專利名稱：接合裝置以及用于該接合裝置的噴嘴單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用導電部件將第一部件接合到第二部件的接合裝置，以及一種用于其中的噴嘴單元。
背景技術：
在磁頭的生產過程中，通過利用焊球的釬焊/軟釬焊(soldering)將磁頭浮動塊的電極和柔性軸的電極相接合。更具體的說，這些電極這樣實現接合通過將電極以90°的角度定位、將焊球定位在電極之間和使用熱絲等使焊球熔化，從而電接合這些電極。在下文將參照
利用焊球的現有技術的釬焊裝置。
圖9是用于一釬焊過程的吸嘴的局部橫截面視圖，該釬焊過程利用現有技術的第一釬焊裝置300。該圖示出形狀大致為矩形平行六面體的浮動塊309，和撓曲件311。浮動塊電極313設置在該浮動塊309的端部上。浮動塊309安裝在薄板形的撓曲件311上，并且撓曲件311的撓曲件電極315延伸以便與該浮動塊電極313形成大約90°的角度。用于釬焊這些物體的釬焊裝置具有以下結構。
該釬焊裝置配備有圓錐管部件構成的吸嘴301，用于將來自焊料貯存器的焊球307傳送到要被釬焊的電極。吸嘴301連接到未示出的吸力源，并通過噴嘴的內部空間305和一吸孔303將來自該吸力源的吸力施加到焊球307，從而將焊球307吸引保持在吸嘴301的遠端。被吸在吸嘴301上的焊球307在被支承在與浮動塊電極313和撓曲件電極315接觸的位置的狀態下例如由未示出的激光束熔化。熔化的焊球在浮動塊電極和撓曲件電極之間凝固，從而電接合兩個電極。可參見日本專利申請未決公開No.2006-88192(圖3)。
但是，上述電極隨著磁頭的小型化而變得更小。在上述釬焊裝置300中，必須在吸引保持焊球307的狀態下穩定地和可靠地使吸嘴301的遠端接近電極，但是隨著電極尺寸的減小，難以在吸嘴301的遠端不與電極接觸的情況下支承焊球307。因此，提出了另一種釬焊裝置。下文將說明另一種釬焊裝置的結構。
圖10是另一種釬焊裝置的局部橫截面視圖。在這種釬焊裝置400中，通過加熱使固體焊球407熔化，并且將熔化的焊球407噴射到基板上從而執行釬焊。
釬焊裝置400包括噴嘴組件401，該噴嘴組件具有用于噴射焊球407的噴嘴402和用于支承噴嘴402的噴嘴主體413，用于存儲焊球407的貯存器415，以及用于熔化焊球407的激光器417。噴嘴402具有朝遠端變尖的形狀。設置在噴嘴402內的一容納部405的孔口403的內徑小于焊球407的外徑，該噴嘴容納部405的其它部分的內徑大于焊球407的外徑。因此，被引入噴嘴402的容納部405的固態焊球407在孔口403附近被支承在容納部405內。
來自激光器417的激光束穿過噴嘴主體413的激光引入路徑419被引入噴嘴402的容納部405，并照射被支承在孔口403附近的焊球407，從而使焊球407熔化。然后，從未示出的壓縮氣體源向容納部405中供給壓縮氣體，從而噴射出熔化的焊球407。參見日本專利申請未決公開No.2004-534409(圖1到4)。
在這里所公開的釬焊裝置400中，由于焊球407在噴嘴402的容納部405內熔化，所以熔化的焊球407可能部分地或全部地粘在容納部405的內壁或粘在圍繞孔口403的外壁上。當焊球407粘在容納部405的內壁上時，在隨后被引入容納部405的焊球407和容納部405的內壁之間形成間隙，并且壓縮氣體可能從該間隙泄漏，從而該容納部不能保持合適的內壓，這會導致熔化的焊球的不充分噴射。
此外在噴射熔化的焊球407時，熔化的焊球407可能被粘在內壁上的熔化的焊料部件的表面張力牽引，并且可能沿偏離預期噴射方向的方向噴射。此外，粘附的焊料部件會導致噴嘴402的孔口403堵塞。
發明內容
為了解決上述缺陷，必須更換被污染的噴嘴或除去粘在噴嘴402的內壁或外壁上的釬焊材料。
因此，本發明的一個目的是提供一種接合裝置和用于該接合裝置的噴嘴單元，其能夠可靠地噴射導電部件，并且導電部件例如熔化的焊料部件不會堵塞噴嘴組件例如噴嘴，或者熔化的導電部件不會粘在孔口的周圍。本發明的另一個目的是提供一種接合裝置和用于該接合裝置的噴嘴單元，其能夠執行接合，并且該接合裝置或噴嘴單元的遠端部分不會接觸要接合的第一部件和第二部件。
本發明的另一個目的是提供一種能夠提高沉積精度的接合裝置以及用于該接合裝置的噴嘴單元。
更具體地說，本發明的接合裝置和噴嘴單元具有以下結構。
本發明的噴嘴單元的第一方面是一種用于以下接合裝置的噴嘴單元，該接合裝置將熱熔化的導電部件放置在用于使第一部件和第二部件接合的接合位置，從而使第一部件和第二部件電接合，該噴嘴單元包括管狀噴嘴組件，該噴嘴組件具有容納導電部件的容納空間和與該容納空間連通的孔口，容納在該容納空間內的導電部件通過該孔口噴射到接合位置，并且該孔口的直徑大于該導電部件的直徑；和用于將該導電部件可釋放地支承在該容納空間內的支承部件；其中，該噴嘴組件在從該支承部件支承的導電部件的位置到該孔口的區域內包括內徑與該孔口的直徑相等的管狀導向區域。
本發明的接合裝置的第一方面是一種接合裝置，該接合裝置將熱熔化的導電部件放置在用于使第一部件和第二部件接合的接合位置，從而使第一部件和第二部件電接合，該接合裝置包括管狀噴嘴組件，該噴嘴組件具有容納導電部件的容納空間和與該容納空間連通的孔口，容納在該容納空間內的導電部件通過該孔口噴射到接合位置，并且該孔口的直徑大于該導電部件的直徑；和用于將該導電部件可釋放地支承在該容納空間內的支承部件；通過用熱射線照射向該導電部件提供熱量從而加熱該導電部件的加熱單元；以及使釋放該支承部件的支承的定時和加熱單元進行加熱的定時同步的控制單元；其中，噴嘴組件在從該支承部件支承的導電部件的位置到該孔口的區域內包括內徑與該孔口的直徑相等的管狀導向區域。
