(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に電子部品を収容し、この容器の開口部に蓋体を当接させて開口部周縁と蓋体とを接合する封止装置であって、前記蓋体および前記容器を複数載置する加熱板と、この加熱板に通電するための電源と、前記加熱板の両端に電位差を与えるため前記電源の出力端子に接続された接触子と、この接触子を移動させて前記加熱板に対する前記通電の経路を接続または切断する駆動手段とを有し、前記加熱板の両端に対応する接触子をそれぞれ片側に複数設け、前記通電の経路を接続する接触子の接触面積を前記加熱板による加熱中に変化させることを特徴とする電子部品の封止装置。
【請求項２】
前記加熱板に通電を開始してからこの加熱板が温度上昇して所定の温度に達するまでの間に、前記接触面積を大面積から小面積に変化させることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の封止装置。
【請求項３】
前記加熱板に通電を開始してからこの加熱板が温度上昇して所定の温度に達するまでの間に、前記接触面積を大面積から小面積に変化させ、この加熱板が前記所定の温度に達したら前記接触面積をさらに小面積に変化させることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の封止装置。
【請求項４】
前記電源は、前記加熱板に取り付けられた温度センサーの出力に基づいて前記加熱板への出力電流を制御するパルスヒート電源であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品の封止装置。
【請求項５】
前記加熱板は上面に複数の凹所を有し、この凹所の底部に前記蓋体が前記容器と接合される側の面を上向きにした状態で載置され、この蓋体の上に前記容器が開口部を下向きにした状態で載置されたとき、上向きとなった前記容器の底面を下方に押圧する押圧手段を備え、この押圧手段が所定の押圧力で容器を押圧しつつ加熱が行なわれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品の封止装置。
【請求項６】
少なくとも前記加熱板が真空環境下で通電され、封止作業が行われるようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品の封止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子等の電子部品を容器内に収容し、この容器を封止する封止装置に係り、詳しくは、封止の対象を載置した加熱板に直接通電し、この加熱版の抵抗発熱を利用して封止を実現する封止装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水晶発振器やフィルタ等の電子部品を容器に収容して封止することが広く行なわれている。ここで収容された電子部品の電極は、予め容器に設けられた容器の内部電極に接続され、この容器の内部電極は他端が容器の外側に露出し、容器の外部電極となるようになっている。また一般に、この容器の一面には前記電子部品を収容するための開口部が設けてあり、電子部品を収容した後この開口部を蓋体で塞ぐ様に封止する。
【０００３】
このような構成の電子部品の多くは、微細な塵埃や腐食によりその特性が変化（劣化）するため、単に容器内に収容して密閉するだけではなく、この容器内に不活性ガスを充填したり、容器内を真空状態にすることで、電子部品としての性能の劣化を防ぐ工夫がなされる。そして、近年では携帯型端末に代表されるように、電子部品の小型化への強い要求があり、これに伴い容器の外形寸法も次々小型化しているのが現状である。
【０００４】
容器の開口部に蓋体を載置して、この開口部周縁と蓋体とを接合する方法の一つとしては、金属製の蓋体の周縁に一対のローラ電極を転接させながら通電し、開口部周縁と蓋体とに介在したろう材を溶融させて接合を行なう封止方法があるが、これは容器一つ一つに対してローラ電極を転接させる作業を伴うため作業に時間を要するのに加え、近年の容器の小型化に対応するには一対のローラ電極の間隔を１ｍｍ以下に設定する必要が生じ、蓋体の位置決めに必要な吸着ノズルおよびローラ電極の構造的な限界に達しつつある。
【０００５】
