专利名称：芯片焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种比如将半导体芯片焊接于基板上的芯片焊接装置。
图11为简单地表示芯片1被基板2焊接的状态的剖视图。芯片1和基板2之间的芯片焊接是，通常按照以下方式进行。在基板2的应该进行芯片焊接的表面上供给箔状的焊锡3，并把应芯片焊接的表面粘接到焊锡3，在与基板2对面相对焊锡3，设置芯片1。即，按上述顺序设置芯片1、焊锡3及基板2，使焊锡3介于芯片1和基板2之间。将夹住焊锡3的芯片1和基板2装入如热处理炉内，加热到焊锡3的熔点以上温度。这时，焊锡3熔融，并且芯片1和基板2之间的空间被焊锡3填充，之后冷却芯片1、基板2及焊锡3至常温，从而完成芯片焊接。
在接合芯片1和基板2的焊锡3中，通过存在于热处理炉内的空气或通过卷入的气体介质以及从被芯片焊接的芯片及基板而挥发的有机气体等有可能产生气泡4。由于在焊锡3中形成的气泡部分4是空的，所以与焊锡4相比热传导率显著降低。图11中的多个锯齿状线5是表示，在芯片1工作时产生的热通过焊锡3及基板2而放出的状态的模型。如在锯齿状线5中所示，将在芯片1中产生的热向基板2传导，但在热传导率低的气泡部分4中几乎不进行热传导。因此，如果在焊锡3中存在气泡4，则对于在芯片1中产生的热，其在气泡4部分中的热传导率显著降低，所以，防碍了顺利向基板2进行热传导，从而违背人们意愿，芯片1升温。
另外，如在焊锡3中存在气泡4，则减少芯片1和基板2的结合面积，所以，受到通过反复进行芯片1工作状态时的升温及非工作状态时的冷却而产生的热应力，促进接合面的恶化。由此，必须抑制在焊接芯片1和基板2时所产生的焊锡3中的气泡4。
作为抑制在芯片焊接时所产生的焊锡内气泡的先行技术，例如有对用于熔融及凝固焊锡的热处理炉的温度分布图进行控制的方法。通过控制热处理炉的温度分布图，在焊锡熔融及凝固时，从焊锡中完全去除作为焊锡内气泡生成根源的气体，进而抑制气泡生成。但是，用控制温度分布图的方法是，不能得到显著的抑制气泡产生的效果，而温度分布图是随芯片及基板的种类而变化，另外，在完成芯片焊锡为止，经过长时间效率降低的问题。
另外，作为其它的抑制气泡生成的先行技术，例如特开平5-283449公报中提出，再熔解焊锡，而再熔解时，施加超声波振动，去除焊锡中的气泡。但是，在该先行技术中，再熔解进行了一次芯片焊锡的物质，所以增加了工序，且降低了生产效率。另外，因为另需要施加超声振动的装置，所以存在装置大型化、且变复杂的问题。
作为另一个抑制气泡生成的先行技术，例如在特开昭63-76461公报及特开平2-161736公报中，提出在基板形成槽或孔，然后通过在基板上形成的槽或孔，放出作为气泡生成根源的气体，从而抑制气泡的生成。但是，在这些先行技术中，由于在基板上形成槽和孔，所以存在降低基板强度的问题。而且，因为必须预先将基板加工好，所以增加了操作工序，并降低了生产效率。
本发明是，将在热处理炉中加热的至少2个构件进行芯片焊锡的芯片焊锡装置，它是含有以下几个机构，即，在应进行芯片焊锡的表面上设置焊锡的第1构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部；面对设置于第1构件的应进行焊锡表面上的焊锡，并对应第1构件倾斜设置的第2构件和对应于第1构件，倾斜地保持第2构件，且在焊锡熔融的状态下衰减对应第1构件的第2构件倾斜角度的倾斜衰减机构。
根据本发明，将第1构件和第2构件进行芯片焊接的芯片焊接装置中含有，在焊锡未熔融的状态下，对应第1构件，倾斜地保持第2构件，而在焊锡熔融的状态下，衰减对应第1构件的第2构件倾斜角度，从而芯片焊接第1构件和第2构件的倾斜衰减机构。由此，熔融的焊锡从一端部向着另一端部，通过第2构件，边逐渐被压，边填充于第1构件和第2构件之间。因此，能够从熔融的焊锡中去除作为气泡产生原因的气体，从而能够形成气泡少、且健全的锡焊部。
另外，本发明的特点在于，上述倾斜衰减机构是通过熔点超过焊锡熔点的热熔融构件而构成。
另外，本发明的特点在于，上述热熔融构件为另一个焊锡。
根据本发明，倾斜衰减机构是由加热到焊锡熔点温度时熔融的热熔融构件，例如由另一个焊锡而构成。热熔融构件是，在低于焊锡熔点的温度下为固体，所以能够对应第1构件倾斜地保持第2构件。通过加热到超过焊锡熔点的温度，热熔融构件逐渐熔融，改变其形状，所以，能够衰减相对第1构件的第2构件的倾斜角度。由此，通过设置热熔融构件这一简单的结构，能够实现倾斜衰减机构，从而能够形成气泡少、且健全的锡焊部。
另外，通过调整焊锡的化学组成，可容易地得到所希望的熔点，所以，能够分别将焊锡和作为倾斜衰减机构的另一焊锡的熔点设定在所希望的温度上。由此，在加热到超过焊锡熔点温度时，熔融另一焊锡，能够可靠地发挥衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度的功能。
另外，本发明的特点在于，上述倾斜衰减机构是通过加热到超过焊锡熔点温度的状态下，具有收缩特性的热收缩性构件而构成。