在本說明書中，釋放步驟(通過一保持釋放單元釋放)和加熱步驟(通過一加熱單元加熱)的同步是指使釋放步驟和加熱步驟的定時及時相關聯，更具體地是指以這樣的方式執行加熱步驟，即，在熔化的焊料部件和該保持釋放單元形成不會造成相互干擾的位置關系的定時該焊料部件開始熔化。因此，釋放定時和照射定時不需要同時，并且其中任何一個都可較早地執行。
此外在本說明書中，導電部件是指能夠使構成接合物體的部件電連接的部件，例如金屬材料或合金，諸如焊料或金。
本發明的釬焊方法和釬焊裝置將固態焊料部件保持在與基板隔開預定距離的位置，然后在該位置釋放保持，并向空氣中的焊料部件提供熱射線，并且不會保持熔化的焊料部件，從而可避免在焊料保持單元例如噴嘴內造成污染。
此外，由于在焊料保持-釋放部件與電極分離的狀態下執行釬焊，所以可防止焊料保持-釋放部件接觸構成釬焊物體的電極，從而可避免電極或焊料保持-釋放部件損壞。
而且，在從焊料部件被支承部件支承的位置到孔口的范圍內，噴嘴組件的內徑與孔口的直徑基本相同，從而可限定在焊料部件從支承部件釋放之后的噴射方向。因此，可提高焊料部件的沉積位置的精度。
圖1A是在止動件處于關閉位置的狀態下實施例1的釬焊裝置的局部橫截面視圖；圖1B是在止動件處于打開位置的狀態下實施例1的釬焊裝置的局部橫截面視圖；圖2是釬焊過程的流程圖；圖3是實施例2的釬焊裝置的局部橫截面視圖；圖4是具有電磁螺線管類型的致動器的打開/關閉單元的正視圖；圖5是示出利用打開/關閉單元的噴嘴組件的橫截面視圖，該打開/關閉單元使用壓電致動器；圖6是示出使用壓電致動器的另一個打開/關閉單元的正視圖；圖7A是實施例3的釬焊裝置的局部橫截面視圖，圖7B是從方向VIIB看到的仰視圖；圖8A是實施例4的釬焊裝置的局部橫截面視圖，圖8B是部分VIIIB的放大視圖；圖9是第一現有技術的釬焊裝置的局部橫截面視圖；以及圖10是另一種釬焊裝置的局部橫截面視圖。
具體實施例方式
下文將參照
本發明的釬焊裝置的實施例。
(實施例1)圖1A和1B是體現本發明的釬焊裝置的局部橫截面視圖，其中圖1A示出止動件處于關閉位置的狀態，圖1B示出止動件處于打開位置的狀態。圖1A和1B示出的實施例是用焊料部件進行釬焊以便將磁頭的大致為矩形的浮動塊109與薄板形撓曲件111電連接的裝置，該焊料部件是球形焊球107，浮動塊109將安裝在該撓曲件111上。
首先將說明要釬焊的浮動塊109和撓曲件111的結構。浮動塊109在其一個端面上具有由金屬板形成的浮動塊電極113。在撓曲件111上設置有由金屬板形成的撓曲件電極115，并且浮動塊電極113和撓曲件電極115構成大約90°的角度部分114。通過在角度部分114附近沉積熔化的焊球107a，使浮動塊電極113和撓曲件電極115電連接(圖1B)。
為了進行釬焊，必須將焊料部件沉積在浮動塊電極113和撓曲件電極115兩者上。因此，為了將焊料部件可靠地沉積在浮動塊電極113和撓曲件電極115兩者上，利用角度部分114作為定位V形凹槽。這樣，即使在焊料部件的噴射位置偏離預定位置時，焊球仍可被浮動塊電極113和撓曲件電極115的表面引導到角度部分114。從而，熔化的焊球以自對準的方式定位在角度部分114內。
釬焊裝置100包括保持-釋放單元，向焊球107提供熱射線從而熱熔化焊球107的加熱單元或激光器117，以及控制單元135，該保持-釋放單元將固態焊球107可釋放地保持在一個位置，該位置與焊料部件要沉積在撓曲件電極115上的預定位置(角度部分114)垂直向上地間隔預定距離，該控制單元使釋放該保持-釋放單元內的保持的定時和通過加熱單元進行加熱的定時同步。
本實施例的保持-釋放單元由噴嘴組件101和打開/關閉單元122構成。噴嘴組件101包括用于噴射焊球107的噴嘴102，以及噴嘴主體104，噴嘴102安裝在噴嘴主體上。此外，構成保持-釋放單元的打開/關閉單元122由止動件123和用于驅動止動件123的驅動單元125構成，該止動件123用于打開/關閉稍后將說明的噴嘴102的孔口106。
噴嘴組件101的噴嘴102是圓柱形部件，該噴嘴中包含用于容納焊球107的容納部105，并在沿縱向的兩端上具有孔口。噴嘴102的沿縱向的一端安裝在噴嘴主體104上，而另一端構成用于將焊球107噴射到噴嘴外部的孔口106。此外，噴嘴102的容納部105的內壁的直徑至少大于焊球107的外徑，從而焊球107可在噴嘴102內自由地滾動和移動。孔口106的直徑稍大于焊球107的外徑，以便孔口106還具有沿橫向(圖1A內的方向X和方向Y(相對于圖1B的平面的前后方向))限定焊球107的位置的作用。因此，噴嘴102的定位確定了孔口106內的焊球的位置。
噴嘴主體104中設有激光引入路徑119，該路徑沿大致垂直的方向(重力方向)(附圖中的上下方向)延伸，并且用于引導激光束。激光引入路徑119的上端被激光引入部分127封閉，該激光引入部分由能夠透射激光束的玻璃材料形成。激光引入路徑119的下端連接到噴嘴102的一端，從而激光引入路徑119與容納部105連通。在本實施例中，激光引入路徑119、噴嘴容納部105和孔口106的中心軸線在一條直線上。
