DE2640613C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kontaktieren von Schaltungsbausteinen in eine Schichtschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das im Oberbegriff des Hauptanspruches angegebene Verfahren, das im wesentlichen aus der DE-OS 23 56 140 hervorgeht.

In zunehmendem Maße werden Halbleitersysteme, die auf Folien als sogenannte Mikropackgehäuse angeordnet sind, als Hybridbausteine für hybrid-integrierte Schichtschaltungen verwendet. Diese Mikropackgehäuse sind mit einseitig beloteten Leiterbahnen versehen, die an genau festgelegten Stellen Lothöcker aufweisen. Sie finden nun seit einiger Zeit vorzugsweise Anwendung bei Schichtschaltungen, wobei die Lothöcker der beloteten Seite eines Mikropacks mit bestimmten Leiterbahnen der Schichtschaltung kontaktiert werden. Wegen der im allgemeinen ungleichen Höhe der Lothocker berühren jedoch nicht alle Lothöcker die Leiterbahnstruktur der Schichtschaltung, wodurch das Einlöten in eine derartige Schaltung oft nicht einwandfrei ist. Durch die DE-OS 21 11 502 ist das Ankleben von Schaltungsbausteinen für sich bekannt. Durch die US-PS 35 33 155 und 37 91 018 ist das Kontaktieren von Schaltungsbausteinen mittels eines Niederhalters, dessen einzeln federnde Stempel hierbei eine Kraft auf die Kontaktstellen ausüben, für sich bekannt. Durch die US-PS 35 88 425, insbesondere Fig. 3 ist das Erhitzen von Lothöckern auf Schaltungsbaustein-Leiterbahnen durch Bestrahlung für sich bekannt Durch die US-PS 23 99 824 sind Halter mit einem gasgefüllten Hohlraum als Druckkammer bekannt, wobei mit dem Hohlraum eine Vielzahl von Stempeln in Verbindung steht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf flexiblen Trägern bzw. Folien angeordnete Schaltungsbausteine bzw. Halbleitersysteme, besonders sog. Mikropacki, mit beloteten wie auch mit unbeloteten Leiterbahnen einer Schichtschaltung zu kontaktieren.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß innerhalb gewisser Grenzen unabhängig von der Höhe der Lothocker der oben beschriebene, auf einer Folie angeordnete Schaltungsbaustein zuverlässig in eine Schichtschaltung eingelötet werden kann, da die Lothöcker mit gleichmäßigem Druck auf die Leiterbahnen der Schichtschaltung gedrückt werden. Das angegebene Verfahren ist sowohl bei beloteten wie auch bei unbeloteten Leiterbahnen der (Dünnfilm-)Schichtschaltung anwendbar. Bei beloteten Leiterbahnen werden die unterschiedlichen Abstände zu den Lothöckern durch die gleichmäßige Kraftbeaufschlagung zuverlässig ausgeglichen, in vielen Fällen ist es jedoch unmöglich, die Leiterbahnen der Schichtschaltung vorher zu beloten, z. B. wenn Leiterbahn-Überkreuzungen mittels galvanisch abgeschiedener Goldbrücken hergestellt werden. Obwohl das Benetzungsverhalten von unbeloteten Leiterbahnen, die im allgemeinen aus Gold bestehen, schlechter ist als von beloteten Leiterbahnen, wird durch die Erfindung ein zuverlässiges Einlöten von Schaltungsbausteinen erzielt.

Es kann in vielen Fällen zweckmäßig sein, wenn als Klebmittel elektrisch und/oder thermisch leitfähiges

so Epoxydharz verwendet wird. Damit wird neben der Aufgabe des Klebmittels, den Schaltungsbaustein fest mit dem Keramikträger zu verbinden, gleichzeitig eine elektrisch bzw. thermisch leitfähige Verbindung des Halbleiterkristalls mit dem Keramikträger erreicht.

