CN104520980A - 接合装置用加热器及其冷却方法 - Google Patents

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Abstract

平板形的接合装置用加热器(30)具有供接合工具(40)安装的下表面(31b)、及供隔热材(20)安装的上表面(31a)。于上表面(31a)上设有多数个毛细狭缝(35)。多数个毛细狭缝(35)与安装于上表面(31a)上的隔热材(20)的对准面(21)形成自空穴(36)延伸至侧面(33)的多数个毛细冷却流路(37)。据此，可更有效地使接合装置用加热器冷却。

Description

接合装置用加热器及其冷却方法
技术领域
本发明涉及一种接合装置用加热器的构造及其冷却方法。
背景技术
作为将半导体芯片安装于基板上的方法，可使用在电极上形成焊料凸块，且利用热压接将附焊料凸块的电子零件安装在基板上的方法；或在电子零件的电极上成形金凸块，在基板的铜电极的表面设置较薄的焊料皮膜，使金凸块的金与焊料热熔融接合的金焊料熔融接合；使用热可塑树脂或各向异性导电膜(Anisotropic conductive film，AFC)等树脂系的接着材料的接合方法。此类接合方法均是对电子零件进行加热，而在已使电极上的焊料或接着剂熔融的状态下利用压接工具将电子零件推压至基板之后，使焊料或接着材料冷却而固着，从而将电子零件接合在基板上。于此种接合中使用的电子零件安装装置中，需要具备用于将焊料加热至熔融状态、或者将接着剂加热至软化状态的加热器、及在接合后使焊料或接着剂冷却的冷却机构，且需要进行急速加热、急速冷却。
在缩短工作时间(take time)方面，相较于急速加热，如何在短时间内冷却更是一个问题。因此，提出以下方法：在重迭于板状陶瓷加热器上的隔热材上设置空气流路，使冷却空气在陶瓷加热器的表面流动而使加热器及安装在加热器上的接合工具冷却(例如，参照专利文献1)。
而且，提出如下方法：于脉冲加热器与重迭于脉冲加热器上的基底构件之间设置空间，使自基底构件上所设的冷却孔喷出的空气喷附于脉冲加热器的隔热材侧的面，从而使脉冲加热器急速冷却(例如，参照专利文献2)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2002-16091号公报
[专利文献2]日本专利特开平10-275833号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
然而，一般而言，当流体在狭小的平行平板之间流动时，自平行平板的表面向冷却媒体的热传递中，与流动垂直的方向上的热传导占支配地位，而伴随如紊流般的物资移动而产生的热移动非常小。因此，为了增大平行平板的表面与冷却媒体之间的热移动量，重要的是缩短平行平板间的距离、即冷却媒体中的热传导的距离。尤其是，当使用对冷却媒体的导热率较小的空气的情况下(例如，0.1～0.5Mpa空气的导热率为0.026W/(m·K)，与水的导热率0.6W/(m·K)相比非常小)，必须进一步缩小平行平板间的距离。因此，如专利文献1记载的先前技术所述，即便空气在平行平板间的距离为0.5mm～2mm左右的矩形流路内流动而使其冷却，亦存在无法有效地使加热器冷却的问题。而且，如专利文献2记载的先前技术所述，在借由对加热器的表面喷附空气而使加热器冷却的情况下，需要将大量的空气喷附至基底构件，因此存在因喷出的空气而扰乱接合环境的问题。
本发明的目的在于更有效地使接合装置用加热器冷却。
[解决问题的技术手段]
