DE102004041035B4

DE102004041035B4 - Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat

Info

Publication number: DE102004041035B4
Application number: DE102004041035A
Authority: DE
Inventors: Juergen Steinhauser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-04-14
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: DE102004041035A1

Abstract

Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat, wobei ein Klebstoff auf das Substrat aufgebracht wird und anschließend mit Bauteilen oder Chips bestückt wird und wobei der Klebstoff unter Temperatur aushärtet, wobei das Substrat zur Aushärtung des Klebstoffs nach dem Bestücken mit den Bauteilen oder Chips zwischen wenigstens einer Heizplatte und einer Gegendruckplatte gespannt wird, wobei wenigstens eine der Platten das Substrat flächig unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (14) und/oder die Gegendruckplatte (16) Aussparungen (26) aufweist, derart dass bereits vorbestücktes Substrat (15) temperiert werden kann und diese Aussparungen (26) so dimensioniert sind, dass ein genügend großer Abstand zwischen Bauteil (25) und Heizplatte (14) gewährleistet ist um eine Beschädigung dieser Bauteile (25) zu vermeiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 38 06 738 bekannt, dort wird ein Fotoaktivierbarer Klebstoff auf vorbestimmte Flächen der Bauteile oder der Substrate aufgetragen, ein Härten der Klebeverbindung bei einer Klebetemperatur erfolgt zwischen 60°C und 140°C, und zwar durch das Bestrahlen mit Licht von einer Wellenlänge im Bereich von 200–600 nm.
Es ist weiterhin aus der US 2003/0214049 eine Heizeinrichtung für Flip Chips bekannt, wobei diese Flip Chips auf einem Substrat angeordnet sind.
Aus der DE 37 29 789 ist ein Befestigungsverfahren zum Befestigen von elektronischen Bauelementen auf einem Substrat bekannt. Die elektronischen Bauelemente werden mit einer schicht von unaktivem klebenden Material versehen, welches zum Verkleben der elektronischen Bauelemente mit dem Substrat aktiviert wird. Nach dem Bestücken erfolgt durch Wärmeeinwirkung eine Aushärtung des Klebstoffs. Das Aufbringen des unaktiven Klebematerials auf die Leiterplatte kann im Maskendruckverfahren erfolgen.
Die US 65440377 beschreibt einen Heizprozess für Bauelemente, bei dem die Heiz- und Presseinrichtung elektronische Komponenten eines Schaltkreises über Kontakt erhitzt und gleichzeitig durch Ausübung von Druck in der vordefinierten Position hält. Die Wärmeleitung erfolgt damit durch das Bauelement hindurch auf den Kleber bzw. Substrat.
Die US 6512184 beschreibt eine Verbindungstechnik, bei der zwei Kontakte über ein Verbindungsmaterial, das hergestellt ist aus Klebstoff sowie leitfähigen Partikeln, miteinander kontaktiert werden. Auch hier wird das elektronische Bauelement mit Druck und Temperatur beaufschlagt, was letztendlich die Prozesssicherheit extrem beeinträchtigt.
Die DE 10105164 beschreibt ein Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiterchips, wobei Pressstempel auf das Substrat einwirken und der Gegendruck auf die Chips über ein sogenanntes Chiptransfertool aufgebracht wird.
Ein Nachteil bei den bekannten Verfahren ist darin zu sehen, dass bei Aushärten des Klebstoffs sehr hohe Temperaturen erforderlich sind, welche zu einem Verzug des Substrats fuhren. Deshalb war es bekannt, den Prozess des Erwärmens und des Abkühlens sehr langsam durchzuführen, damit ein Ausgleich des Substrats möglich wird.
Dieser sehr lange Prozess ist jedoch unwirtschaftlich und benötigt auch eine hohe Aufnahmekapazität.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen zur Beschleunigung des Aushärteprozesses und gleichzeitiger Verringerung der Verzugsneigung.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruch 1 und des Vorrichtungsanspruchs 7 gelöst.
Der wesentliche Vorteil des Verfahrens zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat liegt darin, dass das Substrat selbst in unmittelbarem Kontakt mit einer Heizplatte steht, wobei diese Heizplatte gleichzeitig die Stabilisierung der Leiterplatte vornimmt. Außerdem ist eine Gegendruckplatte vorgesehen, damit kann das bestückte Substrat gespannt werden, so dass die Wärmeeinwirkung nicht zu einem Verzug des Substrats führt. Ferner weist die Gegendruckplatte Aussparungen zur Reduzierung der Wärmeübertragung auf bestimmte Bauteile auf.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegendruckplatte ebenfalls eine Heizplatte, dies hat den Vorteil, dass kein Wärmeverlust in Richtung Gegendruckplatte erfolgt. Diese zusätzliche Heizplatte muss nicht zwingend notwendig den Klebstoff zusätzlich erwärmen, es genügt eine Erwärmung die einen Temperaturverlust ausgleicht.
Weiterbildungsgemäß wird das Substrat nach der Aushärtung des Klebstoffs auf einem Transportband in eine Kühlstation transportiert, wobei bei dem Transport eine Zusatzunterstützung bzw. eine Vorrichtung zum Verhindern der Durchbiegung vorgesehen ist.
Nach der Abkühlung kann das Substrat in ein Magazin transportiert 1 werden.
Weiterbildungsgemäß ist die Gegendruckplatte bzw. die Heizplatte wärmeisoliert, so dass Wärme nur in geringem Umfang nach außen abstrahlen kann.