另外，本发明的特点在于，上述倾斜衰减机构是通过，在加热到超过焊锡熔点温度的状态下，具有升华特性的热升华性构件而构成。
根据本发明，倾斜衰减机构是通过热收缩性构件或热升华性构件而构成。热收缩性构件或热升华性构件是，在低于焊锡熔点温度呈固体状、且能够维持初期形状，所以，对应第1构件能够倾斜地保持第2构件。而通过加热到超过焊锡熔点的温度，热收缩性构件收缩，减少其体积，而热升华性构件气化，减少其体积，所以，能够衰减对应第1构件的第2构件倾斜角度。由此，通过设置热收缩性构件或热升华性构件这一简单的结构，可实现对应第1构件的第2构件倾斜角度的衰减，从而能够形成气泡少、且健全的锡焊部。
另外，本发明的特征在于，在上述倾斜衰减机构中含有，一端部当接于上述第2构件而支撑第2构件的支撑构件和在焊锡熔融的状态下当接于第2构件的支撑构件的一端部，向接近基台部方向驱动支撑构件的驱动构件。
根据本发明，在倾斜衰减机构中含有，支撑第2构件的支撑构件和将支撑构件向接近基台部的方向驱动的驱动构件。由此，因为通过机械组成衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度，所以能够重复使用相同的倾斜衰减机构，且能够可靠地重复操作。
另外，本发明的特征在于，上述倾斜衰减机构中含有，设置于上述基台部、并支撑上述第2构件的弹簧构件和在焊锡熔融的状态下支撑第2构件的弹簧构件的一端部向接近基台部的方向压缩弹簧构件的压缩机构。
根据本发明，倾斜衰减机构含有，支撑第2构件的支撑构件和压缩弹簧构件的压缩机构。由此，因为通过弹簧构件和压缩机构衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度，所以能够重复使用相同的倾斜衰减机构，且能够可靠地重复操作。
另外，本发明是，将在热处理炉中加热的至少2个构件进行芯片焊接的芯片焊接装置，其特征在于，含有在应该进行芯片焊接的表面上设置焊锡的第1构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部；面对设置于应该进行芯片焊接表面上的焊锡、且对应于第1构件倾斜设置的第2构件和通过磁力，吸引第2构件的磁力吸引机构。
根据本发明，能够设置通过磁力吸引第2构件的磁力吸引机构。在焊锡熔融的状态下，通过磁力吸引机构的磁力，能够衰减相对第1构件的第2构件的倾斜角度。由此，能够重复使用磁力吸引机构，用于衰减第2构件的倾斜角度，且能够可靠地重复操作。
另外，本发明是一种芯片焊接装置，对在热处理炉被加热的至少2个构件进行芯片焊接，其特征在于，含有在应该进行芯片焊接的表面上设置焊锡的第1构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部；面对在应该进行芯片焊接表面上设置的焊锡、且对应于第1构件倾斜设置的第2构件；一端部当接于第1构件中的与设置焊锡侧相反的那一侧的上推构件和在焊锡熔融的状态下，当接于第1构件的一端部向背离基台部的方向驱动上推构件的上推驱动机构。
根据本发明，芯片焊接装置含有一端部当接于第1构件的上推构件和向背离基台部的方向驱动上推构件的上推驱动构件，并且，通过上推驱动机构而驱动的上推机构是，使第1构件向第2构件移动，从而芯片焊接第1构件和第2构件。由此，通过机械组成，使第1构件向第2构件移动，所以，能够重复使用上推构件和上推驱动构件，并可靠地重复操作。
另外，本发明是一种芯片焊接装置，对在热处理炉加热的至少2个构件进行芯片焊接，其特征在于，具有应该进行芯片焊接表面的第1构件；面对第1构件应该进行芯片焊接的表面设置焊锡，且对应于第1构件倾斜设置的第2构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部，它当接于第2构件，并为了保持对应第1构件的第2构件的倾斜状态而形成倾斜保持部。
根据本发明，将第1构件放置于预定位置上的基台部中形成倾斜保持部，它当接于第2构件，并保持相对第1构件的第2构件的倾斜状态。由此，通过在基台部形成倾斜保持部这一简单的结构，能够实现相对第1构件的第2构件的倾斜状态。利用位于第2构件中的应进行芯片焊接的表面上、且加热成为熔融状态的焊锡的湿润性和表面张力，并通过将第1构件逐渐向第2构件的一侧吸引，能够从焊锡中去除引发产生气泡的气体，从而能够形成气泡少、且健全的锡焊部。
另外，本发明是一种芯片焊接装置，对在热处理炉加热的至少2个构件进行芯片焊接，其特征在于，含有在应该进行芯片焊接的表面上设置焊锡的第1构件；通过设置于第1构件的应该进行芯片焊接表面的焊锡，面对第1构件设置的第2构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部，它使在热处理炉内加热的状态下，在预定单方向的中央部附近的温度高于端附近温度，从而形成温度分布。
根据本发明，在把第1构件放置于预定位置上的基台部中，在热处理炉内加热的状态下形成温度分布，使在预定单方向上的中央部附近的温度高于端附近温度。由此，设置于第1构件中应该进行芯片焊接表面上的焊锡，从与高温的基台部中央部相当的部位向低温的基台部前端依次熔融，所以，在熔融过程中依次去除作为气泡产生根源的气体，形成气泡少、且健全的锡焊部。
