专利名称：电子器件安装装置以及电子器件安装方法
技术领域：
本发明涉及电子器件安装装置的结构以及由该电子器件安装装置的电子器件的安装方法。
背景技术：
作为将半导体芯片安装在基板上的方法，使用通过热压接将在电极上形成焊锡凸块、带有焊锡凸块的电子器件安装在基板上的方法，或在电子器件的电极上成形金凸块，在基板的铜电极表面设有薄焊锡膜，使得金凸块的金和焊锡热熔融接合的金焊锡熔融接 合，或使用热可塑性树脂或各向异性导电膜(AFC)等的树脂系的粘接材料的连接方法。这样的连接方法都是加热电子器件，在使得电极上的焊锡或粘接剂熔融状态下，通过压接工具将电子器件推压到基板上后，使得焊锡或粘接剂冷却固结，将电子器件接合在基板上。因此，提出了以下方案在用于这种接合的电子器件安装装置中，设有加热器及冷却手段，所述加热器用于将焊锡加热到熔融状态或将粘接剂加热到软化状态，所述冷却手段在连接后冷却焊锡或粘接剂，缩短加热、冷却时间。在专利文献I中，提出了以下接触加热装置该接触加热装置由用于推压被加热物的工具、用于加热工具的陶瓷加热器、用于防止从陶瓷加热器发生的热传热到上述工具以外的隔热材料、统合上述部件结合在另一部件的支架构成的接触加热装置，在这样的接触加热装置中，在上述隔热材料和/或支架设有冷却介质用的通道，通过冷却加热器或隔热材料或支架，抑制能急速加热到软化粘接剂或熔融焊锡的温度、同时急速使得温度降低场合的装置的热变形。又，在专利文献2中，提出了以下电子器件安装装置该电子器件安装装置具备吸附保持半导体芯片的安装工具，加热安装工具的吸附部的加热器，以及当将半导体芯片加压加热在基板上使得热可塑性树脂熔融安装时，供给冷却热可塑性树脂的气体的流道，能缩短由热可塑性树脂安装半导体芯片时的生产间隔时间。专利文献专利文献I日本特开2002-16091号公报专利文献2日本特开2009-76606号公报但是，在专利文献I记载的以往技术中，在陶瓷加热器和隔热材料之间形成流过冷却介质的流道，在该冷却流道流过冷却空气，冷却陶瓷加热器，对吸附在安装于陶瓷加热器的与隔热材料相反侧的面的焊接工具的半导体芯片进行冷却，存在直到冷却半导体芯片很费时间的问题。又，在专利文献2记载的以往技术中，从设在焊接工具的冷却流道向半导体芯片周边喷吹冷却空气，从半导体芯片的侧面以及热可塑性树脂的侧面冷却半导体芯片、热可塑性树脂。但是，半导体芯片或热可塑性树脂的厚度与其表面积相比非常薄，因此，即使将冷却空气喷吹到半导体芯片周围，也不能冷却半导体芯片整体，结果，存在很费冷却时间的问题。
发明内容
本发明的目的在于，缩短安装电子器件时的冷却时间。为了解决上述课题，本发明的电子器件安装装置通过热熔融的接合金属，接合电子器件的电极和基板的电极，将上述电子器件安装在上述基板上，其特征在于所述电子器件安装装置包括基体部，朝着与上述基板接离方向被驱动，内藏加热器；以及焊接工具，设有与上述基体部的表面密接固定的第一面，以及形成在与上述第一面相反侧的第二面、在其表面吸附保持上述电子器件的台座，由上述基体部的上述加热器 加热，将吸附在上述台座表面的电子器件热压接到基板上；上述焊接工具设有连通上述第一面和上述台座的侧面的冷却流道。在本发明的电子器件安装装置中，合适的是，上述焊接工具的上述冷却流道至少其一部分是沿着上述台座表面的方向流动制冷剂的流道。在本发明的电子器件安装装置中，合适的是上述基体部包括制冷剂供给通道，该制冷剂供给通道包含设在侧面、流入制冷剂的制冷剂入口，以及设在密接固定焊接工具的表面、将从上述制冷剂入口流入的制冷剂供给到焊接工具的冷却流道的制冷剂供给口 ；上述焊接工具的上述冷却流道由沿设在上述第一面的上述台座表面的方向延伸的槽以及覆盖上述槽的上述基体部的表面构成，所述槽的一端与上述制冷剂供给口连通，另一端与设在上述台座侧面的制冷剂出口连通。在本发明的电子器件安装装置中，合适的是 上述电子器件安装装置包括驱动部，沿着与上述基板接离方向驱动上述基体部；位置检测部，检测上述焊接工具的与上述基板接离方向的位置；截止阀，开闭上述焊接工具的冷却流道；以及控制部，通过上述驱动部使得上述焊接工具的与上述基板接离方向的位置变化，同时开闭上述截止阀；上述控制部包括焊接工具位置保持冷却手段，一边由上述加热器加热上述电子器件，一边当上述焊接工具从基准位置只以所定距离靠近上述基板场合，判断上述电子器件的电极和上述基板的电极之间的上述接合金属热熔融，保持那时的上述焊接工具的相对上述基板的沿着接离方向的位置，同时，将上述截止阀设为开，向上述焊接工具的冷却流道供给制冷剂，进行上述焊接工具的冷却。又，在本发明的电子器件安装装置中，合适的是上述电子器件在电极上形成凸块；上述基板在电极上形成接合金属膜；上述控制部进一步包括相接检测手段，根据来自上述位置检测部的信号，判断上述凸块和上述膜的相接；以及基准位置设定手段，由上述相接检测手段判断上述凸块和上述膜相接场合，将上述焊接工具的相对上述基板的位置设定作为上述基准位置。
