封装设备以及封装方法.pdf

本发明提供一种封装设备以及封装方法，该封装设备可进行效率优良且高气密性的封装，该封装方法使用此封装设备。此封装设备即为对收纳有电子元件的容器与上盖两者进行气密封装的电子元件封装设备，其特征在于，拥有加热生产线与其紧接在后的封装生产线，具备对上述容器与上述上盖进行定位的封装盘，拥有将此封装盘移送于加热生产线与封装生产线之间的移送手段，上述定位完成于这样的位置：在该位置，载置于上盖的封装部上的封装剂与容器之间存在空隙，在封装生产线中，至少在上盖侧有加载顶针，在封装盘上载有封装夹具盖。

1.  一种封装设备，其是对收纳有电子元件的容器与上盖这两者进行气密封装的 电子元件封装设备，其特征在于，
拥有加热生产线与紧接在后的封装生产线，
具备对上述容器与上述上盖进行定位的封装盘，
拥有将此封装盘移送于加热生产线与封装生产线之间的移送手段，
上述定位完成于这样的位置：在该位置，载置于上盖的封装部上的封装剂与容器 之间存在空隙，
在封装生产线中，至少在上盖侧有加载顶针，在封装盘上载有封装夹具盖。

2.  根据权利要求1所述的封装设备，其中，在上述封装盘中，上盖被定位在底 部，容器被定位在与上盖之间有空隙的位置上。

3.  根据权利要求1或2所述的封装设备，其中，在上方和下方皆配有加热器， 该加热器用于在加热生产线以及封装生产线中调节温度。

4.  一种封装方法，其特征在于，使用权利要求1或2中的封装设备来封装容器 与上盖。

封装设备以及封装方法
技术领域
本发明涉及封装设备以及封装方法。
背景技术
石英晶体谐振器、石英晶体振荡器、表面声波滤波器、LED等等电子元件的领 域内，其容器开口部与外盖接合时，该容器需要进行气密封装。如此的气密封装，要 求使用高气密性封装。
专利文献1中表示，此封装设备使用专用盘面，在此盘面搭载外盖与容器，然后 封装。专利文献1的封装设备的盘面内上盖与容器的搭载状态如图3所示。在图3 中，上盖2上载有焊料3，其上搭载与之接触的容器1。此情况下，加热生产线上因 为容器1与上盖2两者都直接接触到焊料3，所以不得不使用比焊料3熔点低的温度 进行加热。因此，在封装程序中要使容器1与上盖2熔接，必须使用比加热程序更高 的温度(也就是说，焊料熔点以上的温度)。
使用上述程序进行封装，会产生以下问题。在加热程序中焊料内未挥发掉的成分 以及容器内未挥发掉的成分，会在更高温的封装程序中挥发。在高气密度之下进行密 封时，此时发生的挥发性成分是导致气密度低落的原因。特别是近年来由于电子元件 高性能化以及小型化的进步，对于高气密度密封的要求更加地高，所以此问题必须要 有改善。
专利文献2中表示，此电子元件封装设备使用贯穿封装盘上设置的开孔的按压凸 起物，使上盖和容器与加热器接触。
但是上述方法中，加热程序下的上盖、封装剂、与容器的状态是互相接触的，因 此无法解决上面所描述的问题。另外，加热程序中容器与加热器接触后，容器会黏着 在加热器上，等封装程序完成后也无法脱离加热器，是导致生产问题的原因。
专利文献3中有记载使用薄膜吸收剂的真空容器。但是此状况下，使用薄膜吸收 剂是为了让真空度提高。另外，加热的方法是将容器埋在设有加热器的凹槽中，以此 方法进行加热后，不容易将容器从凹槽部分取出，而容易造成生产上的问题。再加上 加热与封装必须使用同一加热器，加热生产线与封装生产线只能进行细微差距的温度 调整，所以无法得到高真空度。
专利文献1：日本特开2011－14810号公报
专利文献2：日本特开2011－146491号公报
专利文献3：日本特开2013－219237号公报
发明内容
鉴于上述，本发明的目的为提供高效率、高气密性封装的封装设备以及运用此设 备的封装方法。
