DE19746408B4

DE19746408B4 - Verfahren zum Anbringen eines Bauelements an einem plattenförmigen Träger

Info

Publication number: DE19746408B4
Application number: DE19746408A
Authority: DE
Inventors: Ghassem Dipl.-Ing. Azdasht; Paul Dipl.-Ing. Kasulke
Original assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Current assignee: Pac Tech Packaging Technologies GmbH
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1997-10-21
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: DE19746408A1

Abstract

Verfahren zum Anbringen eines elektronischen Bauelements (10; 32) an einer Oberfläche eines plattenförmigen Trägerelements (12, 18) mit folgenden Schritten:
a) Anlegen des elektronischen Bauelements (10; 32) an die Oberfläche des Trägerelements (12, 18), wobei zwischen dem elektronischen Bauelement (10; 32) und dem Trägerelement (12, 18) ein Lotmittel angeordnet ist;
b) Anlegen einer Glasfaser oder eines Glasfaserbündels (22) gegen die dem elektronischen Bauelement (10; 32) gegenüberliegende Oberfläche des plattenförmigen Trägerelements (12, 18); und
c) Leiten eines Laserimpulses (23) durch die Glasfaser oder das Glasfaserbündel (22) zum Schmelzen des Lotmittels, um dadurch eine punktförmige elektrische und mechanische Verbindung des Trägerelements (12, 18) und des elektronischen Bauelements (10; 32) zu bewirken,
wobei das Bauelement (10; 32) durch das Bewirken einer Mehrzahl von elektrischen und mechanischen Verbindungsstellen an dem Trägerelement (12, 18) angebracht wird,
und
wobei die Mehrzahl von elektrischen und mechanischen Verbindungsstellen zeitlich nacheinander oder gleichzeitig parallel...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anbringen eines elektronischen Bauelements an einer Oberfläche eines plattenförmigen Trägerelements.
Als Verfahren, um ein elektronisches Bauelement, beispielsweise einen Laserbarren, an einer Oberfläche eines plattenförmigen Trägerelements anzubringen, sind Bondverfahren, wie z.B. Thermodenbonden, Thermokompressionsbonden sowie Ultraschallschweißen, bekannt. Solche Verfahren sind beispielsweise geeignet, um Laserdioden an der Kupferbeschichtung einer kupferkaschierten Kaptonfolie anzubringen, derart, daß sich eine leitende Verbindung ergibt. Diese bekannten Verfahren bewirken eine flächige Verbindung der Laserdiode an dem Kupfer. Dadurch entstehen durch das Verbindungsverfahren thermische Belastungen in der Laserdiode aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten, die sich über den gesamten flächigen Verbindungsbereich addieren.

Die US 5481082 zeigt eine Vorrichtung zum Verbinden eines Halbleiterelements mit einem Träger unter Verwendung von Laserenergie. Dabei wird eine Lichtleitfaser beabstandet von der einem anzubringenden Halbleiterelement gegenüberliegenden Oberfläche eines Trägers angeordnet, derart, daß durch Laserlicht, das über eine Lichtleitfaser zugeführt wird, eine flächige Verbindung des Halbleiterelements mit dem Träger bewirkt werden kann, indem ein Lötmittel, das zwischen Halbleiterelement und Träger angeordnet ist, geschmolzen wird.

Die US 4799755 zeigt eine modifizierte Lichtleitfaser, die es ermöglicht, ohne den Bedarf nach einem Ausgabekoppler des Strahlfokussierungslinsentyps in einem vorbestimmten Abstand von der Lichtleitfaser einen definierten Laserstrahlpunkt zu erzeugen.

Die US 5055652 bezieht sich auf ein Verfahren zum Löten einer Anschlußleitung auf eine Anschlußfläche eines Substrats. Die Anschlußleitung, die an einer flexiblen Folie angebracht ist, wird zunächst mit der Anschlußfläche ausgerichtet, woraufhin Laserstrahlung durch die flexible Folie auf diesselbe gerichtet wird, um die Anschlußleitung mit der Anschlußfläche zu verlöten.

In den Patent Abstracts of Japan: JP 4 260 387 A , E-1312, 27. Jan. 1993, Vol. 17/No. 44, ist ein optisches Kommunikationsmodul beschrieben, bei dem ein Peltier-Element verwendet ist, um die Temperatur einer Laserdiode zu stabilisieren, in dem die Wärme der Diode an einer Seite absorbiert und die absorbierte Wärme an der anderen Seite eines Gehäuses abgestrahlt wird.

