JP6435005B2 - 接合部材製造装置及び接合部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は接合部材製造装置及び接合部材の製造方法に関し、特に２つの部材の位置合わせを正確に行うことができる接合部材製造装置及び接合部材の製造方法に関する。

光半導体は、光電変換素子等が実装されたステムに対し、素子等を覆うレンズ付きのキャップを取り付けて構成されている。ステムとキャップとを溶接する装置として、下部電極ホルダにステムをクランプし、キャップを上部テーパーコレット電極にクランプし、上部テーパーコレット電極を固定した上部電極移動台を移動押圧手段で鉛直方向に移動して抵抗溶接を行うものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００３−１５４４６３号公報

光半導体用のステムとキャップとの溶接には高い位置合わせ精度が求められる。ステム及びキャップの基準となる位置同士を合わせるには、ステム及びキャップの少なくとも一方を、両者を押圧する方向（軸線が延びる方向）に対して直交する方向の成分を有する方向に動かすことになるが、この位置合わせの際にステムとキャップとが接触してしまうと、部材が損傷するおそれがあるだけでなく、クランプされたステム及び／又はキャップが傾いた場合は接合された製品となったときに正確な位置合わせが行われていないものが存在するおそれがある。

本発明は上述の課題に鑑み、２つの部材の位置合わせを正確に行うことができる接合部材製造装置及び接合部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図１、図２に示すように、第１の接合対象部材Ｓと、レンズＣｎを有する第２の接合対象部材Ｃと、が接合した接合部材Ｄを製造する装置１であって；第１の接合対象部材Ｓを保持する第１の保持具１０と；第２の接合対象部材Ｃを保持する第２の保持具２０と；第１の保持具１０を、第２の保持具２０に対して、基準平面Ｈ内で相対的に移動させると共に、基準平面Ｈに垂直な方向である垂直方向Ｖに相対的に往復移動させる移動装置３０と；移動装置３０を制御する制御装置６０とを備え；第２の保持具２０は、第１の保持具１０に保持された第１の接合対象部材Ｓに存在する基準位置を、レンズＣｎ越しに把握する基準位置把握部２６を有し；制御装置６０は、第１の保持具１０に保持された第１の接合対象部材Ｓと第２の保持具２０に保持された第２の接合対象部材Ｃとについて、基準平面Ｈに投影したときの位置を、垂直方向Ｖに所定の距離だけ離れた位置で基準位置把握部２６を用いて合わせた後、垂直方向Ｖに接近させて接合するように、移動装置３０を制御する。

このように構成すると、第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とを接合する際に、垂直方向に所定の距離だけ離れた位置で、基準平面に投影したときの位置を合わせるので、位置合わせの際に第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とが接触することを回避することができ、レンズ越しに行う第１の接合対象部材の基準位置の把握を適切に行うことができて、２つの部材の位置合わせを正確に行うことができる。

また、本発明の第２の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る接合部材製造装置１において、制御装置６０は、第１の保持具１０に保持された第１の接合対象部材Ｓと第２の保持具２０に保持された第２の接合対象部材Ｃとについて、基準平面Ｈに投影したときの位置を基準位置把握部２６を用いて合わせる前に、垂直方向Ｖに所定の距離だけ離れた位置で垂直方向Ｖへの移動を一旦停止するように移動装置３０を制御する。

このように構成すると、第１の保持具と第２の保持具とが所定の距離よりも離れた状態で第１の保持具に第１の接合対象部材を保持させると共に第２の保持具に第２の接合対象部材を保持させることができ、第１の接合対象部材及び／又は第２の接合対象部材の接合部材製造装置への装着が簡便になる。

また、本発明の第３の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第２の態様に係る接合部材製造装置１において、第２の保持具２０の一部２１ｓを、垂直方向Ｖにおける第１の保持具１０の側で接触させるストッパ２９を備え；第２の保持具２０がストッパ２９に接触することにより、第１の保持具１０に保持された第１の接合対象部材Ｓと第２の保持具２０に保持された第２の接合対象部材Ｓとが所定の距離だけ離れた位置で垂直方向Ｖの移動が停止するように構成されている。

このように構成すると、第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とを基準平面に投影したときの位置で合わせる際に、簡便な構成で両部材が接触することを回避することができる。

また、本発明の第４の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図４及び図１に示すように、上記本発明の第３の態様に係る接合部材製造装置において、ストッパ２９は、第２の保持具２０が接触する面が基準平面Ｈに対して傾斜した傾斜面２９ｓに構成されると共に、第２の保持具２０に対して接触する傾斜面２９ｓの位置が移動可能に構成されている。

このように構成すると、簡便な構成で所定の距離を調節することができると共に、第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とを接合する際の第２の保持具とストッパとの接触の解除を簡便に行うことができる。

また、本発明の第５の態様に係る接合部材製造装置は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る接合部材製造装置１において、垂直方向Ｖにおける第１の接合対象部材Ｓと第２の接合対象部材Ｃとの距離を検出する距離検出部４５を備える。

このように構成すると、第１の接合対象部材と第２の接合対象部材との距離が所定の距離からずれたことを検出することができ、第１の接合対象部材と第２の接合対象部材との間隔が所定の距離となるように対策を施すことが可能になる。