本发明的接合装置用加热器是具有供接合工具安装的第一面、及位于第一面的相反侧且供隔热材安装的第二面的平板形的接合装置用加热器，其特征在于：具有设在第二面的多数个毛细狭缝，且多数个毛细狭缝与安装于第二面的隔热材的对准面形成多数个毛细冷却流路。
本发明的接合装置用加热器中，优选的是，毛细狭缝的沿第二面的方向上的宽度小于与第二面垂直的方向上的深度。
本发明的接合装置用加热器中，优选的是，于第二面的中央附近设有凹陷，凹陷与安装于第二面的隔热材的对准面形成供冷却空气流入的空穴(cavity)，多数个毛细狭缝自空穴延伸至侧面，且于隔热材的对准面的中央附近设有第二凹陷，第二凹陷与第二面形成供冷却空气流入的空穴，多数个毛细狭缝连通于空穴，且在对向的各侧面之间延伸。
接合装置用加热器的冷却方法，其中，该接合装置用加热器呈平板形状，具有供接合工具安装的第一面、及位于第一面的相反侧且供隔热材安装的第二面，且具备设在第二面的多数个毛细狭缝，多数个毛细狭缝与安装于第二面的隔热材的对准面形成多数个毛细冷却流路，该冷却方法的特征在于：冷却空气流量是使毛细冷却流路出口的毛细狭缝中央的冷却空气温度成为较毛细狭缝的表面温度低预定阈值的温度的流量。
[发明的效果]
本发明发挥能更有效地使接合装置用加热器冷却的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施形态中的接合装置用加热器的构成的说明图。
图2是本发明的实施形态中的接合装置用加热器的俯视图及剖面图。
图3是表示本发明的实施形态中的接合装置用加热器的毛细狭缝的细节的剖面图。
图4是表示本发明的实施形态中的接合装置用加热器的毛细冷却流路的立体图。
图5是表示现有技术的接合装置用加热器的冷却槽的细节的剖面图。
图6是表示本发明的实施形态中的接合装置用加热器的毛细狭缝宽度与热阻的关系的图表。
图7是表示本发明的实施形态中的接合装置用加热器的毛细冷却流路的长度与空气温度的关系的图表。
图8是表示本发明的另一实施形态中的接合装置用加热器的构成的说明图。
图9是表示本发明的另一实施形态中的接合装置用加热器的俯视图及剖面图。
具体实施方式
以下，参照图式说明本发明的实施形态中的接合装置用加热器。如图1所示，本实施形态中的接合装置用加热器30具备平板形的本体31、供接合工具40安装的第一面，即下表面31b、以及供隔热材20安装的第二面，即上表面31a。于上表面31a的中央附近设有大致长方体的凹陷34，于本体31设有自凹陷34延伸至侧面33的多数个毛细狭缝35。该凹陷34与对准于上表面31a的隔热材20的对准面21形成供冷却空气流入的空穴36，且多数个毛细狭缝35与安装于上表面31a的隔热材20的对准面21形成自空穴36延伸至侧面33的多数个毛细冷却流路37。
于隔热材20的上部安装有不锈钢制的基底构件10，该基底构件10是安装于未图示的接合装置的接合头，且借由内藏于接合头的上下方向的驱动装置使基底构件10、隔热材20、接合装置用加热器30、及接合工具40一体地在上下方向移动。
接合装置用加热器30例如是使由铂或钨等所构成的热敏电阻埋入至氮化铝等的陶瓷的内部而构成。而且，隔热材20是用于使接合装置用加热器30的热不会传递至基底构件10的材料，例如为Adceram(注册商标)等陶瓷制。
参照图2对接合装置用加热器30及隔热材20的构造进行详细说明。图2(a)是表示接合装置用加热器30的上表面31a的俯视图，图2(b)是图2(a)所示的A-A的剖面图，图2(c)是图2(a)所示的B-B的剖面图。
如图2(a)所示，于接合装置用加热器30的上表面31a的上下方向的中央部设有2个凹陷34，在本体31中多数个毛细狭缝35自各凹陷34的上下方向的壁面向各侧面33延伸。本实施形态的接合装置用加热器30中，63条毛细狭缝35分别自各凹陷34的各上下方向的壁向本体31的上下方向的各侧面33延伸。因此，于如图2(a)所示的上表面31a，形成有合计63×2×2＝252条毛细狭缝35。而且，各毛细狭缝35的长度为L1。毛细狭缝35亦可例如借由切割装置进行切削而形成。
