(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップを収納した容器の開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドをシーム溶接によって前記容器に接合する気密封止方法において、
前記リッドを載置した容器をチャンバー内に保持し、該チャンバー外から前記容器を間接的に移動させることにより、前記リッドと前記チャンバー内に設けたシーム溶接ヘッドの一対のローラ電極とを相対移動させながら該ローラ電極間に通電して前記容器にリッドを接合することを特徴とする気密封止方法。
【請求項２】
少なくともシーム溶接中は前記チャンバー内が真空排気した状態であることを特徴とする請求項１記載の気密封止方法。
【請求項３】
前記チャンバー外から前記容器を間接的に移動させるのに磁力を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の気密封止方法。
【請求項４】
チップを収納した容器の開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドをシーム溶接ヘッドによって前記容器に接合する気密封止装置において、
開閉自在な上蓋を有する非磁性体のチャンバーと、該チャンバー内に水平に設けたＸ−Ｙスライダと、このＸ−Ｙスライダ上部に回動自在に設けたパッケージ載置用回動テーブルと、前記パッケージ載置用回動テーブルが設けられたスライダの摺動方向に直交するスライダの下部に前記チャンバー底部と離間させて垂設した第１の永久磁石と、前記パッケージ載置用回動テーブルの下面に前記チャンバー底部と離間させて垂下させると共に該テーブルの回動軸を挟んで対向配置した一対の第２の永久磁石と、前記上蓋下面に垂設した一対のローラ電極を有するシーム溶接ヘッドと、前記チャンバー内を真空排気する排気装置と、前記チャンバーの下方に設けられそれぞれ駆動源を備えたＸ−Ｙ直動機構と、このＸ−Ｙ直動機構上部に回動自在に設けられ駆動源を備えた回動盤と、前記Ｘ−Ｙ直動機構の前記回動盤が設けられた側の直動機構の上部に前記第１永久磁石に対向させると共に前記チャンバー底部と離間させて立設した第３の永久磁石と、前記回動盤の上面に該回動盤の回動軸を挟んで対向させると共に前記チャンバー底部と離間させて前記第２永久磁石にそれぞれ対向させて立設した一対の第４の永久磁石とを備えてなることを特徴とする気密封止装置。
【請求項５】
前記第３および第４の磁石が電磁石であることを特徴とする請求項４記載の気密封止装置。
【請求項６】
前記パッケージ載置用回動テーブルは、少なくとも１８０度回動することを特徴とする請求項４または請求項５記載の気密封止装置。
【請求項７】
前記一対のローラ電極は、円錐状のテーパーローラ電極であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の気密封止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気密封止を必要とする半導体素子、水晶振動子等のチップを収納したパッケージの気密封止方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、水晶振動子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溶接法が広く用いられている（例：特公平１−３８３７３号公報）。このシーム溶接法は、図５に示すようにセラミック製容器１の開口周縁上に金属製のシーリングフレーム２をろう付けするか、あるいはセラミック製容器１の開口周縁をろう材等でメタライズしたセラミック製（もしくは全体が金属製）の容器３の内部に水晶振動子、半導体素子等のチップ４を収納し、このチップ４と電極５をワイヤ６で電気的に接続した後、この容器３の開口部をコバール、４２アロイ等からなる金属製のリッド７で覆う。
【０００３】