在本发明的电子器件安装装置中，合适的是，上述控制部进一步包括第二基准位置设定手段，由上述基准位置设定手段设定上述基准位置后，上述焊接工具的沿着与上述基板的接离方向的距离从增加变化到减少场合，将上述焊接工具的相对上述基板的位置设定作为第二基准位置；以及第二焊接工具位置保持冷却手段，一边加热上述电子器件，一边上述焊接工具从上述第二基准位置只以第二所定距离靠近上述基板场合，判断上述电子器件的电极和上述基板的电极之间的上述接合金属热熔融，保持那时的上述焊接工具的相对上述基板的沿着接离方向的位置，同时，打开上述截止阀，向上述焊接工具的冷却流道供给制冷剂，进行上述焊接工具的冷却。本发明的电子器件安装方法是通过热熔融的接合金属，接合电子器件的电极和基板的电极，将上述电子器件安装在上述基板上的电子器件安装方法，其特征在于
所述电子器件安装方法包括准备电子器件安装装置的工序，所述电子器件安装装置包括基体部，朝着与上述基板接离方向被驱动，内藏加热器；焊接工具，设有与上述基体部的表面密接固定的第一面，形成在与上述第一面相反侧的第二面、在其表面吸附保持上述电子器件的台座，以及连通上述第一面和上述台座的侧面的冷却流道，由上述基体部的上述加热器加热，将吸附在上述台座表面的电子器件热压接到基板上；驱动部，沿着与上述基板接离方向驱动上述基体部；位置检测部，检测上述焊接工具的与上述基板接离方向的位置；以及截止阀，开闭上述焊接工具的冷却流道；以及焊接工具位置保持冷却工序，一边由上述加热器加热上述电子器件，一边上述焊接工具从基准位置只以所定距离靠近上述基板场合，判断上述电子器件的电极和上述基板的电极之间的上述接合金属热熔融，保持那时的上述焊接工具的相对上述基板的沿着接离方向的位置，同时，打开上述截止阀，向上述焊接工具的冷却流道供给制冷剂，进行上述焊接工具的冷却。下面，说明本发明的效果本发明具有能缩短安装电子器件时的冷却时间的效果。
图I是表示作为本发明实施形态的电子器件安装装置的构成的系统图。图2A是表示作为本发明实施形态的电子器件安装装置的加热器组件和焊接工具的空气流道的说明图。图2B是表示从图2A所示箭头B方向看的焊接工具28的与加热器基座27a密接的作为第一面的上面28a的图。图2C是表示从图2A所示箭头A方向看的台座28c的下面28e的图。图3是表示设置在作为本发明实施形态的电子器件安装装置的电子器件和基板的说明图。图4是表示用于作为本发明实施形态的电子器件安装装置的直线尺的模式图。
图5是表示作为本发明实施形态的电子器件安装装置动作的流程图。图6是表示作为本发明实施形态的电子器件安装装置动作中的焊接工具位置、推压负荷、冷却空气流量、以及焊锡膜温度变化的说明图。图7是表示通过作为本发明实施形态的电子器件安装装置，凸块和焊锡层进行金焊锡熔融接合的工序的说明图。图8A是表示作为本发明另一实施形态的电子器件安装装置的加热器组件和焊接工具的空气流道的说明图。图8B是表示从图8A所示箭头B方向看的焊接工具28的与加热器基座27a密接的作为第一面的上面28a的图。 图8C是表示从图8A所示箭头A方向看的台座28c的下面28e的图。图中符号意义如下10 —基座，11 —机架，12 —上部凸缘，13 —电机，14 —导向件，15 —升降块，16 —滑块，17 —螺母，18 —进给螺杆，19 一电源，20 —音圈电机，21 —壳体，22 —定子，23 一线圈，24 —前端，25 一板簧，26 一杆，27 一陶瓷加热器组件，27a 一加热器基座，27b 一侧面，27h 一陶瓷加热器，28 一焊接工具，28a 一上面，28b、28e —下面，28c 一台座，28d 一侧面，31 —电子器件,32 —电极，33 —金凸块，34 —基部，35 —凸部，41 一焊接台，42 一基板，43 一铜电极，44 一焊锡膜，46 一接合金属，48 一台加热器，50 一控制部，51 — CPU, 52 一存储器，53 一焊接程序，54 一基准位置设定程序，55 一焊接工具位置保持冷却程序，56 一第二基准位置设定程序，57 一第二焊接工具位置保持冷却程序，58 -控制用数据，59 一相接检测程序，61 一直线尺，61a 一直线尺本体，61b 一刻度，62 一直线尺头，63、64、76、77 —电磁阀，65、66 —流量计，67、68 —节流阀，69 —空气供给管，69a —减压阀，70 一压缩空气源，71 一第二空气管，72 一第一空气管，73 一真空装置，74 一第二真空配管，75 一第一真空配管，81 一第二空气入口，82 —第一空气入口，83 —第二空气供给通道，84 一第一空气供给通道，85 一第三空气供给通道，86 一第一冷却流道，87 一第二冷却流道，89 —第二空气出口，90 —第一空气出口，91 一第二空气吸口，92 —第一空气吸口，93 —第二空气吸引通道，94 一第一空气吸引通道，95 一第一真空吸附槽，96 一真空槽，97 一第三空气吸引通道，98 一第二真空吸附槽，100 -电子器件安装装置(electroniccomponent mounting apparatus), 101 —槽，102 —第四空气供给通道，103 —第三冷却流道，104 —第三空气出口。
