TWI570852B - Packaging equipment and packaging methods - Google Patents

Description

封裝設備以及封裝方法

本發明為，封裝設備以及封裝方法相關。

石英晶體諧振器、石英晶體震盪器、表面聲聲波濾波器、LED等等電子元件的領域內，其容器開口部與外蓋接合時，該容器需要進行氣密封裝。如此的氣密封裝，要求使用高氣密性封裝。

專利文獻1裡說明，此封裝設備使用專用盤面，在此盤面搭載外蓋與容器然後封裝。專利文獻1封裝設備圖3中揭示此盤面內上蓋與容器的搭載狀態。在圖3表示裡，上蓋2上載有熔接材3，其上搭載與之接觸的容器1。此情況下，加熱生產線上因為容器1與上蓋2兩者都直接接觸到熔接材3，所以不得不使用比熔接材3熔點低的溫度進行加熱。因此，在封裝程序下要使容器1與上蓋2熔接，必須使用比加熱程序更高的溫度(也就是說，熔接材熔點以上溫度)。

使用上述程序進行封裝，會產生以下問題。在加熱製造程序中熔接材內未揮發掉的成分以及容器內未揮發掉的成分，會在更高溫的封裝程序中揮發。在高氣密度之下進行密封時，此時發生的揮發性成份是導致氣密度低落的原因。特別是近年來電子部品高性能化以及小型化的進步，對於高氣密度密封的要求更加地高，所以此問題必須要有改善。

專利文獻2中表示，此電子元件封裝設備使用押壓凸起物貫穿封裝盤上設置的開孔，使上蓋與容器與加熱器接觸。

但是上述方法中，加熱程序下的上蓋、封裝材、與容器的狀態是互相接觸的，因此無法解決上面所描述的問題。又，加熱程序中容器與加熱器接觸後，容器會黏著在加熱器上，等封裝程序完成後也無法脫離加熱器，是導致生產線問題的原因。

專利文獻3中有記載使用薄膜吸收劑的真空容器。但是此狀況下，使用薄膜吸收劑是為了讓真空度提高。又，加熱的方法是將容器埋在設有加熱器的凹槽中，以此方法進行加熱後，不容易將容器從凹槽部分取出，而容易造成生產上的問題。再加上加熱與封裝必須使用同一加熱器，在加熱生產線與封裝生產線只能進行些微差距的溫度調整，所以無法得到高真空度

〔專利文獻1〕特開2011-14810號公報

〔專利文獻2〕特開2011-146491號公報

〔專利文獻3〕特開2013-219237號公報

鑒於上述，本發明的目的為提供高效率、高氣密性封裝封裝設備以及運用此設備的封裝方法。

本發明為，收納有電子部品的容器與上蓋進行氣密封裝之電子部品的封裝設備。內有加熱生產線，其後為封裝生產線。準備好上述容器與上述上蓋的定位用封裝盤，在設備中有自動移送此封裝盤底達加熱生產線和封裝生產線。上述所謂定位意即，將此封裝盤上搭載的封裝劑與上蓋之間保有空隙的位置，在封裝生產線中至少在上蓋端(下側)設有施壓用頂針、封裝盤上載置有封裝治具蓋為其特徵之封裝設備。

上述封裝盤定位方式，最好是將上蓋定位於底部、容器與上蓋之間的位置仍存有空隙。

加熱生產線以及封裝生產線需要調整溫度的加熱器，最好是在上方與下方兩端皆配置。

本發明在特徵上來說，是使用上述封裝設備來封裝容器與上蓋之封裝方法。

本發明的封裝設備以及封裝方法是使用簡要的設備，實現加熱生產線中的加熱溫度可高於封裝生產線中的封裝溫度。如此一來可抑制封裝時揮發的成分，以達到高氣密性封裝，加上較少發生生產線問題、也能進行良好的溫度管理。使用此方法可以用較低價格得到比從前更高氣密性的元件，可實現電子元件的小型化以及高性能化。

1‧‧‧容器

2‧‧‧上蓋

3‧‧‧熔接材

4‧‧‧封裝盤

5‧‧‧封裝治具蓋

6、7‧‧‧荷重頂針

8‧‧‧開孔

9、10‧‧‧加熱生產線用加熱塊板

11、12‧‧‧封裝生產線用加熱塊板

101‧‧‧加熱生產線

102‧‧‧封裝生產線

103‧‧‧常壓減壓切換室(進入端)