次に、シーム溶接ヘッドを構成する一対のローラ電極８ａ，８ｂを下降させてリッド７の対向する２辺の端縁部に一定の加圧条件下で接触させ、容器３とローラ電極８ａ，８ｂを相対移動させると同時にローラ電極８ａ，８ｂ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３とリッド７をシーム溶接する。この２辺のシーム溶接が終了すると、ローラ電極８ａ，８ｂを一旦上昇させ移動させることにより電極間隔を調整すると共に容器３を水平面内で９０°回転させた後、再びローラ電極８ａ，８ｂを下降させて他の対向する２辺を同様にシーム溶接し、もって容器３を気密に封止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シーム溶接は一般的に、露点管理された窒素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窒素ガスが充填されている。しかしながら水晶振動子、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。ところがシーム溶接を真空中で行うためには大型のチャンバーが必要となり、装置自体が大型化かつ高額になるという問題点を有していた。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、チャンバーの小型化が可能なパッケージの気密封止方法と、小型かつ低廉な真空気密封止装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明になる気密封止方法は請求項１に示すように、チップを収納した容器の開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドをシーム溶接によって前記容器に接合する気密封止方法において、前記リッドを載置した容器をチャンバー内に保持し、該チャンバー外から前記容器を間接的に移動させることにより、前記リッドと前記チャンバー内に設けたシーム溶接ヘッドの一対のローラ電極とを相対移動させながら該ローラ電極間に通電して前記容器にリッドを接合し、パッケージを気密封止することを特徴としている。
【０００７】
請求項１によれば、チャンバー外からリッドを載置した容器を間接的に移動させて、リッドと一対のローラ電極とを相対移動させながらシーム溶接するので、チャンバーを小型化できると共にチャンバー内の排気を短時間で行うことができ低コストの気密封止が可能になる。また、装置自体を小型化できるので低廉な気密封止装置を得ることができる。
【０００８】
また、請求項２に示すように、請求項１記載の気密封止方法において、少なくともシーム溶接中はチャンバー内が真空排気した状態である構成としてもよい。
請求項２によれば、チャンバーが小型のためチャンバー内の排気を短時間で行うことができ真空気密封止作業のタクトを短縮することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に示すように、請求項１または請求項２記載の気密封止方法において、チャンバー外から前記容器を間接的に移動させるのに磁力を用いる構成としてもよい。
請求項３によれば、チャンバー内の容器を磁力により間接的に移動させるので、チャンバーを小型化できると共に簡略化することができる。
【００１０】
本発明になる気密封止装置は請求項４に示すように、チップを収納した容器の開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドをシーム溶接ヘッドによって前記容器に接合する気密封止装置において、開閉自在な上蓋を有する非磁性体のチャンバーと、該チャンバー内に水平に設けたＸ−Ｙスライダと、このＸ−Ｙスライダ上部に回動自在に設けたパッケージ載置用回動テーブルと、前記パッケージ載置用回動テーブルが設けられたスライダの摺動方向に直交するスライダの下部に前記チャンバー底部と離間させて垂設した第１の永久磁石と、前記パッケージ載置用回動テーブルの下面に前記チャンバー底部と離間させて垂下させると共に該テーブルの回動軸を挟んで対向配置した一対の第２の永久磁石と、前記上蓋下面に垂設した一対のローラ電極を有するシーム溶接ヘッドと、前記チャンバー内を真空排気する排気装置と、前記チャンバーの下方に設けられそれぞれ駆動源を備えたＸ−Ｙ直動機構と、このＸ−Ｙ直動機構上部に回動自在に設けられ駆動源を備えた回動盤と、前記Ｘ−Ｙ直動機構の前記回動盤が設けられた側の直動機構の上部に前記第１永久磁石に対向させると共に前記チャンバー底部と離間させて立設した第３の永久磁石と、前記回動盤の上面に該回動盤の回動軸を挟んで対向させると共に前記チャンバー底部と離間させて前記第２永久磁石にそれぞれ対向させて立設した一対の第４の永久磁石とを備えてなることを特徴としている。
