焊料球接合方法和接合裝置的製作方法
2023-05-31 20:35:16 2
專利名稱：焊料球接合方法和接合裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種焊料球接合/焊接方法和一種焊料球接合/焊接裝置。具體地本發明涉及一種適合於進行精細接合的接合方法和一種接合裝置，例如形成在一磁頭滑動件上的一接合區與一引線架側的一接合區之間的接合。
背景技術：
公知有一種連接方法，利用這種方法把作為接合對象的電極互相靠攏並使電極與球形焊料(以下稱為焊料球)接觸，然後向焊料球施加熱量和超聲波振動(所謂的超聲波壓焊)，從而在電極之間形成電連接。
此外，除了利用壓焊進行接合，還公知有一種接合方法，在這種方法中，把一焊料球置於電極之間，並用雷射照射熔融焊料球，從而在電極之間形成電連接。
圖7A、7B和7C為示出通過用雷射照射熔融焊料球從而實現電極之間的接合的程序的說明圖。應該指出，圖7A、7B和7C用來接合一形成在磁頭滑動件上的一接合區與一引線架側的一焊接區。
參見圖7A，為接合這種磁頭，首先用一種粘結劑事先構成磁頭和一待接合對象的滑動件1和一支承該滑動件1的撓曲件2連接起來，使得電極互相接觸。
一接合滑動件1和撓曲件2的接合裝置3包括一吸住一焊料球4的吸嘴5和一用一雷射照射焊料球4的雷射照射部6。吸嘴5和雷射照射部6固定在一連接塊7上，並利用移動裝置(未示出)在一磁頭側與一焊料球供應裝置8側之間來回移動。
在接合滑動件(slider)1與撓曲件(flexure)2時，首先把接合裝置3移動到焊料球供應裝置8側，然後使用吸嘴5從焊料球供應裝置8吸取焊料球4。如圖7B所示，吸嘴5這樣吸取焊料球4後開動移動裝置，把焊料球4傳送到滑動件1和撓曲件2的電極接觸處的一電極9處。然後撤銷吸嘴5的吸力，並然後將焊料球4裝載到電極9上。焊料球4裝載到電極9上後再次開動移動裝置，把雷射照射部6移動到焊料球4上方的一位置處。然後用雷射照射焊料球4以熔融焊料球4，連接形成在滑動件1上的電極和撓曲件2上的電極(例如參見JP2002-25025A，圖6)。
此外，已知另一種焊料球接合裝置，該焊料球接合裝置具有該裝置上方一的雷射光源和一設有一在該接合裝置一側部上供應一焊料球的連接片的連接件。在落入該連接件中後，用雷射光源使焊料球熔融(例如參見JP11-509375A，圖1)。
此外，一具有已由一布置罩、一快門/保護罩(shutter mask)和一供應罩構成的三層結構的裝置是另一種已知的焊料球接合裝置。當滑動夾在布置罩與供應罩之間的快門罩時一焊料球從布置罩自由降落到供應罩上，從而把該焊料球供應到一接合區上以進行接合(例如參見JP8-236916A，圖8)。
但是，使用上述焊料球接合裝置存在如下問題。
即，在組合使用加熱和超聲波振動的接合方法中，必須在接合對象上施加足以進行壓焊的外力。例如，在接合對象為構成一磁頭的一滑動件和一撓曲件的情況下，為防止外力造成變形必須在背面側設置一承受外力的承力件。因此存在構成該裝置的部件數增加的問題。
此外，在設有吸嘴5和雷射照射部6的接合裝置中，在用吸嘴5把焊料球4裝載到電極9上後，焊料球4無法保持在接合裝置側。因此存在裝載到電極9上的焊料球4由於外部幹擾發生位置移動的危險。因此，除了所製造的產品和接合裝置外，存在必須設置保持焊料球4的附加裝置的問題。
此外，上述接合裝置，即利用壓焊的接合裝置、利用吸嘴5和雷射照射部6的接合裝置和利用具有雷射光源和接合片的連接件的接合裝置只能對唯一一個電極進行接合。在存在多個電極的情況下，必須對多個電極中的每一個分別重複進行上述處理過程序列，因此難於提高製造過程的效率。
此外，儘管用具有由布置罩、快門罩和供應罩構成的三層結構的接合裝置可在多個孔中布置多個焊料球，但不能通過分別將特定的焊料球運送到特定的位置來進行接合。
