TWI759440B - 軟焊料接合裝置 - Google Patents

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TWI759440B
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Abstract

本發明旨在提供一種軟焊料接合裝置，其具有：輸送手段（12），其用於輸送置有電子元件（C）的基板（11）；以及加熱手段，其使夾在電極（13）與電子元件之間的軟焊料熔融，而用軟焊料將電子元件接合到電極上。加熱手段具有：線圈（20），其在內側具有空間部；複數個鐵氧體（30），其沿基板的輸送方向排列在線圈的空間部中；調整機構（40），其對各鐵氧體與形成在基板上的電極之間的間距分別進行調整；以及電源（50），其對線圈施加交流電壓而對形成在基板上的電極進行感應加熱。

Description

軟焊料接合裝置
本發明關於一種軟焊料接合裝置，其利用感應加熱，用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上。
先前的軟焊料接合裝置利用迴銲方式進行接合，即對置有電子元件的基板進行加熱，直到達到可讓軟焊料熔融的溫度。因此，軟焊料接合對象區域以外的部分也會過度受熱，電子元件和基板等承受的熱載荷就會增大。
近年來，伴隨著電子設備的小型化、輕量化，封裝微小電子元件的基板一般採用軟性電路板，但為了削減軟性電路板的成本，先前的聚醯亞胺樹脂正逐漸被聚酯和聚乙烯等樹脂所取代。
然而，聚酯等廉價樹脂的熔點比聚醯亞胺樹脂低。因此，在用軟焊料接合時，存在以下問題：如果軟性電路板被加熱到高於耐熱溫度的溫度，基板就會變形。
對於上述問題，在專利文獻1中公開了一種方法，其利用感應加熱，局部性地對軟焊料接合的對象部位進行加熱。該方法為，在使發熱體抵接到基板上的狀態下，將利用感應加熱而被加熱的發熱體的熱量，經由與軟焊料抵接的基板的電極，傳遞給軟焊料，由此使軟焊料熔融。 〔專利文獻〕 [專利文獻1]日本特開2009-95873號公報
〔發明所欲解決之問題〕
然而，因為在專利文獻1中公開的方法中，是將利用感應加熱而被加熱的發熱體的熱量藉由熱傳導傳遞給與軟焊料抵接的基板的電極，所以加熱效率差。又因為，利用感應加熱而被加熱的發熱體對與軟焊料抵接的基板的電極附近的部分也進行多餘的加熱，所以基板有可能變形。此外，因為在將微小電子元件封裝到基板上時，軟焊料接合的對象部位較小，所以當使發熱體抵接到基板上時，難以準確地抵接到軟焊料接合的對象部位上。
本發明正是鑑於上述問題而完成的，其主要目的是提供一種軟焊料接合裝置，其利用感應加熱，用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上，該軟焊料接合裝置能抑制基板被加熱，並且，即使是微小的電子元件，也能夠容易地用軟焊料進行接合，加熱效率高。而且，本發明提供的軟焊料接合裝置能夠一邊輸送置有電子元件的基板，一邊用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上，從而以良好的生產率用軟焊料對電子元件進行接合。 〔解決問題之技術手段〕
本發明所關係之軟焊料接合裝置，其一邊輸送置有電子元件的基板，一邊用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上，該軟焊料接合裝置具有：輸送手段，其用於輸送置有電子元件的基板；以及加熱手段，其使夾在電極與電子元件之間的軟焊料熔融，而用軟焊料將電子元件接合到電極上。加熱手段具有：線圈，其在俯視時的內側具有空間部；複數個鐵氧體，其沿基板的輸送方向排列在線圈的空間部中；調整機構，其對各鐵氧體與形成在基板上的電極之間的間距分別進行調整；以及電源，其對線圈施加交流電壓而對形成在基板上的電極進行感應加熱。 〔發明之效果〕
