TWI451509B - Electronic component assembly device and electronic component construction method - Google Patents

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TWI451509B
TWI451509B TW100121185A TW100121185A TWI451509B TW I451509 B TWI451509 B TW I451509B TW 100121185 A TW100121185 A TW 100121185A TW 100121185 A TW100121185 A TW 100121185A TW I451509 B TWI451509 B TW I451509B
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bonding
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Satoru Nagai
Yukitaka Sonoda
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Shinkawa Kk
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Description

電子零件構裝裝置及電子零件構裝方法
本發明係關於電子零件構裝裝置之構造及以該電子零件構裝裝置進行之電子零件之構裝方法。
做為將半導體晶片於基板上構裝之方法，使用將於電極形成有銲料凸塊之具銲料凸塊之電子零件藉由熱壓接於基板構裝之方法、於電子零件之電極成形金凸塊並於基板之銅電極之表面設薄銲料之皮膜再將金凸塊之金與銲料熱溶融接合之金銲料溶融接合、使用熱塑性樹脂或異方性導電膜(AFC)等樹脂系之接著材之連接方法。此種連接方法皆係在將電子零件加熱而使電極上之銲料或接著劑溶融之狀態下以壓接工具將電子零件往基板按壓後，將銲料或接著材冷卻以使固著而於基板接合電子零件者。
因此，在用於此種接合之電子零件構裝裝置有提案具備為了將銲料加熱至溶融狀態或將接著劑加熱至軟化狀態之加熱器、於連接後將銲料或接著劑冷卻之冷卻手段，縮短加熱、冷卻之時間。
於專利文獻1有提案於由為了按壓被加熱物之工具、為了將工具加熱之陶瓷加熱器、為了防止從陶瓷加熱器產生之熱往上述工具以外傳熱之斷熱材、將此等構件統合並對其他構件結合之保持具構成之接觸加熱裝置中，藉由於上述斷熱材及/或保持具設冷卻媒體用之通路將加熱器或斷熱材或保持具急冷，可急速加熱至將接著劑軟化或將銲料溶融之溫度且抑制急速使溫度降低之場合之裝置之熱變形。
此外，於專利文獻2有提案藉由具備將半導體晶片吸著保持之構裝工具、將構裝工具之吸著部加熱之加熱器、將半導體晶片對基板加壓加熱以使熱塑性樹脂溶融而構裝時供給將熱塑性樹脂冷卻之氣體之流路而可圖將半導體晶片以熱塑性樹脂構裝時之節拍時間之縮短之電子零件之構裝裝置。
專利文獻1：日本特開2002-16091號公報
專利文獻2：日本特開2009-76606號公報
然而，在記載於專利文獻1之先前技術係於陶瓷加熱器與斷熱材之間形成使冷卻媒體流動之流路，藉由於此冷卻流路使冷卻空氣流動而冷卻陶瓷加熱器來進行吸著於安裝於陶瓷加熱器之與斷熱材相反側之面之接合工具之半導體晶片之冷卻者，有至冷卻半導體晶片為止花費時間之問題。此外，在記載於專利文獻2之先前技術係從設於接合工具之冷卻流路將冷卻空氣往半導體晶片之周邊吹送，從半導體晶片之側面及熱塑性樹脂之側面進行半導體晶片、熱塑性樹脂之冷卻者。然而，半導體晶片或熱塑性樹脂之厚度比起其表面積非常薄，故即使對半導體晶片之周圍吹送冷卻空氣亦無法進行半導體晶片之全體之冷卻，最後仍有花費為了冷卻之時間之問題。
本發明係以追求將電子零件構裝時之冷卻時間之縮短為目的。
本發明之電子零件構裝裝置係一種電子零件構裝裝置，透過熱溶融之接合金屬將電子零件之電極與基板之電極接合，將前述電子零件構裝於前述基板上，其特徵在於：具備：被驅動於與前述基板接離方向且內藏加熱器之基體部；具有密著固定於前述基體部之表面之第1面與形成於與前述第1面相反側之第2面且於其表面吸著保持前述電子零件之台座，並以前述基體部之前述加熱器加熱而將吸著於前述台座之表面之電子零件熱壓接於基板之接合工具；前述接合工具具有連通前述第1面與前述台座之側面之冷卻流路。
本發明之電子零件構裝裝置中，可係前述接合工具之前述冷卻流路係至少其一部分於沿前述台座之表面之方向使冷媒流動之流路，亦可係前述基體部具有冷媒供給路，該冷媒供給路包含設於側面且冷媒流入之冷媒入口、設於將接合工具密著固定之表面且將從前述冷媒入口流入之冷媒往接合工具之冷卻流路供給之冷媒供給口；前述接合工具之前述冷卻流路係以其一端與前述冷媒供給口連通而另一端與設於前述台座側面之冷媒出口連通之設於前述第1面之延伸於沿前述台座表面之方向之槽、覆蓋前述槽之前述基體部之表面構成。
