JP2003245780A - シーム溶接用治具、及びシーム溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 デバイスを構成するパッケージとカバーと
を、シーム溶接機で連続溶接する際の発熱により、パッ
ケージ及びカバー、或いは半導体部品に過大な熱ストレ
スがかかることを防ぎ、デバイスの気密を確保するとと
もに、デバイス内部の半導体部品の特性劣化を防止す
る。 【解決手段】 半導体部品を収納したパッケージに当接
されてパッケージを保持するためのシーム溶接用治具
と、パッケージの開口を塞ぐカバー上面に接しながら移
動するローラー電極６とを備えたシーム溶接機におい
て、シーム溶接用治具に冷媒を流す冷却管８を設けるこ
とにより、シーム溶接用治具の蓄熱を防ぎ、デバイスの
連続溶接を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光素子、半導体
チップ及び水晶等の半導体部品を収納するデバイスのパ
ッケージと、当該パッケージ上面の開口を覆い気密封止
するためのカバーとを接合するためのシーム溶接用の治
具、及びシーム溶接機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、パッケージの上面にカバーをシー
ム溶接する際に、パッケージに与える熱ストレスを和ら
げることができるシーム溶接機に用いられる治具とし
て、図７及び図８に示す治具が提案されている。また、
このような治具の代表例として、特開平９−５７４５２
号公報に記載されたものが知られている。

【０００３】図７は、シーム溶接機で溶接される光デバ
イスのパッケージを、パッケージ保持治具にセットした
状態を上方から見た平面図、図８はその側断面図であ
る。まず、この光デバイスの構成を説明する。図におい
て、１は光学部品が設けられ、電気信号を光信号に変換
して出力する、或いは光信号を受信し電気信号に変換す
る機能を有した光デバイス、２はセラミック等から成る
箱状の光デバイス１のパッケージ、３はペルチェ素子
や、レーザダイオード又はフォトダイオード等の光学素
子を含み、パッケージ内部に収納される半導体部品、４
はコバール等から成るカバーである。半導体部品３は、
パッケージ２内の底面に設けられた基板や、パッケージ
２の側面に半田付け等で固定される。また、カバー４は
パッケージ２内の開口を塞ぐように、パッケージ２の側
壁の上面にシーム溶接等で接合され、光デバイス１内は
気密が得られている。

【０００４】次に、図において、５はシーム溶接機に固
定されたシーム溶接用の治具であるパッケージ保持治
具、６はローラ電極、７はローラ電極６を回転可能に支
持するローラ電極保持部であり、５、６、及び７はシー
ム溶接機の構成品の一部を成す。

【０００５】従来のシーム溶接機及びその治具はこのよ
うに構成され、あらかじめ半導体部品３が搭載されたパ
ッケージ２を、パッケージ保持治具５の当接面に当てた
状態でセットし、このパッケージ２の上面にカバー４を
載せた後、カバー４上面の端縁に正電極と負電極で対を
成す２つのローラー電極６を当接させ、カバー４を介在
させてローラ電極６に所定の電流を流しながら、この端
縁に沿ってカバー４の全周を通過するようにローラ電極
６を転がすことにより、パッケージ２とカバー４間の接
合面の接触抵抗による発熱を利用して、パッケージ２と
カバー４をシーム溶接で固定する。

【０００６】このとき、パッケージ２とカバー４を溶接
する際に過剰な熱が発生するが、上記従来例によれば、
パッケージ保持治具５を放熱性に優れた材料で構成し、
溶接時の過剰な熱をパッケージ２からパッケージ保持治
具５に放出するようにしている。従って、溶接時の過剰
な熱ストレスにより、パッケージ２内に搭載されている
半導体部品３の特性劣化を防止することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、光デバイス１を量産するために、連続
して多数個の光デバイス１をシーム溶接する場合、パッ
ケージ２からパッケージ保持治具５に放出された熱は、
パッケージ保持治具５に蓄積され、パッケージ２とパッ
ケージ保持治具５との当接面の温度が徐々に上昇し、パ
ッケージ２及びカバー４或いは半導体部品３に過大な熱
ストレスがかかる。

