(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品が収納されたパッケージを封止するマイクロパラレルシーム接合機構と真空チャンバとを備えた真空シーム接合装置であって、前記真空チャンバにゲートバルブを介して連設した真空置換室と、第１および第２の位置決め孔を有し前記パッケージを複数載置するトレイと、前記第１の位置決め孔に嵌挿して前記トレイの位置ずれを制限する凸部を有し、前記トレイをその上面で支持して前記真空置換室内と前記真空チャンバ内とを前記ゲートバルブの開口部を通過して往復移動する移動ブロックと、前記第２の位置決め孔に嵌挿する上下方向に立設された少なくとも一対の位置決めピンと駆動手段により互いの水平方向の間隔を拡縮させる一対の爪部とを有し前記トレイを把持する把持機構とを備え、
前記把持機構は、前記位置決めピンの軸方向であって前記爪部の方向に前記トレイを弾性的に押圧する押圧部を備えることを特徴とする真空シーム接合装置。
【請求項２】
前記押圧部は、前記位置決めピンに嵌合して備わり、その上面は上方から圧縮コイルバネに付勢され、下面は前記位置決めピンが前記第２の位置決め孔に嵌入することで前記トレイに当接するものであることを特徴とする請求項１に記載の真空シーム接合装置。
【請求項３】
前記把持機構はセンサーを備え、このセンサーは前記位置決めピンに対する前記押圧部の相対的な上下移動を検知するものであり、前記把持機構が前記トレイを把持しているか否かの情報を、前記押圧部の上下の移動を検知することで取得することを特徴とする請求項２に記載の真空シーム接合装置。
【請求項４】
前記把持機構はセンサーを備え、このセンサーは前記位置決めピンに対する前記押圧部の相対的な上下移動を検知するものであり、前記把持機構が前記トレイを開放して所定の高さに位置するとき、前記トレイが前記移動ブロックに所定の姿勢で支持されているか否かの情報を、前記押圧部の上下の移動を検知することで取得することを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の真空シーム接合装置。
【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パッケージに収納し、このパッケージの開口部にリッド（蓋）を載置して封止するシーム接合装置に関し、さらに詳しくは、前記封止を真空チャンバ内で行なう真空シーム接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より真空チャンバ内で電子部品を気密封止する装置があり、たとえば水晶振動子、弾性表面波フィルタ等のチップを容器に気密に封止する方法としては、通電時に発生するジュール熱を利用したマイクロパラレルシーム接合法が広く用いられている。
【０００３】
このシーム接合法は図５に示すように、セラミック製の基体５１の開口部周縁上に金属製のシールリング５２をろう付けした容器５３を用意し、この内部に水晶振動子等の電子部品５４を収納する。そして電子部品５４の電極と容器５３に設けた外電極５５とをワイヤ５６で電気的に接続した後、この容器５３の開口部をコバール等からなる金属製蓋体であるリッド５７で覆う。
【０００４】
次に、シーム接合ヘッドを構成する一対のローラ電極５８ａ，５８ｂをリッド５７の対向する２辺に一定の加圧条件下で接触させ、リッド５７とローラ電極５８ａ，５８ｂとを相対移動させることで接触部がテーパ状のローラをリッドに転接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ない、この時発生するジュール熱により２辺を溶融し容器５３とリッド５７をシーム接合する。またこのあと同様に他の対向する２辺に対してもシーム接合を行なう。以下容器の内部に電子部品が収納され、この容器の開口部にリッドが載置された状態のもの、あるいは更にこのリッドが容器にシーム接合された状態のものを単にパッケージと記載する。
【０００５】