本发明为一种封装设备，其是对收纳有电子元件的容器与上盖这两者进行气密封 装的电子元件封装设备，其特征在于，拥有加热生产线与紧接在后的封装生产线，具 备对上述容器与上述上盖进行定位的封装盘，拥有将此封装盘移送于加热生产线与封 装生产线之间的移送手段，上述定位完成于这样的位置：在该位置，载置于上盖的封 装部上的封装剂与容器之间存在空隙，在封装生产线中，至少在上盖侧(下侧)有加 载顶针，在封装盘上载有封装夹具盖。
优选的是，在上述封装盘中，上盖被定位在底部，容器被定位在与上盖之间有空 隙的位置上。
优选的是，在上方和下方皆配有加热器，该加热器用于在加热生产线以及封装生 产线中调节温度。
本发明也是一种封装方法，其特征在于，使用上述封装设备来封装容器与上盖。
本发明的封装设备以及封装方法是使用简要的设备，实现加热生产线中的加热温 度可高于封装生产线中的封装温度。如此一来可抑制封装时挥发的成分，以达到高气 密性封装，而且较少发生生产问题，能够进行良好的温度管理。使用此方法可以用较 低价格得到比从前更高气密性的元件，可实现电子元件的小型化以及高性能化。
附图说明
图1是本发明封装设备的一例的示意图。
图2是本发明封装设备的一例的示意图。
图3是以往封装设备的一例的示意图。
图4是本发明封装设备中使用加热块板的加热状态的示意图。
图5是本发明封装设备中使用加热块板的加热状态的示意图。
图6是本发明封装设备的概要示意图。
标号说明
1.容器
2.上盖
3.焊料
4.封装盘
5.封装夹具盖
6.7.加载顶针
8.开孔
9.10.加热生产线用加热块板
11.12.封装生产线用加热块板
101.加热生产线
102.封装生产线
103.常压减压切换室(进入端)
104.常压减压切换室(排出端)
105、106.减压泵
具体实施方式
以下针对本发明进行说明。
本发明的封装设备，在加热生产线中上盖与容器维持在没有接触的状态下。因此 在加热程序中，焊料就算完全熔解也不会使其闭塞。所以在加热程序中，加热温度可 提高到焊料熔点以上的温度。
因此，加热生产线的温度可设定为高于封装生产线的温度。依此，可抑制封装生 产线中挥发性物质的产生，以获得高气密性的电子元件。
封装盘收纳有定位状态下的上盖与容器，并在生产线中移动，其上头载置有封装 夹具盖。也就是说，在封装盘上设置的凹槽内收纳好上盖与容器，并以盖住此凹槽的 方式载置了封装夹具盖的状态下进行封装。本发明的封装设备在封装时使用加载顶针 沿由下而上的方向施加力量。此时，加热器直接与容器接触后，会发生容器附着在加 热器上的问题。而本封装设备使用生产线将封装盘连同上盖与容器搬送到下个程序， 所以当一部分的容器附着到加热器等封装设备本体时，会导致无法搬送到下个程序。 而为了排除问题必须要停止生产并降温，造成制造效率大幅降低。
本发明中，封装盘上加上封装夹具盖准备妥当的话，容器除了加载顶针与封装夹 具盖之外不会接触到其它部分。所以有不会发生上述问题的优点。
另外，本发明相关的加热程序与封装程序中，在上下两方皆设计有加热器，使用 此加热器夹住进行加温。本发明如上述所示最好要能控制加热温度，依此，使用上下 两方的加热器夹紧，可进行设定温度无偏差的高精度加温。
本发明具体形态的一例如同图1的示意图所示。如图1的加热程序10a中，上盖 2上的焊料3与容器1的配置为不互相接触的状态。在此状态下进行加热后，焊料3 就算熔融也不会与容器1互相接触。接下来进行封装程序10a的部分，使用两支加载 顶针6、7从两端夹紧进行加压来使容器1和上盖2黏接熔合。
另外，如图1所示的封装盘4以及封装夹具盖5上设计有加载顶针6、7可通过 的开孔。此开孔尺寸要可让加载顶针7、8通过，但无法让容器和上盖通过为佳。