【０００８】図９は従来治具による連続溶接時のデバイ
スの温度特性図である。縦軸は光デバイス１の最大温度
を、横軸は連続溶接数を示しており、１００個連続溶接
した時の光デバイス１の最大温度は３０℃上昇してい
る。その結果、パッケージ保持治具５で十分に熱を吸収
できなくなり、パッケージ２におけるカバー４との気密
封止部や、パッケージ２の側面に割れが発生し、気密が
確保できなくなるとともに、光デバイス１内部の温度が
上昇して、半導体部品３の特性が劣化するという問題が
あった。

【０００９】例えば、光デバイス１の内部温度が１２０
℃以上に上昇することによって、レーザダイオードやフ
ォトダイオード等の半導体部品３や、レンズやフィルタ
等の光学部品の特性が変化し、デバイス１から所望の光
出力を得られなくなる、或いは受光した光信号を電気信
号に変換する際の感度が劣化してしまう。

【００１０】また、連続して多数個のデバイス１をシー
ム溶接することにより、ローラー電極６及びローラー電
極保持部７も畜熱され、カバー４から流入する熱が増加
して、デバイス１の温度が徐々に上がり、結果、上記と
同様の問題が発生していた。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、パッケージとカバーをシーム溶
接機で連続溶接する際の発熱により、パッケージ及びカ
バー、或いは半導体部品に過大な熱ストレスがかかるこ
とを防ぎ、デバイスの気密を確保し、デバイス内部の半
導体部品の特性劣化を防止することができるシーム溶接
用の治具を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明によるシーム溶
接用治具は、半導体部品を収納したパッケージと、当該
パッケージの開口を塞ぐカバーとのシーム溶接のため
に、当該パッケージに当接されてパッケージを保持する
ものであって、パッケージとの当接面の周辺に強制冷却
部を備えたものである。

【００１３】また、この発明によるシーム溶接機は、半
導体部品を収納したパッケージと、当該パッケージの開
口を塞ぐカバーとのシーム溶接のために、当該パッケー
ジに当接されてパッケージを保持するためのシーム溶接
用治具と、上記カバーの上面に当接され、カバーの端縁
を移動するローラー電極とを有したものであって、上記
シーム溶接用治具が、パッケージとの当接面の周辺に強
制冷却部を備えたものである。

【００１４】また、この発明によるシーム溶接機は、半
導体部品を収納したパッケージと、当該パッケージの開
口を塞ぐカバーとのシーム溶接のために、当該カバーの
上面に当接され、カバーの端縁を移動するローラー電極
を有したものであって、上記ローラー電極を軸支するロ
ーラ電極保持部と、上記ローラ電極保持部に設けられた
強制冷却部とを備えたものである。

【００１５】また、上記シーム溶接機のローラ電極は、
正電極と負電極の２つのローラ電極が対向配置されて成
り、当該ローラ電極の間に、カバーを冷却するための冷
却ローラーを備えていても良い。

【００１６】さらに、上記シーム溶接機は、上記カバー
を冷却するための冷却ガス噴出部を備えていても良い。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１及び図２は、
本発明の実施形態１に係るシーム溶接機用の治具を示す
もので、図１は光デバイス１を治具にセットした状態の
平面図、図２はその断面図である。光デバイス１は図７
及び図８に示した従来のものと同一相当のものであり、
セラミック製パッケージ２を有して、このパッケージ２
内の底面に直接もしくはキャリアを介在させて間接的に
光学素子やペルチェ素子等の半導体部品３が半田付けで
固定されている。このパッケージ２は、コバール製のカ
バー４がシーム溶接で接合され、光デバイス１内は気密
が得られている。

【００１８】このシーム溶接を行うためのシーム溶接機
では、シーム溶接機用治具が使用され、この治具とし
て、シーム溶接機に固定されたアルミ等の熱良導性から
成るパッケージ保持治具５ｂが用いられる。光デバイス
１は、パッケージ保持治具５ｂに設けられた窪み内に配
置され、パッケージ保持治具５ｂに設けられた図示しな
い可動部を、バネやねじ等で光デバイス１のパッケージ
外側の側面に押し当てることにより、光デバイス１がパ
ッケージ保持治具５ｂに挟持される。また、このパッケ
ージ保持治具５ｂには、上記窪みを囲むように、金属チ
ューブ、或いは樹脂ホース埋設されたから成る冷却管８
が設けてある。

