JPH0344421B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体集積回路（IC）やトランジ
スタ、ダイオードなどの半導体回路素子を容器本
体に収容し、キヤツプをこの容器本体にシーム接
合して半導体回路素子を気密封止するマイクロパ
ラレルシーム接合装置における、シーム接合の不
良を判別する方法およびこの方法の実施に直接使
用する装置に関するものである。

（従来技術） ICなどの半導体回路素子を気密に封止する方
法としてマイクロパラレルシーム接合（Micro
Parallel Seam Join−ing）法が提案されてい
る。この方法は、第３図に示すように、セラミツ
ク基板１に環状のシールフレーム２をろう付けし
て容器本体３を形成し、このシールフレーム２内
に半導体回路素子４を固定して薄板のキヤツプ５
を被せ、これを回転テーブル６に載せてこのキヤ
ツプ５の縁に一対のテーパローラ電極７，８を不
活性ガス中で所定圧力下で転接させつつ通電する
ことにより、キヤツプ５をシールフレーム２にシ
ーム接合するものである。また矩形のキヤツプの
場合にはテーブル６を直線移動させて２辺を接合
したのち、90°回転させて残りの２辺を接合する
か、円形のキヤツプの場合と同様にテーブル５を
回転させて接合する方法がとられている。

ここにシールフレーム２の上面には、シールフ
レーム２より低融点の金などのメツキ層が予め形
成され、またキヤツプ５にも同様に金などのメツ
キ層が形成されている。従つてテーパローラ電極
７，８に通電するとシールフレーム２とキヤツプ
５の間に介在するメツキ層が溶けて接合される。
この時シールフレーム２やキヤツプ５の母材自身
は溶融せず、通常のスポツト溶接に見られるよう
な母材同志の溶融部、即ちナゲツトは形成されな
い。

このようなマイクロパラレルシーム接合におい
て、接合部の品質管理方法、すなわちシール接合
の良否を判別する方法の一つとして、電流モニタ
法が知られている。これはスポツト溶接などの他
の電気溶接法で広く用いられているもので、２つ
のテーパローラ電極７，８間の電流を検出し、こ
の電流を基準電流値と比較してその許容範囲を外
れたことを判別することにより、接合の良否を判
定するものである。

（従来技術の問題点） しかしマイクロパラレルシーム接合では、１つ
のシーム接合回路中に２つの接合点があるため、
これら２つの接合点を流れる全電流の検出は可能
であるが、個々の接合点においてはその電流密度
は必ずしも同一にはならない。このため各接合点
の温度上昇がアンバランスになつても、従来の電
流をモニタする方法ではそれを検出することはで
きず、シーム接合の良否を高精度に判別すること
は困難であつた。このためシーム接合不良による
容器の気密不良が生じても、破壊試験もしくはリ
ークテスタによらなければその欠陥を発見するこ
とができず、製品の歩留り低下の大きな要因とな
つていた。

（発明の目的） 本発明はこのような事情に鑑みなされたもので
あり、半導体集積回路やトランジスタ、ダイオー
ドなどの半導体回路素子を収容する容器をマイク
ロパラレルシーム接合によつて気密封止する際
に、シーム接合の良否を高精度に検出でき、製品
の歩留りを向上させることができるマイクロパラ
レルシーム接合装置の接合不良判別方法を提供す
ることを第１の目的とする。またこの発明は、こ
の方法の実施に直接使用する接合不良判別装置を
提供することを第２の目的とするものである。

（発明の構成） 本発明によれば前記第１の目的は、半導体回路
素子を収容する上方が開口した容器本体にキヤツ
プを載せ、前記キヤツプの対称な周縁に接触する
ように配置された一対のテーパローラ電極を、前
記キヤツプの周縁に上方から転接させつつ通電す
ることにより、前記キヤツプと容器本体との間に
介在するメツキ層を溶融させ、前記キヤツプを前
記容器本体にシーム接合するマイクロパラレルシ
ーム接合装置において、少くとも一方の前記テー
パローラ電極の上下方向の変位に基づいて前記キ
ヤツプのずれによる接合不良を判別することを特
徴とするマイクロパラレルシーム接合装置の接合
不良判別方法により達成される。

また、前記第２の目的は、半導体回路素子を収
容する上方が開口した容器本体にキヤツプを載
せ、前記キヤツプの対称な周縁に接触するように
配置された一対のテーパローラを、前記キヤツプ
の周縁に上方より転接させつつ通電することによ
り前記キヤツプと容器本体との間に介在するメツ
キ層を溶融させ、前記キヤツプを前記容器本体に
シーム接合するマイクロパラレルシーム接合装置
において、前記キヤツプのずれが無い状態を基準
として少くとも一方の前記テーパローラ電極の変
位を検出する変位検出回路と、前記テーパローラ
電極の変位の許容範囲を設定する設定器と、前記
テーパローラ電極の変位を前記許容範囲と比較す
る比較器とを備え、前記テーパローラ電極の変位
が前記許容範囲を外れたことから接合不良を判別
することを特徴とするマイクロパラレルシーム接
合装置の接合不良判別装置により達成される。