本發明之電子零件構裝裝置中，可係前述電子零件構裝裝置具備：將前述基體部於與前述基板之接離方向驅動之驅動部；檢出前述接合工具之與前述基板之接離方向之位置之位置檢出部；將前述接合工具之冷卻流路開閉之遮斷閥；以前述驅動部使前述接合工具之與前述基板之接離方向之位置變化並使前述遮斷閥開閉之控制部；前述控制部具有接合工具位置保持冷卻手段，該接合工具位置保持冷卻手段係在以前述加熱器加熱前述電子零件且前述接合工具從基準位置往前述基板接近既定之距離之場合判斷為前述電子零件之電極與前述基板之電極之間之前述接合金屬已熱溶融而保持此時之前述接合工具之對前述基板之接離方向之位置並開啟前述遮斷閥而對前述接合工具之冷卻流路供給冷媒以進行前述接合工具之冷卻。此外，本發明之電子零件構裝裝置中，可係前述電子零件係於電極上形成凸塊；前述基板係於電極形成接合金屬之皮膜；前述控制部進一步具有：基於來自前述位置檢出部之信號判斷前述凸塊與前述皮膜之抵接之抵接檢出手段；於以該抵接檢出手段判斷為前述凸塊與前述皮膜已抵接之場合將前述接合工具之相對前述基板之位置設定為前述基準位置之基準位置設定手段。
本發明之電子零件構裝裝置中，可係前述控制部進一步具有：之第2基準位置設定手段，在以前述基準位置設定手段設定前述基準位置後前述接合工具之與前述基板之接離方向之距離從增加變化為減少之場合將前述接合工具之相對前述基板之位置設定為第2基準位置；第2接合工具位置保持冷卻手段，在加熱前述電子零件且前述接合工具從前述第2基準位置往前述基板接近第2既定距離之場合判斷為前述電子零件之電極與前述基板之電極之間之前述接合金屬已熱溶融而保持此時之前述接合工具之相對前述基板之接離方向之位置，並開啟前述遮斷閥而對前述接合工具之冷卻流路供給冷媒以進行前述接合工具。
本發明之電子零件構裝方法係一種電子零件構裝方法，透過熱溶融之接合金屬將電子零件之電極與基板之電極接合，將前述電子零件構裝於前述基板上，其特徵在於具有：準備具有：被驅動於與前述基板接離方向且內藏加熱器之基體部；具有密著固定於前述基體部之表面之第1面與形成於與前述第1面相反側之第2面且於其表面吸著保持前述電子零件之台座與連通前述第1面與前述台座之側面之冷卻流路，並以前述基體部之前述加熱器加熱而將吸著於前述台座之表面之電子零件熱壓接於基板之接合工具；將前述基體部於與前述基板之接離方向驅動之驅動部；檢出前述接合工具之與前述基板之接離方向之位置之位置檢出部；將前述接合工具之冷卻流路開閉之遮斷閥；之電子零件構裝裝置之步驟；接合工具位置保持冷卻步驟，在以前述加熱器加熱前述電子零件且前述接合工具從基準位置往前述基板接近既定距離之場合判斷為前述電子零件之電極與前述基板之電極之間之前述接合金屬已熱溶融而保持此時之前述接合工具之相對前述基板之接離方向之位置，並開啟前述遮斷閥而對前述接合工具之冷卻流路供給冷媒以進行前述接合工具之冷卻。
本發明發揮可圖將電子零件構裝時之冷卻時間之縮短之效果。
以下，針對本發明之實施形態參照圖面說明。如圖1所示，本發明之電子零件構裝裝置100具備底座10、從底座10往上部延伸之機架11、從機架11之上部伸出之上部凸緣12、於機架11之側面設於上下方向(Z方向)之導引部14、於導引部14安裝為可於上下方向滑動之滑動部16、固定於滑動部16並可與滑動部16一起於上下方向移動之升降塊15、固定於升降塊15之螺帽17、螺入螺帽17之進給螺桿18、固定於上部凸緣12並使進給螺桿18旋轉之馬達13、安裝於升降塊15之下部之音圈馬達20、藉由音圈馬達20於上下方向移動之桿部26、安裝於桿部26之前端並於內部內藏陶瓷加熱器之陶瓷加熱器組件27、安裝於陶瓷加熱器組件27之下端並吸著電子零件31之接合工具28、將基板42吸著固定之接合載台41、控制部50。馬達13與音圈馬達20係將接合工具28於上下方向(Z方向)驅動之驅動部。
如圖2(a)所示，陶瓷加熱器組件27係於基體部亦即加熱器底座27a之內部安裝有薄陶瓷加熱器27h者。於加熱器底座27a之內部設有：為了於加熱器底座27a之下面真空吸著接合工具28之第1真空吸著槽95、吸引第1真空吸著槽95之第1空氣吸引路94、吸引設於接合工具28之下面28b突出之台座28c之下面28e之第2真空吸著槽98之空氣之第2空氣吸引路93。第2空氣吸引路93係連通於設於接合工具28之上面28a之真空槽96，構成為真空槽96與真空吸著設於台座28c之下面28e之電子零件31之第2真空吸著槽98之間係以第3空氣吸引路97連通。因此，第2空氣吸引路93可透過真空槽96與第3空氣吸引路97吸引第2真空吸著槽98之空氣。接合工具28之上面28a係於請求項記載之第1面，接合工具28之下面28b係於請求項記載之第2面。