根據本發明，能夠提供一種軟焊料接合裝置，其利用感應加熱，用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上，該軟焊料接合裝置能抑制基板被加熱，並且，即使是微小的電子元件，也能夠容易地用軟焊料進行接合，加熱效率高。而且，本發明提供的軟焊料接合裝置能夠一邊輸送置有電子元件的基板，一邊用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上，從而以良好的生產率用軟焊料對電子元件進行接合。
本申請的申請人在PCT/JP2016/076332之申請說明書中公開了下述軟焊料接合裝置：將線圈佈置到基板的軟焊料接合對象部位（電極）的上方，並在線圈的內側佈置鄰近於軟焊料接合對象部位的鐵氧體，向線圈供給電流，來對軟焊料接合對象部位進行感應加熱，由此用軟焊料進行接合。
藉由上述申請說明書中公開的軟焊料接合裝置，能夠經由鐵氧體傳遞在線圈內側產生的磁通，以使該磁通集中到軟焊料接合對象部位，且不會衰減。因此，能夠高效率地用軟焊料進行接合。此外，藉由使鐵氧體的頂端與軟焊料接合對象部位的大小一致，就能夠將感應加熱的範圍限定到軟焊料接合對象部位。這樣一來，即使是微小的電子元件，也能夠容易地用軟焊料進行接合。此外，因為是利用感應加熱直接對軟焊料接合對象部位（電極）進行加熱，而不是利用來自發熱體的熱傳導進行加熱，所以能夠抑制基板被加熱。這樣一來，即使使用耐熱性較低的軟性電路板，也能夠抑制基板的熱變形。
本申請的發明人在上述軟焊料接合裝置的基礎上，經過進一步探討研究，結果發現了下述軟焊料接合裝置：其一邊輸送置有電子元件的基板，一邊用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上，生產率優異。由此完成了本發明。
以下根據圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。需要說明的是，本發明不限於以下實施方式。並且，在能發揮本發明之效果的範圍內，可以根據情況適當地對本發明進行變更。
圖1示意性地顯示本發明的一實施方式中的軟焊料接合裝置的構成。需要說明的是，本實施方式中的軟焊料接合裝置是下述軟焊料接合裝置：其一邊輸送置有電子元件的基板，一邊用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上。
如圖1所示，本實施方式中的軟焊料接合裝置10具有：輸送手段12，其用於輸送置有電子元件C的基板11；以及加熱手段，其使夾在電極（未圖示）與電子元件C之間的軟焊料（未圖示）熔融，而用軟焊料將電子元件C接合到電極上。
加熱手段具有：線圈20，其在俯視時（z方向）的內側具有空間部21；以及複數個鐵氧體30，其沿基板11的輸送方向A排列在線圈20的空間部21中。此處，各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距利用調整機構40分別進行調整。該間隔的調整例如可以用為每個鐵氧體30設置的致動器（例如，電動缸、線性滑軌等）41來進行。輸送手段12沿箭頭A的方向（x方向）輸送基板11，基板11從線圈20和鐵氧體30的下方通過。線圈20的兩端部經由導線51與電源50相連，藉由向線圈20施加交流電壓，形成在位於鐵氧體30下方的基板11上的電極就被感應加熱。
圖2說明在本實施方式中，利用感應加熱，用軟焊料將電子元件接合到形成在基板11上的電極上之方法。此處，顯示的例子為：向形成在基板11上的電極13供給軟焊料14後，用軟焊料將具有端子（未圖示）的電子元件（例如，晶片電容、晶片電阻等）C接合到上面。