ところで、シーム接合は一般的に、露点管理された窒素ガス等の不活性ガス雰囲気内で行われ、従って気密封止されたパッケージ内には不活性ガスが充填されている。しかしながら例えば水晶振動子、水晶フィルタ、水晶発振器等の水晶応用製品はいずれも水晶振動板の表面に金属薄膜電極を形成し、この金属薄膜電極を外気から保護するため気密封止されているが、最近の水晶振動デバイスの超小型化に伴い、水晶振動板もより小型化され、駆動時の抵抗を軽減するため真空雰囲気による気密封止が要求されるようになった。また水晶振動デバイス以外でも真空雰囲気による気密封止の要求が散見されるようになってきた。
【０００６】
特許文献１は、前述したような真空チャンバ内でのマイクロパラレルシーム接合の技術を記載したものであるが、一般的にこのような接合装置においては生産効率を向上させるため、パッケージが位置ずれしないように凹所が形成されたトレイ上に複数のパッケージが載置されて取り扱われる。図６にこのトレイの平面図を示すが、トレイ５９の上面に形成された各凹所には、パッケージの底部が僅かに落ち込むように載置され、パッケージの小型化が進んだ近年では、１枚のトレイ上にマトリクス状に並べられるパッケージの数量は数百個に及ぶものが一般的である。
【０００７】
このトレイは一般に金属板で形成され、厚さ数ミリメートル矩形板であり、図６のように複数ヶ所に位置決め穴６０、６１が穿設されている。これら位置決め穴はトレイ自身が所望の位置に載置されるように使用したり、トレイ搬送時のハンドリングで使用する目的で形成されている。そして真空シーム接合の場合は、接合時には特許文献１で記載されたように真空チャンバ内に前期トレイごと収納されて接合作業が行われるのが一般的である。
【０００８】
前記特許文献１においては、接合に際して真空チャンバへのパッケージの出し入れが、直接大気圧環境から行なわれるように記載されているが、生産効率を考慮して図７のような構造を準備する場合がある。図７において６２は真空チャンバであり、前述のようにこの内部で真空シーム接合が行なわれる。また、６３は真空置換室であり、真空チャンバ６２とはゲートバルブ６４を介して連設されており、その上面にはパッケージが載置されたトレイを大気圧環境から出し入れするための外部ゲート６５が備わっている。
【０００９】
ここで、真空チャンバ６２と真空置換室６３とはそれぞれ別個の排気装置を備えており、真空チャンバ６２内は高真空となるように排気が行なわれ、真空置換室６３は真空チャンバ６２と比較して低真空で排気が行なわれるようになっている。したがって、ゲートバルブ６４および外部ゲート６５が閉じているときは、真空チャンバ６２内と真空置換室６３内の気圧はそれぞれ高真空と低真空の状態を維持しており、真空チャンバ６２内でシーム接合が行なわれる前後のパッケージの出し入れのためにゲートバルブ６４のみが開くと、一時的に真空チャンバ６２の排気装置が真空置換室６３内の空気も排出するので、気圧は全体的に前記高真空よりも真空度が若干低い程度の気圧となる。
【００１０】
このあとパッケージの出し入れが完了しゲートバルブ６４を閉じると、真空チャンバ６２内は短時間のうちに元の高真空状態に戻り、シーム接合の動作を開始する準備が整う。また、真空チャンバ６２内でのシーム接合動作中に外部ゲート６５を開いてパッケージの出し入れを行なうと真空置換室６３内は大気圧になるが、前記シーム接合動作が終了する前に外部ゲート６５を閉じて排気を行なうことで真空置換室６３内を前記低真空の状態に戻しておくことができる。このような構成にすることで、真空チャンバ６２内のパッケージを交換するたびに行なわれる排気に要する時間を短縮し、生産効率を高めている。
【００１１】
次に、ゲートバルブ６４が開いている間のパッケージの搬送方法について説明する。図８は、真空チャンバ（図７の符号６２）と真空置換室（図７の符号６３）の図示を省略し、ゲートバルブ６４のみを図示したものである。図を見てゲートバルブ６４の向こう側が真空チャンバで手前側が真空置換室となっている。ここで、５９はパッケージを複数載置したトレイ、６６はトレイをその上面で支持する移動ブロック、６７は真空チャンバ内のレール、６８は真空置換室内のレールである。また、真空チャンバ内のレール６７と真空置換室内のレール６８との間にはゲートバルブ６４の蓋部６４Ａが閉じた状態を考慮した間隙が設けられているが、移動ブロック６６が滑らかに両室内を往復移動できるように位置合わせされている。