上記目的を達成するために、本発明の第６の態様に係る接合部材の製造方法は、例えば図１、図２及び図５に示すように、第１の接合対象部材Ｓと、レンズＣｎを有する第２の接合対象部材Ｃと、が接合した接合部材Ｄを製造する方法であって；基準平面Ｈに垂直な方向である垂直方向Ｖにおける距離が所定の距離だけ離れている第１の接合対象部材Ｓと第２の接合対象部材Ｃとについて、基準平面Ｈに投影したときの位置を、レンズＣｎ越しに第１の接合対象部材Ｓに存在する基準位置を確認しながら合わせる位置合わせ工程（Ｓ４）と；位置合わせ工程（Ｓ４）の後、第１の接合対象部材Ｓと第２の接合対象部材Ｃとを垂直方向Ｖに接近させて接合する接合工程（Ｓ６〜Ｓ８）とを備える。

このように構成すると、第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とを接合する際に、垂直方向に所定の距離だけ離れた位置で、基準平面に投影したときの位置を合わせるので、位置合わせの際に第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とが接触することを回避することができ、レンズ越しに行う第１の接合対象部材の基準位置の把握を適切に行うことができて、２つの部材の位置合わせを正確に行うことができる。

なお、本発明の第７の態様に係る接合部材の製造方法として、例えば図１及び図５を参照して示すように、上記本発明の第６の態様に係る接合部材の製造方法において、位置合わせ工程（Ｓ４）の前に、第１の接合対象部材Ｓと第２の接合対象部材Ｃとの距離が所定の距離になるように接近させる接近工程（Ｓ３）を備えていてもよい。

本発明によれば、第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とを接合する際に、垂直方向に所定の距離だけ離れた位置で、基準平面に投影したときの位置を合わせるので、位置合わせの際に第１の接合対象部材と第２の接合対象部材とが接触することを回避することができ、レンズ越しに行う第１の接合対象部材の基準位置の把握を適切に行うことができて、２つの部材の位置合わせを正確に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る溶接装置の概略構成を示す縦断面図である。 接合部材の一例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は分解部分断面側面図である。 本発明の実施の形態に係る溶接装置の上部電極の概略構成を示す部分垂直断面図である。 本発明の実施の形態に係る溶接装置が備えるストッパを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面展開図である。 本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る接合部材製造装置としての溶接装置１を説明する。図１は、溶接装置１の概略構成を示す縦断面図である。溶接装置１は、本実施の形態ではキャップＣとステムＳとを溶接する装置である。溶接装置１は、下部電極１０と、上部電極２０と、ストッパ２９と、下部電極１０及び上部電極２０を移動させる移動装置３０と、レーザセンサ４５と、制御装置６０とを備えている。ここで、溶接装置１の説明に先立って、キャップＣとステムＳとを溶接することによって製造される接合部材を説明する。

図２（Ａ）は接合部材としてのデバイスＤの斜視図であり、図２（Ｂ）はデバイスＤの分解部分断面側面図である。本実施の形態におけるデバイスＤは、光半導体であるとして説明する。デバイスＤは、キャップＣとステムＳとが接合されて構成されている。図２（Ｂ）では、デバイスＤとなる前のキャップＣとステムＳとが分離した状態を示しており、キャップＣを断面で、ステムＳを側面で、それぞれ表している。ステムＳは、光電変換素子を構成する電極やトランジスタ等（以下「実装部Ｓｔ」という。）がベースＳｂに実装され、ベースＳｂからリードＳｄが延びて構成されている。ベースＳｂは、本実施の形態では円板状に形成されている。リードＳｄは、ベースＳｂから、実装部Ｓｔの反対側に延びている。ベースＳｂ及びリードＳｄは、金属で形成されている。本実施の形態では、実装部Ｓｔの頂部に、基準位置となる目印（不図示）が設けられている。基準位置となる目印として、実装部Ｓｔに設けられている発光点を適用してもよい。キャップＣは、ステムＳの実装部Ｓｔを覆ってベースＳｂに取り付けることができるように構成されている。キャップＣは、概ね円筒状の外観を呈しており、円筒状の内部に実装部Ｓｔを収容することができるように構成されている。キャップＣは、円筒状の側面に相当する外周部Ｃｐに対し、一方の端面が開口し、他方の端面が塞がれている。本実施の形態では、外周部Ｃｐの軸直角断面における直径が約５ｍｍに構成されている。キャップＣは、レーザー光を透過させるレンズＣｎが、塞がれている方の端面である頂面に設けられている。キャップＣは、開口している方の端面の縁Ｃｅが、溶接時に加圧を受ける面を確保するために、若干外側に拡張されている。縁Ｃｅの外周は、本実施の形態では、ベースＳｂの外周以下となる大きさの円形に形成されている。キャップＣは、レンズＣｎ以外の部分が金属で形成されている。ステムＳ及びキャップＣの金属の部分は、典型的にはステンレス鋼やコバール等で形成されているが、これら以外の金属で形成されていてもよい。ステムＳ及びキャップＣの金属の部分は、典型的には異種の金属であるが、同種の金属であってもよい。デバイスＤは、実装部ＳｔをキャップＣで覆ったうえで縁ＣｅをベースＳｂに溶接して構成されている。本実施の形態では、ステムＳが第１の接合対象部材に相当し、キャップＣが第２の接合対象部材に相当する。