【００１１】
請求項４によれば、チャンバー外にＸ−Ｙ直動機構と回動盤を設けて、チャンバー外からリッドを載置した容器を間接的にＸ、Ｙ、θ方向に移動させることにより、リッドと一対のローラ電極とを相対移動させながらシーム溶接することができ、チャンバーを小型化できると共にチャンバー内の排気を短時間で行うことができる小型で低廉な気密封止装置を得ることができる。
【００１２】
また、請求項５に示すように、請求項４記載の気密封止装置において、第３および第４の永久磁石を電磁石とすることができる。
請求項５によれば、第１および第２の永久磁石との磁力結合を強固にして、チャンバー内のパッケージを正確かつ迅速に間接移動させることができる。
【００１３】
また、請求項６に示すように、請求項４または請求項５記載の気密封止装置において、パッケージ載置用回動テーブルは少なくとも１８０度回動することができる。
請求項６によれば、方形の容器と一対のテーパ付きローラ電極を相対移動させて２辺をシーム溶接した後、容器を水平面内で９０°回転させて他の対向する２辺を同様にシーム溶接することによりパッケージを気密封止することができる。また円形の容器を１８０度回転させながら一対のテーパ付きローラ電極と相対移動させて、容器の周縁をシーム溶接することによりパッケージを気密封止することができる。
【００１４】
また、請求項７に示すように、請求項４から６のいずれかに記載の気密封止装置において、一対のローラ電極は、円錐状のテーパーローラ電極とすることができる。
請求項７によれば、テーパ付きローラ電極を比較的長い円錐状としたので、容器がが矩形、多角形、楕円形であっても容器を１８０度回転させながら一対のテーパ付きローラ電極と相対移動させて、容器の周縁をシーム溶接することによりパッケージを気密封止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明による第１の実施の形態を詳細に説明する。図１は本実施の形態に用いる気密封止装置の縦断面図であり、図２は図１の上蓋を除去した状態の平面図である。
【００１６】
これらの図において、１０は軸１１を介して開閉自在な上蓋１２を有する非磁性体のチャンバーであり、このチャンバー１０は装置基台１３上に立設された支柱１４にて支持されている。このチャンバー１０には該チャンバー１０の側壁に設けた排気管１５を介して、チャンバー１０内を真空排気するためのクライオ・ポンプ１６１およびロータリー・ポンプ１６２等からなる排気装置１６が付設されている。またこのチャンバー１０内には、水平に設けたＸ−Ｙスライダ１７と、このＸ−Ｙスライダ１７上部に回動自在に設けたパッケージ載置用回動テーブル１８と、上蓋１２下面に垂設した一対のローラ電極１９１，１９２を有するシーム溶接ヘッド１９とが設けられている。
【００１７】
Ｘ−Ｙスライダ１７は、チャンバー１０の底部１２１に固定されたスライドガイド１７１上に、一端がこのスライドガイド１７１に直交させて摺動自在に設けられて該スライドガイド１７１上を摺動するスライダ（以下、Ｙ軸スライダという。）１７２と、このＹ軸スライダ１７２の上部に摺動自在に設けられて該Ｙ軸スライダ１７２上をＹ軸と直交する方向、即ちＸ軸方向に摺動するスライダ（以下、Ｘ軸スライダという。）１７４とからなり、Ｙ軸スライダ１７２の他端下部には、チャンバー１０の底部１２１と間隙を設けて第１の永久磁石１７３が垂設されている。
【００１８】
また、このＸ軸スライダ１７４の上部には、該Ｘ軸スライダ１７４に勘入された軸受け１８１に回動自在に嵌合させた回動軸１８２を備えたパッケージ載置用回動テーブル１８が設けられており、このパッケージ載置用回動テーブル１８の下面には、該テーブル１８の回動軸１８２を挟んで一対の第２の永久磁石１８３ａおよび１８３ｂがやはりチャンバー１２の底部１２１と間隙を設けて対向させて配置されている。
【００１９】
