CN101335416A - 接合方法和接合设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接合方法或设备，用于从管嘴将导电元件投放到将接合的物体上并电接合将接合的物体与导电元件。本发明的方法包括以下步骤：制备所述导电元件，所述导电元件的外径具有的曲率半径大于与所述导电元件接触的所述管嘴的开口的部分的曲率半径；使所述导电元件受压并附着到所述管嘴的所述开口；以及将压缩气体供应到所述管嘴的内部空间中并将固相状态的所述导电元件投放到所述将接合的物体上。

Description

接合方法和接合设备

技术领域

本发明涉及用于电接合导电元件与将接合的物体的接合方法和接合设备。

背景技术

在用于制造磁头的方法中，通过使用焊料球的焊接将磁头滑动块的电极与弯曲件(flexure)的电极接合。更具体而言，通过将两电极设置成其间具有90度的角，在电极之间设置焊料球并通过热辐射等熔化焊料球，来进行电极的电接合。下面将参考附图描述常规焊料球焊接设备。

图11示例了在日本专利申请公开No.2002-25025中描述的第一常规焊接设备。在附图中，标号709表示基本上矩形的固体滑动块，以及标号711表示弯曲件。在滑动块709的一端设置滑动块电极713。而且，将滑动块709附着到薄板弯曲件711，并延伸弯曲件711的弯曲件电极715以便与滑动块电极713约成90度。

首先，吸嘴700在吸引开口703中通过来自未示出的吸引源的吸引力来吸引并支持焊料球707，然后将焊料球707运送到与滑动块电极713和弯曲件电极715接触的位置。解除吸嘴700的吸引力以便将焊料球707留在与两个电极接触的位置，然后吸嘴700从该位置移开。在焊料球707部分地嵌入到光学设备710的激光输出开口712的情况下，通过光学设备710的内部空间705将激光束发射到焊料球707以熔化焊料球707。在滑动块电极713和弯曲件电极715之间固定焊料球707以电接合两个电极。

近年来，由于磁头的尺寸减少，将接合的物体例如上述的滑动电极和弯曲件电极，同样逐渐变小。对于以上焊料设备，必需稳定并且可靠地移动吸嘴700的吸引开口703或者光学设备710的激光输出开口712接近具有被吸引的焊料球707的电极715与713。然而，由于电极日益更小，所以使用吸嘴700和光学设备710来运送和熔化焊料球707而不接触其它电子元件日益变得困难。而且，可能熔化的焊料球707的残留物会附着到激光输出开口712。因此，提出了另外一种类型的焊接设备。以下将描述第二常规焊接设备的结构。

图12是日本专利申请公开No.2006-305625公开的第二常规焊接设备的局部截面视图。在焊接设备800中，投放然后熔化固体焊料球807。熔化的焊料球807附着在滑动块电极813与弯曲件电极815之间由此实现焊接。

焊料设备800包括由用于投放焊料球807的管嘴802和用于支持管嘴802的管嘴主体813所组成的管嘴构件801、用于存储焊料球807的贮存器815、用于熔化焊料球807的激光设备817、用于打开和关闭管嘴802的开口803的闸板823、用于打开和关闭闸板823的驱动单元825、以及用于同步激光设备817和驱动单元825的动作的控制单元835。

将管嘴802内的内部空间805的开口803附近的内径的曲率半径设置得比焊料球807的外径的曲率半径大。因此，在内部空间805中，通过邻近开口803的闸板823来支持被导入到管嘴802的内部空间805中的焊料球807。

另外，通过管嘴主体813的激光导入通路819，将来自激光设备817的激光束导入到管嘴802的内部空间805中。控制单元835驱动激光设备817以熔化焊料球807a，以便在打开闸板823并且焊料球807a通过开口803之后熔化焊料球807a。

在上述日本专利申请公开No.2002-25025的焊接设备中，邻近并且在弯曲件电极715与滑动块电极713之间设置在吸嘴700的吸引开口703中的焊料球707。然后，将焊料球放入光学设备710的激光输出开口712中，并发射激光束以熔化焊料球707。因此，存在焊料元件的残留物会附着到激光输出开口712的周边的可能性。

配置上述日本专利申请公开No.2006-305625的焊接设备800以便在闸板823打开开口803投放焊料球807之后熔化焊料球807a并接合滑动块电极813与弯曲件电极815。不存在熔化的焊料球807a的一部分或全部会附着到内部空间805的内壁表面和开口803周围的外壁表面的可能性。

对于当前使用的电子元件的设置间隔和尺寸，不存在由接合元件的接合精度造成的问题。然而，如果将来随着电子部件的进一步小型化，而进一步减小接合元件例如焊料球的尺寸，在闸板823移动以打开开口803时，预期对接合元件的影响(例如，附图中沿右方的力分量)会变得显著，以致造成投放方向的偏差。

同样，在日本专利申请公开No.2006-305625的焊接设备中，必需同步闸板823的动作时序与激光设备817的动作时序，并且该结构趋于复杂。所以难以进一步减小接合设备的尺寸和简化接合设备。