具体实施例方式下面，一边参照附图一边说明本发明的实施形态。如图I所示，本发明的电子器件安装装置100包括基座10，从基座10向着上部延伸的机架11，从机架11的上部伸出的上部凸缘12，在机架11侧面沿着上下方向(Z方向)设置的导向件14，沿着上下方向滑动自如地安装在导向件14的滑块16，固定在滑块16、与滑块16 —起能沿上下方向移动的升降块15，固定在升降块15的螺母17，拧入螺母17的进给螺杆18，固定在上部凸缘12、使得进给螺杆18旋转的电机13，安装在升降块15下部的音圈电机20，由音圈电机20驱动沿上下方向移动的杆26，安装在杆26前端、内部内藏陶瓷加热器的陶瓷加热器组件27，安装在陶瓷加热器组件27下端、吸附电子器件31的焊接工具28，吸附固定基板42的焊接台41，以及控制部50。电机13和音圈电机20是将焊接工具28沿上下方向(Z方向)驱动的驱动部。如图2A所示，陶瓷加热器组件27在作为基体部的加热器基座27a的内部安装薄的陶瓷加热器27h。在加热器基座27a的内部，设有第一真空吸附槽95，第一空气吸引通道94，以及第二空气吸引通道93，所述第一真空吸附槽95用于将焊接工具28真空吸附在加热器基座27a的下面，所述第一空气吸引通道94吸引第一真空吸附槽95的空气，台座28c在焊接工具28的下面28b突出，所述第二空气吸引通道93吸引设在该台座28c的下面28e的第二真空吸附槽98的空气。第二空气吸引通道93与设在焊接工具28的上面28a的真空槽96连通，真空槽96和真空吸附设在台座28c的下面28e的电子器件31的第二真空吸附槽98之间，构成为由第三空气吸引通道97连通。因此，第二空气吸引通道93能通过真空槽96和第三空气吸引通道97吸引第二真空吸附槽98的空气。焊接工具28的 上面28a是权利要求记载的第一面，焊接工具28的下面28b是权利要求记载的第二面。图2B是表示从图2A所示箭头B方向看的焊接工具28的与加热器基座27a密接的作为第一面的上面28a的图，设在加热器基座27a的下面的第一真空吸附槽95用点划线表示。如图2B所示，第一真空吸附槽95成为四方管状槽。又，如图2A、图2B所示，构成为沿着加热器基座27a的上下(Z)方向延伸的圆形的第一空气吸引通道94与第一真空吸附槽95的局部连通。如图2B所示，设在焊接工具28的上面28a的真空槽96成为一端与第二空气吸引通道93连通、另一端与第三空气吸引通道97连通的长圆形槽。又，图2C是从图2A所示箭头A方向看台座28c的下面28e的图。如图2C所示，第二真空吸附槽98是十字型槽。第一空气吸引通道94与设在加热器基座27a的侧面27b的第一空气吸口 92连通，图I所示第一真空配管75与第一空气吸口 92连接。第二空气吸引通道93与设在加热器基座27a的侧面27b的第二空气吸口 91连通，图I所示第二真空配管74与第二空气吸口 91连接。如图I所示，第一真空配管75、第二真空配管74与真空装置73连接，在第一真空配管75、第二真空配管74的中途分别设有电磁阀77、76。在加热器基座27a设有第一冷却流道86，第一空气供给通道84，以及第二空气供给通道83，所述第一冷却流道86流动着作为用于冷却加热器基座27a的制冷剂的冷却空气，所述第一空气供给通道84向第一冷却流道86供给冷却空气，所述第二空气供给通道83作为制冷剂供给通道，向焊接工具28供给用于冷却焊接工具28的冷却空气。第一冷却流道86在加热器基座27a的陶瓷加热器27h和焊接工具28之间朝着沿加热器基座27a的下面的方向延伸，与设在加热器基座27a的侧面27b的第一空气出口 90连通。第一冷却流道86为从加热器基座27a的一方侧面27b向着另一方侧面27b延伸的一条或多条流道，其形状可以为圆形，为四方形，也可以为其他形状，也可以从加热器基座27a的中央向着各侧面27b呈放射状延伸。从设在加热器基座27a的侧面27b的第一空气入口 82流入第一空气供给通道84的空气流过第一冷却流道86冷却加热器基座27a后，从第一空气出口 90向外部流出。与设在加热器基座27a的侧面27b的第二空气入口 81连通的第二空气供给通道83在加热器基座27a内部向下延伸直到加热器基座27a的下面，与从焊接工具28的上面28a朝着下面28b延伸直到台座28c的厚度中途的第三空气供给通道85连通。第二空气供给通道83的加热器基座27a的下面端成为向焊接工具28供给冷却空气的制冷剂供给口。在焊接工具28的台座28c，设有第二冷却流道87，其朝着沿台座28c的下面28e的方向延伸，与第三空气供给通道85和设在台座28c的侧面28d的第二空气出口 89连通。