図１および図２ではＹ軸スライダ１７２を挟んで一対の第２の永久磁石１８３ａ、１８３ｂが設けられているが、この構成の場合にはパッケージ載置用回動テーブル１８はＹ軸スライダ１７２による制限を受けて１８０度回動することができない。パッケージ載置用回動テーブル１８を１８０度回動させるには、図３に示すごとく、Ｙ軸スライダ１７２に直交させてスライドガイド１７２ａおよび１７２ｂを間隔をおいて固定し、この一対のスライドガイド１７２ａ、１７２ｂにＸ軸スライダ１７４をＸ軸方向に摺動自在に掛け渡し、該Ｘ軸スライダ１７４内にパッケージ載置用テーブル１８を回動自在に装着する構造とすれば、Ｙ軸スライダ１７２による制限を受けずに自在に回動させることができる。
【００２０】
前記装置基台１３上には、各軸にそれぞれモータ等の駆動源を備えたＸ−Ｙ直動機構２０が配設されている。このＸ−Ｙ直動機構２０は、前記スライドガイド１７１の軸線と平行に基台１３上に固定された直動機構（以下、Ｙ軸直動機構という。）２１と、一端がこのＹ軸直動機構２１上に直交させて設けられてＹ軸と直交方向に摺動する直動機構（以下、Ｘ軸直動機構という。）２２とからなり、Ｘ軸直動機構２２の他端上部には、前記第１永久磁石１７３に対向させると共にチャンバー１２の底部１２１と間隙を設けて該磁石１７３と引き合う極性に第３の永久磁石２２１が立設されている。
【００２１】
また、このＸ軸直動機構２２のボールねじ２２２に螺合されたナット２２３上部には、ダイレクトドライブ型サーボモータ２３１を介して回動盤２３２が回動自在に設けられており、この回動盤２３２の上面には前記第２永久磁石１８３にそれぞれ対向させて該磁石１８３と引き合う極性に一対の第４の永久磁石２３３ａおよび２３３ｂがやはりチャンバー１０の底部１２１と間隙を設けて対向させて立設されている。
【００２２】
次にパッケージを気密封止する手順について説明する。まずチャンバー１０の上蓋１２を開けてパッケージ載置用回動テーブル１８上に、開口部に金属製のリッド（蓋）３２を載置した容器３１を位置決めする。次いで上蓋１２を閉じると、上蓋１２内面に設けられている溶接ヘッド１９の一対のローラ電極１９１、１９２がリッド３２の対向する縁辺の端部に当接する。パッケージ３０のサイズは各種存在するので、図では省略しているが、溶接ヘッド１９の一対のローラ電極１９１、１９２の間隔調整機構および昇降機構をそれぞれ設けてマニュアル調整可能にしておくと好都合である。
【００２３】
上蓋１２を閉じたならば、排気装置１６を駆動させてチャンバー１０内を真空排気することにより、パッケージ３０内の空気を除去する。この状態でシーム溶接を開始すると容器３１とリッド３２が位置ずれを起こし易いので、ローラ電極１９１、１９２がリッド３２の縁辺の略中央に当接するようにパッケージ載置用回動テーブル１８の初期位置を定め、ローラ電極１９１、１９２がリッド３２の縁辺に当接したときに溶接電流を流してリッド３２を容器３１にスポット溶接してリッド３２を仮止めするようにしてもよい。仮止めをした場合には、一旦ローラ電極１９１、１９２をリッド３２の縁辺の端部まで移動させてシーム溶接を開始する。
【００２４】
リッド３２の縁辺の端部にローラ電極１９１、１９２を当接させたならば、Ｘ−Ｙ直動機構２０のＸ軸直動機構２２を駆動させて回動盤２３２を図上左方向に移動させると、Ｙ軸スライダ１７２上のパッケージ載置用回動テーブル１８に設けられている第２永久磁石１８３と回動盤２３２の第４永久磁石２３３が磁気結合しているので、パッケージ載置用回動テーブル１８も同方向に移動し、ローラ電極１９１、１９２とリッド３２が相対移動する。この相対移動時にローラ電極１９１、１９２間に溶接電流を流すことによって、リッド３２のＸ軸方向の２辺がシーム溶接される。
【００２５】
リッド３２のＸ軸方向の２辺のシーム溶接が完了したならば、Ｘ軸直動機構２２上のモータ２３１を駆動して回動盤２３２を９０度回転させると、Ｘ−Ｙスライダ１７のパッケージ載置用回動テーブル１８に設けられている第２永久磁石１８３と回動盤２３２の第４永久磁石２３３との磁気結合により、パッケージ載置用回動テーブル１８も同方向に９０度回転し、ローラ電極１９１、１９２がリッド３２の他の対向する縁辺の端部に移動する。
【００２６】