Es besteht auch die Möglichkeit über das gesamte Substrat oder über einen Teil der Leiterplatte vorgewärmtes Gas einzuleiten, beispielsweise vorgewärmter Stickstoff. Diese Zusatzmaßnahme erhöht die Aushärtegeschwindigkeit erheblich.
Der weitere Vorteil der Einleitung von vorgewärmtem Stickstoff liegt darin, dass Oxidation vermieden wird und eine Ausgasung des Kleber aus dem Substratbereich verdrängt werden kann. Damit wird gleichzeitig auch vermieden, dass sich die Ausgasung des Klebers auf dem Substrat niederschlägt und so zu Problemen in nachfolgenden Prozessen führt.
Die Durchführung der Kühlung nach dem Aushärten erfolgt in einer Ausgestaltung der Erfindung mit Kühlplatten, welche beispielsweise ein Pellier- Element aufweisen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Kühlplatten mit Kaltwasser oder mit Luft zu kühlen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen auf einem Substrat wobei diese Vorrichtung vorteilhafterweise mit einer Linearführung versehen ist, wobei die Heizplatte oder die Gegendruckplatte über diese Linearführung verschoben werden kann, so dass das Substrat zwischen Gegendruckplatte und Heizplatte spannbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Heizung eine Flächenheizung, diese kann an einer auswechselbaren Adapterplatte angeordnet sein, damit besteht die Möglichkeit unterschiedliche Profile oder Heizplatten mit unterschiedlichen Aussparungen einzusetzen. Diese und weitere Merkmale gehen nicht nur aus den Ansprüchen sondern auch aus der Beschreibung hervor.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt:
1 die Prinzipskizze einer Aushärtestation in einer ersten und einer zweiten Ansicht als Stand der Technik.
2 die Detaildarstellung einer Heizeinrichtung,
3 eine Einrichtung mit einer Adapterplatte.
Die Prinzipskizze gemäß 1 zeigt eine Grundplatte 10, auf dieser ist ein Linearantrieb 11 angeordnet. Der Antrieb erfolgt beispielsweise pneumatisch oder elektrisch. Ferner sind zwei Linearführungen 12, 13 vorgesehen. Auf dem Antrieb und den Linearführungen liegt eine Heizplatte auf. Auf dieser Heizplatte befindet sich ein Substrat 15. Der Gegendruck auf dem Substrat 15 wird erzeugt durch eine Gegendruckplatte 16, die auch als Heizplatte ausgestaltet sein kann. Die Darstellung rechtsseitig zeigt die Befestigung der Gegendruckplatte 16 über Träger 17, 18. Das Substrat 15 läuft nach dem Bestücken mit Chips in die hier dargestellte Aushärtestation ein, wo sie mittels der beiden Heizplatten 14, 16 gleichzeitig von oben und unten durch Kontakt Substrat wird zwischen den Heizplatten eingeklemmt) erwärmt wird. Da das Substrat flächig unterstützt wird ist es möglich, es auf höhere Temperaturen zu erwärmen ohne dass sie sich Verwölben. Dadurch wird eine sehr kurze Aushärtezeit realisiert. Nach der Aushärtung läuft das Substrat 15 auf einem hier nicht dargestellten Transportband mit einer entsprechenden Zusatzunterstützung in eine Kühlstation, wo sie auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der es ohne die Gefahr einer Verwölbung in ein Magazin transportiert werden kann.
2 zeigt in einer Detaildarstellung das Substrat 15 zwischen den beiden Heizplatten 14, 16. Auf dieser Leiterplatte 15 befinden sich Chips 19, 20, 21 die über einen Kleber 22, 23, 24 mit dem Substrat 15 verbunden werden. Sofern sich auf dem Substrat bereits ein Bauteil 25 befindet, besteht die Möglichkeit, die Heizplatte mit einer Aussparung 26 zu versehen, welche der Größe des Bauteils 25 angepasst ist, so dass bei dem Aufheizen des Substrats keine Beschädigung des Bauteils erfolgt.
Eine Variante der Heizung, bzw. des Heizplattenaufbaus zeigt 3. Die Chips 27, 28, 29 sind auf einem Substrat 30 angeordnet. Dieses Substrat wird nur punktuell im Bereich der Chips erwärmt und zwar über Wärmeübertragungselemente 31, 32, 33. Diese Wärmeübertragungselemente sind an einer Adapterplatte 34 angeordnet, wobei diese wiederum mit einer Flächenheizung 35 verbunden ist.
Die Draufsicht auf die Adapterplatte 34 zeigt Wärmeübertragungselemente 31, 32, 33 sowie 36, 37, 38. Der Vorteil dieser Einrichtung liegt darin, dass gezielt die Wärme dort zur Verfügung gestellt wird, wo das Substrat mit Klebstoff benetzt ist und damit eine sehr rasche Erwärmung und damit auch eine Klebung erfolgt.
Es besteht die Möglichkeit, die Adapterplatte mit den Wärmeübertragungselementen austauschbar zu gestalten, damit lässt sich die gesamte Einrichtung sehr schnell auf unterschiedliche Substrate bzw. Substratgestaltungen anpassen.
Um mögliche Ausgasungen des Klebers zu beseitigen ist es möglich, entweder im Bereich der untern Heizplatte Absaugkanäle zu integrieren, oder aber den gesamten Prozessbereich mit einer Absaugung zu versehen. Bei Vorliegen bestimmter Vorraussetzungen ist es möglich, auf eine Kühlung der Substrate nach dem Aushärten des Klebers zu verzichten. Und zwar dann, wenn die Substrate die bei der geforderten Härtetemperatur oder Härtedauer nur unwesentliche mechanische Durchbiegung zeigen oder beim Einsatz von Klebern, die bei niedrigen Temperaturen oder kurzen Zeiten ausgehärtet werden können.

