专利名称：钎焊方法，钎焊设备，接合方法，接合设备，及喷嘴单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用接合件将第一元件接合到第二元件上的接合方法和接合设备。
背景技术：
在磁头制造过程中，利用钎焊球通过钎焊来实现磁头滑动器电极和弯曲件电极之间的接合。更具体地，将两个电极以90度的角间隔设置，并且将钎焊球安置在这两个电极之间。通过热辐射或其它类似的方法使钎焊球熔化，以实现在这两个电极之间的电连接。接下来，将参考
一种常规的钎焊球钎焊设备。
图9显示的是一种用于利用常规的钎焊设备300进行钎焊的抽吸嘴的局部剖面图。在图9中，附图标记309表示一基本为平行六面体的滑动器，附图标记311表示一弯曲件。滑动器电极313设置在滑动器309的一端。该滑动器309连接到薄板形的弯曲件311上，弯曲件311的弯曲件电极315延伸成与滑动器电极313成大约90度的角度。下面说明用于钎焊这种工件的钎焊设备。
所述钎焊设备具有用于将钎焊球307从钎焊储存器(未示出)传输到待钎焊的电极上的锥状抽吸嘴301。抽吸嘴301连接到抽吸源(未示出)，来自于该抽吸源的抽吸力通过喷嘴内部空间305和吸气孔303施加到钎焊球307上，并且钎焊球307通过抽吸力被保持在抽吸嘴301的前端。通过抽吸嘴301吸附的钎焊球307被保持在一位置，在该位置钎焊球307与滑动器电极313及弯曲件电极315相接触，并且在该状态下，通过激光束等(未示出)使钎焊球307熔化。熔化的钎焊球在滑动器电极和弯曲件电极之间固定就位，以实现在这两个电极之间的电连接。
近年来，随着磁头尺寸的减小，它们的电极也在逐渐减小。在上述说明的钎焊设备300中，需要在吸附有钎焊球307的情况下使抽吸嘴301的前端部可靠地且以一种稳定的方式靠近所述电极。然而，随着电极及周围元件尺寸的减小，在抽吸嘴301的前端部等和电极及其周边元件不发生不必要的接触的情况下，对钎焊球307的保持将变得越来越困难。考虑到这种情况，已经提出了另一种钎焊设备。下面，将对该另一种钎焊设备进行描述。
图10是另一种钎焊设备的局部剖面图。在该钎焊设备400中，固态钎焊球407通过加热熔化，然后喷射到基底(substrate)上，以实现钎焊。
钎焊设备400具有由用于喷射钎焊球407的喷嘴402和用于保持喷嘴402的喷嘴主体413组成的喷嘴组件401，用于储存多个钎焊球407的储存器415，以及用于熔化钎焊球407的激光装置417。喷嘴402朝向末端逐渐形成锥形。在该喷嘴402内部设有容纳部405和开口403。容纳部405位于开口403附近的部分的内径小于钎焊球407的外径。喷嘴的容纳部405的其余部分的内径大于钎焊球407的外径。因此，被引导到喷嘴402的容纳部405中的固态钎焊球407被保持在容纳部405内部靠近开403的位置。
来自激光装置417的激光束通过喷嘴主体部分413的激光引导路径419被引入喷嘴402的容纳部405中，且被施加到保持在开口403附近的钎焊球407上，以熔化钎焊球407。然后，来自压缩气体源(未示出)压缩气体被供给到容纳部405中，从而喷射出熔化的钎焊球407。
在钎焊设备400中，钎焊球407在喷嘴402的容纳部405的内部熔化，因此熔化的钎焊球407的一部分或全部可能会粘附在容纳部405的内壁以及开口403周围的容纳部405的外壁表面上。当例如钎焊球407粘附在容纳部405的内壁表面时，在下个引入到容纳部405中的钎焊球407和容纳部405的内壁表面之间会产生间隙，并且压缩气体会通过这个间隙泄漏，从而在容纳部内无法保持适当的内压，并且熔化的钎焊球的喷射也可能无法充分的实现。
此外，在喷射熔化钎焊球407的时候，钎焊球407被粘附在内壁表面的熔化的钎料的表面张力牵引，从而熔化钎焊球可能沿偏离预定的方向喷射。此外，由于粘附的钎料，喷嘴402的开口403可能阻塞。
为了消除上述问题，需要替换被污染的喷嘴，或去除粘附在喷嘴402内壁表面和外壁表面上的钎料。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种接合设备和接合方法，通过该接合设备和接合方法既不会使熔化的接合件例如钎料阻塞喷嘴内部，也不会使熔化的接合件粘附在开口外围，从而能够可靠地喷射接合件。本发明的另一个目的是提供一种接合设备，一种接合方法，以及一种喷嘴单元，该接合设备、接合方法以及喷嘴单元可进行接合而不需要使喷嘴前端部分与接合件所要粘附的接合对象例如电极接触。
本发明的一方面涉及一种用于接合设备中的喷嘴单元，在该接合设备中通过在第一元件和第二元件将要彼此接合的接合位置提供已通过加热熔化的接合件而实现第一元件和第二元件之间的接合，喷嘴单元包括具有容纳接合件的容纳空间的柱状喷嘴组件；允许使容纳在容纳空间内的接合件喷射到接合位置的开口，该开口的直径大于接合件的直径，并且与容纳空间相通；以及用于可释放地保持容纳空间内的接合件的保持/释放件。
在说明书中，释放步骤(利用保持/释放装置进行释放)和加热步骤(利用加热装置进行加热)的同步是指在执行释放步骤的时机与执行加热步骤的时机之间建立一种关系。更具体地，释放步骤和加热步骤的同步是指当熔化的钎料和保持/释放装置彼此之间不会干涉的位置关系确定后，执行加热步骤开始熔化钎料。因此，不必同时进行释放和辐射，而且两个中哪个先执行无关紧要。