圖2(b)係顯示從圖2(a)之B之箭頭之方向觀察之接合工具28之密著於加熱器底座27a之第1面亦即上面28a之圖，設於加熱器底座27a之下面之第1真空吸著槽95係以一點鏈線顯示。如圖2(b)所示，第1真空吸著槽95係呈四角之管狀之槽。此外，如圖2(a)、圖2(b)所示，圓形且於加熱器底座27a之上下方向(Z方向)延伸之第1空氣吸引路94構成為連通於第1真空吸著槽95之一部分。如圖2(b)所示，設於接合工具28之上面28a之真空槽96係一端連通於第2空氣吸引路93且另一端連通於第3空氣吸引路97之長圓形之槽。此外，圖2(c)係從圖2(a)之A之箭頭之方向觀察台座28c之下面28e之圖。如圖2(c)所示，第2真空吸著槽98係十字型之槽。第1空氣吸引路94係連通於設於加熱器底座27a之側面27b之第1空氣吸引口92，於第1空氣吸引口92連接有於圖1顯示之第1真空配管75。第2空氣吸引路93係連通於設於加熱器底座27a之側面27b之第2空氣吸引口91，於第2空氣吸引口91連接有於圖1顯示之第2真空配管74。如圖1所示，第1真空配管75、第2真空配管74係連接於真空裝置73，於第1真空配管75、第2真空配管74之途中分別設有電磁閥77、76。
於加熱器底座27a設有使用來冷卻加熱器底座27a之冷媒亦即冷卻空氣流動之第1冷卻流路86、對第1冷卻流路86供給冷卻空氣之第1空氣供給路84、將用來冷卻接合工具28之冷卻空氣對接合工具28供給之冷媒供給路亦即第2空氣供給路83。第1冷卻流路86係在加熱器底座27a之陶瓷加熱器27h與接合工具28之間於沿加熱器底座27a之下面之方向延伸，連通於設於加熱器底座27a之側面27b之第1空氣出口90。第1冷卻流路86係從加熱器底座27a之一方之側面27b往另一方之側面27b延伸之1條或複數條流路，其形狀可為圓形或四角或其他形狀，使從加熱器底座27a之中央往各側面27b放射狀地延伸亦可。從設於加熱器底座27a之側面27b之第1空氣入口82流入第1空氣供給路84之空氣係流過第1冷卻流路86並將加熱器底座27a冷卻後，從第1空氣出口90往外部流出。
連通於設於加熱器底座27a之側面27b之第2空氣入口81之第2空氣供給路83係在加熱器底座27a之內部往下延伸至加熱器底座27a之下面，連通於從接合工具28之上面28a往下面28b延伸至台座28c之厚度之途中之第3空氣供給路85。第2空氣供給路83之加熱器底座27a之下面端係成為對接合工具28供給冷卻空氣之冷媒供給口。於接合工具28之台座28c設有於沿台座28c之下面28e之方向延伸且連通於第3空氣供給路85與設於台座28c之側面28d之第2空氣出口89之第2冷卻流路87。從設於加熱器底座27a之側面27b之第2空氣入口81流入第2空氣供給路83之冷卻空氣係在以加熱器底座27a之下面與接合工具28之上面28a之接觸面流入第3空氣供給路85並從第3空氣供給路85流經第2冷卻流路87而將接合工具28冷卻後，從設於台座28c之側面28d之第2空氣出口89往外部流出。如圖2(b)、圖2(c)所示，第2冷卻流路87係從第3空氣供給路85往台座28c之側面28d放射狀延伸之流路，其剖面形狀為圓形或四角或其他形狀皆可。此外，第2冷卻流路87係連通於第3空氣供給路85且係從台座28c之一方之側面28d往另一方之側面28d延伸之流路亦可。
如圖2所示，於第1空氣入口82連接有於圖1顯示之第1空氣管72，於第2空氣入口81連接有於圖1顯示之第2空氣管71。如圖1所示，於第1空氣管72、第2空氣管71分別設有節流閥68、67、流量計66、65、電磁閥64、63。在電磁閥64、63之上流側第1空氣管72、第2空氣管71會合而成為空氣供給管69。空氣供給管69係連接於壓縮空氣源70，於空氣供給管69設有將從壓縮空氣源70供給之空氣壓力減壓至對第1空氣管72、第2空氣管71供給之壓力之減壓閥69a。電磁閥64、63係分別將第1空氣管72、第2空氣管71及連接於該第1空氣管72、第2空氣管71之第1空氣供給路84、第2空氣供給路83、第3空氣供給路85第1冷卻流路86、第2冷卻流路87開閉之遮斷閥。
如圖1所示，音圈馬達20包含外箱21、沿外箱21之內周固定之永久磁石之固定子22、配置於固定子22之內周之可動子亦即線圈23。桿26係透過板彈簧25安裝於外箱21。此外，於桿26係固定有L字形且於其垂直部分設有細刻度之線性標度61。此外，於與線性標度61對向之外箱21之外面安裝有讀取設於線性標度61之刻度之線性標度頭62。線性標度61與線性標度頭62係構成檢出接合工具28之高度方向之位置之位置檢出部，線性標度頭62係連接於控制部50。對音圈馬達20之線圈23係從電源19供給有驅動用電源。接合載台41係於內部具備將吸著固定於接合載台41之基板42加熱之載台加熱器48。此外，接合載台41係構成為可以不圖示之驅動機構於XY方向移動。
控制部50係包含於內部進行信號處理之CPU51與記憶體52之電腦，於記憶體52之中係包含進行接合之控制之接合程式53、控制用資料58、基準位置設定程式54、接合工具位置保持冷卻程式55、第2基準位置設定程式56、第2接合工具位置保持冷卻程式57、抵接檢出程式59。
馬達13係連接於控制部50，構成為根據控制部50之指令控制旋轉方向、旋轉角度，電源19係連接於控制部50，構成為根據控制部50之指令使對線圈23輸出之電流、電壓變化，陶瓷加熱器組件27、載台加熱器48係連接於控制部50，構成為根據控制部50之指令控制其發熱狀態。此外，設於第1空氣管72、第2空氣管71之電磁閥64、63與設於第1真空配管75、第2真空配管74之電磁閥77、76係連接於控制部50並構成為根據控制部50之指令開閉。