In der DE 4200492 A1 ist eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden von zwei Kontaktelementen bekannt, bei der die zwei Kontaktelemente in Überdeckung gebracht werden und mittels einer Laseranordnung verlötet oder verschweißt werden. Die Laseranordnung weist einen Faserleiter auf, der die Laserstrahlung an die zu verbindende Stelle leitet. Dazu ist der Faserleiter in einem Halter aufgenommen, und die Kontaktelemente werden durch ein mit dem Halter verbundenes Andrückelement, durch den Faserleiter selbst oder durch Druckgas aneinandergedrückt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges, zeitsparendes Verfahren zum Anbringen eines elektronischen Bauelements an einer Oberfläche eines plattenförmigen Trägerelements zu schaffen, bei dem das Bauelement nur geringen thermischen Belastungen ausgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich bevorzugt zum Anbringen einer Laserdiode auf die Kupferbeschichtung einer kupferkaschierten Kaptonfolie. Dabei ist an der Verbindungsstelle die Kaptonfolie vorzugsweise beseitigt. Um dabei eine sichere Befestigung einer Laserdiode zu erreichen, wird diese vorzugsweise an gegenüberliegenden Oberflächen derselben jeweils an einer derartigen Kupferbeschichtung angebracht, so daß die Laserdiode zwischen zwei Kupferbeschichtungen angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt eine thermische Belastung für das anzubringende Bauelement nur an der punktförmigen Fügestelle oder einer Mehrzahl von punktförmigen Fügestellen, die durch die Position der Glasfaser oder das Glasfaserbündel, bzw. durch die Position mehrerer Glasfasern oder Glasfaserbündel, festgelegt sind. Somit addiert sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die thermische Belastung nicht über die gesamte Oberfläche des Bauelements, wie dies bei bekannten Verfahren, beispielsweise der Verwendung einer Thermode der Fall ist. Bei der punktförmigen Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung erwärmt sich beispielsweise das Kupfer nur lokal, weshalb sich dasselbe nicht flächig ausdehnt und somit bei einem späteren Abkühlen keine thermischen Belastungen auf das Bauelement ausübt.

Mehrere punktförmige Fügestellen können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zeitlich nacheinander oder gleichzeitig parallel unter Verwendung einer entsprechenden Anzahl von Glasfasern oder Glasfaserbündeln erzeugt werden, wobei die parallele Erzeugung aufgrund der damit verbunden Zeiteinsparung vorteilhaft ist.

Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird, im Unterschied beispielsweise zum Thermodenbonden, wo die Thermode erwärmt wird, die Glasfaser oder das Glasfaserbündel nicht erwärmt, so daß geringere thermische Belastungen entstehen. Ferner ist ein Ausüben einer Anpreßkraft nicht notwendig, was ebenfalls zu einer Absenkung von mechanischen Belastungen führt.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Draufsicht einer Anordnung einer kupferkaschierten Kaptonfolie und einer Laserdiode, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren an der kupferkaschierten Kaptonfolie angebracht ist; und
3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zum Anbringen einer Laserdiode und ferner zum Anbringen eines Peltier-Elements.
Zunächst wird bezugnehmend auf 1 das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es sei darauf hingewiesen, daß in den Zeichnungen für gleiche Elemente jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
In 1 ist eine Laserdiode 10 dargestellt, die an der in der Figur unteren Oberfläche derselben bereits an der Kupferbeschichtung 12 einer kupferkaschierten Kaptonfolie 14 angebracht ist. Diese Anordnung, bestehend aus der an der kupferkaschierten Kaptonfolie angebrachten Laserdiode kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise auf eine Auflagefläche 16 aufgelegt werden. Die Laserdiode 10 soll nun an eine weitere kupferkaschierte Kaptonfolie angebracht werden.
Dazu wird die Laserdiode 10 in der dargestellten Art und Weise an die Kupferbeschichtung 18 einer weiteren kupferkaschierten Kaptonfolie 20 angelegt. Das heißt, die Laserdiode 10 wird an eine Oberfläche der Kupferbeschichtung 18 angelegt, die der Kaptonfolie 20 zugewandt ist, wobei im Bereich des Anlegens die Kaptonfolie entfernt ist, so daß die Laserdiode 10 an der Kupferbeschichtung anliegt. Vor dem Anlegen werden die zu verbindenden Bereiche der Laserdiode 10 und/oder der Kupferbeschichtung 18 mit einem Lotmittel versehen, derart, daß nach dem Anlegen der Laserdiode 10 an der Kupferbeschichtung 18 ein Lotmittel zwischen denselben angeordnet ist. Das zusätzliche Vorsehen des Lotmittels ist selbstverständlich nicht notwendig, wenn die Laserdiode vorverzinnt ist.
Um nun eine Verbindung zwischen der Kupferbeschichtung 18 und der Laserdiode 10 zu bewirken, wird eine Glasfaser oder ein Glasfaserbündel 22 an einem Ende an der Fügestelle 24 gegen die Kupferbeschichtung 18 angelegt. Nachfolgend wird ein Laserimpuls 23 durch die Glasfaser geleitet, um dadurch das zwischen der Laserdiode und der Kupferbeschichtung befindliche Lot zu schmelzen und eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen der Laserdiode 10 und der Kupferbeschichtung 18 zu bewirken. Ist das Lotmittel auf der Laserdiode 10 angebracht, benetzt dasselbe bei dem oben beschriebenen Vorgang das Kupfer der Kaptonfolie und bewirkt somit die beschriebene Verbindung.
Wie in 1 und ferner ebenfalls in der Draufsicht von 2 zu sehen ist, weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die kupferkaschierte Kaptonfolie 20 in dem Randbereich, in dem die Laserdiode 10 an derselben befestigt wird, Schlitze 26 auf, um Finger 28 zu definieren. Diese Finger legen Kupferanschlußleitungen (Leads) fest, über die beim Betrieb die Stromzuführung der Laserdiode erfolgt. Ferner ist durch die Konfiguration eine geringe Wärmeableitung der Laserdiode 10 über die Finger 28 möglich. Ferner ermöglicht die dargestellte Fingerstruktur eine Kompensation von Wärmeausdehnungen zwischen der Kaptonfolie 20 und der Laserdiode 10. Es ist jedoch offensichtlich, daß für die Anschlußleitungen auch eine durchgehende Kupferfolie verwendet werden kann.
Die Laserdiode 10 wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren mit jedem der Finger 28 verbunden. Dazu wird das erfindungsgemäße Verfahren jeweils für jeden Finger durchgeführt. Die Draufsicht von 2, bei der die Laserdiode 10 zur Veranschaulichung in dicken Linien dargestellt ist, obwohl dieselbe unterhalb der Finger 28 angeordnet ist, sind die sich ergebenden Fügepunkte 30 dargestellt. Diese Fügepunkte können entweder zeitlich nacheinander oder gleichzeitig parallel erzeugt werden. Die parallele Erzeugung ermöglicht ein schnelleres Fügeverfahren, erfordert jedoch eine aufwendigere Ausrüstung, um die punktförmigen Verbindungsstellen zwischen der Laserdiode und der Kupferfolie gleichzeitig bewirken zu können, wobei dieselbe eine entsprechende Mehrzahl von geeignet beabstandeten Glasfasern oder Glasfaserbündeln aufweisen muß. In jedem Fall kann eine geeignete Halterung für die Glasfasern oder die Glasfaserbündel vorgesehen sein, die aus unterschiedlichen metallischen und nichtmetallischen Materialien, z.B. Glas oder Silizium, bestehen kann.
Die in 1 dargestellte Konfiguration einer Laserdiode 10, die zwischen zwei kupferkaschierten Kaptonfolien angeordnet ist, ergibt sich, indem die Laserdiode 10 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens an den Kupferfingern beider kupferkaschierten Kaptonfolien angebracht wird. Die vorlie gende Erfindung schafft somit ein zeitsparendes Verfahren zum sicheren Anbringen beispielsweise einer Laserdiode an plattenförmigen Trägerelementen, beispielsweise der Kupferbeschichtung einer kupferkaschierten Kaptonfolie, ohne die Laserdiode großen thermischen Belastungen zu unterwerfen.
Der sich durch das erfindungsgemäße Verfahren ergebende, oben beschriebene Aufbau läßt wegen der ungünstigen Wärmeableitung über die Finger 28 nur einen Pulsbetrieb der Laserdiode 10 zu. Um einen Dauerbetrieb der Laserdiode 10 zu ermöglichen, ist es daher vorteilhaft, eine Kühleinrichtung an der Anordnung anzubringen. Eine solche angebrachte Kühleinrichtung ist in 3 dargestellt.
3 zeigt die Laserdiode 10, die in der oben beschriebenen Art und Weise an den Kupferbeschichtungen 12 und 18 zweier kupferkaschierter Kaptonfolien 14 und 20 angebracht ist. Um die Wärmeableitung zu verbessern, kann nun ein Peltier-Element 32 an einer der Kupferbeschichtungen, bei der Darstellung von 3 der Kupferbeschichtung 12, angebracht werden. Das Peltier-Element 32 kann an der Kupferbeschichtung 12 ebenfalls durch das erfindungsgemäße FPC-Verbindungsverfahren (FPC = Fibre Push Connection = Faserdruckverbindung) angebracht werden. Dabei wird das Peltier-Element 32 an der der Laserdiode 10 gegenüberliegenden Oberfläche der Kupferbeschichtung 12 angebracht. An der abgewandten Oberfläche des Peltier-Elements 32 kann dann in herkömmlicher Weise eine Kühleinrichtung 34 angebracht werden.
Zur Montage der Laserdiode 10 sowie des Peltier-Elements 32 in der in 3 dargestellten Form ist eine günstige Montagefolge zu wählen. Vorteilhaft ist es dabei, zunächst die Laserdiode 10 an die Kupferbeschichtung 12 der unteren Kaptonfolie 14 zu fügen. Nachfolgend wird das Peltier-Element 32 an die Kupferbeschichtung 12 der unteren Kaptonfolie 14 gefügt. Abschließend wird dann die Laserdiode 10 an die Kupferbeschichtung 18 der oberen Kaptonfolie 20 angebracht. Dadurch ergibt sich der in 3 dargestellte Aufbau.

