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Die
Erfindung betrifft eine Thermodeneinrichtung zum Verbinden und/oder
elektrischen Kontaktieren einer Vielzahl von ersten Halbleiterbauelementen
mit mindestens einem Trägersubstrat und/oder
einer Vielzahl von zweiten Halbleiterbauelementen mittels Erwärmung eines
Klebstoffes unter Druckbeaufschlagung, wobei die Thermodeneinrichtung
eine auf- und abwärtsverschiebbare
Heizkopfeinheit zum Anpressen der ersten Halbleiterbauelemente auf
dem Trägersubstrat
und/oder den zweiten Halbleiterbauelementen während einer Wärmeübertragung
auf die ersten Halbleiterbauelemente umfasst, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Bisher
ist zum Verbinden und elektronischen Kontaktieren einer Mehrzahl
von elektrischen Halbleiterbauelementen, wie Flip-Chips, mit einem
darunterliegenden Trägersubstrat,
welches beispielsweise eine Mehrzahl von Antennen aufweisen kann,
eine Vielzahl von einzelnen Thermodenelementen verwendet worden,
wobei jedem Halbleiterbauelement ein einzelnes Thermodenelement
zugeordnet ist. Derartige Thermodenelemente dienen dazu, eine Erwärmung von
Kontaktklebstoffteilen, die sich zwischen den Chips und dem Trägersubstrat
befinden, zu bewirken und somit eine dauerhafte Verbindung zwischen
den Chips und dem Trägersubstrat
herbeizuführen.
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Sofern
die Halbleiterbauelemente auf dem Trägersubstrat derart angeordnet
sind, dass ihre Beabstandung zueinander sehr gering ist, welches
mit zunehmendem Durchsatz einer Chipkarten- oder smartlabelherstellenden
Maschine erwünscht
ist, wird die Anordnung einzelner Thermodenelemente dadurch erschwert,
dass aufgrund ihrer Abmessungen diese nicht beliebig eng zueinander
angeordnet werden können.
Zudem müssen
derartige Thermodenelemente einzeln erwärmt und individuell druckbeaufschlagt
werden, woraus sich eine komplexe Ansteuerung eines derartigen Thermodenelementenfeldes
ergibt.
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Sofern
derartige Thermodenelemente zu Vermeidung ihrer zu engen Anordnung
zueinander einzeln oder mit großem
Abstand zueinander beabstandet eingesetzt werden, ergibt sich hierdurch ebenso
aufgrund der geringen Anzahl von Erwärmungsvorgängen, die zeitgleich für eine geringe
Anzahl von Kontaktklebstoffteilen stattfindet, ein reduzierter Durchsatz.
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Bei
einer Anordnung einer Mehrzahl derartiger Einzelthermodenelemente
kann insbesondere bei der Bestückung
von Straps mit Chips, bei der bedingt durch den Abstand der einzelnen
Straps auf einem gemeinsamen Web geringe Abstände zwischen den Auflageflächen der
Chips bestehen, keine zufriedenstellende Anordnung einer Mehrzahl
der Einzelthermodenelemente erreicht werden.
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Bekannt
sind sogenannte Thermodenfelder, die als einzelne Thermodenelemente
zusammengefasst auf einer gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind.
Jedes Thermodenelement ist hierbei jeweils einem Halbleiterbauteil
zugeordnet und wird mit einer Oberseite des Bauteils in Verbindung
gebracht, um dieses unter Einfluss von Druck und Temperatur auf einem
Trägersubstrat
bzw. einem Trägerband
dauerhaft zu befestigen.
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Ein
derartiges Thermodenfeld weist zwar vorteilhaft eine gemeinsame
ab- und aufwärtsgerichtete
Führung
der Thermodenelemente auf, wobei in der Regel jedes Einzelthermodenelement
nochmals eine individuelle Führung
beinhaltet, erfordert jedoch eine seperate Druckbeaufschlagung und
Temperaturansteuerung für
jedes Thermodenelement, woraus sich eine komplexe, kostenintensive
und herstellungsaufwendige Ansteuerung sowie ein kostenintensive
Herstellung des gesamten Thermodenfeldes ergibt.