Claims

Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat, wobei ein Klebstoff auf das Substrat aufgebracht wird und anschließend mit Bauteilen oder Chips bestückt wird und wobei der Klebstoff unter Temperatur aushärtet, wobei das Substrat zur Aushärtung des Klebstoffs nach dem Bestücken mit den Bauteilen oder Chips zwischen wenigstens einer Heizplatte und einer Gegendruckplatte gespannt wird, wobei wenigstens eine der Platten das Substrat flächig unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (14) und/oder die Gegendruckplatte (16) Aussparungen (26) aufweist, derart dass bereits vorbestücktes Substrat (15) temperiert werden kann und diese Aussparungen (26) so dimensioniert sind, dass ein genügend großer Abstand zwischen Bauteil (25) und Heizplatte (14) gewährleistet ist um eine Beschädigung dieser Bauteile (25) zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckplatte (16) ebenfalls eine Heizplatte ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erwärmung und Aushärtung das Substrat (15) auf einem Transportband mit Zusatzunterstützung gegen Durchbiegung in eine Kühlstation transportiert wird und eine Abkühlung soweit erfolgt, dass das Substrat (15) ohne die Gefahr einer Verwölbung in ein Magazin transportiert werden kann.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckplatte (16) und/oder Heizplatte (14) wärmeisoliert ist so dass eine von der Heizung zugeführte Wärme nur in geringem Umfang nach außen abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über das gesamte Substrat (15) oder über einen Teil des Substrats (15) vorgewärmter Stickstoff eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlplatten mit integriertem Peltierelement oder Kühlplatten mit Kaltwasserkühlung oder Kühlplatten in Form von Rippenkühlkörper vorgesehen sind.
Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen auf einem Substrat, bestehend aus einer Grundplatte auf welcher eine Linearführung vorgesehen ist sowie einen Linearantrieb welcher eine Heizplatte rechtwinklig zur Ebene der Grundplatte hebt, bzw. senkt, und wobei ein Gegendruckplatte vorgesehen ist, die parallel zur Heizplatte verläuft und wobei zwischen Heizplatte und Gegendruckplatte das Substrat welches mit Chips oder Bauteilen bestückt ist, einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte (14) und/oder die Gegendruckplatte (16) Aussparungen (26) aufweist, derart dass bereits vorbestücktes Substrat (15) temperiert werden kann und diese Aussparungen (26) so dimensioniert sind, dass ein genugend großer Abstand zwischen Bauteil (25) und Platte (16) gewährleistet ist um eine Beschädigung dieser Bauteile (25) zu vermeiden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte (14) eine geregelte Flächenheizung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte (14) an einer wechselbaren Adapterplatte (34) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckplatte (16) ebenfalls eine Heizung aufweist.