在说明书中，术语同步是指在释放和辐射之间建立时机方面的关系，不需要两者同时进行。
此外，在说明中，术语接合件是指由金属材料例如钎料、金或合金构成且可以将待接合元件彼此连接的元件。
上述第一和第二元件包括电子元件、基底等，并且是指可以通过钎焊件连接在一起的元件。
图1A是根据本发明实施例1的钎焊设备的局部剖面图，其中钎焊设备的挡板处于关闭位置；图1B是根据本发明实施例1的钎焊设备的局部剖面图，其中钎焊设备的挡板处于打开位置；图2是钎焊步骤图表；图3是根据本发明实施例2的装有抽吸机构的喷嘴的局部剖面图；图4是根据本发明实施例3的钎焊设备的局部剖面图；图5是装有电磁线圈型致动器的打开/关闭部分的正视图；图6是喷嘴组件的剖面图，装有压电致动器的打开/关闭部分安装在该喷嘴组件中；图7是使用另一种压电致动器的打开/关闭部分的正视图；图8是转轴型打开/关闭部分的正视图；图9是常规的第一钎焊设备的局部剖面图；以及图10是另一种钎焊设备的局部剖面图。
具体实施例方式
在空中利用热辐射照射钎料，并使熔化的钎料到达电极。这样，即使由于局部熔化而使熔化进行的不充分，钎料也会粘附到电极上并停留在预定位置上。然后利用热辐射对局部熔化的钎料进行此外即使是很短时间的照射，从而可以使电极之间的接合具有足够的强度。
更优选地，通过释放被保持/释放装置保持的钎料供应钎料，并且利用保持装置进行的释放及利用热辐射进行的照射同步进行，从而利用热辐射对处于空中的钎料进行照射。
下面将参照
本发明的钎焊设备和钎焊方法的实施例。
(实施例1)图1A和1B是根据本发明一实施例的钎焊设备的局部剖面图；在图1A中所述设备的挡板处于关闭位置，在图1B中挡板处于打开位置。在图1A和1B所示的实施例的设备中，在基本为矩形的磁头滑动器109和薄板形弯曲件111之间实现电连接，所述滑动器109将利用钎料即钎焊球107连接在弯曲件111上。
首先说明待钎焊的滑动器109和弯曲件111的结构。在滑动器109一个端部的表面上设置由金属板形成的滑动器电极113。在弯曲件111上设置由金属板形成的弯曲件电极115，滑动器电极113和弯曲件电极115以大约90度的角度形成拐角部114。使熔化的钎焊球107a粘附在拐角部114附近的位置，从而滑动器电极109和弯曲件电极115彼此电连接(图1B)。
在进行钎焊时，重要的是钎料应当既粘附在滑动器电极113上又粘附在弯曲件电极115上。因此，为了使钎料可靠地粘附在滑动器电极113和弯曲件电极115上，使弯曲件111相对于水平方向倾斜，从而将拐角部114用作定位用V形凹槽。在该布置中，即使钎料落下的位置偏离预定位置，也能够通过滑动器电极113和弯曲件电极115的表面将钎焊球引导到拐角部114。因此，熔化的钎焊球以自对准的方式就位。
钎焊设备100配备有保持/释放装置，该装置用于将固态钎焊球107可释放地保持在一位置，该位置从弯曲件电极115上的钎料将牢固连接的预定位置(拐角部114)垂直向上间隔预定距离；加热装置，即激光装置117，该装置用于向钎焊球107施加热辐射，以通过加热熔化钎焊球107；以及控制装置，即控制部分135，该装置用于使保持/释放装置释放保持(的操作)与利用加热装置进行的加热同步。
本实施例的保持/释放装置由喷嘴组件101和打开/关闭部分122组成。喷嘴组件101装配有用于喷射钎焊球107的喷嘴102和该喷嘴连接在其上的喷嘴主体104。组成保持/释放装置的打开/关闭部分122由下文将要描述的用于打开和关闭喷嘴102的开口106的挡板123和用于驱动该挡板123的驱动部分125组成。
喷嘴组件101的喷嘴102配备有用于在其中容纳钎焊球107的容纳部105，且该喷嘴102是在其纵向端部开口的柱状件。喷嘴102的一纵向端连接到喷嘴主体104，而其另一端形成用于将钎焊球107喷射到喷嘴外部的开口106。喷嘴102容纳部105的内壁的直径至少大于钎焊球107的外径，因此允许钎焊球107在喷嘴102中自由滚动。开口106的直径略微大于钎焊球107的直径，开口106还具有相对于水平方向(图1A和1B的X方向和Y方向(垂直于图1A和1B的平面的方向))对钎焊球107进行定位的作用。因此，当对喷嘴102实现定位时，也对喷嘴开口106内的钎焊球实现了定位。
该喷嘴主体104具有激光引导路径119，该激光引导路径沿基本垂直的(重力的)方向(如图1A和1B所示的垂直方向)延伸并用于导引激光束。激光引导路径119的上端部由连接在其上的由可以传输激光束的玻璃材料制成的激光束传输部127封闭。激光引导路径119的下端部与喷嘴102的一端相连，其中激光引导路径119和容纳部105彼此连通。在此实施例中，激光引导路径119、喷嘴容纳部105、以及开口106的中心轴线位于一条直线上。
此外，喷嘴主体104具有用于将钎焊球107从下述的储存器部分128引导到喷嘴102的容纳部105中的钎焊球引导路径121。钎焊球引导路径121的一端连接到储存器部分128的钎料供给端口129，其另一端连接到喷嘴主体104的激光引导路径119。因此，储存器部分128和激光引导路径119通过钎焊球引导路径121彼此连接。钎焊球引导路径121的内径大于钎焊球107的外径，从而允许钎焊球107在其中滚动。