図１に戻って、溶接装置１の構成を説明する。下部電極１０は、ステムＳを保持するものであり、第１の保持具に相当する。下部電極１０は、電極本体１０ｂと、クランパ１０ｃとを有している。電極本体１０ｂは、金属のブロックで構成されている。電極本体１０ｂは、典型的には電気伝導性の高い金属で形成されている。電極本体１０ｂは、天面１０ｆが専ら平坦に形成されている。本実施の形態では、天面１０ｆが水平に広がっており、天面１０ｆを含み天面１０ｆの外側に天面１０ｆと同一平面上に広がる仮想の水平面を基準平面Ｈということとする。電極本体１０ｂは、天面１０ｆから深さ方向に、リードＳｄを収容できるステム用穴１０ｈが形成されている。ステム用穴１０ｈは、すべてのリードＳｄを収容できる一方でベースＳｂの外径よりも小さい径に形成されていると共に、ベースＳｂを天面１０ｆに載置した場合に最も長いリードＳｄを収容することができる深さに形成されている。クランパ１０ｃは、リードＳｄがステム用穴１０ｈに収容されて天面１０ｆに載置されたベースＳｂを挟んで把持するものであり、把持機構に相当する。クランパ１０ｃは、基準部１１と押さえ部１２とを有しており、基準部１１と押さえ部１２とでステムＳ（ベースＳｂ）を挟むことができるように構成されている。基準部１１及び押さえ部１２は、共に、電極本体１０ｂの天面１０ｆの上に設けられている。

基準部１１及び押さえ部１２は、平面視において、リードＳｄがステム用穴１０ｈに収容されて天面１０ｆに載置されたベースＳｂ（ステムＳ）を基準部１１と押さえ部１２とで挟むように、ステムＳに対して片側に基準部１１が、反対側に押さえ部１２が、それぞれ配置されている。基準部１１及び押さえ部１２は、共に、天面１０ｆに沿って、相互に近づき及び離れる方向（Ｙ方向）の往復移動を個別にすることができるように構成されている。基準部１１は、ステムＳが電極本体１０ｂの天面１０ｆに載置された後、ステムＳを把持する位置に押さえ部１２よりも先に移動して、クランパ１０ｃがステムＳを把持（下部電極１０がステムＳを保持）する際の基点となることができるように構成されている。クランパ１０ｃは、ステムＳを把持する位置にある基準部１１に対して、押さえ部１２が接近することでステムＳを把持し、押さえ部１２が離れることでステムＳの保持を解除することができるように構成されている。電極本体１０ｂ及びクランパ１０ｃを含む下部電極１０全体は、下部移動装置３１によって、基準平面Ｈ内における基準部１１及び押さえ部１２が往復移動する方向（Ｙ方向）及びこれに直交する方向（紙面に垂直な方向）にそれぞれ往復移動することができると共に、基準平面Ｈ内においてステムＳを中心とした回転移動をすることができるように構成されている。このように、下部電極１０全体が、下部移動装置３１によって、基準平面Ｈ内を、２方向への往復直線移動及び回転移動をすることができるように構成されている。下部電極１０の詳細に続いて上部電極２０の詳細を説明する。

図１及び図３を主に参照して上部電極２０の詳細を説明する。図３は、上部電極２０の概略構成を示す部分垂直断面図である。上部電極２０は、キャップＣを保持するものであり、第２の保持具に相当する。上部電極２０は、概ね、円柱状の本体２１と、円環状（ドーナツ状）のバルーン２２と、電極チップ２３と、本体２１との間にバルーン２２を挟んだ電極チップ２３を本体２１に固定するチップ固定ナット２４と、キャップカメラ２６とを有している。本体２１は、押さえ電極２１Ａと主部２１Ｂとを含んでおり、全体として円柱状の軸線ＡＸに沿って延びる中空部２１ｈが形成されている。本体２１は、本実施の形態では、軸線ＡＸが鉛直上下に延びる向きで下部電極１０の上方に設置されている。このとき、上部電極２０は、軸線ＡＸが基準平面Ｈに対して垂直に延びている。本体２１の主部２１Ｂの上部側面には、外側に出っ張る突起２１ｓが設けられている。本体２１の、下端（下部電極１０に近い側の端部）の面の中央部には、バルーン２２が嵌る突部２１ｐが形成されている。本体２１の中空部２１ｈは、本実施の形態では、突部２１ｐ付近で径を小さくして本体２１の下端面を貫いている。バルーン２２は、突部２１ｐの外側周を覆うように突部２１ｐの外側に取り付けられている。バルーン２２は、シリコーンゴム等の弾性の部材で、浮き輪のように内部に気体（典型的には空気）を注入可能な中空状に形成されている。バルーン２２は、本体２１の下端面と電極チップ２３との間に挟まれている。本体２１の下端面と電極チップ２３との間は、バルーン２２が収容されるための隙間が形成されており、バルーン２２が軸線ＡＸに向かって内側に膨張することで、バルーン２２が中空部２１ｈに入り込むことができるように構成されている。

電極チップ２３は、段差のある円盤状に形成されている。電極チップ２３は、本体２１の中空部２１ｈ及びバルーン２２の環状の中心穴に通ずる挿通孔が形成されている。電極チップ２３の挿通孔は、キャップＣの外周部Ｃｐの外径よりも大きく、キャップＣの縁Ｃｅの外径よりも小さく形成されている。電極チップ２３の挿通孔まわりの厚さは、キャップＣを、縁Ｃｅが電極チップ２３に当たるまで挿通孔に挿入したときに、キャップＣの外周部Ｃｐがバルーン２２の中心穴を貫通する程度に形成されている。チップ固定ナット２４は、本体２１の外径よりも大きな外径を有している。チップ固定ナット２４は、電極チップ２３を収容することができるように、上方の面から軸線ＡＸが延びる方向の内部に向かって窪んでいる。チップ固定ナット２４は、内部に向かって窪んだ部分の内壁に内ねじ２４ｗが形成されており、本体２１の側面下部に形成された外ねじ２１ｗにねじ込むことができるように構成されている。チップ固定ナット２４は、電極チップ２３の挿通孔よりも大きい径の部分を通過させる通過孔２４ｈが中央部に形成されている。上部電極２０は、本体２１、電極チップ２３、チップ固定ナット２４が、典型的には電気伝導性の高い金属で形成されている。また、上部電極２０は、本体２１、バルーン２２、電極チップ２３、チップ固定ナット２４が、軸線ＡＸを中心とする同心に配置されている。