噴嘴主體104還設有焊球引入路徑121，用于將來自稍后將說明的貯存器128的焊球107引導到噴嘴102的容納部105。焊球引入路徑121在其一端連接到貯存器128的焊料供給口129，并在另一端連接到噴嘴主體104的激光引入路徑119。因此，貯存器128和激光引入路徑119通過焊球引入路徑121連接。焊球引入路徑121的內徑大于焊球107的外徑，以便焊球107能夠滾動。
在噴嘴組件101的激光透射部127上方設置有加熱部件即激光器117，該加熱部件向焊球107提供熱射線以便進行熱熔化。激光器117由已知裝置形成，并且構造成使得從激光器117發射的激光束的光軸與激光引入路徑119、噴嘴容納部105和孔口106的中心軸線對齊。因此，激光束穿過激光透射部127，進入噴嘴主體104的激光引入路徑119，進一步穿過噴嘴102的容納部105并通過孔口106行進到噴嘴組件101的外部。
打開/關閉單元122垂直地設置在噴嘴102的孔口106的下方。驅動單元125使打開/關閉單元122的止動件123在關閉位置和打開位置之間移動，該關閉位置正好位于孔口106的下方并關閉孔口106(圖1A中的位置)，該打開位置從孔口106下方移動到沿x方向的右手側從而打開孔口106。當止動件123處于關閉位置時，被引入容納部105的焊球107由噴嘴102的內壁和止動件123的上表面保持。當驅動單元125使止動件123沿x方向向右移動時，噴嘴102的孔口106打開，從而從噴嘴102噴射出焊球107(圖1B內的箭頭Y表示的方向)。由于噴嘴102設置在與焊球107要沉積的預定位置(角度部分114)垂直向上地間隔預定距離的位置，所以釋放的焊球被朝向該預定位置噴射。
本實施例的釬焊裝置100還包括控制單元135。該控制單元135輸出驅動命令信號和照射命令信號，該驅動命令信號用于驅動用于打開/關閉單元122的止動件123的驅動單元125，該照射命令信號用于驅動激光器117，從而使用于止動件123到達打開位置的驅動開始定時和由激光器117進行激光照射的開始定時同步。
釬焊裝置100還連接到用于存貯焊球107的貯存器128。貯存器128的焊料供給口129連接到釬焊裝置100中的噴嘴主體104的焊球引入路徑121的端部。因此，出自貯存器128的焊料供給口129的焊球107通過焊球引入路徑121被引導到激光引入路徑119和噴嘴容納部105中。
現在，將參照圖1A、1B和2說明體現本發明的釬焊方法，該方法利用具有上述結構的釬焊裝置100。
首先，通過未示出的移動機構將噴嘴102移動到一個位置，該位置與熔化的焊球107a要沉積在撓曲件電極上的預定位置垂直向上地間隔預定距離(步驟1(S1))。該移動機構使用例如能夠沿三個軸線(x軸，y軸和z軸)移動的已知結構。此外，通過使用定位像機例如CCD像機和用于確認來自該定位像機的圖像的監控器對噴嘴和要釬焊的物體成像，來識別在該預定位置的定位。
然后，通過焊料引入路徑121和激光引入路徑119，將焊球107從貯存器128引入容納部105(步驟2(S2))。在此情況下，打開/關閉單元122處于關閉狀態，并且噴嘴102的孔口106被止動件123封閉。從而，在容納部105中，焊球107在孔口106附近被放置在止動件123的上表面上，從而完成將固態焊料部件保持在一個位置的保持步驟，該位置與焊料部件的沉積位置垂直向上地間隔預定距離(步驟3(S3))。
在隨后的釋放步驟中，使止動件123沿x方向向右移動，以釋放對焊球107的保持，從而在附圖中垂直向下地執行噴射，從孔口106噴射到撓曲件電極115上的預定位置(步驟4(S4))。
與該釋放步驟同步地執行加熱步驟，該加熱步驟通過從激光器117向已經通過孔口106的焊球107提供激光束以便進行熱熔化來執行(步驟5(S5))。激光束穿過激光透射部127、激光引入路徑119、容納部105和孔口106，并熱熔化存在于空氣中的焊球107。
在空氣中熔化的焊球107a沉積在由撓曲件電極115和浮動塊電極113限定的角度部分114上(步驟6(S6))，從而完成釬焊。
上述釬焊方法在焊球107被噴射到噴嘴102外部的空氣中之后執行焊球的熱熔化，從而可防止熔化的焊球粘在噴嘴的內壁上或孔口106的周邊上。
上述實施例1具有這樣的構造，即，整個焊球在通過孔口之后且到達由撓曲件電極和浮動塊電極限定的角度部分之前被熔化，但是本發明并不局限于這種構造。例如，還可采用部分熔化焊球的構造。還可以僅使焊料部件的將與要釬焊的物體接觸的部分熔化，并且在焊球停止在預定位置之后，繼續進行激光照射從而使整個焊球完全熔化。
在專利參考文獻2所公開的并且參照圖10描述的釬焊裝置400的情況下，為了執行熔化在容納部405內的焊球107然后進行噴射的釬焊方法，考慮到熔化的焊料部件(熔化的焊球)的粘滯性，必須選擇用于噴射焊球407的壓縮氣體的壓力。例如，由于熔化的焊料部件的粘滯性，低于預定值的壓縮氣體壓力可能導致焊料部件在噴嘴內堵塞。
另一方面，大于預定值的壓縮氣體壓力能夠避免粘滯性的影響，但是可能導致熔化的焊料部件分散在空氣中，或散布在釬焊物體的表面上或從該表面彈回。噴射固態焊料部件并且不利用壓縮氣體的本發明可避免由熔化的焊料部件導致的這些缺陷。
為了防止焊料部件氧化，在上述實施例中，還可添加用于供給壓縮氣體的已知氣體供應源，并向容納部105供給惰性氣體(壓縮氣體)例如氮，從而在提供壓縮氣體的情況下噴射焊料部件。即使在這種構造中，從噴嘴噴出的焊料部件仍是固態的，從而可以在無需考慮熔化的焊料部件的粘滯性的情況下選擇適合于在基板上沉積的壓縮氣體壓力。因此，在焊料部件的沉積中不會造成困難。
(實施例2)
