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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme eines elektronischen Bauteils aus einem Gehäuse, insbesondere ein mit optischen Elementen versehenen CCD-Chip aus einem Gehäuse, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Zur optischen Bildaufnahme werden heutzutage elektronische Bauelemente mit integrierten optischen Komponenten eingesetzt, so dass die Bildaufnahme hochintegriert auf einem mikroelektronischen Bauelement durchgeführt werden kann. Dazu werden beispielsweise CCD-Chips auf einem Halbleitersubstrat bereit gestellt, auf das anschließend ein Aufbau mit optischen Elementen, wie linsenartigen Strukturen oder dergleichen, erfolgen kann. Der Aufbau aus optischen Komponenten und dem Halbleiterchip ist typischerweise untrennbar und wird gemeinsam in die Kavität eines Gehäuses eingesetzt. Mittels Bonddrähten wird der Halbleiterchip mit Anschlussbeinchen am Gehäuse verbunden, wobei abschließend der Aufbau aus optischen Elementen und Halbleiterchip mittels eines transparenten Deckels von Einflüssen der Umgebung geschützt werden. Derartige optische Bauelemente lassen sich in großer Stückzahl produzieren und sind daher kostengünstig erhältlich.
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Ein Beispiel für ein derartiges Bauelement ist aus der
DE 101 53 176 A1 bekannt, in der ein Bauelement mit einem Trägermaterial angegeben ist, welches wenigstens einen Oberflächenbereich umfasst, wobei auf dem Oberflächenbereich zumindest teilweise wenigstens eine glas- und/oder glasartige Substanz aufgebracht ist und die Substanz mit dem Trägermaterial an wenigstens einer Stelle im Oberflächenbereich unmittelbar eine Klebeverbindung eingeht. In dem Oberflächenbereich ist ein sensorisch sensitiver Bereich angeordnet, der zumindest teilweise mit der glas- und/oder glasartigen Substanz schichtförmig überzogen ist.
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Sowohl in der Materialprüfung als auch in der Medizin werden optische Elemente bekanntlich bei der Endoskopie eingesetzt. Endoskope umfassen an einem vorderen in das zu untersuchende Objekt einzuführenden Ende ein transparentes Fenster, hinter dem das optische Bauelement angeordnet werden kann. Über Kabel wird anschließend eine Übermittlung der Daten des optischen Bauelements an eine Auswerteeinheit durchgeführt.
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Ein Beispiel für ein derartiges Endoskop ist aus der
DE 196 47 855 A1 bekannt. In dieser Schrift wird ein elektronisches Endoskop mit einem aus Halbleitermaterial bestehenden Bildsensor (CCD-Chip) zur Aufnahme der von einem Objektiv aufgenommenen Bilder und einer elektronischen Schaltung beschrieben, wobei das Endoskop im wesentlichen aus einem Schaft mit einem distalen und einem proximalen Ende besteht und das Objektiv sowie der CCD-Chip am distalen Ende angeordnet und das proximale Ende in einem den Schaft haltenden und einem Glasfaserlichtanschluss umfassenden Gehäuse gehalten ist, wobei die Bestandteile der hinter dem Objektiv angeordneten CCD-Chip-Einheit, nämlich der Kristallfilter, der IR-Cut-Filter und der CCD-Chip jeweils in einem Abstand voneinander angeordnet sind.
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Um die laterale Ausdehnung eines derartigen Endoskops an die jeweils gewünschte Dimension anzupassen oder aber im Zuge fortschreitender Miniaturisierung noch weiter zu verkleinern, kann es erforderlich sein, die optischen Bauelemente ohne die oben beschriebene Verkapselung mittels des Gehäuses in das Endoskop einzuführen. Dabei wird jedoch oftmals beobachtet, dass der Aufbau aus optischen Elementen und Halbleiterchip bei dem Entfernen aus dem Gehäuse zerstört wird oder aber so weit in seiner Funktion beeinträchtigt wird, dass das optische Bauelement nicht mehr zufriedenstellend funktioniert. Dies führt jedoch zu hohem Ausschuss nach der Entnahme der optischen Bauelemente aus dem Gehäuse, was insgesamt die Kosten für die Herstellung eines auf individuelle Bedürfnisse anpassbaren Endoskops erhöht.