上部電極２０は、キャップＣを、縁Ｃｅが電極チップ２３に接触するまで電極チップ２３の挿通孔に挿入した後に、バルーン２２内に気体Ｆを供給することで、軸線ＡＸに向かって膨らんだバルーン２２によってキャップＣの外周部Ｃｐを保持することができるように構成されている。このとき、バルーン２２は、全周にわたって均等に内側へ向かって膨らむので、キャップＣの軸線が上部電極２０の軸線ＡＸに一致した状態でキャップＣが上部電極２０に保持されることとなる。このとき、上部電極２０は、レンズＣｎの光軸が基準平面Ｈに対して垂直となる状態でキャップＣ保持する場合もある。

キャップカメラ２６は、本体２１の中空部２１ｈ内に設けられている。キャップカメラ２６は、押さえ電極２１Ａの方向（鉛直下方の状態）を撮影することができるように配置されている。このような構成により、キャップカメラ２６は、上部電極２０に保持されたキャップＣのレンズＣｎの位置を把握すると共に、キャップＣを保持した上部電極２０がステムＳを保持した下部電極１０に近づいたときに、キャップＣのレンズＣｎ越しにステムＳに設けられた基準位置となる目印（不図示）を把握することができるようになっている。つまり、キャップカメラ２６は、基準位置把握部に相当する。

上部電極２０は、上部移動装置３２に固定されている。上部移動装置３２は、基台８１に固定された門柱２８の上部に固定されている。基台８１は、水平方向に広がる表面を有する台であり、溶接装置１の筐体に固定されている。上部電極２０は、上部移動装置３２の作動によって、下部電極１０に対して接近及び離れる往復移動をすることができるように構成されている。換言すれば、上部電極２０は、上部移動装置３２の作動によって垂直方向Ｖに往復移動することができるように構成されている。上部移動装置３２による上部電極２０の垂直方向Ｖへの移動は、ストッパ２９によって制限される。ストッパ２９は、突起２１ｓの下方で門柱２８の上部に取り付けられている。

図４に、ストッパ２９の詳細を示す。図４（Ａ）はストッパ２９の斜視図、図４（Ｂ）はストッパ２９の側面の展開図である。ストッパ２９は、概ね円筒状に形成されている。ストッパ２９の下端は、典型的には平坦に形成された底面２９ｂとなっている。底面２９ｂにおける円筒状の中心には、モータ（不図示）の軸２９ｃが取り付けられている。軸２９ｃは、円筒の軸線と一致するように延びている。ストッパ２９は、モータ（不図示）の作動により、円筒の軸線まわりに正逆両方向へ回転することができるように構成されている。ストッパ２９の上端は、周方向に沿って傾斜する傾斜面２９ｓとなっている。傾斜面２９ｓは、基準平面Ｈ（図１参照）に対して傾斜している。傾斜面２９ｓは、典型的には、図４（Ｂ）に示すように、底面２９ｂに対して直線状に傾斜している。なお、底面２９ｂは、基準平面Ｈと平行になっている。ストッパ２９は、上部移動装置３２による上部電極２０の垂直方向Ｖへの移動によって、上部電極２０の突起２１ｓが傾斜面２９ｓに接触し得る位置に設置されている。

再び図１を主に参照して、溶接装置１の構成の説明を続ける。下部電極１０と上部電極２０とは、ケーブル（不図示）を介して電源（不図示）に接続されている。溶接装置１は、下部電極１０に保持されたステムＳと、上部電極２０に保持されたキャップＣとを接触させたうえで電源（不図示）を投入して電圧を印加することで、下部電極１０、ステムＳ、キャップＣ、及び上部電極２０に電流を流すことができるように構成されている。

移動装置３０は、本実施の形態では、下部電極１０を基準平面Ｈで移動させる下部移動装置３１と、上部電極２０を垂直方向Ｖに移動させる上部移動装置３２とから構成されている。換言すれば、下部移動装置３１と上部移動装置３２との総称が移動装置３０である。下部移動装置３１は、基台８１に取り付けられている。上部移動装置３２は、上部電極２０を垂直方向Ｖへ往復移動可能に支持している。門柱２８は、上部電極２０及び上部移動装置３２と協働して、上部電極２０に保持されたキャップＣ（接合対象部材）の位置を決定する構造を構成している。接合対象部材の位置を決定する構造とは、典型的には、保持具やこれを支持する支柱等の構造体が該当する。

レーザセンサ４５は、基準平面Ｈと概ね同じ高さで、下部電極１０に隣接した位置に設けられている。レーザセンサ４５は、上部電極２０の方向を向くように設置されている。レーザセンサ４５は、上部電極２０が下部電極１０に近づくように下降してきたときに、上部電極２０との距離を検出することで、レーザセンサ４５付近にある下部電極１０に保持されたステムＳと、上部電極２０に保持されたキャップＣとの距離を推測することができるように構成されている。つまり、レーザセンサ４５は、下部電極１０に保持されたステムＳと上部電極２０に保持されたキャップＣとの垂直方向Ｖにおける距離を検出することができるものであり、距離検出部に相当する。