如圖3所示，於接合工具28之前端上下反轉吸著之電子零件31係於表面設有複數電極32，於該各電極32上形成有各金凸塊33。金凸塊33係具有電極32側之圓板型之基部34與圓錐形且從基部34突出之突部35。此外，吸著固定於接合載台41之基板42係於表面形成有銅電極43，於銅電極43之表面形成有銲料皮膜44。此銲料皮膜44之厚度非常薄，係10至30μm程度。電極32、金凸塊33基板之銅電極43係配置為分別對向。
如圖4所示，線性標度61係於線性標度本體61a上以非常細之節距L設有刻度61b者。線性標度頭62係於內部包含照射線性標度61之刻度61b之光源、使來自光源之光透過之光柵、檢出以線性標度61之刻度61b反射之光之受光組件、處理從受光組件輸入之信號之信號處理部。從光源射出之光係通過光柵後以線性標度61之刻度61b反射，在如光二極體之受光組件上生成干涉條紋。在線性標度61往刻度61b之長度方向與線性標度頭62相對移動後，該干涉條紋移動，從受光組件輸出刻度61b之節距L或節距L之1/2之週期之正弦波信號。正弦波信號係其相位偏移90度之二相正弦波。線性標度頭62係以信號處理部基於上述之二相正弦波之輸出差來輸出線性標度61與線性標度頭62之相對移動量。移動量之檢出精度在刻度61b之節距L為例如數μm之場合係1nm。
針對以如以上構成之電子零件構裝裝置100將於圖3顯示之電子零件31接合於基板42之接合動作參照圖5製圖7說明。在此，電子零件31係包含半導體晶片、電晶體、二極體者。控制部50係使電磁閥77開啟並通過第1真空配管75從設於陶瓷加熱器組件27之內部之於圖2顯示之第1空氣吸引路94將空氣吸出以使第1真空吸著槽95之內部為真空並將接合工具28於陶瓷加熱器組件27之下面真空吸著。此外，控制部50係使電磁閥76開啟並通過第2真空配管74從設於陶瓷加熱器組件27之內部之於圖2顯示之第2空氣吸引路93、真空槽96、第3空氣吸引路97將空氣吸出以使第2真空吸著槽98之內部為真空並將電子零件31於接合工具28之台座28c之下面28e真空吸著。控制部50係使接合載台41於XY方向移動並如圖3所示，所示，進行電子零件31之電極32與基板42之銅電極43之對位。在初期狀態下係於圖1顯示之電磁閥64、63為關閉狀態，故冷卻空氣不會流入陶瓷加熱器組件27。
在對位完成後，控制部50係如圖5之步驟S101、圖6之時間t1 至t2 所示，開始使接合工具28從初期高度降下之降下動作。此降下動作係藉由使於圖1顯示之馬達13旋轉而使進給螺桿18旋轉，使固定有螺入有進給螺桿18之螺帽17之升降塊15往下方向移動來進行。控制部50係以馬達13之旋轉角度檢出降下位置，判斷是否如圖5之步驟S102所示，降下至於圖6顯示之既定之高度H1 。在降下至於圖6顯示之既定之高度H1 後，金凸塊33與銲料皮膜44、銅電極43會如圖7(a)所示相當接近，但於金凸塊33之突部35與銲料皮膜44之間還有間隙。在降下動作係音圈馬達20、桿部26、接合工具28成為一體降下，故於安裝於桿部26之線性標度61與音圈馬達20之外箱21之間不會有高度之差產生，來自線性標度頭62之檢出信號不會從初期輸出變動。
之後，在控制部50判斷為已降下至於圖6顯示之既定之高度H1 後，使馬達13停止以使降下動作停止，如圖5之步驟S103所示，開始檢出於圖3顯示之金凸塊33之前端抵接於基板42之銅電極43之銲料皮膜44之位置之搜尋動作。如圖6之時間t1 至t2 所示，搜尋動作係將接合工具28之高度逐漸降低少許至金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44之表面之動作。此動作係例如後述以使音圈馬達20之往線圈23之通電電流變化來進行。
在控制部50輸出搜尋動作之降下位置之指令後，電源19基於該降下位置之指令值將電流對音圈馬達20之線圈23通電。之後，線圈23往下方向移動，其前端24接觸桿部26之上端。桿部26係以板彈簧25安裝於外箱21，故於線圈23流動之電流增加且線圈23之前端24將桿部26壓下，在板彈簧25對應於此壓下力而彎曲後，桿部26往下方向移動且接合工具28之前端逐漸降下。在桿部26往下方向移動後，於固定於桿部26之線性標度61與音圈馬達20之外箱21之間之相對高度產生差異，故線性標度頭62檢出線性標度61之移動量。控制部50係基於此線性標度頭62之檢出之信號之變化來取得接合工具28之降下位置，並對降下位置之指令值施加回饋以調整從電源19輸出之電流。之後，使於線圈23流動之電流逐漸增加而可進行使接合工具28之前端逐漸降下之搜尋動作。
