DE19739481C2 - Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmelzen einer Mehrzahl von Lotkugeln auf ein Substrat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von Lotkugeln auf ein Sub­ strat und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfah­ ren zum Aufbringen und Plazieren einer Mehrzahl von Lotku­ geln auf dem Substrat und zum Aufschmelzen derselben auf das Substrat mittels eines Lasers.

Gemäß dem Stand der Technik wird eine Lotstelle auf einem Substrat gebildet, indem eine Lotkugel auf das Substrat auf­ gebracht und nachfolgend geschmolzen wird. Dies wird bei­ spielsweise mittels eines sogenannten "Solder Ball Bumper" durchgeführt. Sollen mehrere Lotstellen auf einem Substrat plaziert werden, werden jeweils einzelne Lotkugeln auf das Substrat aufgebracht und beispielsweise mittels des genann­ ten Verfahrens geschmolzen.

Es ist ferner bekannt, mehrere Lotkugeln gleichzeitig auf ein Substrat aufzubringen und die Umschmelzung nachfolgend in einem Durchlaufofen zu realisieren. Bei diesem Verfahren wird zum Umschmelzen der Lotkugeln jedoch ein Flußmittel be­ nötigt.

Aus der DE 195 35 622 C1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von kugelförmigen Lothöckern auf flächig verteilte Anschlußflä­ chen eines Substrats bekannt. Dabei werden mittels eines Vielfach-Sauggreifers scheibenförmige Lotformteile angesaugt und dann auf den zugeordneten Anschlußflächen des Substrats positioniert. Nachfolgend werden die scheibenförmigen Lot­ formteile in kugelförmige Lothöcker umgeschmolzen, wobei die zum umschmelzen erforderliche Wärme beispielsweise durch die Verwendung von Laserenergie oder Infrarotenergie oder durch Verwendung eines Ofens geliefert wird.

Aus der DE 44 10 733 A1 ist eine Vorrichtung zur Verbindung von elektrischen Kontaktelementen bekannt, bei der ein Lichtwellenleiter an einem Ende mit einer Laserquelle und an dem anderen Ende mit einem Andrückelement verbunden ist. Das Andrückelement dient dazu, zwei zu verbindende Kontaktele­ mente aufeinanderzudrücken, wobei das Andrückelement durch Laserenergie, die durch den Lichtwellenleiter zugeführt wird, erwärmt wird, um somit ein Verlöten der beiden Kon­ taktelemente zu bewirken.

Darüberhinaus zeigt die US 5565119 einen Laserkopf zum gleichzeitigen Anbringen von Lotkugeln auf einem Träger. Der Laserkopf weist eine Vielzahl von Lötspitzen auf, deren Auf­ bau im wesentlichen dem Aufbau der oben bezugnehmend auf die DE 44 10 733 A1 beschriebenen Vorrichtung entspricht.

Schließlich beschreibt die JP 0737890 A eine Lötvorrichtung zum Anbringen einer Lötkugel auf einem Substrat. Die Lötku­ gel wird dabei unter Verwendung einer Kapillare an einer entsprechenden Position auf dem Substrat angeordnet, worauf­ hin dieselbe mittels Laserenergie, die von einer separaten Laserbestrahlungseinrichtung geliefert wird, geschmolzen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmelzen einer Mehrzahl von Lotkugeln auf ein Sub­ strat zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 4 schematische Querschnittdarstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung während unterschiedli­ cher Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vor­ richtung in einem Ausgangszustand dargestellt.

In einer Trägerplatte 10 sind Kanäle 12, die dieselbe zwi­ schen zwei Hauptoberflächen derselben durchdringen, vorgese­ hen. Auf der Trägerplatte 10 sind bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel Abstandhalter 14 vorgesehen, derart, daß dieselben einen Faserhalter 16 mit der Trägerplatte 10 ver­ binden, wobei zwischen Hauptoberflächen des Faserhalters 16 und der Trägerplatte 10 ein Hohlraum 18 gebildet ist. Der Faserhalter 16 hält ein Glasfaserbündel 20, das aus einzel­ nen Glasfasern 22 besteht, derart, daß die einzelnen Glasfa­ sern 22 jeweils auf Kanäle 12 gerichtet sind. Dazu weist der Faserhalter 16 beispielsweise Durchgangsöffnungen auf, durch die Glasfasern 22 denselben von einer Hauptoberfläche zur anderen durchdringen. Bei dem in den Figur dargestellten Aus­ führungsbeispiel stehen den Glasfasern in den Hohlraum vor, was jedoch für die vorliegende Erfindung kein zwingendes Merkmal ist.

Der Hohlraum 18 weist ferner einen Ausgang 24 auf, über den der Hohlraum 18 mit einem Unterdruck P beaufschlagt werden kann. Dieser Unterdruck kann mittels einer Unterdruckerzeu­ gungsvorrichtung, beispielsweise einer Vakuumpumpe, erzeugt werden. Dazu wird die Vakuumpumpe beispielsweise über eine Druckübertragungsvorrichtung 26, die eine übliche Rohrlei­ tung sein kann, mit dem Ausgang 24 des Hohlraums 18 verbun­ den.

An die von dem Hohlraum beabstandeten Enden der Glasfasern ist eine Laserpulserzeugungseinrichtung anschließbar, die in der Lage ist, Laserpulse durch die einzelnen Glasfasern 22 des Faserbündels 20 zu leiten.

Bezugnehmend auf die Fig. 2 bis 4 wird nachfolgend die Wir­ kungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah­ rens näher erläutert.