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Folglich besteht in der Technik ein Bedarf, ein Verfahren bereitzustellen und eine Vorrichtung hierfür anzugeben, die eine zuverlässige Entnahme eines elektronischen Bauelements aus einem Gehäuse ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch den unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Entnahme eines elektronischen Bauteils, insbesondere eines mit optischen Elementen versehenen CCD-Chips, aus einem Gehäuse geschaffen, das nachfolgend beschriebene Schritte umfasst. Nach dem Bereitstellen eines in einem Gehäuse gekapselten elektronischen Bauelements mit einem Sensorchip und einer mit dem Sensorchip verbundenen optischen Vorrichtung erfolgt ein Entfernen eines vorzugsweise transparenten Deckels des Gehäuses und ein teilweises Entfernen des Gehäusebodens, um eine elektrisch leitfähige Platte innerhalb des Gehäusebodens auf der dem Sensorchip gegenüberliegenden Seite wenigstens teilweise freizulegen. Anschließend wird die elektrisch leitfähige Platte mit Stromanschlüssen kontaktiert und es erfolgt ein Erwärmen der elektrisch leitfähigen Platte durch kurzfristigen Stromfluss über die Stromanschlüsse. Anschließend kann der Sensorchip von der elektrisch leitfähigen Platte entfernt werden und schließlich werden Bonddrähte des Sensorchips zum Gehäuse entfernt.
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Erfindungsgemäß wird der mittels einer Klebeschicht auf dem Gehäuseboden befestigte Sensorchip von der Seite des Gehäusebodens her mittels der elektrisch leitfähigen Platte erwärmt, um den im Gehäuse befestigten Sensorchip lösen zu können. Demnach erfolgt das Erwärmen der elektrisch leitfähigen Platte mittels Stromfluss so, dass der damit zu erzielende Wärmeeintrag zwar geeignet ist, den Sensorchip zu lösen, jedoch nicht dazu führt, dass sich beispielsweise die aus Kunststoff gebildeten optischen Elemente in Form von Mikrolinsen oder dergleichen aufgrund des Wärmeeintrags verformen oder gar schmelzen könnten. Durch Versuchsserien lässt sich die benötigte Zeitdauer sowie für das Lösen der Verbindung zwischen Boden des Gehäuses und Sensorchip benötigte Stromstärke je nach Gehäusetyp des verwendeten elektronischen Bauelements auf einfache Weise bestimmen, so dass für ein bestimmtes elektronisches Bauelement eine zuverlässige Entnahme aus dem Gehäuse möglich ist. Dies reduziert die Kosten bei der Herstellung eines elektronischen Geräts, das dieses elektronische Bauelement verwendet und dort ohne das vom Hersteller bereitgestellte Gehäuse eingesetzt werden soll.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Entfernen des Deckels durch Lösen eines Klebers, vorzugsweise innerhalb einer entlang eines Gehäusespalts ausgebildeten Klebefuge.
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Zur Bildaufnahme sind optoelektronische Bauelemente typischerweise mit einem transparenten Deckel versehen, der mittels einer Klebefuge im Gehäuse befestigt ist. Zur Entfernung des Deckels ist es daher notwendig, den Kleber zu lösen, so dass ein Zugriff auf den darunter liegenden Sensorchip möglich ist.
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Das Entfernen des Deckels kann dabei durch Vorheizen erfolgen.
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Durch Vorheizen wird beispielsweise ein Kleber lokal erweicht, so dass sich der Deckel leichter entfernen lässt. Dies erfolgt vorzugsweise mittels eines Werkzeugs wie ein Spatel oder ein Vakuumsauger, das auf den Deckel einwirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das partielle Entfernen des Gehäusebodens mittels Fräsen.
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Demnach wird von der Unterseite des elektronischen Bauelements her der Gehäuseboden frei gelegt, so dass Zugriff auf die elektrisch leitfähige Platte hergestellt wird. Der Schritt des wenigstens teilweisen Entfernens des Gehäusebodens kann dabei vor oder nach dem Entfernen des Deckels durchgeführt werden. Dazu kann es insbesondere vorgesehen sein, eine entsprechende Führungshilfe für einen maschinellen Fräser bereitzustellen, über den das elektronische Bauelement geführt werden kann. Ebenso ist es denkbar, dass wenigstens teilweise Entfernen des Gehäusebodens von der Unterseite des elektronischen Bauelements her manuell durchzuführen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Entfernen des Sensorchips von der elektrisch leitfähigen Platte durch manuelles Anheben, vorzugsweise mittels eines Werkzeugs.