如圖2所示，各鐵氧體30的端部30a與軟焊料接合對象部位即電極13的大小一致，呈逐漸變細的形狀。向線圈20施加交流電壓後，線圈20周圍就會產生磁通Φ。在線圈20內側產生的磁通Φ沿著佈置在線圈20內側的鐵氧體30，從鐵氧體30的端部30a，垂直（z方向）射向形成在基板11上的電極13。這樣一來，電極13就被感應加熱。電極13利用感應加熱被加熱而產生的熱量傳遞給軟焊料14，由此使軟焊料14熔融，這樣一來，電子元件C的端子15就被軟焊料接合到電極13上。
藉由本實施方式中的軟焊料接合裝置，能夠經由鐵氧體30傳遞在線圈20內側產生的磁通Φ，以使磁通Φ集中到電極（軟焊料接合對象部位）13，且不會衰減，因此能夠高效率地用軟焊料進行接合。藉由使鐵氧體30的端部30a與電極13的大小一致，就能夠將感應加熱的範圍限定到電極13。這樣一來，即使是微小的電子元件C，也能夠容易地用軟焊料進行接合。此外，因為是利用感應加熱直接對電極13進行加熱，所以能夠抑制基板11被加熱。這樣一來，即使使用耐熱性較低的軟性電路板，也能夠抑制基板11的熱變形。
而且，在本實施方式中，因為在線圈20的空間部21中，沿基板11的輸送方向A佈置有複數個鐵氧體30，所以藉由將置有複數個電子元件C的基板11輸送到複數個鐵氧體30的下方，就能夠將複數個電子元件C用軟焊料連續地接合到形成在基板11上的電極上。這樣一來，就能夠以良好的生產率用軟焊料將電子元件C接合到形成在基板11上的電極上。
本實施方式中的軟焊料接合裝置能一邊連續地輸送基板11，一邊用軟焊料局部性地將電子元件C進行接合，從而能夠使軟焊料的加熱時間与先前的迴銲方式（通常是以分鐘為單位的時間）相比變得非常短（通常是以秒為單位的時間）。
本實施方式中的軟焊料接合裝置具有調整機構40，調整機構40預先對各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距進行調整，以使位於線圈20內側的複數個電極中，利用感應加熱而被加熱的各電極的溫度沿輸送方向A具有規定的溫度曲線。
圖3（a）、圖3（b）顯示隨著鐵氧體30的端部30a與基板11上的電極13之間的間距D的變化，利用感應加熱而被加熱的電極13的溫度變化情況。如圖2所示，磁通Φ從鐵氧體30的端部30a射到電極13處，磁通Φ和鐵氧體30的端部30a與基板11上的電極13之間的間距D的二次方成正比衰減。因此，因為利用感應加熱而被加熱的電極13的加熱量與磁通Φ成正比，所以如圖3（b）所示，電極13的溫度變化和鐵氧體30的端部30a與基板11上的電極13之間的間距D的二次方基本成反比。因此，藉由調整各鐵氧體30與形成在基板11上的電極13之間的間距D，就能夠沿輸送方向A對利用感應加熱而被加熱的各電極13的溫度精確地進行設定。
圖4（a）~（e）以時間序列顯示將置有複數個電子元件C的基板11輸送到沿基板11的輸送方向A排列的複數個鐵氧體30下方的過程中，時刻t=t0 ～t4 之狀態。需要說明的是，此處，電子元件C具有兩個端子，這兩個端子沿基板11的輸送方向A排列。
圖5是示意性地顯示位於輸送方向A最前列的電子元件C1 處即輸送方向A側的電極的溫度隨時間變化的情況的曲線圖。在圖5所示的曲線圖中，電極的溫度變化如下：溫度從時刻t=t0 開始上升，在P1 所示的期間內維持一定的溫度T1 ，之後溫度再次上升，在P2 所示的期間內維持一定的溫度T2 ，之後溫度下降。即，各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距預先經過調整，以使電極的溫度按照圖5顯示的溫度變化情況變化。
較佳地，例如為了防止「立碑現象」（tombstone），預先將各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距進行調整，以使輸送方向A側的電極的溫度與另一電極的溫度分別按照圖5顯示的溫度變化情況變化。此時，溫度T1 被設為助焊劑的活化溫度，溫度T2 被設為可使軟焊料熔融的加熱溫度。較佳地，當輸送方向A側的電極的溫度上升到T2時，另一電極的溫度上升到T1 。
