CN102151976A - 焊接设备 - Google Patents

Abstract

一种焊接设备，包括：焊接头，其具有用于吸取并保持电子零件的焊接工具；升降器装置，其将焊接头升起/降下；止动件，其设置于焊接头；止动件支承，其调节焊接头在与止动件接合的情况下的下降高度；距离检测装置，其检测止动件和止动件支承之间的距离；止动件支承升降器装置，其与焊接头独立地将止动件支承升起/降下；以及控制装置，其控制止动件支承升降器装置。控制装置通过使用来自距离检测装置的信号来控制止动件支承的高度，以将止动件和止动件支承之间的距离保持在预定距离，直至焊点在将电子零件加热并按压到基板的过程中熔化。

Description

焊接设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年1月21日提交的日本专利申请No.2010-010818的优先权，其整个内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及加热并按压型焊接设备的改进，且特别地涉及一种焊接设备，在使用止动件和止动件支承调节焊接头的下降高度时，所述焊接设备根据焊接头的热膨胀而延伸以便与止动件和止动件支承之间的间隔的延伸一致，并在已经将焊点熔化后控制基板和芯片之间的距离。

背景技术

已提出了现有技术的加热并按压型焊接设备，当加热电子零件并将加热的电子零件按压到基板上时，所述焊接设备控制焊接头的焊接载荷，当使用安装到焊接头的载荷单元测量在焊接中施加的载荷时，预先设定所述焊接载荷。

然而，在现有技术的加热并按压型焊接设备中，当待焊接的部分的焊点已熔化时，焊点不持续耐受来自焊接头的焊接载荷，因此焊接头迅速下降，使得熔化的焊点过度破坏并坍缩。因此，出现了过度破坏并坍缩的焊点接触相邻的焊点而使相邻的焊点短路的问题。因此，可能出现不良产品。

替代地，焊接可在非常低的焊接载荷的情况下进行。在这种情况下，防止焊点过度破坏并坍缩。然而，出现了焊点可能趋向于不变形到合适和希望的程度的问题。此外，当电子零件中存在多个焊点且焊点间的尺寸存在变化时，某些小尺寸焊点可能不接触基板。因此，为避免这样的问题，当将芯片焊接到基板时，焊接载荷需要在一定程度上是大的载荷。考虑到这样的情况，已使用了利用止动件和止动件支承的方法，以在预定位置处使焊接头停止。例如，日本专利No.3475776公开了一种机械止动件，所述止动件接触芯片吸取装置的预定部分(与止动件对应)，用于限制芯片吸取装置的下降。

日本专利No.3475776测量止动件和止动件支承之间的相对距离，并控制止动件和止动件支承之间的距离。然而，日本专利No.3475776不能够处理止动件由于芯片吸取装置在其加热期间的热膨胀而向上移动并且止动件和止动件支承之间的相对距离因此变得更大的情况。即，假定需要芯片吸取装置在上升/下降方向上具有10微米的相对距离以使焊点破坏并坍缩到合适和希望的程度。如果芯片吸取装置在其加热期间热膨胀20微米，则因为芯片吸取装置的20微米的热膨胀使止动件向上移动20微米。因此，虽然止动件支承在接触芯片吸取装置的止动件的情况下限制芯片吸取装置的下降，但焊点被过度破坏并坍缩，严格地讲，破坏并坍缩到与芯片吸取装置的热膨胀对应的20微米的程度。

当前，因为焊点变得越来越小，所以止动件和止动件支承之间的距离由于焊接头的热膨胀而变得超过了公差。因此，需要更精确地控制焊接头的高度。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接设备，其中止动件安装到焊接头，支承止动件的止动件支承布置成以便以与焊接头独立的方式上升/下降，且使用在止动件和止动件支承之间检测到的距离控制止动件支承的高度，其中焊接设备检测由于在将电子零件加热并按压到基板的过程中被加热的焊接头的热膨胀引起的止动件和止动件支承之间增加的距离，然后将止动件和止动件支承之间的增加的距离调整到预定距离。

根据本发明的一方面，提供一种焊接设备，所述焊接设备构造为通过导电焊点将电子零件加热并按压到基板，所述焊接设备包括：焊接头，该焊接头具有用于吸取并保持电子零件的焊接工具；升降器装置，该升降器装置将焊接头升起/降下；止动件，该止动件设置于焊接头；止动件支承，该止动件支承调节焊接头在与止动件接合的情况下的下降高度；距离检测装置，该距离检测装置检测止动件和止动件支承之间的距离；止动件支承升降器装置，该止动件支承升降器装置与焊接头独立地将止动件支承升起/降下；以及控制装置，该控制装置控制止动件支承升降器装置，其中控制装置通过使用来自距离检测装置的信号来控制止动件支承的高度，以将止动件和止动件支承之间的距离保持在预定距离，直至焊点在将电子零件加热并按压到基板的过程中熔化。