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Nachdem die elektrisch leitfähige Platte kontaktiert wurde und ein entsprechender Stromfluss vorliegt, erfolgt das Entfernen des Sensorchips von der elektrisch leitfähigen Platte. Dabei ist der Zeitpunkt zum Entfernen insbesondere für einen Benutzer oder eine Benutzerin dadurch zu erkennen, dass der Sensorchip sich leicht auf der Platte bewegt. Dazu kann beispielsweise ein Werkzeug, wie eine Pinzette oder dergleichen, genutzt werden, um den Sensorchip leicht zu berühren, so dass festgestellt werden kann, ob die Verbindung zwischen Sensorchip und Gehäuse über den Kleber bereits gelöst werden kann. In wiederum anderen Ausführungsformen wäre es jedoch auch denkbar, diesen Schritt maschinell durchzuführen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung fließt über die Stromanschlüsse für die Zeitdauer von ungefähr 15 Sekunden oder weniger ein Strom von ca. 20 A.
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Diese Zeitdauer bzw. diese Stromstärke haben sich im Rahmen von Experimenten als geeignet herausgestellt, den Sensorchip von der elektrisch leitfähigen Platte zu lösen, ohne dabei die optischen Elemente auf der Oberseite des Sensorchips zu beeinträchtigen. Je nach Größe bzw. Ausgestaltung des Gehäuses, des Sensorchips und der elektrisch leitfähigen Platte können jedoch auch andere Werte eingestellt werden. Da ein elektronisches Bauelement üblicherweise im Rahmen der industriellen Produktion mit standardisierten Verfahrensschritten hergestellt wird, hat es sich gezeigt, dass nur eine geringe Streuung innerhalb einer Bauteileserie auftritt, so dass einmal bestimmte Werte nachträglich nicht mehr verändert werden müssen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Entfernen des Deckels mit einem Vakuumsauger.
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Demnach ist es möglich, den Deckel ohne große Krafteinwirkung auf das elektronische Bauteil zu entfernen, so dass keine unbeabsichtigte Beschädigung auftreten kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens eine spezielle Vorrichtung einzusetzen, die zwei Halteklemmen aufweist, die zueinander beabstandet verschiebbar sind, wobei zwischen den Halteklemmen zwei Stromanschlüsse angeordnet sind, die federnd gelagert sind, so dass das elektronische Bauelement auf die Stromanschlüsse ablegbar und über die Halteklemmen einspannbar ist, wobei über die Stromanschlüsse elektrischer Strom zuführbar ist.
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Demnach wird die Kontaktierung der Stromanschlüsse auf der Rückseite des Gehäuses federnd gelagert ausgeführt, so dass ein zuverlässiger Kontakt zwischen den Stromanschlüssen und der elektrisch leitfähigen Platte hergestellt werden kann. Das Bauelement wird von den Halteklemmen auf den Stromanschlüssen gehalten, wobei die Halteklemmen durch die Möglichkeit des Verschiebens das elektronische Bauelement auf einfache Weise aufnehmen können. So wird das Bauelement zuerst auf die federnd gelagerten Stromanschlüsse gelegt, wobei anschließend die Halteklemmen zueinander bewegt werden, so dass das elektronische Bauelement sicher geführt ist.
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Dazu kann es vorgesehen sein, dass die Halteklemmen mit lateralen Vorsprüngen ausgeführt sind, die über den oberen Gehäuserand des elektronischen Bauelements geführt sind.
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Demnach ist das so fixierte elektronische Bauelement in zwei Raumrichtungen sicher befestigt.
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Desweiteren ist es vorteilhaft, das mittels des oben beschriebenen Verfahrens aus dem Gehäuse entfernte elektronische Bauelement zur Herstellung eines optischen Endoskops einzusetzen.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Seitenansicht eines elektronischen Bauelements bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine Schnittansicht des elektronischen Bauelements bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist in einer perspektivischen Seitenansicht ein elektronisches Bauelement EB gezeigt. Das elektronische Bauelement EB ist von einem Gehäuse GE umschlossen, das an jeweils zwei gegenüber liegenden Seiten jeweils mit mehreren Anschlussbeinchen AB versehen ist. Auf der Oberseite ist ein Deckel DE angebracht, der aus einem transparenten Material besteht, so dass ein im Inneren des Gehäuses GE befindlicher Sensorchip über ein optisches Element zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung beispielsweise im für Menschen sichtbaren Bereich eingesetzt werden kann.
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Um die Lage der einzelnen Bauteile innerhalb des Gehäuses GE besser darstellen zu können, wird nachfolgend in 2 eine Schnittdarstellung des elektronischen Bauelements BE gezeigt, wobei die in 1 gestrichelt eingezeichnete Schnittlinie den angedeuteten Punkten A und A' folgt.