發明內容
考慮到上述常見問題，本發明的一個目的是提供一種無需對一接合對象施加外力即能防止一焊料球在一接合位置上移動並能提高接合過程的效率的焊料球接合方法和焊料球接合裝置。
本發明基於下述發現如果安裝一個雷射照射部，使它能在多個吸球部之間移動，以及在吸球部的一遠端上設置一防止焊料球滾動的約束面，則可縮短接合時間並把焊料球可靠地保持在電極上。
按照本發明的一個方面，提供一種用於通過熔融焊料球對形成待接合對象上多個電極部進行接合的焊料球接合方法，該焊料球接合方法包括使用與所述接合對象的電極部對應的多個吸嘴吸取焊料球；把所述焊料球運送到所述電極部上；沿所述吸嘴的布置方向移動一位於所述吸嘴上方的雷射照射部；以及使用雷射照射部用一穿過所述吸嘴的吸孔的雷射照射所述焊料球，從而使所述電極部上的所述多個焊料球熔融。
按照本發明的另一個方面，提供一種通過熔融多個焊料球接合多個電極部的焊料球接合方法，通過抵靠待接合對象形成具有V形橫截面的所述電極部，該焊料球接合方法包括使用與接合對象的電極部對應的多個吸嘴吸取焊料球；將所述焊料球傳送至所述焊料球接觸所述電極部的V形槽；使用吸嘴約束焊料球在與電極部V形槽角頂線方向正交的方向上滾動；沿吸嘴的布置方向移動一位於所述吸嘴上方的雷射照射部；以及使用所述雷射照射部用穿過所述吸嘴的吸孔的雷射照射焊料球，從而使所述電極部上的所述多個焊料球熔融。
在該焊料球接合方法的另一個方面中，在用雷射照射所述焊料球時可從所述吸嘴的吸孔供應一種惰性氣體。
按照本發明的另一個方面，提供一種用於通過把焊料球傳送到多個電極部上並通過用雷射照射熔融所傳送的焊料球來接合形成在接合對象上的多個電極部的焊料球接合裝置，該焊料球接合裝置包括一裝置主體；形成在所述裝置主體中的一聯結空間；對應於所述多個電極部設置的多個吸嘴，所述吸嘴具有吸孔，且所述吸嘴與所述聯結空間連通；一連接到所述裝置主體上的並改變所述聯結空間中壓力的供氣排氣裝置；一設置在和吸嘴之間夾有所述裝置主體的吸嘴相對的一側的發射穿過所述吸嘴的吸孔的雷射的雷射照射部；以及位於雷射照射部與裝置主體之間的傳送裝置，該傳送裝置能沿所述多個電極部的布置方向移動所述雷射照射部，在該焊料球接合裝置中，焊料球被所述多個吸嘴吸取，並通過雷射照射部的移動連續熔融。
按照本發明的另一個方面，提供一種用於通過把焊料球傳送到多個電極部上並通過用雷射照射熔融所傳送的焊料球來接合多個電極部的焊料球接合裝置，具有V形橫截面的所述電極部由所述接合對象抵靠形成，該焊料球接合裝置包括一裝置主體；一在所述裝置主體中形成的聯結空間；對應於所述多個電極部設置的多個吸嘴，所述吸嘴具有吸孔，且所述吸嘴與所述聯結空間連通；吸嘴中約束所述焊料球在與所述電極部的V形槽角頂線方向正交的方向上滾動的約束面；連接到所述裝置主體上的並改變所述聯結空間中壓力的供氣排氣裝置；一設置在和吸嘴之間夾有所述裝置主體的吸嘴相對的一側的發射穿過所述吸嘴的吸孔的雷射的雷射照射部；以及設置在所述雷射照射部與所述裝置主體之間的傳送裝置，所述傳送裝置能沿多個電極部的布置方向移動所述雷射照射部，在所述焊料球接合裝置中，焊料球被所述多個吸嘴吸取，並通過雷射照射部的移動連續熔融。
在該焊料球接合裝置的另一個方面中，可在所述裝置主體上連接惰性氣體供氣裝置，所述惰性氣體供氣裝置與所述聯結空間連通。
按照上述結構，如果開動供氣排氣裝置，使聯結空間進入一低壓狀態，則可通過一吸嘴的一吸取動作吸取焊料球。在利用所述吸嘴吸取焊料球後，移動焊料球接合裝置本身，將多個吸嘴與多個電極部的位置對齊。然後通過使用所述供氣排氣裝置向所述聯結空間引入壓力，使得聯結空間從低壓狀態恢復至大氣壓(即真空破壞)。從而釋放由所述吸嘴產生的吸力，由此把焊料球置於一與所述吸嘴分離的狀態。