制御装置６０は、溶接装置１の動作を制御するものである。制御装置６０は、下部電極１０及び上部電極２０に対してそれぞれ有線又は無線で制御信号を送信することで、下部電極１０におけるステムＳの保持及び解除並びに上部電極２０におけるキャップＣの保持及び解除を個別に行うことができるように構成されている。また、制御装置６０は、下部移動装置３１及び上部移動装置３２に対してそれぞれ有線又は無線で制御信号を送信することで、下部移動装置３１による下部電極１０の基準平面Ｈにおける移動並びに上部移動装置３２による上部電極２０の垂直方向Ｖにおける移動を個別に行うことができるように構成されている。また、制御装置６０は、キャップカメラ２６に対して有線又は無線で電気的に接続されており、キャップカメラ２６で撮影した画像を受信することができるように構成されている。また、制御装置６０は、ストッパ２９のモータ（不図示）に対して有線又は無線で制御信号を送信することで、ストッパ２９を軸線まわりに回転させることができるように構成されている。また、制御装置６０は、レーザセンサ４５に対して有線又は無線で電気的に接続されており、レーザセンサ４５で検出した距離を受信することができるように構成されている。また、制御装置６０は、電源（不図示）に対して有線又は無線で電気的に接続されており、下部電極１０と上部電極２０との間への電圧の印加の有無を制御することができるように構成されている。

次に図５を参照して、本発明の実施の形態に係る接合部材の製造方法を説明する。図５は、接合部材としてのデバイスＤを製造する手順を示すフローチャートである。以下に説明するデバイスＤの製造方法（デバイスＤの製法）は、典型的には、これまで説明した溶接装置１で行われる。以下に説明するデバイスＤの製法は、溶接装置１の作用の説明を兼ねている。以下のデバイスＤの製法の説明において、溶接装置１の構成あるいはデバイスＤの構造に言及しているときは、適宜図１乃至図４を参照することとする。溶接装置１は、典型的には、デバイスＤの製造開始前は、下部電極１０のステム用穴１０ｈ（ステムＳが保持される円形空間）の中心を、上部電極２０の軸線ＡＸを延長した仮想直線が貫く位置に、下部電極１０がセットされている。

デバイスＤを製造するに際し、溶接装置１内には、ステムＳが複数配列されたステムパレット（不図示）と、キャップＣが複数配列されたキャップパレット（不図示）とが搬入される。キャップパレット（不図示）の載置位置は、上部電極２０が移動できる範囲内又は上部電極２０にキャップＣを受け渡しするキャップ搬送用ロボットハンド（不図示）の移動範囲内で、下部電極１０から離れた位置となっている。他方、ステムパレット（不図示）の載置位置は、下部電極１０が移動できる範囲又は下部電極１０にステムＳを受け渡しするステム搬送用ロボットハンド（不図示）の移動範囲内で、下部電極１０から離れた位置となっている。ステム搬送用ロボットハンド（不図示）は、複数段階を経て下部電極１０とステムパレット（不図示）との間でステムＳを移動させる構成（例えば、２段階の場合は、ステムＳを、第１のハンドがステムパレットと中間ステージとの間で搬送し、第２のハンドが中間ステージと下部電極１０との間で搬送する。）であってもよい。

キャップパレット（不図示）及びステムパレット（不図示）が溶接装置１内の所定の位置に載置されたら、制御装置６０は、ステム搬送用ロボットハンド（不図示）を用いて、ステムＳを、下部電極１０の位置に搬送して下部電極１０に保持させる（Ｓ１）。このとき、制御装置６０は、下部電極１０のクランパ１０ｃを構成する基準部１１及び押さえ部１２を相互に離しておき、ステム搬送用ロボットハンド（不図示）がステムＳを基準部１１と押さえ部１２との間に搬送し、ステムＳを把持する位置に基準部１１を先に移動させ、次いで押さえ部１２を基準部１１に向けて移動させることで基準部１１と押さえ部１２とでステムＳを挟んで保持する。

次に、制御装置６０は、キャップ搬送用ロボットハンド（不図示）を用いて、キャップパレット（不図示）に載置されているキャップＣの１つを上部電極２０に搬送し、上部電極２０にキャップＣを保持させる（Ｓ２）。このとき、キャップＣの外周部ＣｐをレンズＣｎ側からバルーン２２の中心穴に、縁Ｃｅが電極チップ２３に当たるまで挿入し、バルーン２２を膨張させてキャップＣを保持する。上部電極２０は、バルーン２２を膨張させてキャップＣを保持するので、キャップＣの外周部Ｃｐの概ね全周にバルーン２２が均等に接触してキャップＣが平面視において中心に位置し、上部電極２０の軸線ＡＸがキャップＣの中心を貫くこととなる。なお、図５では、説明の便宜上、上部電極２０でのキャップＣの保持（Ｓ２）を、ステムＳの保持（Ｓ１）の後に行うこととしているが、ステムＳの保持（Ｓ１）の前又は同時に行うこととしてもよい。