他の方法として、加熱板上に蓋体を接合面を上向きにして載置し、この蓋体の上に電子部品収容済みの容器を開口部を下向きにして載置し加熱する方法がある。この場合も容器の開口部周縁と蓋体とにはろう材を介在させ、前記加熱板の発熱によりこのろう材を溶融させて封止を行なう。この方法であれば、加熱板上に一度に多数の封止の対象物（以下ワークと記載する）を載置して加熱することができ、ワークの小型化に対応することも比較的容易である。しかしこの方法にも欠点が存在し、前記加熱板全体の温度の均一化が困難なため、ワークが載置される位置によって加熱の状態が異なり、これに伴い封止の品質にもばらつきが生じてしまう。
【０００６】
そこで特許文献１では加熱板の温度分布を均一にするために次のような工夫を行なっている。特許文献１が開示している封止方法も、導電性の加熱板に通電し、この加熱板の抵抗発熱によってワークを加熱するものであるが、図５で示すようにワークをなるべく加熱板の中央付近に載置するようにして、その両端部つまり電極に近い側には多数の孔又は溝を穿設している。このようにして前記多数の孔又は溝によって流れる電流の方向を制御し、ワークが載置されている中央部の温度分布を均一にするというものである。また、これら多数の孔又は溝により加熱板の中央部側から両端部への熱の逃げを少なくするというものである。
【０００７】
また特許文献２では、加熱板とこれに通電するための電極との接触部に導電性の断熱材を介在させて加熱板から電極への熱伝導（熱の逃げ）を抑制し、加熱板における中央部と両端部との温度差を小さくするというものである。ここで、前記導電性の断熱材には例としてカーボン材やステンレス材、その他ニッケル・クロム合金等を用いるとしている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２８４０３３号公報（第２頁、図１）
【特許文献２】特開平３−２４８４９６号公報（第１頁、図１から３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された技術においては、加熱板を流れる電流の流路および熱の逃げの流路を局部的な流れに制限することにより加熱板中央部の均熱化を図るため、封止に必要とされる電流の時間的変化によって、加熱板の温度分布にも時間的変化が生じてしまうことや、ワークの大きさや熱容量あるいはワークの数や間隔によって、加熱板の多数の孔又は溝のレイアウトを設定するには何度も実験を繰返して決定しなければならないという欠点がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載された技術においては、カーボン材やステンレス等は一般に電極として広く使用される銅と比較して熱伝導率は低いものの、その電気抵抗は銅と比較して著しく大きい。上記のような電気抵抗の比較的大きな素材、特にステンレス等は従来から加熱板そのものの素材として使用されているものであり、特許文献２のように使用した場合、加熱板と同様に抵抗発熱を生じる部分が追加されたようなものである。換言すると加熱板が延長されたことと同様であるということができ、根本的な解決手段とは言い難い。
【００１１】
そこで本発明は、加熱板の発熱と通電の電流値を時間的変化の側面から検討し、加熱板から外部への熱の流れを制御することにより、加熱板の温度が広い領域で均一になるように創出されたものである。また、加熱板周囲の雰囲気による放熱がなく、加熱板から外部への熱伝導の影響がより大きい真空環境での封止作業に、より好適な解決手段を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は第１の態様として、容器に電子部品を収容し、この容器の開口部に蓋体を当接させて開口部周縁と蓋体とを接合する封止装置であって、前記蓋体および前記容器を複数載置する加熱板と、この加熱板に通電するための電源と、前記加熱板の両端に電位差を与えるため前記電源の出力端子に接続された接触子と、この接触子を移動させて前記加熱板に対する前記通電の経路を接続または切断する駆動手段とを有し、前記加熱板の両端に対応する接触子をそれぞれ片側に複数設け、前記通電の経路を接続する接触子の接触面積を前記加熱板による加熱中に変化させることを特徴とする電子部品の封止装置を提供するものである。
【００１３】
また本発明は第２の態様として、前記加熱板に通電を開始してからこの加熱板が温度上昇して所定の温度に達するまでの間に、前記接触面積を大面積から小面積に変化させることを特徴とする第１の態様として記載の電子部品の封止装置を提供するものである。