需要說明的是，圖5所示的曲線圖顯示位於輸送方向A最前列的電子元件C1 處的電極的溫度隨時間變化的情況，但在某一時刻，基板11上的各電極的溫度沿輸送方向A都具有與圖5所示的溫度變化相似的溫度曲線。
如上述說明的那樣，本發明中的軟焊料接合裝置能夠經由鐵氧體30將在線圈20內側產生的磁通傳遞給基板11上的電極13，且不會衰減，因此能夠高效率地用軟焊料進行接合。藉由使鐵氧體30的頂端與電極13的大小一致，就能夠將感應加熱的範圍限定到電極13。這樣一來，即使是微小的電子元件，也能夠容易地用軟焊料進行接合。此外，因為是利用感應加熱直接對電極13進行加熱，而不是利用來自發熱體的熱傳導進行加熱，所以能夠抑制基板11被加熱。這樣一來，即使使用耐熱性較低的軟性電路板，也能夠抑制基板11的熱變形。
而且，藉由將置有複數個電子元件C的基板11輸送到沿基板11的輸送方向A排列的複數個鐵氧體30的下方，就能夠將複數個電子元件C用軟焊料連續地接合到形成在基板11上的電極13上。這樣一來，就能夠以良好的生產率用軟焊料將電子元件C接合到形成在基板11上的電極13上。並且，藉由對各鐵氧體30與形成在基板11上的電極13之間的間距分別進行調整，能夠使位於線圈20內側的複數個電極13中，利用感應加熱而被加熱的各電極13的溫度沿輸送方向A具有規定的溫度曲線。這樣一來，就能夠防止例如起因於電子元件的兩個端子處的軟焊料之熔融時間差的「立碑現象」。
在本實施方式中，鐵氧體30只要是磁導率較高的鐵氧體即可，磁導率較高是指能夠傳遞在線圈20內側產生的磁通，以使該磁通集中到軟焊料接合對象部位（電極），且不會衰減。例如，鐵氧體30可以採用軟磁鐵氧體。軟磁鐵氧體是以氧化鐵為主要成分的軟質磁性材料，電阻較大，基本不會讓電流通過。因此，在感應加熱之際，在軟磁鐵氧體中難以產生渦電流。其結果是，在進行感應加熱之際，能夠避免軟磁鐵氧體本身發熱，因此即使軟磁鐵氧體鄰近軟焊料接合對象部位（電極），也能夠使基板11受熱量的影響較小。
在本實施方式中，調整機構40對各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距分別進行調整，如圖1所示，調整機構40還可以具有記憶部43和控制部42。其中，記憶部43中存儲有已將各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距設定為規定值之資料，控制部42根據記憶部43中存儲的資料，自動對各鐵氧體30與形成在基板11上的電極13之間的間距進行調整。
記憶部43中存儲有已設定好的各鐵氧體30與形成在基板11上的電極13之間的間距之資料，該設定保證利用感應加熱而被加熱的各電極13的溫度沿輸送方向A具有規定的溫度曲線。控制部42根據記憶部43中存儲的資料，自動對各鐵氧體30與形成在基板11上的電極13之間的間距進行調整。
最佳的溫度曲線隨所使用的軟焊料的種類、電子元件C的種類、排列情況等條件而變化。因此，預先取得適合各條件之最佳的溫度曲線，並對各鐵氧體30與形成在基板11上的電極13之間的間距進行設定以保證電極13的溫度具有最佳的溫度曲線，將該間距之資料存儲到記憶部43中，由此就能夠實現軟焊料接合的自動化。
如圖1所示，在本實施方式中，還可以在以基板11為基準時與佈置有線圈20的一側相反的一側且與複數個鐵氧體30相對的位置，設置與基板11平行的鐵氧體板31。這樣一來，沿線圈20一側的鐵氧體30通過的磁通，就穿過基板11傳遞給鐵氧體板31，從而能夠使在線圈20中產生的磁通更可靠地射到軟焊料接合對象部位（電極）。其結果是，能夠更可靠地用軟焊料接合電子元件C。需要說明的是，也可以將棒狀的鐵氧體佈置到與鐵氧體30相對的位置，來取代鐵氧體板31。