另外，本发明的特征在于，上述基台部是，在上述预定的单方向的中央部附近的厚度小于端部附近的厚度。
根据本发明，在上述预定的单方向的中央部附近的厚度小于端部附近的厚度。因此，基台部中央的热容量小于端部的热容量，从而中央部比端部升温快。由此，通过使中央部附近的厚度小于端部附近的厚度，这一简单的结构，能够实现使中央部温度高于端部温度的温度分布。
另外，本发明的特征在于，在上述基台部的外侧，连接于基台部设置热传导率超过基台部热传导率的热传导构件。
根据本发明，连接于基台部，设置热传导率超过基台部热传导率的热传导构件，因为，通过热传导构件传递到基台部的热量的扩散是，在基台部的中央部少而在端部大，所以，根据热平衡，中央部侧比端部升温快。由此，通过连接于基台部，设置热传导率超过基台部热传导率的热传导构件这一简单的结构，能够实现使基台部的中央部温度高于端部温度的温度分布。
图2为装入图1所示的芯片焊接装置10后进行加热的热处理炉11的外观图。
图3为简单地表示作为本发明的实施例2的芯片焊接装置40结构的示意剖视图。
图4为简单地表示作为本发明的实施例3的芯片焊接装置50结构的示意剖视图。
图5为简单地表示作为本发明的实施例4的芯片焊接装置65结构的示意剖视图。
图6为简单地表示作为本发明的实施例5的芯片焊接装置70结构的示意剖视图。
图7为简单地表示作为本发明的实施例6的芯片焊接装置80结构的示意剖视图。
图8为于简单地表示作为本发明的实施例7的芯片焊接装置90结构的示意剖视图。
图9为简单地表示作为本发明的实施例8的芯片焊接装置95结构的示意剖视图。
图10为简单地表示作为本发明的实施例9的芯片焊接装置100结构的示意剖视图。
图11为简单地表示芯片1被基板2焊接的状态的剖视图。其中，10-芯片焊接装置，11-热处理炉，12-焊锡，13-第1构件，14-基台部，15-第2构件，16-倾斜衰减机构。
芯片焊接装置10具有，在应被芯片焊接的表面上设置有焊锡12的第1构件13；将第1构件13载置于预定位置上的基台部14；面对设置于第1构件13的应被芯片焊接的表面上的焊锡12，且相对于第1构件13倾斜设置的第2构件15和相对于第1构件13，倾斜地保持第2构件15的倾斜衰减机构16，在焊锡12为熔融的状态下，它将衰减相对第1构件13的第2构件15的倾斜角度θ1。
第1构件13是，由半导体元件组成的芯片，(以下，称第1构件13为芯片)，具有近似立方体的形状。第2构件15是基板(以下，称第2构件15为基板)，并在铁合金材料平板的一部分上镀有铜。并且，基板15的坯料是，并不限于铁合金材料，也可使用铜或钼等。焊锡12是，由50％的锡和其余为铅，即由50％的铅和50％的锡所组成，并且使用熔点为215℃，且厚度为100μm的箔状的焊锡。
基台部14是，所谓的支架，是以碳为原料而形成，并且是由具有近似立方体形状的支架主体17和在支架主体17的周边部，从支架主体17垂直向上的侧面板18而组成。在支架主体17的侧面板18前沿侧的表面19(以下，称基台主体上面19)上，在被芯片焊接的芯片13和基板15的相对关系的预定位置，形成能够收纳芯片13的第1凹处20。
芯片13载置于基台部14的第1凹处20，而在芯片13的应被焊接的表面上设置箔状的上述焊锡12。在焊锡12的与芯片13相反的一侧上设置基板15。基板15是，通过设置于芯片13之上的焊锡12和设置于基台主体上面的倾斜衰减机构16而被支撑。这时，基板15是以倾斜状态设置，使其对应于芯片13和设置于13之上的焊锡12具有角度θ1。
在本实施例中，倾斜衰减机构16是另一个焊锡。另一焊锡16是，由10％的锡和其余为铅，即由90％的铅和10％的锡而组成，且其熔点是299℃，具有比上述焊锡12的熔点高出84℃的特点。而另一个焊锡16是，在尺寸特别是高度h1上具有特点。选择另一个焊锡16的高度h1，使对应面对设置于芯片13之上的焊锡12而设置的基板15的焊锡12进而对应芯片13的倾斜角成为θ1，并通过上述方法，能够实现对应于焊锡12，倾斜保持基板15的状态。
将如上所述，将设置于基台部14之上的芯体13、焊锡12、基板15及另一焊锡16，装入热处理炉11，并通过热处理炉11，加热熔融焊锡12，从而芯体13和基板15被芯片焊接。
回到图2，说明热处理炉11的概要。图2(a)为热处理炉11的俯视图，而图2(b)为热处理炉11的主视图。热处理炉11是回流炉，具有炉体21、传送机构22和控制部23。而炉体21是，近似立方体的中空容器，并在其内部设有通过碳硅棒等发热体而组成的加热带。在炉体21的一端部24上形成将设置上述芯片13及基板15等的基台部14，装入炉体21内的装入口25，而在炉体21的另一端部26，形成排出上述基台部14的排出口27。上述加热带大约区分为第1～第3区域32，33，34，并按上述顺序从装入口25向排出口27，设置在炉体21内。