【００１２】
そしてトレイ５９を上面に支持した移動ブロック６６は、真空置換室内のピックアップステージと真空チャンバ内の接合ステージとのあいだを図示しない駆動手段で往復し、シーム接合前のパッケージを接合ステージに搬送したり、シーム接合済みのパッケージをピックアップステージまで搬送したりするものである。
【００１３】
図９は真空置換室６３へのトレイの出し入れを示す側面図である。図９において、６３は真空置換室の内部の様子が見えるように描いた側面図であり、真空置換室６３の紙面を見て向こう側に真空チャンバ６２が描かれている。２つの把持機構６９は搬送機構７０に上下動可能に備わり、一方がシーム溶接済みのトレイ５９Ａを真空置換室６３から取り出して搬出ステージ７１に搬送する動作と同時に、他方はシーム溶接前のトレイ５９Ｂを搬入ステージ７２から真空置換室に搬送する。
【００１４】
図１０は把持機構６９を示す斜視図であり、把持機構６９において、７３はベース、７４はベース７３を支持し上下動させるシャフト、７５は下端に爪部７５Ａを備えた把持プレートであり、駆動手段７６により水平方向に移動し、互いに向かい合った爪部７５Ａの間隔を拡縮できるようになっている。７７は位置決めピンであり、トレイ５９にある位置決め孔７８に嵌入し、把持機構６９とトレイ５９との水平方向の位置関係を規制する。また、他の位置決め孔７９は移動ブロック６６の上面に設けてある凸部８０と嵌合し、トレイ５９と移動ブロック７２との水平方向の位置関係を規制する。
【００１５】
また把持機構６９は、把持プレート７５の爪部７５Ａ先端の間隔がトレイ５９の外形よりも大きい状態で下降し、位置決めピン７７がトレイ５９の位置決め孔７８に嵌入し、さらに爪部７５Ａがトレイ５９の下面よりもさらに下方に達したとき、両爪部７５Ａの間隔を縮小しトレイ５９の斜線部で示した部分を下方から持ち上げるように支持する。
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−５５４３号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
このような従来の搬送機構を生産の現場で使用していると、各ステージでの搬送に非定常状態が生じることがある。例えば図１０で示した位置決め孔７８の内周にバリ等が存在していた場合、把持機構６９がトレイ５９をステージ上に載置して開放する動作をしても、位置決め孔が位置決めピン７７にくいつき、正常な状態でステージ上に載置できない場合がある。また、トレイ５９の位置決め孔７９にバリ等が存在していた場合、完全に移動ブロック７２の上面に密着して載置できない場合がある。したがって、繰り返し動作において、確実に所定の位置に所定の姿勢でトレイが載置されるように、機構的な信頼性を高めたいという要求がある。
【００１８】
さらにその上で各ステージでの搬送に生じる非定常状態を検知する必要がある。例えばトレイがあるべきステージにトレイがない場合、ステージにトレイを載置して開放したはずの把持機構が依然としてトレイを把持している場合等である。したがってそれには、把持機構自体でトレイの有無を検出できるようにする必要がある。また、トレイが所定の位置に存在することの検出以外に、所定の位置に所定の姿勢で存在すること。具体的には、トレイに設けられた位置決め孔と移動ブロックの位置決め突起が完全に勘合し、トレイの姿勢に浮きや傾きがないことを検出することが必要である。
【００１９】
例えばトレイと移動ブロックとに浮きや傾きがあった場合、真空チャンバ６２内でのシーム接合工程において、接合不良が発生するか、あるいはローラ電極とパッケージやトレイとの干渉により接合装置自体の破損が発生する可能性がある。前者（接合不良）の場合はパッケージ数百個の不良品の発生、あるいは散乱した多数のパッケージの後始末のために生産作業の長時間の中断が強いられる。また、後者の場合は更に長時間の生産作業の中断と装置の修理が課されることになる。