根据本发明，焊接设备的控制装置使用来自距离检测装置的信号来控制止动件支承的高度，以将止动件和止动件支承之间的距离保持在预定距离，直至焊点在将电子零件加热并按压到基板的过程中熔化。因此，焊接设备可以检测由于在将电子零件加热并按压到基板的过程中被加热的焊接头的热膨胀引起的止动件和止动件支承之间增加的距离，然后可以将止动件和止动件支承之间增加的距离调整到预定距离。

因此，能够抵消焊接头的热膨胀，直至焊点已在将电子零件加热并按压到基板的过程中熔化。进一步地，在将电子零件加热并按压到基板的过程中，当待焊接的部分的焊点已熔化时，防止焊接头下降到低于预定高度的水平面。因此，即使当向焊接头施加高水平面的焊接载荷时，也防止焊接头下降到低于预定高度的水平面，并反过来防止已熔化的焊点的过度破坏并坍缩，因此在窄间距焊点的情况下将电子零件焊接到基板。

附图说明

图1是倒装芯片焊接设备的前示意图；

图2是倒装芯片焊接设备的右侧示意图；

图3是倒装芯片焊接设备的左侧示意图；

图4是当芯片和基板相互接触时倒装芯片焊接设备的前示意图；

图5是当焊接头热膨胀时倒装芯片焊接设备的前示意图；

图6是当止动件接触止动件支承时倒装芯片焊接设备的前示意图；以及

图7A至图7D是图示止动件和止动件支承之间的关系的局部视图，其中图7A是图示了当芯片和基板相互接触时的关系的视图；图7B是图示了当焊接头热膨胀时的关系的视图；图7C是图示了当控制止动件和止动件支承之间的距离时的关系的视图；且图7D是图示了当止动件接触止动件支承时的关系的视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施例。示例性实施例是倒装芯片焊接设备。在下文中，将概要地描述倒装芯片设备。图1是倒装芯片焊接设备的前示意图。图2是倒装芯片焊接设备的右侧示意图，且图3是倒装芯片焊接设备的左侧示意图。

如在图1至图3中所示，倒装芯片焊接设备包括：焊接头3；头升降器单元5，其将焊接头3升起/降下；止动件6，其安装到焊接头3；止动件支承7，其调节与止动件6接合的焊接头3的下降高度；位移计8，其包括检测止动件6和止动件支承7之间的距离的距离检测装置；以及止动件支承升降器单元9，其将止动件支承7以与焊接头3独立的方式升起/降下。

焊接头3包括焊接工具2，所述焊接工具2吸取并保持作为电子零件的半导体芯片1，且在所述焊接头3中并入了用于加热焊接工具2的加热单元。当加热焊接工具2时，焊接头3自身热膨胀。

如在图1和图2中所示，焊接头3安装在基部12上，以通过头升降器单元5升起/降下。头升降器单元5包括升降器马达M1和通过升降器马达M1旋转的头升降器轴53。焊接头3通过螺母构件54安装到头升降器轴53上。

头升降器单元5包括：空气缸52，所述空气缸52将焊接头3向下压；和载荷单元51，所述载荷单元51支承其上的焊接头3以控制焊接头3的焊接载荷。具体地，空气缸52布置在载荷控制突出31上方，且载荷单元布置在载荷控制突出31下方。载荷控制突出31整体地安装到焊接头3。附带提及的是，可以使用弹簧替代空气缸52。

载荷控制执行如下：首先，载荷单元51检测由于焊接头3的自重的载荷与作为载荷的由空气缸52的压力导致的载荷的和作为载荷，直至被焊接工具2吸取并保持的半导体芯片1接触基板4。当焊接头3下行且半导体芯片1接触基板4时，焊接载荷被用基板4抵消，因此由载荷单元51检测到的载荷减小。因此，通过使用作为载荷控制轴头安装到头升降器单元5的升降器轴53，焊接头3的载荷得到控制，以使检测到的载荷到达预定值。

附带提及的是，如果焊接头3的下降是通过使用这样的载荷控制来控制的，则可能出现如下问题，即当待焊接的部分的焊点11在半导体芯片1到基板4的焊接操作期间熔化时，焊点11不持续耐受焊接载荷，因此焊接头3迅速下降，使得熔化的焊点11可能过度破坏并坍缩。

为此，设置了包括止动件6和止动件支承7的下降停止机构。如在图1和图3中所示，止动件6整体地设置于焊接头3。一方面，支承了止动件6的止动件支承7与焊接头3独立地设置在止动件支承7与止动件6接合的位置处。

位移计8检测止动件6和止动件支承7之间的距离。位移计8悬浮在止动件6上方，使得允许位移计8的尖端部分通过止动件6中的中空空间而不接触止动件6，以检测止动件支承7的尖端。附带提及的是，可以使用电位计作为位移计8。