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Demzufolge
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Thermodeneinrichtung zur
Verfügung
zu stellen, die das zeitgleiche Verbinden und/oder elektrische Kontaktieren
von vielen Halbleiterbauelementen mit einem darunterliegenden Trägersubstrat
oder zweiten Halbleiterbauelementen auf kostengünstige und einfache Weise ermöglicht,
wobei die Thermodeneinrichtung kostengünstig in ihrer Herstellung
ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
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Kerngedanke
der Erfindung ist es, eine Thermodeneinrichtung zum Verbinden und/oder
elektrischen Kontaktieren einer Vielzahl von ersten Halbleiterbauelementen
mit mindestens einem Trägersubstrat
und/oder einer Vielzahl von zweiten Halbleiterbauelementen mittels
Erwärmung
eines Klebstoffes unter Druckbeaufschlagung zur Verfügung zu
stellen, wobei die Thermodeneinrichtung eine auf- und abwärtsverschiebare
Heizkopfeinheit zum Anpressen der ersten Halbleiterbauelemente auf
dem Trägersubstrat
und/oder den zweiten Halbleiterbauelementen während einer Wärmeübertragung
auf die ersten Halbleiterbauelemente umfasst, bei der eine erste Heizplatte
zur Wärmeübertragung
auf sämtliche
ersten Halbleiterbauelemente und eine untere, zweite Heizplatte
angeordnet sind. Die erste Heizplatte liegt auf den Oberseiten sämtlicher
erster Halbleiterbauelemente zeitgleich auf. Die zweite Heizplatte
liegt an einer Unterseite des Trägersubstrates
an, wobei dies in einem Bereich geschieht, der mindestens den Abmessungen
der ersten Heizplatte entspricht. Auf diese Weise wird zeitgleich
eine Wärmeübertragung
auf das Trägersubstrat
im Bereich sämtlicher
erster Halbleiterbauelemente erzielt.
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Zwischen
der ersten Heizplatte und den Oberseiten sämtlicher erster Halbleiterbauelemente ist
ein wärmebeständiges Papier
bzw. eine wärmebeständige Folie
angeordnet, um hierdurch eine Verschmutzung der Heizplatte mit Klebstoffresten
während
des Erwärmungsvorganges
zu vermeiden.
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Auf
diese Weise wird durch die einfache flächenabdeckende Ausbildung der
Heizkopfeinheit als Heizplatte, die mittels einer weiteren unterseitig
angeordneten Heizplatte beidseitig auf die Klebstoffteile erwärmend einwirkt,
eine kostengünstig
herstellbare Thermodeneinrichtung erhalten, welche dafür verwendet
werden kann, zeitgleich eine große Anzahl von auch eng zueinander
beabstandeten ersten Halbleiterbauelementen und den unter ihnen
jeweils angeordneten Kontaktklebstoffteilen zu erwärmen und
hierdurch einen hohen Durchsatz der Maschine zu erhalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die erste Heizplatte unterseitig eine elastische, wärmebeständige Schicht
zum Ausgleich von Unebenheiten zwischen den Oberseiten der ersten
Halbleiterbauelemente auf. Auf diese Weise kann, selbst wenn die
einzelnen Halbleiterbauelemente unterschiedlich hoch angeordnet
bzw. ausgebildet sind, eine zeitgleiche Erwärmung und Druckbeaufschlagung
sämtlicher
Halbleiterbauteile durch die erste Heizplatte erfolgen.
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Vorteilhaft
kann ebenso die zweite Heizplatte eine derartige elastische, wärmebeständinge Schicht an
ihrer Oberseite aufweisen.