下面說明釬焊裝置的實施例2，該實施例2具有向焊料部件供給壓縮氣體從而噴射焊料部件的構造。圖3是本發明的實施例2的釬焊裝置的局部橫截面視圖。
要釬焊的浮動塊1151和撓曲件1155定位成使得浮動塊電極1153和撓曲件電極1157形成大約90°的向上角度，并且每種電極設置成至少四個的組。焊料噴嘴1107定位成對應于大約90°的凹槽1159的寬度方向(相對于圖3平面的前后方向)的大約中心位置，該凹槽由利用粘合材料或保持機構臨時定位的浮動塊1151和撓曲件1155的電極限定，并且焊球1131被噴射和熔化以執行電極的電接合。與實施例1不同，與浮動塊1151安裝在一起的撓曲件定位成基本水平。
釬焊裝置1100包括用于將焊料部件從未示出的貯存器傳送到容納部-即蓋部件-的焊料供給單元1101，和用于噴射焊料部件的噴嘴組件1103。釬焊裝置1100設置成相對于水平方向(點劃線H)具有沿噴射方向(點劃線Y)的傾角α。可根據用于釬焊的物體的釬焊位置合適地改變該傾角。更具體地說，該傾角可選擇為從0°(沿基本水平的方向噴射)到360°的任何角度。
基本為圓柱形的焊料供給部1101是可拆卸地安裝在噴嘴組件1103上的部件，并且還用作噴嘴組件1103的蓋部件。焊料供給部1101具有熱射線路徑，用于熔化焊料部件的激光束穿過該路徑。熱射線路徑由激光引入路徑1119和激光束透射部分1127構成。激光引入路徑1119在對應于焊料供給部1101的較短方向的面1101a和1101b之間穿過。在激光引入路徑1119的上表面1101a處的孔口被激光束透射部分1127封閉，該激光束透射部分由可透射激光束的玻璃材料形成，從而只有激光束可通過。激光引入路徑1119在下表面1101b一側開口。當焊料供給部1101安裝在噴嘴組件1103上時，激光引入路徑1119與稍后將說明的噴嘴主體1105的內部空間1109連通。因此，在實施例1中，激光引入路徑和焊球引入路徑分離地設置，但是在實施例2中，激光引入路徑和焊球引入路徑構造成同一個引入路徑。
焊料供給部1101在激光引入路徑1119的沿徑向向外位置具有抽吸路徑1129，該抽吸路徑在上表面1101a和下表面1101b之間穿過。抽吸部分1129在上表面1101a一側與抽吸部1133連接。抽吸路徑1129在下表面1101b一側連接到向下開口的單個凹部1131。凹部1131是具有空心內部的圓柱形凹槽。凹部1131的內部周邊壁的直徑稍大于焊球1117的外徑，而凹部1131的沿垂直于下表面1101b的方向的長度選擇成等于或小于焊球1117的外徑。此外，連接到凹部1131的抽吸路徑1129的直徑制成小于凹部1131的內部周邊壁的直徑。因此，當從抽吸部1133向抽吸路徑1129施加吸力時，該吸力通過凹部1131施加在焊球1117上，從而將焊球保持在凹部1131內。
抽吸路徑1129的在上表面1101a一側的端部還連接到用于供給壓縮氣體的氣體供給部1135。因此，抽吸路徑1129還用作氣體供給路徑。用于將氣體供給部1135提供的壓縮氣體供給焊料部件的氣體供給路徑由抽吸路徑1129、凹部1131、以及稍后將說明的內部空間1109和容納部1113構成。通過氣體供給路徑將壓縮氣體施加在焊球上，從而噴射焊球。使用惰性氣體例如氮氣作為壓縮氣體。
現在將說明噴嘴組件1103。噴嘴組件1103包括用于噴射焊料部件的噴嘴1107，和用于保持噴嘴1107的噴嘴主體1105。噴嘴主體1105大致為圓錐管形，并且設置在其中的內部空間1109具有朝端部變尖的形狀。
焊料引入口1109a-它是噴嘴主體1105的上表面1105a上的孔口-具有這樣的直徑，即，在焊料供給部1101安裝在噴嘴主體1105的上表面1105a上的狀態下，凹部1131定位在焊料引入口1109a的孔口區域內。因此，凹部1131與焊料引入口1109a直接連通。從而，被保持在凹部1131內的焊球1117被釋放，并且當施加壓縮氣體時，焊球從焊料引入口1109a移動到噴嘴主體1105的內部空間1109。因此，內部空間1109用作焊料部件的供給路徑。
噴嘴主體1105的內部空間1109還用作激光束從中通過的激光束路徑。
O形環1121安裝在噴嘴主體1105的上表面1105a上。當焊料供給部1101的下表面1101b安裝在噴嘴主體1105的上表面1105a上時，噴嘴主體1105和焊料供給部1101通過O形環1121密封。此外，為了將焊料供給部1101固定在噴嘴組件1103上，使用已知的裝置例如這樣的機構，該機構向焊料供給部1101提供大于內部空間1109的內部壓力的負荷從而將其壓向噴嘴組件。
噴嘴1107是尖頭形管狀部件，其內部包含容納部1113并在沿縱向方向的兩端開口。噴嘴1107的上端安裝在噴嘴主體1105上，而下端構成用于朝噴嘴外部噴射焊球1117的孔口1115。
此外，噴嘴1107的容納部1113的內壁和孔口1115的直徑至少大于焊球1117的外徑，從而焊球1117可在噴嘴1107內自由地滾動和移動。
另外，實施例2的釬焊裝置1100包括保持-釋放單元，向焊球1117提供熱射線從而熱熔化焊球1117的加熱單元或激光器1118，以及控制部1235，該保持-釋放單元將固態焊球1117可釋放地保持在一個位置，該位置與焊料部件要沉積在撓曲件電極1157上的釬焊位置(角度部分1159)間隔預定距離，該控制部使釋放該保持-釋放單元的保持的定時和通過加熱單元進行加熱的定時同步。
該保持-釋放單元由噴嘴組件1103和打開/關閉單元1222構成。打開/關閉單元1222由用于打開/關閉噴嘴1107的孔口1115的止動件1223和用于驅動止動件1223(沿x方向移動)的驅動單元1225構成。
