(57)【要約】  【課題】  シーム接合時のリッドの浮き上がりを防止し、接合の信頼性の向上を図る。  【解決手段】  チップを収納するパッケージ１の開口部にリッド２を載置し、このリッドの対向する２辺に一対のローラ電極３ａ、３ｂを転接させつつ両電極間に通電し、前記２辺をパッケージにシーム接合するパラレルシーム接合方法において、リッド２の一方の対向する２辺のそれぞれ１箇所をスポット接合することによりこのリッド２をパッケージ１に仮止めし、次にこのリッド２の他方の対向する２辺をシーム接合し、次に前記一方の対向する２辺をシーム接合することを特徴とするパラレルシーム接合方法。【選択図】          図１
2006114710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップを収納するパッケージの開口部にリッドを載置し、このリッドの対向する２辺に一
対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前記２辺をパッケージにシーム接合す
るパラレルシーム接合方法において、前記リッドの一方の対向する２辺のそれぞれ１箇所
をスポット接合することによりこのリッドを前記パッケージに仮止めし、次にこのリッド
の他方の対向する２辺をシーム接合し、次に前記一方の対向する２辺をシーム接合するこ
とを特徴とするパラレルシーム接合方法。
【請求項２】
少なくとも前記他方の対向する２辺のシーム接合において、接合を開始してからの接合位
置が少なくとも全接合長さの３分の１に達するまでは、前記両電極間に通電する電流のピ
ーク値が、この接合での最大値となる前の漸増領域であることを特徴とする請求項１に記
載のパラレルシーム接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、水晶振動子等のチップを収納したパッケージの開口部に金属製
の蓋板であるリッドをシーム接合するパラレルシーム接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子、水晶振動子等のチップをパッケージ気密封止する方法として、
パラレルシーム接合法が広く用いられている。図５は従来からあるシールリング付きパッ
ケージの断面図であり、まずセラミック基板５１に金属製シールリング５２をろう接して
なるパッケージ５３の内部に半導体素子等のチップ５４を収納し、このチップ５４をワイ
ヤ５５によって外リード５６に電気的に接続したものを準備する。このパッケージ５３の
開口部にはコバール等からなるリッド５７が位置決めされて載置される。
【０００３】
このとき、位置決めされたリッド５７がシーム接合されるまでに何らかの外力で位置ず
れしてしまったり、シーム接合を開始するためにローラ電極が接触することで位置ずれし
てしまうことを避けるために、リッドは通常スポット接合によって仮止めされる。
【０００４】
この仮止めは作業性の理由から一般にシーム接合のためのローラ電極で行われることが
多く、図６（ａ）で示すように、リッド５７の対向する２辺、例えば長辺側の２辺の略中
央部に一対のテーパ付きのローラ電極５８ａ、５８ｂを接触させ、転接させることなく電
極間に通電し、そのままローラ電極５８ａ、５８ｂを上昇させてリッド５７から離隔させ
る。
【０００５】
そして図６（ｂ）で示すように、このリッド５７の長辺側の２辺の一端縁部イにローラ
電極５８ａ、５８ｂを一定の加圧条件の下で接触させ、この状態でパッケージ５３をステ
ージ５９と共に矢印アの方向に移動させると同時にローラ電極５８ａ，５８ｂにパルセー
ション通電を行い、この時発生するジュール熱により長辺を溶融しパッケージ５３にシー
ム接合する。
【０００６】
このようにして長辺のシーム接合が終了すると、ローラ電極５８ａ，５８ｂを一旦上昇
移動させて電極間隔を調整すると共にパッケージ５３を図６（ｃ）に示すように水平面内
にて９０°回転させる。その後、再びローラ電極５８ａ，５８ｂを下降させて他の対向す