从设在加热器基座27a的侧面27b的第二空气入口 81流入第二空气供给通道83的冷却空气在加热器基座27a的下面和焊接工具28的上面28a的接触面流入第三空气供给通道85，从第三空气供给通道85流过第二冷却流道87冷却焊接工具28后，从设在台座28c的侧面28d的第二空气出口 89向外部流出。如图2B、图2C所示，第二冷却流道87为从第三空气供给通道85向着台座28c的各侧面28d呈放射状延伸的流道，截面形状可以为圆形，为四方形，也可以为其他形状。又，第二冷却流道87也可以是与第三空气供给通道85连通、从台座28c的一方侧面28d向另一方侧面28d延伸的流道。如图2A所示，图I所示的第一空气管72与第一空气入口 82连接，图I所示的第二空气管71与第二空气入口 81连接。如图I所示，在第一空气管72，设有节流阀68，流量计66，电磁阀64，在第二空气管71，设有节流阀67，流量计65，电磁阀63。在电磁阀64、63的上游侧，第一空气管72、第二空气管71合流，成为空气供给管69。空气供给 管69与压缩空气源70连接，在空气供给管69设有减压阀69a，将从压缩空气源70供给的空气压力减压直到供给第一空气管72、第二空气管71的压力。电磁阀64、63分别是开闭第一空气管72、第二空气管71以及与其连接的第一空气供给通道84、第二空气供给通道83、第三空气供给通道85、第一冷却流道86、第二冷却流道87的截止阀。如图I所示，音圈电机20包含壳体21，沿壳体21内周固定的永磁铁的定子22，配置在定子22内周的作为可动元件的线圈23。杆26通过板簧25安装在壳体21。又，呈L字形、在其垂直部分设有细刻度的直线尺61固定在杆26。又，在与直线尺61对向的壳体21的外面，安装读取设在直线尺61的刻度的直线尺头62。直线尺61和直线尺头62构成检测焊接工具28的高度方向位置的位置检测部，直线尺头62与控制部50连接。从电源19向音圈电机20的线圈23供给驱动用电源。焊接台41在内部设有加热吸附固定在焊接台41的基板42的台加热器48。又，构成为焊接台41可以由没有图示的驱动机构驱动沿X、Y方向移动。控制部50是在内部包含进行信号处理的CPU51和存储器52的计算机，在存储器52中包含进行焊接控制的焊接程序53，控制用数据58，基准位置设定程序54，焊接工具位置保持冷却程序55，第二基准位置设定程序56，第二焊接工具位置保持冷却程序57，相接检测程序59。电机13与控制部50连接，构成为根据控制部50的指令，控制旋转方向、旋转角度，电源19与控制部50连接，构成为根据控制部50的指令，使得向线圈23输出的电流、电压变化，陶瓷加热器组件27、台加热器48与控制部50连接，构成为根据控制部50的指令，控制其发热状态。又，设在第一空气管72的电磁阀64，设在第二空气管71的电磁阀63，设在第一真空配管75的电磁阀77，以及设在第二真空配管74的电磁阀76与控制部50连接，构成为根据控制部50的指令开闭。如图3所示，上下翻转吸附在焊接工具28前端的电子器件31表面设有多个电极32，在该各电极32上形成各金凸块33。金凸块33包括电极32侧的圆板型的基部34以及以圆锥形从基部突出的凸部35。又，吸附固定在焊接台41的基板42在表面形成铜电极43，在铜电极43表面形成焊锡膜44。该焊锡膜44的厚度非常薄，为10 30 μ m左右。电极32、金凸块33和基板的铜电极43分别对向配置。如图4所示，直线尺61在直线尺本体61a上以非常细的间距L设有刻度61b。直线尺头62在内部包含照射直线尺61的刻度61b的光源，使得来自光源的光透过的格子，检测在直线尺61的刻度61b反射的光的受光装置，以及处理从受光装置输入的信号的信号处理部。从光源射出的光通过格子，在直线尺61的刻度61b反射，在光电二极管那样的受光装置上生成干涉条纹。若直线尺61向着刻度61b的长度方向与直线尺头62相对移动，则该干涉条纹移动，从受光装置输出刻度61b的间距L或间距L的1/2周期的正弦波信号。正弦波信号是其位相90度错开的二相正弦波。直线尺头62在信号处理部根据上述二相正弦波的输出差，输出直线尺61和直线尺头62的相对移动量。当刻度61b的间距L例如几μ m场合，移动量的检测精度成为Inm左右。边参照图5至图7边说明通过上述那样构成的电子器件安装装置100将图3所示的电子器件31接合在基板42的焊接动作。在此，电子器件31包含半导体芯片，晶体管，二 极管等。控制部50将电磁阀77设为开，通过第一真空配管75，从设在陶瓷加热器组件27内部的如图2所示的第一空气吸引通道94吸出空气，使得第一真空吸附槽95内部为真空，将焊接工具28真空吸附在陶瓷加热器组件27的下面。又，控制部50将电磁阀76设为开，通过第二真空配管74，从设在陶瓷加热器组件27内部的如图2所示的第二空气吸引通道93、真空槽96、第三空气吸引通道97吸出空气，使得焊接工具28的第二真空吸附槽98内部为真空，将电子器件31真空吸附在焊接工具28的台座28c的下面28e。