（発明の原理） 発明者はマイクロパラレルシーム接合法におけ
る接合不良の原因を詳細に検討した結果、２つの
テーパローラ電極に対するキヤツプのずれが大き
な原因であることを知つた。

第４，５図はその原理説明図である。第４図は
シールフレーム２は正規の位置にあるがキヤツプ
５だけがずれた状態を説明するものである。すな
わちこの図でキヤツプ５の正規の位置が実線で示
されるのに対し、このキヤツプ５が図上左側のテ
ーパローラ電極７側へｘだけずれて仮想線位置に
来た場合には、テーパローラ電極７は距離Ｈ上昇
し、テーパローラ電極８は距離Ｈ下降する。この
結果両テーパローラ電極７，８は図に仮想線で示
す位置に移動することが解る。

また第５図はシールフレーム２がテーパローラ
電極７側にｘだけずれた状態を示すものである。
すなわち図の実線は正規の位置を示すものである
のに対し、シールフレーム２がテーパローラ電極
７側へｘずれると、この上のキヤツプ５も共にｘ
だけ移動し、これらは図の仮想線位置に来る。こ
の結果両テーパローラ電極７，８は図の仮想線で
示す位置に移動する。

これらの場合には、キヤツプ５のずれｘにより
一方のテーパローラ電極７はＨ＝ｘ tanθだけ上
昇し、他方のテーパローラ電極８は同量だけ下降
する。ここにθはテーパローラ電極７，８のテー
パ角である。このようにテーパローラ電極７，８
の上下動があると、テーパローラ電極７，８がキ
ヤツプ５に接触する部分の半径が変化する。この
ためテーパローラ電極７，８がキヤツプ５を押圧
する荷重が同じであつても、接触面積が変化して
くるために接触圧力が変化する。この結果テーパ
ローラ電極７，８とキヤツプ５との接触抵抗、ま
たキヤツプ５とシールフレーム２との接触抵抗が
アンバランスになる。また、テーパローラ電極
７，８の熱伝達特性もアンバランスになる。

このように２つの接合点における全電流が同じ
であつても、各接合点の発熱量および放熱量など
の熱的条件がアンバランスになるため、温度がア
ンバランスになり、接合不良が発生するものであ
ることが解つた。

そこで発明者はこれらの原因となつている第４
図に示すようなキヤツプ５のずれ、あるいは第５
図に示すようなシールフレーム２とキヤツプ５と
が一体となつたずれを、テーパローラ電極７，８
の上下方向の変位に基づいて検出し、このキヤツ
プ５のずれが予め設置した許容範囲を外れたこと
から接合不良を判別するという思想を得たもので
ある。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例であるマイクロパラ
レルシーム接合装置の側面図、第２図はその接合
不良判別装置のブロツク図である。

この実施例においては、前記第３図に示すよう
に、回転テーブル６と共に回転する容器本体３に
円形のキヤツプ５を載せてシーム接合する。符号
１０，１０はそれぞれ門形の静荷重式接合ヘツド
であり、図では省略したが同一機枠上に図示のご
とく対向させて配置されている。従つて接合ヘツ
ド１０，１０の説明は必要な場合を除き、一方の
接合ヘツド１０のみの説明に止める。１１はフレ
ームであり、このフレーム１１には直線運動用ベ
アリング１２によつて上下動可能にシヤフト１３
が保持されている。このシヤフト１３の上端部位
には重垂１４が装荷されて、シヤフト１３に下向
きの荷重を付与する。シヤフト１３の下端部には
電極支持体１５が固定され、この支持体１５には
前記テーパローラ電極７または８がシヤフト１３
の軸線に対して直角かつ回転自在に装着されてい
る。電極支持体１５には給電帯１６が接続され
て、テーパローラ電極７，８に電流が供給され
る。

前記回転テーブル６は、その上に容器本体３お
よびキヤツプ５を載せた状態で両テーパローラ電
極７，８の間の下方に配置される。従つてテーパ
ローラ電極７，８は、重錘１４，１４の荷重によ
つてキヤツプ５に押圧される。この状態で回転テ
ーブル６を電気モータ（図示せず）などにより回
転させる一方、両テーパローラ電極７，８に電流
を流せば、テーパローラ電極７，８に押圧された
部分が発熱し、容器本体３のシールフレームのメ
ツキ層およびキヤツプ５のメツキ層が溶融し、シ
ーム接合される。