【００２０】
したがって、パッケージが載置されたトレイが真空チャンバ６２内に搬送される前に、確実に所定の位置と姿勢でトレイを移動ブロック上に載置することが求められる。  また、真空チャンバ内及び真空置換室内は真空状態が続くので、放熱等の問題から、電気部品は真空中での動作が保証されていないのが一般的である。つまり電気部品の真空中での使用はその部品の寿命や故障発生率に影響し、装置の信頼性を低下させるという問題がある。前述の特許文献１において、真空チャンバ内のＸ−Ｙテーブルを駆動するモータをチャンバの外部に配置しているのも、この問題が理由の一つとなっている。
【００２１】
そこで本発明は、把持機構で確実にパッケージ及びトレイを搬送し、真空置換室内で確実にトレイを移動ブロックに支持させることを目的とし、またこれを、真空環境内にセンサー等の電気部品を設けずに解決すべく創出されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は第１の態様として、電子部品が収納されたパッケージを封止するマイクロパラレルシーム接合機構と真空チャンバとを備えた真空シーム接合装置であって、前記真空チャンバにゲートバルブを介して連設した真空置換室と、第１および第２の位置決め孔を有し前記パッケージを複数載置するトレイと、前記第１の位置決め孔に嵌挿して前記トレイの位置ずれを制限する凸部を有し、前記トレイをその上面で支持して前記真空置換室内と前記真空チャンバ内とを前記ゲートバルブの開口部を通過して往復移動する移動ブロックと、前記第２の位置決め孔に嵌挿する上下方向に立設された少なくとも一対の位置決めピンと駆動手段により互いの水平方向の間隔を拡縮させる一対の爪部とを有し前記トレイを把持する把持機構とを備え、前記把持機構は、前記位置決めピンの軸方向であって前記爪部の方向に前記トレイを弾性的に押圧する押圧部を備えることを特徴とする真空シーム接合装置を提供する。
【００２３】
また本発明は第２の態様として、前記押圧部は、前記位置決めピンに嵌合して備わり、その上面は上方から圧縮コイルバネに付勢され、下面は前記位置決めピンが前記第２の位置決め孔に嵌入することで前記トレイに当接するものであることを特徴とする第１の態様として記載の真空シーム接合装置を提供する。
【００２４】
また本発明は第３の態様として、前記把持機構はセンサーを備え、このセンサーは前記位置決めピンに対する前記押圧部の相対的な上下移動を検知するものであり、前記把持機構が前記トレイを把持しているか否かの情報を、前記押圧部の上下の移動を検知することで取得することを特徴とする第２の態様として記載の真空シーム接合装置を提供する。
【００２５】
さらに本発明は第４の態様として、前記把持機構はセンサーを備え、このセンサーは前記位置決めピンに対する前記押圧部の相対的な上下移動を検知するものであり、前記把持機構が前記トレイを開放して所定の高さに位置するとき、前記トレイが前記移動ブロックに所定の姿勢で支持されているか否かの情報を、前記押圧部の上下の移動を検知することで取得することを特徴とする第２または第３のいずれかの態様として記載の真空シーム接合装置を提供する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の第１の態様によれば、把持機構がトレイを把持しているときは、爪部と押圧部とでトレイを挟持するので、搬送機構の振動や衝撃が加わっても、トレイが搬送中にがたつくことがない。また、把持機構が移動ブロック上にトレイを載置するときには、押圧部がトレイを移動ブロックの上面に押し付けるので、浮きや傾きのない姿勢でトレイを移動ブロック上に載置することができる。
【００２７】