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Alternativ
können
beide oder eine der Heizplatten ohne elastische Schicht ausgebildet
sein.
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Das
Papier bzw. die Folie ist neben der ersten Heizplatte mittels Rollen
auf- und abwickelbar. Hierbei handelt es sich bei dem Papier beispielsweise
um silikonbeschichtetes Papier, welches vorteilhaft eine dauerhafte
Anhaftung von Klebstoffteilen, selbst nach deren Erkalten, an den
Heizplatten vermeidet.
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Sobald
ein Erwärmungsvorgang
beendet ist, wird die erste Heizplatte nach oben gefahren und der verunreinigte
Abschnitt des Silikonpapieres weitergefahren, indem das als Band
ausgebildete Papier auf der einen Rolle ab- und auf der anderen
Rolle aufgewickelt wird, um hierdurch einen sauberen Abschnitt des
silikonbeschichteten Papieres im Bereich zwischen den Halbleiterbauelementen
und der Heizplatte für
den nächsten
Erwärmungsvorgang
zu erhalten.
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Oberhalb
der ersten Heizplatte und/oder unterhalb der zweiten Heizplatte
ist ein pneumatisch beaufschlagbarer Druckzylinder zur Druckbeauschlagung
der Heizplatten angeordnet. Somit kann ein Druckzylinder entweder
nur für
die erste obere Heizplatte oder nur für die untere zweite Heizplatte
oder zwei Druckzylinder für
beide Heizplatten vorgesehen sein. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit
eines schnellen Aufwärts-
und Abwärtsfahrens
der Heizplatten, selbst bei hohem Eigengewicht derjenigen.
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Zwischen
dem Druckzylinder und der Heizplatte ist eine Kühlerplatte als Überwärmungsschutz für den Druckzylinder
angeordnet. Auf diese Weise wird eine Wärmeübertragung von der Heizplatte
auf den Druckzylinder zur Unterdrückung von Funktionsstörungen in
dem Druckzylinder vermieden.
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Die
Heizplatte wird mittels mindestens einem Rückstellfederelement derart
federbeauschlagt, dass eine Federkraft entgegen einer Gewichtskraft
der Heizplatte wirkt. Somit ist beispielsweise bei der ersten oberen
Heizplatte eine automatische Rückstellung
der Heizplatte nach Beendigung eines Erwärmungsvorganges sichergestellt,
sobald der Druckzylinder nicht mehr druckbeaufschlagt ist. Dies
kann durch einen einfachen automatisierten Ansteuerungsvorgang des
Druckzylinders erfolgen.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung
zu entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 in
einer schematischen Querschnittsansicht eine Thermodeneinrichtung
gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, und
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2 in
einer schematischen Querschnittsansicht eine Thermodeneinrichtung
gemäß dem Stand
der Technik.
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In 1 wird
eine Thermodeneinrichtung 1 in schematischer Darstellung
wiedergegeben. Auf einem Trägersubstrat 3,
welches vorzugsweise bandartig ausgebildet ist, und sich von links
nach rechts bewegt, sind eine Vielzahl von ersten Halbleiterbauelementen 3 angeordnet,
die an ihrer Oberseite 3a von einer ersten Heizplatte 4 abgedeckt
werden. Eine Unterseite 2a des Trägersubstrates 2 ist
mit einer zweiten Heizplatte 5 von unten abgedeckt.
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Sowohl
die erste als auch die zweite Heizplatte 4, 5 sind
auf- und abschiebbar, wie es durch die Doppelpfeile 16, 17 angedeutet
wird.
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Zwischen
der ersten Heizplatte 4 und den Halbleiterbauelementen 3 ist
ein silikonbeschichtetes Papierband 7, welches von einer
Rolle 8 abgerollt und auf eine weitere Rolle 9 aufgerollt
werden kann, angeordnet.
