CN1767727A - 导电球接合方法和导电球接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导电球接合方法和导电球接合装置，它们能够提高接合处理效率并且其中通过使焊料球熔融而使形成在待接合的对象上的多个电极彼此接合。在本发明中，通过具有与待接合的对象上的电极区相对应的多个拾取开口的拾取喷嘴拾取焊料球，并将焊料球输送到电极区上。独立地设置在拾取喷嘴上方的激光照射单元沿拾取开口的布置方向移动，来自激光照射单元的激光束经由拾取喷嘴的透明部件并且经过拾取喷嘴的拾取开口照射在焊料球上，由此使电极区上的焊料球熔融。

Description

导电球接合方法和导电球接合装置

技术领域

本发明涉及一种导电球接合方法和一种导电球接合装置，更具体地，本发明涉及适合于执行由形成在磁头的滑块上的接合垫与形成在引线框上的垫之间的接合所体现的瞬间(minute)接合的一种导电球接合方法和一种导电球接合装置。典型的导电球是焊料球，金球，或者合金球。

背景技术

在过去，公知一种接合方法，其中在将球形焊料(下文中称为“焊料球”)安装在电极之间后，通过将激光束照射到焊料球上使焊料球熔融以实现电极之间的电气连接。

图7A-7C是示出用于通过利用激光束照射使焊料球熔融而实现电极之间的接合的步骤的说明性视图。顺便提一下，这些附图示出形成在磁头的滑块上的接合垫与形成在引线框上的垫之间的接合。

在磁头内的这种接合中，首先，如图7A所示，待彼此接合在一起的构成磁头的滑块1和用于支承滑块1的背板(flexor)2预先用粘合剂互连在一起，以便其电极彼此接触。

用于实现滑块1与背板2之间的接合的接合装置3包括用于拾取焊料球4的拾取喷嘴5和用于将激光束照射在焊料球4上的激光照射单元6，拾取喷嘴5和激光照射单元6由连接板7固定在一起并且通过移动装置(未示出)在磁头与焊料球供应装置8之间往复移动。

在执行滑块1与背板2之间的接合时，首先，将接合装置3向供应装置8移动，然后利用拾取喷嘴5从供应装置8拾取焊料球4。在拾取喷嘴5拾取焊料球4之后，操纵移动装置以将焊料球4运送到滑块1和背板2的电极彼此接触的电极区9，如图7B所示，之后停止拾取喷嘴5的抽吸或吸取，由此将焊料球4搁在电极区9上。然后，如图7C所示，在焊料球4搁在电极区9上之后，再次操纵移动装置以将激光照射单元6移动到焊料球4的上方，然后将激光束照射在焊料球4上以使焊料球4熔融，由此实现形成在滑块1和背板2上的电极之间的连接(例如，参见JP2002-25025A)。

作为使用焊料球的另一种接合装置，例如还公知一种接合装置，它包括设置在上方的激光源和在其侧部设置有用于供应焊料球的连接件的连接元件，其中在焊料球滴入连接元件之后，通过激光源使焊料球熔融(例如，参见JP H11-509375A)。

此外，还公知一种技术，其中提供有一种包括布置掩模、百叶窗式掩模和供应掩模的三层结构，并且通过插置于布置掩模与供应掩模之间的百叶窗式掩模的滑动使焊料球从布置掩模自由地滴向供应掩模，由此将焊料球供应到一垫上并且执行接合(例如，参见JP H08-236916A)。

然而，所有上述接合装置都具有下列问题。

即，在使用焊料球并且分开地设置拾取喷嘴5和激光照射单元6的接合装置(例如，图7A-7C中所示的装置)中，在使用拾取喷嘴5将焊料球4搁在电极区9上之后，由于焊料球4不能够保持在接合装置侧，所以搁在电极区9上的焊料球4可能由于干扰偏离正确的位置。因而，出现必须设置与产品和接合装置分开的用于保持焊料球4的装置的问题。

此外，使用压力接合的接合装置、包括分开的拾取喷嘴5和激光照射单元6的接合装置或者包括激光源和设置有连接件的连接元件的接合装置仅用来执行与单个电极有关的接合，因此，如果存在多个电极，必须重复与电极数量相对应的次数的处理，结果很难提高制造效率。