控制部50使得焊接台41沿X、Y方向移动，如图3所示，进行电子器件31的电极32和基板42的铜电极43的对位。在初始状态下，如图I所示的电磁阀63、64关闭，因此，冷却空气不流入陶瓷加热器组件27。若位置一致，则控制部50如图5的步骤SlOl、图6的从时间tl至t2所示，开始使得焊接工具从初始高度Htl下降的下降动作。该下降动作通过以下方法实行使得图I所示的电机13旋转，使得进给螺杆18旋转，而进给螺杆18拧入固定于升降块15的螺母17，这样使得升降块15朝下方向移动。控制部50根据电机13的旋转角度检测下降位置，如图5的步骤S102所示，判断是否下降到图6所示的所定的高度氏。若下降到高度H1,则金凸块33和焊锡膜44、铜电极43如图7 (a)所示，虽然相当接近，但金凸块33的凸部35和焊锡膜44之间还存在间隙。在下降动作中，音圈电机20、杆26、焊接工具28成为一体下降，因此，安装在杆26的直线尺61和音圈电机20的壳体21之间不产生高度差，来自直线尺头62的检测信号从初始输出开始不变化。接着，若控制部50判断下降到所定高度H1,则使得电机13停止，停止下降动作，如图5的步骤S103所示，开始检测图3所示金凸块33的前端与基板42的铜电极43的焊锡膜44相接的位置的检索动作。如图6的从时间t2至t3所示，检索动作是金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44表面相接前使得焊接工具28的高度一点一点下降的动作。该动作通过例如如下那样使得向音圈电机20的线圈23的通电电流变化执行。若控制部50输出检索动作的下降位置的指令，则电源19根据该下降位置的指令值，使得电流向音圈电机20的线圈23通电。于是，线圈23朝下方向移动，其前端24与杆26上端接触。杆26由板簧25安装在壳体21，因此，流过线圈23的电流增加，线圈23的前端24往下推压杆26，若板簧25因该往下推压力而弯曲，则杆26朝下方向移动，焊接工具28的前端逐渐下降。若杆26朝下方向移动，则固定在杆26的直线尺61和音圈电机20的壳体21之间的相对高度产生差，因此，直线尺头62检测直线尺61的移动量。控制部50根据该直线尺头62的检测信号的变化，取得焊接工具28的下降位置，对下降位置的指令值施加反馈，调整从电源输出的电流。接着，可以执行一点点增加流向线圈23的电流使得焊接工具28前端一点点下降的检索动作。检索动作期间，控制部50如图5的步骤S104所示，通过相接检测手段监视金凸块33的凸部35的前端是否与焊锡膜44表面相接。若金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接，则线圈23朝下方向的移动停止，由直线尺头62检测到的下降位置和检索动作时的下降位置的指令值之间产生差。当该下降位置的指令值和由直线尺头62检测到的下降位置之差超过所定阈值场合，控制部50判断金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接(相接检测工序)。直线尺61的上下方向的位置调整为使得当金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接时，刻度61b的长度方向的中央来到直线尺头62的正面，因此，直 线尺头62能测定以金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接的位置为中心朝上下方向的移动量。如图5的步骤S105、图6的时间t3所示，若控制部50判断金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接，则判断焊接工具28到达基准位置高度H2,将那时由直线尺头62检测到的高度H2设定作为焊接工具28的基准高度(基准位置)(基准位置设定)。又，图7(b)表示金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接的状态。若设定了基准高度，则如图5的步骤S106所示，控制部50实行焊接工具28往下推压基板42的推压载荷成为一定的载荷一定动作。该动作也可以例如使得向音圈电机20的线圈23通电的电流值成为大致一定，使得线圈23的前端24往下推压杆26的力成为一定。又，如上所述，也可以设置用于检测焊接工具28往下推压基板42的推压载荷的载荷传感器，控制线圈23的电流变化，使得由该载荷传感器检测到的推压载荷成为一定。如图5的步骤S107所示，控制部50取得由直线尺头62检测到的高度方向的移动量和基准高度H2之差，将从金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接时的焊接工具28的高度H2 (基准高度)接近基板42的距离，即从基准高度H2的朝下的移动距离作为沉入量D计算。