发明内容

根据以上背景，本发明的一个目标为提供一种接合方法和接合设备，所述接合设备具有小而简单的结构，其中接合部件的残留物不会附着到管嘴开口及其附近，并可以提高装载精度。

为了实现以上目的，本发明的接合方法的第一方面是一种接合方法，用于自管嘴将导电元件投放到将接合的物体上并电接合将接合的物体与导电元件，包括以下步骤：制备所述导电元件，所述导电元件的外径具有的曲率半径大于与所述导电元件接触的所述管嘴的开口的部分的曲率半径；使所述导电元件受压并附着到所述管嘴的所述开口；以及将压缩气体供应到所述管嘴的内部空间中并将固相状态的所述导电元件投放到所述将接合的物体上。

根据本发明的接合方法的第二方面，当所述内部空间内部的压力处于预定值时，向受压并附着到所述开口的所述导电元件发射热辐射。

根据本发明的接合方法的第三方面，通过将所述管嘴压向所述导电元件，使所述导电元件受压并附着到所述开口。

根据本发明的接合方法的第四方面，通过所述内部空间施加到所述开口的吸引力，使所述导电元件受压并附着到所述开口。

根据本发明的接合方法的第五方面，通过压力和装配单元，将通过所述吸引力与所述开口接界的所述导电元件推到所述开口中，由此使所述导电元件受压并附着到所述开口。

根据本发明的接合方法的第六方面，在投放所述导电元件之后，继续向所述导电元件发射所述热辐射。

另外，为了获得以上目的，本发明的接合设备的第一方面为一种接合设备，所述接合设备用于在将接合的物体上设置导电元件并电接合所述将接合的物体与所述导电元件，包括：具有开口和内部空间的管嘴，所述开口具有比所述导电元件的外径的曲率半径小的曲率半径，所述内部空间通过所述开口与外部相通；气体供应装置，用于将压缩气体提供到所述内部空间；压力和装配装置，用于对所述导电元件施压并将所述导电元件装配到所述管嘴的所述开口中，由此使所述导电元件受压并附着到所述开口；以及控制单元，用于控制所述气体供应装置，以便当所述导电元件受压并附着到所述开口时，将所述压缩气体提供到所述内部空间中并以固相形态投放所述导电元件。

根据本发明的所述接合设备的第二方面，所述接合设备还包括用于向受压并且附着到所述开口的所述导电元件发射热辐射的热辐射装置，其中所述控制单元控制所述热辐射装置以便当所述内部空间具有预定的压力时将所述热辐射发射到所述导电元件。

根据本发明的所述接合设备的第三方面，所述压力和装配装置对所述导电元件施压并将所述导电元件装配到所述开口中，以便以下列方式使所述导电元件受压并附着：所述导电元件的具有比所述开口的内径大的尺寸的部分位于所述管嘴的外部。

根据本发明的所述接合设备的第四方面，所述压力和装配装置具有用于沿彼此相对和离开的方向移动所述开口和所述导电元件的驱动装置。

根据本发明的所述接合设备的第五方面，所述压力和装配装置具有吸引装置，所述吸引装置用于通过所述内部空间将吸引力施加到所述开口，由此有助于所述导电元件对所述开口的压力-附着。

通过将形成管嘴的构件所限定的内部空间认定为内部，将本说明书中的术语管嘴的外部限定为除了该内部空间以外的区域。因此，将管嘴的开口、由开口限定的开口区域、以及管嘴的外部空间作为管嘴的外部。

作为在所述气体供应装置中使用的压缩气体，可以使用惰性气休(氮气)或者能够减少所述导电元件的气体(氢气等)。

另外，在本说明书中，术语导电元件是指由金属材料例如焊料和金、或合金所构成的构件，其可以彼此电连接构件作为将接合的物体。

而且，在本说明书中，术语将接合的物体是指用于基板(印刷电路板(PCB)、挠性印刷电路(FPC))与电子部件之间的电连接的导体电极等，并包括用于通过所述导电元件直接进行基板与电子部件之间的电接合的导电元件，或者在其上形成了用于在后续工艺中进行电接合的凸起的构件。

由于配置本发明来投放固相状态的所述导电元件，所以所述导电元件的残留物不会附着到所述管嘴开口及其附近。

此外，使所述导电元件受压并附着到所述开口，并通过提供压缩空气使压缩空气超过所述开口与所述导电元件之间的摩擦力，来投放所述导电元件。因此，不必提供用于在所述管嘴中支持所述导电元件的另外的构件，并且不必同步另一元件与热辐射发射装置。因此，可以减小接合设备的尺寸并简化接合设备的结构。

由于不需要闸板，所以可以消除闸板对导电元件的影响，因此不可能施加沿不同于投放方向的方向的力。从而，可以提高接合元件的装载定位精度。

附图说明

图1A、1B、1C和1D是根据实施例1的焊接设备的各个焊接步骤的局部截面视图，图1E是示例了实施例1中的管嘴与焊料球之间关系的截面视图，以及图1F和1G是分别示例了力作用在受压和附着的焊料球上的状态的截面视图；