此外，在喷嘴组件101的激光束传输部分127的上方安装有加热件，即激光装置117，以用于通过将热辐射施加在钎焊球107上而借助于加热来熔化钎焊球107。激光装置117是公知的装置。从激光装置117发出的激光束的光轴与激光引导路径119、喷嘴容纳部105、以及开口106的中心轴线位于同一直线上。因此，激光束传输通过激光束传输部分127，并且进入喷嘴主体104的激光引导路径119中。此外，激光束通过喷嘴102的容纳部105，并通过开口106传输到喷嘴组件101的外部。
打开/关闭部分122设置在喷嘴102的开口106的垂直下方。打开/关闭部分122的挡板123通过驱动部分125在关闭位置和打开位置之间移动，所述关闭位置位于开口106的正下方并且在该关闭位置处打开/关闭部分122关闭开口106(如图1A所示)，所述打开位置处于开口106正下方位置的X方向的右侧，且在该打开位置处打开/关闭部分122打开开口106。当挡板123处于关闭位置时，引入容纳部105的钎焊球107由喷嘴102的内壁表面以及挡板123的上表面保持。当挡板123通过驱动部分125移动到X方向的右侧时，喷嘴102的开口106被打开，钎焊球107从喷嘴102落下(沿图1B中箭头Y的方向)。喷嘴102位于与钎焊球107所要粘附的拐角部114上的预定位置垂直间隔开预定距离的位置，因此被释放的钎焊球通过自身重力朝着预定位置下落。
此外，该实施例的钎焊设备100配备有用作控制装置的控制部分135。该控制部分135输出用于打开/关闭部分122的挡板123的驱动部分125的驱动指令信号，并输出用于驱动激光装置117的放射指令信号，并且该控制部分可以使开始朝着打开位置驱动挡板123的时机与激光装置117开始放射激光辐射的时机同步。
此外，钎焊设备100连接到用于储存钎焊球107的储存器部分128。储存器128部分的钎料供给端口129连接到钎焊设备100中喷嘴主体104的钎焊球引导路径121的一端。因此，离开储存器部分128的钎料供给端口129的钎焊球107通过钎焊球引导路径121被导入到激光引导路径119以及喷嘴容纳部105中。
下面将参考图1A、1B以及图2说明利用上述构造的钎焊设备100的根据本发明实施例的钎焊方法的步骤。
首先，使用移动机构(未示出)移动喷嘴102，以将其定位到一个位置，该位置从熔化的钎焊球107a将粘附的弯曲件电极上的预定位置垂直向上间隔预定距离(步骤S1)。作为移动机构，例如，可以是公知的能沿三个轴线方向(X轴，Y轴，Z轴)移动的机构。利用由例如CCD照相机构成的定位照相机和用于检查定位照相机(拍摄)的图像的监视器，通过拍摄喷嘴和钎焊的对象来判断喷嘴是否已经定位在预定位置。
然后，将钎焊球107从储存器部分128经由钎料引导路径121以及激光引导路径119引导到容纳部105中(步骤S2)。这时，打开/关闭部分122处于关闭状态，喷嘴102的开口106被挡板123关闭。在容纳部105的内部，钎焊球107位于开口106附近的挡板123的上表面上，从而完成保持步骤，其中固态钎料被保持在与钎料所要粘附的位置垂直并向上间隔开预定距离的位置(步骤3)。
在随后的释放步骤中，使挡板123沿X方向移动到右侧，以释放对钎焊球107的保持，并使钎焊球从开口106落在位于其垂直下方的弯曲件电极115上的预定位置(步骤S4)。
与上述释放步骤同步地进行加热步骤，其中已经通过开口106的钎焊球107利用激光装置117发出的激光束通过加热被熔化(步骤S5)。该激光束通过激光束传输部分127、激光引导路径119、容纳部105、以及开口106，以便在空中加热并熔化钎焊球107。
在空中熔化的钎焊球107a粘附到由弯曲件电极115和滑动器电极113限定的拐角部114(步骤S6)，从而完成钎焊。
上述钎焊方法中，在空中—也就是说在从喷嘴102喷出钎焊球时—利用加热实现钎焊球107的熔化，从而可以防止被加热并熔化的钎焊球粘附到喷嘴的内壁或开口106周围的喷嘴部分上。
(实施例2)尽管在上述实施例1中采用了打开/关闭部分122，但通过采用抽吸装置也可以实现对钎焊球的保持和释放。下面，将说明采用抽吸装置的实施例2。
图3是一具有抽吸装置的钎焊设备的一部分的剖面图。除了图3所示的构件，本实施例的钎焊设备的(其它)构件与图1中的钎焊设备的那些构件相同，因图3中没有示出这些实施例中共有的构件。喷嘴152在开口156附近具有抽吸孔187。该抽吸孔187水平延伸穿过喷嘴152的壁(如图3所示)，并和容纳部155连通。此外，抽吸管174的一端连接到抽吸孔187。抽吸装置，即，产生抽吸力的抽吸装置175连通到抽吸管174的另一端，抽吸力通过抽吸管174施加给抽吸孔187。此外，抽吸装置175连接到控制部分185。该控制部分185输出用于驱动和停止抽吸装置175的驱动指令信号和停止指令信号，以及用于驱动激光装置(未示出)的驱动指令信号，该控制部分还能够使停止施加抽吸力的时机与停止激光装置的激光辐射的时机同步。