控制部50如图5的步骤S108所示，开始监视沉入量D是否超过所定的阈值。图6的从时间&至t3期间，金凸块33的凸部35的前端不与焊锡膜44相接，因此，焊锡膜44的温度因图I所示台加热器48成为与基板42温度相同的温度T。。另一方面，电子器件31由配置在焊接工具28上部的陶瓷加热器27h加热到更高温。因此，若在图6的时间t3，金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接，则从金凸块33的凸部35的前端向焊锡膜44开始传递热。接着，若成为图6的时间t4，则焊锡膜44的温度开始上升。接着，若从图6的时间t4至时间t5，焊锡膜44温度上升，则伴随其温度上升，铜电极43的温度也上升，其结果，铜电极43和焊锡膜44热膨胀。该期间，往下推压载荷一定，因此，焊接工具28的位置从金凸块33的前端与焊锡膜44相接时的基准高度H2逐渐上升，在时间t5上升到高度H3。这时，焊接工具28的位置是比基准高度H2高的高度H3,因此，如图6所示，从基准高度H2的朝下的移动量D1 ( = H2 — H3)成为负值，因此，沉入量D没有超过所定的阈值。若在图6所示时间t5，焊锡膜44的温度上升到作为焊锡熔融温度的温度T1,则焊锡膜44开始熔融。这时，控制焊接工具28使得成为推压载荷一定，因此，如图7(c)所示，金凸块33的凸部35沉入到熔融的焊锡膜44之中。S卩，在图6所示时间丨5、高度H3,焊接工具28的高度从上升变化为下降。并且，下降的凸部35的周围被熔融焊锡45围住。这样，若金凸块33的凸部35的前端沉入到焊锡膜44之中，则焊接工具28的高度成为比基准高度H2低的位置，从基准高度H2朝下方向的移动量，即沉入量D成为正值。接着，如图6的时间t6所示，若焊接工具的高度成为高度H4,沉入量D( = H2 — H4)成为所定值，则如图7(c)所示，成为在金凸块33的凸部35的前端和基板42的铜电极43之间焊锡膜44以数μ m厚度存在的状态。接着，若沉入量D超过所定阈值，则如图5的步骤S109所示，控制部50判断焊锡膜44热熔融，停止载荷一定控制，开始一边将焊接工具28的高度以时间t6的高度H4保持一定，一边冷却陶瓷加热器27h、焊接工具28的焊接工具位置保持冷却动作。该动作若举一例，可以在焊接工具28的高度为高度H4的状态下，由直线尺头62检测上下方向移动量，使得向音圈电机20的线圈23的通电电流变化，使得与基准高度H2 的差成为所定阈值以下。焊锡膜44的厚度为10 30 μ m，因此，通过由直线尺头62以Inm程度检测、控制焊接工具28的上下方向位置，如图7(c)所示，在金凸块33的凸部35的前端和基板42的铜电极43之间能维持由焊锡膜44形成的厚度数μ m状态。若开始焊接工具位置保持冷却动作，则控制部50断开加热焊接工具28的陶瓷加热器27h，同时，向陶瓷加热器组件27、焊接工具28供给冷却空气进行冷却，冷却陶瓷加热器27h、焊接工具28、以及吸附在其前端的电子器件31。控制部50将图I所示的电磁阀64,63设为开，从第一空气管72、第二空气管71经图2所示第一空气入口 82、第二空气入口 81向第一空气供给通道84、第二空气供给通道83流入冷却空气。向第一空气供给通道84流入的冷却空气在设在陶瓷加热器27h下侧的第一冷却流道86中沿水平方向流动，冷却陶瓷加热器27h和焊接工具28之间的加热器基座27a的部分。在第一冷却流道86中流动冷却加热器基座27a的空气从第一空气出口 90向外部排出。又，向第二空气供给通道83流入的冷却空气从第二空气供给通道83流入第三空气供给通道85后，从第三空气供给通道85进入第二冷却流道87，沿台座28c的下面28e的方向水平流动，从设在台座28c的侧面28d的第二空气出口 89向外部排出。这样，从第一空气入口 82、第二空气入口 81流入的空气冷却陶瓷加热器27h的下部的加热器基座27a的部分和焊接工具28，因此，能更有效地冷却吸附在焊接工具28前端的电子器件31。因此，伴随电子器件31的冷却，如图7(c)所示的金凸块33也急速被冷却，在金凸块33的凸部35的前端和基板42的铜电极43之间，维持焊锡膜44厚度数μ m的状态下，冷却金凸块33的凸部35周围的焊锡45。接着，如图6的时间t7所示，若焊锡膜44的温度降低到焊锡凝固温度T3,则焊锡凝固，如图7(d)所示，在金凸块33的凸部35的前端和基板42的铜电极43之间，在焊锡膜44的厚度为数ym状态下，焊锡45凝固，成为接合金属46。如图5的步骤SllO所示，若经过所定时间，控制部50判断冷却结束，在图6的时间t7，将图I所示的电磁阀63、64关闭，停止流入冷却空气。接着，控制部50关闭电磁阀76，停止从第二空气吸引通道93吸引空气，解除第二真空吸附槽98的真空，解除吸附固定在焊接工具28的台座28c的下面28e的电子器件31。