炉体21内是，被氮和氢的混合气体所包围，从而防止被芯片焊接的芯片13、基板15及焊锡12发生氧化。在装入口25及排出口27的炉体21内侧，设置氮气帘，用于装入、排出上述基台部14时，防止大气进到炉体21内。因为用氢气做为炉体21内的气体环境，所以在炉体21上设置作为安全阀的第1及第2安全塞28、29。另外，在炉体21，形成第1及第2排气孔30、31，并通过风扇对炉体21内的气氛气能够强制排气。
传送机构22是由传送带所组成，并设置成将炉体21插通到长方向。传送机构22装载基台部14，而在基台部14设置从装入口25装入的芯片13及基板15等，且传送机构22通过备于炉体21的加热带传送到排出口27。
控制部23是，在炉体21的另一端部26附近，与炉体21并设。在控制部23设有控制炉温、加热带的升温及降温曲线以及输送机构22的输送速度的电路和控制板，便于操作者通过控制板，控制芯片焊接条件。
下面就通过加热炉11加热如上述设置有芯片13、基板15、焊锡12及另一个焊锡16的基台部14，并芯片焊接芯片13和基板15的操作进行说明。
炉体21所具备的加热带的温度是通过下述方法而设定。离装入口25近的第1区域32中设定正对焊锡12的熔点的温度如，235℃，而离排出口27近的第3区域34中设定小于焊锡12的熔点的温度如，25℃，而中央部的第2区域33中设定高于另一个焊锡16的熔点的温度，如320℃。
将设置有芯片13、焊锡12、基板15及另一个焊锡16的基台部14，从装入口装入炉体21内，并通过输送机构22，输送到炉体21具有的加热带中。首先，在第1区域32中加热到焊锡12的熔点以上，这时，设置于芯片13之上的焊锡12被熔融。然后，输送到设定温度高的第2区域33中，这时，由于被加热到高于另一个焊锡16的熔点温度，所以，另一个焊锡16开始溶解。
另一个焊锡16是以固体状态，使其对应芯片13倾斜保持基板15，但是，随着熔融的进行，由于逐渐降低其高度h1，所以相对于芯片13的基板15的倾斜角度也逐渐变小。这时，熔融的焊锡12，从一端部35向另一端部36，通过基板15，依次边被压缩边填充到芯片13和基板15之间，所以，能够从正熔融的焊锡12中去除作为生成气泡根源的气体，可形成气泡少、完善的锡焊部。另外，相对于芯片13，基板15倾斜角度θ1的衰减是在另一焊锡16结束熔融，从而基板15与芯片13平行，即在倾斜角度θ1成为0度的状态下停止。
将设置有芯片13、焊锡12及基板15等的基台部14输送到第3区域34，则因为第3区域34的设定温度小于焊锡12的熔点，所以，熔融于芯片13和基板15之间的焊锡12凝固。然后将其从排出口27输送到炉体21的外部，从而完成芯片13和基板15之间的芯片焊接。
在本实施例中，倾斜衰减机构16是另一个焊锡，但是，替代另一个焊锡16，也可以是热收缩性构件或热升华性构件。热收缩性构件是，例如是通过氟树脂即四氟乙烯和全氟烷基乙烯醚的共聚物(PFA)或聚四氟合乙烯(PTFE)而实现。通过将焊锡12加热到其熔融温度以上的温度，热收缩性构件通过热收缩，减少其体积，而热升华性构件是通过热汽化，减少体积，所以，能够逐渐地衰减基板15相对于芯片13的倾斜角度θ1。
图3为，简单地表示本发明实施例2的芯片焊接装置40结构的示意剖视图。本实施例的芯片焊接装置40，与实施例1的芯片焊接装置10类似，在对应部分上使用同一参考符号，从而省略说明。本实施例的倾斜衰减机构41具有，一端部42当接于基板15而支撑基板的支撑构件43和在焊锡12为熔融的状态下，当接于基板15的支撑构件43的一端部42向基台部14接近的方向驱动支撑构件43的驱动构件44。
支撑构件43是，一端部42形成半球状的金属材料的棒状构件，而上述一端部42相对侧的另一端部固定于驱动构件44上。驱动构件44是，将热膨胀率大的高膨胀合金45和比高膨胀合金45热膨胀率小的低膨胀合金46贴在一起的双金属。双金属44是弯曲形成，使在低膨胀合金46侧具有曲率。在双金属44的一端部47附近的高膨胀合金45侧，固定上述支撑构件43。双金属44，设置成，使在基台主体17形成的第2凹处39内，具有曲率的侧面对基台主体17，而另一端部48是，通过螺钉构件49，安装于基台主体17上。
通过热加热炉11加热时，因为高膨胀合金45的热膨胀率大于低膨胀合金46的热膨胀率，所以，双金属44变形使曲率变小，而支撑构件43是，被向接近基台主体17的方向驱动。用超过焊锡12熔点的温度加热，使焊锡12熔融的状态下，通过分别设定高膨胀合金45和低膨胀合金46的热膨胀率，使支撑部43的一端部42能够移动至比焊锡12的临接于基板15的表面靠下方的位置，并由此，能够在焊锡12熔融的状态下，衰减相对于芯片13的基板15的倾斜角θ1。如上述，因为通过机械的结构衰减相对于芯片13的基板15的倾斜角度，所以能够重复使用相同的倾斜衰减机构41，并能够可靠地重复操作。
图4是，简单地表示本发明实施例3的芯片焊接装置50结构的示意剖视图。作为本实施例的芯片焊接装置50，类似于实施例1的芯片焊接装置10，在对应的部分使用同样的参考符号，所以省略说明。本实施例的倾斜衰减机构51是，具有设置于基台部14并用于支撑基板15的弹簧构件52和在焊锡12熔融的状态下支撑基板15的弹簧构件52的一端部63，向接近于基台部14的方向，压缩弹簧构件52的压缩机构53。