图2则是与图1方法相异的本发明具体形态的一例。图2的封装程序20b中，从 上盖2那一侧由加载顶针6加诸力量使之推附到封装夹具盖5上进行加压。依此方法 也能够使容器1与上盖2黏接熔合。
如图2状态，与图1相同，封装盘4底部最好要有加载顶针6可通过的开孔。而 且如图2所示，封装盘上形成有加载顶针6可通过的开孔。另外，图2中的封装夹具 盖5上也可形成开孔，但此时开孔尺寸要无法让容器与上盖通过。
图4与图5是在图1、2所示的状态中进一步图示出了加热用的加热块板9、10、 11、12。图4对应图1的状态、图5对应图2的状态。
如图4、5所表示，本发明中的加热生产线101与封装生产线102各有个别的加 热块板，封装盘4和封装夹具盖5以及搭载在其内的容器1、上盖2从加热生产线101 移动到封装生产线102。
如图4、5的状态，加载顶针6、7是设置在封装生产线102中用来加热的加热块 板11、12上的突起物。如此可依设定温度加热加载顶针，优点为封装生产线中可容 易进行设定温度的温控管理。
加上如图4、5的状态所示，上下部双方设有加热块板，以从上下方向夹住的方 式加热为优。关于本发明，在加热生产线与封装生产线中需要分别进行温度管理。特 别是封装生产线，必须在短时间内有效率地将温度降低至低于加热生产线的温度。如 上所述，上下部两方设有加热块板，以上下夹着的方式加热，由此可在短时间到达设 定温度，如此可更好地获得上述本发明的效果。
关于本发明的封装设备，使用有定位效果的封装盘是重点。意即在该定位时，相 对于搭载在封装盘底部附近的上盖，容器必须要固定在触碰不到上盖上的焊料的位 置。像这样的封装盘的形状，就如同图1中表示的封装盘4一样，底部与中央部的截 面面积以及/或者形状是不同的，所需形状是要将上盖2装载在底部、容器1则装载 在中央部中呈现悬浮的状态。
上面所述封装盘，是板状物的表面上有复数个凹孔部。即是一片封装盘上有多个 图1、2所表示的凹孔部，使用此封装盘的话，一片封装盘可同时进行多个封装。上 述此封装盘没有特别限定材质，金属制或是陶瓷制等等皆可，但以金属制为佳。
本发明的封装设备概要如图6所表示。
本发明的封装设备具备加热生产线101以及封装生产线102。如图1、2所表示， 上盖2、焊料3、容器1依次放置于封装盘4中，并在该状态下将其导入设备内。接 着使用搬送手段(无图示)使封装盘在设备内移动，依序通过加热生产线101→封装生 产线102，在各个生产线内进行必要的处理来完成封装处理。
如上所述，封装盘4之上载有封装夹具盖5。该封装夹具盖5的尺寸略同于封装 盘4，当置于封装盘4上时，要以几乎全面覆盖者为佳。此封装夹具盖5与封装盘4 之间，为了不让轻微的震动或是少许载荷导致从封装盘上脱离，在其中一边开孔，另 一边则装上定位销，利用开孔与定位销卡住固定。孔洞要开在封装盘或是盖板上皆可， 并无特别限制。
上文记载的封装夹具盖5，其材质无规定。但需要能满足加热条件的耐热性素材。 举例来说有陶瓷、碳素、钛、其它金属等等。
关于本发明封装设备的加热生产线101，举个具体的例子，如同图1的10a、图 2的20a所呈现的状态下进行处理；关于封装生产线102的话如图1的10b、图2的 20b所呈现的状态下进行处理。
加热生产线101同时具备加热手段与减压手段为佳。也就是说加热生产线101 的构造，是在减压状态下进行加热，使挥发性能提高。这时用高于焊料熔点的温度进 行加热，在加热生产线中将焊料熔化为优。
加热生产线101中的减压手段并无特别限制，只要可以将压力减压到5帕斯卡 (5Pa)以下，一般常见的减压泵等等皆可使用。
加热生产线101中的加热温度并无特别限制，可依所使用的焊料来设定适当的温 度。原则上，加热温度最好高于所使用焊料的熔点。最为一般的焊料为金锡合金(AuSn 合金)，此时的温度设定以摄氏280度以上为佳。