此后，如图5的步骤Slll所示，控制部50由电机13使得进给螺杆18旋转，使得焊接工具28上升到初始高度Htl,结束电子器件31的焊接。如上所述，本实施形态的电子器件安装装置100冷却陶瓷加热器27h的下部的加热器基座27a的部分和焊接工具28，因此，能更有效地冷却吸附在焊接工具28前端的电子器件31，能短时间使得焊锡凝固，能缩短焊接时间。又，本实施形态的电子器件安装装置100根据焊接工具28的沉入量D判断焊锡膜44熔融，从载荷一定控制移到焊接工具位置保持冷却控制，因此，能将焊接工具28的高度维持在因焊锡熔融引起的微小沉入量D的位置。由此，金凸块33的凸部35的前端位于薄焊锡膜44的厚度中，能在金凸块33的凸部35的前端不接触基板42的铜电极43的状态下，使得焊锡凝固，进行电子器件31的安装。并且，能抑制金凸块33的凸部35和铜电极43接触，能抑制金凸块33变形而与邻接的金凸块33接触成为不良，或因接触载荷而损伤电子器件，能提高焊接质量。
在上述实施形态中，说明在金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接状态下，焊接工具28位于基准高度H2场合，将直线尺的刻度设定作为基准刻度，但是，也可以如图6所示时间t5所示，将金凸块33的凸部35的前端与焊锡膜44相接后，由直线尺头62读取焊接工具28的高度从上升变化到下降时的位于高度H3状态的直线尺61的刻度，作为第二基准刻度(第二基准位置设定)。这种场合，与上述说明的实施形态相同，在沉入量成为图6所示D2 = H3 — H4时，从载荷一定控制切换为焊接工具位置保持冷却控制(第二焊接工具位置保持冷却动作)。这种场合也具有与上述实施形态相同的效果。参照图8说明本发明另一实施形态。与参照图I至图7说明部分相同部分标以相同符号，说明省略。本实施形态如图8所示，设在陶瓷加热器组件27、焊接工具28的第二空气吸引通道93、真空槽96、第三空气吸引通道97的位置、以及设在焊接工具28的冷却空气流道的形状不同，其他构成与参照图I至图7说明的实施形态相同。如图8B所示，从图8A的箭头B方向看，在焊接工具28的上面28a形成十字型的四方截面的槽101。若因第一真空吸附槽95的真空，焊接工具28吸附在陶瓷加热器组件27的加热器基座27a的下面，则槽101的上面由加热器基座27a的下面盖住，槽101成为从焊接工具中心向着四方的四方截面的冷却流道。构成为第二空气供给通道83与上述槽101的中央部连通。第二空气供给通道83的加热器基座27a的下面端成为向由槽101和加热器基座27a构成的方型冷却流道供给冷却空气的制冷剂供给口。图8C是表示从图8A所示箭头A方向看的台座28c的下面28e的图。如图8C所示，在台座28c设有第三冷却流道103，其沿着台座28c的下面28e的方向延伸，与设在各侧面28d侧的各第三空气出口 104连通。并且，在槽101的台座28c的各侧面28d侧的端部，设有第四空气供给通道102，其从槽101向着焊接工具28的厚度方向延伸，与第三冷却流道103连通。第三空气吸引通道97配置在与上面说明的槽101不接触的位置，与该位置一致，配置真空槽96、第二空气吸引通道93。若从第二空气入口 81流入空气，则流入的冷却空气从第二空气供给通道83流入槽101，在槽101中，向着焊接工具28的四方流动，冷却焊接工具28后，从第四空气供给通道102流向第三冷却流道103，冷却焊接工具28的台座28c，从设在台座28c的各侧面的第三空气出口 104排出到外部。本实施形态具有与上面说明的实施形态相同的效果。又，本实施形态构成为，槽101作为焊接工具28的冷却流道的一部分设在焊接工具28的上面28a，用陶瓷加热器组件27的加热器基座27a的下面盖住该槽101，因此，冷却流道加工容易。在本实施形态中，槽101的形状设为十字型，但是，只要能用槽和加热器基座27a的下面构成冷却焊接工具28的冷却流道，槽的形状不管什么样的形状都行。又，第三空气出口 104也可以不设置在台座28c的各侧面28d，也可以在某个侧面28d至少设置一个。在上述说明的各实施形态中，冷却陶瓷加热器组件27、焊接工具28的第一冷却流道86、第二冷却流道87、第三冷却流道103通过开闭电磁阀63、64进行开闭，但是，也可以将各电磁阀63、64设为可调节流量的流量调节阀，根据冷却时间调整其开度，根据冷却时间使得空气流量变化。又，也可以根据电子器件31的温度等使得其空气流量变化。 本发明并不局限于上述说明的实施形态，其包含不脱离由权利要求书规定的本发明的技术范围或本质的全部变更及修正。
权利要求