弹簧构件52是，金属材料的螺旋弹簧，设置于在基台主体表面19设置的支撑板55之上，使在垂直于基台主体19方向上具有轴线，且支撑基板15。压缩机构53由齿条构件56、微型电动机57、安装于微型电动机输出轴的正齿轮58、供给微型电动机57的电源59、温度传感器60及控制电路61组成。
齿条构件56为金属材料，是在一端部形成半球状的支承片62，而在另一端部形成齿条的近似棒状的构件。齿条构件56是，插通到旋管状的弹簧构件52的内侧，其中，一端部是用支撑片62支撑在弹簧构件52上，而形成齿条的另一端部是，位于在基台主体17形成的第3凹处54内。另外，支撑片62是当接于基板15，并与弹簧构件52一同支撑基板15，使其相对芯片13倾斜。
在位有齿条构件56另一端部的第3凹处54内，设有上述微型电动机57。安装于微型电动机57的输出轴的正齿轮58和在齿条构件56的另一端附近形成的齿条相齿合，并由此能够将微型电动机57的输出传动力转换成齿条构件56的直线运动。
温度传感器60是，比如通过热电偶而实现的温度计，安装于基台部14，并检测出热处理时的温度。温度传感器60的检测输出被输入到控制电路61中。当基台部14的温度达到焊锡12的熔点时，响应温度传感器60的检测输出，控制电路61对电源59输出向微型电动机57的电力供给指示。然后，响应于控制电路61的输出，电源59开始向微型电动机57供给电力，随之正齿轮58旋转启动，而齿条56向图4的纸面下方移动。通过齿条构件56的移动，支撑基板15的弹簧构件52的一端部63被支撑片62挤压，从而向接近基台主体17的方向压缩弹簧构件52。由此，在焊锡12为熔融的状态下，能够衰减相对芯片13的基板15的倾斜角度。这里，控制电路61及电源59，不仅可以设置于热处理炉11的控制部23，也可作为与热处理炉11不同的装置而设置。
在本实施例中，采用了通过设置温度传感器60，而控制微型电动机57的驱动的结构，但也可以采用以下结构，即，替代温度传感器60，设置计时器，并根据从装入口25开始到装入炉体21内为止，芯片13、焊锡12及基板15等所经历的时间，而控制微型电动机57的驱动。
图5是，简单地表示本发明实施例4的芯片焊接装置65结构的示意剖视图。本实施例的芯片焊接装置65是，类似于实施例3的芯片焊接装置50，在对应的部分使用同样的参考符号，所以省略说明。值得注意的是，本实施例的芯片焊接装置65具有通过磁力，吸引基板15的磁力吸引机构66。磁力吸引机构66中含有，磁心构件67、设置于磁心构件67的外侧的励磁线圈68、向励磁线圈68供应电力的电源59、温度传感器60及控制电路61。
磁心构件67具有圆柱状的形状，例如，是由铁氧体等强磁性材料组成。在磁心构件67半径方向的外侧，磁心构件67的轴线周围被导线缠绕而形成励磁线圈68。该磁心构件67和励磁线圈68设置于基台主体17，使它们在垂直于基台主体上面19的方向上具有轴线。
与上述的实施例3相同地，温度传感器60是，例如通过热电偶而实现的温度计，被安装于基台部14，并检测出热处理时的温度。温度传感器60的检测输出被输入到控制电路61中。当基台部14的温度达到焊锡12的熔点时，响应于温度传感器60的检测输出，控制电路61对电源59输出向励磁线圈68通电的指示。然后，响应于控制电路61的输出，电源59开始向励磁线圈68通电，这时，经励磁线圈68被励磁的磁心构件67成为电磁石，并通过该磁力，吸引基板15。由此，能够衰减基板15相对于芯片13的倾斜角度。
在本实施例中，相对于芯片13而保持的基板15倾斜度是依赖于基板15和与基板15的一端部接触的基台部14的侧面板18之间的摩擦力，但是，也可以通过，将由电磁石的磁力吸引易被压缩的弹簧构件等设置于基板15和基台主体上面19之间的方法保持上述倾斜。
图6是，简单地表示本发明实施例5的芯片焊接装置70结构的示意剖视图。本实施例的芯片焊接装置70是，类似于实施例2的芯片焊接装置40，在对应的部分使用同样的参考符号，所以省略说明。值得注意的是，本实施例的芯片焊接装置70具有一端部73当接于芯片13的与设置焊锡12侧相对侧的上推构件71和在焊锡12为熔融的状态下，当接于芯片13的一端部73向背离基台部14的方向驱动上推构件71的上推驱动机构72。
上推构件71是，一端部73形成半球状的金属材料的棒状构件，而与上述一端部73相反侧的另一端部固定于上推驱动构件72。上推驱动构件72是将热膨胀率大的高膨胀合金74和比高膨胀合金74热膨胀率小的低膨胀合金75贴在一起的双金属。双金属72是弯曲形成，使在高膨胀合金74侧具有曲率。在双金属72的一端部76中的低膨胀合金75侧上固定上推构件71。双金属72及固定于双金属72的上推构件71设置于，与基台主体17的第1凹处20相连的、且在与设有基板15侧相对的那一侧形成的第4凹处78内。双金属72是，设置得使具有曲率的一侧临接于第4凹处78的底面79，而另一端部77通过螺钉构件49，安装于上述底面79。