图2是焊接方法的流程图；

图3是根据变形的管嘴的截面视图；

图4是根据实施例2的焊接设备的局部截面视图；

图5是根据变形2的焊接设备的局部截面视图；

图6A是根据实施例3的焊接设备的局部截面视图；以及图6B是沿图6A中的线6B-6B的局部截面视图；

图7是焊接设备1的示意性侧视图；

图8是其中将激光束发射单元设置到管嘴的焊接设备的局部截面视图；

图9示例了通过使用图1中的焊接设备101将焊料球投放到平面导体的将要接合的物体上和在其上形成焊料凸起的状态；

图10是作为实施例1的另一实例的焊接方法的流程图；

图11是第一常规焊接设备的局部截面视图；以及

图12是第二常规焊接设备的局部截面视图。

具体实施方式

以下将参考附图来描述其中将根据本发明的用于接合将要接合的物体的接合设备应用于焊接设备的实施例。

(实施例1)

图1A、1B、1C和1D是根据实施例1的焊接设备的各个焊接步骤的局部截面视图，图1E是示例了实施例1中的管嘴与焊料球之间关系的截面视图。图1F和1G是分别示例了力作用在受压并附着至开口的焊料球上的状态的截面视图。图2是焊接方法的流程图。

如图1A所示，焊接设备101主要包括用于投放焊料球117的管嘴103、激光束发射单元105、气体供应单元107、用于移动管嘴103和施压并装配焊料球117就位的驱动单元118(即，压力和装配装置)、以及控制单元109。管嘴103包括在其内的内部空间111，下面描述的激光束经过该内部空间111并将压缩气体提供到该内部空间111中，并且管嘴103是沿纵向方向在其两端打开的柱状构件。通过由仅可以投射激光束的玻璃等构成的顶板115封闭沿纵向方向的管嘴103的一端，而另一端构成焊料球受压并附着到其的开口113。开口113具有沿管嘴103的纵向方向的预定长度。另外，开口113连接内部空间111并具有均匀内径(或曲率半径)的内周表面113a。至少设定内径小于焊料球117的外径(或曲率半径)。

此外，管嘴103具有用于向前移动管嘴103并离开焊料球117的驱动单元118。因此，在移动管嘴103的开口113接近焊料球117并使开口与焊料球117接界(abutment)之后，将开口113进一步压向焊料球117以对焊料球117施压并使其附着到开口113的顶端部分113b。当对焊料球117施压并使其附着到开口113时，内部空间111基本上处于密封状态。

另外，在管嘴103的外围壁103a中提供用于使管嘴103的外部与内部空间111相通的气体导入通路119。将气体导入通路119连接到作为气体源的气体供应单元107，并且将来自气体供应单元107的压缩气体提供到内部空间111中。

此外，邻近管嘴103的顶板115设置作为热发射装置的激光束发射单元105。使用公知的激光发射单元作为激光束发射单元105。激光束发射单元105发射的激光束的光轴沿直线与内部空间111和开口113的中轴对准。因此，激光束通过顶板115透射，并进入管嘴103的内部空间111。然后，激光束经过内部空间111进而通过开口113传输到管嘴103的外部。如上所述，内部空间还作为用于将激光束导引到焊料球117的激光导入通路。

在降低管嘴103以使管嘴103与设置在贮存器121上的焊料球117接界之后，使用预定的力，将管嘴103的开口113进一步压向焊料球117，由此对焊料球施压并将其设置到开口113中。

焊料球117的直径部分117a比焊料球117的接界部分117b更接近贮存器121，焊料球117的直径部分117a是沿水平面的截面的最大尺寸部分，其中该水平面沿附图中在水平(横向)方向延伸，接界部分117b沿投影方向x与顶端部分113b接界。即，对焊料球施压并使其以这样的状态附着到管嘴103，其中直径部分117a位于管嘴103的开口113与焊料球117的接触部分的外面。换言之，焊料球117位于管嘴103(开口或外空间)的外部，并且不位于管嘴103的内部。

术语最大尺寸部分意思是连接外周上的任意两点的线段的最大长度，该任意两点通过沿垂直于投影方向(本发明中的垂直方向)延伸的平面限定了焊料球的截面。

另外，将激光束发射单元105、气体供应单元107、以及驱动单元118连接到控制单元109，并通过控制单元109控制。当激光束发射单元105收到来自控制单元109的驱动信号时，从激光束发射单元105发射激光束。相似地，当气体供应单元107收到来自控制单元109的驱动信号时，将压缩气体提供到内部空间111中。当通过来自激光束发射单元105的激光束软化焊料球117时，由于通过来自气体供应单元107的压缩气体增加了内部空间111的内部压力，解除了焊料球117的压力-附着，由此投放焊料球117。

参考图1A、1B、1C、1D和图2，将描述使用具有以上结构的焊接设备101的焊接方法的工艺步骤。

如图1A所示，驱动单元118使管嘴103向贮存器121移动，对焊料球117施压并将焊料球117装配到开口113中，以便使焊料球117受压并附着到顶端部分113b(步骤S1)。本实施例中，通过相对于其上放置了焊料球117的贮存器121降低管嘴103，使焊料球117受压并装配到开口113中。