噴嘴1107的容納部1113的內部還構成用于使激光束通過的激光束路徑。在實施例2中，各部件以這樣的方式設置，使得焊料供給部1101的激光束引入路徑1119、噴嘴主體1105的內部空間1109、噴嘴1107的容納部1113和孔口1115的中心軸線設置在一條直線上。因此，穿過激光引入路徑1119的激光束進入內部空間1109，然后穿過噴嘴1107的容納部1113并照射焊球1117。
然后，當焊料供給部安裝在噴嘴組件上時，除了孔口1115之外，激光引入路徑1119、內部空間1109和容納部1113被封閉。
在具有上述結構的釬焊裝置中，焊球1117的傳送步驟按以下方式執行。致動抽吸部1133以便在吸力下將焊球1117保持在凹部1131內。使處于吸力保持焊球1117狀態的焊料供給部1101沿x方向移動，從而將焊料供給部1101安裝在噴嘴組件1103上。此狀態如圖4所示。然后，釋放抽吸部1133對焊球1117的吸力。然后，致動氣體供給部1135以便將壓縮氣體施加在焊球1117上，從而將焊球1117引入內部空間1109。焊球1117穿過內部空間1109和噴嘴1107的容納部1113，從而到達孔口1115附近并由止動件1223和噴嘴1107保持。
使用具有上述結構的焊料供給部1101的釬焊裝置以如下方式作用。
在焊球1117的傳送狀態之后，對容納這樣裝載的焊球1117的釬焊裝置1100進行定位操作。
移動該釬焊裝置，以便將噴嘴的孔口1115放置在與凹槽1159的寬度方向的大約中心位置間隔預定距離的位置，該預定距離是沿與水平方向H成傾角α的方向，該凹槽1159是由浮動塊電極1153和撓曲件電極1157限定的，熔化的焊球1117將沉積在該凹槽內。該移動機構使用例如能夠沿三個軸線(x軸、y軸和z軸)移動的已知結構。
當由抽吸部1133施加在焊球1117上的吸力終止時，從氣體供給部1135通過抽吸路徑1129將壓縮氣體施加在焊球1117上。被保持在凹部1131內的焊球1117朝孔口1115移動，并且被定位在封閉孔口1115的止動件1223上。
然后，致動用于止動件1223的驅動部1225以便移動止動件1223，從而打開孔口1115。在打開孔口1115之后，執行激光照射以使焊球1117熔化。可在打開止動件之前和之后合適地施加壓縮氣體。更具體的說，在打開止動件之前，施加壓縮氣體以將焊球定位在止動件上，在打開止動件之后，焊球被壓縮氣體從孔口1115噴射到噴嘴1107外部。
從激光器1118振蕩出的激光束通過激光透射部1127、激光引入路徑1119和內部空間1109，并照射和熔化從孔口1115噴射出的固態焊球。
熔化的焊球1117沉積在預定位置(角度部分1159)上，從而完成釬焊。
配備有上述焊料供給部的釬焊裝置可將焊球保持在封閉空間內，從而能夠容易地和可靠地選擇用于噴射的壓縮氣體的壓力，并且能夠可靠地噴射焊球。
另外，不管焊球從釬焊裝置的噴射方向如何，焊球都可沉積在預定的釬焊位置上。
(打開/關閉單元的結構)現在，將參照
可應用于實施例1和2的打開/關閉單元的結構的特定示例。
(結構示例1)結構示例1提供了利用電磁螺線管類型的致動器作為驅動源的打開/關閉單元。圖4是在孔口被關閉的狀態下，配備有電磁螺線管類型的致動器的打開/關閉單元的正視圖。在附圖中，結構示例1的打開/關閉單元2122包括用于封閉噴嘴2102的孔口2116的止動件2123，用于通過使止動件2123沿x方向移動來執行打開/關閉操作的驅動部或電磁螺線管類型的致動器2125，用于保持止動件2116和電磁螺線管類型的致動器2125的打開/關閉單元主體2201，以及被該打開/關閉單元主體2201可水平往復運動地支承的臂部件2203。
電磁螺線管類型的致動器包括管狀殼體，設置在該殼體內的未示出的電磁線圈，設置在該電磁線圈內的未示出的固定鐵心，未示出的活動鐵心，該活動鐵心設置成可與該固定鐵心接觸和分離，以及安裝在該活動鐵心上的桿2205。
此外，臂部件2203沿水平方向(圖4中的橫向方向)延伸，并且其一端連接到打開/關閉單元主體2201。臂部件2203的另一端通過連接件連接到致動器2125的活塞2205的一端和止動件2123。因此，當桿2205往復運動(沿x方向)時，止動件2123通過臂2203沿x方向往復運動。
具有上述結構的打開/關閉單元2122在接收到來自控制部的驅動信號時沿x方向(向圖中的右側)移動，從而打開孔口2116，或者移動到左側從而關閉孔口2116。
(結構示例2)結構示例2提供了一種使用壓電致動器的打開/關閉單元。圖5是使用配備有壓電致動器的打開/關閉單元的噴嘴組件的橫截面視圖。該圖示出在孔口3115關閉的狀態下的打開/關閉單元3222。由于噴嘴組件3103的結構與圖3中所示的噴嘴組件1103類似，所以將僅說明不同的部分。
在噴嘴主體3105的外周邊上安裝有構成打開/關閉單元3222的止動件3223，以及構成用于驅動該止動件3223的驅動部的壓電致動器3225。
止動件3223具有L形結構，包括用于關閉噴嘴3107的孔口3115的平坦部分3223a，以及從該平坦部分3223a經由一彎曲部分繼續延伸的止動件主體部分3223b。該止動件主體部分3223b具有孔口3223c，稍后將說明的固定塊3237的銷3237a適配在該孔口中。