Das Einsetzen des Schaltungsbausteins, z. B. Mikropacks, kann in vorteilhafter Weise wegen dessen kleiner Abmessungen mit einer Vakuumpipette vorgenommen werden.
Die Justierung kann zweckmäßigerweise durch einen Mikromanipulator vorgenommen werden, durch den der Schaltungsbaustein horizontal in die richtige Lage auf den Leiterbahnen des Keramikträgers gebracht werden kann.

Damit die eventuell schon vorher mit anderen Bauelementen bestückte Schichtschaltung nicht unnötig erhitzt wird, wodurch sich unter Umständen die elektrischen Eigenschaften ändern sowie Kontaktierungen lösen könnten, ist es zweckmäßig, wenn lediglich diejenige

Stelle erhitzt wird, an der der Schaltungsbaustein eingelötet werden soll. Dies geschieht zweckmäßigerweise dadurch, daß in einer Platte, auf die der Keramikträger bzw. die Schichtschaltung gelegt wird, sich ein Ausschnitt befindet, durch den eine Heizung auf die Rückseile des Keramikträgers einwirkt

Der Stempel tragende Niederhalter kann in vorteilhafter Weise durch einen einen Hohlraum aufweisenden Körper gebildet seia Der Hohlraum stellt eine Druckkammer dar, mit der eine Vielzahl der Stempel in Verbindung steht

Um eine gleichmäßige Kraftbeaufschlagung auf die Stempel bzw. auf die Leiterbahnen zu erreichen, kann in vorteilhafter Weise der Hohlraum mit Luft oder anderen Gasen gefüllt sein, damit eine Federwirkung der Stempel erzielt wird.

Im folgenden soll anhand von in zv ei Figuren gezeigten Beispielen die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt beispielhaft

F i g. 1 eine Vorrichtung zum Kontaktieren eines eine Halbleiterschaltung enthaltenden Mikropacks, also eines auf einem flexiblen Träger angeordneten Schaltungsbausteins, mit den Leiterbahnen einer Dünnschicht-Hybridschaltung als Schichtschaltung im Querschnitt, und F i g. 2 einen Schaltungsbaustein in Aufsicht.

Auf die auf einem Keramikträger 1 aufgebrachte, mit einer Leiterbahnstruktur 6 versehene Dünnschicht-Hybridschaltung wird an der Stelle, an der die auf einem flexiblen Träger 2 aus Kunststoff festgelegte Halbleiterschaltung 3 rückseitig mit der Hybridschaltung kontaktiert werden soll, ein Klebemittel 4 in Form eines elektrisch leitfähigen Epoxydharzes aufgebracht Danach wird der mit der Halbleiterschaltung 3 bepackte flexible Träger 2 mit einem Mikromanipulator (nicht gezeigt) an dieser vorbestimmten Stelle der Hybridschaltung aufgesetzt, wobei die Halbleiterschaltung 3 mit einer Vakuumpipette gehalten wird. Gleichzeitig wird die Halbleiterschaltung so justiert, daß die Anordnung der Lothökker 5 auf der Unterseite des flexiblen Trägers 2 mit der vorgesehenen Leiterbahn-Anschlußstruktur 6 der Hybridschaltung übereinstimmt. Anschließend wird die Klebestelle ausgehärtet, wodurch eine mechanisch stabile, elektrisch und thermisch gut leitende Verbindung /wischen dem Mikropack und dem als Substrat dienenden Keramikträger 1 der Hybridschaltung entsteht. Die so bestückte Hybridschaltung 1 wird sodann auf eine Platte 7 gelegt. In der Mitte dieser Platte 7 befindet sich ein Ausschnitt 8, durch den später die zur Lötung notwendige Heizleistung Tauf den Keramikträger mittels einer Gasflamme oder Infrarotstrahlen übertragen werden soll. Über diesem Ausschnitt 8 befindet sich ein in vertikaler Richtung beweglicher Niederhalter 9.