以上説明したマイクロパラレルシーム接合装置
は従来装置と変わるところはなく、従つてテーパ
ローラ電極７，８の昇降機構等については省略し
た。

この実施例ではシヤフト１３，１３の変位を検
出するため、前記シヤフト１３，１３に例えば差
動変圧器からなる位置センサ１８，１８を取付
け、シヤフト１３とフレーム１１との相対移動距
離をそれぞれ電圧変動値として検出する。

第２図において２０は変位検出回路であり、こ
の変位検出回路２０は前記２つの位置センサ１
８，１８と、これら位置センサ１８，１８の出力
を増幅する増幅回路２１，２１と、その出力の差
を求める差動増幅回路２２と、この回路２２の出
力の絶対値を求める絶対値回路２３とを備える。
位置センサ１８，１８はゼロ設定機１８ａ，１８
ａを備え、このゼロ設定機１８ａ，１８ａによつ
てキヤツプ５のずれが無い時における位置センサ
１８，１８の出力電圧がゼロとなるように調整さ
れる。また、この位置センサ１８，１８は差動変
圧器であるので、キヤツプ５のずれが無い時の出
力をゼロとして、キヤツプ５のずれがあると一方
の位置センサ１８が正の電圧を他方と位置センサ
１８が負の電圧を出力する。

２３は絶対値回路であり、差動増幅回路２２の
絶対値を求める。

２４は比較回路であり、この絶対値回路２３の
出力を、設定器２５の設定値と比較し、この設定
値より大きくなると接合不良と判断して接合不良
信号を制御回路２６に送る。設定器２５の設定値
はテーパローラ電極７，８の変位の許容範囲すな
わちキヤツプ５のずれが許容範囲を設定するもの
である。

制御回路２６は接合不良信号に基づいて警告ラ
ンプや警告ブザーなどによつて警告したり、テー
パローラ電極７，８の電流を遮断し回転テーブル
６を停止してシーム接合を停止させる。

この実施例においてキヤツプ５の直径を12.87
mmとし、テーパローラ電極７，８のテーパ角θを
15°とする。キヤツプ５の正規の位置からのずれ
ｘが1.0mmあるものとすればテーパローラ電極７，
８はそれぞれ Ｈ＝1.0×tan15° ＝1.0×0.27 ＝0.27mm だけ上方および下方に変位する。回転テーブル６
は約11.2秒かけて185°回転する。従つてテーパロ
ーラ電極７，８はキヤツプ５の円周の20.2mmを
11.2秒かけて転接する間に、0.27mmづつ変位する
ことになる。

テーパローラ電極７，８の上下逆向きの変位の
絶対値の和は変位検出回路２０で求められ、この
変位量が設定器２５で設定された許容範囲を外れ
ると制御回路２６は警告を発し、シーム接合動作
を停止する。

以上の実施例においては２つのテーパローラ電
極７，８の変位の絶対値の和を変位検出器２０で
求めているが、本発明はこれに限られるものでは
ない。例えばキヤツプ周縁がテーパローラ電極の
回転軸に対して常に直交する方向に移動する場合
には、一方のテーパローラ電極のみの変位を検出
して、その絶対値を設定値と比較してもよい。こ
のような方法が適用可能な場合としては、円形キ
ヤツプを回転させてシーム接合する場合、矩形の
キヤツプをその周縁方向に平行移動させてシーム
接合する場合などが考えられる。

また、１つの位置センサにより、２つのテーパ
ローラ電極の相対変位を検出し、その絶対値を設
定値と比較するようにしてもよい。例えば、差動
変圧器を位置センサとして用いる場合にはこの差
動変圧器のコイル側を一方のシヤフト１３に、可
動鉄心側を他方のシヤフト１３にそれぞれ固定し
て、両者の相対変位を１つの差動変圧器で検出し
てもよい。

この場合には位置センサの出力は前記第１，２
図の実施例のものに比べて２倍になるから感度が
向上する。このような方法によれば、正多角形の
キヤツプを回転させつつシーム接合する場合のよ
うに２つの位置センサが同時に上下動する場合に
も、キヤツプのずれによる変位のみを検出できる
利点がある。

また、前記第１，２図の実施例では、位置セン
サ１８として差動変圧器を用いゼロ設定器１８ａ
によつてゼロ調整するが、本発明における変位検
出回路はこれに限定されるものでないのは勿論で
ある。例えば、テーパローラ電極への通電開始時
またはその直前におけるテーパローラ電極の位置
を示す位置センサの出力を記憶し、その後のシー
ム接合中の位置センサの出力とこの記憶値との差
から変位を求めてもよい。また、位置センサの出
力の最大値と最小値を求め両者の差から最大変位
を求めたり、位置センサの出力の変化率からキヤ
ツプのずれを間接的に検出するものなど種々の構
成が可能である。本発明はキヤツプのずれをテー
パローラ電極の変位に基づいて検出するものであ
れば全て包含するものである。