104‧‧‧常壓減壓切換室(排出端)

105‧‧‧減壓幫浦

第1圖係顯示本發明封裝設備一例之意示圖。

第2圖係顯示本發明封裝設備一例之意示圖。

第3圖係顯示以往封裝設備一例之意示圖。

第4圖係顯示本發明封裝設備中使用加熱塊板的加熱狀態示意圖。

第5圖係顯示本發明封裝設備中使用加熱塊板的加熱狀態示意圖。

第6圖係顯示本發明封裝設備概要示意圖。

以下針對本發明進行說明。

本發明的封裝設備，在加熱生產線中上蓋與容器維持在沒有接觸的狀態下。因此在加熱生產線中，熔接材就算完全融解也不會使其閉塞。所以在加熱生產線中，加熱溫度可提高到融接材融點以上溫度。

因此，加熱生產線的溫度設定可高於封裝生產線的溫度。依此，可抑制封裝生產線中揮發性物質的產生，以達到高氣密性的電子元件。

封裝盤收納有定位狀態下的上蓋與容器，在生產線中移動，其上頭載置有封裝治具蓋。也就是說，封裝盤上設置的凹槽內收納好上蓋與容器，為了蓋住此凹槽所以載置有封裝治具蓋的狀態下行進封裝。本發明的封裝設備在封裝時使用荷重頂針由下而上的方向施加力量。此時，加熱器直接與容器接觸後，會發生容器附著在加熱器上的問題。而本封裝設備使用生產線將封裝盤連同上蓋與容器搬送到下個程序，所以當一部分的容器附著到加熱器等封裝設備本體的話，會導致無法搬送到下個程序。而為了排除問題必須要停止生產線並降溫，造成製造效率大幅低下。

本發明中，封裝盤上加上封裝治具蓋準備妥當的話，容器除了荷重頂針與封裝治具蓋之外不會接觸到其他部分。所以不會有發生上述問題的優點。

另外，本發明相關的加熱程序與封裝程序中在上下兩方皆設計有加熱器，使用此加熱器夾住加溫。本發明如上述所示最好要能控制加熱溫度，依此，使用上下兩方的加熱器夾緊，可進行設定溫度無偏差之高精度加溫。

本發明具體之狀態一例如同圖1的示意圖所示。如圖1的加熱程序10a中，上蓋2上的熔接材3與容器1的配置為無互相接觸的狀態。在此狀態下進行加熱後，熔接材3就算熔融也不會與容器1互相接觸。接下來進 行封止程序10a的部分，使用兩支荷重頂針在6與7的地方從兩端夾緊加壓來使容器1和上蓋2與之黏接熔合。

又，如圖1所示封裝盤4以及封裝治具蓋5上設計有荷重頂針6、7可通過的開孔。此開孔尺寸要可讓荷重頂針7、8通過，但無法讓容器和上蓋通過為佳。

圖2則是與圖1方法相異，本發明具體狀態之一例。圖2的封止程序20b中，從上蓋2那一側由荷重頂針6加諸力量使之推附到封裝治具蓋5上的加壓方法。依此方法來使容器1與上蓋2黏接熔合。

如圖2狀態，與圖1相同，封裝盤4底部最好要有荷重頂針6可通過的開孔。加上如圖2所示封裝治具蓋5上也最好有荷重頂針6可通過的開孔。又，圖2中的封裝治具蓋5上設有開孔，但此時開孔尺寸要無法讓容器與上蓋通過。

如圖1、2所示狀態，加上加熱用的加熱塊板9、10、11、12在圖4與圖5有表示。圖4對應圖1的狀態、圖5對應圖2的狀態。

如圖4、5所表示，本發明中的加熱生產線101與封裝生產線102各有個別的加熱塊板，封裝盤4和封裝治具蓋5以及搭載在其內的容器1、上蓋2一同由加熱程序101移動到封裝程序102。

如圖4、5的狀態，荷重頂針6、7是設置在封裝生產線102中用來加熱的加熱塊板11、12上上的突起物。如此可依設定溫度加熱荷重頂針，優點為封裝生產線中可容易進行設定溫度的溫控管理。