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Die
Heizplatten 4, 5 ermöglichen die zeitgleiche Druckbeaufschlagung
und Temperaturerwärmung
einer Vielzahl von Halbleiterbauelemente auf einfache und unkomplizierte
Weise.
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Vorteilhaft
weist die erste Heizplatte 4 unterseitig eine elastische
und wärmebeständige Schicht 6 auf,
um Unebenheiten in der bei den Oberseiten der Halbleiterbauelemente 3 auszugleichen.
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Ein
Druckzylinder 10 ist oberhalb der ersten Heizplatte 4 angeordnet
und über
eine Kühlerplatte 11 mit
der Heizplatte 4 verbunden. Die Kühlerplatte 11 dient
zur Vermeidung von Überhitzungserscheinungen
des Druckzylinders 10, welche zu Funktionsstörungen des
Zylinders führen
können.
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Mittels
Führungselemente 12, 13 wird
das genaue Auf- und Abwärtsbewegen
der oberen Heizplatte 4 erreicht.
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Rückzugfedern 14, 15 führen dazu,
dass die Heizplatte 4 entgegen ihres nach unten wirkenden
Eigengewichtes nach oben gezogen wird, sobald eine durch den Druckzylinder 10 ausgeübte Druckkraft nachlässt. Dies
findet bei Beendigung eines Erwärmungsvorganges
statt.
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Der
Druckzylinder 10 ist ein pneumatisch doppelwirkender Druckzylinder,
dessen Kraftansteuerung über
ein Proportionalventil geschieht.
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Gemäß einem
erfindungsgemäßen Verfahren
wird in einem ersten Schritt eine Vielzahl von Klebstoffteilen bzw.
-pasten auf das Trägersubstrat 2 mittels
einer hier nicht näher
dargestellten Auftrageeinrichtung aufgebracht. Anschließend wird
in einem weiteren Schritt mittels einer Umdreheinheit eine Vielzahl
von Chips umgedreht (Flip-Chips) und mittels einer Bestückungseinrichtung
auf dem Trägersubstrat
im Bereich der Klebstoffteile aufgesetzt.
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Nachdem
das Trägersubstrat 2 weitergefahren
worden ist, findet ein Zusammenfahren der Heizplatten 4, 5 zum
Erwärmen
und somit zur Aushärtung der
Klebstoffteile und zur Herstellung elektrischer Kontakte statt.
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Anschließend öffnen sich
die Heizplatten 4, 5 und ein Transport des Trägersubstrates
zu einer nächsten,
beispielsweise einen Personalisierungsvorgang durchführenden,
Einheit innerhalb einer Anlage findet durch Verschieben des Trägersubstrates 2 statt.
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In 2 wird
ein herkömmliches
Thermodenfeld gemäß dem Stand
der Technik gezeigt.
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Das
Thermodenfeld weist eine Grundplatte 18 mit darunter einzeln
angeordneten Thermodenelementen 19, die jeweils einem Halbleiterbauelement 3 zugeordnet
sind, auf. Unterhalb des Trägersubstrates 2 ist
eine Auflage als Gegenlager zu dem auf- und abwärtsbewegbaren Thermodenfeld
angeordnet. Dieses Gegenlager ist in der Regel nicht beheizbar.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
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- 1
- Thermodeneinrichtung
- 2
- Trägersubstrat
- 2a
- Unterseite
des Trägersubstrats
- 3
- Halbleiterbauelemente
- 3a
- Oberseite
der Halbleiterbauelemente
- 4
- erste
Heizplatte
- 5
- zweite
Heizplatte
- 6
- elastische
Schicht
- 7
- Papier
- 8,
9
- Rollen
- 10
- Druckstempel
- 11
- Kühlerplatte
- 12,
13
- Führungen
- 14,
15
- Federelemente
- 16,
17
- Aufwärts- und
Abwärtsbewegungen
- 18
- Thermodenfeld
- 19
- Thermodenelemente
- 20
- Gegenlager