在上述构造的钎焊设备中，首先驱动抽吸装置175，以向抽吸孔187施加抽吸力。对钎焊设备进行定位(参见图2的步骤S1)，并将钎焊球157供给到钎焊设备的喷嘴容纳部155中(参见图2的步骤S2)。通过抽吸装置175施加的抽吸力，钎焊球157被保持而关闭抽吸孔187(参见图2的步骤S3)。在收到来自于控制部分185的停止指令信号时，抽吸装置175停止施加抽吸力，钎焊球157被释放(参见图2的步骤S4)。钎焊球157依靠自重下落。通过使用激光束对已经通过开口156并处于空中的钎焊球157进行加热(参见图2的步骤S5)。熔化的钎焊球粘附在钎焊对象的拐角部(如图1A和1B中的附图标记114所示)，从而完成钎焊(参见图2的步骤S6)。
在上述实施例1和2中，在通过开口后且在到达由弯曲件电极和滑动器电极限定的拐角部之前整个钎焊球被熔化，但这不应限制性地理解。例如，钎焊球也可以局部熔化。也可以仅熔化钎焊球的与钎焊对象相接触的一部分钎料，在钎焊球停止在预定位置后再继续激光辐射，从而熔化整个钎焊球，以进行钎焊。
在参照图10所述的钎焊设备400中，在其中钎焊球407在喷射之前在容纳部405内熔化的方法中，在设定喷射钎焊球407所用压缩气体的压力值时，需要考虑熔化钎料(熔化的钎焊球)的粘度。例如，当压缩气体的压力值小于预定值时，由于熔化钎料的粘度，钎料可能堵塞喷嘴。
相反，当压缩气体的压力值大于预定值时，可以消除粘度的影响。另一方面，熔化的钎料可能会在空中分散或在钎焊物的表面铺开或飞溅。在本发明中，固态钎料通过自重下落，而不使用任何压缩气体，从而可以防止由熔化的钎料引起的上述问题。
从防止钎料氧化的观点出发，可以在上述说明的本发明的实施例中加入用于供给压缩气体的公知的气体供应源，并向容纳部105中供给惰性气体(压缩气体)例如氮气，从而向钎料施加压缩气体以喷射钎料。而且在所述结构中，从喷嘴中喷出的钎料是固态的，因此可以将压缩气体的压力值设置成适合于粘附在基底上的值，而无需考虑熔化的钎料的粘度等。因此，在钎料粘附方面不会出现问题。
(实施例3)下面，将说明根据本发明实施例3的钎焊设备，其中向钎料施加压缩气体以喷射钎料。图4是根据本发明实施例3的钎焊设备的局部剖面图。
设置将要彼此钎焊在一起的滑动器1151和弯曲件1155，使得滑动器电极1153和弯曲件电极1157呈基本为90度的仰角。设有至少四个滑动器电极和四个弯曲件电极。通过接合剂或夹紧机构实现滑动器1151和弯曲件1155的临时定位，并且滑动器电极1151和弯曲件1155以近似为90度的仰角构成凹槽1159。对钎焊喷嘴1102进行定位使得该喷嘴在宽度方向(垂直于图4的平面的方向)上基本对应于凹槽1159的中心位置；钎焊球1131被喷射并熔化以实现电极之间的电联接。与本发明实施例1和2不同的是，本实施例采用这样一种布置，其中滑动器1151要连接的弯曲件基本水平地延伸。
钎焊设备1100具有钎料供给部1101，即用于从储存器部分(未示出)向容纳部输送钎料的盖件；以及用于喷射钎料的喷嘴组件1103。钎焊设备1100设置成使得其喷射方向(由点划线Y指示)相对于水平方向(由点划线H指示)倾斜一倾斜角。该倾斜角可以根据钎焊对象的钎焊位置适当变化。更具体的，该倾斜角的范围可以从0°(沿基本水平的方向喷射)到360°。
基本为柱状的钎料供给部1101是可拆卸地连接到喷嘴组件1103的构件，并且其还用作喷嘴组件1103的盖子。钎料供给部1101具有热辐射路径，用于熔化钎料的激光束可通过该热辐射路径。热辐射路径由激光引导路径1119和激光束传输部分1127组成。激光引导路径1119在沿钎料供给部1101的横向彼此相对的上表面1101a和下表面1101b之间延伸。在激光引导路径1119的上表面1101a侧的开口被激光束传输部分1127密封，该激光束传输部分1127由可以传输激光束的玻璃材料制成，且该开口专门用于传输激光束。激光引导路径1119的下表面1101b侧是打开的。当钎料供给部分1101连接到喷嘴组件1103时，激光引导路径1119与下述喷嘴主体1105的内部空间1109连通。这样，虽然在本发明的实施例1和2中，激光引导路径和钎焊球引导路径是分开设置的，但在本发明的实施例3中，一单个的引导路径用作激光引导路径和钎焊球引导路径。
此外，钎料供给部分1101在激光引导路径1119的径向外侧具有在其上表面1101a和下表面1101b之间延伸的抽吸路径1129。抽吸路径1129在其位于上表面1101a侧的端部连接到抽吸部分1133。抽吸路径1129的下表面1101b侧的端部连接到向下开口的单个凹座1131。凹座1131是其内部为中空的柱状凹座。凹座1131的内周壁的直径略大于钎料壁1107的外径。连接到凹座1131的抽吸路径1129的直径小于凹座1131的内周壁的直径。因此，当从抽吸部分1133向抽吸路径1129施加抽吸力时，抽吸力通过凹座1131施加给钎焊球1107，并且一个钎焊球被容纳并保持在凹座1131里。也可以提供多个抽吸路径1129和凹座1131。
抽吸路径1129的上表面1101a侧的端部还连接到用于提供压缩气体的气体供给部分1135。即抽吸路径1129也用作气体供应路径。用于将从气体供给部分1135提供的压缩气体施加给钎料的气体供应路线由抽吸路径1129、凹座1131以及将在下面进行描述的内部空间1109和容纳部1113组成。压缩气体通过气体供应路线施加给钎焊球，并且钎焊球被喷射出。对于压缩气体，可以使用惰性气体，例如氮气。
接下来将说明喷嘴组件1103。喷嘴组件1103由用于喷射钎料的喷嘴1102和用于保持喷嘴1102的喷嘴主体1105构成。喷嘴主体1105基本形成为空心的锥体，并且设置在其中的内部空间1109逐渐变细。