封装生产线102具备有加热手段、减压手段以及加压手段。也就是说，经过加热 生产线后焊料呈现熔融状态，在此状态下使上盖与容器进行气密性接合。加热手段的 加热温度并没有特别限制，但最好将温度设定为低于上述加热生产线的温度。如此一 来可抑制成分挥发的发生。另外，原则上温度要比所使用的焊料熔点温度低为佳。以 焊料为金锡合金(AuSn合金)来看，温度设定在摄氏280度以下较优。
关于封装生产线102的减压手段，可以与上述加热生产线101使用相同手段。另 外，上述封装生产线102中的空间与上述加热生产线101中的空间可相连接，如此便 可双方同时进行减压作业。
关于封装生产线102，使用上述提到的加压手段(图1、图2中加载顶针7、8所 表示)在上盖2与容器1上施加压力使其密合。该加压手段并无特别规定，以普遍的 加压手段进行即可。但是如同图1的10b所表示的状态下进行施压的话，只从容器1 这端进行加压也无法成功压合。也就是说因为封装盘4的形状因素，如果只从容器1 这端进行加压，会无法让容器1与上盖2导向正确接合的位置。另外若只从上盖2 这端进行加压，虽然上盖2、焊料3以及容器1依序互相接触，但无法在他们之间施 予压力。
进行施加压力时，至少要从上盖2这一端(下侧)来加压(也就是说需要设备配置有 从上盖侧加压的加载顶针，更具体来说就是在容器这一端也设置加载顶针的方法(图 1)，或是以推压到容器这一侧所具有的封装夹具盖上的方式来进行加载的方法(图2) 等等。
另，加载顶针如同上述图4、5所表示，可以是加热手段的一部分，也可以是与 加热手段分开独立出来，不具加热机能，单纯只在进行封装时施加载荷的加载顶针。
此处施加压力的条件并无特别规定，但依容器的大小不同，施加压力的条件最好 也跟着变更。例如长宽2毫米左右的容器可以使用100克/平方厘米的力量做为加压 条件来进行封装。
关于本发明的封装设备，为了达成上述目的可以配置有其它构成机构。例如，要 将封装盘导入加热生产线的时候、或是从封装生产线中取出封装盘的时候，需要从大 气压环境导入到低压环境或是从低气压环境到大气压环境，针对此需求会根据状况来 配置对应(如图1中、103、104)。
本发明的封装设备，要求加热生产线以及封装生产线各自的温度误差越小越好。 本设备温度误差控制在正负摄氏2.5度以下。
本发明中，相对来说加热时间要较长，要比封装时间来得长为佳。也就是，比较 起来长时间进行加热可使焊料充分熔融，使挥发成分充分去除后再进行封装较优。进 一步来说，封装加压时间反而要较短为优。加热生产线中充分让焊料熔融后，加压生 产线可以较短。
更具体说明的话，条件设定成加热时间3分钟～20分钟、封装时间10秒～5分 钟为优。
为了确保这样的加热时间、并且将加热生产线内的温度或是减压度维持整体平 均，最好设置复数个加热生产线。也就是说，加热生产线中的处理时间要长、封装生 产线中的处理时间要短，因此加热生产线越长的话在制造效率上则变得更佳。这样的 情况下比起大容积的加热生产线，将加热生产线设置为复数个的话，封装设备的制造 成本等、以及加热生产线在整体上可较容易地均匀减压和加热。
本发明的封装设备，在封装生产线后可以具备冷却生产线。也就是说，当进行完 减压加热封装后在减压的状态下持续进行冷却后再取出，以此顺序为优。如此，在减 压状态下进行冷却的话，当在常压下取出封装盘时，已降温到接近室温的状态。以此 冷却方法则不会发生封装盘在常压状态下氧化(变色)。
本发明还是一种封装方法，其特征在于使用上述封装设备来封装容器与上盖。
产业上的可利用性
本发明如上所述，使用目的为石英晶体谐振器、石英晶体振荡器、表面声波滤波 器、LED等电子元件的容器与上盖的封装。