下部電極１０がステムＳを保持し、上部電極２０がキャップＣを保持したら、ステムＳとキャップＣとを近づけて接合することになるのであるが、光半導体用のデバイスＤのステムＳとキャップＣとの接合には高い位置合わせ精度が求められ、例えばミクロン〜サブミクロンオーダーの位置合わせ精度が求められる場合もある。溶接装置１は、前述のように、デバイスＤの製造開始前に、下部電極１０のステム用穴１０ｈの中心を、上部電極２０の軸線ＡＸを延長した仮想直線が貫く位置に、下部電極１０がセットされている。したがって、その状態で下部電極１０にステムＳを保持させ、上部電極２０にキャップＣを保持させれば、上部電極２０の軸線ＡＸを延長した仮想直線が、ステムＳ及びキャップＣそれぞれの中心軸線と一致すると考えられ、そのままステムＳとキャップＣとを近づけて接合すれば、互いの軸線が一致した高い位置合わせ精度を実現できると考えられる。しかしながら、ステムＳとキャップＣとを接合する際の位置合わせは、キャップＣのレンズＣｎの中心とステムＳの実装部Ｓｔ上の基準位置とが合うように行われるべきところ、ステムＳの実装部Ｓｔ上の基準位置がステムＳのベースＳｂの外径の中心に存在するとは限らず、また、キャップＣのレンズＣｎの中心が外周部Ｃｐの中心軸線上からずれている場合もあり得る。さらに、ステムＳに施されためっきの厚さが異なる等に起因してステムＳの輪郭の大きさが変わる場合や、溶接装置１内の温度変化に伴う熱応力の影響等により、下部電極１０にステムＳが保持されたときの実装部Ｓｔ上の基準位置や、上部電極２０にキャップＣが保持されたときのレンズＣｎの中心の位置に、個体差が生じ得る。

制御装置６０は、平面視におけるステムＳとキャップＣとの位置を合わせるために、キャップカメラ２６で撮影された画像において、キャップＣのレンズＣｎの中心が、ステムＳの基準位置に合うように、下部移動装置３１を介して下部電極１０を基準平面Ｈ内で移動させればよいのだが、ステムＳとキャップＣとが遠すぎると、キャップカメラ２６でステムＳの基準位置をとらえることができない場合が生じ得る。そこで、制御装置６０は、上部移動装置３２によって上部電極２０を下部電極１０に垂直方向Ｖに近づける（接近工程：Ｓ３）。このとき、上部電極２０を下部電極１０に近づけ過ぎてキャップＣがステムＳに接触すると、後に位置合わせを行うときに、キャップＣに対してステムＳが接触しながら滑って位置を動くこととなる。すると、ステムＳ及び／又はキャップＣが損傷する場合がある。また、上部電極２０はバルーン２２でキャップＣを保持していることから、上部電極２０におけるキャップＣの保持状態がずれる場合があり、位置合わせを適切に行うことができない場合がある。溶接装置１では、接近工程（Ｓ３）において、下部電極１０に保持されたステムＳと上部電極２０に保持されたキャップＣとが所定の距離だけ離れた位置になったときに、上部電極２０の突起２１ｓがストッパ２９の傾斜面２９ｓに接触してステムＳとキャップＣとの接近が一旦止まるようにしている。ここで、所定の距離は、ステムＳとキャップＣとが接触することなく、キャップカメラ２６でレンズＣｎ越しにステムＳの基準位置をとらえることができる距離であり、位置合わせの精度を向上させる観点からステムＳとキャップＣとができるだけ近いことが好ましい。溶接装置１では、ストッパ２９によってステムＳとキャップＣとの接近を一旦止めるので、１つのデバイスＤの製造が完了して次のデバイスＤを製造するようにデバイスＤの製造を繰り返す際に、ステムＳとキャップＣとを接近させるたびに両者の距離が変動することを回避することができ、一旦接近を止めた際のステムＳとキャップＣとの距離を一定にすることができる。また、ステムＳとキャップＣとの距離を一定にすることで、キャップカメラ２６で捉えた画像のピントずれに伴う位置ずれの発生を回避することができる。

ステムＳとキャップＣとが所定の距離だけ離れた位置で接近を止めたら、制御装置６０は、下部移動装置３１を介して下部電極１０を基準平面Ｈ内で移動させて、キャップカメラ２６で撮影された画像においてキャップＣのレンズＣｎの中心をステムＳの基準位置に合わせる（位置合わせ工程：Ｓ４）。位置合わせを行ったら、制御装置６０は、突起２１ｓが傾斜面２９ｓから離れるようにストッパ２９を回転させる（Ｓ５）。このとき、キャップＣがステムＳに接触するまで上部電極２０を下降させても突起２１ｓが傾斜面２９ｓに接触することがないような位置となるまでストッパ２９を回転させる。ストッパ２９を回転させたら、制御装置６０は、上部移動装置３２を介して上部電極２０を下降させ、キャップＣの縁ＣｅをステムＳのベースＳｂに接触させる（Ｓ６）。縁ＣｅをベースＳｂに接触させたら、上部電極２０を下部電極１０に向けてさらに押圧することで、ステムＳのベースＳｂとキャップＣの縁Ｃｅとの接触部Ｔ（プロジェクション）を加圧しつつ（Ｓ７）、電源（不図示）を投入して接触部Ｔに通電させる（Ｓ８）。電源（不図示）を投入して電圧を印加すると、電源（不図示）からの電流が、電線を介して、上部電極２０、キャップＣ、ステムＳのベースＳｂ、下部電極１０と流れ（あるいはこの逆方向に流れ）、接触部Ｔの抵抗溶接が行われる。本実施の形態では、縁ＣｅをベースＳｂに接触させる工程（Ｓ６）と接触部Ｔを加圧する工程（Ｓ７）と接触部Ｔに通電させる工程（Ｓ８）とを併せて接合工程を構成している。接触部Ｔの抵抗溶接が行われると、デバイスＤが製造される。

