(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップを収納したパッケージの開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドを溶接ヘッドによって前記パッケージに仮止めするシーム溶接装置において、
パッケージを搬送する搬送手段と、
この搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置され、パッケージを上方から撮像して該パッケージの２次元の位置補正データを取得し記憶する画像認識処理手段と、
この画像認識処理手段の下流側の搬送路上に配置され該画像認識処理手段から読み出した位置補正データに基づいてパッケージの位置を補正するパッケージ位置補正手段と、
別途予め位置決めされたリッドを回動部材により正逆両方向から位置補正されたパッケージに載置して両者をスポット溶接する仮付け手段とを有し、
前記仮付け手段のリッド位置決め部から位置決めされたリッドがリッド仮付け部に搬送される間に、位置補正データを前記画像認識処理手段から前記パッケージ位置補正手段に出力してパッケージの位置を補正し、リッドをパッケージにスポット溶接するようにしたことを特徴とするシーム溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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を蓋（リッド）で気密に封止する際に、リッドをパッケージにスポット溶接によって仮止めするようにしたシーム溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、水晶振動子等のチップをパッケージ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。このシーム溶接法は、図３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）のパッケージ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５で電気的に接続した後、このパッケージ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、溶接ヘッドを構成する一対のテーパ付きローラ電極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、パッケージ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辺を溶融しパッケージ３とリッド７をシーム接合する。この２辺のシーム接合が終了すると、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ともに、パッケージ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辺を同様にシーム接合し、もってパッケージ３を気密に封止する。
【０００４】
このように従来のシーム溶接装置は、通電により接合部に発生するジュール熱を利用してパッケージ３とリッド７をシーム接合するものであるが、リッド７をパッケージ３上に載置して一対のローラ電極８ａ，８ｂをリッド７の対向側縁に沿って転動させると、リッド７が位置ずれを起こし易いという欠点があった。
【０００５】
そこで、従来はシーム溶接する前工程として、リッド７をパッケージ３上に載置して位置決めし、仮止め用溶接ヘッドの電極でリッド７とパッケージ３をスポット溶接した後、このリッドが仮止めされたパッケージをシームエリアに搬送して上記した手順でシーム溶接を行っている（特開平１１−９７５６３号公報）。
【０００６】
上記特開平１１−９７５６３号公報に記載されたシーム溶接装置における仮付け手段を図４に基づいて説明する。この仮付け手段２０は、９０°の角度で往復回動する回動部材２１に９０°の角度で十字状に交差した４つのアーム部２１ａ〜２１dを設けるとともに、これらのアーム部２１ａ〜２１dに対応してリッド仮付け部１１と、第１、第２の位置決め部１２ａ，１２ｂと、リッド供給部１３とを、回動部材２１の軸２２を中心とする同一円周上に９０°間隔で設けている。リッド仮付け部１１とリッド供給部１３は、互いに対向し、第１のリッド位置決め部１２ａと第２のリッド位置決め部１２ｂは互いに対向している。