加上如圖4、5的狀態所示，上下部雙方設有加熱塊板，從上下方向夾住般的加熱為優。關於本發明，在加熱生產線與封裝生產線中需要個別進行溫度管理。特別是封裝生產線，必須在短時間內有效率地將溫度降低低於加熱生產線的溫度。如上所述，上下部兩方設置加熱塊板，由 上下夾著加熱的方式，可在短時間到達設定溫度，如此更可將上述本發明的效果更好。

關於本發明的封裝設備，使用有定位效果的封裝盤是重點。意即在該當定位時，搭載於封裝盤近底部的上蓋相對來說，容器必須要固定在觸碰不到上蓋上熔接材的位置。像這樣封裝盤的形狀，就如同圖1中表示的封裝盤4一樣，底部與中央部的斷面面積以及/或是形狀是不同的，所需形狀是要將上蓋2裝載在底部、容器1則裝載在中央部中呈現懸浮的狀態。

上面所述封裝盤，是板狀物的表面上有複數個凹孔部。即是一片封裝板上有多數個圖1、2所表示的凹孔部，使用此封裝盤的話，一片封裝盤可同時進行多數個封裝。上述此封裝盤無特別限定材質，金屬製或是陶瓷製等等皆可，但以金屬製為佳。

本發明的封裝設備概要如圖6所表示。本發明的封裝設備，具備加熱生產線101以及封裝生產線102。如圖1、2所表示，上蓋2、熔接材3、容器1依順序排列狀態放置於封裝盤4，並將其導入設備內。接著使用搬送方法(無圖示)將封裝盤在設備內移動，依序通過加熱生產線101→封裝生產線102，在各個生產線內進行必要的處理來完成封裝處理。

如上所述，封裝盤4之上載有封裝治具蓋5。該封裝治具蓋5的尺寸略同於封裝盤4，當置於封裝盤4上時，要以幾乎全面覆蓋者為佳。此封裝治具上蓋5與封裝盤4之間，為了不讓輕微的震動或是少許荷重導致從封裝盤上脫離，在其中一邊開孔，另一邊則裝上定位銷，利用關孔與定位銷卡住固定。孔洞要開在封裝盤或是蓋板上皆可，並無特別限制。

上文記載封裝治具蓋5，其材質無規定。但需要能滿足加熱條件的耐熱性素材。舉例來說有陶瓷、碳素、鈦、其他金屬等等。

關於本發明封裝設備的加熱生產線101，舉個具體的例子，如同圖1的10a、圖2的20a所呈現的狀態下進行處理；關於封裝生產線102的話如圖1的10b、圖2的20b所呈現的狀態下進行處理。

加熱生產線101同時具備加熱功能與減壓功能為佳。也就是說加熱生產線101的構造，是在減壓狀態下進行加熱，使揮發性能提高。這時用高於熔接材融點溫度進行加熱，加熱生產線下將熔接材融化為優。

加熱生產線101相關的減壓方法並無特別限制，只要可以將壓力減壓到5帕斯卡(5Pa)以下，一般常見的減壓幫浦等等皆可使用。

加熱生產線101相關的加熱溫度並無特別限制，可依所使用的熔接材來設定適當的溫度。原則上，加熱溫度最好高於所使用熔接材的熔點。最為一般的熔接材為金錫合金(AuSn合金)，此時的溫度設定以攝氏280度為佳。

封裝生產線102具備有加熱功能、減壓功能以及加壓功能。也就是說，經過加熱生產線後熔接材呈現熔融狀態，以此狀態下使上蓋與容器進行氣密性接合。加熱功能中的加熱溫度並沒有特別限制，但最好將溫度設定為低於前加熱生產線溫度。如此一來可抑制成分揮發的發生。另外，原則上溫度要比所使用的熔接材熔點溫度較低為佳。以熔接材金錫合金(AuSn合金)的來看，溫度設定在攝氏280度以下較優。

關於封裝生產線102的減壓功能，可以與上述加熱生產線101使用相同手段。另外，上述封裝生產線102中的空間與上述加熱生產線101中的空間可相連接，如此便可雙方同時進行減壓作業。