【００１４】
また本発明は第３の態様として、前記加熱板に通電を開始してからこの加熱板が温度上昇して所定の温度に達するまでの間に、前記接触面積を大面積から小面積に変化させ、この加熱板が前記所定の温度に達したら前記接触面積をさらに小面積に変化させることを特徴とする第１の態様として記載の電子部品の封止装置を提供するものである。
【００１５】
また本発明は第４の態様として、前記電源は、前記加熱板に取り付けられた温度センサーの出力に基づいて前記加熱板への出力電流を制御するパルスヒート電源であることを特徴とする第１乃至第３のいずれかの態様として記載の電子部品の封止装置を提供するものである。
【００１６】
また本発明は第５の態様として、前記加熱板は上面に複数の凹所を有し、この凹所の底部に前記蓋体が前記容器と接合される側の面を上向きにした状態で載置され、この蓋体の上に前記容器が開口部を下向きにした状態で載置されたとき、上向きとなった前記容器の底面を下方に押圧する押圧手段を備え、この押圧手段が所定の押圧力で容器を押圧しつつ加熱が行なわれることを特徴とする第１乃至第４のいずれかの態様として記載の電子部品の封止装置を提供するものである。
【００１７】
さらに本発明は第６の態様として、少なくとも前記加熱板が真空環境下で通電され、封止作業が行われるようにしたことを特徴とする第１乃至第５のいずれかの態様として記載の電子部品の封止装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、加熱板の加熱に必要とされる電流値に見合った接触子の接触面積を確保しつつ、加熱板から接触子への熱伝導で流れる熱量を最小限に抑制することが可能となり、加熱板の広い面積を均一な温度にして、加熱板の面積を有効に封止作業に利用することができる。加えて一回の封止作業において、ワークが載置される位置に応じた封止品質のばらつきを抑制することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、加熱板に通電を開始した直後であって、大電流が必要とされる時間帯は、接触子の接触面積を大きく確保することができ、その後は接触面積を小面積に切り換えることにより、加熱板から接触子へ熱伝導で流れる熱量を小さく抑えることができる。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、加熱板に通電を開始した直後であって、大電流が必要とされる時間帯は、接触子の接触面積を大きく確保することができ、その後加熱板が所定の温度に達するまでの温度上昇の時間帯は接触子の接触面積を小面積に切り換え、さらに加熱板が前記所定の温度に達してこの温度を維持する最も電流が小さい時間帯は、接触子の接触面積をさらに小面積に切り換えることで、加熱板から接触子へ熱伝導で流れる熱量をより小さく抑えることができる。
【００２１】
本発明の第４の態様によれば、加熱板の温度をフィードバックしたパルスヒート方式の通電を行なうので、加熱板の精密な温度制御が可能となり、加熱板の温度変化と加熱板に通電する電流値の時間的な変化とを、繰返し性よく反復できる。したがって、繰り返しの封止作業において、安定的に接触子の接触面積を変化させることができる。
【００２２】
本発明の第５の態様によれば、蓋体と容器とに介在するろう材が加熱板の加熱により軟化し溶融するあいだに、所定の押圧力を付与することができ、接合の品質を安定させることができる。
【００２３】
本発明の第６の態様によれば、局所的なエアブロー等、気体を利用した温度コントロールが不可能な真空環境下で封止作業を行なっても、加熱板の広い面積で均一な封止を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に添付図面を参照して本発明に係る電子部品の封止装置を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明に係る電子部品の封止装置の要部を示した側面図である。図１において、符号１は真空チャンバであり、図示しない吸気ポンプでこの真空チャンバ１内部の空気を排出することができる。また、符号２は電気抵抗が比較的高い金属板からなる加熱板であり先端を小面積とした複数の支持棒３に載置されている。符号４は一方の接触子であり、銅板からなり絶縁ブロック５上に固定されている。そしてこの一方の接触子４は給電用帯体６によって加熱板２の一端に接続されている。給電用帯体６は厚さ数十ミクロンの帯状の銅箔を接着することなく数十枚重ねたものであり、可撓性を有しつつ大電流を流す必要がある場合に広く使用されている。