在图1F中示出了此时管嘴103的开口113的状态。受压并附着的焊料球117产生了变形，由此产生了内部应力。通过源自内部应力的摩擦力μF1，由开口113支持焊料球117。如图1A所示的焊料球117受压并被安装的状态中，沿投影方向x，焊料球117的直径部分117a比顶端部分113b更远离内部空间111。

接下来，如图1B所示，电极或导电图形123和125是放置在工作台118上的将要接合的物体，并相对于电极或导电图形123和125定位管嘴103(细节参见图1D中的接触部分129)(步骤S2)。当然，工作台118可以相对于固定的管嘴103移动。

随后，将来自气体供应单元107的压缩气体提供到内部空间111(步骤S3)。通过控制单元109确定内部空间111的压力是否达到预定的值(步骤S4)。当控制单元109确定内部空间111的压力达到预定值时，激光束发射单元105通过内部空间111向焊料球117发射激光束105a(图1C，步骤S5)。例如，可以通过预先测量预定的时间直到在提供气体之后压力达到预定的压力，以及在通过控制单元提供气体之后确定是否经过了预定的时间，来确定内部空间111中的压力是否达到预定压力。

当发射激光束105a以加热面向内部空间111的焊料球117的部分时，降低了焊料球117的弹性系数，使内部应力减小。此时，填充到内部空间111的压缩气体的驱动力超过了源自焊料球的内部应力的摩擦力(支持力)μF2，由此解除了焊料球117对开口113的顶端部分113b的压力-附着。因此，投放处于固相状态的基本上球形的焊料球117(图1D和1G，步骤S6)。由于发射激光束105a到焊料球117加热了焊料球117并降低了焊料球117的弹性系数，所以减小了内部应力。结果，源自焊料球的内部应力的摩擦力μF2变得比未被加热的焊料球117产生的摩擦力μF1小。

将投放的焊料球117装载在工作台118上的将接合的物体123和125的接触部分129上(图1D，步骤S7)。激光束发射单元105继续发射激光束105a直到熔化焊料球117为止。

在装载位置(接触位置129)上熔化了焊料球之后，控制单元109将信号发送到激光束发射单元105和气体供应装置107以使其停止操作(步骤S8)。

如上所述，在本实施例中的接合设备1中，在对焊料球117施压并使其附着到管嘴103的开口113之后，将压缩气体提供到内部空间，并当内部空间具有预定的压力值时，从激光束发射单元105发射激光束105a，然后通过压缩气体解除固相状态的焊料球117的压力-附着。因为该结构，简化了焊接设备的结构，并且更易于控制焊接设备。

该发明人敏锐地进行研究，作为结果，发现当管嘴103的开口113的内径D1是0.095mm并且焊料球117的直径D2是0.11mm时，通过将D1/D2比率设定为0.78至0.95，并更优先地为0.82至0.91，可以获得期望的装载精度。当表示为焊料球117与开口113的接触角θ1时，优选将接触角θ1设定为18至38度，并且更优选地为25至35度。接触角是在开口113的中线C1(经过焊料球的中心的垂直线)与对应于半径r1的垂直线L1之间形成的角，该半径r1连接焊料球117的中心与接触开口113的接界部分117b。

(变形例1)

将描述实施例1的变形例。图3是根据变形例1的管嘴的截面视图。本变形例的开口213具有不同于实施例1的朝向顶部加宽的形状。也就是，开口213具有这样的结构，内径从内部空间211侧至顶端部分213b逐渐增加。

在对焊料球217施压并使其附着到开口213的情况下，对焊料球217施压并且附着焊料球217以便焊料球217的最大尺寸部分的直径部分217a比焊料球217的接界部分217b更接近顶端部分213b。具有如上所述的结构，即使使用的焊料球的尺寸上存在变化，也可以将最大尺寸部分217a设置得比接界部分217b更接近管嘴的顶端部分213b。其它的结构和操作与实施例1的结构和操作相同，因此，省略了对其的描述。

发明人敏锐地进行了研究，作为结果，发现当焊料球217的直径D2为0.11mm时，通过将开口213的内周表面213a(线L2)相对于垂直方向(线C2)的倾角，即焊料球217与开口213的接触角θ2，设定为3至35度，并且更优选地设定为5至30度，可以获得期望的投放精度。

(实施例2)

实施例2是使用吸引装置作为用于对焊料球施压并使其附着到开口的施压和附着装置的焊接设备，以下将参考图4进行描述。图4是根据实施例2的焊接设备的局部截面视图。

焊接设备301主要包括管嘴303、激光束发射单元305、气体供应单元307、控制单元309，以及构成吸引装置的吸引单元325。激光束发射单元305、气体供应单元307以及气体导入通路319具有与实施例1中的结构和操作均相同的结构和操作，因此，省略了对其的描述。同样，为了简化附图，从附图中省略了具有与实施例1相同的结构和操作的用于移动管嘴303的驱动单元。