Die auf der Platte angeordnete Hybridschaltung wird zunächst mit einem weiteren Manipulator (nicht gezeigt), der eine horizontale Bewegung in alle Richtungen ermöglicht, in die zum Löten vorgesehene Lage gebracht, d. h. die auf dem Mikropack fixierten Lothökkcr werden über dem Ausschnitt 8 der Platte 7 bzw. unter dem Niederhalter 9 justiert. Anschließend wird der Niederhalter 9 mit z. B. sechs Stempeln 10 abgesenkt, wobei dessen Stempel 10 den flexiblen Träger 2 mit den an seiner Unterseite befindlichen Lothöckern 5 an die Leiterbahnanschlüsse der Hybridschaltung andrücken. Gleichzeitig wird der Keramikträger 1 der Hybridschaltung an der Unterseite partiell mittels Infrarotstrahlen oder Gasflamme kurzzeitig auf die zum Löten notwendige Temperatur gebracht. Nach dem Erstarren der Lötverbindungen wird der Niederhalter 9 wieder hochgehoben, womit der Hybridiervorgang beendet ist Die sechs Stempel 10 des Niederhalters 9 sollen den Kunststoffzwischenträger an die Leiterbahnanschlüsse der Hybridschaltung gleichmäßig andrücken. Dadurch wird erreicht, daß während des Lötvorganges alle Lothöcker die Leiterbahnanschlüsse berühren. Die sechs Stempel 10 sind, wie in F i g. 2 dargestellt, über dem flexiblen Träger 2 angeordnet Sie sind in ihren Führungen als Kolben 11 ausgebildet Die Führungen enden in einer gemeinsamen Kammer 12, in der ein Überdruck herrscht Mit einem Dosierventil (nicht gezeigt) kann der Druck fund damit die Anpreßkraft der Stempel 10 exakt eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kontaktieren eines flexiblen Trägers (2), der Leiterbahnen aufweist, mit denen ein auf diesem angeordneter Schaltungsbaustein (3) in Verbindung steht, mit weiteren Leiterbahnen einer auf einem Keramikträger (1) angeordneten Schichtschaltung, wobei eine Seite des flexiblen Trägers (2) belotete Leiterbahnen sowie Lothöcker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikträger (1) an der Stelle, an der der ?uf dem flexiblen Träger (2) angeordnete Schaltungsbaustein (3) aufgesetzt werden soll, mit einem Klebemittel (4) versehen wird, daß danach der auf dem Träger (2) angeordnete Schaltungsbaustein (3) an dieser Stelle auf die Schichtschaltung aufgesetzt und justiert wird, daß danach das Klebemittel ausgehärtet wird und daß anschließend die Lothöcker (5) des flexiblen Trägers (2) mit den Leiterbahnen (6) des Keramikträgers (1) unter Einwirkung einer Kraft, die auf den flexiblen Träger (2) durch die Stempel (10) eines Niederhalters (9) ausgeübt wird, elektrisch kontaktiert werden, wobei die Schaltschaltung kurzzeitig zumindest im Bereich der Lothöcker (5) partiell erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebemittel elektrisch und/oder thermisch leitfähiges Epoxydharz verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsetzen des flexiblen Trägers (2) mit einer Vakuumpipette vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierung des flexiblen Trägers (2) mit einem Mikromanipulator vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das partielle Erhitzen des Keramikträgers (1) durch einen Ausschnitt (8) einer Platte (7) vorgenommen wird, auf die der Keramikträger (1) aufgelegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Kontaktieren erforderliche Heizleistung durch Infrarotbestrahlung oder Gasflamme erzeugt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (9) aus einem einen Hohlraum (12) als Druckkammer (12) aufweisenden Körper gebildet ist, mit dem eine Vielzahl der Stempel (10) in Verbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (12) mit Gas gefüllt ist.