此外，在激光照射单元6和拾取喷嘴5同时移动的布置中，由于要求连接板7平滑地移动，因此必须通过使用光学纤维等将激光束从激光源引入激光照射单元6。由于光学纤维等的柔韧性比通常纤维元件的柔韧性差，因此从装置的耐久性的角度来看，在布置中使用光学纤维并不优选，因为必可避免会出现变形例如弯曲。

发明内容

本发明是考虑到上述尤其在拾取喷嘴如图7A-7C所示移动长行程时出现的常规问题而作出的，本发明的目的是提供一种导电球(例如焊料球和金球)接合方法和一种导电球接合装置，它们能够有效地供应导电球并且能够提高接合装置的耐久性。此外，本发明的目的是提供一种导电球(例如焊料球和金球)接合方法和一种导电球接合装置，其中，多个导电球被同时供应给待接合的对象并且被保持在待接合的对象上，通过利用从一个激光源获得的激光束连续地执行使用这些导电球的接合操作，由此提高接合处理的效率。

为实现上述目的，本发明提供一种用于通过利用待熔融的导电球使形成在待接合的对象上的多个电极接合的导电球接合方法，该方法包括以下步骤：通过具有与待接合的对象上的电极相对应的拾取开口的拾取喷嘴吸取导电球并将导电球输送到电极；经由限定拾取喷嘴内的基本封闭空间的透明部件照射激光束以便使激光束穿过拾取喷嘴的拾取开口到达导电球；以及通过激光束的照射使电极上的导电球熔融。

顺便提一下，在上述接合方法中，优选地，在相应的导电球供应到多个电极上的情况下停止拾取喷嘴，并且用于照射激光束的激光照射单元沿基本平行于多个电极的布置方向的方向独立于拾取喷嘴移动，以使导电球熔融。或者，在上述接合方法中，优选地，在激光束照射到导电球上时，通过拾取喷嘴的拾取开口输送惰性气体。

此外，为实现上述目的，本发明提供一种导电球接合装置，其中，导电球被输送到形成在待接合的对象上的电极，并且通过激光束的照射使所输送的导电球熔融以接合电极，该接合装置包括：包括用于拾取导电球的拾取开口、与该拾取开口连通的基本封闭空间以及在基本封闭空间中与拾取开口成相对关系设置并且限定该基本封闭空间的透明部件的拾取喷嘴；以及与拾取开口成相对关系设置的激光照射单元，透明部件介于拾取开口与激光照射单元之间，其特征在于，激光照射单元和拾取喷嘴能够彼此相对移动。顺便提一下，在上述装置中，优选地，激光照射单元与拾取喷嘴之间的相对移动沿平行于基本包括电极中的多个接合点的平面的直线进行。

此外，为实现上述目的，本发明提供一种拾取喷嘴，它用于当在抽吸且保持待保持的对象的同时将所述对象输送到预定位置并且通过在待保持的对象基本保持在预定位置的情况下将激光束照射到待保持的对象上来执行待保持的对象的预定处理的时候，所述拾取喷嘴包括：用于拾取待保持的对象的拾取开口；与该拾取开口连通并且能够被抽空和真空破裂(rupture)的基本封闭空间；以及与拾取开口成相对关系设置并且形成限定基本封闭空间的壁的一部分且能够透过激光束的透明部件。

在用于通过利用激光束使导电球熔融的接合方法中，必须提高激光束在导电球上的照射位置的精确度以便有效地使导电球熔融。根据这个观点，优选地，拾取喷嘴和激光照射单元一体形成以便拾取喷嘴的导电球保持位置与激光照射单元之间的位置关系固定或不变。然而，对于这种布置，由于与激光照射单元相关的上述光学纤维以及各种缆线必须成丝状并且必须容许弯曲变形，因此会存在出现与装置本身忍受重复操作的耐久性有关的问题的高可能性。同时，例如，很难将这种布置应用在用于连续处理多个焊料球的处理。此外，如果试图容许激光照射单元相对于拾取喷嘴的移动同时维持激光照射单元与拾取喷嘴之间的一体性，则会出现如何保护形成于拾取喷嘴中的共轭空间(conjiugate space)的密封性能的问题。