吸引装置包括吸引单元325，其是公知的真空泵等、设置在管嘴303的周壁303a中并使内部空间311与外部相通的吸孔327、以及用于连接吸引单元325与吸孔327的管329。吸孔327沿水平方向延伸穿过管嘴303的邻近开口313的侧壁。因此，通过管329、吸孔327和开口313将来自吸引单元325的吸引力施加到管嘴303的外部。

根据需要可以改变吸孔327的位置，并配置吸孔327使内部空间311与外部相通。另外，可以采用这样的结构，在管嘴中仅提供吸孔327或气体导入通路319中的一个作为用于使管嘴外部与内部空间311相通的通孔，从而使用单个的通孔作为吸孔和气体导入通路，并将气体供应单元307和吸引单元325连接到该单个的通孔。换言之，只要通过开口313可以将吸引力施加到管嘴303的外部，就可以做出任何改变。

在上述结构中，通过内部空间311和开口313将吸引单元325的吸引力施加到焊料球317，通过吸引力吸引焊料球317使焊料球317受压并附着到开口313的顶端部分313b。

另外，将吸引单元323连接到控制单元309，并且与激光束发射单元305和气体供应单元307一样通过接收来自控制单元309的信号来开动。对于图2示出的施压和附着步骤(对应图2中的步骤S1)，本实施例中的焊接设备的焊接工艺不同于实施例1的工艺。也就是，为了使管嘴303的开口313与焊料球317彼此接界，在对焊料球317施压并附着焊料球317的步骤中(对应图2中的步骤S1)，没有降低管嘴303，而是控制吸引单元325以通过吸引力使焊料球317受压并附着到开口313。然后，停止吸引单元325以结束施压和附着步骤。随后的步骤与实施例1的图2中所示的步骤相同。

另外，还可以组合实施例1和实施例2。也就是，在移动管嘴303的开口313接近并与焊料球317接界的同时，或之前或之后，开动吸引单元325使焊料球317受压并附着到开口313。

在该结构的情况下，通过将吸引时序设定得早于开口313与焊料球317彼此接界时的时序，即使焊料球317相对于开口313的相对位置产生偏差，焊料球317也会被吸引到开口313并可靠地与顶端部分313b接界。另外，由于将焊料球317吸引到管嘴303，可以通过将管嘴压向工作台321上的焊料球317，使焊接球317受压并附着焊接球317。

(变形例2)

图5是根据变形例2的管嘴的截面视图。在实施例2中，通过吸引力使焊料球317受压并附着到管嘴303的开口313。在变形例2中，接合设备可以具有压力和装配装置，即，在吸引了焊料球417并使其与开口413接界之后用于将焊料球417推到开口中的压力和装配单元435。压力和装配单元435是具有任何形状的构件，并具有面向开口413的平面压力和装配表面435a。另外，通过驱动单元437，移动压力和装配单元435朝向和离开开口413(沿箭头439的方向(垂直方向)移动)。激光束发射单元405、气体供应单元407、控制单元409、吸引单元425以及驱动单元437具有与实施例2中描述的相应单元相同的结构和操作，因此，在此省略了对其的描述。

例如，在通过吸引单元425吸引了焊接球417之后，通过压力和装配单元435的压力和装配表面435a，沿朝向开口413的方向(箭头439)对焊接球417施压，由此使焊接球417受压并装配到开口413中。在使焊接球417受压并将其附着之后，从开口413移开压力和装配单元435以终止该压力-装配。

根据变形例，即使仅通过吸引力未充分地使焊接球417受压并装配就位，通过压力和装配单元435也可以可靠地将焊接球417推到开口413中。压力-装配之后的步骤与实施1中的步骤相同。为了简化附图，从附图中省略了具有与实施例1中相同的用于移动管嘴403的结构和操作的驱动单元。

(实施例3)

图6A是根据实施例3的焊接设备501的局部截面视图，而图6B是沿图6A中的线6B-6B的截面视图。实施例3的焊接设备501的管嘴503的开口513的开口形状与上述实施例1不同。其中其它结构例如气体供应单元507、控制单元509、驱动单元518等等具有与对应的结构相同的操作。因此，省略了对相同结构和功能的描述。

如图6B所示，开口513由具有预定曲率半径的圆形部分513a和穿过圆形部分513a的缝隙部分513b组成。将圆形部分513a的曲率半径设定得比焊料球517的曲率半径小。另外，缝隙部分513b基本上为具有预定的曲率半径的半圆形。在本实施例中，当使焊料球517受压并装配到圆形部分513中时，使焊料球517的外周表面的一部分受压并附着到圆形部分513a，从而在缝隙部分513b与焊料球517的外周表面之间形成间隙(gap)。换言之，在焊料球517受压并被附着的情况下，焊料球517覆盖了圆形部分513a，并且焊料球517未覆盖缝隙部分513b。