钎料引导端口1109a是喷嘴主体1105的上表面1105a侧的开口，其直径是这样确定的，即在钎料供给部分1101已经连接到喷嘴主体1105的上表面1105a的状态下，凹座1131位于钎料引导端口1109a的开口的内部区域。因此，凹座1131直接与钎料引导端口1109a连通。当由凹座1131保持的钎焊球1107被释放且向其施加压缩气体时，钎焊球1107从钎料引导端口1109a移动到喷嘴主体1105的内部空间1109。即内部空间1109用作钎料的供给路线。
此外，喷嘴主体1105的内部空间1109也用作激光束穿过其中的激光路线。
在喷嘴主体1105的上表面1105a中安装有O形环1121。当钎料供给部分1101的下表面1101b连接到喷嘴主体1105的上表面1105a时，喷嘴主体1105和钎料供给部分1101通过O形环的作用彼此无间隙地接触。作为将钎料供给部分1101固定到喷嘴组件1103的装置，可以使用公知的装置，如通过向钎料供给部分1101施加比内部空间1109的内压大的负荷而将钎料供给部分1101压靠在喷嘴组件上的机构。
喷嘴1102是逐渐变细的柱状件，并包括容纳部1113，其中该喷嘴的纵向相对的端部打开。喷嘴1102的上端部连接到喷嘴主体1105，而该喷嘴的下端形成用于将钎焊球1107喷射到喷嘴的外部的开口1115。
容纳部1113的内壁的直径和开口1115的直径至少大于钎焊球1107的外径，从而钎焊球1107可以在喷嘴1102内自由移动。
此外，本发明实施例3的钎焊设备1100装配有用于将固态钎焊球1107可释放地保持在一位置的保持/释放装置，该位置与钎料将紧固地连接在弯曲件电极1157和滑动器电极1153上的钎焊位置(拐角部1159)间隔预定的距离；加热装置，即用于向钎焊球1107施加热辐射以通过加热熔化钎焊球1107的激光装置1117；以及控制装置，即用于使保持/释放装置释放保持(动作)的时机与加热装置进行加热的时机同步的控制部分1235。
保持/释放装置由上述喷嘴组件1103和打开/关闭部分1222构成。打开/关闭部分1222由用于打开和关闭喷嘴1102的开口1115的挡板1223以及用于(沿X方向)驱动挡板1223的驱动部分1225构成。
控制部分1235连接到用于控制打开/关闭部分1222的挡板1223的驱动部分1225，并连接到激光装置1117，并且使开始驱动挡板1223到打开位置的时机和激光装置1117开始激光辐射的时机同步。
此外，喷嘴1102容纳部1113的内部也构成激光束通过的激光路径。在本发明的实施例3中，构件布置成使得钎料供给部分1101的激光引导路径1119、喷嘴主体1105的内部空间1109、喷嘴1102的容纳部1113、以及开口1115的各自的中心轴处在同一直线上。因此，已经通过激光引导路径1119的激光束进入内部空间1109，并在施加到钎焊球1107之前穿过喷嘴1102的容纳部1113。
此外，当钎料供给部分连接到喷嘴组件时，除了开口1115之外，激光引导路径1119、内部空间1109、以及容纳部1113均处于密封状态。
在上述钎焊设备中，输送钎焊球1107的步骤如下。驱动抽吸部分1133以通过抽吸将钎焊球1107保持在凹座1131中。通过抽吸保持钎焊球1107的钎料供给部分1101沿X方向上移动，且钎料供给部分1101连接到喷嘴组件1103。该状态如图4所示。接下来，撤消从抽吸部分1133施加到钎焊球1107的抽吸力。然后，气体供给部分1135操作，以向钎焊球1107施加压缩气体，并且将钎焊球1107引导到内部空间1109。钎焊球1107通过内部空间1109和喷嘴1102的容纳部1113并到达开口1115附近的部分，以利用挡板1223和喷嘴1102进行保持。
使用上述构造的钎料供给部分1101的钎焊设备的操作如下。
当钎焊球1107的传输步骤完成后，对装有钎焊球1107的钎焊设备1100进行定位。移动钎焊设备，使得喷嘴开口1115位于这样一位置，即该位置沿相对于水平方向H呈倾斜角α的方向与凹槽1159宽度方向的大致中心位置间隔开预定距离，所述凹槽由熔化的钎焊球1107将要粘附的滑动器电极1153和弯曲件电极1157形成。作为移动机构，使用例如可沿三个轴向(X轴，Y轴，Z轴)移动的公知的机构。
将从抽吸部分1133施加到钎焊球1107上的抽吸力撤消，与此同时，通过抽吸路径1129向钎焊球1107施加来自气体供给部分1135的压缩气体。由凹座1131保持的钎焊球1107沿开口1115的方向移动，并定位在挡板1223上，从而关闭开口1115。
接着，当挡板1223的驱动部分1225被驱动时，挡板1223移动以打开开口1115。打开开口1115后，进行激光辐射以熔化钎焊球1107。压缩气体的施加可在打开挡板之前和之后的适当时候进行。即，在打开挡板之前，通过向钎焊球施加压缩气体而将钎焊球定位在挡板上。在打开挡板之后，利用压缩气体将钎焊球从开口1115喷射到喷嘴1102的外部。
从激光装置1117发出的激光束穿过激光传输部分1127、激光引导路径1119、以及内部空间1109，然后施加在从开口1115中喷射出的固态钎焊球上并使该钎焊球熔化。
熔化的钎焊球1107粘附到预定部分(凹槽部1159)，从而完成钎焊。
