部件接合装置、部件接合方法及安装结构体与流程

本发明涉及部件接合装置、部件接合方法及安装结构体。尤其涉及在利用高温将部件加热接合于基板时，避免基板的热膨胀的影响而实现部件与基板的高精度的定位的部件接合技术。

背景技术：

在以往的部件接合装置中，存在作为将部件高精度地定位接合的方法而利用销等来决定位置的方法(例如，参照专利文献1)。图5、图6示出了专利文献1所记载的以往的定位结构。图5是固体摄像装置的俯视图。图6是图5的a-a剖视图。

首先，准备在上表面具有罩玻璃26且固定有固体摄像元件21的陶瓷容器22和由金属制作而成的具有定位用的孔23a、24a的定位构件23、24。

接着，向定位构件23、24涂布糊剂状的高熔点的钎料25。

在接合时，向组装夹具装配陶瓷容器22，且将组装夹具的基准销插入到孔23a、24a中并进行加热、接合。

其结果是，在陶瓷容器22接合有具有定位用的孔23a、24a的定位构件23、24。需要说明的是，定位构件23、24接合于缺口槽22a、缺口部22b的部分。利用定位用的孔23a、24a而将固体摄像装置嵌入基板等。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭62-213486号公报

然而，在以往的结构中，在以高温进行钎料接合时，以基准销的位置为基准而部件发生热膨胀，因此部件的由热膨胀引起的接合部件与被接合部件的形状变化的差异下的定位精度发生恶化。

技术实现要素：

发明要解决的课题

本申请的课题在于提供部件的由热膨胀引起的接合部件与被接合部件的形状变化的差异下的定位精度不会变差的部件接合装置、部件接合方法及安装结构体。

用于解决课题的方案

为了达到所述目的，使用部件接合装置，其具备：部件供给头，其保持部件；以及加热工作台，其对基板进行加热并保持，所述加热工作台与所述基板接触的加热区域包含所述基板的供所述部件接合的接合区域，所述基板比所述加热工作台大，所述基板的周边部与所述加热工作台不接触。

另外，使用一种部件接合方法，其包括：将基板的接合区域配置于加热工作台的加热区域上的基板装配工序；在所述基板的所述加热区域上配置钎料并对该钎料进行加热、冷却的钎料临时固定工序；以及使所述钎料熔化而接合部件的部件接合工序。

另外，使用一种安装结构体，其具有：基板；部件，其安装于所述基板的一面；第一区域，其存在于所述基板的另一面，且在俯视下包含安装有所述部件的整个区域并被进行了热处理；以及第二区域，其存在于所述基板的另一面，并由所述第一区域包围且未被进行热处理。

发明效果

通过采取以上那样的结构及接合方法，从而在以高温一边对基板进行加热一边进行部件的接合时，能够使基板的热膨胀所引起的定位误差最小化。

附图说明

图1中(a)是本发明的实施方式1的部件接合装置的立体图，图1中(b)是在本发明的实施方式1的部件接合装置中从上表面观察基板而得到的俯视图。

图2是本发明的实施方式2的部件接合装置的剖视图。

图3是本发明的实施方式3的部件接合装置的剖视图。

图4是本发明的实施方式3的部件接合装置的剖视图。

图5是用于说明专利文献1所记载的以往的对位技术的摄像装置的俯视图。

图6是图5的a-a面处的剖视图。

附图标记说明：

1基板

2部件

3钎料

4加热工作台

5部件供给头

6腔室

11加热区域

12接合区域

13非加热区域

21固体摄像元件

22陶瓷容器

22a槽

22b部

23构件

23a孔

25钎料

26罩玻璃

31翅片

31a翅片上部

31b空间

31c突起

32吸附孔

33加热器

33a加热器上部

33b加热器开口

61腔室盖

62气体供给口

63部件供给用头用开口。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1中(a)表示本发明的实施方式1中的接合装置的立体图。图1中(b)表示在实施方式1的部件接合装置装配基板的状态下从上表面观察基板而得到的俯视图。