止动件支承7设置有止动件支承升降器单元9，所述止动件支承升降器单元9将止动件支承7沿支承升降器轴10与焊接头3独立地升起/降下。附图标记M2指示了止动件支承升降器单元9的升降器马达。支承升降器轴10变成与止动件支承7有关的位置控制轴。

然后，将参考图4至图7D描述在根据此示例性实施例的倒装芯片焊接设备中的基板4和半导体芯片1之间的距离的控制操作。焊接工具2被合并在焊接头3中的加热单元加热到100℃，且半导体芯片1被焊接工具2吸取并保持。此时，作为由于焊接头3的自重的载荷与由于空气缸52的压力导致的载荷的和的10N的载荷施加到载荷单元51。然后，在设置到头升降器单元5的马达M1旋转的情况下，定位在侧向焊接位置处的焊接头3向下移动，如在图4中所示，直至半导体芯片1接触基板4。

当半导体芯片1接触基板4时，由载荷单元51检测到的载荷减小。例如，如果由载荷单元51检测到8N的载荷，则确定半导体芯片1与基板4接触。此时，止动件6和止动件支承7之间的距离设定为预定距离，如在图4A和图7A中所示。此预定距离是在将半导体芯片1焊接到基板4时焊接头3的合适的或希望的下降距离(例如，10微米)。即，当确定半导体芯片1接触基板4时，止动件6和止动件支承7之间的距离设定为10微米的预定距离。

然后，为了将预定焊接载荷和预定焊接温度呈现给基板4，在焊接头3下降之后将焊接头3的焊接工具2加热到预定温度，直至载荷单元51检测到预定载荷。具体地，当焊接头3下行以将一些载荷施加到基板4时，由载荷单元51检测到的载荷从8N逐步降低到5N。在检测到5N的载荷时，确定已经施加预定的焊接载荷，且焊接工具2的温度从100℃升高到300℃。因此，在焊点11熔化之前，焊接头由于加热而热膨胀，因此止动件6根据焊接头3的热膨胀程度向上移动，使得止动件6和止动件支承7之间的距离变得更大。例如，如在图5和图7B中所示，止动件6和止动件支承7之间的距离变成30微米。

此时，从来自位移计8的信号检测到止动件6和止动件支承7之间的距离变成30微米。响应于这样的检测，止动件支承升降器单元9使用来自位移计8的信号控制止动件支承7的高度，以将止动件6和止动件支承7之间的距离保持在预定距离(10微米)，如在图7C中所示，直至焊点11已经熔化。即，止动件支承升降器单元9将止动件支承7朝着止动件6升起，以将止动件6和止动件支承7之间的距离保持在焊接头3的合适的或希望的下降距离(10微米)，直至焊点11已经熔化。

其后，焊点11已经熔化，因此焊接头3迅速下降而引起止动件6和止动件支承7之间的接合。如果止动件6和止动件支承7之间的距离被检测为零，或被检测为等于或小于预定距离，则确定焊点11已经熔化，因此停止止动件支承升降器单元9的控制操作。当焊接头3因为焊点11的熔化而迅速下降时，焊接头3的降低高度(位置)通过使止动件6与止动件支承7接合来调节，如在图6和图7D中所示。即，焊接头3向下移动焊接头3的合适的或希望的下降距离(10微米)，然后止动件6与止动件支承7接合，使得焊接头3的下降高度(位置)被调节。因此，能够防止焊接头3向下移动30微米，并且能够防止焊接头3使焊点11过度地破坏并坍缩。

附带提及的是，基于不同于止动件6和止动件支承7之间的距离的其他因素，可以确定当止动件支承升降器单元9的控制操作停止时的时刻。例如，在焊接头3的温度已经升高之后，止动件支承升降器单元9的控制操作可以停止数秒；或基于由载荷单元51检测到的焊接载荷可以停止止动件支承升降器单元9的控制操作。

Claims (1)

1.一种焊接设备，所述焊接设备构造成通过导电焊点将电子零件加热并按压到基板，所述焊接设备包括：

焊接头，所述焊接头具有用于吸取并保持所述电子零件的焊接工具；

升降器装置，所述升降器装置将所述焊接头升起/降下；

止动件，所述止动件设置于所述焊接头；

止动件支承，所述止动件支承调节与所述止动件接合的所述焊接头的下降高度；

距离检测装置，所述距离检测装置检测所述止动件和所述止动件支承之间的距离；

止动件支承升降器装置，所述止动件支承升降器装置与所述焊接头独立地将所述止动件支承升起/降下；以及

控制装置，所述控制装置控制所述止动件支承升降器装置，

其中在将所述电子零件加热并按压到所述基板的过程中，所述控制装置通过使用来自所述距离检测装置的信号来控制所述止动件支承的高度，以将所述止动件和所述止动件支承之间的距离保持在预定距离，直至所述焊点熔化。

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