於搜尋動作之期間，控制部50係如圖5之步驟S104所示，以抵接檢出手段監視金凸塊33之突部35之前端是否已抵接於銲料皮膜44之表面。在金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44後，線圈23之往下方向之移動停止，於以線性標度頭62檢出之降下位置與搜尋動作之際之降下位置之指令值之間有差異產生。控制部50係於此降下位置之指令值與以線性標度頭62檢出之降下位置之差超過既定之閾值之場合判斷為金凸塊33之突部35之前端已抵接於銲料皮膜44(抵接檢出步驟)。另外，線性標度61之上下方向之位置係調整為金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44之際刻度61b之長度方向之中央來到線性標度頭62之正面，故線性標度頭62可以金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44之位置為中心測定上下方向之移動量。
如圖5之步驟S105、圖6之時間t3 所示，控制部50係在判斷為金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44後，判斷接合工具28已到達基準高度H2 ，將此時之以線性標度頭62檢出之高度H2 設定為接合工具28之基準高度(基準位置)(基準位置設定)。此外，於圖7(b)顯示金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44之狀態。
控制部50係在設定基準刻度後，如圖5之步驟S106所示，進行接合工具28將基板42壓下之按壓荷重成為固定之荷重固定動作。此動作可係例如使於音圈馬達20之線圈23通電之電流之值成為大致固定，以使線圈23之前端24將桿部26壓下之力成為固定。此外，亦可如前述設檢出接合工具28將基板42壓下之按壓荷重之荷重感測器，控制為使線圈23之電流變化以使以此荷重感測器檢出之按壓荷重成為固定。如圖5之步驟S107所示，控制部50係擷取以線性標度頭62檢出之高度方向之移動量與基準高度H2 之差並將金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44時之從接合工具28之基準高度H2 往基板42接近之距離亦即從基準高度H2 之向下之移動距離做為沈入量D來計算。控制部50係如圖5之步驟S108所示開始沈入量D是否超過既定之閾值之監視。
圖6之從時間t1 至t3 之間係金凸塊33之突部35之前端不抵接於銲料皮膜44，故銲料皮膜44之溫度係因於圖1顯示之載台加熱器48而為與基板42之溫度相同之溫度。另外，電子零件31係藉由配置於接合工具28之上部之陶瓷加熱器27h而加熱至更高溫。因此，在於圖6之時間t3 金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44後，熱開始從金凸塊33之突部35之前端往銲料皮膜44傳遞。之後，在到達圖6之時間t4 後，銲料皮膜44之溫度開始上升。之後，在圖6之從時間t4 至t5 銲料皮膜44之溫度逐漸上升後，銅電極43之溫度亦跟隨上升，其結果，銅電極43與銲料皮膜44熱膨脹。在此期間，壓下荷重係固定，故接合工具28之位置從金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44時之基準高度H2 逐漸上升，於時間t5 係上升至高度H3 。此時，由於接合工具28之位置係比基準高度H2 高之高度H3 ，故如圖6所示，從基準高度H2 之向下之移動量D1 (=H2 -H3 )成為負值，故沈入量D沒有超過既定之閾值。
於於圖6顯示之時間t5 係銲料皮膜44之溫度上升至銲料之溶融溫度亦即溫度T1 後，銲料皮膜44之溶融開始。此時，由於接合工具28係控制為成為按壓荷重固定，故如圖7(c)所示，金凸塊33之突部35逐漸沈入溶融後之銲料皮膜44之中。亦即，接合工具28之高度在於圖6顯示之時間t5 、高度H3 從上升變化為下降。之後，降下後之突部35之周圍藉由溶融後之銲料45包圍。如上述，在金凸塊33之突部35之前端逐漸沈入溶融後之銲料皮膜44之中後，接合工具28之高度成為比基準位置亦即基準高度H2 低之位置，從基準高度H2 往下方之移動量亦即沈入量D逐漸成為正值。之後，如圖6之時間t6 所示，接合工具28之高度成為高度H4 且沈入量D(=H2 -H4 )成為既定之值後，如圖7(c)所示，於金凸塊33之突部35之前端與積極基板42之銅電極43之間係銲料皮膜44以數μm之厚度存在之狀態。之後，在沈入量D超過既定之閾值後，如圖5之步驟S109所示，控制部50判斷銲料皮膜44已熱溶融並停止荷重固定控制，將接合工具28之高度以時間t6 之高度H4 保持為固定且開始將陶瓷加熱器27h、接合工具28冷卻之接合工具位置保持冷卻動作。
此動作係例如可檢出接合工具28之高度為高度H4 之狀態之以線性標度頭62檢出之上下方向(Z方向)之移動量，使往音圈馬達20之線圈23之通電電流變化以使與基準高度H2 之差為既定之閾值以下。由於銲料皮膜44之厚度為10至30μm，故藉由將接合工具28之上下方向(Z方向)之位置以線性標度頭62以1nm程度量測、控制，可如圖7(c)所示，維持於金凸塊33之突部35之前端與基板42之銅電極43之間係由銲料皮膜44形成之厚度數μm之狀態。