【０００７】
リッド仮付け部１１には、Ｘ、Ｙ、θ方向に駆動されるＸＹθテーブル１４が配設されており、複数のパッケージ３をマトリクス状に収納したトレー１５が図示しない搬送路から搬送されてＸＹθテーブル１４上の所定位置に載置され、リッド供給部１３にはパーツフィーダ１６によってリッド７が供給される。
１７はトレー１５上のパッケージ３を個々に撮像するためのＣＣＤカメラを含む画像認識処理装置であり、パッケージ３の撮像画像からシールリングの視覚認識を行って基準位置からのＸ、Ｙ、θ方向のずれ量を検出し、このずれ量を補正量としてＸＹθテーブル１４に出力して、パッケージ３を基準位置に位置付けている。
【０００８】
第１のリッド位置決め部１２ａと第２のリッド位置決め部１２ｂとは同一構造をしており、図示のように４方向の爪２３を用いて２方向を基準爪とし、残りの２方向の爪でリッド７のセンタリングを行う。このセンタリングされたリッド７のＸ、Ｙ、θ方向の位置は、ＸＹθテーブル１４上のパッケージ３の基準位置に一致する。
【０００９】
回動部材２１の４つのアーム部２１ａ〜２１dは、リッド７を吸引保持する吸引ノズル１８ａ〜１８ｄをそれぞれ備え、さらに２つのアーム部２１ｃ，２１ｄは吸引ノズル１８ｃ、１８ｄを挟んで対向する一対のローラ電極を有する溶接ヘッド１９ａ，１９ｂをそれぞれ備えている。この場合吸引ノズル１８ｃ、１８ｄの下端はローラ電極の下端よりも下方に若干突出させて装着されている。
吸引ノズル１８ａ、１８ｂは、アーム部２１ａ、２１ｂの垂下部にリニアガイド（図示せず）を介して垂直方向に摺動自在に装着された従動子２４に装着されており、この従動子２４がカム２５によって上下動するのに伴って上下動する。
【００１０】
また、アーム部２１ｃ、２１dの吸引ノズル１８ｃ、１８ｄと溶接ヘッド１９ａ，１９ｂは、アーム部２１ｃ、２１dの垂下部にリニアガイド（図示せず）を介して垂直方向に摺動自在に装着され該垂下部を挟むコ字状の従動子２６に装着されており、この従動子２６がカム２５によって上下動するのに伴って一体的に上下動する。なお、吸引ノズル１８ａ〜１８ｄおよび溶接ヘッド１９ａ，１９ｂとアーム部２１ａ〜２１d間には図示しない引張りコイルバネがそれぞれ装架され、吸引ノズル１８ａ〜１８ｄおよび溶接ヘッド１９ａ，１９ｂはそれぞれ下方に付勢されている。
【００１１】
このような構造の仮付け手段２０の動作について説明する。回動部材２１が図４に示す初期状態より反時計および時計方向に９０°の角度範囲で往復回動すると、アーム部２１ａは、リッド供給部１３と第２のリッド位置決め部１２ｂ間を往復回動し、反時計方向回りの往動作時に吸引ノズル１８ａがリッド供給部１３のリッド７を吸引保持して第２の位置決め部１２ｂに搬送し、時計方向回りの復動時に元の位置に戻り、リッド供給部１３のリッド７を吸引保持する。
【００１２】
アーム部２１ｂは、第１のリッド位置決め部１２ａとリッド供給部１３間を往復回動し、反時計方向回りの往動作時にリッド供給部１３に移動すると吸引ノズル１８ｂがリッド供給部１３のリッド７を吸引保持し、復動作時に吸引保持したリッド７を第１の位置決め部１２ａに搬送する。
【００１３】
アーム部２１ｃはリッド仮付け部１１と第１の位置決め部１２ａ間を往復回動し、反時計方向回りの往動作時に第１のリッド位置決め部１２ａに移動すると、吸引ノズル１８ｃが第１のリッド位置決め部１２ａのリッド７を吸引保持し、時計方向回りの復動作時に吸引保持したリッド７をリッド仮付け部１１に搬送してパッケージ３上に載置する。このとき、溶接ヘッド１９ａも動作してパッケージ３上に載置されたリッド７をパッケージ３にスポット溶接する。
【００１４】
アーム部２１ｄはリッド仮付け部１１と第２の位置決め部１２ｂ間を往復回動し、反時計方向回りに往動作時に第２のリッド位置決め部１２ｂ上のリッド７を吸引保持してリッド仮付け部１１に搬送してパッケージ３上に載置する。このとき、溶接ヘッド１９ｂも動作してパッケージ３上に載置されたリッド７をパッケージ３にスポット溶接する。
従って、この従来例においては、回動部材２１が１回往復回動する毎に、２つのパッケージ３に対してリッド７を順次仮止めすることができ、仮止めの高速化を達成でき、生産性を向上させることができる。
【００１５】
