-
Die Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung zum Abkühlen gelöteter Halbleiterwafer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abkühlen gelöteter Halbleiterwafern unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Transportvorrichtung. Bei einem Lötvorgang werden die zu verlötenden Materialien sowie das Lot auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Lots erhitzt. Somit entsteht eine fügende Verbindung. Anschließend lässt man die Materialien wieder auf Raumtemperatur abkühlen. Unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten von Materialien können jedoch dazu führen, dass sich die verschiedenen Schichten der Lötstelle unterschiedlich stark zusammenziehen, so dass Spannungen im Gefüge entstehen. Durch so genannte Kriecheffekte bzw. Relaxationseffekte auf Molekularebene werden diese Spannungen langsam wieder abgebaut. Jedoch benötigt dieser Spannungsabbau eine gewisse Zeit. Bei zu schnellem Abkühlen kann es daher aufgrund der auftretenden mechanischen Spannungen zu einer Beschädigung der Lötstelle führen. Insbesondere bei Lötstellen auf dünnen Halbleiterwafern, wie sie beim Verlöten einer Mehrzahl von Halbleiterwafern zu einem so genannten String in der Solarindustrie zum Einsatz kommen, kann dieses Problem zur Beeinträchtigung der Funktion der Lötstellen und somit der als Halbleiterwafer ausgebildeten Solarzellen führen. Um aus diesem Grund ein langsames Abkühlen zu ermöglichen werden derzeit Durchlauföfen als Transportvorrichtungen für die gelöteten Halbleiterwafer eingesetzt, welche mit flächigen Heizelementen arbeiten. Diese Transportvorrichtungen umfassen eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme gelöteter Halbleiterwafer, die beispielsweise als Strings vorliegen. Durch diese werden die Strings aus gelöteten Halbleiterwafern auf Förderbändern mittels einer Beförderungseinrichtung zum Transport der Aufnahmeeinrichtung sukzessiv von einem Zuladebereich der Transportvorrichtung entlang eines Transportweges durch Temperaturzonen mit sinkender Temperatur in einen Entnahmebereich der Transportvorrichtung geführt, wobei die Temperaturzonen durch eine Heizeinrichtung zur Erzeugung eines Wärmestroms erzeugt wurden. Die übliche Dauer für einen solchen Abkühlvorgang bewegt sich im Bereich von ungefähr 1 bis 2 Minuten. Nachteilig an diesen Aufbauten ist jedoch ihr hoher Platzbedarf bei mehreren Temperaturzonen, so dass in einer Fertigungshalle stets ein Kompromiss aus Platzbedarf und Abkühlungsgeschwindigkeit gefunden werden muss. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Transportvorrichtung bereit zu stellen, welche die langsame Abkühlung der gelöteten Halbleiterwafer auf geringem Raum realisiert.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass diese den Wärmestrom zumindest teilweise entlang des Transportweges orientiert, derart, dass sich entlang des Transportweges ein abfallender Temperaturgradient ausbildet. Die Beförderungseinrichtung kann dabei beispielsweise in Form eines Förderbands oder als eine Laufkatze mit entsprechender Hängevorrichtung ausgebildet sein. Die Aufnahmeeinrichtung für die gelöteten Wafer kann beispielsweise als schubladenförmiger Aufnahmeschacht, oder einfacher als Ablageplattform innerhalb der Beförderungseinrichtung ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung umfasst sowohl elektrische Heizelemente als auch Induktionsheizung oder Infrarotstrahlungsquellen, wobei sich zur Erzeugung und Führung des gerichteten Wärmestroms zusätzliche Gebläse oder Ventilatoren und Gehäuseelemente einsetzen lassen. Somit wird im Gegensatz zu beispielsweise Durchlauföfen, bei welchen die Wärme durch seitlich angeordnete Heizelemente erzeugt wird, ein Temperaturgradient dadurch erreicht, indem die Beförderungseinrichtung sich innerhalb des Wärmestroms bewegt, welcher abhängig von der Entfernung zur Heizeinrichtung sowie von der Geometrie des gesamten Aufbaus unterschiedliche Temperaturzonen enthält.