る２辺、すなわち短辺を同様にシーム接合し、チップ５４の封止を完成させるものである
。
【０００７】
ここで、リッド５７のコバール等からなる母材の少なくとも下側の表面には、一般にＮ
ｉめっきが施してあり、シールリング５２もコバール等からなる母材にＮｉ下地のＡｕめ
っきが施されている。そして前記Ｎｉめっき及びＮｉ下地のＡｕめっきが接合時のろう材
として機能するため、実際にはリッド５７の母材及びシールリング５２の母材はほとんど
溶融しないで接合が行われる。
【０００８】
また、上述したようなシールリング付きパッケージのほかに、近年ではシールリングの
ないパッケージを用いた封止構造が普及してきており、このシーム接合法は一般にシール
リングレスシーム法あるいはダイレクトシーム法と称されている（以下このシーム接合法
をダイレクトシーム法と呼ぶ）。このダイレクトシーム法は、シールリングを用いない分
パッケージ全体を低背化でき、また、パッケージのコストを下げることが可能となるので
採用が広まったものである。
【０００９】
ダイレクトシーム法の基本構造は特許文献１に開示されており、これを図７（ａ）に基
づいて説明する。パッケージ６１の開口部周縁には、シールリングを設けずメタライズ層
６２のみが形成され、このメタライズ層６２にもＮｉ下地のＡｕめっきが施されている。
【００１０】
ここで、このメタライズ層は、セラミック製のパッケージ上に電極や配線パターンを形
成する工程において、これらと同時に形成可能なものであって、シールリング付きパッケ
ージにおいてもシールリングをパッケージにろう接するために形成されていたものである
。また、このように構成されたパッケージ６３の内部構造は前述したシールリング付きの
パッケージと同等であるため説明を省略する。
【００１１】
また、このパッケージ６３の開口部に配置するリッド６４の下面には、Ｎｉめっき層６
５が形成されており、ローラ電極によるパラレルシーム接合を行うことにより、前記Ｎｉ
めっき層６５及びパッケージ開口部周縁のめっき層が溶融してろう材となり、封止が行わ
れるというものである。
【００１２】
さらに近年のダイレクトシーム法は、図７（ｂ）で示すようにリッド６４の下面にＡｇ
−Ｃｕ合金からなるろう材層６６がクラッドされて形成されたものに移行してきている。
この移行は、従来からも問題となっているパッケージとリッドとの熱膨張率の差による応
力を緩和することを目的とするものであって、シールリングが省略されたことで該応力を
吸収するものを失い、以前にも増してこの応力が問題となるため、接合温度を低くして応
力の発生自体を低減すべく、約１４５０℃と融点の高いＮｉに替えて、約７８０℃と融点
の低いＡｇ−Ｃｕ合金のろう材を採用したものである。
【００１３】
また、このろう材層６６は必ずしもＡｇ−Ｃｕ合金である必要はなく、さらに融点の低
いＡｕ−Ｃｕ合金等であってもよいが、所定の融点になるような合金比率にコントロール
してろう材層を形成する必要があるため、まずろう材用の合金箔として単独で製造し、こ
れを母材とクラッドするのが通常である。したがって、このろう材層はめっきのように数
μｍの厚さにするのは困難であり、１５から３０μｍ厚となるのが一般的である。
【００１４】
【特許文献１】特開平６−１４０８６６号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述したようなダイレクトシーム法を従来どおりの方法で行った場合、
次のような問題が生じることを発明者等は見出した。この問題を図８に基づいて説明する
。図８はシールリングのないパッケージとＡｇ−Ｃｕ合金のろう材を母材にクラッドした
リッドとを用いて、図６で説明したシーム接合工程と同様の封止作業を行った場合の側面
図である。
【００１６】
図８において、６１は前述したようにシールリングを設けていないダイレクトシーム法
用のパッケージであり、開口部周縁にはメタライズ層とこれに施されたＮｉ下地のＡｕめ
っきが形成されている。また６８はリッドであり、コバールからなる母材６７とＡｇ−Ｃ
