DE19732680A1 - Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Benetzen mehrerer elektrischer Kontaktflächen mit einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Benetzen mehrerer elek­ trischer Kontaktflächen mit einer Flüssigkeit anzugeben.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in ab­ hängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die Vorrichtung zum gleichzeitigen Benetzen der Kontaktflächen einen Stempel auf­ weist, an dem Noppen aus einem Elastomer befestigt sind, de­ ren Anzahl, Anordnung und Abmessungen an die zu benetzenden Kontaktflächen angepaßt ist. Ein Elastomer hat flexible ela­ stische Eigenschaften und kann entweder Naturgummi oder ein Kunststoff sein. Die beanspruchte Vorrichtung kann vorteil­ haft zum Benetzen mehrerer elektrischer Kontaktflächen einge­ setzt werden, indem zunächst die Noppen des Stempels mit der Flüssigkeit benetzt werden, der Stempel dann so über die Kon­ taktflächen geführt wird, daß die Noppen über je einer der Kontaktflächen angeordnet sind und anschließend die Flüssig­ keit von den Noppen auf die Kontaktflächen übertragen wird. Da die Noppen aus einem Elastomer bestehen, sind sie äußerst flexibel und damit, wie Versuche gezeigt haben, besonders gut für die durchzuführende Benetzung geeignet. Die Flexibilität ist insbesondere von Vorteil, weil dadurch Fertigungstoleran­ zen bei der Herstellung der Noppen und der Kontaktflächen ausgeglichen werden.

Nach einer sehr vorteilhaften und bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, den Stempel und die Noppen einstückig auszuführen. Ein solcher Stempel aus einem Elasto­ mer, der Noppen aufweist, ist besonders einfach und damit ko­ stengünstig herzustellen. Hierzu kann man sich beispielsweise einer Maskentechnik bedienen, bei der (ähnlich wie bei Her­ stellungsverfahren der Halbleitertechnologie) Masken zur par­ tiellen phototechnischen Belichtung des Elastomers zum Ein­ satz kommen, woraufhin je nach gewähltem Verfahren belichtete oder nicht belichtete Partien des Elastomers durch entspre­ chende Abdeckschichten (beispielsweise aus einem Lack) und durch Einsatz eines Lösungsmittels teilweise abgetragen wer­ den. Außerdem ist ein Elastomer ein kostengünstiges Material. Weiterhin weist die einstückige Realisierung von Stempel und Noppen den Vorteil auf, daß eine noch bessere Flexibilität der zur Benetzung dienenden Komponenten der Benetzungsvor­ richtung erreicht wird.

Die Flexibilität läßt sich noch weiter verbessern, indem auf der von den Noppen abgewandten Seite des Stempels eine flexi­ ble Unterlage, vorzugsweise ein Moosgummi, angeordnet wird. Bei einem Moosgummi handelt es sich um einen Elastomer, der Lufteinschlüsse aufweist und somit eine erhöhte Elastizität hat. Die hohe Flexibilität bzw. Elastizität der Benetzungs­ vorrichtung ermöglicht vorteilhaft einen Ausgleich von Un­ ebenheiten der zu benetzenden Kontaktflächen bzw. eines Substrates, auf dem diese angeordnet sind.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Benetzung, wenn die zu übertragende Flüssigkeit ein Flußmittel ist. Flußmittel dienen zur Entfernung von Oxiden auf der Oberfläche der Kon­ taktflächen und gegebenenfalls als Klebeschicht für ein Löt­ mittel, welches anschließend auf die Kontaktflächen gebracht werden kann, um ein Verlöten der Kontaktflächen mit anderen elektrischen Komponenten beziehungsweise Kontakten zu ermög­ lichen. Ein Elastomer als Noppenmaterial eignet sich beson­ ders gut, um ein Flußmittel auf die Kontaktflächen zu über­ tragen, da das Flußmittel einerseits leicht auf den Noppen haften bleibt und andererseits sich auch gut von diesen löst, wenn es mit dem Material der Kontaktflächen in Kontakt ge­ bracht wird.

Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß der Stempel mit den Noppen, insbesondere wenn beide einstückig ausgeführt sind, mittels der beschriebenen Fototechnik auch mit Noppen hergestellt werden kann, die sehr kleine Abmessungen und ge­ genseitige Abstände aufweisen. Somit eignet sich die Erfin­ dung besonders gut zum Einsatz bei der Benetzung von sehr eng zueinander beabstandeten Kontaktflächen, welche darüber hin­ aus noch geringe Abmessungen aufweisen. Dies ist beispiels­ weise bei den sogenannten Ball-Grid-Array-Gehäusen der Fall. Bei diesen weist eine Hauptfläche des Gehäuses eine Matrix von Kontaktflächen auf, die oftmals sehr zahlreich sind. Eine Benetzung aller Kontaktflächen mit einem Flußmittel kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft gleichzeitig durchgeführt werden, bevor die Kontaktflächen mit dem für das Ball-Grid-Array typischen Lötkügelchen versehen werden, die durch das aufgetragene Flußmittel an den Kontaktflächen haf­ ten.

Da die Erfindung die Herstellung einer kostengünstigen Benet­ zungsvorrichtung ermöglicht, die auch für kleinste Abmessun­ gen und Abstände der Kontaktflächen geeignet ist, eignet sie sich auch beispielsweise zum Einsatz bei den sogenannten Chip-Size-Packages, bei denen das Gehäuse einer integrierten Schaltung nur unwesentlich größer als die integrierte Schal­ tung selbst ist. Der Einsatz der Erfindung ist jedoch nicht nur auf diese Fälle minimaler Kontaktflächen beschränkt. Vielmehr kommt ein Einsatz auch für die Benetzung von Kon­ taktflächen in Betracht, die nicht Bestandteile einer inte­ grierten Schaltung beziehungsweise deren Gehäuse sind, son­ dern beispielsweise auf Platinen oder sonstigen Substraten angeordnet sind.

Es ist günstig, wenn die Benetzung der Noppen mit der Flüs­ sigkeit dadurch geschieht, daß zunächst eine dünne Schicht der Flüssigkeit erzeugt wird, wozu sich insbesondere die Ver­ wendung eines Rakels eignet und anschließend in diese Flüs­ sigkeitsschicht die Spitzen der Noppen zur Benetzung einge­ taucht werden. Dieses Vorgehen ermöglicht eine gleichmäßige Benetzung der Noppen. Als vorteilhaft hat sich herausge­ stellt, wenn die Dicke der Flüssigkeitsschicht lediglich 0,2 bis 0,3 mm beträgt. Dies begünstigt eine gleichmäßige Benet­ zung der Noppen mit einer jeweils nur sehr geringen Flüssig­ keitsmenge.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Durchmes­ ser jeder Noppe etwa 50 bis 60% des Durchmessers der jeweils zu benetzenden Kontaktfläche entspricht. Versuche haben erge­ ben, daß hierdurch bei etwa mittigem Aufsetzen der Noppen auf den Kontaktflächen eine besonders gute Benetzung der Kontakt­ flächen erfolgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Erläuterung der Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Benetzung eines Ausführungsbeispiels der Benetzungsvorrichtung mit einem Flußmittel und

Fig. 2 zeigt die anschließende Benetzung der Kontaktflä­ chen mittels der Benetzungsvorrichtung aus Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Justage eines Stempels der Benetzungsvor­ richtung aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt auf einer Unterlage 10 eine dünne Schicht eines Flußmittels 2, welche mittels eines über die Unterlage 10 ge­ führten Rakels 7 in gleichmäßiger Dicke erzeugt wird. Ange­ deutet ist die Erzeugung der Flußmittelschicht durch einen Tropfen 2a des Flußmittels 2, der beim Ziehen des Rakels 7 über die Unterlage 10 entsteht. Oberhalb der Flußmittel­ schicht 2 in Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Benetzungsvorrichtung abgebildet. Diese weist eine vorzugsweise aus Metall bestehende und daher unflexible, T-förmige Halterung 11 auf. An der Unterseite der Halterung 11 ist als flexible Zwischenschicht ein Moosgummi 6 flächig angeordnet. An dessen Unterseite ist ein einstückig gefertig­ ter Stempel 3 mit Noppen 4 befestigt, der aus einem Elastomer besteht. Ein solcher Stempel 3 ist sehr einfach und kosten­ günstig mit einer Maskentechnik herzustellen.