【００２６】
符号７は他方の接触子であり銅からなるブロックであり、その上面にはロッド８の下端が固定されており、真空チャンバ１の上面に設けたエアシリンダ９によりロッド８を上下動させることで、他方の接触子７を一方の接触子４に当接させたり離隔させたりすることができる。また、他方の接触子７にも給電用帯体１０の一端が接続してあり、その他端は真空チャンバ１の側壁を中継端子を介して貫通し、図示しないパルスヒート電源の出力端子に接続されている。ここで、一方の接触子４、他方の接触子７、給電用帯体６および１０が、加熱板の両端にそれぞれ一対設けられ、図示しないパルスヒート電源と接続されることにより、加熱板に抵抗発熱を発生させるための通電の経路が形成される。そして、駆動手段であるエアシリンダ９により接触子７が上下動することにより、前記通電の経路が接続または切断される。
【００２７】
符号１１は加熱板２の下面ほぼ中央に固定された熱電対であり、そのリード１１ａは真空チャンバ１の外部に引き出され前記パルスヒート電源に接続されている。つまり熱電対１１は、加熱板２の温度をパルスヒート電源にフィードバックしてその出力を制御するための温度センサーとして機能する。また、給電用帯体１０は上下動する他方の接触子７の移動に追従するために可撓性を有した導電体として設けられ、給電用帯体６は、温度変化によって膨張と収縮を繰返す加熱板２が複数の支持棒３上で反りを発生させることなく平面を保つように、可撓性を有した導電体として設けられている。
【００２８】
符号１２は支持板であり、加熱板２に立設した支柱１３に上下動自在に支持されている。また支柱１３には圧縮コイルばね１４が設けてあり、これが支持板１２を上方へ付勢し、外力が加わらない状態では支持板１２を所定の高さに保持している。そして支持板１２には、加熱板２上にマトリクス状に複数載置されたワーク１５の一つ一つと対応するように押圧棒１６が固定されている。エアシリンダ１７により上下動する押圧部１８が支持版１２を下方に押圧することで、指示板１２に固定された複数の押圧棒１６が所定の押圧力でワーク１５を下方に押圧する。
【００２９】
次に、図２に基づいて、加熱板２上に載置されたワーク１５の状態を説明する。図２は図１におけるワーク１５の一つに着目して、その周辺を拡大した部分断面図である。ここで加熱板２の上面には、上方から見て矩形の凹所１９が設けられている。またこの凹所１９には段差１９ａが設けられ凹所１９の底部側が小面積の矩形の凹所となるようになっている。そしてワーク１５のうち蓋体１５ａがこの凹所１９の底部側に載置されることで水平方向の位置決めがなされる。このとき蓋体１５ａは、容器１５ｂと接合されるべき面が上側になるように載置されているので、本実施形態の場合コバール製の板材である蓋体の基材の上面に金、鈴系のろう材層が形成された状態となっている。
【００３０】
そしてこの蓋体１５ａの上には、セラミック製の容器１５ｂが、その周縁がメタライズされた開口部を下向きにして載置されている。ここで、容器１５ｂの側壁外周が凹所１９の大面積部に勘合し、位置決めがなされる。また、上向きとなった容器１５ｂ底面の中央部には支持板１２に固定された押圧棒１６の先端が当接し、押圧棒内部の圧縮コイルばね１６ａの付勢力によって容器１５ｂを下方に押圧している。このように、複数のワーク１５が加熱板２上に載置され、押圧棒１６により下方へ押圧された状態を図１および図２で示したが、封止作業の手順としては、押圧棒１６が容器１５ｂを押圧する前に真空チャンバ１内の空気を排出し、真空チャンバ１の内部と共に容器１５ｂの内部を真空状態にする。そして、その後通電の直前に容器１５ｂを押圧するものである。
【００３１】
上記のように準備が整うと通電による加熱を開始するのであるが、加熱過程における通電の電流値と加熱板の温度との時間経過に伴う変化を図３にグラフで表す。このグラフで実線で表した温度変化の説明をすると、まず、この封止作業で必要となる所定の温度は３３０℃であり、この所定の温度を６００秒間維持するように前述したパルスヒート電源に設定してある。また、加熱板２を急激に３３０℃まで上昇させると加熱板２上の位置によって温度差が生じ、広い領域で均一な温度を得るには所定の温度３３０℃に至るまでに６００秒の時間をかけて徐々に温度上昇させなければならないことが実験的に分かっている。