この状態でＸ−Ｙ直動機構２０のＸ軸直動機構２２を駆動させて回動盤２３２を図上右方向に移動させると、パッケージ載置用回動テーブル１８も同方向に移動し、ローラ電極１９１、１９２とリッド３２が相対移動するので、この相対移動時にローラ電極１９１、１９２間に溶接電流を流すことによって、リッド３２の他の２辺がシーム溶接されてパッケージ３０の気密封止が完了する。気密封止が完了したならば排気装置１６を停止させて、チャンバー１０内に空気を導入して上蓋１２を開けてパッケージ３０を取り出す。
【００２７】
上記実施の形態では、パッケージ３０の４辺を２度に分けてシーム溶接したが、リッド３２が円形の場合には図３に示したＸ−Ｙスライダ機構を備えた気密封止装置を用いることにより、リッド３２の中心を挟んだ縁辺にローラ電極１９１、１９２を当接させ、パッケージ載置用回動テーブル１８を１８０度回転させながら溶接電流を流すことによって、パッケージ３０を気密封止することができる。
【００２８】
また、本発明による他の実施の形態を図４と共に説明する。基本構成は第１の実施の形態と同じ構成であるが、この例ではローラ電極１９１、１９２に代えて円錐状のテーパーローラ電極を用いて、気密封止している。
図４から明らかなように、一対のテーパーローラ電極１９３、１９４をパッケージ３０のリッド３２の縁辺に当接し、パッケージ載置用回動テーブル１８を１８０度回転させると、テーパーローラ電極１９３および１９４の稜線（母線）が長いため、リッド３２の縁辺とテーパーローラ電極１９３および１９４の稜線との接触点はテーブル１８の回転と共にテーパーローラ電極１９３および１９４の稜線上を移動して行くが、テーパーローラ電極１９３および１９４の稜線から外れることはなく、リッド３２が長方形であっても良好な気密封止をすることができる。
なお、このテーパーローラ電極１９３、１９４を用いて円形のリッド３２を気密封止できることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の気密封止方法によれば、チャンバー外からリッドを載置した容器を間接的に移動させて、リッドと一対のローラ電極とを相対移動させながらシーム溶接するので、チャンバー内に設置するシーム溶接機構を簡素化でき、チャンバーを小型化できると共に容器内の排気を短時間で行うことができ、真空気密封止作業のタクトを短縮することができて低コストの気密封止が可能になる。
【００３０】
また本発明の気密封止装置によれば、チャンバー外にＸ、Ｙ、θ方向に駆動するアクチュエータを設けてチャンバー外からリッドを載置した容器を間接的にＸ、Ｙ、θ方向に移動させることにより、パッケージと一対のローラ電極とを相対移動させながらシーム溶接することができ、チャンバーを小型化できると共に容器内の排気を短時間で行うことができる小型で低廉な気密封止装置を得ることができる。
【００３１】
この場合、１８０度回動するパッケージ載置用回動テーブルを用いれば、円形のリッドを容器に気密封止することができる。更に、一対のテーパローラ電極を用いれば、方形および円形のリッドを容器に気密封止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態に用いる気密封止装置の縦断面図である。
【図２】図２は図１の上蓋を除去した状態の平面図である。
【図３】図３は本発明を構成するパッケージ載置用回動テーブルの他の実施の形態を示す平面図である。
【図４】図4は本発明を構成するローラ電極の他の実施形態たるテーパローラ電極を示す模式図である。
【図５】図５はシーム溶接方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１０  チャンバー
１２  上蓋
１６  排気装置
１７  Ｘ−Ｙスライダ
１８  パッケージ載置用回動テーブル
１９  溶接ヘッド
２０  Ｘ−Ｙ直動機構
２３  回動盤
１７３  第１永久磁石
１８３  第２永久磁石
１９１、１９２  ローラ電極
１９３、１９４  テーパーローラ電極
２２１  第３永久磁石（電磁石）
２３３  第４永久磁石（電磁石）
【図１】
0003748416.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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