<结构>

实施方式1的部件接合装置包括部件供给头5和加热工作台4。

<部件供给头5>

部件供给头5对部件2及钎料3能够进行吸附保持，且能够在加热工作台4上配置的基板1上进行定位。另外，部件供给头5在接合时能够上下地进行动作。部件供给头5在接合时能够将部件2相对于基板1进行加压。

<加热工作台4>

加热工作台4对基板1能够进行吸附保持，且能够进行加热。加热工作台4具有包含基板1的被接合的接合区域12的大小。接合区域12是位于基板1内且供部件等接合的区域。

另外，基板1的与加热工作台4接触的区域成为加热区域11。基板1比加热工作台4大。加热区域11位于基板1的一面，接合区域12位于基板1的另一面，在俯视观察基板1时，加热区域11包含接合区域12。

对于加热工作台4的加热，使用脉冲加热这样的能够进行急剧的加热的加热方式。这是因为，本实施方式包括对钎料3进行加热并使之熔解，之后进行冷却并直至使之凝固为止的接合步骤，因此需要进行急剧的加热及高速的冷却。

在此，在基板1内，除了加热区域11以外的非加热区域13预先设为在空中悬浮等而不受外力。在吸附保持着基板1时，在基板1热膨胀了的情况下，加热工作台4与基板1的温度差不是零且彼此的线膨胀系数也不同，因此会以彼此接触的加热区域11中的任一部位为基点而使加热工作台4与基板1发生偏移。

该基点由接触面彼此的微小的凹凸等决定，因此不能进行控制。另外，在使钎料3凝固时加热工作台4与基板1被冷却，但此时也同样地，以彼此的接触面中的任一位置为基点而产生偏移。

因此，通过如上述那样使非加热区域13在空中悬浮，从而基板1的热膨胀的基点处于接合区域12内，能够使该基板1与加热工作台4的膨胀及收缩所引起的基板1相对于加热工作台4的位置偏移的量最小化。

另外，通过使非加热区域13离开加热工作台4，也能够同时地实现直至钎料3凝固为止的基板1的冷却时间缩短。

实施方式1的部件接合装置将部件2向基板1安装。

需要说明的是，非加热区域13也是基板1的接合区域12以外的区域。

<部件2>

部件2为led封装件，且是5mm左右的尺寸的方形。优选背面整面与钎料等热传导良好的物质接合，以便进行led的排热。不过，除了led封装件以外，也可以是led元件、半导体裸芯片、半导体封装件、电源模块等。

<基板1>

基板1为铜基板。在本实施方式中，以led封装件为对象，因此为了提高散热性而采用铜基板，但材质可以是任意的。尺寸在此为30mm左右的方形且厚度为2mm左右。在实施本实施方式时，大小不存在制约，但部件2与基板1的尺寸越存在差异，则效果越大。

在基板1中，存在背面与加热工作台4接触的加热区域11和在该加热区域11的内侧接合部件2的接合区域12，基板1的其他的区域为非加热区域13。

<钎料3>

钎料3使用固态的ausn钎料。这是因为为了之后能够将smt部件安装于该基板，需要熔点为高温，但在本实施方式中不是必需的，也可以是通常的钎料。另外，只要是进行加热而接合的材料即可，也可以不是钎料。

<步骤>

(1)装配基板1的工序

首先，基板1的加热区域11以与加热工作台4外形一致的方式进行定位，且配置于加热工作台4之上并进行吸附保持。通过这样设置，能够使基板1在进行热膨胀时与加热工作台4之间的相对位置偏移所产生的基点处于接合区域12中，其结果是，能够使基板1与部件2的位置偏移最小化。

(2)通过钎料3进行的临时固定工序

利用部件供给头5对钎料3进行吸附保持，且将水平方向定位于基板1的接合区域12内并放置。之后，开始加热工作台4的加热。在加热工作台4的温度成为规定的温度之后，使部件供给头5下降，将钎料3在基板1上进行加压并将加压状态保持一定时间，将钎料3临时固定于基板1。之后，使加热工作台4的加热停止，解除部件供给头5的吸附并使部件供给头5上升。此时的加热加压的温度、时间预先设为使钎料3成为不液化但接合于基板1的状态。

(3)接合部件2的工序

在钎料3的临时固定之后进行部件2的接合。首先，利用部件供给头5来对部件2进行吸附保持。之后，以使部件2来到基板1的接合区域12之上的方式对部件供给头5准确地进行定位。