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2 ist die Schnittansicht des elektronischen Bauelements EB gezeigt. Man erkennt, dass zur Entnahme des Sensorchips SC mit dem optischen Element OE der Deckels DE durch Lösen innerhalb einer entlang eines Gehäusespalts ausgebildeten Klebefuge KF erfolgen kann. Zur Entfernung des Deckels DE ist es daher notwendig, den Kleber innerhalb der Klebefuge KF zu lösen, so dass ein Zugriff auf den darunter liegenden Sensorchip SC möglich ist. Das Entfernen des Deckels DE kann dabei durch Vorheizen erfolgen. Durch Vorheizen wird beispielsweise der Kleber innerhalb der Klebefuge KF lokal erweicht, so dass sich der Deckel DE leichter entfernen lässt. Unterstützend kann ein Vakuumsauger auf den Deckel DE einwirken, um diesen abzuziehen.
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Des Weiteren ist der 2 zu entnehmen, dass der Sensorchip SC über eine Kleberschicht KS auf einen Boden GB des Gehäuses GE geklebt ist. Über dem Sensorchip SC ist das optische Element OE, das beispielsweise aus einer Vielzahl von Mikrolinsen besteht, angeordnet. Oberhalb des optischen Elements OE befindet sich der transparente Deckel DE, der mittels einer Klebefuge KF am Gehäuse GE befestigt ist. Innerhalb des Boden GB des Gehäuses GE ist eine elektrisch leitfähige Platte LP angeordnet, die typischerweise als Metallplatte zur mechanischen Stabilisierung des Gehäuses GE eingesetzt wird, jedoch keine elektrische Funktion innerhalb des elektronischen Bauelements EB aufweist.
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Zur Freilegung der elektrisch leitfähigen Platte LP vom Boden GB des Gehäuses GE wird von der Rückseite her mittels Fräsen das Gehäuse bis zu einer Fräslinie FL entfernt. Dazu ist es nicht notwendig, den Boden GB über die ganze Breite des Gehäuses GE zu entfernen, da eine lediglich teilweise Freilegung der elektrisch leitfähigen Platte LP für die weiteren Verfahrensschritte ausreicht. Mit Breite des Gehäuses GE ist hier eine Richtung senkrecht zur Fräslinie FL gemeint. Somit ist ein Fräsen mit einer Breite entsprechend eines Fräskopfs entlang der Fräslinie FL ausreichend. Das Gehäuse GE ist typischerweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt, so dass das Fräsen bis zur Fräslinie FL ohne großen Aufwand erfolgen kann.
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Ein derartig vorbereitetes elektronisches Bauelement EB wird nachfolgend auf eine Vorrichtung VR gesetzt, die in 3 gezeigt ist.
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Die Vorrichtung VR weist auf einem Grundkörper GK zwei Stromanschlüsse SA1 und SA2 auf, die innerhalb des Grundkörpers GK federnd gelagert sind. Die Stromanschlüsse SA1 und SA2 sind mit einem externen Stromversorgungsgerät (nicht in 3 gezeigt) verbunden. Benachbart zu den beiden Stromanschlüssen SA1 und SA2 sind gegenüber liegend zwei Halteklemmen HK1 und HK2 relativ zueinander verstellbar auf dem Grundkörper GK angeordnet. Die beiden Halteklemmen HK1 und HK2 weisen einander zuweisende Vorsprünge VS auf, so dass das in 1 und 2 gezeigte elektronische Bauelement EB in den durch die federnd gelagerten Stromanschlüsse SA1 und SA2 sowie den beiden Haltekontakten HK1 und HK2 entstehenden Hohlraum eingebracht werden kann.
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Die beiden Stromanschlüsse SA1 und SA2 kontaktieren dabei die freigelegte elektrisch leitfähige Platte LP am Boden GB des Gehäuses GE. Durch Anlegen eines entsprechenden Stroms, beispielsweise 20 Ampere über 15 Sekunden, lässt sich die Klebeschicht KS durch Erwärmen lösen, so dass der Sensorchip SC zusammen mit den optischen Elementen OE nun nur noch lediglich an den Bonddrähten BD hängt. Durch Entfernen der Bonddrähte BD ist somit der Sensorchip SC zusammen mit dem optischen Element OE aus dem Gehäuse GE entnehmbar. Dieser kann nun anschließend beispielsweise in einen Kopf eines Endoskops eingesetzt werden.
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Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10153176 A1 [0003]
- DE 19647855 A1 [0005]