如图3所示，各毛细狭缝35的宽度W1为0.05mm，毛细狭缝35之间的壁38的厚度D1为0.1mm，毛细狭缝35的深度H1为0.3mm。如此，毛细狭缝35的宽度W1小于深度H1，本实施形态中，深度H1相对于宽度W1的比率为(深度H1/宽度W1)＝(0.3/0.05)＝6.0。而且，凹陷34的深度与毛细狭缝35的深度同样为0.3mm。
如图2(b)、图2(c)所示，隔热材20重迭于本体31的上表面31a。隔热材20的对准面21为平面，且密接于上表面31a所设的凹陷34、毛细狭缝35周围的面。因此，如图2(b)所示，若隔热材20的对准面21重迭于本体31的上表面31a，则大致长方体的凹陷34上侧的开放面及毛细狭缝35的上侧的开放面被关闭，各凹陷34与对准面21形成大致长方体的各空穴36。同样，如图2(c)所示，多数个毛细狭缝35与对准面21形成上下方向上细长的多数个毛细冷却流路37。而且，如图2(b)所示，于隔热材20上设置有分别连通于各空穴36的2个冷却空气孔25。而且，已供给至各冷却空气孔25的冷却空气如图2(b)的朝下的箭头所示，自冷却空气孔25流入至空穴36之后，自各空穴36流入至多数个毛细冷却流路37，且如图2(a)所示的上下方向的箭头所示，自各侧面33侧流出至外部，从而使接合装置用加热器30冷却。
如图4所示，本实施形态的接合装置用加热器30的毛细冷却流路37为宽度W1、深度H1、长度L1的矩形剖面的流路，冷却空气自连通于空穴36的入口371进入至流路，且自位于侧面33上方的出口372流出。毛细冷却流路37的宽度W1非常狭窄，为0.05mm，另一方面，其深度H1为0.3mm，为宽度W1的6倍，因此，于毛细冷却流路37中流动的空气的流动成为狭窄的平行平板间的流动，而且，关于接合装置用加热器30的本体31与空气间的热交换，占支配地位的是构成毛细冷却流路37的两侧面37a的毛细狭缝35的两侧面35a，而构成毛细冷却流路37的底面37b的毛细狭缝35的底面35b对于热交换几乎无帮助。本实施形态的接合装置用加热器30中，毛细冷却流路37的数量为252，因此有效热交换面积如下所述。
有效热交换面积
＝毛细狭缝35的两侧面35a的面积＝H1×L1×2×毛细冷却流路37的数量
＝H1×L1×504。
而且，毛细冷却流路37的总流路剖面积成为：
总流路剖面积
＝W1×H1×毛细冷却流路37的数量＝W1×H1×504。
另一方面，可考虑到如图5所示，于隔热材20的对准面21上形成有具有本实施形态的毛细冷却流路37的总流路剖面积相同的剖面积的冷却空气流路26的情况。如图5所示的示例中，冷却空气流路26是形成为在图中的横方向上未隔断的流路。此情况下，2个毛细冷却流路37的宽度W1与壁38的厚度D1的合计长度、即毛细冷却流路37的2间距的宽度W2为(0.05+0.1)×2＝0.3mm，与毛细冷却流路37的深度H1相同，因此，若将冷却空气流路26的高度H2设为毛细冷却流路37的宽度W1的2倍，即0.1mm，则两者的流路剖面积相同。而且，图5所示的宽度W2的冷却空气流路26的有效热交换区域仅为面向冷却空气流路26的上表面31a的底面26b，而侧面26a对热交换几乎无帮助，因此，有效热交换面积为W2×L1，与此相对，宽度W2的部分的毛细冷却流路37的有效热交换面积为H1×L1×2(双面)×2(2个流路)。此处，因W2＝H1，故宽度W2的部分的毛细冷却流路37的有效热交换面积为宽度W2的冷却空气流路26的有效热交换面积的4倍。