在配备有上述钎料供给部分的钎焊设备中，可以将钎焊球保持在密闭的空间里，因此可以可靠和容易地将用于喷射的压缩气体的压力值设定为预定值，从而可以可靠地喷射钎焊球。
此外，无论从钎焊设备中喷射出的钎焊球的方向怎样，都可以使钎焊球到达给定的钎焊位置。
(打开/关闭部分的结构)下面将参照
可应用于本发明实施例1到3中的打开/关闭部分结构的具体示例。
(结构示例1)根据结构示例1的打开/关闭部分是利用电磁线圈型致动器作为驱动源的直接作用类型。图5是在处于开口关闭状态的安装有电磁线圈型致动器的打开/关闭部分的正视图。根据结构示例1的打开/关闭部分2122具有用于关闭喷嘴2102的开口2116的挡板2123；驱动部分，即通过沿X方向移动挡板2123实现打开和关闭开口的电磁线圈型致动器2125；用于保持挡板2123和电磁线圈型致动器2125的打开/关闭部分的主体2201；用于使挡板2123沿水平方向往复运动的导向装置2226；以及由打开/关闭部分的主体2201支承且用于保持导向装置2226的臂件2203。
此外，设有连接到电磁线圈型驱动器中的活动芯部的杆2205。
此外，臂件2203的一端固定到打开/关闭部分的主体2201。臂件2203的另一端通过导向装置连接到致动器2125的杆2205的一端以及挡板2123。因此，当杆2205(沿X方向)往复运动时，挡板2123通过导向装置2226也沿X轴方向往复运动。
当收到控制部分的驱动信号时，具有上述结构的打开/关闭部分2122沿X方向移动(至图5中的右侧)以打开开口2116，或向左移动以关闭开口2116。
(结构示例2)根据结构示例2的打开/关闭部分是利用压电致动器的枢轴类型打开/关闭部分。图6是使用安装有压电致动器的打开/关闭部分的喷嘴组件的剖面图。在图6所示的状态中，开口3115由打开/关闭部分3222关闭。喷嘴组件3103基本具有与图4中的喷嘴组件1103相同的结构，因此只说明它们之间的差别。
构成打开/关闭部分3222的挡板3223和用于驱动该挡板3223的驱动部分即压电致动器3225连接到喷嘴主体3105的外围。
挡板3223具有基本呈L形的构型，并且具有用于关闭喷嘴3107的开口3115的扁平部分3223a，和通过弯曲部与扁平部分3223a相连的挡板主体部分3223b。挡板主体部分3223b具有连接到下述固定块3237上的销3237b的开口3223c。
将挡板3223固定到喷嘴3107的固定块3237由与喷嘴3107的外围一致的柱状孔部以及通过螺钉或类似物固定的裂口紧固部分构成。其外径略小于挡板3223开口3223c直径的销3237b从块件3237a伸出，并且挡板3223可以将销3237b作为轴而绕其转动。挡板3223通过销3237b的作用连接到块件3237a。
此外，驱动部分即压电致动器3225的一端连接到挡板3223。致动器3225是通常所说的弯曲致动器，其中压电元件3233和3235连接到板状金属薄片3231的任一侧。致动器的另一端通过固定在喷嘴主体3105上部的第二固定块3239的作用固定到喷嘴主体3105。
当致动器处于正常位置(图6所示状态)时，挡板3233关闭开口3115。为了打开开口3115，向压电元件3233和3235施加电压，以使一个压电元件3233收缩(如箭头D所示)并使另一压电元件3235膨胀(如箭头E所示)，从而使致动器3225朝着喷嘴主体3105弯曲(如箭头Y所示)。连接到致动器3225的挡板3233绕销3223c转动(如箭头Z所示)，以打开开口3107。
(结构示例3)根据结构示例3的打开/关闭部分是使用另一种压电致动器的枢转型打开/关闭部分。图7是该打开/关闭部分的正视图。在图7所示的状态中，开口4107由挡板4223关闭。在图7中，只用虚线示出喷嘴组件的喷嘴4107。由于这里的喷嘴组件与图4中的喷嘴组件具有相同的结构，因此省略对其的说明。
打开/关闭部分4222具有挡板4223和压电致动器4225，该压电致动器4225是用于驱动挡板4223的驱动部分。挡板4223具有基本为L形的构型，并且具有用于关闭开口4107的扁平部分4223a和连接到下述板簧4229的固定部分4223b。
致动器4225是通常所说的堆叠型压电致动器。致动器4225由一端开口的筒状壳体4227、安装在壳体4227内部的堆叠型压电元件(未示出)以及伸出部4231构成，该伸出部连接到压电元件并从壳体4227的开口伸出并且是可动的。壳体4227的与其开口端相对的封闭的另一端固定到打开/关闭部分的主体4235。螺旋弹簧4233悬置在板簧4229的弯曲部分4229a和打开/关闭部分的主体4235之间，以便沿致动器4227的纵向延伸。预载荷通过螺旋弹簧4233施加给压电元件。
在上述结构中，当电压施加到压电元件上时，压电元件膨胀，且如图7所示伸出部4231将板簧的弯曲部分4229a向左挤压，从而板簧的弯曲部分4229a逆时针倾斜(偏转)，并且如图7所示连接到板簧弯曲部分的挡板4223向右转动，从而打开开口4107。在没有电压施加到压电元件的状态，压电元件恢复到正常(收缩)状态，开口4107关闭。
(结构示例4)根据结构示例4的打开/关闭部分是其中通过回转挡板而实现打开/关闭的回转型打开/关闭部分。图8是打开/关闭部分的正视图。喷嘴组件5103基本具有与图4所示喷嘴组件1103相同的结构，从而将省略对其的说明。