用于將止動件3223固定在噴嘴主體3105上的第一固定塊3237由兩個塊部件3237a(圖中僅示出一個)構成，該塊部件具有沿噴嘴主體3105的外周邊設置的彎曲部分和例如通過螺釘固定的凸緣部分。在塊部件3237a的凸緣上設置有銷3237b，該銷的直徑稍小于止動件3223的孔口3223c的直徑，從而止動件3223可圍繞銷3237b旋轉。止動件3223通過銷3237b安裝在塊部件3237a上，并且兩個塊部件圍繞噴嘴主體3105定位。從而，塊部件例如通過螺釘安裝在噴嘴主體3105上。
止動件3223連接到驅動部即壓電致動器3225的一端。致動器3225是所謂的彎曲致動器，它是通過將壓電元件3233、3235粘附在板形陶瓷部件3231的兩側上構造成的。致動器的另一端通過第二固定塊3239固定在噴嘴主體3105上，該固定塊3239固定在噴嘴主體3105的上部內。
在致動器的靜止狀態(圖5所示的狀態)下，止動件3223關閉孔口3115。為了打開孔口3115，向壓電元件3233、3235施加電壓以使壓電元件3233收縮和使另一個壓電元件3235伸展，從而使致動器3225沿靠近噴嘴主體3105的方向(箭頭Y的方向)彎曲。連接到致動器3225的止動件3223圍繞銷3223c(方向z)旋轉，從而打開孔口3115。
(結構示例3)
結構示例3提供了一種使用另一種壓電致動器的打開/關閉單元。圖6是該打開/關閉單元的正視圖。圖6示出孔口4107被止動件4223關閉的狀態。在圖中，噴嘴組件的噴嘴4107由虛線示出，并且由于該噴嘴組件的結構與圖5內的噴嘴組件3103相同，所以不對該噴嘴組件進行說明。
打開/關閉單元4222包括止動件4223，和構成用于驅動止動件4223的驅動部的壓電致動器4225。止動件4223具有大致為L形的結構，其包括用于關閉孔口4107的平坦部分4223a和連接到稍后將說明的板簧4229的固定部分4223b。
致動器4225是所謂的堆疊式壓電致動器。致動器4225由在一端具有孔口的圓柱形殼體4227、設置在該殼體4227內的堆疊式壓電元件(未示出)、以及連接到該壓電元件并從該殼體4227的孔口可移動地突出的突出部分4231構成。殼體4227的與該孔口相對的另一個封閉端固定在打開/關閉單元的主體4235上。一螺旋彈簧4233沿致動器4225的縱向設置在板簧4229的彎曲部分4229a和打開/關閉單元的主體4235之間。螺旋彈簧4233向壓電元件施加壓力。
在上述結構中，當向壓電元件加電壓時，壓電元件伸展以使突出部分4231向左擠壓板簧的彎曲部分4229a，從而板簧的彎曲部分4229a朝左側傾斜(彎曲)，并且所連接的止動件4223朝右側旋轉，從而打開孔口4107。在沒有加電壓的狀態下，壓電元件返回靜止狀態(收縮狀態)，從而關閉孔口4107。
下文將說明使用實施例2的釬焊裝置的釬焊操作的示例。
釬焊的物體是具有0.95mm×0.6mm的平坦表面的金制電極部件。使用的焊球是直徑為110μm的球形部件。使用氮氣作為壓縮氣體。此外，噴嘴端部到工件的釬焊位置的距離是0.5mm。使用的激光是波長為1064nm的YAG激光，并且激光束的照射時間選定為從開始照射算起0.3msec。
激光束光點在釬焊位置的直徑為φ200μm。
下面示出釬焊操作的示例1到3的結果，這些釬焊操作是通過改變從打開擋板到開始激光照射的時間和改變壓縮氣體的壓力執行的。
如上表所示，在示例1到3的任何一個中，在預定位置均令人滿意地執行釬焊。
(實施例3)圖1A、1B和3所示的實施例1和2的止動件以及圖4的結構示例1的止動件這樣構造，即，通過沿垂直于噴射方向的方向運動來打開或關閉噴嘴的孔口。
在圖1B所示的結構中，當孔口106被止動件123完全打開時，沿x方向移動的止動件123向止動件123上的焊球107施加朝右的分力，從而焊球107的噴射方向可能偏離到從垂直方向傾斜的方向。必須消除噴射方向的這種波動，以便提高焊球的沉積位置的精度，這是電子元件的較高密度布置所要求的。
另一方面，圖3所示的實施例2的釬焊裝置具有通過壓縮氣體噴射焊球的結構。因此，與基于焊球噴射的實施例1的釬焊裝置相比，實施例2的釬焊裝置可在x方向上相對減小止動件運動對噴射方向偏離的影響，但是不能完全消除這種影響。
因此，需要這樣一種構造，該構造能夠防止打開孔口時的止動件運動向焊球施加分力，該分力的方向與止動件的移動方向相同，從而導致焊球的噴射方向波動。下文將說明為實現此目標提出的實施例3的釬焊裝置。
圖7A是實施例3的釬焊裝置的噴嘴的橫截面視圖，圖7B是從圖7A中的方向VII看到的噴嘴的仰視圖。這些圖示出止動件關閉并且焊球被止動件支承在容納空間內的狀態。圖7A和7B僅示出實施例3的釬焊裝置內的噴嘴和止動件而省略了其它結構，因為其它結構與圖1A、1B和3所示的釬焊裝置的結構相似。
構成管狀噴嘴組件的噴嘴5102具有直徑大于焊球5107的外徑的孔口5106，以及用于容納焊球5107的容納空間5105，并且在噴嘴5102的周邊壁5102a上設有槽縫5102b(或凹槽)，該槽縫沿徑向方向穿透并且從噴嘴的端部沿軸向延伸。
用于支承焊球5107的支承部件是止動件5123，止動件5123通過連接到未示出的驅動部(例如圖1A和1B內的125)而能夠移動。止動件5123由大致為矩形的薄板部件形成。此外止動件5123的寬度(沿圖7B內的垂直方向)稍小于槽縫5102b的寬度，以便止動件5123可插入槽縫5102b。因此，止動件5123穿過槽縫5102b延伸到容納空間5105內。處于延伸狀態的止動件5123在孔口5106的沿噴射方向的上游側支承焊球5107。可通過驅動部使止動件5123插入容納空間5105或從該空間抽出(沿圖中的橫向方向運動)。