在把焊料球置於與所述吸嘴分離的狀態後，通過使用所述雷射照射部對焊料球進行雷射照射，使得焊料球熔融並對接合對象的電極部進行電接合。應該指出，通過使用惰性氣體供氣排氣裝置可把惰性氣體引入所述聯結空間，且為了在進行雷射照射時防止焊料球氧化可用所述吸嘴朝焊料球噴射所述惰性氣體。
在裝載到所述多個電極部上的焊料球之一如此熔融而在電極部之間實現接合後，開動傳送裝置並把雷射照射部移動到一個來自雷射照射部的雷射穿過一相鄰吸嘴的吸孔的位置上。在這樣移動所述雷射照射部後，可再次對焊料球進行雷射照射，從而接合相鄰的電極部。
通過使用這種結構只用一個雷射照射部就可熔融多個焊料球，並因此可達到較短的接合時間。
此外，由於吸嘴遠端上形成有約束面，因此可在由約束面和電極部構成的V形槽中對焊料球進行滾動約束。因此即使聯結空間的低壓狀態被釋放且焊料球與吸嘴分離也可防止焊料球與電極部分離。因此，可以可靠地熔融焊料球，並提高接合電極部的可靠性。
如上所述，按照本發明，提供一種通過熔融焊料球來接合形成在接合對象上的多個電極部的焊料球接合方法。在用與接合對象的電極部對應的多個吸嘴吸取焊料球並將焊料球傳送到電極部上後，沿吸嘴的布置方向移動一位於吸嘴上方的雷射照射部。用該雷射照射部用穿過吸嘴的吸孔的雷射照射焊料球，從而熔融所述電極部上的多個焊料球。因此無需向接合對象施加外力就可防止接合部上的焊料球發生移動，並可提高該接合過程的效率。
圖1為根據本發明的一實施例的整個焊料球接合裝置的透視圖；圖2A和2B為一焊料球接合裝置的結構說明圖，圖2A為正視圖，圖2B為仰視圖；圖3示出一焊料球受一約束面和一電極的約束的狀態的說明圖；圖4為該焊料球接合裝置工作的一流程圖；圖5A、5B和5C為示出該焊料球接合裝置的工作程序的說明圖；圖6為一示出焊料球熔融程序的工作說明圖；以及圖7A、7B和7C為示出通過使用雷射照射熔融焊料球來接合電極的程序的說明圖。
具體實施例方式
下面結合
本發明涉及的一種焊料球接合方法和一種焊料球接合裝置的具體優選實施例。圖1為根據該實施例的整個焊料球接合裝置的透視圖。參見圖1，通過一移動裝置(未示出)使得該實施例的焊料球接合裝置10可在一供應焊料球12的供應裝置14合一待接合的磁頭的結構件(即一其中嵌有GMR元件等的滑動件16和一支承該滑動件16的撓曲件18)之間往復移動。應該指出，所述移動裝置可在圖1中的箭頭20和箭頭22的方向上移動。在供應裝置14和磁頭的結構件之間的移動由箭頭20和箭頭22所示方向的合成獲得。此外，響應移動裝置而工作的圖像識別裝置作出關於下面所述吸嘴對焊料球12的吸取的決定，並相對於磁頭上的電極定位焊料球12。移動裝置根據從圖像識別裝置獲得的信息相對於目標位置進行精確定位。
該實施例中滑動件16上總共形成有4個電極24。撓曲件18上形成有與電極24對應的電極26。電極24和電極26設置成相互正交的，這樣其邊緣互相靠近(即電極24和26構成V形槽)。
此外，供應裝置14中形成有與形成在滑動件16和撓曲件18中的電極對應的用於焊料球12的焊料球供應孔28。焊料球供應孔28平行於所述電極的布置方向並以與電極節距相同的節距而形成。焊料球供應孔28使得可同時供應多個焊料球12。
在供應裝置14與磁頭側之間往復移動的焊料球接合裝置10具有一主結構，該主結構包括一作為裝置主體的錐形件30、多個在所述錐形件30底部上形成的吸嘴32(參見圖2A和2B)和一設置在穿過錐形件30的吸嘴32的一相對側上的雷射照射部34。應該指出，在錐形件30與雷射照射部34之間設有移動裝置(未示出)。通過開動移動裝置可沿箭頭48的方向即所述電極的布置方向移動雷射照射部34。
圖2A和2B為示出一焊料球接合裝置結構的說明圖，圖2A為正視圖，圖2B為仰視圖。
