(57)【要約】【課題】リッドの発熱を抑制できるとともに、使用電力量を低減できる溶接装置及び溶接法を提供する。【解決手段】一対のローラ電極３１を具備し、該一対のローラ電極３１を、電気伝導性のリッド３７に当接させ、ローラ電極３１間に通電してリッド３７をセラミックパッケージ３５に溶接する溶接装置であって、一対のローラ電極３１間に、リッド３７よりも高い電気伝導度を有し、かつリッド３７に当接する分流体３３を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のローラ電極を具備し、該一対のローラ電極を、電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記ローラ電極間に通電して前記被溶接部材を基体に溶接する溶接装置であって、前記一対のローラ電極間に、前記被溶接部材よりも高い電気伝導度を有し、かつ前記被溶接部材に当接する分流体を具備することを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
分流体は、ローラ電極と連動し、常時ローラ電極間に位置することを特徴とする請求項１記載の溶接装置。
【請求項３】
分流体は、被溶接部材上面を転動する分流ローラであることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置。
【請求項４】
分流体は、被溶接部材上面を転動する一対のローラと、該一対のローラを接続する伸縮可能な接続部材とからなることを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置。
【請求項５】
分流体は、基体との溶接部以外における被溶接部材表面に当接することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の溶接装置。
【請求項６】
基体はセラミックパッケージであり、被溶接部材は金属製リッドであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の溶接装置。
【請求項７】
一対のローラ電極を、電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記ローラ電極間に通電して前記被溶接部材を基体に溶接する溶接法であって、前記ローラ電極間に、前記被溶接部材よりも高い電気伝導度を有する分流体を前記被溶接部材に当接させながら、前記ローラ電極で溶接することを特徴とする溶接法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接装置及び溶接法に関し、特に、ＳＡＷフィルタ、水晶発振子、ハイブリッドＩＣ等のセラミックパッケージの気密封止を行う溶接装置及び溶接法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来から、ＳＡＷフィルタ、水晶発振子、ハイブリッドＩＣ等に使用されるセラミックパッケージは、製品の特性安定性、信頼性ならびに耐環境性能を向上するために気密封止することが行われている。
【０００３】
気密封止するためには、セラミックパッケージ内に機能部品、電子回路等を搭載後、不活性ガス雰囲気中において該セラミックパッケージ封止部にリッド（金属キャップ）を載置し封止する。
【０００４】
このセラミックパッケージ封止部にリッドを載置し封止するためには、金属系ロウ材又はガラス材を用いてセラミックパッケージとリッドを封止するか、又は、セラミックパッケージの金属枠部（金属化部）とリッドに局部的に電流を流し、抵抗発熱により金属枠部とリッドとを溶融させて接合する。
【０００５】
一方、機能部品、電子回路等は、高温における動作信頼性が低いため、セラミックパッケージ内の電子部品等を熱から守る局所加熱による気密封止法が採用され、その一方法として、一般にパラレルシーム溶接が用いられている。
【０００６】
図４は、従来のパラレルシーム溶接によるセラミックパッケージの気密封止作業状況を示すもので、図４において、符号６はセラミックパッケージ、７はコバールにニッケル・金めっきを施したリッド（ふた）、８はコバールにニッケル・金めっきを施したシールフレーム、９はシールフレーム８をセラミックパッケージ６に予め銀ローにより接合したロー付け部、１０はシーム溶接用ローラ電極である。
【０００７】