之后，开始加热工作台4的加热。在加热工作台4的温度成为规定的温度之后，使部件供给头5下降，在基板1上进行加压，并将加压状态保持一定时间。

之后，使加热工作台4的加热停止，接合部润湿扩展，温度下降，等待加热工作台4及基板1冷却直至钎料3凝固为止。接合部的温度下降，钎料3凝固之后，解除部件供给头5的吸附，使头上升。

在此，对于接合开始的温度，在钎料3成为充分熔融的状态后使部件供给头5下降来进行接合动作。当在使钎料3熔融之前使部件2与钎料3接触时，钎料3在熔融时因微小的表面凹凸状态而向内部卷入少量的空气，容易产生空隙。与此相对，当使钎料3先熔融时，该钎料3的表面因表面张力而成为曲面。因此，在从该钎料3之上使部件2与之接触了时，能够从曲面的顶点起依次接触，因此不容易卷入气体，不容易在接合部分产生空隙。

<效果>

基板1因接合时的加热而膨胀，且在冷却时收缩。然而，通过使加热区域11与接合区域12大致一致，从而在接合时能够使该热膨胀所引起的基板1的位置偏移最小化。

而且，对基板1进行保持的加热区域11以外的区域(基板1的周边区域)不受外力，因此即便基板1以该加热区域11为中心而膨胀，也不会给部件2与基板1的相对位置关系带来影响。

接合区域12处于加热区域11的内部，因此基板1与部件2的相对位置不变化。另外，在加热结束而冷却到钎料3凝固为止时，基板1与部件2的相对位置也同样地不会变化。

这样，通过采用本结构，能够消除因加热、冷却产生的基板1的温度变化所引起的膨胀、收缩下的位置偏移的影响，将部件2准确地定位于基板1并进行接合。

(实施方式2)

图2示出本实施方式的实施方式2中的结构。实施方式2中的部件接合装置包括部件供给头5、加热工作台4及腔室6。

与实施方式1不同之处在于，将加热工作台4及基板1配置于腔室6内。未说明的事项与实施方式1同样。

<结构>

存在吸附保持于加热工作台4的基板1，在基板1的上表面配置钎料3，且在其上方具备吸附保持有部件2的部件供给头5。而且，以包围加热工作台4及基板1的方式配置腔室6。

腔室6在基板1的横向位置的壁上具备气体供给口62，且存在上表面的腔室盖61，并在腔室盖61上具备用于供给部件2的部件供给用头用开口63。

<步骤>

(1)装配基板1的工序

首先，打开腔室盖61，基板1的加热区域11以与加热工作台4外形一致的方式进行定位。将基板1吸附保持于加热工作台4之上。之后，关闭腔室盖61。

(2)临时固定钎料3的工序

首先，从气体供给口62供给氮等非活性气体，且使其充满腔室6内。在氧浓度充分下降之后，打开腔室盖61，利用部件供给头5来吸附保持钎料3，并定位于基板1的接合区域12内并放置。使部件供给头5上升并封堵部件供给用头用开口63，且使部件供给头5在不与基板1上的钎料3接触的位置等待。

之后，从气体供给口62供给非活性气体，使腔室6内的氧浓度下降。之后，开始加热工作台4的加热，在加热工作台4的温度成为规定的温度之后，使部件供给头5下降。

利用部件供给头5将钎料3在基板1上加压，并将加压状态保持一定时间。

之后，使加热工作台4的加热停止，解除部件供给头5的吸附而使之上升。此时的加热、加压的温度、时间预先设为使钎料3成为不液化但将部件2临时固定于基板1的状态。

(3)接合部件2的工序

在钎料3的临时固定工序之后，进行部件2向基板1的接合。首先，利用部件供给头5吸附保持部件2。之后，使部件2向基板1的接合区域12的上方移动。然后，使部件供给头5下降，利用部件2封堵腔室盖61的部件供给用头用开口63，且使部件2在不与基板1上的钎料3接触的位置等待。