-
In einer bevorzugten Ausführung ist die Heizeinrichtung derart angebracht, dass der Wärmestrom ausgehend vom Zuladebereich überwiegend entlang des Transportweges gerichtet ist. Diese Ausrichtung des Wärmestroms, der üblicherweise überwiegend als Konvektionswärmestrom wirkt, lässt sich durch eine entsprechende Kombination aktiv auf den Konvektionswärmestrom einwirkender Gebläseeinrichtungen und/oder einer passiv auf den Konvektionswärmestrom einwirkenden Anordnung von Gehäuseelementen zur Beeinflussung der Strömungsgeometrie realisieren. Dies bedeutet, dass der Wärmestrom im Zuladebereich seine höchste Intensität besitzt. Mit der Entfernung vom Zuladebereich nimmt seine Temperatur ab, so dass die entlang des Wärmestroms geführten Halbleiterwafer kontinuierlich abgekühlt werden.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Aufbau so gestaltet, dass die Heizeinrichtung einen Wärmestromemitter umfasst, der im Zuladebereich angeordnet ist und den Wärmestrom überwiegend in Richtung der vom Zuladebereich ausgehenden Transportrichtung emittiert.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung derartig angeordnete Gehäusebauteile aufweist, dass die Gehäusebauteile den Wärmestrom überwiegend entlang der Transportrichtung führen.
-
Hierbei kann es sich beispielsweise um einen schachtartigen Kanal handeln, welcher den Wärmestrom durch den Kanal führt, während sich die gelöteten Halbleiterwafer auf einem Transportband durch den Kanal bewegen. Es sind jedoch auch deutlich komplexere Geometrien denkbar, um den Wärmestrom auf möglichst geringem Raum zu führen.
-
In einer speziellen Ausführung ist zusätzlich eine Kühlvorrichtung vorgesehen, die einen im Vergleich zum Wärmestrom kühleren Luftstrom in die Gehäusebauteile einspeist. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um eine schnellere Abkühlung der Halbleiterwafer auf geringem Raum zu gewährleisten. Beispielsweise kann hierzu am gegenüberliegenden Ende des Zuladebereichs ein Ventilator installiert werden, welcher kühle Umgebungsluft in das Gehäuse, und damit dem Wärmestrom entgegen, führt.
-
In einer bevorzugten Ausführung ist die Beförderungseinrichtung derart ausgebildet, dass sich die Aufnahmeeinrichtung mittels einer rotatorischen Bewegung der Beförderungseinrichtung auf einem kreisbogenförmigen Transportweg vom Zuladebereich in den Entnahmebereich bewegen lässt. Durch das Bewegen der Beförderungseinrichtung und damit der Halbleiterwafer auf einer Kreisbahn lässt sich ein langer Transportweg und damit eine langsamere Abkühlung, im Verhältnis zu einem kompakten Aufbau der gesamten Vorrichtung, erreichen.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführung mit dem genannten Aspekt der rotatorischen Bewegung ist derart aufgebaut, dass die Beförderungseinrichtung als um seine Erstreckungsachse drehbar gelagerter Zylinder ausgebildet ist, wobei die Aufnahmeeinrichtung in radialer Richtung und entlang der Erstreckungsachse des Zylinders derart aufgebaut ist, dass eine gewünschte Anzahl gelöteter Halbleiterwafer als ein parallel zur Erstreckungsachse des Zylinders orientierter String in der Aufnahmeeinrichtung fixierbar ist. Durch diesen Aufbau der Beförderungseinrichtung als Zylinder bzw. Flipperrad wird ein sehr kompakter, einfach zu realisierender und gleichzeitig effektiver Aufbau erreicht.