通过热处理炉11进行加热时，因为高膨胀合金74的热膨胀率大于低膨胀合金75的热膨胀率，所以，双金属72变形使曲率变大，而上推构件71是向背离基台部14的方向(图6的纸面的上方)驱动。加热到超过焊锡12的熔点的温度，而焊锡12为熔融的状态下，通过分别设定高膨胀合金74和低膨胀合金75的热膨胀率，使能够移动芯片13至，与位于芯片13之上的焊锡12的与基板15临接的整个表面能够与基板15连接的位置，从而能够在焊锡12为熔融的状态下，衰减基板15相对于芯片13的倾斜角度。
图7为简单地表示本发明实施例6的芯片焊接装置80结构的示意剖视图。本实施例的芯片焊接装置80是，类似于实施例1的芯片焊接装置10，在对应的部分使用同样的参考符号，所以省略说明。本实施例的芯片焊接装置80具有，临接芯片13的应被芯片焊接的表面，并在临接于芯片13的表面上设置焊锡12，且相对于芯片13而倾斜设置的基板15和将芯片13放置于预定位置上的基台部81，基台部81当接于基板15，且为了保持相对于芯片13基板15的倾斜状态，形成倾斜保持部82。
在本发明例中，焊锡12设置于基板15的应被芯片焊接的表面即，设置于临接芯片13侧的表面。这是通过在基板15的应被芯片焊接的表面上涂敷锡焊用的高粘度焊剂焊药，并利用该焊剂焊药的高粘度，将箔状焊锡12贴附于基板15而实现。在包含基台部81的基台主体83的一端部附近形成从基台主体上面19开始截面以阶梯状隆起的倾斜保持部82。倾斜保持部82是当接于基板15的一端部85附近，并保持基板15相对于芯片13以θ1角度倾斜的状态。
当把芯片13、焊锡12、基板15及基台部81装入热处理炉11内进行加热时，基板15的应被芯片焊接的表面上所具有的焊锡12熔融，而熔融的焊锡12是通过其湿润性及表面张力，将芯片13吸引到基板15侧。在芯片13被吸引到基板15侧的过程中，从熔融的焊锡12去除引发气泡的气体。通过在基台部81形成倾斜保持部82这一简单结构，保持基板15相对芯片13的倾斜，并能够实现气泡少、且健全的锡焊部。
图8为简单地表示本发明实施例7的芯片焊接装置90结构的示意剖视图。本实施例的芯片焊接装置90是，类似于实施例1的芯片焊接装置10，在对应的部分使用同样的参考符号，所以省略说明。与实施例1的芯片焊锡装置10相比，值得注意的是，在本实施例的芯片焊接装置90中形成的将芯片13放置于预定位置第1凹处20中的基台部91是，在热处理炉11内加热情况下，使在预定的单方向即截面长方向上的中央部附近的温度高于端附近的温度。另外，在本实施例中，基板15是并非相对于芯片13倾斜，而是通过焊锡12，芯片13和基板15几乎平行地互对而置。
在组成基台部91的近似立方体状的基台主体92上，对应第1凹处20形成的位置，在基台主体上面19的相反侧形成槽部93。通过形成第1凹处20和槽部93，在基台部14的截面长方向的中央部附近即形成第1凹处20和槽部93的部分的厚度t1是小于第1凹处20和槽部93没有共同形成的端部附近的厚度t2即t1＜t2。
在基台部91上放置芯片13、焊锡12、基板15，并装入热处理炉11内进行加热时，因为在基台部91中央部附近的厚度t1比端部附近的厚度t2薄，所以，中央部附近的热容量比端部附近的热容量小，且中央部附近较端部附近升温快。位于第1凹处20的芯片13是通过形成槽部93的基台主体92的厚度为t1的薄部分的热传导而被加热，但是，因为芯片13的截面长方向两端部是，因为连接于厚度为t2的基台主体92的厚部分，所以受厚部分的热传导的影响而被加热。
因此，芯片13截面长方向的中央部比两端部升温更快，而形成温差。设置于芯片13之上的焊锡12也与芯片13形成相同的温度分布，焊锡12是中央部比两端部35、36温度高。通过上述方法，焊锡12是从中央部附近向两端部35、36依次熔融，焊锡12中的引发产生气泡的气体是伴随焊锡12的熔融，从中央部向两端部35、36移动而被去除，最后形成气泡少、且健全的焊锡涂部。
图9为简单地表示本发明实施例8的芯片焊接装置95结构的示意剖视图。本实施例的芯片焊接装置95是，类似于实施例7的芯片焊接装置90，在对应的部分使用同样的参考符号，所以省略说明。在芯片焊接装置95中值得注意的是，替代实施例7中的槽部93，在基台主体96形成截面形状为拱桥状的拱桥凹部97。实施例8的芯片焊接装置95的作用与实施例7的芯片焊接装置相同，所以省略说明。
图10为简单地表示本发明实施例9的芯片焊接装置100结构的示意剖视图。本实施例的芯片焊接装置100是，类似于实施例7的芯片焊接装置90，在对应的部分使用同样的参考符号，所以省略说明。在芯片焊接装置100中值得注意的是，在基台部14的外侧连接于基台部14设有热传导率超过基台部14热传导率的热传导构件101。
热传导构件101是如铜合金材料的平板。热传导构件101比石墨材料的基台部14热传导率高，能够将热处理炉11的热有效地传到基台部14。通过热传导构件101，传到基台部14的一部分热从基台部14扩散到热处理炉11中的气体环境，但是，因为扩散的热量在基台部14的截面长方向中央部少，而在两端部多，所以，根据热平衡，中央部侧比端部升温快。这样，通过以下简单的结构，即设置连接于基台部14，而具有比基台部14高热传导率的热传导构件101，能够实现使基台部14中央部的温度高于端部温度的温度分布。