ここで、シールフレーム８はリッド７と溶融接合する役割とともに、溶接電流を分流することでリッド７の過度な温度上昇を防ぐ役割も務める。図４のパラレルシーム溶接は比較的安価な溶接電源で足りるが、セラミックパッケージ封止部にシールフレーム８をロー付けする必要があり、シールフレーム８の分だけ高さが大きく重くなり、シールフレーム８のコストもかかってしまう。
【０００８】
これらの欠点を回避するために、図５に示すように、テーパ付きローラ電極１０間に流した電流によるリッド７の発熱を、吸熱ローラ１５により吸収、放熱させるパラレルシーム溶接法が知られている（特許文献１参照）。
【０００９】
この特許文献１には、リッド７の発熱を、吸熱ローラ１５により吸収、放熱させ、リッド７の熱による極端な膨張を阻止し、リッド７とセラミックパッケージ６の膨張係数の違いによる応力を減少させ、シールフレームが存在せず、これへの分流が無くてもセラミックパッケージ６を破損から守ることができると記載されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−９３９２９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示した特許文献１のパラレルシーム溶接法では、テーパー付きローラ電極１０間に流した電流によるリッド７の発熱を、吸熱ローラ１５により吸収、放熱させることが記載されているものの、リッド７中央部の発熱温度が未だ高く、セラミックパッケージ６との熱膨張係数の違いによる応力を十分には減少させることができないという問題があった。
【００１２】
即ち、外形形状が円筒面をなす吸熱ローラ１５と平面をなすリッド７とは幾何学的には線接触状態であるのに対して、テーパ付きローラ電極１０間に流した電流によるリッド７の発熱領域は、直線状とは異なり、リッド全域の３割程と広いため、吸熱ローラ１５と未接触のリッド部分の温度はいまだ高く、セラミックパッケージ６の熱膨張係数の違いによる応力を十分には減少させることができないという問題があった。
【００１３】
また、外形形状が円筒面をなす吸熱ローラ１５と平面をなすリッド７とは線接触状態であり、吸熱ローラ１５のリッド７への押付力を増すことにより接触面積を確保しているが、押付力によるセラミックパッケージ６の破壊、リッド７のたわみ変形による接触部の乖離による接触面積の減少のため、おのずと押付力を増加させることによるリッド７と吸熱ローラ１５の接触面積の増加には限界がある。
【００１４】
さらに、低い押付力のもとで接触面積を広くするためには、吸熱ローラ１５の直径を増せばよいが、リッド寸法やテーパ付きローラ電極１０間の配置等によって吸熱ローラ１５の直径にも限界がある。
【００１５】
さらにまた、吸熱ローラ１５からの放熱が起こるため、溶接部の温度を銀ローの融点以上に維持するために大きな電力を必要とするという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リッドの発熱を抑制できるとともに、使用電力量を低減できる溶接装置及び溶接法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶接装置は、一対のローラ電極を具備し、該一対のローラ電極を、電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記ローラ電極間に通電して前記被溶接部材を基体に溶接する溶接装置であって、前記一対のローラ電極間に、前記被溶接部材よりも高い電気伝導度を有し、かつ前記被溶接部材に当接する分流体を具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明の溶接装置によれば、ローラ電極間に流した電流は、ローラ電極と被溶接部材に当接した分流体との間では、被溶接部材を流れて発熱させ、分流体が載置されている部分では、分流体が被溶接部材よりも電気伝導度が高いため、電流が分流体を流れ、これにより、溶接するためのジュール発熱が必要なローラ電極近傍の被溶接部材を高温とできるとともに、ローラ電極間の溶接しない被溶接部中央部ではジュール発熱を大幅に低減し、リッドの熱による極端な膨張を阻止することができ、セラミックパッケージとの熱膨張係数の違いによる応力を減少でき、これにより、シールフレームへの分流が無くてもセラミックパッケージを破損から守ることができる。