【００１９】シーム溶接機は、パッケージ保持治具５ｂ
の他にローラー電極６を備えており、ローラー電極６
は、シーム溶接機に固定されたローラー電極保持部７に
対して回転可能に軸支されている。ローラ電極６は、正
電極と負電極の２つのローラ電極６ａ、６ｂが、光デバ
イス１を挟むようにカバー４の上方に対向配置され、ロ
ーラ電極６ａ、６ｂの端面が、それぞれカバー４の両端
縁に当接するような間隔で配置される。

【００２０】次に本実施形態によるシーム溶接機の動作
について説明する。シーム溶接機に固定されたパッケー
ジ保持治具５ｂの冷却管８内に、例えば常時２５℃程度
の冷却水又は窒素ガス等の冷媒を流しておき、パッケー
ジ保持治具５ｂを２５℃±２℃に保持する。このパッケ
ージ保持治具５ｂに、あらかじめ半導体部品３が搭載さ
れたパッケージ２をセットし、このパッケージ２の上面
の開口を覆うようにカバー４を載せる。その後、例えば
カバー４の対向する長辺の各々の中心部２個所に、上か
らローラー電極保持部７に設置されたローラー電極６を
当接させ、ローラ電極６ａと６ｂ間に所望の大きさの電
流を流すことにより、パッケージ２とカバー４をスポッ
ト溶接で仮止めする。次に、ローラ電極６ａと６ｂ間に
所望の大きさの電流を流しながら、カバー４の長辺、短
辺における端縁に沿ってローラー電極６のローラ部を転
がし、カバー４をパッケージ２にシーム溶接で固定し、
カバー４を気密封止する。この際、図示しない電流制御
器から、ローラ電極６ａと６ｂとの間に、バイアスの与
えられた所望の大きさの交流電流を流し、この電流の大
きさを適宜調整することによって、パッケージ２とカバ
ー４との接触面の温度がほぼ所望の範囲内になるように
制御される。

【００２１】このシーム溶接時にパッケージ２とカバー
４との接触面で発生した熱は、パッケージ２を介してパ
ッケージ保持治具５ｂに伝導される。然るに、パッケー
ジ保持治具５ｂは、冷却管８内を流れる冷媒によって冷
却されるので、ほぼ一定の温度（例えば２５℃）に保た
れる。特に、多数個の光デバイス１を、短時間で連続的
にシーム溶接する場合であっても、パッケージ保持治具
５ｂの温度は、例えば２５℃±２℃の範囲内に保持され
る。これによって、パッケージ２及びカバー４、或いは
半導体部品３に過大な熱ストレスがかかることを防止で
きる。

【００２２】図３は本実施形態の治具を用いて光デバイ
ス１を保持し、光デバイス１を連続的にシーム溶接した
時の光デバイス１の温度特性を示す図である。縦軸は光
デバイス１の最大温度を、横軸は連続溶接数を示してお
り、光デバイス１を約３０秒間隔で連続的に交換して、
約１時間程度の時間で１００個の光デバイス１を連続的
に溶接したときの、光デバイス１の温度変化を示すもの
である。図に示すように、光デバイス１の最大温度は約
１００℃（変動温度±５℃以内）に保たれている。その
結果、パッケージ２の温度上昇を抑えることができ、パ
ッケージ２の割れを防止し、光デバイス１の気密を確保
することができる。このように、パッケージ保持治具５
ｂに冷却管８のような強制冷却部を設けることによっ
て、光デバイス１内部の半導体部品３の特性劣化を防止
することができ、信頼性の高い光デバイス１を、短時間
で大量に、すなわち連続的にシーム溶接で加工すること
が可能になる。

【００２３】以上のように本実施形態によれば、パッケ
ージ保持治具５ｂに冷却管６を設け、冷却管６内に常時
２５℃程度の水又は窒素ガス等の冷媒を流しながらシー
ム溶接するため、パッケージ２とカバー４をシーム溶接
する際の熱により、パッケージ２及びカバー４或いは半
導体部品３に過大な熱ストレスがかかることを防止でき
る。加えて、連続的に多数個のパッケージ２とカバー４
をシーム溶接する際にも、パッケージ保持治具５ｂへの
畜熱を防ぐことができる。したがって、パッケージ２及
びカバー４、或いは半導体部品３に過大な熱ストレスが
かかることを防ぎ、パッケージ２の割れを防いでデバイ
ス１の気密を確保し、デバイス１内部の半導体部品３の
特性劣化を防止することができる。