Durch den vertikalen Pfeil in Fig. 1 ist angedeutet, daß die Benetzungsvorrichtung zum Zwecke der Benetzung der Noppen 4 von oben mit der Flußmittelschicht 2 in Berührung gebracht wird. Dabei reicht es aus, wenn nur die Spitzen der Noppen 4 mit dem Flußmittel 2 in Kontakt kommen. Durch Adhäsion haftet das Flußmittel 2 auf den Noppen 4. Die Schicht 2 ist bei die­ sem bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 0,2 bis 0,3 mm dick.

Fig. 2 zeigt ein Ball-Grid-Array-(BGA-)Gehäuse 5 mit Kon­ taktflächen 1. Das BGA-Gehäuse ist mittels Unterdruck (dargestellt durch den Pfeil 8) auf einem Werkzeug 9 fixiert. Gemäß dem in Fig. 2 eingezeichneten vertikalen Doppelpfeil wird die Benetzungsvorrichtung mit dem gemäß Fig. 1 benetz­ ten Noppen 4 von oben auf den Kontaktflächen 1 aufgesetzt, so daß eine zumindest teilweise Übertragung des Flußmittels 2 an den Spitzen der Noppen 4 auf die jeweilige Kontaktfläche 1 erfolgt.

Dabei sind die Noppen 4 des Stempels 3 so ausgebildet, daß während des in Fig. 2 dargestellten Benetzungsvorganges jede von ihnen über je einer der Kontaktflächen 1 des BGA-Gehäuses 5 angeordnet ist. Die Noppen 4 weisen an ihrer Spitze einen Durchmesser auf, der etwa 50 bis 60% des Durchmessers der jeweiligen Kontaktfläche 1 entspricht. Die Noppen 4 sind in Fig. 2 jeweils etwa mittig über den Kontaktflächen 1 ange­ ordnet.

Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Möglichkeit, den Stempel 3 der Benetzungsvorrichtung für die Durchführung der Benetzung zu justieren. Dargestellt ist wiederum das Werkzeug 9 mit ei­ ner Aufnahme 24 für das BGA-Gehäuse 5 aus Fig. 2. Zunächst wird statt des BGA-Gehäuses 5 eine Lochschablone 22 in die Aufnahme 24 eingesetzt, die dieselben äußeren Abmessungen wie das Gehäuse 5 aufweist. Die Schablone 22 weist Löcher 25 auf, deren Anordnung der Anordnung der Kontaktflächen 1 des Gehäu­ ses 5 entspricht. Nun wird der Stempel 3 mit seinen Noppen 4 in die Löcher 25 der Schablone 22 eingesetzt. Durch die koni­ sche Form der Noppen 4 wird dies begünstigt (Selbstjustage). Die Halterung 11 ist gegenüber dem Werkzeug 9 und damit ge­ genüber der Aufnahme 24 definiert bewegbar, da sie Bestand­ teil des Werkzeugs 9 ist. Sie wird nun von oben (angedeutet durch den Pfeil in Fig. 3) auf den Stempel 3 gedrückt, wobei eine beidseitig klebende Folie 23 für eine mechanische Ver­ bindung zwischen beiden sorgt. Zuletzt wird die Halterung 11 mit dem daran befestigten Stempel 3 von der Schablone 22 ent­ fernt und letztere aus der Aufnahme 24 genommen.