根据在基台部14形成的温度分布，放置于基台主体17的芯片13及设置于芯片13之上的焊锡12中形成温度分布，使截面长方向中央部的温度高于两端部。通过上述方法，焊锡12是从中央部附近向两端部35、36依次熔融，而作为焊锡12中的气泡根源的气体是伴随焊锡12的熔融，从中央部向两端部35、36移动而被去除，从而形成气泡少、且健全的锡焊部。
如上所述，本发明的实施例1～9是将第1及第2构件13、15两个构件芯片焊接的结构，但并不限定于此，可以是同时芯片焊接两个以上构件的结构。
根据本发明，将第1构件和第2构件芯片焊接的芯片焊接装置中含有，在焊锡未熔融的状态下，相对第1构件倾斜保持第2构件，而在焊锡熔融状态下，衰减相对于第1构件的第2构件倾斜角度，并将第1构件和第2构件进行芯片焊接的倾斜衰减机构。由此，熔融的焊锡是，从一端部向着另一端通过第2构件，依次被压，填充于第1构件和第2构件之间。因此，从熔融的焊锡中能够去除作为气泡生成根源的气体，所以，能够形成气泡少、健全的锡焊部。
根据本发明，倾斜衰减机构是通过加热到超过焊锡熔点温度时进行熔融的热熔融构件，优选的是通过另一焊锡而构成。热熔融构件是，因为在焊锡熔点以下温度为固体，所以能够相对第1构件倾斜地保持第2构件。如上述，用设置热熔融构件这一简单的结构，能够实现倾斜衰减机构，从而能够形成气泡少、健全的锡焊部。
另外，焊锡是通过调整其化学组成，能够方便地得到所希望的熔点，所以，能够分别将焊锡和作为倾斜衰减机构的另一焊锡的熔点设定在所希望的温度。由此，当加热到超过焊锡熔点的温度时，熔融另一焊锡，而能够可靠地发挥衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度的功能。
根据本发明，倾斜衰减机构是，由热收缩性构件或热升华性构件而构成。热收缩构件及热升华性构件是，在焊锡熔点温度以下为固体，且能够维持初期形状，所以能够将第2构件倾斜于第1构件而支撑。通过加热到超过焊锡熔点的温度，热收缩性构件是收缩减少其体积，而热升华性构件是气化减少其体积，所以，能够衰减相应第1构件的第2构件倾斜角度。由此，用设置热收缩构件或热升华性构件这一简单的结构，能够实现衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度，从而能够形成气泡少、健全的锡焊部。
根据本发明，倾斜衰减机构包括支撑第2构件的支撑构件和将支撑构件向接近于基台部的方向驱动的驱动构件。由此，通过机械结构衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度，所以能够重复使用相同的倾斜衰减机构，且能够实现重复操作。
根据本发明，倾斜衰减机构包括支撑第2构件的弹簧构件和压缩弹簧构件的压缩机构。由此，通过弹簧构件和压缩机构衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度，所以能够重复使用相同的倾斜衰减机构，且能够实现重复操作。
根据本发明，设有通过磁力，吸引第2构件的磁力吸引机构。在焊锡融溶的状态下，通过磁力吸引机构的磁力，能够衰减相对第1构件的第2构件倾斜角度。由此，能够重复使用磁力吸引机构，衰减第2构件的倾斜角度，并能够可靠地重复操作。
根据本发明，芯片焊接装置是，含有一端部当接于第1构件的上推构件和向背离基台部的方向驱动上推构件的上推驱动构件，通过上推驱动构件被驱动的上推构件，向第2构件的方向移动第1构件而芯片焊接第1构件和第2构件。通过如上述的机械结构，使第1构件向着第2构件移动，所以，能够重复使用上推构件和上推驱动构件，且能够可靠地重复操作。
另外，根据本发明，将第1构件放置于预定位置的基台部中形成，当接于第2构件且用于保持相对于第1构件的第2构件倾斜状态的倾斜支撑部。由此，通过在基台部形成倾斜支撑部这一简单结构，能够相对第1构件倾斜地保持第2构件。利用位于第2构件应进行芯片焊接的表面、且被加热而成为熔融状态的焊锡的润湿性和表面张力，通过缓慢地将第1构件向第2构件侧吸引，能够从焊锡中去除引发产生气泡的气体，从而能够形成气泡少、健全的锡焊部。
另外，根据本发明，将第1构件放置于预定位置的基台部中形成温度分布，使在热处理炉内加热的状态下，预定单方向中央部附近的温度高于端部附近温度。由此，设置于第1构件应被芯片焊接的表面的焊锡是，从与高温的基台部的中央部相当的部位向与低温的基台部的端部相当的部位依次熔融，所以在依次熔融的过程中，去除引发产生气泡的气体，能够形成气泡少、健全的锡焊部。
根据本发明，在基台部的预定单方向上，中央部附近的厚度小于端部厚度。由此，基台部中央部的热容量小于端部的热容量，所以，中央部比端部升温快。因此，通过将基台部中央部的厚度小于端部厚度这一简单结构，能够实现使中央部温度高于端部温度的温度分布。
另外，根据本发明，设置具有高于基台部热传导率的热传导构件。通过热传导构件传到基台部的热扩散是，在基台部中央少，而在端部多，所以，根据热平衡，中央部侧比端部升温得快。由此，通过设置连接于基台部、且热传导率高于基台部热传导率的热传导构件这一简单的结构，能够实现使基台部的中央部温度高于端部温度的温度分布。