しかしながら、上記した従来のシーム溶接装置においては、画像認識部１７とリッド仮付け部１１が同一位置に配置されているため、回動部材２１が往復回動する回動期間毎に、パッケージ３の画像認識を行って基準位置からのＸ、Ｙ、θ方向のずれ量を検出し、このずれ量を補正量としてＸＹθテーブル１４に出力して、パッケージ３を基準位置に位置付けている。このためパッケージ３の画像認識および位置決めを行っている間は仮接合することができず、仮止めに要する時間が長くなり、生産性が低いという問題があった。
【００１６】
本発明はこのような従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、単位時間当たりの仮止め回数を増加させることにより仮止めの高速化を達成し、生産性を向上させるようにしたシーム溶接装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するたに本発明は、チップを収納したパッケージの開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドを溶接ヘッドによって前記パッケージに仮止めするシーム溶接装置において、パッケージを搬送する搬送手段と、この搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置され、パッケージを上方から撮像して該パッケージの２次元の位置補正データを取得して記憶する画像認識処理手段と、この画像認識処理手段の下流側の搬送路上に配置され、該画像認識処理手段から読み出した位置補正データに基づいてパッケージの位置を補正するパッケージ位置補正手段と、別途予め位置決めされたリッドを回動アームにより正逆両方向から位置補正されたパッケージに載置して両者ををスポット溶接する仮付け手段とを有し、前記仮付け手段のリッド位置決め部から位置決めされたリッドがリッド仮付け部に搬送される間に、位置補正データを前記画像認識処理手段から前記パッケージ位置補正手段に出力してパッケージの位置を補正し、リッドをパッケージにスポット溶接するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、トレー上のパッケージを搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置した画像認識処理手段で撮像して、パッケージの２次元の位置補正データを取得し、仮付け手段のリッド位置決め部から位置決めされたリッドがリッド仮付け部に搬送される間に、位置補正データを前記画像認識処理手段からパッケージ位置補正手段に出力してパッケージの位置を補正し、リッドをパッケージにスポット溶接するようにしたので、画像認識を行っている間もパッケージにリッドをスポット溶接することができ、仮止めに要する時間を短縮できて生産性が向上する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るシーム溶接装置の一実施の形態を示す概略平面図、図２は図１に示すシーム溶接装置における仮付け動作のタイムチャートである。なお、従来技術の欄で示した構成部材等と同一のものについては同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。
【００２２】
図１において、シーム溶接装置１００は、パッケージ３内の部品の酸化を防ぐために内部が窒素で満たされるかまたは所定の真空度に保持されたチャンバ３１を備えている。このチャンバ３１はパッケージ３の搬送方向に長く形成され、内部が４つのエリア、すなわち図１において左からパッケージ供給エリアＡ、パッケージ認識エリアＢ、リッド仮付けエリアＣおよびシームエリアＤを形成している。
【００２３】
前記パッケージ供給エリアＡは、リッド７が仮止めされていないパッケージ３を前記パッケージ認識エリアＢに供給するための領域で、前記パッケージ３を搭載したキャリアボード１５を収容するローダー３２と、このローダー３２をチャンバ３１の外部に設けた引込み部３３から引き込むローダー引込みユニット３４を備えている。また、前記引込み部３３の内側には、チャンバー３１内部と引込み部３３との連通を通常遮断するシャッタ３５が設けられている。
【００２４】