參考圖2A和2B，錐形件30設置在焊料球接合裝置10的中部。錐形件30的內部形成有一聯結空間38，供氣排氣裝置40和用作惰性氣體供氣裝置的氮氣供氣裝置42與該聯結空間38相連接。可降低聯結空間38中的壓力，並由吸嘴32進行吸取，也可使得低壓狀態下的聯結空間恢復到大氣壓(即真空破壞)。還可向聯結空間38供應氮氣，並從吸嘴32噴射氮氣。
此外，設置在錐形件30底部上的多個吸嘴32在其中部各有一吸孔44，所述吸孔與聯結空間38連通。在吸孔44的周向上設有約束焊料球12滾動的約束面46。此處約束面46約束焊料球12在圖2B所示箭頭48方向上的滾動。例如，如箭頭48的方向如圖3所示與由電極24和電極26形成的V形槽的角頂線的方向一致，則電極24和電極26約束焊料球12在與箭頭48正交的方向上的移動，因此焊料球12受約束面46和電極24和26的約束而在電極24和26上固定就位。因此，即使用吸嘴32將焊料球12傳送到電極上後撤銷吸嘴32的吸力從而焊料球12可與吸嘴32分離時，也能把焊料球12保持在其位置上而不與電極分離。
設置在錐形件30上方的雷射照射部34通過移動裝置與錐形件30連接。雷射照射部34可發射穿過吸嘴32中的吸孔44的雷射50。因此，如果開動移動裝置且雷射照射部34相對於錐形件30的相對位置發生改變，則如圖2A所示，可將雷射50連續照射至相鄰的吸孔44。
應該指出，儘管該實施例中使用物理地移動雷射照射部34的移動裝置，但本發明不局限於這種結構。也可通過使用一光學裝置發射穿過各吸孔44的雷射50。即，如直接在雷射照射部34後方設置一多面鏡或一掃描鏡並在該多面鏡或該掃描鏡下遊設置一f-θ透鏡，不移動雷射照射部34即可使得雷射50穿過各吸孔44。
此外，如果移動裝置設計成機械式結構，則可按照所製造產品的規格選擇合適的移動裝置、例如採用一伺服電機或一步進電機的精確進給機構。
下面說明通過使用上述設計的焊料球接合裝置10接合形成在磁頭滑動件16上的電極24與形成在撓曲件18側的電極26的程序。
應該指出，用來接合電極24和電極26的焊料球12具有數量級約為80-150微米的外徑。
圖4為一示出該焊料球接合裝置的工作程序的流程圖。圖5A、5B和5C為示出該焊料球接合裝置的工作程序的說明圖。
參考5A，在這種磁頭的接合中，首先把焊料球接合裝置10移動到焊料球供應裝置14側。然後，吸嘴32吸取位於焊料球供應裝置14的焊料球供應孔28中的焊料球12，把焊料球12移動到吸嘴32側。應該指出，在此操作過程中，停止對焊料球供應孔28的吸力(步驟S100)並開動供氣排氣裝置40以將聯結空間38的內部置於一低壓狀態(步驟S110)。
還應指出，和步驟S100和S110的操作一起，用圖像識別裝置檢測作為接合對象的電極24和26的位置(步驟S130)。
在步驟S100、S110和S130的處理過程完成後，如圖5B所示，開動移動裝置把焊料球接合裝置10移動到接合位置(步驟S140)。
焊料球接合裝置10移動到接合位置後，開動供氣排氣裝置40，使得聯結空間38內的氣壓恢復到大氣壓(真空破壞)(步驟S150)。然後用氮氣供氣裝置42把氮氣引入聯結空間38中，並從吸嘴32噴出氮氣(步驟S160)。
然後在保持步驟S160中噴射氮氣的狀態的同時開動雷射照射部34。把雷射照射部34移動到一初始位置上(步驟S170)，然後用雷射50照射任意一個焊料球12(步驟S180)。參考圖6，然後對各焊料球12重複進行步驟S170和S180(步驟S190)。
如果同時在接合對象上設置多個焊料球，並在保持所設置的狀態的同時用唯一一個雷射照射部熔融所述焊料球，則與按常見方式進行的每次處理只熔融一個焊料球的處理過程相比在接合時間量上可實現較大的降低。即，按照本發明申請人的研究，使用該實施例的焊料球接合裝置時工作效率可比一現有的焊料球接合裝置提高70％。
本申請要求2003年9月10日提交的日本專利申請No.2003-317923的優先權，並將其作為參考結合在本說明書中。
權利要求