本発明の第２の態様によれば、押圧部を位置決めピンに嵌合させているので、位置決めピンと第２の位置決め孔とのくいつき（ひっかかり、摩擦）があったとき、もっとも効果的に抜き方向の力を加えることができる。また、位置決めピンとは別の位置に押圧部を配置しなくて済むので、構造が簡単になる。
【００２８】
本発明の第３の態様によれば、把持機構が実際にトレイを把持しているか否かが、把持機構が如何なる動作状態であっても所望の時点で検知することができる。また、センサーが把持機構に備わっているので、真空置換室や真空チャンバ内の減圧環境に同一用途のセンサーを設ける必要がなくなり、検知の信頼性が向上する。
【００２９】
本発明の第４の態様によれば、トレイが移動ブロック上に所望の姿勢で支持されているか否かが検知できる。また、この検知を第３の態様の目的で備えたセンサーを利用して行なうことができるので、把持機構の構造が簡単になる。したがって、同一のセンサーがトレイの有無の検知とトレイの姿勢の検知とを兼ねるので、第３の態様と同様に、真空置換室や真空チャンバ内の減圧環境に同一用途のセンサーを設ける必要がなくなり、検知の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に添付図面を参照して本発明に係る真空シーム接合装置を詳細に説明する。
【００３１】
図１は本発明に係る真空シーム接合装置の斜視図である。図１において符号１は真空チャンバであり、この中でパッケージの真空封止作業が行なわれる。また、２は真空チャンバとゲートバルブ３を介して連設された真空置換室であり、真空チャンバ１がゲートバルブ３を閉じてその内部を減圧し、接合作業を行っているうちに、パッケージが搭載されたトレイ４を出し入れし、その後外部ゲート５を閉じて内部の減圧を行い、再びゲートバルブ３が開くまで待機するものである。
【００３２】
また、外部ゲート５の開口部直下には移動ブロック６が備えてあり、この移動ブロック６はゲートバルブ３の開口部を通過して真空チャンバ１と真空置換室２との間を往復移動することができるようになっている。そして外部ゲート５の直上に描かれているのが把持機構７であり、この把持機構７は図示しない駆動手段により矢印アの方向に水平移動可能であると共に矢印イの方向に上下動可能に構成されおり、図１では移動ブロック６上に支持されているトレイ４をピックアップする前の状態が示されている。
【００３３】
次に図２に基づいて把持機構７の構造を説明する。図２は把持機構７の側面図であり、符号８はベース、９はベース８を支持してベース８を上下左右に移動し位置決めするシャフトである。１０は一対の把持プレートであり下端に爪部１０Ａを備え、それぞれが駆動手段であるエアシリンダ１１により左右方向に移動し、図のＸで示す爪部１０Ａの間隔を拡縮できるようになっている。
【００３４】
また、１２はベース８に上下方向に立設された位置決めピンであり、下端がテーパ状に小径となるように形成されている。１３は押圧部であり円筒状に形成され、図を見て前後の対向する２箇所に下端から切り欠き１３Ａが形成されている。そして位置決めピン１２に図を見て前後方向に貫通した圧入ピン１２Ａと前記切り欠き１３Ａとの当接により、押圧部１３が下方に脱落するのを規制している。一方位置決めピン１２に貫挿され上端がベース８に当接した圧縮コイルばね１４が押圧部１３の上面を下方に付勢している。
【００３５】
また、上下位置調整可能にベース８の下方に固定されたセンサー１５は、図を見て前後方向に発光部と受光部を備えた光遮断式センサーであり、押圧部１３の上端が所定の高さに達したときに光が遮断されＯＦＦ状態となり、押圧部１３の位置決めピン１２に対する上下方向の位置を検知するようになっている。そして、ベース８とシャフト９とを除いた構成要素は全て図を見て左右対称に一対備わっている。
【００３６】
次に図３および図４に基づいて把持機構７の把持動作に関して説明する。図３（ａ）は把持機構７がプレート４を把持する前の状態を示し、図３（ｂ）は把持動作を開始した様子、図３（ｃ）は把持動作が終了した状態を示している。図３（ａ）において把持機構７は、移動ブロック６上に支持されたトレイ４に対して上方に離隔した状態にある。したがって、把持機構７に備えた押圧部１３は前述した圧入ピン１２Ａに当接した最下端の位置にあり、センサーはＯＮ状態である。また、爪部１０Ａの先端の間隔はトレイ４の外形よりも広く開いた状態になっている。