在本實施方式中，基板11只要由絕緣性材料構成即可，其種類沒有特別限定。例如，基板11可以採用表面形成有電路佈線的電路板、兩面形成有電極焊墊（pad）的內插板（interposer）等。電子元件C只要是具有端子的部件即可，其種類沒有特別限定。例如，電子元件可以採用晶片電容、晶片電阻、LED元件、半導體元件、LSI等。
在本實施方式中，軟焊料接合對象部位即電極13具有可利用感應加熱而局部性地被加熱的面積較佳。電極13的面積在0.25mm×0.25mm以上較佳。當電極13的面積較小時，還可以鄰接著電極13設置輔助加熱用之金屬墊。
在本實施方式中，線圈20只要俯視時與基板11平行且在內側具有空間部即可，其形狀等沒有特別限定。還可以使線圈20為管狀，讓冷媒在其內部循環。
（變形例）
在本發明中，複數個鐵氧體30沿基板11的輸送方向A排列，其排列情況與要封裝到基板11上的電子元件C的排列情況一致。例如，在圖1中顯示的例子是，與基板11上排成一列的電子元件C一致，鐵氧體30也排成一列。此時，鐵氧體30的端部的大小即為包括電子元件C的軟焊料接合對象部位（電極）之大小。
但如圖6（a）、圖6（b）所示，當電子元件C排成兩列且這兩列彼此鄰近（例如間距在2~3mm以內）時，鐵氧體30的大小也可以是包括並排兩個電子元件的軟焊料接合對象部位（電極）之大小。此時，如圖6（a）所示，鐵氧體30呈帯狀形狀，沿與基板11的輸送方向A垂直的方向（y方向）延伸。並且，此時，對於並排兩個電子元件C，利用感應加熱同時用軟焊料進行接合。需要說明的是，在圖6（b）中省略了鐵氧體30。
圖7顯示的例子是，在基板11上，電子元件C沿基板11的輸送方向排成複數列（圖7中為4列）。此時，可以給包括並排的電子元件Ca的列、包括並排的電子元件Cb的列，分別設置線圈20A、20B。需要說明的是，在圖7中省略了鐵氧體，其形狀為如圖6（a）所示的形狀即可。
當然，在本實施方式中，鐵氧體30的形狀和排列方式不限於圖1、圖6（a）、圖6（b）和圖7所示的情況，可以根據要封裝到基板11上的電子元件C的種類、大小、排列方式等適當地進行變更。
需要說明的是，鐵氧體30的長度在30~40mm之範圍內較佳。鐵氧體30為盡可能接近線圈20之內側尺寸的形狀較佳。
以上透過較佳的實施方式對本發明進行了說明，但上述記載並非限定事項，當然也可以做出各種變更。例如，在上述實施方式中，使鐵氧體30呈靠近基板11一側的端部30a逐漸變細的形狀，但其形狀並沒有特別限定。例如，可以對鐵氧體30的端部30a的一對對邊或兩對對邊進行倒角加工。也可以不讓靠近基板11一側的端部30a呈逐漸變細的形狀。
在上述實施方式中，是根據存儲在記憶部43中的資料，自動對各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距進行調整，但也可以準備已預先將各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距調整好的單元，根據要封裝到基板11上的電子元件C的大小和排列方式，更換整個單元。
在上述實施方式中，為了防止起因於電子元件的兩個端子處的軟焊料之熔融時間差的「立碑現象」，將各鐵氧體30與形成在基板11上的電極之間的間距進行了調整，以使利用感應加熱而被加熱的各電極的溫度具有規定的溫度曲線，但本發明不限於上述目的。例如，也可以進行調整，以使各電極的溫度具有類似於先前的迴銲方式中的溫度曲線之溫度曲線。
10‧‧‧軟焊料接合裝置11‧‧‧基板12‧‧‧輸送手段13‧‧‧電極14‧‧‧軟焊料15‧‧‧端子20‧‧‧線圈21‧‧‧空間部30‧‧‧鐵氧體31‧‧‧鐵氧體板40‧‧‧調整機構42‧‧‧控制部43‧‧‧記憶部50‧‧‧電源51‧‧‧導線