控制部50係在接合工具位置保持冷卻動作開始後，使正在將接合工具28加熱之陶瓷加熱器27h停止並對陶瓷加熱器組件27、接合工具28供給冷卻空氣而冷卻，將吸著於接合工具28及其前端之電子零件31與陶瓷加熱器27h一起冷卻。控制部50係使於圖1顯示之電磁閥63、64成為開啟，從第1空氣管72、第2空氣管71使冷卻空氣從於圖2顯示之第1空氣入口82、第2空氣入口81流入第1空氣供給路84、第2空氣供給路83。流入第1空氣供給路84之冷卻空氣在設於陶瓷加熱器27h之下側之第1冷卻流路86之中於水平方向流動，將陶瓷加熱器27h與接合工具28之間之加熱器底座27a之部分冷卻。流過第1冷卻流路86並將加熱器底座27a冷卻後之空氣從第1空氣出口90往外部放出。此外，從第2空氣供給路83流入之冷卻空氣從第2空氣供給路83流向第3空氣供給路85後，從第3空氣供給路85進入第2冷卻流路87，於沿台座28c之下面28e之方向流動，從設於台座28c之側面28d之第2空氣出口89往外部放出。
如上述，從第1空氣入口82、第2空氣入口81流入之空氣係將陶瓷加熱器27h之下部之加熱器底座27a之部分與接合工具28冷卻，故可將吸著於接合工具28之前端之電子零件31更有效地冷卻。因此，伴隨電子零件31之冷卻而於圖7(c)顯示之金凸塊33亦急速冷卻，在維持金凸塊33之突部35之前端與基板42之銅電極43之間係銲料皮膜44之厚度為數μm之狀態之狀態下，金凸塊33之突部35之周圍之銲料45逐漸冷卻。之後，如圖6之時間t7 所示，在銲料皮膜44之溫度降低至銲料之凝固溫度T3 後，銲料凝固，如圖7(d)所示在金凸塊33之突部35之前端與基板42之銅電極43之間係銲料皮膜44之厚度為數μm之狀態下銲料45凝固而成為接合金屬46。
如圖5之步驟S110所示，控制部50係在既定之時間經過後，判斷為冷卻已完成，於圖6之時間t7 使於圖1顯示之電磁閥63、64成為關閉而停止冷卻空氣之流入。之後，使電磁閥76成為關閉而停止來自第2空氣吸引路93之空氣之吸引以解除第2真空吸著槽98之真空，解除吸著固定於接合工具28之台座28c之下面28e之電子零件31之吸著。之後，控制部50係如圖5之步驟S111所示以馬達13使進給螺桿18旋轉以使接合工具28上升至初期高度HO 而結束電子零件31之接合。
如上述，本實施形態之電子零件構裝裝置100係將陶瓷加熱器27h之下部之加熱器底座27a之部分與接合工具28，故可將吸著於接合工具28之前端之電子零件31更有效地冷卻，可於短時間使銲料45凝固，故可縮短接合時間。此外，本實施形態之電子零件構裝裝置100係以接合工具28之沈入量D判斷銲料皮膜44之溶融，從荷重固定控制轉換為接合工具位置保持冷卻控制，故將接合工具28之高度維持於因銲料溶融而形成之微小之沈入量D之位置，故金凸塊33之突部35之前端位於薄銲料皮膜44之厚度之中，可在金凸塊33之突部35之前端不接觸基板42之銅電極43之狀態下使銲料45凝固而進行電子零件31之構裝。此外，可抑制金凸塊33之突部35與銅電極43接觸，可抑制金凸塊33變形而與鄰接之金凸塊33接觸而成為不良品或因由接觸所產生之荷重而電子零件31損傷，可使接合之品質提升。
在以上敘述之實施形態雖係說明在金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44之狀態下，將接合工具28位於基準高度H2 之場合之線性標度61之刻度61b設定為基準刻度，但如於圖6顯示之時間t5 所示，在金凸塊33之突部35之前端抵接於銲料皮膜44後，將位於接合工具28之高度從上升變化為下降時之高度H3 之狀態之線性標度61之刻度61b以線性標度頭62讀取並做為第2基準刻度(第2基準位置設定)亦可。在此場合，與先前說明之實施形態同樣地，於沈入量為於圖6顯示之D2 =H3 -H4 時從荷重固定控制切換為接合工具位置保持冷卻控制(第2接合工具位置保持冷卻動作)。在此場合亦發揮與先前敘述之實施形態同樣之效果。
參照圖8針對本發明之其他實施形態說明。對與已參照圖1至圖7說明之部分相同之部分係給予相同之符號且說明係省略。
本實施形態係如圖8所示，設於陶瓷加熱器組件27、接合工具28之第2空氣吸引路93、真空槽96、第3空氣吸引路97之位置及設於接合工具28之冷卻空氣流路之形狀不同，其餘之構成係與已參照圖1至圖7說明之實施形態相同。
如圖8(b)所示，從圖8(a)之B之箭頭之方向觀察，於接合工具28之上面28a形成有十字型之四角剖面之槽部101。在接合工具28因第1真空吸著槽95之真空而吸著於陶瓷加熱器組件27之加熱器底座27a之下面後，槽部101之上面係藉由加熱器底座27a之下面覆蓋，槽部101成為從接合工具28之中心朝向四方之四角剖面之冷卻流路。第2空氣供給路83係構成為連通於上述之槽部101之中央部。第2空氣供給路83之加熱器底座27a之下面端係成為對以槽部101與加熱器底座27a構成之角型之冷卻流路供給冷卻空氣之冷媒供給口。此外，圖8(c)係顯示從圖8(a)之A之箭頭之方向觀察之台座28c之下面28e之圖。如圖8(c)所示，於台座28c係設有於沿台座28c之下面28e之方向延伸且連通於設於各側面28d之各第3空氣出口104之第3冷卻流路103。且於槽部101之台座28c之各側面28d側之端部係設有從槽部101往接合工具28之厚度方向延伸且連通於第3冷卻流路103之第4空氣供給路102。第3空氣吸引路97係配置於不與先前已說明之槽部101接觸之位置，配合該位置配置有真空槽96、第2空氣吸引路93。