除了提供压缩气体的气体供应步骤(对应图2中的步骤S3)和发射激光束的步骤(对应图2中的步骤S5)之外，通过使用具有以上结构的管嘴503进行采用焊料球的接合的方法与实施例1中描述的图2的方法相同。在上述实施例中，由于使焊料球受压并附着到开口，内部空间511处于密封状态。然而，在本实施例中，提供了缝隙部分513b。因此，当在气体供应步骤(对应图2中的步骤S3)中提供压缩气体时，压缩气体通过缝隙部分513b并被施加到将要接合的物体523和525。从而，可以防止在将焊料球517附着到将要接合的物体523和525之前氧化将要接合的物体523和525。由此可以防止由将接合的物体的氧化所造成的焊接失效。

另外，在发射激光束的步骤(对应图2中的步骤S5)中，激光束505a的一部分通过缝隙部分513b到达将接合的物体。从而，在焊接之前预先加热了将接合的物体，可以改善对应于将接合的物体523和525的焊料球的润湿性。结果，通过焊接操作获得了良好的面层(finish)。

(焊接设备)

将要描述应用了本发明的接合设备的焊接设备的全部结构的一个实例。图7是焊接设备1的示意性侧视图。在附图中，x方向表示附图的正-背方向，y方向表示附图的横向方向，以及z方向表示附图的垂直方向。

焊接设备1是其中并入了实施例1的焊接设备的一个实例。焊接设备1主要包括基座153、以沿y和z方向可移动的方式安装在基座153的顶面153a之上的管嘴103和激光束发射单元105、其上放置了将接合的物体123和125的工作台118、其上放置了焊料球的贮存器121，以及用于开启每个部件的控制单元109。

焊接设备1还包括用于沿y和z方向移动管嘴103的y-方向驱动单元131、在y-方向驱动单元131上安装的并且沿y方向移动的y-方向滑动块135、固定到y-方向滑动块135的z-方向驱动单元137、以及附着到z-方向驱动单元137并沿z方向移动的z-方向滑动块139。

将沿y方向延伸的管嘴臂141和发射单元臂143固定地附着到z-方向滑动块139的沿z方向相互分离的位置。分别将管嘴103和激光束发射单元105附着到管嘴臂141和发射单元臂143。

另外，在通过x-方向驱动单元145沿x方向可移动的x-方向滑动块147上，安装工作台118。因此，当通过x-方向驱动单元145移动x-方向滑动块时，可以沿x方向移动工作台118。

公知用于y-方向驱动单元131、z-方向驱动单元137以及x-方向驱动单元145的结构。例如，y-方向驱动单元131可以由未示出的马达、y滚珠丝杠、以及y螺母组成。将具有阴螺旋的y螺母固定到y-方向滑动块135。具有在外围设置的阳螺旋的y滚珠丝杠具有通过y-方向驱动单元的壳体中的滚珠轴承以可旋转的方式支撑的两端。将y滚珠丝杠的一端耦合到马达。当驱动马达旋转y滚珠丝杠时，与y滚珠丝杠拧在一起的y-方向螺母沿y滚珠丝杠往复运动。通过y-方向螺母的往复运动，沿y方向移动y-方向滑动块135。可以类似地配置其它驱动单元。

将用于存储焊料球117的贮存器121安装到工作台118与y-方向驱动单元131之间的基座153的顶面153a。通过未示出的输运送装置将焊料球运送到贮存器121。

将控制器单元109电连接到y-方向驱动单元131、z-方向驱动单元137、x-方向驱动单元145、激光束发射单元105以及气体供应单元107，并且通过来自控制单元109的命令控制各个单元。虽然在附图中未示出，但是无需说明，可以使用用于进行定位管嘴103、将接合的物体123和125、以及贮存器121中的焊料球117的定位相机例如CCD相机等，以基于来自定位相机的图像进行定位控制。

在具有以上结构的焊接设备中，通过沿x、y和z方向操作上述x-方向驱动单元、y-方向驱动单元以及z-方向驱动单元以使管嘴103与焊料球117接界，使焊料球117受压并且装配到管嘴103的开口113中。因此，这些驱动单元组成了压力和装配装置。

将描述使用上述焊接设备1的焊接操作。y-方向驱动单元131和z-方向驱动单元137接收来自控制单元109的驱动信号，并且向贮存器121移动管嘴103。在使焊料球117与开口113接界之后，进一步降低管嘴103，使焊料球117受压并装配到开口113中。在使焊料球117受压并附着到开口113之后，将管嘴103移到在工作台118上放置的将接合的物体123和125的接合位置。通过操作x-方向驱动单元145、y-方向驱动单元131和z-方向驱动单元137来定位接合位置和管嘴103的。

将来自气体供应单元107的压缩气体提供到管嘴103的内部空间111(参见图1B)中。当内部空间具有预定的压力时，激光束发射单元105收到来自控制单元109的驱动信号并向受压并附着到开口113的焊料球117发射激光束。当加热焊料球117时，通过来自气体供应单元107的压缩气体释放对开口113的压力-附着，由此在接合位置装载焊料球117。在装载焊料球117之后，控制单元109停止气体供应单元107。另外，由于焊料球117的投放方向与激光束的传播方向彼此对应，所以激光束发射单元105继续发射激光束，直到熔化整个焊料球117。在熔化焊料球117之后，控制单元109停止激光束发射单元105。固化熔化的焊料，从而完成焊接将接合的物体123和125。