ｕ合金からなるろう材６６とをクラッドし、打ち抜き成型されたものである。
【００１７】
ここでまず、図８（ａ）で示すように、一対のローラ電極５８ａ、５８ｂが下降し、リ
ッド６８の対向する２辺（この場合長辺とする）の略中央付近に接触する。そして両電極
間に通電することで、図のウで示す位置とその対辺側との合わせて一対の点がスポット接
合され、リッド６８が仮止めされる。
【００１８】
次に、ローラ電極５８ａ、５８ｂをリッド６８の前記長辺の片端から転接させつつ通電
し、シーム接合を開始する。したがって、これにつれてリッド６８のろう材６６も溶融し
、ろう接がリッド６８の片端から中央部に向けて進行してゆく（図８（ｂ））。
【００１９】
しかしこのとき、ろう材６６は厚さがめっき層のように数μｍではなく１５から３０μ
ｍの層であるため、図８（ｃ）で示すようにローラ電極５８ａ、５８ｂの押圧力を受けて
大きく潰れる。そしてろう材６６の片側の潰れは、リッド６８の他端を持ち上げる方向に
作用し、リッド６８の他端とパッケージ６１とのあいだに間隙オが生じてしまう。
【００２０】
このとき、ローラ電極５８ａ、５８ｂの位置が図を見て左側にあり、前述したスポット
接合の位置ウに達していないときは、この仮止めのための接合が前記間隙オの発生を防ぐ
方向に働くことを期待するが、実際には接合箇所の発熱が金属製のリッド６８を伝導し、
この仮止めのための接合部を溶融してしまうため、やはり前記潰れが発生し、その結果間
隙オが生ずる。
【００２１】
その後、図８（ｄ）で示すようにローラ電極５８ａ、５８ｂは転接を継続し、前記長辺
を全てシーム接合するが、この一連の転接の後半部（図にカで示す）は、前述したような
リッド６８をパッケージ６１から浮かせる方向の力に抗してローラ電極５８ａ、５８ｂが
押圧力を加えた結果の接合であるため、前半部と比較して接合条件が変化しており、実験
の結果も、接合不良の発生箇所がこの後半部に集中することが認められた。
【００２２】
本発明はこのような課題を解決すべく創出されたもので、リッドに設けられたろう材層
が数十μｍと厚いものであっても、リッド全周を安定した接合品質でシーム接合するパラ
レルシーム接合方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は第１の態様として、チップを収納するパッケージの開口部にリッドを載置し、
このリッドの対向する２辺に一対のローラ電極を転接させつつ両電極間に通電し、前記２
辺をパッケージにシーム接合するパラレルシーム接合方法において、前記リッドの一方の
対向する２辺のそれぞれ１箇所をスポット接合することによりこのリッドを前記パッケー
ジに仮止めし、次にこのリッドの他方の対向する２辺をシーム接合し、次に前記一方の対
向する２辺をシーム接合することを特徴とするパラレルシーム接合方法を提供するもので
ある。
【００２４】
また本発明は第２の態様として、少なくとも前記他方の対向する２辺のシーム接合にお
いて、接合を開始してからの接合位置が少なくとも全接合長さの３分の１に達するまでは
、前記両電極間に通電する電流のピーク値が、この接合での最大値となる前の漸増領域で
あることを特徴とする第１の態様として記載のパラレルシーム接合方法を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、一方の対向する２辺をスポット接合して仮止めし、次に他方の対向す
る２辺をシーム接合するので、他方のシーム接合の段階で前記仮固定が溶融しない。した
がって、ダイレクトシーム法によるシーム接合であっても接合不良を低減することができ
、特にコストアップを伴うことなく封止作業の信頼性を高めることが可能となる。つまり
、信頼性を低下させることなく、低廉なパッケージ（シールリングのないパッケージ）を
用いた封止が実現できる。
【００２６】
また前記発明に併せて、前記他方の対向する２辺をシーム接合するとき、接合長さが全