【００１９】
また、本発明の溶接装置は、分流体がローラ電極と連動し、常時ローラ電極間に位置することを特徴とする。このような溶接装置では、電流はローラ電極間を直線状に流れ易いものの、分流体がローラ電極間に常時位置しているため、電流が分流体を流れ易くなり、被溶接部材の中央部におけるジュール発熱をさらに抑制できる。
【００２０】
また、本発明の溶接装置は、分流体が、被溶接部材上面を転動する分流ローラであることを特徴とする。このような溶接装置では、分流ローラが被溶接部材上面を転動するため、ローラ電極とともに分流ローラが転動し、ローラ電極間に分流ローラを位置させることができる。
【００２１】
さらに、本発明の溶接装置は、分流体が、被溶接部材上面を転動する一対のローラと、該一対のローラを接続する伸縮可能な接続部材とからなることを特徴とする。このような溶接装置では、ローラ電極間の距離（リッドの幅）が異なる場合であっても、一対のローラを接続する接続部材が伸縮可能であるため、異なる寸法のリッド（ローラ電極の間隔）に対応して一対のローラ間の距離を変更することができる。
【００２２】
また、本発明の溶接装置は、分流体が、基体との溶接部以外における被溶接部材表面に当接することを特徴とする。このような溶接装置では、溶接部における被溶接部材の発熱温度を高めることができるとともに、溶接部以外における被溶接部材の発熱温度を低減できる。
【００２３】
さらに、本発明の溶接装置は、基体はセラミックパッケージであり、被溶接部材は金属製リッドであることを特徴とする。
【００２４】
本発明の溶接法は、一対のローラ電極を、電気伝導性の被溶接部材に当接させ、前記ローラ電極間に通電して前記被溶接部材を基体に溶接する溶接法であって、前記ローラ電極間に、前記被溶接部材よりも高い電気伝導度を有する分流体を前記被溶接部材に当接させながら、前記ローラ電極で溶接することを特徴とする。
【００２５】
このような溶接法では、ローラ電極間に流した電流は、ローラ電極と被溶接部材に当接した分流体との間では、被溶接部材を流れて発熱させ、分流体が載置されている部分では、被溶接部材よりも分流体の電気伝導度が高いため、電流が分流体を流れ、これにより、溶接するためのジュール発熱が必要なローラ電極近傍の被溶接部材を高温とできるとともに、ローラ電極間の溶接しない被溶接部中央部では、ジュール発熱を大幅に低減し、リッドの熱による極端な膨張を阻止することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の溶接装置の一形態を示す模式図である。図１の溶接装置は、溶接電源に接続された一対のテーパ付きローラ電極３１と、これらのローラ電極３１間に配置された分流体３３とから構成されている。
【００２７】
即ち、一対のローラ電極３１は、溶接するリッド幅に対応した距離をおいて対向配置されており、これらのローラ電極３１間に分流体３３が配置されている。この分流体３３は、後述するリッド等の被溶接部材上面を転動する一対のローラ３３ａと、これらの一対のローラ３３ａを接続する伸縮可能な接続部材３３ｂとから構成されている。
【００２８】
ローラ３３ａは、電気伝導度の高い材質、例えば銅合金やアルミ合金を用いて構成されており、接続部材３３ｂは電気伝導度の高い材質、例えば銅合金やアルミ合金からなり、ローラ３３ａ間の距離をリッド３７の寸法に応じて変えることができ、ローラ３３ａを電気的に結合するためのものであり、伸縮変形可能なより線等の線材によって形成されている。尚、接続部材３３ｂは、一対のローラ３３ａを電気的に結合するためのものであるので、線材以外の剛体を用いたリンク構造によっても実現できる。
【００２９】
この溶接装置を用いたパラレルシーム溶接法について、図２を基に説明する。図２（ａ）は封止進行方向正面図、図２（ｂ）は側面図を示すもので、セラミックパッケージ（基体）３５にリッド（被溶接部材）３７を溶接する場合を示すもので、リッド３７が接合されるセラミックパッケージ３５の封止部３９は、予めモリブデンやタングステン等の高融点材でメタライズした上にニッケルめっき、金めっきが施されている。
【００３０】
リッド３７は、コバール薄板の全面にニッケル・金めっきが施され、セラミックパッケージ３５が接合されるコバール薄板の内面に銀ローがクラッドされ、既定寸法に裁断されたものである。
【００３１】