關於封裝生產線102，使用上述提到的施加壓力的方式(圖1、圖2中荷重頂針7、8所表示)在上蓋2與容器1上施加壓力使其密合。該施加壓力的方法並無特別規定，以普遍的加壓方法進行即可。但是如同圖 110b所表示的狀態下進行施壓的話，只針對容器1這端進行加壓也無法成功壓合。也就是說因為封裝盤4的形狀因素，如果只對容器1這端進行加壓，會無法讓容器1與上蓋2導向正確接合的位置。又若只對上蓋2這端進行加壓，不論是上蓋2、熔接材3以及容器1不能依序互相接觸之外，更無法在他們之間施予壓力。

進行施加壓力時，至少要從上蓋2這一端(下側)來加壓(也就是說需要設備配置有從上蓋端加壓的荷重頂針，更具體來說就是在容器這一端也設置荷重頂針的方法(圖1)，或是推壓到容器這一面有封裝治具蓋板上的方式來進行荷重加壓(圖2)等等的方法。

另，荷重頂針如同上述圖4、5所表示，可以是加熱方法的一部分、也可以與加熱方法分開獨立出來、也可以不具加熱機能，單純只在進行封裝時施加荷重的荷重頂針。

此處施加壓力的條件並無特別規定，但依容器的大小不同施加壓力的條件最好也跟著變更。例如長寬2公厘左右的容器可以使用100公克/平方公分的力量做為加壓條件來進行封裝。

關於本發明封裝設備，為了達成上述目的可以配置有其他構成機構。例如，要將封裝盤導入加熱生產線的時候、或是從封裝生產線中取出封裝盤的時候；需要從大氣壓環境導入到低壓環境又或是從低氣壓環境到大氣壓環境，針對此需求會根據狀況來配置對應(如圖1中、103、104)。

本發明的封裝設備，要求加熱生產線以及封裝生產線各個溫度誤差越小越好。本設備溫度誤差控制在正負攝氏2.5度以下。

本發明中，相對來說加熱時間要較長，要比封裝時間來得長為佳。也就是，比較起來長時間進行加熱可使熔接材充分熔融，使揮發成 份充分去除後再進行封裝較優。進一步來說，封裝加壓時間反而要較短為優。加熱生產線中充分讓融接材溶融後，以短時間進行加壓封裝生產線。

更具體說明的話，生產線設定加熱時間3分鐘~20分鐘、封裝時間10秒~5分鐘為優。

如此一來可確保加熱時間，加上為了在加熱生產線內要將溫度或是減壓度要維持整體平均，最好設置複數個加熱生產線。也就是說，加熱生產線的處理時間要長、封裝生產線的處理時間要短的關係，加熱生產線越長的話在製造效率上則變得更佳。這樣的情況下比起大容積的加熱生產線，將加熱生產線複數化的話，封裝設備的製造成本等、以及加熱生產線在整體上較可容易地均勻減壓和加壓。

本發明之封裝設備，在封裝生產線後是可以備有冷卻生產線。也就是說，當進行完減壓加熱封裝後在減壓的狀態下持續進行冷卻後再取出，以此順序是較優。如此，在減壓狀態下進行冷卻的話，當正常氣壓下取出封裝盤時，已降溫到接近室溫的狀態。以此冷卻方法則不會發生封裝盤在常溫狀態下氧化(變色)。

本發明，在特徵上來說是使用上述封裝設備封裝容器與上蓋之封裝方法。

本發明如上項目所述，使用目的為石英晶體諧振器、石英晶體震盪器、表面聲聲波濾波器、LED等電子元的容器與上蓋的封裝。

Claims (4)

1. 一種封裝設備，係氣密封裝一收納電子元件的容器與一上蓋，其中該封裝設備包含：一加熱生產線以及一接續在該加熱生產線之後的封裝生產線；以及一搬送機構，設有一用於定位該容器與該上蓋的封裝盤，並且在該加熱生產線與該封裝生產線之間搬送該封裝盤，其中，該定位係使於該上蓋的封裝部所裝載的封裝劑與該容器之間存在空隙，該封裝生產線中，係至少於上蓋側具有一荷重頂針，該封裝盤上裝載一封裝治具蓋。
2. 如請求項1所述的封裝設備，其中該封裝盤係使該上蓋被定位於底部，且使該容器被定位於該容器與該上蓋之間具有空隙的位置。
3. 如請求項1或2所述的封裝設備，其中該加熱生產線與該封裝生產線中，於上方與下方兩端具有用於調整溫度的加熱器。
4. 一種封裝方法，係使用如請求項1或2所述的封裝設備封裝一容器與一上蓋。