Claims

Verfahren zum Anbringen eines elektronischen Bauelements (10; 32) an einer Oberfläche eines plattenförmigen Trägerelements (12, 18) mit folgenden Schritten: a) Anlegen des elektronischen Bauelements (10; 32) an die Oberfläche des Trägerelements (12, 18), wobei zwischen dem elektronischen Bauelement (10; 32) und dem Trägerelement (12, 18) ein Lotmittel angeordnet ist; b) Anlegen einer Glasfaser oder eines Glasfaserbündels (22) gegen die dem elektronischen Bauelement (10; 32) gegenüberliegende Oberfläche des plattenförmigen Trägerelements (12, 18); und c) Leiten eines Laserimpulses (23) durch die Glasfaser oder das Glasfaserbündel (22) zum Schmelzen des Lotmittels, um dadurch eine punktförmige elektrische und mechanische Verbindung des Trägerelements (12, 18) und des elektronischen Bauelements (10; 32) zu bewirken, wobei das Bauelement (10; 32) durch das Bewirken einer Mehrzahl von elektrischen und mechanischen Verbindungsstellen an dem Trägerelement (12, 18) angebracht wird, und wobei die Mehrzahl von elektrischen und mechanischen Verbindungsstellen zeitlich nacheinander oder gleichzeitig parallel erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem als elektronisches Bauelement eine Laserdiode (10) und als Trägerelement eine kupferkaschierte Kaptonfolie (14, 20) verwendet werden, wobei die Laserdiode (10) an eine Oberfläche der Kupferbeschichtung (12, 18) der kupferkaschierten Kaptonfolie (14, 20) angelegt wird, die der Kaptonfolie (14, 20) zugewandt ist, wobei an der Anlegestelle die Kaptonfolie (14, 20) beseitigt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, das nach dem Schritt c) das Anbringen der der an dem Trägerelement (12) angebrachten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche an einem weiteren Trägerelement (18) unter Verwendung der Schritte a) bis c) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Laserdiode (10) am Rand der kupferkaschierten Kaptonfolie (14, 20) angelegt wird, wobei die kupferkaschierte Kaptonfolie (14, 20) in diesem Bereich Schlitze (26) aufweist, derart, daß die Laserdiode an eine Mehrzahl von vorstehenden Fingern (28) der Kupferbeschichtung (12, 18) angelegt wird, wobei jeder Finger (28) gemäß den Schritten b) und c) mit der Laserdiode (10) verbunden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Schritte b) und c) für die einzelnen Finger zeitlich nacheinander durchgeführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Schritte b) und c) unter Verwendung einer Mehrzahl von Glasfasern oder Glasfaserbündeln für die Mehrzhal von vorstehenden Fingern gleichzeitg parallel durchgeführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem als elektronisches Bauelement ein Peltier-Element (32) verwendet wird, das gemäß den Schritten a) bis c) an der Kupferbeschichtung (12) einer kupferkaschierten Kaptonfolie (14) angebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem nach dem Anbringen der Laserdiode (10) an einem oder zwei Trägerelementen (12, 18) ein Peltier-Element im Bereich der Laserdiode (10) auf die der Laserdiode abgewandte Oberfläche der Kupferbeschichtung (12) einer kupferkaschierten Kaptonfolie (14) aufgebracht wird, wobei nachfolgend ein Kühlkörper (34) auf das Peltier-Element (32) aufgebracht wird.