此外，噴嘴5102的槽縫5102b在導向區域5102c內延伸，該導向區域的內徑與孔口5106的內徑相同。因此，在從止動件5123上的焊球5107的支承位置到孔口5106的導向區域5102c內，噴嘴5102的內徑與孔口5106的內徑相同。導向區域5102c用作引導焊球沿預定噴射方向的導向件。因此，需要將孔口5106和導向區域5102c的內徑選擇成稍大于焊球5107，從而使得導向區域5102c和孔口5106能夠引導焊球5107沿預定噴射方向。
在本實施例中，導向區域5102c形成為從焊球的支承位置到孔口5102a，但是這種結構不是限制性的。導向區域可在從焊球的支承位置到孔口的區域的一部分內形成。
在上述結構中，驅動部(例如圖1A和1B內的125)使止動件5123沿x方向移動，從而將止動件5123移動到容納空間5105外部，即移動到導向區域5102c的內周邊的徑向外部，并釋放對焊球5107的支承。當止動件5123移動時，焊球5107通過其重量或通過壓縮氣體朝噴嘴5102下方被噴射。在此操作中，焊球5107被導向區域5102c引導到預定噴射方向。因此，可提高焊球5107的沉積精度。
在上述實施例中，止動件被完全抽出到導向區域5102c的內周邊的外部，但是還可以移動直到止動件5123的端面5123a到達與導向區域5102c的內周邊的共面的位置，并且將止動件5123的垂直長度(沿圖7A內的垂直方向)選擇成與槽縫5102b的垂直長度基本相同。在這種結構中，槽縫的端面5123a和導向區域5102c用作焊球5107的導向件，從而即使在焊球被止動件的運動沿x方向偏壓的情況下，焊球仍能夠被可靠地糾正到預定噴射方向。
實施例3中所述的止動件5123不僅可應用于圖1A、1B和3，而且當然還可用作結構示例1到3中的止動件。
此外，止動件和槽縫的形狀和位置也不局限于上述實施例。例如，在使用桿形部件作為止動件的情況下，還可在高于該孔口的位置(沿噴射方向的上游側)設置沿徑向穿透周邊壁的穿孔，并通過將桿形部件插入該穿孔或從該穿孔抽出以執行焊球的支承和釋放。
(變型)下文將說明第三實施例的一種變型，其中止動件插入形成在噴嘴的周邊壁內的穿孔或從該穿孔抽出。圖8A是實施例3的一種變型的釬焊裝置的橫截面視圖，圖8B是圖8A內的部分VIIIB的放大視圖。這些附圖示出止動件關閉并且焊球被止動件保持在容納空間內的狀態。圖8A和8B內所示的變型的釬焊裝置配備有使用壓電致動器的打開/關閉單元。
該釬焊裝置包括噴嘴組件和打開/關閉單元。構成管狀噴嘴組件的噴嘴6102具有直徑大于焊球6107的外徑的孔口6106，以及與孔口6106連通并容納焊球6107的容納空間6105，噴嘴6102的周邊壁6102a具有沿徑向方向穿透的穿孔6102b。打開/關閉單元6222設置在噴嘴6102的遠端附近。
打開/關閉單元6222包括止動件6223和壓電致動器6225，該壓電致動器用作驅動止動件6223的驅動部。致動器6225是堆疊式壓電致動器。致動器6225的結構與圖6所示的致動器相同。一未示出的螺旋彈簧沿致動器6225的縱向設置，并位于板簧6229的彎曲部分6229a和打開/關閉單元主體6235之間。螺旋彈簧向壓電元件施加壓力，并且在壓電元件沒有被致動時保持板簧6229處于收縮狀態。
用作支承焊球6107的支承部件的止動件6223連接到用于移動止動件的壓電致動器驅動部6225并連接到板簧6229。止動件6223具有大致為L形的結構，包括通過穿孔6102b延伸到容納空間6105內以便支承焊球6107的平坦部分6223a，以及連接到板簧6229的固定部分6223b。此外，止動件6223的寬度稍小于穿孔6102b的寬度(沿圖8A和8B內的前后方向)，從而止動件6223可插入具有豎直長形橫截面(橢圓形)的穿孔6102b。因此，止動件6223經由穿孔6102b延伸到容納空間6105內。處于延伸狀態的止動件6223在孔口6106的沿噴射方向的上游側支承焊球6107。驅動部6222可使位于止動件6223遠端的平坦部分6223a插入容納空間6105或者從該空間抽回。
此外噴嘴6102的穿孔6102b在導向區域6102c內延伸。在從止動件6123上的焊球6107的支承位置到孔口6106的導向區域6102c內，噴嘴6102的內徑與孔口6106的內徑相同。導向區域6102c用作將焊球引導到預定噴射方向的導向件。因此，需要將孔口6106和導向區域6102c的內徑選擇成稍大于焊球6107，從而使導向區域6102c和孔口6106能夠將焊球6107引導到預定噴射方向。
在上述結構中，當向壓電元件加電壓時，壓電元件伸展以使突出部分6231朝左擠壓板簧的彎曲部分6229a，從而板簧的彎曲部分6229a朝右(由箭頭1表示)傾斜(彎曲)，并且所連接的止動件6223朝右旋轉，從而打開孔口6106。在沒有加電壓的狀態下，壓電元件返回靜止狀態(收縮狀態)，從而平坦部分6223a伸入容納空間6105。
驅動部6222使止動件6223沿x方向移動，從而將止動件6223移動到容納空間6105外部，即導向區域6102c的外部，并釋放對焊球6107的支承。當止動件6223移動時，焊球6107通過其重量或通過壓縮氣體被朝噴嘴6102下方噴射。在此操作中，焊球6107被導向區域6102c引導到預定噴射方向。因此，可提高焊球6107的沉積精度。
上述實施例1、2和3使用激光器，但是焊球即焊料部件可以被鹵素燈的光線或熱空氣熱熔化。此外，可使用球形焊球作為焊料部件，但是焊球的形狀并不特別局限于球形。