挡板5223的一端关闭喷嘴5102的开口5115，挡板5223的另一端由轴5225支承。轴5225连接到旋转驱动部分(未示出)，并且轴5225利用旋转驱动部分沿箭头R的方向旋转(枢转)。在上述结构的打开/关闭部分中，喷嘴5102的开口5115根据轴5225的转动位置通过挡板5223打开或关闭。当然，旋转驱动部分(未示出)可以由旋转驱动系统例如脉冲电动机构成。但是，也可采用其中将直接作用型驱动系统如压电致动器的运动转化为旋转运动的结构。
下面，将说明一个实施例，其中利用本发明实施例3的钎焊设备进行钎焊操作。
钎焊对象是平面尺寸为0.95mm×0.6mm的黄金电极。所用的钎焊球是直径为110μm的球体。氮气被用作压缩气体。从喷嘴前端到工件的钎焊位置的距离为0.5mm。使用的激光是波长为1064nm的YAG激光，且从开始辐射起激光束的辐射时间为0.3msec。在钎焊位置处激光束的光点直径是φ200μm。
下表示出在上述条件下进行钎焊操作的实施例1至3的结果，其中从开口打开到激光辐射开始之间的时间段以及压缩气体的压力值是变化的。
从上表可以看出，在全部实施例1至3中，可以在预定位置以符合要求的方式实现钎焊。
根据实施例1、2和3，提供一种钎焊方法和一种钎焊设备，其中固态钎料被保持在与基底间隔开预定距离的位置，且在该位置释放对钎料的保持以便在空中对钎料施加热辐射。因此，不需要保持熔化的钎料，从而可以防止用于保持钎料的装置如喷嘴受到污染。
此外，利用与电极间隔开的钎料保持/释放件来进行钎焊，因此可以防止钎料保持/释放装置与构成钎焊对象的电极接触，从而可以防止电极或钎料保持件损坏。
虽然在上述实施例1、2和3中使用了激光装置，但也可以利用卤素光、热空气等来加热和熔化钎焊球即钎料。此外，虽然在上述实施例中使用球状钎焊球作为钎料，但钎料的构型不特别局限于球状。
此外，虽然在上述实施例中，激光束的光轴、激光引导路径的中心轴线、容纳部的中心轴线、以及开口的中心轴线沿相同的方向彼此一致，这不应被限制性地理解。只要激光装置可以沿从开口下落的钎焊球所走的路径利用激光束进行扫描，则可以使用任何类型的(激光)装置，当然也没有必要使激光束的光轴与喷射后下落的钎焊球所走的路径匹配。
此外，保持/释放件不局限于上述实施例中的保持/释放件。例如，作为喷嘴打开/关闭机构，也可以采用光圈(iris)结构或是由多个叶片构成的裂口端头结构。
此外，有必要使释放钎焊球与施加激光束同步，从而可以在钎焊球处于空中即在到达电极之前使其熔化。也就是说，只要钎焊球的释放和激光辐射彼此基本同步，两者中无论是哪个先执行无关紧要。
此外，虽然在本说明书中电极的接合件是钎料，但这不应该被限制性地理解。例如，也可使用一些其它的金属，例如黄金或合金。
此外，虽然在本说明书中供给到喷嘴中的气体是惰性气体(氮气)，但也可利用可以还原接合件的气体(例如氢气)。
本发明在不脱离其实质特征的情况下可以包括多种形式。因此，上述实施例仅作为示例给出，并且显然不应限制性地理解。
本申请要求享有2005年3月30日提交的日本专利申请No.2005-97614以及2005年11月4日提交的日本专利申请No.2005-320252的优先权，这两篇申请的全文引用在此作为参考。
权利要求
1.一种用于将第一元件钎焊到第二元件的钎焊方法，包括如下步骤将固态钎料保持在从第一元件和第二元件将要彼此钎焊的钎焊位置垂直向上间隔开预定距离的位置；释放对钎料的保持，以使钎料向垂直位于其下方的第二元件上的预定位置下落；以及通过使用热辐射来向钎料施加热量从而加热钎料，其中，在释放对钎料的保持后，对处于空中的钎料进行加热，从而将第一元件钎焊到第二元件。
2.一种用于将电子元件钎焊到基底的钎焊方法，包括如下步骤将固态钎料保持在从电子元件和基底将要彼此钎焊的钎焊位置垂直向上间隔开预定距离的位置；释放对钎料的保持，以使钎料向垂直位于其下方的基底上的预定位置下落；以及通过使用热辐射来向钎料施加热量从而加热钎料，其中，在释放对钎料的保持后，对处于空中的钎料进行加热，从而将电子元件钎焊到基底。
3.一种用于将电子元件钎焊到基底的钎焊方法，包括如下步骤将固态钎料保持在从电子元件和基底将要彼此钎焊的钎焊位置垂直向上间隔开预定距离的位置；释放对钎料的保持，以使钎料向垂直位于其下方的基底上的预定位置下落；以及通过向钎料施加热辐射而加热钎料，其中，通过使释放步骤与加热步骤同步来释放钎料，并且对处于空中的钎料进行加热，从而在钎焊位置将基底和电子元件彼此钎焊。
4.如权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，所述热辐射是激光束。
5.如权利要求2所述的钎焊方法，其特征在于，所述热辐射是激光束。
6.如权利要求3所述的钎焊方法，其特征在于，所述热辐射是激光束。
7.如权利要求1所述的钎焊方法，其特征在于，在释放步骤中向钎料施加压缩空气。
8.如权利要求2所述的钎焊方法，其特征在于，在释放步骤中向钎料施加压缩空气。
9.如权利要求3所述的钎焊方法，其特征在于，在释放步骤中向钎料施加压缩空气。
10.如权利要求4所述的钎焊方法，其特征在于，在释放步骤中向钎料施加压缩空气。
11.如权利要求5所述的钎焊方法，其特征在于，在释放步骤中向钎料施加压缩空气。