（発明の効果） 本発明は以上のように、半導体回路素子の容器
をマイクロパラレルシーム接合する際に、テーパ
ローラ電極の変位に基づいてキヤツプのずれが許
容範囲内にあるか否かを判別することによりシー
ム接合の良否を検出する。このため２つのテーパ
ローラ電極のキヤツプ接触部分の回転半径の差が
許容範囲を越えて過大にならず、温度のアンバラ
ンスによる接合不良を高精度に検出できる。この
結果次のような種々の効果を得ることができる。

(1) シーム接合不良に基づく容器の気密性の低下
を防止し、製品の歩留りを著しく高めることが
できる。

(2) 後工程の組立作業中や使用中に破損しない強
固な気密封止が可能になる。

(3) ２つの接合部の温度のアンバランスが小さく
なるので、温度が過度に上昇することがなくな
り、テーパローラ電極や容器の損傷が発生しな
い。

(4) 温度が過度に上昇することがないので、収容
する半導体回路素子の温度による特性への悪影
響を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、本発明の一実施例である装置の側面
図、第２図は接合不良判別装置のブロツク図、第
３図はマイクロパラレルシーム接合法の説明図、
第４，５図は本発明の原理説明図である。 ３……容器本体、４……半導体回路素子、５…
…キヤツプ、７，８……テーパローラ電極、１８
……位置センサ、２０……変位検出回路、２２…
…差動増幅回路、２３……絶対値回路、２４……
比較回路、２５……設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体回路素子を収容する上方が開口した容
   器本体にキヤツプを載せ、前記キヤツプの対称な
   周縁に接触するように配置された一対のテーパロ
   ーラ電極を、前記キヤツプの周縁に上方から転接
   させつつ通電することにより、前記キヤツプと容
   器本体との間に介在するメツキ層を溶融させ、前
   記キヤツプを前記容器本体にシーム接合するマイ
   クロパラレルシーム接合装置において、 少くとも一方の前記テーパローラ電極の上下方
   向の変位に基づいて前記キヤツプのずれによる接
   合不良を判別することを特徴とするマイクロパラ
   レルシーム接合装置の接合不良判別方法。 ２ 前記キヤツプの周縁が前記テーパローラ電極
   の回転軸に対して直交する方向に相対移動され、
   一方のテーパローラ電極の変位を検出しこの変位
   が予め設定した許容範囲を外れたことから接合不
   良を判別することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のマイクロパラレルシーム接合装置の接
   合不良判別方法。 ３ ２つのテーパローラ電極の相対変位を検出
   し、この相対変位は予め設定した許容範囲を外れ
   たことから接合不良を判別することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のマイクロパラレルシ
   ーム接合装置の接合不良判別方法。 ４ 半導体回路素子を収容する上方が開口した容
   器本体にキヤツプを載せ、前記キヤツプの対称な
   周縁に接触するように配置された一対のテーパロ
   ーラ電極を、前記キヤツプの周縁に上方より転接
   させつつ通電することにより前記キヤツプと容器
   本体との間に介在するメツキ層を溶融させ、前記
   キヤツプを前記容器本体にシーム接合するマイク
   ロパラレルシーム接合装置において、 前記キヤツプのずれが無い状態を基準として少
   くとも一方の前記テーパローラ電極の変位を検出
   する変位検出回路と、前記テーパローラ電極の変
   位の許容範囲を設定する設定器と、前記テーパロ
   ーラ電極の変位を前記許容範囲と比較する比較器
   とを備え、前記テーパローラ電極の変位が前記許
   容範囲を外れたことから接合不良を判別すること
   を特徴とするマイクロパラレルシーム接合装置の
   接合不良判別装置。 ５ 一対のテーパローラ電極は前記キヤツプの周
   縁の移動方向に直交する直線上に対向配置され、
   変位検出回路は、一方のテーパローラ電極の変位
   を検出する位置センサと、この位置センサの出力
   の絶対値を求める絶対値回路とを備えることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項記載のマイクロパ
   ラレルシーム接合装置の接合不良判別装置。 ６ 変位検出回路は２つのテーパローラ電極の相
   対変位を検出する１つの位置センサと、この位置
   センサの出力の絶対値を求める絶対値回路とを備
   えることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   のマイクロパラレルシーム接合装置の接合不良判
   別装置。 ７ 変位検出回路は２つのテーパローラ電極のそ
   れぞれの変位を検出する２つの位置センサと、こ
   れら各位置センサの出力の差を求める差動増幅器
   と、この差動増幅器の出力の絶対値を求める絶対
   値回路とを備えることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項記載のマイクロパラレルシーム接合装置
   の接合不良判別装置。