1.一種通過熔融焊料球接合形成在接合對象上的多個電極部的焊料球接合方法，該焊料球接合方法包括使用與所述接合對象的電極部對應的多個吸嘴吸取焊料球；把所述焊料球運送到所述電極部上；沿所述吸嘴的布置方向移動一位於所述吸嘴上方的雷射照射部；以及使用雷射照射部用一穿過所述吸嘴的吸孔的雷射照射所述焊料球，從而熔融所述電極部上的所述多個焊料球。
2.一種通過熔融多個焊料球接合多個電極部的焊料球接合方法，通過抵靠待接合對象形成具有V形橫截面的所述電極部，該焊料球接合方法包括使用與接合對象的電極部對應的多個吸嘴吸取焊料球；將所述焊料球傳送至使所述焊料球接觸所述電極部的V形槽；使用吸嘴約束焊料球在與電極部V形槽角頂線方向正交的方向上滾動；沿所述吸嘴的布置方向移動一位於所述吸嘴上方的雷射照射部；以及使用所述雷射照射部用穿過所述吸嘴的吸孔的雷射照射焊料球，從而熔融所述電極部上的所述多個焊料球。
3.一種按權利要求1所述的焊料球接合方法，其特徵在於，在用所述雷射照射所述焊料球時，從所述吸嘴的吸孔供應一種惰性氣體。
4.一種按權利要求2所述的焊料球接合方法，其特徵在於，在用所述雷射照射所述焊料球時，從所述吸嘴的吸孔供應一種惰性氣體。
5.一種用於通過把焊料球傳送到多個電極部上並通過用雷射照射熔融所傳送的焊料球來接合形成在接合對象上的多個電極部的焊料球接合裝置，該焊料球接合裝置包括一裝置主體；一形成在所述裝置主體中的聯結空間；對應於所述多個電極部設置的多個吸嘴，所述吸嘴具有吸孔，且所述吸嘴與所述聯結空間連通；一連接到所述裝置主體上的並改變所述聯結空間中壓力的供氣排氣裝置；一設置在和吸嘴之間夾有所述裝置主體的吸嘴相對的一側的發射穿過所述吸嘴的吸孔的雷射的雷射照射部；以及位於雷射照射部與裝置主體之間的傳送裝置，所述傳送裝置能沿所述多個電極部的布置方向移動所述雷射照射部，其中，焊料球被所述多個吸嘴吸取並通過雷射照射部的移動連續熔融。
6.一種用於通過把焊料球傳送到多個電極部上並通過用雷射照射熔融所傳送的焊料球來接合多個電極部的焊料球接合裝置，具有V形橫截面的所述電極部由所述接合對象抵靠形成，該焊料球接合裝置包括一裝置主體；一在所述裝置主體中形成的聯結空間；對應於所述多個電極部設置的多個吸嘴，所述吸嘴具有吸孔，且所述吸嘴與所述聯結空間連通；吸嘴中約束所述焊料球在與所述電極部的V形槽角頂線方向正交的方向上滾動的約束面；連接到所述裝置主體上的並改變所述聯結空間中壓力的供氣排氣裝置；一設置在和吸嘴之間夾有所述裝置主體的吸嘴相對一側的發射穿過所述吸嘴的吸孔的雷射的雷射照射部；以及設置在所述雷射照射部與所述裝置主體之間的傳送裝置，所述傳送裝置能沿多個電極部的布置方向移動所述雷射照射部，其中，焊料球被所述多個吸嘴吸取並通過雷射照射部的移動連續熔融。
7.按權利要求5所述的焊料球接合裝置，其特徵在於，還包括一與所述裝置主體連接的惰性氣體供氣裝置，所述惰性氣體供氣裝置與所述聯結空間連通。
8.按權利要求6所述的焊料球接合裝置，其特徵在於，還包括一與所述裝置主體連接的惰性氣體供氣裝置，所述惰性氣體供氣裝置與所述聯結空間連通。
全文摘要
本發明涉及一種用於通過熔融焊料球接合形成再接合對象上的多個電極部的焊料球接合方法和焊料球接合裝置。使用與接合對象的電極部對應的多個吸嘴吸取焊料球，並把所述焊料球傳送到電極部上。然後在沿吸嘴的布置方向移動一位於吸嘴上方的雷射照射部的同時，使用雷射照射部用穿過所述吸嘴的吸孔的雷射照射所述焊料球。因此只用唯一一個雷射照射部就可熔融所述電極部上的多個焊料球。
文檔編號B23K3/06GK1593827SQ200410074398
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月10日 優先權日2003年9月10日
發明者進藤修, 水野亨, 安東洋一, 山口哲 申請人:Tdk株式會社