根据本发明，与空气供给和排放装置连通的共轭空间可独立于激光照射单元形成。因此，共轭空间的内部能够容易地维持压力减小环境，并且能够通过拾取喷嘴的吸取作用拾取导电球。在由拾取喷嘴拾取导电球之后，移动拾取喷嘴以使多个拾取开口与多个电极区的位置对齐，之后，当通过空气供给和排放装置将压力引入共轭空间以使共轭空间的内部从压力减小环境恢复到大气压力(所谓的真空破裂)时，释放拾取喷嘴的抽吸力，结果导电球能够从拾取喷嘴分开。

然后，在导电球能够从拾取喷嘴分开之后，通过激光照射单元将激光束照射到导电球上以使导电球熔融，由此实现待接合的对象的电极之间的电气接合。顺便提一下，在照射激光束时，为了防止导电球被氧化，可以通过惰性气体供给装置将惰性气体引入共轭空间，以经由拾取喷嘴向导电球喷射惰性气体。

在以这种方式将搁在多个电极区上的导电球中的一个熔融以接合电极之后，操纵输送装置以沿预定方向移动激光照射单元一小量。执行激光照射单元的移动操作直到所照射的激光束能够穿过相邻的拾取开口。通过重复激光照射单元的移动以及将激光照射在导电球上，可接合相邻的各个电极。

通过使用这样一种布置，由于多个导电球能够通过一个激光照射单元熔融，因此能够减少接合时间。

此外，当在拾取喷嘴的远端处设置有调整面时，由于能够通过调整面和形成在电极区处的V形凹槽调整导电球的滚动，因此即使释放共轭空间中的压力减小环境并且导电球从拾取喷嘴分开，也能够防止导电球与电极区分开。因而，导电球能够确实地熔融，由此进一步提高电极区的接合的可靠性。

顺便提一下，在根据本发明的拾取喷嘴中，可拾取、保持和输送一个导电球，或者可同时拾取、保持和输送多个导电球。在保持一个导电球的情况下，根据本发明，拾取喷嘴和激光照射单元分开地构成，并且仅通过拾取喷嘴执行诸如导电球的输送之类的驱动而激光照射单元固定。这样，能够简化装置的构造。而在同时保持多个导电球的情况下，可如上所述形成拾取开口。

即，在本发明中，激光照射单元和拾取喷嘴能够独立地构成并且这些元件可彼此相对移动。此外，在电极上存在多个待接合的点的情况下，通过沿平行于包括所述多个点的平面延伸的直线执行激光照射单元与拾取喷嘴之间的相对移动能够实现期望的接合。顺便提一下，根据待接合的对象，可能会出现多个待接合的点存在于不同平面中的情况。在这种情况下，可参考包括最多数量的点的平面。因此，从这个意义来说，这种平面优选是平坦的平面。

根据本发明，在导电球基本保持在拾取喷嘴的远端处的情况下，执行导电球的熔融以及形成在待接合的对象上的多个电极之间的接合。因此，能够在正确维持与电极相关的导电球的位置关系的同时执行电极之间的接合。此外，经由具有最小规格尺寸和高密封性能的共轭空间来执行用于吸取和保持导电球的真空排放和用于防止所熔融的导电球氧化的给导电球的惰性气体供应。因此，可利用所述装置的这种构造(即，简单构造)获得用于供应和排放气体等的导管，并且能够简化拾取喷嘴的构造。

此外，可仅使激光照射单元沿一个方向的驱动量最小化，结果，由于消除了激光照射单元在拖曳光学纤维等的同时的长移动量，因此能够大大减小损坏光学纤维等的可能性。此外，对于用于执行激光束的照射的光学系统，由于可考虑光学系统在有限区域中沿一个方向的移动，因此与常规布置中的情况相比较，由光学系统的移动引起的激光照射单元的焦点的变化变得较小。因而，在根据本发明的布置中基本不需要用于与焦点变化无关地获得稳定激光照射能量的各种装置，由此简化所述装置的构造。此外，能够正确地和重复地执行光学系统的移动和停止操作。而且，即使利用简化的构造，也能够稳定地执行焊料球的熔融操作。顺便提一下，如将在下文中说明的本发明的实施例中所示，在同时熔融多个焊料球时，这些效果更加显著。