而且，关于自构成毛细冷却流路37的毛细狭缝35的两侧面35a的各表面向冷却空气的热传递，与流动垂直的方向上的热传导占支配地位，且伴随如紊流般的物资移动而产生的热移动变得非常小。因此，如图6所示，若毛细狭缝35的宽度W的大小变大，则热移动时的热阻增大。
因此，参照图1至图4所说明的本实施形态的接合装置用加热器30的毛细冷却流路37，其具有参照图5所说明的现有技术的冷却空气流路26的4倍有效热交换面积，且热阻小于冷却空气流路26，因此能进行更大的热交换，能更有效地使接合装置用加热器30冷却。
如图7所示，本实施形态的接合装置用加热器30的毛细冷却流路37的内部的温度是根据毛细冷却流路37的流动方向上的位置及空气的流量而变化。图7(a)是表示与毛细冷却流路37的宽度方向中央的长度方向距离相应的空气温度的变化的图表，图7(b)是表示毛细冷却流路37中的空气温度成为壁面(毛细狭缝35的壁面)的温度T2的位置的图。当空气流量较少时，如图7(a)的线a、图7(b)的线p所示，于温度T1下流入至毛细冷却流路37的入口371的空气的温度急速上升，在流路的前半部分上升至毛细冷却流路37的壁面(毛细狭缝35的壁面)的温度T2，直接自出口372流出。此情况下，于流路的后半部分，空气温度达到壁面的温度T2，因此，无法自本体31夺取热，而无法充分地发挥冷却能力。
相反，当流量较多时，如图7(a)的线c、图7(b)的线r所示，以温度T1流入至入口371的空气的温度为壁面的温度T2的一半左右，且自出口372流出至外部。此情况下，毛细冷却流路37的整个长度方向上的空气与壁面(毛细狭缝35的壁面)的温度差较大，因此冷却能力变大，但按冷却空气流量来看，冷却能力却并未变大。
因此，于本实施形态的接合装置用加热器30中，调整空气流量，以使自毛细冷却流路37的出口372流出的空气的温度成为略微低于壁面(毛细狭缝35的壁面)的温度T2的温度、或较壁面的温度T2低预定阈值ΔT的温度。该流量是由试验等而预先决定，为了成为该流量，可调整供给至冷却空气孔25的空气的压力，或借由设在冷却空气孔25的入口侧的流量调节阀或调节器(regulator)而调节流量。借由如此调整冷却空气流量，能以较少的冷却空气流量来有效地使接合装置用加热器30冷却。
参照图8至图9对本发明的另一实施形态进行说明。对于与之前参照图1至图7所说明的实施形态相同的部分标注相同的符号，且省略说明。如图8所示，本实施形态中，于隔热材20的对准面21的中央附近设有凹陷134作为第二凹陷，且如图9(a)所示，设在本体31中的毛细狭缝35是自一侧面33延伸至对向的另一侧面33。冷却空气孔25连接至凹陷134。毛细狭缝35的条数、宽度、深度是与之前参照图1至图7所说明的实施形态相同。
如图8、图9(b)所示，若使隔热材20的对准面21对准本体31的上表面31a，则隔热材20的对准面21上所设的凹陷134密接于本体31的上表面31a的未设毛细狭缝35的面，而构成供来自冷却空气孔25的空气进入的空穴136。如图9(c)所示，狭缝35与隔热材20的对准面21构成毛细冷却流路37。如图9(a)所示，毛细冷却流路37的长度为L1。而且，如图9(b)所示，空穴136的下表面是与多数个狭缝35上侧的开放端连通。而且，自冷却空气孔25进入空穴136的空气于自空穴136流入至下侧的狭缝35之后，如图9(a)所示，沿毛细冷却流路37向侧面33流动，而使接合装置用加热器30冷却。
本实施形态除了具有与之前参照图1至图7所说明的实施形态相同的效果之外，亦具有陶瓷制的本体31的加工较简单、成为更简便的构成的效果。