12.如权利要求6所述的钎焊方法，其特征在于，在释放步骤中向钎料施加压缩空气。
13.一种用于将电子元件钎焊到基底的钎焊设备，包括保持/释放装置，该保持/释放装置用于将固态钎料保持在从电子元件和基底将要彼此钎焊的钎焊位置垂直向上间隔开预定距离的位置，并用于释放对钎料的保持，以使钎料落在垂直位于其下方的基底上；加热装置，该加热装置用于通过使用热辐射来向钎料施加热量从而加热钎料；以及控制装置，该控制装置用于使保持/释放装置对保持的释放与加热装置的加热同步；其中，释放对钎料的保持并且对处于空中的钎料进行加热，从而在钎焊位置将电子元件和基底彼此钎焊。
14.如权利要求13所述的钎焊设备，其特征在于，所述加热装置是激光装置，所述热辐射是激光束。
15.如权利要求13所述的钎焊设备，其特征在于，施加激光束的方向与钎料下落的方向相同。
16.如权利要求14所述的钎焊设备，其特征在于，施加激光束的方向与钎料下落的方向相同。
17.如权利要求13所述的钎焊设备，其特征在于，所述保持/释放装置是喷嘴，该喷嘴具有排出口、容纳钎料并与排出口连通的容纳室、以及用于打开和关闭排出口的打开/关闭部分；固态钎料设置在容纳室中，排出口由打开/关闭部分关闭。
18.如权利要求14所述的钎焊设备，其特征在于，所述保持/释放装置是喷嘴，该喷嘴具有排出口、容纳钎料并与排出口连通的容纳室、以及用于打开和关闭排出口的打开/关闭部分；固态钎料设置在容纳室中，排出口由打开/关闭部分关闭。
19.如权利要求15所述的钎焊设备，其特征在于，所述保持/释放装置是喷嘴，该喷嘴具有排出口、容纳钎料并与排出口连通的容纳室、以及用于打开和关闭排出口的打开/关闭部分；固态钎料设置在容纳室中，排出口由打开/关闭部分关闭。
20.如权利要求16所述的钎焊设备，其特征在于，所述保持/释放装置是喷嘴，该喷嘴具有排出口、容纳钎料并与排出口连通的容纳室、以及用于打开和关闭排出口的打开/关闭部分；固态钎料设置在容纳室中，排出口由打开/关闭部分关闭。
21.一种用于将第一元件接合到第二元件的接合方法，包括如下步骤将固态接合件保持在与第一元件和第二元件将要彼此接合的接合位置间隔开预定距离的位置；释放对接合件的保持；将固态接合件喷射到接合位置上；以及通过使用热辐射来向接合件施加热量从而加热接合件，其中，在释放接合件后对其进行加热，以将第一元件接合到第二元件上的接合位置。
22.如权利要求21所述的接合方法，其特征在于，在喷射步骤中，向接合件施加压缩气体，从而喷射出接合件。
23.一种用于将电子元件接合到基底的接合设备，包括保持/释放装置，该保持/释放装置用于将固态接合件可释放地保持在与电子元件将要接合的基底上的接合位置间隔开预定距离的位置处；喷射装置，该喷射装置用于将接合件喷射到接合位置；加热装置，该加热装置用于通过使用热辐射来向接合件施加热量从而加热接合件；控制装置，该控制装置用于使保持/释放装置对保持的释放与加热装置的加热同步；其中，在控制装置释放对接合件的保持后对接合件进行加热，从而将电子元件接合到基底上的接合位置。
24.如权利要求23所述的接合设备，其特征在于，所述保持/释放装置通过直接作用系统来实现对接合件的保持或释放。
25.如权利要求23所述的接合设备，其特征在于，所述保持/释放装置通过枢转系统来实现对接合件的保持或释放。
26.如权利要求23所述的接合设备，其特征在于，所述保持/释放装置通过回转系统来实现对接合件的保持或释放。
27.如权利要求24所述的接合设备，其特征在于，所述保持/释放装置具有喷嘴组件，该喷嘴组件具有开口和用于打开和关闭该开口的打开/关闭部分，该打开/关闭部分由压电致动器驱动。
28.如权利要求25所述的接合设备，其特征在于，所述保持/释放装置具有喷嘴组件，该喷嘴组件具有开口和用于打开和关闭该开口的打开/关闭部分，该打开/关闭部分由压电致动器驱动。
29.如权利要求26所述的接合设备，其特征在于，所述保持/释放装置具有喷嘴组件，该喷嘴组件具有开口和用于打开和关闭该开口的打开/关闭部分，该打开/关闭部分由压电致动器驱动。
30.一种用于接合设备中的喷嘴单元，其中，第一元件和第二元件之间的接合通过在第一元件和第二元件将要彼此接合的接合位置处提供通过加热而被熔化的接合件来实现，该喷嘴单元包括柱状喷嘴组件，该柱状喷嘴组件具有容纳接合件的容纳空间和允许将容纳在容纳空间中的接合件喷射在接合位置上的开口，所述开口的直径大于接合件的直径并且该开口与容纳空间连通；以及用于将接合件可释放地保持在容纳空间中的保持/释放装置。
全文摘要
本发明涉及钎焊方法，钎焊设备，接合方法，接合设备，及喷嘴单元。本发明提供了一种用于接合设备中的喷嘴单元，其中，第一元件和第二元件之间的接合通过在第一元件和第二元件将要彼此接合的接合位置提供已通过加热熔化的接合件来实现。喷嘴单元包括柱状喷嘴组件，该柱状喷嘴组件具有容纳接合件的容纳空间和允许将容纳在容纳空间中的接合件喷射在接合位置上的开口，所述开口的直径大于接合件的直径并且该开口与容纳空间连通；以及用于将接合件可释放地保持在容纳空间中的保持/释放装置。
文档编号G11B5/33GK1846919SQ20061008208
公开日2006年10月18日 申请日期2006年3月30日 优先权日2005年3月30日
发明者和合达也, 水野亨, 进藤修 申请人:Tdk株式会社