在空氣從第2空氣入口81流入後，流入之冷卻空氣從第2空氣供給路83流入槽部101，在槽部101之中往接合工具28之四方流動並將接合工具28冷卻後，從第4空氣供給路102往第3冷卻流路103流動並將接合工具28之台座28c冷卻，從設於台座28c之各側面28d之第3空氣出口104往外部放出。
本實施形態係與先前已說明之實施形態發揮相同之效果。此外，本實施形態係藉由將接合工具28之冷卻流路之一部分以將設於接合工具28之上面28a之槽部101以陶瓷加熱器組件27之加熱器底座27a之下面覆蓋來構成，故冷卻流路之加工變容易。
在本實施形態槽部101之形狀雖係十字形，但只要能以槽部與加熱器底座27a之下面構成將接合工具28冷卻之冷卻流路，槽部之形狀為任何形狀皆可。此外，第3空氣出口104不設於台座28c之各側面28d亦可，只要至少於其中之一之側面28d設有1個即可。
以上已說明之各實施形態雖已說明將陶瓷加熱器組件27、接合工具28冷卻之第1冷卻流路86、第2冷卻流路87、第3冷卻流路103係藉由將電磁閥64、63開閉而開閉，但使各電磁閥64、63為可流量調節之流量調節閥，基於冷卻時間調整其開度，對應於冷卻時間使空氣流量變化亦可。此外，基於電子零件31之溫度等使其空氣流量變化亦可。
10．．．基座
11．．．機架
12．．．上部凸緣
14．．．導引部
15．．．升降塊
16．．．滑動部
17．．．螺帽
18．．．進給螺桿
19．．．電源
20．．．音圈馬達
21．．．外箱
22．．．固定子
23．．．線圈
24．．．前端
25．．．板彈簧
26．．．桿
27．．．陶瓷加熱器組件
27a．．．加熱器基座
27b．．．側面
27h．．．陶瓷加熱器
28．．．接合工具
28a．．．上面
28b、28e．．．下面
28c．．．台座
28d．．．側面
31．．．電子零件
32．．．電極
33．．．金凸塊
34．．．基部
35．．．凸部
41．．．接合載台
42．．．基板
43．．．銅電極
44．．．銲料皮膜
46．．．接合金屬
48．．．載台加熱器
50．．．控制部
51．．．CPU
52．．．記憶體
53．．．接合程式
54．．．基準位置設定程式
55．．．接合工具位置保持冷卻程式
56．．．第2基準位置設定程式
57．．．第2接合工具位置保持冷卻程式
58．．．控制用資料
59．．．抵接檢出程式
61．．．線性標度
61a．．．線性標度本體
61b．．．刻度
62．．．線性標度頭
63、64、76、77．．．電磁閥
65、66．．．流量計
67、68．．．節流閥
69．．．空氣供給管
69a．．．減壓閥
70．．．壓縮空氣源
71．．．第1空氣管
72．．．第2空氣管
73．．．真空裝置
74．．．第2真空配管
75．．．第1真空配管
81．．．第2空氣入口
82．．．第1空氣入口
83．．．第2空氣供給路
84．．．第1空氣供給路
85．．．第3空氣供給路
86‧‧‧第1冷卻流路
87‧‧‧第2冷卻流路
89‧‧‧第2空氣出口
90‧‧‧第1空氣出口
91‧‧‧第2空氣吸引口
92‧‧‧第1空氣吸引口
93‧‧‧第2空氣吸引路
94‧‧‧第1空氣吸引路
95‧‧‧第1真空吸著槽
96‧‧‧真空槽
97‧‧‧第3空氣吸引路
98‧‧‧第2真空吸著槽
100‧‧‧電子零件構裝裝置
101‧‧‧槽
102‧‧‧第4空氣供給路
103‧‧‧第3冷卻流路
104‧‧‧第3空氣出口
圖1係顯示本發明之實施形態之電子零件構裝裝置之構成之系統圖。
圖2係顯示本發明之實施形態之電子零件構裝裝置之加熱器組件與接合工具之空氣流路之說明圖。
圖3係顯示設定於本發明之實施形態之電子零件構裝裝置之電子零件與基板之說明圖。
圖4係顯示用於本發明之實施形態之電子零件構裝裝置之線性標度之示意圖。
圖5係顯示本發明之實施形態之電子零件構裝裝置之動作之流程圖。
圖6係顯示本發明之實施形態之電子零件構裝裝置之動作中之接合工具之位置、冷卻空氣流量、按壓荷重、銲料皮膜之溫度變化之說明圖。
圖7係顯示藉由本發明之實施形態之電子零件構裝裝置而凸塊與銲料層金銲料溶接接合之步驟之說明圖。
圖8係顯示本發明之其他實施形態之電子零件構裝裝置之加熱器組件與接合工具之空氣流路之說明圖。
27．．．陶瓷加熱器組件
27a．．．加熱器基座
27b．．．側面
27h．．．陶瓷加熱器
28．．．接合工具
28a．．．上面
28b、28e．．．下面
28c．．．台座
28d．．．側面
31．．．電子零件
81．．．第2空氣入口
82．．．第1空氣入口