之后，从气体供给口62供给非活性气体，使腔室6内的氧浓度下降。然后，开始加热工作台4的加热，加热工作台4的温度成为规定的温度，且在达到目标氧浓度之后，使部件供给头5下降，并在基板1上进行加压，并且将加压状态保持一定时间。

之后，使加热工作台4的加热停止，接合部润湿扩展，温度下降，等待加热工作台4及基板1冷却直至钎料3凝固为止。

在该期间，从气体供给口62持续供给非活性气体，使非活性气体与基板1的非加热区域13碰撞来加速基板1的冷却，提高工序的生产率。

接合部的温度下降，在钎料3凝固之后，解除部件供给头5的吸附，使头上升。

部件供给用头用开口63位于加热工作台4或其正上方。因此，部件供给头5的水平方向的对位仅进行微调整即可，能够在短时间内进行调整。

<效果>

通过采用本结构，在利用钎料3将部件2接合于基板1时，能够消除因加热、冷却产生的基板1的温度变化所引起的膨胀、收缩下的位置偏移的影响。能够将部件2在基板1上进行准确的定位。而且，通过缩短基板1的冷却时间，能够实现高生产率的接合。

另外，通过利用部件供给头5来封盖腔室盖61的部件供给用头用开口63位置，能够防止非活性气体泄漏。其结果是，能够缩短使腔室6内的氧浓度下降的时间，能够提高生产率。

制作出的基板1具有：部件，其安装于基板1的一面；第一区域(加热区域11)，其存在于基板1的另一面，且在俯视下包含安装有部件的整个区域并被进行了热处理；以及第二区域(接合区域12)，其存在于基板1的另一面，并由第一区域包围且未被进行热处理。

需要说明的是，热处理后的第一区域(加热区域11)有时残留有加热的痕迹。例如该痕迹是表面的颜色、折痕、热变形、结晶结构。

(实施方式3)

图3、4是表示本实施方式3中的结构的剖视图。实施方式3中的部件接合装置与实施方式1、2不同，加热工作台4的结构不同。

未说明的事项与实施方式1、2同样。需要说明的是，腔室6不是必需的，也可以是不存在腔室6的情况。

在图3中，在加热工作台4中存在加热器33、吸附孔32及翅片31。

吸附孔32用于固定基板1，且与泵(未图示)相连。吸附孔32位于基板1的中央或接合区域12的中央。也可以是多个孔，但仅位于中央部分。

加热器33也在实施方式1、2的加热工作台4中存在。作为加热器，优选能够急剧地实现温度上升的脉冲加热器。

相反，为了急剧地降低温度，在加热器33的侧面周围存在多个翅片31。

另外，在该例子中，借助该翅片31向加热器33送电。

加热器上部33a的截面积比加热器33的其他的部分的截面积小。通过使截面积小，能够通过电流进行发热。通过设置加热器开口33b，能够减小截面积，但通过使外径大，容易载置基板1，容易加热。

翅片上部31a不与加热器上部33a接触而存在空间31b。这是为了不妨碍加热器上部33a的加热。另外，由该空间31b规定加热器33的位置。即，在空间31b的底面接触有加热器33的突起部分(截面积大的部分)而进行固定。仅需将加热器33从上部插入，便能够使高度恒定且位置也确定。

在图4中，在加热工作台4中存在加热器33、吸附孔32及翅片31。

吸附孔32用于固定基板1，且与泵(未图示)相连。吸附孔32不存在于基板1的中心或接合区域12的中心，而以包围基板1的中心或接合区域12的中心的方式配置。

对于加热器33，为了急剧地降低温度，在加热器33的侧面周围存在多个翅片31。

另外，在该例子中，借助该翅片31向加热器33送电。

在翅片31的上部存在多个突起31c。为了提高散热性而设置突起31c。

翅片31的右端穿过腔室6。使电流从外部直接向翅片31流动。减小了腔室6的内容积。

(整体上)

实施方式能够组合。例如，能够将实施方式2、3的腔室6内的结构适用于实施方式1。

产业上的可利用性

本实施方式的部件接合装置在对部件与基板进行加热接合时能够使基板的热膨胀的影响最小化且高精度地进行定位、接合，能够适用于led、摄像元件、系统lsi、电源模块等半导体元件的高精度定位安装等用途。