デバイスＤが製造されたら、上部電極２０によるキャップＣの保持を解除する（Ｓ９）。その後、上部電極２０は、下部電極１０の上方から退避し、下部電極１０に保持されているデバイスＤは、ステム搬送用ロボットハンド（不図示）によって下部電極１０から取り出され、デバイスＤが配列されるデバイスパレット（不図示）に搬送される（Ｓ１０）。デバイスパレット（不図示）は、ステムパレット（不図示）と兼用であってもよい。この場合、デバイスＤ製造のためにステムＳが取り出された位置に、デバイスＤを配置するとよい。これで、１つのデバイスＤの製造が完了する。続いて新たにデバイスＤを製造する場合は、図５に示す上述したフローを繰り返す。

以上で説明したように、本実施の形態によれば、ステムＳとキャップＣとを接合する際に、垂直方向ＶへのステムＳとキャップＣとの接近を垂直方向Ｖに所定の距離だけ離れた位置で一旦停止してから基準平面ＨにおけるステムＳの基準位置とキャップＣのレンズＣｎの中心位置とを合わせるので、キャップＣのレンズＣｎ越しに行うステムＳの基準位置の把握を適切に行うことができると共に、基準平面Ｈにおける位置合わせを行う際にステムＳとキャップＣとが接触することを回避することができ、ステムＳとキャップＣとの基準平面Ｈにおける位置合わせを正確に行うことができる。また、垂直方向ＶへのステムＳとキャップＣとの接近を垂直方向Ｖに所定の距離だけ離れた位置で一旦停止させる際に、傾斜面２９ｓを有するストッパ２９を用いているので、簡便な構成で、所定の距離を一定に保つことができる。

以上の説明では、基準位置把握部としてのキャップカメラ２６が上部電極２０の中空部２１ｈ内に配置されていることとしたが、中空部２１ｈの外側に配置されていてもよい。

以上の説明では、ストッパが、概ね円筒状に形成されて周方向に沿って傾斜する傾斜面２９ｓが上端に形成されたストッパ２９であり、ストッパ２９の回転により突起２１ｓが傾斜面２９に接触する高さを変えられるものであるとしたが、直線状に形成されて直線が延びる方向に沿って傾斜する傾斜面が上端に形成され、往復直線移動により突起２１ｓが傾斜面に接触する高さを変えられるものであってもよい。

以上の説明では、下部電極１０が基準平面Ｈ（水平面）内を移動し、上部電極２０が垂直方向Ｖ（鉛直方向）に移動することとしたが、下部電極１０が垂直方向Ｖ（鉛直方向）に移動して上部電極２０が基準平面Ｈ（水平面）内を移動することとしてもよい。あるいは、下部電極１０が移動せずに上部電極２０が基準平面Ｈ（水平面）内及び垂直方向Ｖ（鉛直方向）の両方に移動することとしてもよく、逆に、上部電極２０が移動せずに下部電極１０が基準平面Ｈ（水平面）内及び垂直方向Ｖ（鉛直方向）の両方に移動することとしてもよく、下部電極１０が基準平面Ｈ（水平面）内又は垂直方向Ｖ（鉛直方向）の一方に移動しつつ上部電極２０が基準平面Ｈ（水平面）内及び垂直方向Ｖ（鉛直方向）の両方に移動することとしてもよく、上部電極２０が基準平面Ｈ（水平面）内又は垂直方向Ｖ（鉛直方向）の一方に移動しつつ下部電極１０が基準平面Ｈ（水平面）内及び垂直方向Ｖ（鉛直方向）の両方に移動することとしてもよく、下部電極１０及び上部電極２０の双方が基準平面Ｈ（水平面）内及び垂直方向Ｖ（鉛直方向）の両方に移動することとしてもよい。

以上の説明では、距離検出部がレーザセンサ４５であるとしたが、水平方向を向くように設置されて天面１０ｆ付近を撮影する側面カメラを用いて、側面カメラによって撮影された画像から下部電極１０に保持されたステムＳと上部電極２０に保持されたキャップＣとの距離を検出するように構成されていてもよい。

以上の説明では、下部電極１０がステムＳを保持し（Ｓ１）、上部電極２０がキャップＣを保持した後に、下部電極１０に保持されたステムＳと上部電極２０に保持されたキャップＣとを所定の距離だけ離れた位置まで近づける接近工程（Ｓ３）を行うこととしたが、ステムＳとキャップＣとが所定の距離となる位置で下部電極１０がステムＳを保持すると共に上部電極２０がキャップＣを保持することとして、接近工程（Ｓ３）を省略することとしてもよい。

以上の説明では、ステムＳの基準位置が、実装部Ｓｔの上に設けられた目印であることとしたが、実装部Ｓｔが実装されている面のベースＳｂ上（外縁（外径）上や外縁よりも内側）の仮想点又は実在する点を基準位置としてもよい。また、ステムＳの基準位置に合わせるキャップＣの部分はレンズＣｎの中心であるとしたが、キャップＣの外径（平面視における外周部Ｃｐの輪郭や縁Ｃｅの輪郭）であってもよい。この場合、本体２１の中空部２１ｈ内にミラーを設け、キャップＣの外径の基準点をミラーで反射させ、キャップカメラ２６が、ミラーで反射させたキャップＣの外径の基準点と、レンズ越しに把握したステムＳの基準位置とを映して、両者が合うように移動装置３０を制御すればよい。あるいは、キャップＣの外周部Ｃｐを上部電極２０によって機械的に把持する平面座標の位置を設定し、その設定座標とステムＳの基準位置とを合わせることとしてもよい。