Zunächst wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die oben be­ schriebene Vorrichtung in ein Lotkugelreservoir 28, in dem eine Mehrzahl von Lotkugeln 30 angeordnet sind, eingetaucht, bzw. auf die Mehrzahl von Lotkugeln 30 aufgesetzt. Danach wird an die Leitung 26 ein Unterdruck angelegt, um bei­ spielsweise in dem Hohlraum 18 ein Vakuum zu erzeugen. Durch das Vakuum werden jeweils an den Kanälen 12 Lotkugeln 30 angesaugt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den ange­ saugten Lotkugeln 30 ist in Fig. 3 dargestellt. Da die Quer­ schnittflächen, d. h. die Durchmesser, der Kanäle kleiner sind als die Querschnittflächen, d. h. die Durchmesser, der Lotkugeln, werden die Lotkugeln 30 wie dargestellt an den Kanälen 12 fixiert. Diese Kanäle 12 können je nach gewünsch­ tem Muster, das die Lotstellen nachfolgend auf dem Substrat ergeben sollen, in der Trägerplatte 10 vorgesehen sein. Nach dem Ansaugen der Lotkugeln 30 kann beispielsweise durch Druckluft und/oder durch einen Laserstrahl kontrolliert wer­ den, ob alle Kugeln an der Trägerplatte 10 fixiert sind.

Nachfolgend werden die an der Trägerplatte 10 fixierten Lot­ kugeln 30 zu einem Substrat 32 bewegt und auf eine Oberflä­ che desselben aufgesetzt, siehe Fig. 4. Anschließend werden diese aufgesetzten Lotkugeln 30 mittels Laserenergie umge­ schmolzen.

Zu diesem Zweck ist für jede Lotkugel 30 eine Glasfaser 22 vorgesehen, die durch einen jeweiligen Kanal 12 auf die je­ weilige Lotkugel 30 gerichtet ist. Durch die jeweilige Glas­ faser wird ein Laserpuls geleitet, der durch den jeweiligen Kanal 12 auf die jeweilige Lotkugel 30 trifft, um dieselbe umzuschmelzen. Dazu sind die Faserbündel bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einen Laserkopf (nicht gezeigt) ge­ führt, wobei der Laserstrahl beispielsweise mittels eines Scannersystems in die Glasfaser geführt wird.

Beim Umschmelzen der Lotkugeln 30, d. h. während des Beauf­ schlagens derselben mit dem Laserpuls, ist es bevorzugt, die fixierten Lotkugeln mit einem Inertgas zu beaufschlagen, um die Oberfläche der Lotkugeln während des Lötens vor einer Oxidation zu schützen. Dieses Inertgas kann durch die glei­ chen Kanäle 12 zugeführt werden.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird nach dem Aufsetzen der Lotkugeln auf ein Substrat eine Kraft auf die Lotkugeln ausgeübt, während die Lotkugeln geschmolzen wer­ den. Durch das Ausüben einer solchen Kraft ist es beispiels­ weise möglich, ein Thermokompressionsbonden von Gold durch­ zuführen.

Es ist für Fachleute offensichtlich, daß das Glasfaserbündel 22 aus einer Vielzahl von über den Faserhalter 16 gleich­ mäßig verteilten Glasfasern bestehen kann, wobei abhängig von dem gewählten Muster der Kanäle 12 beim Aufschmelzen der Lotkugel jeweils die Glasfasern, die auf einen der Kanäle gerichtet sind, mit einem Laserpuls beaufschlagt werden. Al­ ternativ können die Glasfasern in dem Faserhalter in glei­ cher Anzahl und Anordnung positioniert sein, wie die Kanäle in der Trägerplatte 10.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmel­ zen einer Mehrzahl von Lotkugeln auf ein Substrat (32), bestehend aus:

• a) einem Vielfach-Sauggreifer mit

• - einer Trägerplatte (10) mit einer Mehrzahl von Ka­ nälen (12), deren Querschnittsflächen kleiner als die Querschnittsflächen der aufzubringenden Lot­ kugeln (30) sind,
• - einem mit der Trägerplatte (10) unter Bildung eines Hohlraums (18) verbundenen Faserhalter (16) für Glasfasern (22) zum Leiten von gepulster Laser­ strahlung, wobei der Hohlraum (18) über einen Aus­ gang (24) mit Unterluft/Druckluft beaufschlagbar ist, und die Glasfasern (22) in Ausrichtung mit den Kanälen (12) angeordnet sind,
  • a) einer Unterdruckerzeugungsvorrichtung, und
  • b) einer Vorrichtung zum Erzeugen von gepulster Laser­ strahlung.

2. Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmelzen einer Mehrzahl von Lotkugeln (30) auf ein Substrat (32), mit folgenden Schritten:

• - Ansaugen der Lotkugeln (34) mittels eines Vielfach- Sauggreifers nach Anspruch 1,
• - Bewegen des Vielfach-Sauggreifers zum Substrat (32) und Absetzen der Lotkugeln (30) auf der Oberfläche des Substrats (32), und
• - Aufschmelzen der Lotkugeln (30) durch gepulste Laser­ strahlung, welche durch die im Vielfach-Sauggreifer integrierten Glasfasern (22) zugeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Lotkugeln (30) aus einem Lotkugelreservoir (28) angesaugt werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem während des Schmelzens der Lotkugeln (30) ein Inertgas durch die Ka­ näle denselben zugeführt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem nach dem Schritt des Ansaugens kontrolliert wird, ob an jedem Kanal (12) eine Lotkugel (30) fixiert wurde.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem nach dem Aufsetzen der Lotkugeln (30) eine Kraft auf dieselben ausgeübt wird.