３６はパッケージ３を含むキャリアボード１５を搬送する搬送手段３７の搬送路上に配置され、パッケージ３を個々に撮像するＣＣＤカメラ等からなる撮像装置であり、この撮像装置３６の直下にはキャリアボード１５を搭載してＸ、Ｙ方向に駆動するＸＹテーブル３８が設けられている。ＸＹテーブル３８は該テーブル３８上に位置決め載置されたキャリアボード１５上の全パッケージ３を、順次撮像すべくＹ方向およびＸ方向に間欠駆動され、撮像装置３６によってキャリアボード１５上の全パッケージ３の画像を取り込み、画像処理装置３９に順次送出する。撮像装置３６と画像処理装置３９とが画像認識処理手段４０を構成する。
【００２５】
画像処理装置３９では、入力されたパッケージ３毎の画像から２次元の位置データを取得し、この位置データと仮付け手段２０のＸＹθテーブル１４からなるリッド仮付け部１１におけるパッケージ３の予め定められた基準位置とを比較して、この基準位置に対する２次元の位置補正データを取得する。取得されたパッケージ３毎の位置補正データは、画像処理装置３９内の記憶部（図示せず）に記憶される。
このようにして全パッケージ３の撮像を終えたキャリアボード１５は、仮付けエリアＣに搬送され、パッケージ位置補正手段４１のＸＹθテーブル１４上に位置決め載置される。
【００２６】
ＸＹθテーブル１４は、画像処理装置３９の記憶部から個々に読み出した位置補正データに基づいて該当するパッケージ３の位置を補正する。仮付けエリアＣには従来例と同様の仮付け手段２０（但し、画像認識部１７は含まない。）、が設けられており、吸引ノズル１８ａおよび１８ｂによってリッド供給部１３から取り出され、第１位置決め部１２ａおよび第２位置決め部１２ｂにおいて予め位置決めされたリッド７を、吸着ノズル１８ｃおよび１８ｄでＸＹθテーブル１４上のパッケージ３に交互に載置して、溶接ヘッド１９ａおよび１９ｂにてパッケージ３にリッド７を順次スポット溶接する。
【００２７】
前記シームエリアＤには、前記リッド仮付けエリアＣにおいて、仮付けされたパッケージ３とリッド７をシーム溶接するＹシーム溶接ヘッド４１を備えたＹステーション４０と、Ｘシーム溶接ヘッド４３を備えたＸステーション４２がパッケージ３の搬送方向に並設されている、Ｙステーション４０においては、Ｙシーム溶接ヘッド４１がリッド７の搬送方向と直交する両側縁をシーム溶接し、Ｘステーション４２においては、Ｘシーム溶接ヘッド４３がリッド７の搬送方向と平行な両側縁をシーム溶接する。
前記チャンバー３１の右側には、シーム溶接されたパッケージ３を搬送する排出用搬送手段５０が配設されている。
【００２８】
次に、上記構造からなるシーム溶接装置の動作について、図２をも参照して説明する。
複数のパッケージ３を搭載したキャリアボード１５をローダ３２に供給し、リッド７を仮付け手段２０のリッド供給部１３に供給し、シーム溶接装置１００を溶接可能な状態にセットする。次に、装置１００の電源を投入すると、搬送手段３７が動作してローダ３２内のキャリアボード１５をパッケージ認識エリアＢに所定の間隔を置いて順次供給する。
【００２９】
パッケージ認識エリアＢのＸＹテーブル３８はキャリアボード１５上の１列目（Ｙ方向）のパッケージ３を順次撮像すべくＹ方向に間欠駆動され、この列の撮像が終了すると２列目を撮像すべくＸ方向に１列分駆動される。この動作をキャリアボード１５の全列について行って全パッケージ３の画像を取り込み、画像処理装置３９に順次送出する。
【００３０】
画像処理装置３９では、入力されたパッケージ３の画像から該パッケージ３の基準位置に対する２次元の位置補正データを取得してこのパッケージ３毎の位置補正データを記憶部に記憶する。
このようにして全パッケージ３の撮像を終えたキャリアボード１５は、搬送手段３７によって仮付けエリアＣのＸＹθテーブル１４上に搬送され位置決め載置される。
【００３１】
一方、リッド７は仮付け手段２０の吸引ノズル１８aによってリッド供給部１３から取り出された後（図２−ｂ１）、回動部材２１が反時計廻り（ＣＣＷ）に９０度回動し（図２−ａ１）、第２位置決め部１２bにおいて位置決めされる（図２−ｂ２）。この位置決め時に吸引ノズル１８ｂはリッド供給部１３の新たなリッド７を吸着する。次いで、回動部材２１が時計廻り（ＣＷ）に９０度回動し（図２−ａ２）、位置決めされたリッド７を吸引ノズル１８ｄで吸着する（図２−ｃ１）。この吸着時に吸引ノズル１８ｂは吸着した新たなリッド７を、第１位置決め部１２ａに載置し、吸引ノズル１８ａはリッド供給部１３の新たなリッド７を吸着する。
【００３２】