リッド３７は、セラミックパッケージ３５の開口部を閉塞するように配置されており、このリッド３７上面には、図１の溶接装置が載置されている。
【００３２】
一対のローラ電極３１間距離は、リッド幅に対応するように設定されており、ローラ電極３１のテーパ面がリッド３７の角部に当接している。ローラ電極３１間の分流体３３は、そのローラ３３ａがリッド３７表面に当接している。
【００３３】
そして、セラミックパッケージ３５へリッド３７を溶接する際には、溶接装置、セラミックパッケージ３５、リッド３７が、図示しないが、不活性ガス、例えば窒素ガス雰囲気中で作業できるチャンバー内に収容され、ローラ電極３１間に溶接電流が入力された状態で、ローラ電極３１を転動することにより、ローラ電極３１の転動に伴ってローラ３３ａがリッド３７表面を転動する。
【００３４】
一対のシーム溶接用ローラ電極３１間に流された電流は、ローラ３３ａと接続部材３３ｂの存在により、リッド３７の外辺部以外では、リッド３７に比べ電気抵抗の小さな（電気伝導度が高い）分流体３３の内部を主に通過する。これにより主にリッド３７の外辺部のみがジュール熱により加熱され、リッド３７の外周内面にクラッドされている銀ローを溶融してセラミックパッケージ３５の封止部３９に接合される。
【００３５】
即ち、ローラ３３ａは、リッド中央部の発熱を阻止すために設けられたもので、シーム作業中常にリッド３７表面に接しながら回転し、ローラ電極３１に印加した電流の８０％以上を通過させるため、ローラ電極３１に印加した電流はリッド３７の外周部でのみジュール発熱させることが出来る。従って、従来法の場合のように薄いリッド３７の中央部が高温になってしまうことは無いため、セラミックパッケージ３５との熱膨張係数が異なることに起因する大きな応力が発生せず、セラミックパッケージ３５が割れてしまうことは無い。
【００３６】
また、分流体３３のローラ３３ａ間の間隔を自在に調整できるので、幅広いリッド寸法に対応できる。
【００３７】
尚、上記例では、分流体３３を、一対のローラ３３ａと、これらの一対のローラ３３ａを接続する伸縮可能な接続部材３３ｂとから構成した例について説明したが、本発明では、上記例に限定されるものではなく、例えば、分流ローラのみから構成しても、ジュール発熱を抑制するという効果を有する。
【００３８】
また、本発明では、例えば、図３に示すように、板状の分流体４３であっても、ジュール発熱を抑制するという効果を有する。この場合、分流体４３は、リッド３７の外周部を除いた全面を覆うように形成され、これにより、リッド３７中央部の発熱を有効に低減できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、被溶接部材中央部に配置された分流体を電流が流れ、被溶接部材中央部の過度な昇温を防止できるため、従来のように、吸熱ローラが無くてもセラミックフレームに損傷を来すことが無く、吸熱ローラからの放熱が不要となるため消費電力を大幅に低減でき、さらに、例えば、分流体の接続部材の長さを調整することで、分流体の幅をリッド寸法に幅広く対応できるので、パラレルシームロー付けによるセラミックパッケージ気密封止工程の作業性を大きく向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の溶接装置の模式図である。
【図２】本発明の溶接法を説明するための説明図であり、（ａ）は封止方向に向いた正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明の他の溶接法を説明するための説明図であり、（ａ）は封止方向に向いた正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】従来のパラレルシーム溶接法を説明するためのの説明図である。
【図５】吸熱ローラーを用いる従来のシーム溶接法を説明するための説明図であり、（ａ）は封止方向に向いた正面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
３１・・・ローラ電極
３３・・・分流体
３３ａ・・・ローラ
３３ｂ・・・接続部材
３５・・・セラミックパッケージ（基体）
３７・・・リッド（被溶接部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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