【００２４】実施の形態２．図４は本発明の実施形態２
に係るシーム溶接機用治具の断面図である。図におい
て、１〜８は図４と同一相当のものである。９はローラ
ー電極保持部７に窒素ガスを流す金属チューブや樹脂性
ホース等で成る冷却管であり、ローラー電極保持部７内
に埋設される、或いはその周囲に巻付けられてローラー
電極保持部７を冷却する。

【００２５】上述の実施形態１においては、溶接時に発
生する熱によりローラー電極６の温度が上昇し、ローラ
ー電極保持部７に熱が伝わり、光デバイス１を漸次溶接
するごとにローラー電極６及びローラー電極保持部７の
温度が上昇する。その結果、溶接間隔や溶接時間の条件
によっては、カバー４を介在させてパッケージ２に伝導
される熱ストレス、或いはカバー４から光デバイス１の
内部空気を通じて半導体部品３にかかる熱ストレスが増
大する場合もある。然るに、本実施形態では、ローラー
電極保持部７に冷却管９のような強制冷却部を設け、ロ
ーラー電極保持部７を冷却管９内を流れる窒素ガスによ
って冷却されるため、ローラー電極６の温度上昇を抑え
ることができる。

【００２６】以上のように、本実施形態では、ローラー
電極保持部７に冷却管９を設け、冷却管９内に常時２５
℃程度の水又は窒素ガス等の冷媒を流すとともに、パッ
ケージ保持治具５ｂを常時冷却しながらシーム溶接する
ことにより、連続的に多数個のパッケージ２とカバー４
をシーム溶接する際の、パッケージ保持治具５ｂ及びロ
ーラー電極保持部７への畜熱を防ぐことができる。した
がって、パッケージ２及びカバー４、或いは半導体部品
３に過大な熱ストレスがかかることを防いで、信頼性の
高い光デバイスを連続的にシーム溶接で加工することが
可能になる。

【００２７】なお、図４には、パッケージ保持治具５ｂ
にも冷却管８を設けた例を示したが、ローラー電極保持
部７のみに冷却管９を設けるだけでも、充分な冷却性能
を得ることができる。このため、溶接間隔や溶接時間の
設定条件、或いは半導体部品３の耐熱温度条件によって
は、本実施形態の他の態様として、冷却管８を設けずに
冷却管９のみを備えた構成を用いても良く、この場合、
シーム溶接機の機器構成がより簡潔になる。

【００２８】実施の形態３．図５は本発明の実施形態３
に係るシーム溶接機用治具の断面図である。図において
１〜９は図４と同じである。１０はカバー４の上面を冷
却するために、ローラ電極６の端面に回転自在に支持さ
れたカバー冷却ローラーである。カバー冷却ローラー１
０は、光デバイス１の上方で対向配置される２つのロー
ラ電極６ａ、６ｂの、それぞれの相対する端面に挟まれ
て設けられ、ローラ電極６の移動に伴ってカバー４の上
面を転がる。

【００２９】上述の実施形態２では、溶接時に発生する
熱をパッケージ保持治具５及びローラー電極６に逃がす
ようにシーム溶接機を構成した。然るに、本実施形態で
は、図４に示すように放熱性に優れた材料で構成された
カバー冷却ローラー１０を設け、カバー４の上面の中央
部周辺に当接させることにより、溶接時にカバー４から
効率的に熱を奪うことができる。これによって、パッケ
ージ２及びカバー４、或いは半導体部品３に過大な熱ス
トレスがかかることを防ぎ、信頼性の高い光デバイス１
を連続的に加工することが可能になる。

【００３０】以上のように、本実施形態では、２対のロ
ーラー電極６の間に、カバー４を冷却するための冷却ロ
ーラー１０を備えることにより、溶接時に冷却ローラー
１０をカバー４に接触させて、直接熱を奪うことができ
る。したがって、パッケージ保持治具５ｂ及びローラー
電極８の冷却に加え、カバー４が直接冷却されて、連続
シーム溶接において特にカバー４の温度上昇を抑制し、
カバー４とパッケージ２の線膨張差によるストレスで発
生する、パッケージ２の割れを防ぐことができる。

【００３１】実施の形態４．図６は本発明の実施形態４
に係るシーム溶接機用治具の断面図である。図におい
て、１〜９は図４と同じである。１１はカバー４を冷却
するためのノズルである。