虽然在上述实施例中，继续发射激光束直到焊料球被投放、移动离开开口并装载在接合位置上之后为止，但是无需说明在焊料球到达接合位置之前熔化整个焊料球。

由于配置本发明以便投放固相状态的焊料球，所以通过投放熔化的焊料球，熔化的焊料元件不会像日本专利申请公开No.2002-25025中一样附着到开口及其附近。在其中投放熔化的焊料球元件的结构的情况下，通过设定内部空间中的压力来投放焊料球时，需要考虑焊料元件的粘性等。然而，根据本发明，可以设定内部空间中的压力以适合接合的速度来投放焊料球，由此可以提高焊料元件的装载定位精度。

此外，可以设定适合于使焊料元件附着到将接合的物体的压缩气体的压力值。因此，不存在焊料元件的粘附失效。另外，由于不需要用于打开和关闭开口的闸板，所以可以消除闸板对焊料球的影响，由此简化焊接设备的结构。

[实例]

将描述通过使用实施例2的焊接设备(参见图4)来进行焊接操作的实例。管嘴303的开口313的内径D1为0.095mm以及焊料球的直径D2为0.11mm。通过具有-30.0kPa的吸引压力的吸引单元325使焊接球317受压并附着到开口313，然后停止吸引单元325。从气体供应单元307提供压缩气体直到内部空间311中的压力达到1.0kPa。当内部空间311中的压力达到1.0kPa时，激光束发射单元305开始向焊料球317发射激光束。

作为对比实例，使用在日本专利申请公开2006-305625中描述的焊接设备，该焊接设备具有通过闸板支持焊料球的结构。管嘴的内径为0.125±0.003mm以及焊料球的直径D2为0.11mm。

在本实例和该对比实例中的焊接设备，使用氮气作为压缩气体。另外，管嘴的顶端部分313b与装载位置的距离为0.5mm。使用的激光是YAG激光，具有1064nm的波长并且在装载位置处的激光束的光斑直径为

200μm。

在使用根据实施例2的接合设备的情况下，与对比实例中的接合设备相比较装载精度可以提高25％至30％。

在上述实施例1至3、变形例和实例中，对焊料球即受压并附着到开口的导电元件施加热，来解除压力-附着。然而，可以配置本发明，以便不仅可以通过将热施加到导电元件来降小摩擦力，而且可以仅通过使用压缩气体的驱动力来解除导电元件的压力-附着。

为了使用具有图1中所示的结构的焊接设备来释放压力-附着，用于通过施加压缩气体的驱动力P来投放焊料球的方法是实施例1的另一实例，其中驱动力P大于摩擦力(图1F中示出的μF1)。图10是示例了仅通过压缩气体投放焊料球的焊接方法的流程图。如流程图中所示，对焊料球117施压并将其附着到开口113(步骤S11，对应图1A)，并定位管嘴103(步骤S12)。气体供应单元107将压缩气体提供到内部空间111中(步骤S13)。当压缩气体对焊料球117施加的驱动力比摩擦力μF1(对应图1F)大时，投放固相状态的焊料球117(步骤S14)。此时，不同于实施例1，未向焊料球117发射激光束。此后，向飞行中的焊料球117发射激光束(步骤S15)以熔化并使焊料球装载到预定的位置上。随后，停止激光束的发射和压缩气体的供应(步骤S17)，结束焊接工艺。如上所述，也可以采用投放受压并附着的焊料球而不向其发射激光束的方法。

此外，虽然独立于管嘴形成激光束发射单元，但是也可以整体地形成管嘴与激光束发射单元。图8是其中将激光束发射单元605设置到管嘴603的焊接设备的局部截面视图。将激光束发射单元605设置到管嘴603的顶板615。来自激光束发射单元605的激光束605a通过在管嘴顶板615中设置的由玻璃等形成的激光传输单元615a进入内部空间611，并到达焊料球617。无需说明，如上所述，在来自激光束发射单元的激光束605a通过内部空间611到达焊料球617之后，焊料球617被投放，只要可以对准投放方向和激光束的传播方向，就可以做出任何改变。激光束发射单元605、气体供应单元607、控制单元609以及驱动单元618具有与以上实施例中所述的相应单元相同的操作，因此，在此省略对它们的描述。

虽然在实施例1至3、变形例和实例中独立于管嘴形成激光束发射单元，但是也可以整体地形成管嘴和激光束发射单元。图8是其中将激光束发射单元605设置到管嘴603的焊接设备的局部截面视图。将激光束发射单元605设置到管嘴603的顶板615。来自激光束发射单元605的激光束605a通过在管嘴顶板615中设置的由玻璃等形成的激光传输单元615a进入内部空间611，并到达焊料球617。无需说明，如上所述在来自激光束发射单元的激光束605a通过内部空间611到达焊料球617之后，并焊料球617被投放，只要可以对准投放方向和激光束的传播方向，可以做出任何改变。