【００３７】
図３（ｂ）では把持機構７が下降して位置決めピン１２の先端がトレイの第２の位置決め孔、つまり把持機構７とトレイ４との位置関係を規制するための孔に嵌入する。そして把持機構７は、爪部１０Ａの上面がトレイ４の下面よりも下がったところで下降を停止する。まずこの状態で押圧部１３はトレイ４に押し上げられ、圧縮コイルバネ１４が圧縮されるのと同時に押圧部１３が位置決めピン１２に対して上方に移動するので、センサー１５はＯＦＦ状態となり把持機構７が実際にトレイ４を把持したことを検知する。
【００３８】
その後エアシリンダ１１が作動して一対の爪部１０Ａの間隔を縮小させ、図３（ｃ）で示すように把持機構７が上昇する。この状態でも依然センサー１５はＯＦＦの状態を維持しているので、把持機構７が把持動作を終了して搬送動作に入った時点でも実際にトレイ４を把持していることを検知できる。
【００３９】
次に図４に基づいて、把持機構７が移動ブロック６にトレイ４を載置する動作を説明する。図４（ａ）はトレイ４を把持した把持機構７が移動ブロック６の直上に位置している状態を示す。移動ブロック６の上面にはトレイ４の第１の位置決め孔に嵌合し、トレイ４と移動ブロック６との水平方向の位置ずれを規制する凸部６Ａが設けられている。本実施例の場合この凸部６Ａはトレイ４の対角方向に２箇所設けられている。
【００４０】
そして図４（ｂ）で示すように把持機構７が下降しトレイ４の下面が移動ブロック６の上面に当接する。このとき把持機構７の位置決めピン１２とトレイ４の第２と位置決め孔とで水平方向に位置決めされたトレイ４は、その第１の位置決め孔が移動ブロック６の凸部６Ａに嵌合するようになっている。その後さらに把持機構７は下降を続け、爪部１０Ａの上面とトレイ４の下面とに間隙ができたところで下降を停止する。
【００４１】
ここで、把持機構７に備わった押圧部１３はトレイ４を下方に押し付けるので、トレイ４を浮きや傾き等のない所定の姿勢で移動ブロック６に載置することができる。また、図４（ａ）の状態に引き続き図４（ｂ）の状態においても、センサー１５は常にＯＦＦ状態を維持しているので、把持機構７が実際にトレイ４の載置を行なっていることが検知できる。
【００４２】
次に図４（ｃ）で示すように、エアシリンダ１１が作動して爪部１２Ａの間隔をトレイ４の外形よりも大きくして把持機構７が上昇を始める。このとき前記押圧部１３の下方への押し付けにもかかわらず、図の一点鎖線で示すようにトレイ４の下面と移動ブロック６の上面との間に浮きが生じている場合が考えられる。このような状態は、正常にトレイ４が載置されていればセンサー１５がＯＮ状態になる位置まで把持機構７を上昇させ、その位置でのセンサー１５の状態を検知することで知ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態を示す斜視図
【図２】本発明の実施形態を示す側面図
【図３】本発明の実施形態を示す側面図
【図４】本発明の実施形態を示す側面図
【図５】従来の技術を示す断面図
【図６】従来の技術を示す平面図
【図７】従来の技術を示す斜視図
【図８】従来の技術を示す斜視図
【図９】従来の技術を示す側面図
【図１０】従来の技術を示す斜視図
【符号の説明】
【００４４】
１  真空チャンバ
２  真空置換室
３  ゲートバルブ
４  トレイ
５  外部ゲート
６  移動ブロック
７  把持機構
８  ベース
９  シャフト
１０  把持プレート
１１  エアシリンダ
１２  位置決めピン
１３  押圧部
１４  圧縮コイルばね
１５  センサー
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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