In die Aufnahme 24 wird nun das Gehäuse 5, wie in Fig. 2 ge­ zeigt, eingesetzt. Der Stempel 3 wird gemäß Fig. 1 benetzt und anschließend die Benetzung der Kontaktflächen 1 des Ge­ häuses 5 gemäß Fig. 2 durchgeführt.

Auf die anhand Fig. 3 beschriebene Weise wird sicherge­ stellt, daß der Stempel 3 bei der Befestigung an der Halte­ rung 11 gegenüber den Löchern 25 der Schablone 22 justiert ist, deren Lage genau mit der Lage der zu benetzenden Kon­ taktflächen 1 übereinstimmt.

Die Aufnahme 24 des Werkzeugs 9 und der Stempel 3 sind aus­ tauschbar ausgeführt, so daß mit demselben Werkzeug unter­ schiedliche Gehäuseformen bzw. Bauelementeformen benetzt wer­ den können.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Benetzen mehrerer elektri­ scher Kontaktflächen (1) mit einer Flüssigkeit (2) die einen Stempel (3) mit Noppen (4) aus einem Elastomer auf­ weist, deren Anzahl, Anordnung und Abmessungen an die zu be­ netzenden Kontaktflächen (1) angepaßt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Stempel (3) und die Noppen (4) einstückig ausge­ führt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Flüssigkeit (2) ein Flußmittel ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Kontaktflächen (1) auf einem Ball Grid Array- Gehäuse (5) oder einem Chip-Size Package angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Stempel (3) auf seiner von den Noppen (4) abge­ wandten Seite eine flexible Unterlage (6) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die flexible Unterlage (6) ein Moosgummi ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Durchmesser jeder Noppe (4) etwa 50-60% des Durchmessers der jeweils zu benetzenden Kontaktfläche (1) entspricht.

8. Verfahren zum gleichzeitigen Benetzen mehrerer Kontaktflä­ chen (1) mit einer Flüssigkeit (2), bei dem

• - aus einem Elastomer bestehende Noppen (4) eines Stempels (3) mit der Flüssigkeit (2) benetzt werden,
• - der Stempel (3) so über die Kontaktflächen (1) geführt wird, daß die Noppen (4) über je einer der Kontaktflächen (1) angeordnet sind,
• - und die Flüssigkeit (2) von den Noppen (4) auf die Kontakt­ flächen (1) übertragen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem eine dünne Schicht der Flüssigkeit (2) erzeugt wird, in die die Spitzen der Noppen (4) zur Benetzung eingetaucht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Schicht der Flüssigkeit (2) mit einem Rakel (7) erzeugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Schicht der Flüssigkeit (2) in einer Dicke von etwa 0,2 bis 0,3 mm erzeugt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,

• - bei dem eine Lochschablone (22) in eine Aufnahme (24) für ein die Kontaktflächen (1) aufweisendes Bauelement (5) einge­ setzt wird, wobei die Schablone (22) dieselben äußeren Abmes­ sungen wie das Bauelement (5) hat und Löcher (25) aufweist, die in ihrer Anordnung der Anordnung der Kontaktflächen (1) auf dem Bauelement (5) entsprechen,
• - bei dem der Stempel (3) mit den Noppen (4) in die Löcher (25) der Schablone (22) eingesetzt wird,
• - bei dem eine in definierter Weise gegenüber der Aufnahme (24) bewegbare Halterung (11) auf die von den Noppen (4) ab­ gewandte Seite des Stempels (3) aufgesetzt und mit diesem me­ chanisch verbunden wird,
• - bei dem die Halterung (11) mit dem Stempel (3) von der Schablone (22) sowie die Schablone aus der Aufnahme (24) ent­ fernt wird,
• - und bei dem das Bauelement (5) in die Aufnahme (24) einge­ setzt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die mechanische Verbindung zwischen der Halterung (11) und dem Stempel (3) durch eine doppelseitig klebende Fo­ lie (23) bewirkt wird.