【００３２】
したがって、このような温度プロファイルをパルスヒート電源に設定して通電すると、図３のグラフで一点鎖線で示すような電流値の変化が生じる。ここで電流値は、通電開始直後にピーク値を示しその後急激に電流値はピーク値の３分の１程度に下がる。そして所定の温度に達するまで漸増してピーク値の２分の１程度まで上昇すると、所定の温度を６００秒間維持している間は、またピーク値の３分の１程度の電流値で通電の終了まで維持される。しかしここで、所定の温度を維持している６００秒間に、加熱板２上でワーク１５が載置された領域全体が均一な温度であるためには、加熱板２から接触子４および７を介して熱が流出するのを極力防ぐ必要がある。なぜなら図３に示された温度変化の結果は、加熱板２のほぼ中央のみに設けられた熱電対１１の出力値だからである。
【００３３】
そこで本実施形態は、図３で示された電流値の時間的変化に基づいて、図４のように他方の接触子７をエアシリンダ９により上下動させることで、接触子４との接触面積を変化させるものである。図４は図１における一方の接触子４、他方の接触子７およびその周辺の構成を矢印アの方向から見たものであり、真空チャンバ１の側壁および給電用帯体１０は省略してある。
図４において一方の接触子４は加熱板２の片端に対応して１枚の銅板で構成されるが、図１で示した他方の接触子７は、図４で示すように７ａ、７ｂ、７ｃの３ブロックに分割された状態となっている。またこれに対応して駆動手段であるエアシリンダ９も９ａ、９ｂ、９ｃの３つが設けられ、同様にロッド８も８ａ、８ｂ、８ｃの３本が設けられることにより、他方の接触子７ａ、７ｂ、７ｃは各々独立して上下動可能な構造になっている。
【００３４】
このような構造を加熱板２の他端側にも設け、まずは他方の接触子７ａ、７ｂ、７ｃ全てを一方の接触子４に当接させて通電を開始する。そして図３で示す通電開始から６００秒までの温度上昇の時間帯、本実施例では通電開始から３００秒後に、エアシリンダ９ａおよび９ｃを駆動し、他方の接触子７ａおよび７ｃを一方の接触子４から離隔させる。これにより接触子の接触面積を通電開始時と比較して２分の１に変化させることができ、通電開始から６００秒以降の所定の温度を維持する時間帯に備えて、加熱板２からの熱の流出を減らすことができる。また、接触面積は２分の１となったが、通電開始直後の電流のピーク値を過ぎた後なので、通電のために必要な接触面積は確保できている。
【００３５】
このようにして本発明の第３の態様が具体的に実現するが、本発明の第４の態様は、加熱板２が所定の温度を維持する時間帯、本実施例では図３における通電開始から６００秒以降の時間帯にさらに接触子の接触面積を小さくして、加熱板２からの熱の流出を最小限にしようというものである。この場合は図４における３つの他方の接触子７ａ、７ｂ、７ｃの接触面積をそれぞれ同等にして、通電開始から３００秒後に他方の接触子７ａを一方の接触子４から離隔させ、さらに通電開始から６００秒後に他方の接触子７ｃを離隔させるようにすれば良い、また、本実施形態では加熱板の両側それぞれの他方の接触子７を７ａ、７ｂ、７ｃの３つに分割したが、更に多数に分割し、よりきめ細かな接触面積の変化を得るようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示す側面図
【図２】本発明の実施形態を示す要部詳細図
【図３】本発明の実施形態を示す温度変化のグラフ
【図４】本発明の実施形態を示す側面図
【図５】従来技術の実施形態を示す平面図
【符号の説明】
【００３７】
１  真空チャンバ
２  加熱板
３  支持棒
４  一方の接触子
５  絶縁ブロック
６、１０  給電用帯体
７、７ａ、７ｂ、７ｃ  他方の接触子
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  ロッド
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、１７  エアシリンダ
１１  熱電対
１２  支持板
１３  支柱
１４、１６ａ  圧縮コイルばね
１５  ワーク
１６  押圧棒
１８  押圧部
１９  凹所
【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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