此外，除了其中激光束的光軸、激光引入路徑的中心軸線、容納部的中心軸線和孔口的中心軸線沿相同方向對齊的結構之外，還可采用能夠使激光束沿從孔口噴射出的焊球的軌跡進行掃描運動的激光器，從而不必使激光束的光軸與焊球在噴射之后的噴射路徑對齊。
保持-釋放部件也不局限于前述實施例。例如，噴嘴的打開/關閉機構可由隔膜結構或多個翅片構成的拼合結構(divided structure)形成。
在本發明的接合裝置中，激光束的照射方向可與導電部件的噴射方向相同。
本發明的接合裝置是這樣的接合裝置，其將熱熔化的導電部件放置在用于接合第一部件和第二部件的接合位置，從而電接合該第一部件和第二部件，該接合裝置可構造成包括管狀噴嘴組件，該噴嘴組件具有容納導電部件的容納空間和與該容納空間連通的孔口，容納在該容納空間內的導電部件通過該孔口噴射到接合位置，并且該孔口的直徑大于該導電部件的直徑；和支承部件，該支承部件用于在與該接合位置隔開預定距離的位置將該導電部件可釋放地支承在該容納空間內；將導電部件噴射到接合位置的噴射單元；加熱單元，該加熱單元通過用熱射線照射向該導電部件供熱從而加熱該導電部件；以及控制單元，該控制單元使釋放保持部件的保持的定時和加熱單元進行加熱的定時同步；其中，噴嘴組件在從該支承部件支承的導電部件的位置到該孔口的區域內包括管狀導向區域，該導向區域的內徑與該孔口的直徑相同。
用于本發明的噴射單元的壓縮氣體可以是惰性氣體(例如氮)或能夠還原導電部件的氣體(例如氫)。
本發明可以多種形式實現而不會背離本發明的基本原理。因此，上述實施例僅用于示例性說明，當然不是限制本發明。
權利要求
1.一種用于接合裝置的噴嘴單元，該接合裝置將熱熔化的導電部件放置在用于接合第一部件和第二部件的接合位置，從而使第一部件和第二部件電接合，該噴嘴單元包括具有容納該導電部件的容納空間和與該容納空間連通的孔口的管狀噴嘴組件，容納在該容納空間內的導電部件通過該孔口噴射到該接合位置，并且該孔口的直徑大于該導電部件的直徑；和用于將該導電部件可釋放地支承在該容納空間內的支承部件；其中，該噴嘴組件在從該支承部件支承的導電部件的位置到該孔口的區域內包括管狀導向區域，該導向區域的內徑與該孔口的直徑相同。
2.根據權利要求1的噴嘴單元，其特征在于，該噴嘴組件具有穿透該噴嘴組件的周邊壁并且與該容納空間連通的孔或槽縫；并且，該支承部件具有用于通過該孔或槽縫支承該導電部件的止動件。
3.一種接合裝置，該接合裝置將熱熔化的導電部件放置在用于接合第一部件和第二部件的接合位置，從而使第一部件和第二部件電接合，該接合裝置包括具有容納該導電部件的容納空間和與該容納空間連通的孔口的管狀噴嘴組件，容納在該容納空間內的導電部件通過該孔口噴射到該接合位置，并且該孔口的直徑大于該導電部件的直徑；和用于將該導電部件可釋放地支承在該容納空間內的支承部件；通過用熱射線照射來向該導電部件供熱從而加熱該導電部件的加熱單元；以及使釋放該支承部件的支承的定時和加熱單元進行加熱的定時同步的控制單元；其中，該噴嘴組件在從該支承部件支承的導電部件的位置到該孔口的區域內包括管狀導向區域，該導向區域的內徑與該孔口的直徑相同。
4.根據權利要求3的接合裝置，其特征在于，該加熱單元是激光器，并且該熱射線是激光束。
5.根據權利要求4的接合裝置，其特征在于，該激光束的照射方向與該導電部件的噴射方向相同。
6.一種接合裝置，該接合裝置將熱熔化的導電部件放置在用于接合第一部件和第二部件的接合位置，從而使第一部件和第二部件電接合，該接合裝置包括具有容納導電部件的容納空間和與該容納空間連通的孔口的管狀噴嘴組件，容納在該容納空間內的導電部件通過該孔口噴射到接合位置，并且該孔口的直徑大于該導電部件的直徑；和用于將該導電部件可釋放地支承在一個位置的支承部件，該位置位于容納空間內且與該接合位置相距預定距離；將該導電部件噴射到該接合位置的噴射單元；通過用熱射線照射來向該導電部件供熱從而加熱該導電部件的加熱單元；以及使釋放該支承部件的支承的定時和加熱單元進行加熱的定時同步的控制單元；其中，該噴嘴組件在從該支承部件支承的導電部件的位置到該孔口的區域內包括管狀導向區域，該導向區域的內徑與該孔口的直徑相同。
7.根據權利要求6的接合裝置，其特征在于，該加熱單元是激光器，并且該熱射線是激光束。
8.根據權利要求6或7的接合裝置，其特征在于，該噴射單元是壓縮氣體供給單元，該單元向該容納空間內的導電部件施加壓縮氣體。
9.根據權利要求3到7中任何一項的接合裝置，其特征在于，該支承部件由壓電致動器驅動。
10.根據權利要求8的接合裝置，其特征在于，該支承部件由壓電致動器驅動。
全文摘要
一種用于接合裝置的噴嘴單元，該接合裝置將熱熔化的導電部件放置在用于接合第一部件和第二部件的接合位置，從而使第一部件和第二部件電接合，該噴嘴單元包括具有容納該導電部件的容納空間和與該容納空間連通的孔口的管狀噴嘴組件，容納在該容納空間內的導電部件通過該孔口噴射到該接合位置，并且該孔口的直徑大于該導電部件的直徑；和用于將該導電部件可釋放地保持在該容納空間內的保持部件；其中該噴嘴組件在從支承部件支承的導電部件的位置到該孔口的區域內包括內徑與該孔口的直徑相同的管狀導向區域。
文檔編號G11B5/39GK101038986SQ20071008834
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月16日 優先權日2006年3月16日
發明者和合達也, 進藤修, 水野亨 申請人:Tdk株式會社