此外，在本发明中，作为待接合的对象之一的背板的电极形成在由耐热性比金属低的材料制成的背板的上表面上，因而，在照射激光束时，必须防止激光束照射在背板上。此外，为了获得焊料球与电极之间优选的接合状况，可能必须将激光束照射在电极的一部分上。因此，必须通过使用掩模调整激光束的照射图案(所谓的光束构形)。在根据本发明的布置中，可以使用拾取喷嘴的拾取开口作为这种掩模。通过将来自激光照射单元的激光束作为基本平行的光束照射并且通过将光束的直径限制到一定程度，即使照射位置稍微偏离，也能够由于作为掩模的拾取开口的存在而消除这种偏离。因此，通过使用作为掩模的拾取开口，能够吸收构成激光照射单元的光学系统的驱动误差并且能够获得优选的接合状况。

通过以下结合附图的详细说明会更清楚本发明的上述和其它目的、特征以及优点。

附图说明

图1是示出根据本发明一实施例的整个导电球接合装置的透视图；

图2A和2B是示出导电球接合装置的结构的说明性视图，图2A是装置的正视图，图2B是装置的仰视图；

图3是示出通过调整面和电极区调整导电球的情况的说明性视图；

图4是示出导电球接合装置的操作步骤的流程图；

图5A、5B和5C是示出导电球接合装置的操作步骤的说明性视图；

图6是示出导电球的熔融工序的操作说明图；以及

图7A、7B和7C是示出用于通过利用激光照射使焊料球熔融而执行电极之间的接合的步骤的说明性视图。

具体实施方式

现在参照附图全面地说明适合于根据本发明的导电球接合方法和导电球接合装置的具体实施例，在该实施例中，将焊料球用作导电球的示例。图1是示出根据该实施例的整个焊料球接合装置的透视图。如图1所示，根据所示实施例的焊料球接合装置10由拾取喷嘴29和激光照射单元34构成。拾取喷嘴29能够通过移动装置(未示出)在用于供应焊料球12的供应装置14与待接合的磁头的构成部分(即，GMR元件等嵌入其中的滑块16和用于支承滑块16的背板18)之间往复移动。顺便提一下，移动装置能够沿箭头20和22所示的方向移动，供应装置14和磁头的构成部分之间的移动通过箭头20和22所示的方向的组合实现。此外，通过与移动装置相协作的图像识别装置(未示出)判断下文中予以说明的拾取喷嘴对焊料球12的抽吸以及焊料球12相对于磁头上的电极区的定位，在来自图像识别装置的信息的基础上，移动装置执行所关心的位置的正确定位。

在此，在本实施例中，在滑块16上形成有四个滑块侧电极24，在背板18上形成有数量与滑块侧电极24的数量相对应的背板侧电极26。滑块侧电极24和背板侧电极26布置成它们的边缘彼此抵靠并且它们彼此垂直地设置(即，滑块侧电极24和背板侧电极26形成V形凹槽)。

此外，对应形成在滑块16和背板18上的电极，用于焊料球12的供应装置14设置有平行于电极的布置方向设置的焊料球供应孔28，其中焊料球供应孔之间具有与电极之间相同的间距。可以从供应孔28同时供应多个焊料球12。

在供应装置14和磁头之间往复移动的拾取喷嘴29主要由形成装置的主体的一部分的锥形圆筒30，形成在该圆筒的下侧中的多个拾取开口32(见图2A和2B)以及设置在锥形圆筒30的与开口32相对的一侧处的透明部件31构成。此外，激光照射单元34与输送装置(未示出)相连以便能够通过操纵所述输送装置(未示出)而使激光照射单元34沿箭头36所示的方向，即电极的布置方向移动。

图2A和2B是示出焊料球接合装置中的拾取喷嘴29的结构的说明性视图，图2A是装置的正视图，图2B是图2A中(装置)的仰视图。

如图2A和2B所示，在焊料球接合装置10中，锥形圆筒30设置在其中央处。在锥形圆筒30内设置有共轭空间38。共轭空间38与空气供给和排放装置40以及作为惰性气体供应装置的氮气供应装置42相连接，以便能够通过减小共轭空间38内的压力而经由拾取开口32吸取焊料球，或者共轭空间38的内部能够从压力减小环境释放成大气压力(所谓的真空破裂)，或者能够通过将氮气供给进共轭空间38而经由拾取开口32喷射氮气。此外，基本垂直于穿过空轭空间38的激光束布置的透明部件31固定在锥形圆筒30的与拾取开口32相对的一端。由于提供了透明部件31，共轭空间38除了拾取开口32以外变成基本封闭或密封的空间。从激光照射单元34照射的激光束穿过透明部件31而引入共轭空间38并且经由拾取开口32照射在焊料球12上。透明部件31由玻璃、石英等制成，并且通过螺栓夹具或粘合剂相对于拾取喷嘴29固定。