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführung des Aufbaus ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beförderungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass sich die Aufnahmeeinrichtung mittels einer translatorischen Bewegung oder mittels einer kombiniert translatorisch-rotatorischen Bewegung vom Zuladebereich in den Entnahmebereich bewegen lässt. Durch die Hinzunahme der translatorischen Bewegung ist es möglich, den Weg der Halbleiterwafer durch den Wärmestrom zu verlängern. Um dennoch einen kompakten Aufbau zu erreichen ist es beispielsweise möglich, die Höhe der Vorrichtung zu erhöhen.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführung dieser kombiniert rotatorisch-translatorischen Bewegung kann dadurch realisiert werden, dass bei der kombiniert translatorisch-rotatorischen Bewegung der Aufnahmeeinrichtung die rotatorische Bewegung als eine Umkehrbewegung der Aufnahmeinrichtung von einer geradlinigen ersten Transportrichtung in eine im Wesentlichen entgegen gesetzt orientierten zweiten geradlinigen Transportrichtung ausgebildet ist. Die Vorrichtung wäre somit als eine Art Paternoster oder Aufzug realisiert, bei welcher die Heizeinrichtung im unteren Teil der Vorrichtung im Zuladebereich angebracht ist. Durch ein vertikales Verfahren der Halbleiterwafer nach oben entfernen diese sich kontinuierlich von der Quelle des Wärmestroms und werden somit abgekühlt.
-
Eine bevorzugte technische Ausführung der Vorrichtung ist derart aufgebaut, dass für die rotatorische Bewegung der Aufnahmeeinrichtung eine Drehachse derart vorgesehen ist, dass die Aufnahmeeinrichtung die Waferebene ausgehend vom Zuladebereich zum Entnahmebereich umwendet. Dieses Wenden der Halbleiterwafer kann durch die rotatorische Bewegung erreicht werden, beispielsweise mit dem beschriebenen Flipperrad. Da für die weitere Verarbeitung der Halbleiterwafer ein Wenden ohnehin erfolgen muss wäre dies ein zusätzlicher Nutzen der Vorrichtung, welcher einen weiteren Prozessschritt und damit verbundene Maschinen einsparen kann.
-
Um eine Beschädigung der Halbleiterwafer beim Wenden zu verhindern sieht eine besonders bevorzugte technische Ausführung vor, dass die Aufnahmevorrichtung mechanische Fixiermittel zur Fixierung der gelöteten Halbleiterwafer vorsieht. Hierbei kann es sich beispielsweise um doppelseitige, passgenaue Führungsschienen handeln, welche eine Kippbewegung verhindern. Auch flexible Druckpolster, beispielsweise Gummipolsterungen, sind denkbar.
-
Eine weitere besonders bevorzugte technische Ausführung sieht vor, dass die Aufnahmevorrichtung pneumatische Fixiermittel zur Fixierung der gelöteten Halbleiterwafer vorsieht. Dies wird beispielsweise durch in der Aufnahmevorrichtung integrierte Düsen erreicht, welche ein temporäres oder permanentes Luftkissen erzeugen.
-
Mit einer derartigen Transportvorrichtung lässt sich folgendes Verfahren zur Abkühlung gelöteter Halbleiterwafer mit den folgenden Schritten realisieren:
- • Bereitstellen einer Transportvorrichtung gemäß der vorangehenden Beschreibung,
- • Zuführen einer Mehrzahl gelöteter Halbleiterwafer in den Zuladebereich der Transportvorrichtung und Positionieren der Halbleiterwafer in der Aufnahmevorrichtung,
- • Transport der gelöteten Halbleiterwafer vom Zuladebereich in den Entnahmebereich und Entnahme der gelöteten Halbleiterwafer aus der Aufnahmevorrichtung.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der in den Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele dargestellt.
-
Es zeigt:
-
1: Den Aufbau der Transportvorrichtung in Form eines rotierenden Zylinders, bzw. Flipperrad. Zur Erzeugung des Temperaturgefälles werden sowohl ein Heizelement im Zuladebereich als auch ein kühlender Luftstrom aus dem gegenüberliegenden Teil der Vorrichtung verwendet.