虽然在实施例1至3以及变形例中使用了激光设备，但是可以通过使用卤灯或热空气来加热和熔化焊料球，即焊料元件。而且，使用球形的焊料球作为焊料元件。然而，无需说明，如果需要，可以使用具有立方体形状、矩形块体形状等的焊料元件。

在实施例1至3、变形例以及实例中，将焊料球投放到由以平面形状设置的至少两个构件组成的将接合的物体上，由此接合两个构件。然而，本发明将接合的物体并不局限于以平面形状设置的将接合的物体。例如，可以由彼此形成约90度的角的两个构件组成将接合的物体，作为相关背景技术的图10或图11中所示的基底的电极和在基底上放置的电子元件的侧电极。

另外，可以使用单个构件作为将接合的物体。图9示例了将焊料球投放到由单个构件组成的将接合的物体上并形成焊料凸起的情况。在图9中，图1中的焊接设备101用于将焊料球917装载在平板导体924上并形成焊料凸起916。

在实施例1至3、变形例以及实例中，受压并附着到管嘴的开口的导体元件位于管嘴外部。然而，无需说明，导体元件的一部分可以延伸到管嘴的内部。例如，如果沿纵向方向的开口的长度比焊料球的外径短，则焊料球的一部分会延伸到内部空间的内部。

另外，激光束的光轴、内部空间的中轴，以及开口的中轴沿相同的方向彼此对应。然而，只要沿着开口投放焊料球的轨迹来扫描激光束，就可以使用任何激光设备。无需说明，在投放了焊料球之后不必对准激光束的光轴与投放路线。

从防止焊料球氧化的观点来看，可以应用惰性气体例如氮气等(压缩气体)作为以上实施例中的压缩气体。

在本发明中，将热辐射施加到导电元件以释放对管嘴的压力-附着并开始熔化导电元件。因此，导电元件的残留物不会附着到管嘴开口及其附近。

可以以各种形式实施本发明而不背离本发明的精神。因此，无需说明，上述实施例仅仅用于描述本发明，而不是本发明的范围的限制。

Claims (11)

1.一种接合方法，用于从管嘴将导电元件投放到将接合的物体上并电接合所述将接合的物体与所述导电元件，包括以下步骤：

制备所述导电元件，所述导电元件的外径的曲率半径大于与所述导电元件接触的所述管嘴的开口的部分的曲率半径；

使所述导电元件受压并附着到所述管嘴的所述开口；以及

将压缩气体提供到所述管嘴的内部空间中并将处于固相状态的所述导电元件投放到所述将接合的物体上。

2.根据权利要求1的接合方法，还包括这样的步骤，当所述内部空间内部的压力为预定值时，向受压并附着到所述开口的所述导电元件发射热辐射。

3.根据权利要求1的接合方法，其中通过将所述管嘴压向所述导电元件使所述导电元件受压并附着到所述开口。

4.根据权利要求1的接合方法，其中通过所述内部空间施加到所述开口的吸引力使所述导电元件受压并附着到所述开口。

5.根据权利要求4的接合方法，其中通过压力和装配单元，将通过所述吸引力与所述开口接界的所述导电元件推到所述开口中，由此使所述导电元件受压并附着到所述开口。

6.根据权利要求2的接合方法，其中，在投放所述导电元件之后，继续向所述导电元件发射所述热辐射。

7.一种接合设备，用于在将接合的物体上设置导电元件并电接合所述将接合的物体与所述导电元件，包括：

具有开口和内部空间的管嘴，所述开口具有比所述导电元件的外径的曲率半径小的曲率半径，所述内部空间通过所述开口与外部相通；

气体供应装置，用于将压缩气体供应到所述内部空间；

压力和装配装置，用于对所述导电元件施压并将所述导电元件装配到所述管嘴的所述开口中，由此使所述导电元件受压并附着到所述开口；以及

控制单元，用于控制所述气体供应装置，以便当所述导电元件受压并附着到所述开口时，将所述压缩气体供应到所述内部空间中并投放处于固相状态的所述导电元件。

8.根据权利要求7的接合设备，还包括用于向受压并附着到所述开口的所述导电元件发射热辐射的热辐射装置，其中所述控制单元控制所述热辐射装置以便当所述内部空间具有预定的压力时向所述导电元件发射所述热辐射。

9.根据权利要求7的接合设备，其中所述压力和装配装置对所述导电元件施压并将所述导电元件装配到所述开口中，以便以下列方式使所述导电元件受压并附着：具有比所述开口的内径大的尺寸的所述导电元件的部分位于所述管嘴的外部。

10.根据权利要求7的接合设备，其中所述压力和装配装置具有驱动装置，所述驱动装置用于沿彼此相对和离开的方向移动所述开口和所述导电元件。

11.根据权利要求7的接合设备，其中所述压力和装配装置具有吸引装置，所述吸引装置用于通过所述内部空间将吸引力施加到所述开口，由此有助于所述导电元件对所述开口的压力-附着。

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