以上所说明的实施形态中，是对毛细狭缝35的宽度W1为0.05mm的情况进行说明，但毛细狭缝35的宽度W1只要为0.5mm～0.01mm的范围内便可自由地选择。更佳为在0.1mm～0.02mm的范围，进而更佳为在0.05mm～0.02mm的范围内。而且，以毛细狭缝35的深度H1为0.3mm、毛细狭缝35的宽度W1与毛细狭缝35的深度H1的比率为1∶6的情况进行了说明，但毛细狭缝35的深度H1只要比毛细狭缝35的宽度W1深、例如在1.0mm～0.1mm的范围内，便可自由地选择。而且，毛细狭缝35的宽度W1与毛细狭缝35的深度H1的比率并不限于1∶6，只要在1∶3～1∶10的范围内便可自由地选择。
本发明并不限定于以上所说明的实施形态，其包含了在不脱离依据权利要求的范围所规定的发明的技术范围或主旨的情况下的所有变更与修正。
符号的说明
10：基底构件                20：隔热材
21：对准面                  25：冷却空气孔
26：冷却空气流路            30：接合装置用加热器
31：本体                    31a：上表面
31b：下表面                 33：侧面
34、134：凹陷               35：毛细狭缝
35a、37a：侧面              35b、37b：底面
36、136：空穴               37：毛细冷却流路
38：壁                      40：接合工具
371：入口                   372：出口

Claims (7)

1.一种接合装置用加热器，其是平板形的接合装置用加热器，其特征在于，包括：
第一面，供接合工具安装；
第二面，位于所述第一面的相反侧且供隔热材安装；及
多数个毛细狭缝，设在所述第二面，且
多数个所述毛细狭缝与安装于所述第二面的所述隔热材的对准面形成多数个毛细冷却流路。
2.根据权利要求1所述的接合装置用加热器，其中
所述毛细狭缝的沿所述第二面的方向的宽度小于与所述第二面垂直的方向的深度。
3.根据权利要求1所述的接合装置用加热器，其中
于所述第二面的中央附近设有凹陷，
所述凹陷与安装于所述第二面的所述隔热材的对准面形成供冷却空气流入的空穴，
多数个所述毛细狭缝自所述空穴延伸至侧面。
4.根据权利要求2所述的接合装置用加热器，其中
于所述第二面的中央附近设有凹陷，
所述凹陷与安装于所述第二面的所述隔热材的对准面形成供冷却空气流入的空穴，
多数个所述毛细狭缝自所述空穴延伸至侧面。
5.根据权利要求1所述的接合装置用加热器，其中
于所述隔热材的所述对准面的中央附近设有第二凹陷，
所述第二凹陷与所述第二面形成供冷却空气流入的空穴，
多数个所述毛细狭缝是连通于所述空穴，且在对向的各侧面之间延伸。
6.根据权利要求2所述的接合装置用加热器，其中
于所述隔热材的所述对准面的中央附近设有第二凹陷，
所述第二凹陷与所述第二面形成供冷却空气流入的空穴，
多数个所述毛细狭缝是连通于所述空穴，且在对向的各侧面之间延伸。
7.一种冷却方法，其为接合装置用加热器的冷却方法，其特征在于：所述接合装置用加热器是呈平板形状，具有供接合工具安装的第一面、及位于所述第一面的相反侧且供隔热材安装的第二面，且具备设在所述第二面上的多数个毛细狭缝，多数个所述毛细狭缝与安装于所述第二面上的所述隔热材的对准面形成多数个毛细冷却流路，
所述冷却方法包括：
冷却空气流量是使所述毛细冷却流路出口的毛细狭缝中央的冷却空气温度成为较所述毛细狭缝的表面温度低预定阈值的温度的流量。
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