此外，形成在锥形圆筒30的下部中的多个拾取开口32中的每一个在其中心处设置有与共轭空间38连通的吸入口44，围绕吸入口44形成有用于调整焊料球12的滚动的调整面46。尽管调整面46用于调整焊料球沿箭头48所示的方向的滚动，但是如果箭头48的方向与限定在电极24和26之间的V形凹槽的边缘线方向一致，由于焊料球12垂直于方向48的正交方向由滑块侧电极24和背板侧电极26调整，则焊料球12由调整面46和将牢固地定位在预定位置的相关电极调整。因而，在通过拾取开口32将焊料球12输送到电极区之后，即使在停止拾取开口32的抽吸并且焊料球12能够从拾取开口32上分开时，焊料球12也能够定位在其位置处而不离开电极区。

设置在锥形圆筒30上方的激光照射单元34独立于拾取喷嘴29连接到与用于该拾取喷嘴的输送装置不同的激光照射单元输送装置(未示出)。激光照射单元34能够沿箭头36的方向间歇地步进移动。激光照射单元的间歇移动的步进宽度对应于拾取开口32的相邻吸入口44之间的距离，这样，在该单元的任何停止位置处，激光束50都能够经由吸入口44照射在焊料球12上。相应地，通过操作激光照射单元输送装置改变激光照射单元34相对于锥形圆筒30的相对位置，如图2A所示，激光束50能够连续地照射进相邻吸入口44。

顺便提一下，在所示实施例中，尽管说明了使用物理地移动激光照射单元34的输送装置的示例，但本发明不限于该示例，还可以通过使用光学装置经由吸入口44照射激光束。即，激光照射单元34可包括多角镜、扫描镜以及f-θ透镜等。根据本发明，由于激光照射单元34的移动量小并且不需要诸如气密性之类的特殊要求，因此这种光学布置也能购经由吸入口44照射激光束50。

此外，在输送装置机械地构成的情况下，可根据产品规格选择任何机构，例如使用伺服电机或者步进电机的精密供给机构。

接下来，说明通过使用具有上述构造的焊料球接合装置10执行形成在磁头的滑块16上的滑块侧电极24与形成在背板18上的背板侧电极26之间的接合的工序。

顺便提一下，用于滑块侧电极24与背板侧电极26之间的连接的焊料球12是外径约为80-150微米的非常小的球。

图4是示出焊料球接合装置的操作工序的流程图，图5A-5C是示出焊料球接合装置的操作工序的说明性视图。

在这样一种磁头的接合中，首先，如图5A所示，接合装置10朝向焊料球供应装置14移动，定位在供应装置14的供应孔28处的焊料球12由拾取开口32吸取以便将焊料球12朝向拾取开口32移动。顺便提一下，在焊料球的所述移动中，停止经由供应孔28的抽吸(图4中的步骤100)并且操纵空气供给和排放装置40以便使共轭空间38的内部成为压力减小环境(步骤110)。

顺便提一下，在执行步骤100和110期间，由图像识别装置检测待接合的电极24和26的位置(步骤130)。

然后，在步骤100、110和130的处理操作完成之后，如图5B所示，操纵移动装置以便将接合装置移动到焊接位置(步骤140)。

在接合装置10移动到焊接位置之后，操纵空气供给和排放装置40以便使共轭空间38的内部恢复为大气压力(真空破裂)，然后，通过氮气供应装置42将氮气引入共轭空间38，由此经由拾取喷嘴的拾取开口32喷射氮气(步骤150和160)。

在维持步骤160中喷射氮气的状况的同时，移动激光照射单元34，之后，如图5C所示，激光束50照射在任何焊料球12上(步骤170和180)。然后，如图6所示，关于相邻的焊料球12，重复步骤170和180与焊料球12的数量相对应的次数(步骤190)。