圖1示意性地顯示本發明的一實施方式中的軟焊料接合裝置的構成。 圖2說明利用感應加熱，用軟焊料將電子元件接合到形成在基板上的電極上之方法。 圖3（a）顯示鐵氧體與基板上的電極之間的間距，圖3（b）顯示該間距與利用感應加熱而被加熱的電極的溫度之間的關係。 圖4（a）~圖4（e）以時間序列顯示將置有複數個電子元件的基板輸送到沿基板的輸送方向排列的複數個鐵氧體下方的過程中的狀態。 圖5是示意性地顯示電極的溫度隨時間變化的情況的曲線圖，該電極是位於輸送方向最前列的電子元件用軟焊料所接合的電極。 圖6（a）和圖6（b）顯示本發明的變形例中的電子元件的排列情況和線圈的佈置情況。 圖7顯示本發明的變形例中的電子元件的排列情況和線圈的佈置情況。
10‧‧‧軟焊料接合裝置
11‧‧‧基板
12‧‧‧輸送手段
20‧‧‧線圈
21‧‧‧空間部
30‧‧‧鐵氧體
31‧‧‧鐵氧體板
40‧‧‧調整機構
41‧‧‧致動器
42‧‧‧控制部
43‧‧‧記憶部
50‧‧‧電源
51‧‧‧導線
A‧‧‧輸送方向
C‧‧‧電子元件

Claims (9)

  1. 一種軟焊料接合裝置，其一邊輸送置有電子元件的基板，一邊用軟焊料將所述電子元件接合到形成在所述基板上的電極上，其特徵在於， 所述軟焊料接合裝置具有： 輸送手段，其用於輸送置有電子元件的所述基板；以及 加熱手段，其使夾在所述電極與所述電子元件之間的軟焊料熔融，而用軟焊料將所述電子元件接合到所述電極上， 所述加熱手段具有： 線圈，其在俯視時的內側具有空間部； 複數個鐵氧體，其沿所述基板的輸送方向排列在所述線圈的空間部中； 調整機構，其對各所述鐵氧體與形成在所述基板上的電極之間的間距分別進行調整；以及 電源，其對所述線圈施加交流電壓而對形成在基板上的所述電極進行感應加熱。
  2. 如請求項1所述的軟焊料接合裝置，其中， 所述鐵氧體由軟磁鐵氧體構成。
  3. 如請求項1或2所述的軟焊料接合裝置，其中， 所述調整機構預先對各所述鐵氧體與形成在所述基板上的電極之間的間距進行調整，以使當交流電壓施加到所述線圈上之後，位於所述線圈的內側的複數個電極中，利用感應加熱而被加熱的各所述電極的溫度沿輸送方向具有規定的溫度曲線。
  4. 如請求項1或2所述的軟焊料接合裝置，其中， 預先對各所述鐵氧體與形成在所述基板上的電極之間的間距進行調整，以使所述基板上的位於輸送方向側的電極的溫度比位於與輸送方向相反一側的電極的溫度高。
  5. 如請求項1或2所述的軟焊料接合裝置，其中， 所述調整機構還具有： 記憶部，其用於存儲已將各所述鐵氧體與形成在所述基板上的電極之間的間距設定為規定值之資料；以及 控制部，其根據所述記憶部中存儲的資料，自動對各所述鐵氧體與形成在所述基板上的電極之間的間距進行調整。
  6. 如請求項5所述的軟焊料接合裝置，其中， 所述記憶部中存儲有已設定好的各所述鐵氧體與形成在所述基板上的電極之間的間距之資料，該設定保證利用感應加熱而被加熱的各所述電極的溫度沿輸送方向具有規定的溫度曲線， 所述控制部根據所述記憶部中存儲的所述資料，自動對各所述鐵氧體與形成在所述基板上的電極之間的間距進行調整。
  7. 如請求項1或2所述的軟焊料接合裝置，其中， 所述基板由絕緣性材料構成， 所述電極具有可利用感應加熱而局部性地被加熱的面積。
  8. 如請求項1所述的軟焊料接合裝置，其中， 所述鐵氧體呈靠近所述基板一側的端部逐漸變細的形狀。
  9. 如請求項1所述的軟焊料接合裝置，其中， 所述加熱手段還具有與所述基板平行的鐵氧體板，所述鐵氧體板佈置在以所述基板為基準時與佈置有所述線圈的一側相反的一側且與複數個所述鐵氧體相對的位置。
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