-
2: Den Aufbau der Transportvorrichtung in Form eines Paternosters, welcher gleichzeitig ein Wenden der Halbleiterwafer ermöglicht.
-
1 zeigt den Aufbau der Transportvorrichtung als rotierender Zylinder, bzw. als Flipperrad. Die Vorrichtung wird dabei von einem Gehäuse 1 umschlossen, welches im Wesentlichen quaderförmig aufgebaut ist. Im Zentrum der Oberseite des Gehäuses ist ein schornsteinartiger Aufbau angebracht, durch welchen die Abluft 7 entweichen kann. Im linken Bereich ist der Zuladebereich dargestellt. Das Gehäuse ist dort geöffnet. Auf einer als Transportband 2 ausgebildeten Zuführeinrichtung werden die Halbleiterwafer in die Vorrichtung gebracht. Unterhalb des Transportbands 2 ist ein Teil der Heizeinrichtung schematisch angedeutet, welche einen warmen Luftstrom 4 in das Gehäuse einträgt. Zentral ist der rotierende Zylinder 5 in einer Ausführung mit 4 als Aufnahmeschächte ausgebildeten Aufnahmeeinrichtungen für die Halbleiterwafer 3 dargestellt. Durch eine Rotation im Uhrzeigersinn wird der Halbleiterwafer entlang eines kreisabschnittförmigen Transportweges durch die Transporteinrichtung geführt und dabei gewendet. Über dem Zylinder ist der schornsteinartige Abluftschacht angebracht, durch welchen das Gehäuse 1 nach oben hin geöffnet ist und die Abluft entweichen kann. Im rechten Bereich befindet sich, analog zum Zuladebereich, ein Förderband zum Abtransport der Halbleiterwafer 3, welche direkt vom Rotationszylinder 5 dort übernommen werden. Ebenfalls ist ein kühlender Luftstrom 6 eingezeichnet, welcher entgegengesetzt zum Transportweg T der Halbleiterwafer in das Gehäuse 1 eingebracht wird.
-
2 zeigt den Aufbau der Transportvorrichtung als Paternoster, welcher hier jedoch gleichzeitig ein Wenden der Halbleiterwafer 3 ermöglicht. Die Vorrichtung wird von einem Gehäuse 1 umschlossen, welches als aufrechter Quader aufgebaut und im Wesentlichen geschlossen ist. Der Zuladebereich ist im linken unteren Abschnitt angeordnet. Über ein Transportband 2 werden die gelöteten Halbleiterwafer in eine Aufnahmeeinrichtung der Vorrichtung eingebracht. Im Zentrum des Gehäuses ist die Transporteinrichtung angebracht, welche ein aufrechtes, umlaufendes Förderband 9 umfasst, an welchem die Aufnahmeeinrichtungen in Form doppelseitiger Aufnahmeschächte 8 einseitig angebracht sind. Unterhalb der Aufnahmeschächte 8 ist die Heizeinrichtung angedeutet, welche einen Wärmestrom 4 erzeugt, welcher unter die Aufnahmeeinrichtungen 8 nach oben gerichtet ist. Am höchsten Punkt des umlaufenden Förderbands 9 durchlaufen die Aufnahmeschächte 8 eine Rotation um 180°, so dass die Halbleiterwafer 3 gewendet werden. Im rechten oberen Teil der Vorrichtung ist eine weitere Öffnung des Gehäuses vorgesehen, welche sowohl dem Abtransport der Halbleiterwafer 3 mittels eines Transportbandes 2 als auch dem Abzug der Abluft aus dem Gehäuse 1 dient.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Transportband zur Zu- und Abfuhr eines Halbleiterwafers
- 3
- Halbleiterwafer
- 4
- Warmluftzufuhr
- 5
- Flipperrad
- 6
- Kaltluftzufuhr
- 7
- Abluft
- 8
- Aufnahmeschacht
- 9
- umlaufendes Förderband
- T
- Transportweg