続く回動部材２１の反時計廻りの回動（図２−ａ3）によって、吸引ノズル１８ｄで吸着されたリッド７はリッド仮付け部１１のＸＹθテーブル１４上のパッケージ３に載置されて、溶接ヘッド１９ｂにてパッケージ３に仮付けされる（図２−ｃ２）。この仮付け時に吸引ノズル１８ｃは第１位置決め部１２ａにて位置決めされたリッド７を吸着する。次いで回動部材２１は時計廻りに回動するが（図２−ａ４）、この回動時にＸＹθテーブル１４は新たなパッケージ３をリッド仮付け部１１の基準位置に移動させる（図２−ｄ１）と共に、画像処理装置２８の記憶部から読み出した当該パッケージ３の位置補正データに基づいてパッケージ３の位置を補正する（図２−ｄ２）。
【００３３】
次の回動部材２１の反時計廻りの回動時に吸引ノズル１８ｃに吸着されたリッド７は、リッド仮付け部１１のＸＹθテーブル１４上の位置補正された新たなパッケージ３に載置されて、溶接ヘッド１９ａにてパッケージ３に仮付けされる。以下この一連の動作によって、回動部材２１が９０度回動する毎にキャリアボード１５上のパッケージ３にリッド７が自動的に仮付けされる。
【００３４】
このリッド７の仮止めが終了すると、リッド仮溶接部１１上のキャリアボード１５は搬送機構３７によってシームエリアＣに搬送され、次のリッドが仮止めされていないパッケージ３を搭載したキャリアボード１５がリッド仮溶接部１１に供給される。
【００３５】
このように、本発明においては、トレー１５上のパッケージ３を搬送手段３７の搬送路上に配置した画像認識処理手段４０で撮像し、パッケージ３の２次元の位置補正データを取得して仮付け手段２０のＸＹθテーブル１４に出力してパッケージの位置を補正するようにしたので、画像認識を行っている間もパッケージ３の仮付けをすることができ、従来装置に比べて仮付けに要する時間を大幅に短縮できて高速化を達成することができる。
【００３６】
また、仮付け手段２０のリッド位置決め部１２ａおよび１２ｂから位置決めされたリッド７がリッド仮付け部１１に搬送される間に、パッケージ３間の移動とパッケージ３の位置を補正することにより、リッド７をパッケージ３に仮付けするので、複数のパッケージをパッケージ位置補正手段４１に載置して順次仮付けすることができ、仮付けに要する時間を更に短縮できる。
【００３７】
シームエリアＤにおいては、Ｙステーション４２においてＹシーム溶接ヘッド４３がリッド７の搬送方向と直交する両側縁をシーム溶接し、次いでＸステーション４４においてＸシーム溶接ヘッド４５がリッド７の搬送方向と平行な両側縁をシーム溶接し、パッケージ３を気密に封止する。このようにしてシーム溶接が終了したパッケージ３はチャンバー３１の外部に排出される。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシーム溶接装置によれば、チップを収納したパッケージの開口部に金属製のリッドを載置し、このリッドを溶接ヘッドによって前記パッケージに仮止めするシーム溶接装置において、トレー上のパッケージを搬送手段の搬送路上であって、リッドの位置決め動作やリッドのパッケージへの載置動作から離れた搬送系の上流部に配置した画像認識処理手段で撮像してパッケージの２次元の位置補正データを取得し、画像認識処理手段の下流側に配置したパッケージ位置補正手段に出力しパッケージの位置を補正するようにし、回動部材により正逆両方向からリッドを載置して両者をスポット溶接するようにしたので、画像認識を行っている間もパッケージにリッドをスポット溶接することができ、仮止めに要する時間を短縮して仮止めの高速化を達成でき、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシーム溶接装置の一実施の形態を示す概略平面図である。
【図２】図１に示すシーム溶接装置における仮付け動作のタイムチャートである。
【図３】半導体パッケージのシーム接合法を説明するための図である。
【図４】  シーム溶接装置における仮付け部の従来例を示す図である。
【符号の説明】
３…パッケージ、７…リッド、１１…リッド仮付け部、１２a，１２b…リッド位置決め部、１３…リッド供給部、１４…ＸＹθテーブル、１５…キャリアボード、１８a〜１８d…吸着ノズル、１９a，１９b…溶接ヘッド、２０…仮付け手段、３７…搬送手段、３８…ＸＹテーブル、４０…画像認識処理部、４１…パッケージ位置補正手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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