顺便提一下，当仅有一个焊料球被输送时，激光照射单元34可以固定。在这种情况下，优选地，预先将待接合的电极安装在激光照射单元34的下方(激光束照射位置)，并且拾取喷嘴29在激光照射单元34与电极之间移动，以便使焊料球在电极之间移动并将焊料球保持在电极之间。

这样，当多个焊料球同时定位在待接合的对象上并且在将焊料球保持在待接合的对象上的同时用一个激光照射单元使焊料球相继熔融时，与将一个焊料球的熔融作为一个步骤的常规接合处理相比较，接合时间大大减少。即，根据本发明人的调查研究，已经发现，通过使用根据所示实施例的焊料球接合装置，与常规接合装置相比较，加工效率可提高大约70％。

顺便提一下，在上述实施例中，虽然说明了使用具有四个拾取开口的拾取喷嘴的示例，但拾取开口的数量并不限于四个。此外，尽管优选拾取开口具有所示实施例中的形状，但拾取开口可以具有不用调整焊料球的移动的通常开口形状。

顺便提一下，在所示实施例中，说明了这样的示例，即，焊料球被用作将由拾取喷嘴保持的对象，焊料球在作为待接合的对象的滑块侧电极与背板侧电极之间输送，以及焊料球通过激光束的照射来熔融，以执行电极之间的接合。然而，待保持的对象不限于焊料球，并且适用于各种处理的任意拾取喷嘴都包括在本发明的范围内，其中，在所述各种处理中，通过将待保持的对象输送到一预定位置并且通过在待保持的对象上照射激光束来执行特定处理。

显然，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以实施本发明的许多不同的实施例，应理解，本发明除了如所附权利要求所限定的之外不限于特定实施例。

本申请要求2004年9月24日提交的日本专利特开平No.2004-276655的优先权，其全文引用在此作为参照。

Claims (6)

1、一种导电球接合方法，其中通过使用待熔融的导电球接合形成在待接合的对象上的多个电极，所述方法包括以下步骤：

通过具有与所述待接合的对象上的所述电极相对应的拾取开口的拾取喷嘴拾取所述导电球并将所述导电球输送到所述电极上；

以激光束穿过限定所述拾取喷嘴内的基本封闭空间的透明部件并且穿过所述拾取喷嘴的所述拾取开口以到达所述导电球的方式照射激光束；以及

通过激光束的照射使所述电极上的所述导电球熔融。

2、根据权利要求1所述的接合方法，其特征在于，在与所述电极相对应的所述导电球供应到所述电极上的情况下停止所述拾取喷嘴，一用于照射激光束的激光照射单元被沿与所述多个电极的布置方向基本平行的方向移动并使所述导电球熔融。

3、根据权利要求1或2所述的接合方法，其特征在于，在激光束照射到所述导电球上时，通过所述拾取喷嘴的所述拾取开口供给惰性气体。

4、一种导电球接合装置，其中将导电球输送到形成在待接合的对象上的电极并且通过激光束的照射使所述输送的导电球熔融以执行所述电极之间的接合，所述接合装置包括：

具有用于拾取所述导电球的拾取开口、与所述拾取开口连通的基本封闭空间以及设置在所述基本封闭空间中与所述拾取开口相对的位置处并且限定所述基本封闭空间的透明部件的拾取喷嘴；以及

设置在与所述拾取开口相对的位置处的激光照射单元，所述透明部件介于所述拾取开口与所述激光照射单元之间；并且其中

所述激光照射单元和所述拾取喷嘴能够彼此相对移动。

5、根据权利要求4所述的接合装置，其特征在于，所述激光照射单元与所述拾取喷嘴之间的相对移动沿平行于基本包括所述电极上的多个接合点的平面的直线进行。

6、一种拾取喷嘴，它用于当通过在吸取并保持待保持的对象的同时将所述对象输送到预定位置并且通过在所述待保持的对象基本保持在所述预定位置处的情况下将激光束照射到所述待保持的对象上执行预定处理的时候，所述拾取喷嘴包括：

用于拾取所述待保持的对象的拾取开口；

与所述拾取开口连通并且能够被抽空和真空破裂的基本封闭空间；以及

设置在与所述拾取开口相对的位置处并形成限定所述基本封闭空间的壁的一部分且能够透过激光束的透明部件。

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