接合長さの３分の１に達するまでは、接合電流のピークが最大値に至らないようにコント
ロールすることで、接合前半のろう材層の潰れ量を低減させ、接合後半の接合信頼性をさ
らに向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に添付図面を参照して本発明に係るパラレルシーム接合方法の実施形態を詳細に説明
する。
【００２８】
図１は本発明に係るパラレルシーム接合の工程を説明するための斜視図である。図１に
おいて、１はパッケージ、２はリッド、３ａ、３ｂは一対のローラ電極である。このパッ
ケージ１はセラミックからなり、図示しない開口部周縁にはシールリングを設けずにメタ
ライズ層を形成し、これにＮｉ下地のＡｕめっきが施されている。
【００２９】
またリッド２は、コバールからなる母材４とＡｇ−Ｃｕ合金からなるろう材５とをクラ
ッドして打ち抜くことで形成されており、母材４の厚さは７０μｍ、ろう材５の厚さは３
０μｍとなっている。そして本実施形態で使用するリッド２は、長辺が３ｍｍ短辺が１．
５ｍｍの矩形の板材で、４角が若干のＲ仕上げとなっている。
【００３０】
まず、図１（ａ）に示すように一対のローラ電極３ａ、３ｂをリッド２の一方の対向す
る２辺に接触させ両電極に通電することで、リッド２とパッケージ１をスポット接合し、
仮止めを行う。
【００３１】
次に、図１（ｂ）に示すようにローラ電極３ａ、３ｂあるいはパッケージ１の方向を水
平面内で９０°回転させ、他方の対向する２辺の一端キに接触させると共に所定の押圧力
でリッド２を押圧する。そしてローラ電極３ａ、３ｂを矢印ク方向に転接させると共に両
電極間に通電する。この通電はシーム接合用電源により行われ、両電極間には電流制御さ
れたパルス電流が通電及び休止の時間も制御されて流れるようになっている。
【００３２】
次に、図１（ｃ）に示すようにローラ電極３ａ、３ｂあるいはパッケージ１の方向を再
び水平方向に９０°回転させ、先ほどスポット接合がなされた前記一方の対向する２辺を
シーム接合する。このようにしてリッド２の４辺がパッケージにシーム接合されて封止が
行われるが、この作業を不活性ガス環境や真空環境で行うことにより、封止後のパッケー
ジ内部を不活性ガス環境や真空環境に維持することが可能である。
【００３３】
ここで図１（ｂ）で示した他方の対向する２辺のシーム接合の様子を図２に側面図で示
す。図２においては、ローラ電極３ａ、３ｂが図を見て左から右方向に移動しつつリッド
２に転接し、併せて両電極に通電している。このとき図にケで示す領域のろう材５は溶融
し、ローラ電極３ａ、３ｂの押圧力により潰れようとするが、図で示すコの位置でリッド
２がパッケージ１に固定されているので、リッド２の左側の潰れ及び右側の浮き上がりを
防ぐことができる。
【００３４】
またさらに接合の信頼性を高めるには、両電極間の通電を次のようにコントロールする
。このときの通電の様子を図３に示す。図３は図２で示した側面図に電流のピーク値の推
移を関連付けて示したものである。図の上段はリッド２の長辺をローラ電極３ａ、３ｂが
転接する様子を示す図、中段はリッド２の長辺（本実施形態の場合３ｍｍ）の接合長さに
対応した目盛、下段はローラ電極３ａ、３ｂに流す電流のピーク値の推移を表すグラフで
ある。また、グラフが電流のピーク値を表しているのは、電流が時間的に細かく通電と休
止を繰り返すパルス状の電流であるからである。
【００３５】
このグラフで示すように、少なくとも接合開始から１ｍｍ（全接合長さの３分の１）ま
での領域を、電流のピーク値が最大値になるまでの漸増領域にすることで、この接合の後
半の接合信頼性をさらに高めることができる。なぜならリッド２は一般的に厚さ０．１ｍ
ｍと薄く、図２のコで示す位置が仮止めされているとしても、リッド２の左側のろう材が
大きく潰れた場合は、このリッド２の右側は撓みを伴ってパッケージ１から浮き上がる方
向に力が作用するからである。
【００３６】
これまでの実施形態の説明は、一方の対向する２辺の仮固定、他方の対向する２辺のシ