以上の説明では、接合部材（デバイスＤ）が光半導体であるとしたが、接合部材を構成する２つの部材のうち少なくとも一方がレンズを有するものを接合することで製造されるセンサー用品等であってもよい。

１ 溶接装置
１０ 下部電極
２０ 上部電極
２１ｓ 突起
２６ キャップカメラ
２９ ストッパ
２９ｓ 傾斜面
３０ 移動装置
４５ レーザセンサ
６０ 制御装置
Ｄ デバイス
Ｃ キャップ
Ｃｎ レンズ
Ｓ ステム
Ｈ 基準平面
Ｖ 垂直方向

Claims (6)

1. 第１の接合対象部材と、レンズを有する第２の接合対象部材と、が接合した接合部材を製造する装置であって；
   前記第１の接合対象部材を保持する第１の保持具と；
   前記第２の接合対象部材を保持する第２の保持具と；
   前記第１の保持具を、前記第２の保持具に対して、基準平面内で相対的に移動させると共に、前記基準平面に垂直な方向である垂直方向に相対的に往復移動させる移動装置と；
   前記移動装置を制御する制御装置とを備え；
   前記第２の保持具は、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材に存在する基準位置を、前記レンズ越しに把握する基準位置把握部を有し；
   前記制御装置は、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材と前記第２の保持具に保持された前記第２の接合対象部材とについて、前記基準平面に投影したときの位置を、前記垂直方向において前記第１の接合対象部材と前記第２の接合対象部材とが接触することなく前記基準位置把握部で前記レンズ越しに前記基準位置をとらえることができる所定の距離だけ離れた位置で前記基準位置把握部を用いて合わせた後、前記垂直方向に接近させて接合するように、前記移動装置を制御する；
   接合部材製造装置。
2. 前記制御装置は、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材と前記第２の保持具に保持された前記第２の接合対象部材とについて、前記基準平面に投影したときの位置を前記基準位置把握部を用いて合わせる前に、前記垂直方向に所定の距離だけ離れた位置で前記垂直方向への移動を一旦停止するように前記移動装置を制御する；
   請求項１に記載の接合部材製造装置。
3. 前記第２の保持具の一部を、前記垂直方向における前記第１の保持具の側で接触させるストッパを備え；
   前記第２の保持具が前記ストッパに接触することにより、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材と前記第２の保持具に保持された前記第２の接合対象部材とが前記所定の距離だけ離れた位置で前記垂直方向の移動が停止するように構成された；
   請求項２に記載の接合部材製造装置。
4. 第１の接合対象部材と、レンズを有する第２の接合対象部材と、が接合した接合部材を製造する装置であって；
   前記第１の接合対象部材を保持する第１の保持具と；
   前記第２の接合対象部材を保持する第２の保持具と；
   前記第１の保持具を、前記第２の保持具に対して、基準平面内で相対的に移動させると共に、前記基準平面に垂直な方向である垂直方向に相対的に往復移動させる移動装置と；
   前記移動装置を制御する制御装置とを備え；
   前記第２の保持具は、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材に存在する基準位置を、前記レンズ越しに把握する基準位置把握部を有し；
   前記制御装置は、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材と前記第２の保持具に保持された前記第２の接合対象部材とについて、前記基準平面に投影したときの位置を、前記垂直方向に所定の距離だけ離れた位置で前記基準位置把握部を用いて合わせた後、前記垂直方向に接近させて接合するように、前記移動装置を制御し；
   前記制御装置は、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材と前記第２の保持具に保持された前記第２の接合対象部材とについて、前記基準平面に投影したときの位置を前記基準位置把握部を用いて合わせる前に、前記垂直方向に所定の距離だけ離れた位置で前記垂直方向への移動を一旦停止するように前記移動装置を制御し；
   前記第２の保持具の一部を、前記垂直方向における前記第１の保持具の側で接触させるストッパを備え；
   前記第２の保持具が前記ストッパに接触することにより、前記第１の保持具に保持された前記第１の接合対象部材と前記第２の保持具に保持された前記第２の接合対象部材とが前記所定の距離だけ離れた位置で前記垂直方向の移動が停止するように構成され；
   前記ストッパは、前記第２の保持具が接触する面が前記基準平面に対して傾斜した傾斜面に構成されると共に、前記第２の保持具に対して接触する前記傾斜面の位置が移動可能に構成された；
   接合部材製造装置。
5. 前記垂直方向における前記第１の接合対象部材と前記第２の接合対象部材との距離を検出する距離検出部を備える；
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の接合部材製造装置。
6. 第１の接合対象部材と、レンズを有する第２の接合対象部材と、が接合した接合部材を製造する方法であって；
   基準平面に垂直な方向である垂直方向における距離が所定の距離だけ離れている前記第１の接合対象部材と前記第２の接合対象部材とについて、前記基準平面に投影したときの位置を、前記レンズ越しに前記第１の接合対象部材に存在する基準位置を確認しながら合わせる位置合わせ工程と；
   前記位置合わせ工程の後、前記第１の接合対象部材と前記第２の接合対象部材とを前記垂直方向に接近させて接合する接合工程とを備え；
   前記所定の距離が、前記第１の接合対象部材と前記第２の接合対象部材とが接触することなく前記位置合わせ工程において前記レンズ越しに前記基準位置をとらえることができる距離である；
   接合部材の製造方法。

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