1.一种电子器件安装装置，将电子器件安装在基板上，其特征在于 所述电子器件安装装置包括 基体部，朝着与上述基板接离方向被驱动，内藏加热器；以及焊接工具，设有与上述基体部的表面密接固定的第一面，以及形成在与上述第一面相反侧的第二面、在其表面吸附保持上述电子器件的台座，由上述基体部的上述加热器加热，将吸附在上述台座表面的电子器件热压接到基板上； 上述焊接工具设有连通上述第一面和上述台座的侧面的冷却流道； 通过热熔融的接合金属，接合上述电子器件的电极和上述基板的电极。
2.如权利要求I所述的电子器件安装装置，其特征在于 上述焊接工具的上述冷却流道至少其一部分是沿着上述台座表面的方向流动制冷剂的流道。
3.如权利要求2所述的电子器件安装装置，其特征在于 上述基体部包括制冷剂供给通道，该制冷剂供给通道包含设在侧面、流入制冷剂的制冷剂入口，以及设在密接固定焊接工具的表面、将从上述制冷剂入口流入的制冷剂供给到焊接工具的冷却流道的制冷剂供给口； 上述焊接工具的上述冷却流道由沿设在上述第一面的上述台座表面的方向延伸的槽以及覆盖上述槽的上述基体部的表面构成，所述槽的一端与上述制冷剂供给口连通，另一端与设在上述台座侧面的制冷剂出口连通。
4.如权利要求I至3任一项所述的电子器件安装装置，其特征在于 上述电子器件安装装置包括 驱动部，沿着与上述基板接离方向驱动上述基体部； 位置检测部，检测上述焊接工具的与上述基板接离方向的位置； 截止阀，开闭上述焊接工具的冷却流道；以及 控制部，通过上述驱动部使得上述焊接工具的与上述基板接离方向的位置变化，同时开闭上述截止阀； 上述控制部包括焊接工具位置保持冷却手段，一边由上述加热器加热上述电子器件，一边当上述焊接工具从基准位置只以所定距离靠近上述基板场合，判断上述电子器件的电极和上述基板的电极之间的上述接合金属热熔融，保持那时的上述焊接工具的相对上述基板的沿着接离方向的位置，同时，将上述截止阀设为开，向上述焊接工具的冷却流道供给制冷剂，进行上述焊接工具的冷却。
5.如权利要求4所述的电子器件安装装置，其特征在于 上述电子器件在电极上形成凸块； 上述基板在电极上形成接合金属膜； 上述控制部进一步包括 相接检测手段，根据来自上述位置检测部的信号，判断上述凸块和上述膜的相接；以及 基准位置设定手段，由上述相接检测手段判断上述凸块和上述膜相接场合，将上述焊接工具的相对上述基板的位置设定作为上述基准位置。
6.如权利要求5所述的电子器件安装装置，其特征在于上述控制部进一步包括 第二基准位置设定手段，由上述基准位置设定手段设定上述基准位置后，上述焊接工具的沿着与上述基板的接离方向的距离从增加变化到减少场合，将上述焊接工具的相对上述基板的位置设定作为第二基准位置；以及 第二焊接工具位置保持冷却手段，一边加热上述电子器件，一边上述焊接工具从上述第二基准位置只以第二所定距离靠近上述基板场合，判断上述电子器件的电极和上述基板的电极之间的上述接合金属热熔融，保持那时的上述焊接工具的相对上述基板的沿着接离方向的位置，同时，打开上述截止阀，向上述焊接工具的冷却流道供给制冷剂，进行上述焊接工具的冷却。
7.一种电子器件安装方法，其特征在于 所述电子器件安装方法包括 准备电子器件安装装置的工序，所述电子器件安装装置包括 基体部，朝着与上述基板接离方向被驱动，内藏加热器； 焊接工具，设有与上述基体部的表面密接固定的第一面，形成在与上述第一面相反侧的第二面、在其表面吸附保持上述电子器件的台座，以及连通上述第一面和上述台座的侧面的冷却流道，由上述基体部的上述加热器加热，将吸附在上述台座表面的电子器件热压接到基板上； 驱动部，沿着与上述基板接离方向驱动上述基体部； 位置检测部，检测上述焊接工具的与上述基板接离方向的位置；以及 截止阀，开闭上述焊接工具的冷却流道；以及 焊接工具位置保持冷却工序，一边由上述加热器加热上述电子器件，一边上述焊接工具从基准位置只以所定距离靠近上述基板场合，判断上述电子器件的电极和上述基板的电极之间的上述接合金属热熔融，保持那时的上述焊接工具的相对上述基板的沿着接离方向的位置，同时，打开上述截止阀，向上述焊接工具的冷却流道供给制冷剂，进行上述焊接工具的冷却； 通过热熔融的接合金属，接合电子器件的电极和基板的电极。
全文摘要
在通过热熔融的接合金属接合电子器件(31)的电极和基板的电极、将电子器件(31)安装在基板上的电子器件安装装置中，所述电子器件安装装置包括:基体部(27a),朝着与基板接离方向被驱动,内藏加热器(27h);以及焊接工具(28),设有与基体部(27a)的下面密接固定的上面(28a),以及形成在下面(28b)、吸附保持电子器件(31)的台座(28c)，由基体部(27a)的陶瓷加热器(27h)加热，将吸附在台座(28c)的电子器件(31)热压接到基板上;焊接工具(28)设有连通上面(28a)和台座(28c)的侧面(28d)的冷却流道。由此,缩短安装电子器件时的冷却时间。
文档编号H01L21/52GK102959695SQ201180030619
公开日2013年3月6日 申请日期2011年6月27日 优先权日2010年6月30日
发明者永井訓, 園田幸孝 申请人:株式会社新川