83．．．第2空氣供給路
84．．．第1空氣供給路
85．．．第3空氣供給路
86．．．第1冷卻流路
87．．．第2冷卻流路
89．．．第2空氣出口
90．．．第1空氣出口
91．．．第2空氣吸引口
92．．．第1空氣吸引口
93．．．第2空氣吸引路
94．．．第1空氣吸引路
95．．．第1真空吸著槽
96．．．真空槽
97．．．第3空氣吸引路
98．．．第2真空吸著槽

Claims (7)

  1. 一種電子零件構裝裝置，透過熱溶融之接合金屬將電子零件之電極與基板之電極接合，將前述電子零件構裝於前述基板上，其特徵在於：具備：被驅動於與前述基板接離方向且內藏加熱器之基體部；具有密著固定於前述基體部之表面之第1面與形成於與前述第1面相反側之第2面且於其表面吸著保持前述電子零件之台座，並以前述基體部之前述加熱器加熱而將吸著於前述台座之表面之電子零件熱壓接於基板之接合工具；前述基體部包含設於側面且冷媒流入之冷媒入口、使冷卻前述基體部之冷媒流動之第1冷卻流路、將前述冷媒入口與前述第1冷卻流路連通之第1空氣供給路，前述接合工具具有連通前述第1面與前述台座之側面之第2冷卻流路。
  2. 如申請專利範圍第1項之電子零件構裝裝置，其中，前述接合工具之前述第2冷卻流路係至少其一部分於沿前述台座之表面之方向使冷媒流動之流路。
  3. 如申請專利範圍第2項之電子零件構裝裝置，其中，前述基體部具有第2空氣供給路，該第2空氣供給路包含設於側面且冷媒流入之冷媒入口、設於將接合工具密著固定之表面且將從前述冷媒入口流入之冷媒往接合工具 著固定之表面且將從前述冷媒入口流入之冷媒往接合工具之前述第2冷卻流路供給之冷媒供給口；前述接合工具之前述第2冷卻流路係以其一端與前述冷媒供給口連通而另一端與設於前述台座側面之冷媒出口連通之設於前述第1面之延伸於沿前述台座表面之方向之槽、覆蓋前述槽之前述基體部之表面構成。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之電子零件構裝裝置，其中，前述電子零件構裝裝置具備：將前述基體部於與前述基板之接離方向驅動之驅動部；檢出前述接合工具之與前述基板之接離方向之位置之位置檢出部；將前述接合工具之前述第2冷卻流路開閉之遮斷閥；以前述驅動部使前述接合工具之與前述基板之接離方向之位置變化並使前述遮斷閥開閉之控制部；前述控制部具有接合工具位置保持冷卻手段，該接合工具位置保持冷卻手段係在以前述加熱器加熱前述電子零件且前述接合工具從基準位置往前述基板接近既定距離之場合判斷為前述電子零件之電極與前述基板之電極之間之前述接合金屬已熱溶融而保持此時之前述接合工具之相對前述基板之接離方向之位置，並開啟前述遮斷閥而對前述接合工具之前述第2冷卻流路供給冷媒以進行前述接合工具之冷卻。
  5. 如申請專利範圍第4項之電子零件構裝裝置，其中，前述電子零件係於電極上形成凸塊；前述基板係於電極形成接合金屬之皮膜；前述控制部進一步具有：基於來自前述位置檢出部之信號判斷前述凸塊與前述皮膜之抵接之抵接檢出手段；於以該抵接檢出手段判斷為前述凸塊與前述皮膜已抵接之場合將前述接合工具之相對前述基板之位置設定為前述基準位置之基準位置設定手段。
  6. 如申請專利範圍第5項之電子零件構裝裝置，其中，前述控制部進一步具有：第2基準位置設定手段，在以前述基準位置設定手段設定前述基準位置後前述接合工具之與前述基板之接離方向之距離從增加變化為減少之場合將前述接合工具之相對前述基板之位置設定為第2基準位置；第2接合工具位置保持冷卻手段，在加熱前述電子零件且前述接合工具從前述第2基準位置往前述基板接近第2既定距離之場合判斷為前述電子零件之電極與前述基板之電極之間之前述接合金屬已熱溶融而保持此時之前述接合工具之相對前述基板之接離方向之位置，並開啟前述遮斷閥而對前述接合工具之前述第2冷卻流路供給冷媒以進行前述接合工具之冷卻。
  7. 一種電子零件構裝方法，透過熱溶融之接合金屬將電子零件之電極與基板之電極接合，將前述電子零件構裝 於前述基板上，其特徵在於具有：準備具有：被驅動於與前述基板接離方向且內藏加熱器之基體部；具有密著固定於前述基體部之表面之第1面與形成於與前述第1面相反側之第2面且於其表面吸著保持前述電子零件之台座與連通前述第1面與前述台座之側面之冷卻流路，並以前述基體部之前述加熱器加熱而將吸著於前述台座之表面之電子零件熱壓接於基板之接合工具；將前述基體部於與前述基板之接離方向驅動之驅動部；檢出前述接合工具之與前述基板之接離方向之位置之位置檢出部；將前述接合工具之冷卻流路開閉之遮斷閥；之電子零件構裝裝置之步驟；接合工具位置保持冷卻步驟，在以前述加熱器加熱前述電子零件且前述接合工具從基準位置往前述基板接近既定距離之場合判斷為前述電子零件之電極與前述基板之電極之間之前述接合金屬已熱溶融而保持此時之前述接合工具之相對前述基板之接離方向之位置，並開啟前述遮斷閥而對前述接合工具之冷卻流路供給冷媒以進行前述接合工具之冷卻。
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