ーム接合及び前記一方の対応する２辺のシーム接合を同一の一対のローラ電極によって行
うように説明してきたが、実際の生産現場で広く行われている封止作業は、次に説明する
ようにそれぞれ別個のエリアで別個の電極を用いて実施される。
【００３７】
図４はこのようなシーム接合装置を上方から見た図であり、パッケージ１１が矢印Ａか
ら供給され、さらにリッドが矢印Ｂから供給される。また、シーム接合が終了したパッケ
ージは矢印Ｃから排出される。
【００３８】
ここで、矢印Ａから供給されたパッケージ１１は、エリアＤでキャリアボード１２に搭
載される。キャリアボード１２は板状部材からなり、上面にはパッケージ１１の位置決め
用穴が複数凹設されている。複数のパッケージ１１は、この複数の位置決め用穴に搭載さ
れた状態でキャリアボード１２と共に下流の工程であるエリアＥに搬送される。
【００３９】
一方矢印Ｂから供給されたリッドは、エリアＥでパッケージ１１に載置され、さらに仮
止めのためにスポット接合される。このスポット接合は仮止め用の電極によって行われる
が、一般には電極のメンテナンス周期を長くするために、電極自身を所定の接合回数ごと
に回動させることによって接触面を換えられる一対のローラ電極が用いられる。また、こ
の仮止めは複数のパッケージ１１がキャリアボード１２に載置された状態のままで行われ
、さらに下流の工程であるエリアＦに搬送される。
【００４０】
エリアＦはパッケージ１１の搬送方向と直交する両側縁（例えば長辺）をシーム接合す
るエリアであり、先端に一対のローラ電極を備えたシーム接合ヘッド１３が設けられ、こ
のローラ電極の転接はステージ１４が矢印サの方向に移動することで行われる。また、シ
ーム接合ヘッド１３は、搬送方向（矢印シの方向）に移動可能に設けられているのでキャ
リアボード１２上の全数のパッケージ１１に対してシーム接合を行える。
【００４１】
次に搬送されるエリアＧは、搬送方向と平行な両側縁（例えば短辺）をシーム接合する
エリアであり、ここにも一対のローラ電極を備えたシーム溶接ヘッド１５が設けられ、こ
のローラ電極の転接はステージ１６が矢印スの方向に移動することで行われる。また、こ
のシーム接合ヘッド１５は搬送方向と直交する方向に移動可能に設けられているので、キ
ャリアボード１２上の全数のパッケージ１１に対してシーム接合を行える。その結果４辺
のシーム接合が完了し、複数の封止済みのパッケージ１１を搭載してキャリアボード１２
が矢印Ｃから排出される。
【００４２】
このような工程でシーム接合を行った場合、エリアＥで行われるスポット接合を、エリ
アＦでシーム接合されるリッドの長辺ではなく短辺に行えば、本発明に係るシーム接合方
法が容易に実施でき、また接合作業全体に要する時間もまったく増加しないので、作業効
率に影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の１実施形態を示す斜視図
【図２】本発明の１実施形態を示す側面図
【図３】本発明の１実施形態を示す模式図
【図４】本発明の他の実施形態を示す平面図
【図５】従来の技術を示す断面図
【図６】従来の技術示す平面図
【図７】従来の技術示す断面図
【図８】従来の技術を示す側面図
【符号の説明】
【００４４】
１、１１  パッケージ
２  リッド
３ａ、３ｂ  ローラ電極
４  母材
５  ろう材
１２  キャリアボード
１３、１５  シーム接合ヘッド
１４、１６  ステージ
【図１】
2006114710.tif 000003
【図２】
2006114710.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006114710.tif 000006
【図５】
2006114710.tif 000007
【図６】
2006114710.tif 000008
【図７】
2006114710.tif 000009
【図８】
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