【００３２】上述した実施形態においては、溶接時に発
生する熱をパッケージ保持治具５ｂ及びローラー電極６
に逃がしているが、図６に示すようにカバー４の上方に
窒素（Ｎ_２）ガスを噴出するノズル１１を設け、Ｎ_２ガ
スをカバー４の上面の中央部周辺に吹き付けることによ
り、溶接時にカバー４から効率的に熱を奪うことができ
る。これによって、パッケージ２及びカバー４、或いは
半導体部品３に過大な熱ストレスがかかることを防ぎ、
信頼性の高い光デバイスを連続的に加工することが可能
になる。

【００３３】以上のように、本実施形態では、ローラー
電極６の近傍にカバー４を冷却するための冷却ガス噴出
機構であるノズル１１を備えることにより、溶接時にカ
バー４に冷却ガスを噴出し、カバー４の熱を奪うことが
できる。したがって、パッケージ保持治具５ｂ及びロー
ラー電極６の冷却に加え、カバー４が直接冷却されるた
め、連続シーム溶接において、特にカバー４の温度上昇
を抑制し、カバー４とパッケージ２の線膨張差によるス
トレスで発生するパッケージ２の割れを防ぐことができ
る。

【００３４】なお、上記実施形態１から４では、光学素
子やペルチェ素子等を収納したセラミック製のパッケー
ジ２と、コバール製のカバー４とのシーム溶接に適用し
た場合について説明したが、光学素子以外の、水晶やそ
の他の半導体部品を収納したパッケージのシーム溶接
や、電子ビーム溶接、又はレーザー溶接等の他の溶接を
対象とした治具として、パッケージ保持治具５ｂを用い
ても良い。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はパッケー
ジを保持する治具、もしくはカバーに接するローラ電極
に強制冷却部を設けたので、パッケージとカバーを連続
的に溶接する際に、パッケージとカバーを接合したデバ
イスに加わる熱ストレスを低減し、信頼性の高いデバイ
スを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１を示す平面図である。

【図２】 本発明の実施の形態１を示す断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態における光デバイスの温
度特性図である。

【図４】 本発明の実施の形態２を示す断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態３を示す断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態４を示す断面図である。

【図７】 従来治具を示す平面図である。

【図８】 従来治具を示す断面図である。

【図９】 従来治具における光デバイスの温度特性図で
ある。

【符号の説明】

１ 光デバイス、 ２ パッケージ、 ３ 半導体部
品、 ４ カバー、５ｂ パッケージ保持治具、 ６
ローラー電極、 ７ ローラー電極保持部、８ 冷却
管、 ９ 冷却管、 １０ カバー冷却ローラー、 １
１ ノズル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体部品を収納したパッケージと、当
   該パッケージの開口を塞ぐカバーとのシーム溶接のため
   に、当該パッケージに当接されてパッケージを保持する
   ためのシーム溶接用治具において、 上記パッケージとの当接面の周辺に強制冷却部を備えた
   ことを特徴とするシーム溶接用治具。
2. 【請求項２】 半導体部品を収納したパッケージと、当
   該パッケージの開口を塞ぐカバーとのシーム溶接のため
   に、当該パッケージに当接されてパッケージを保持する
   ためのシーム溶接用治具と、 上記カバーの上面に当接され、当該カバーの端縁を移動
   するローラー電極とを有したシーム溶接機において、 上記シーム溶接用治具は、上記パッケージとの当接面の
   周辺に強制冷却部を備えたことを特徴とするシーム溶接
   機。
3. 【請求項３】 半導体部品を収納したパッケージと、当
   該パッケージの開口を塞ぐカバーとのシーム溶接のため
   に、当該カバーの上面に当接され、当該カバーの端縁を
   移動するローラー電極を有したシーム溶接機において、 上記ローラー電極を軸支するローラ電極保持部と、 上記ローラ電極保持部に設けられた強制冷却部とを備え
   たことを特徴とするシーム溶接機。
4. 【請求項４】 上記ローラ電極は、正電極と負電極の２
   つのローラ電極が対向配置されて成り、当該ローラ電極
   の間に、上記カバーを冷却するための冷却ローラーを備
   えたことを特徴とする請求項２又は３記載のシーム溶接
   機。
5. 【請求項５】 上記カバーを冷却するための冷却ガス噴
   出部を備えたことを特徴とする請求項２又は３記載のシ
   ーム溶接機。