴形成面との間隔が、封止用ボール３２の直径よりも狭くなるようにすれば良い。また、望ましくは、パッケージ５２に形成された封止孔５４に、封止用ボール３２の少なくとも一部が収容された状態となる間隔とすれば良い。なお、トレー５０とボールセット治具１０との間には図示しないガイドを設け、ボールセット治具１０がトレー５０に対して平行かつ正確な位置で向かい合うようにすると良い（図３（Ｄ）参照）。
【００３７】
上記のようにしてトレー５０とボールセット治具１０とを対向させた後、真空手段２８を停止し、切換弁３０により圧空手段２６に接続された分岐経路２５を選択する。枠部２０の外部開口２４への接続経路として圧空手段２６側の分岐経路２５を選択した後、圧空手段２６を駆動してボール保持部１３に圧空をかけ、座繰り穴１４に収容した封止用ボール３２を開放し、パッケージ５２に形成された封止孔５４に落とす。
【００３８】
その後、圧空手段２６を停止し、ボールセット治具１０を取り外す。以上の工程により、トレー５０にセットされた複数のパッケージ５２の封止孔５４のそれぞれに、封止用ボール３２を正確かつ迅速にセットすることができる。
【００３９】
なお、上記実施形態におけるボールセット工程では、ボールセット治具１０を手作業で揺動させ、トレー５０にセットするように記載したが、ボールセット治具１０を他の装置に装備して封止用ボール３２のセットを行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のボールセット治具及び装置の構成を示す図である。
【図２】本発明のボールセット治具の特徴部分を示す図である。
【図３】本発明のボールセット治具を用いてパッケージに形成された封止孔に封止用ボールをセットする工程を示した図である。
【図４】ボールセット治具をパッケージに対向させた場合の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０………ボールセット治具、１２………基板、１３………ボール保持部、１４………座繰り穴、１４ａ………テーパ面、１６………貫通孔、１８………凹陥部、２０………枠部、３２………封止用ボール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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