权利要求
1.一种芯片焊接装置，对在热处理炉中加热的至少2个构件进行芯片焊锡，其特征在于，含有应该进行芯片焊锡的表面上设置焊锡的第1构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部；面对设置于第1构件中的应该进行焊锡表面上的焊锡、并对应第1构件倾斜设置的第2构件和对应第1构件倾斜保持第2构件的倾斜衰减机构，该倾斜衰减机构在焊锡熔融的状态下衰减第2构件相对第1构件的倾斜角度。
2.根据权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于，上述倾斜衰减机构是通过熔点超过焊锡熔点的热熔融构件而构成。
3.根据权利要求2所述的芯片焊接装置，其特征在于，上述热熔融构件为另一个焊锡。
4.根据权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于，上述倾斜衰减机构是通过在加热至超过焊锡熔点温度的状态下，具有收缩特性的热收缩性构件而构成。
5.根据权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于，上述倾斜衰减机构是通过加热至超过焊锡熔点温度的状态下，具有升华特性的热升华性构件而构成。
6.根据权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于，上述倾斜衰减机构中含有，一端部当接于上述第2构件而支撑第2构件的支撑构件及在焊锡熔融的状态下当接于第2构件的支撑构件的一端部，向接近基台部方向驱动支撑构件的驱动构件。
7.根据权利要求1所述的芯片焊接装置，其特征在于，上述倾斜衰减机构中含有，设置于上述基台部并支撑上述第2构件的弹簧构件和在焊锡熔融的状态下支撑第2构件的弹簧构件的一端部，向接近基台部的方向压缩弹簧构件的压缩机构。
8.一种芯片焊接装置，对在热处理炉中加热的至少2个构件进行芯片焊锡，其特征在于，具有在应该进行芯片焊接的表面上设置焊锡的第1构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部；面对设置于应该进行芯片焊接的表面上的焊锡，且对应于第1构件倾斜设置的第2构件和通过磁力，吸引第2构件的磁力吸引机构。
9.一种芯片焊接装置，对在热处理炉中加热的至少2个构件进行芯片焊锡，其特征在于，含有在应该进行芯片焊接的表面上设置焊锡的第1构件；将第1构件放置于预定位置上的基台部；面对设置于应该进行芯片焊接表面上的焊锡、且对应于第1构件倾斜设置的第2构件；一端部当接于第1构件中的与设置焊锡侧相反那一侧的上推构件和在焊锡熔融的状态下，当接于第1构件的一端部向背离基台部的方向驱动上推构件的上推驱动机构。
10.一种芯片焊接装置，对在热处理炉中加热的至少2个构件进行芯片焊锡，其特征在于，具有含有应该进行芯片焊接的表面的第1构件；面对第1构件的应该进行芯片焊接的表面、且在面对第1构件的表面上设置焊锡，并对应于第1构件倾斜设置的第2构件和将第1构件放置于预定位置上的基台部，它当接于第2构件，并为了保持对应第1构件的第2构件的倾斜状态而形成倾斜保持部。
11.一种芯片焊接装置，对在热处理炉中加热的至少2个构件进行芯片焊锡，其特征在于，含有在应该进行芯片焊接的表面上设置焊锡的第1构件；通过设置于第1构件的应该进行芯片焊接表面上的焊锡，与第1构件相对设置的第2构件和把第1构件放置于预定位置上的基台部，在热处理炉内加热的状态下，它在预定单方向上形成温度分布，使中央部附近的温度高于端附近的温度。
12.根据权利要求11所述的芯片焊接装置，其特征在于，上述基台部是，在上述预定的单方向上，中央部附近的厚度小于端部附近的厚度。
13.根据权利要求11所述的芯片焊接装置，其特征在于，在上述基台部的外侧，将热传导率超过基台部热传导率的热传导构件，与基台部连接设置。
全文摘要
一种芯片焊接装置，设有在应该芯片焊接的表面上设置焊锡(12)的第1构件(13)；将第1构件(13)放置于预定位置上的基台部(14)；面对设置于第1构件(13)的应该进行芯片焊接的表面上的焊锡(12)，且相对于第1构件(13)倾斜设置的第2构件(15)；是对应第1构件(13)，倾斜地保持第2构件(15)的倾斜衰减机构(16)，在焊锡(12)熔融的状态下，衰减第2构件(15)对应第1构件(13)的倾斜角度θ1。在加热第1及第2构件(13)、(15)和焊锡(12)，使焊锡(12)熔融的状态下，由于倾斜衰减机构(16)一边逐渐衰减第2构件(15)对应第1构件(13)的倾斜角度θ1，一边进行芯片焊锡，所以能够抑制焊锡(12)中的气泡产生。
文档编号B23K1/00GK1400078SQ0212742
公开日2003年3月5日 申请日期2002年7月31日 优先权日2001年8月1日
发明者富士井俊彦, 太田隆, 杉浦慎一, 赤松敏正, 森宗克文 申请人:富士通天株式会社