DE102021109185A1 - Vorrichtung mit einer leitfähigen Beschichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen, die aus einem Formkörper aus EPDM-Schaum besteht, der auf einer Oberfläche mit mindestens einer Öffnung versehen ist, die mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Formkörpers verbunden ist, und die auf der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung verbunden ist und dadurch zum Transport von elektronischen Bauteilen durch Anlegen eines Vakuums an das elektronische Bauteil genutzt werden kann, und die auf der zum Transport des elektronischen Bauteils genutzten Oberfläche mit einer leitfähigen Beschichtung aus Metall versehen ist, durch die die elektrostatische Aufladung über Elektroden abgeführt werden kann, so dass beim Transport eine Beschädigung oder Zerstörung der elektronischen Bauteile durch elektrostatische Entladung verhindert wird. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Vorrichtung zum Transportieren der elektronischen Bauteile und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen, die aus einem Formkörper aus EPDM-Schaum besteht, der auf einer Oberfläche mit mindestens einer Öffnung versehen ist, die mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Formkörpers verbunden ist, und die auf der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung verbunden ist und dadurch zum Transport von elektronischen Bauteilen durch Anlegen eines Vakuums an das elektronische Bauteil genutzt werden kann, und die auf der zum Transport des elektronischen Bauteils genutzten Oberfläche mit einer leitfähigen Beschichtung aus Metall versehen ist, durch die die elektrostatische Aufladung über Elektroden abgeführt werden kann, so dass beim Transport eine Beschädigung oder Zerstörung der elektronischen Bauteile durch elektrostatische Entladung verhindert wird. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Vorrichtung zum Transportieren der elektronischen Bauteile und ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung.
• Die Herstellung von elektronischen Bauteilen erfolgt oftmals durch Bearbeitung einer Platine, auf die Leiterbahnen aufgedruckt werden und auf die elektronische Schaltteile aufmontiert werden. Beispiele für Schaltteile sind Transistoren oder elektrische Widerstände. Für das Aufdrucken der Leiterbahnen und das Montieren der Schaltteile müssen die elektronischen Bauteile zwischen verschiedenen Montagestationen transportiert werden. Dabei darf das elektronische Bauteil nicht beschädigt oder verunreiningt werden. Diese Voraussetzungen können durch das Einhalten staubfreier Bedingungen in der Regel eingehalten werden.
• Der Transport der elektronischen Bauteile zwischen den einzelnen Montagestationen erfolgt üblicherweise durch Greifwerkzeuge, die an einer zweidimensional planar fahrbaren Hebevorrichtung, die orthogonal zur Fahrebene hebt, montiert sind und die mit dieser Hebe- und Fahrvorrichtung zwischen den einzelnen Montagestationen verfahren werden. In einigen Ausführungsformen dieser Transportmethode wird an die Hebe- und Fahrvorrichtung ein vakuumerzeugender Stutzen anmontiert, der das elektronische Bauteil ansaugt, so dass dieses durch das Anlegen eines Vakuums angesaugt, dann transportiert und schließlich durch Absperren des Vakuums wieder freigegeben und in die vorgesehene Montagestation gegeben werden kann. Dadurch steht eine zuverlässige Transportmöglichkeit für elektronische Bauteile zur Verfügung, indem das elektronische Bauteil an dem vakuumerzeugenden Stutzen temporär befestigt wird und das temporäre Befestigen durch einfaches Anlegen eines Vakuums und Absperren des Vakuums regulierbar ist.
• Der Transport von Komponenten für elektronische Bauteile durch temporäres Befestigen durch Anlegen eines Vakuums ist im Stand der Technik bekannt. Das Dokument EP3035785A1 beschreibt eine Vorrichtung, die zum automatisierten Bestücken einer Leiterplatte mit zumindest einem elektronischen Bauteil geeignet ist, und welche eine sich zu einer Spitze verjüngende Vakuum-Pipette aufweist, die das elektronische Bauteil an einem Aufnahmeort in einer Aufnahmeposition von einer Aufnahmefläche aufnimmt, auf einem Transportweg in einer Transportposition transportiert und an einem Zielort auf eine Leiterplatte positioniert, und eine hülsenförmige Komponente, die die Vakuum-Pipette in einem Teilbereich umgibt und die in Richtung der Längsachse der Vakuum-Pipette verschiebbar gelagert ist, wobei die Innenfläche der hülsenförmigen Komponente und die Außenfläche der Vakuum-Pipette derart ausgestaltet sind, dass in der Aufnahmeposition die Spitze der Vakuum-Pipette im Wesentlichen in einer durch die Unterkante der hülsenförmigen Komponente aufgespannten Ebene liegt, und wobei die Unterkante der hülsenförmigen Komponente in der Transportposition um eine definierte Strecke in Richtung der Verjüngung der Vakuum-Pipette versetzt ist. Die in dem Dokument beschriebene Vorrichtung bietet keinerlei Möglichkeit, sich flexibel an ein elektronisches Bauteil mit einer nichtplanaren Oberflächenstruktur anzupassen.
• Bei der Regulierung der temporären Befestigung der Transportstutzen durch Anlegen eines Vakuums muss dafür Sorge getragen werden, dass das elektronische Bauteil nicht durch mechanische Einwirkung des Stutzens für das Anlegen eines Vakuums beschädigt wird. Elektronische Bauteile sind oftmals sehr empfindlich gegenüber mechanischen Einwirkungen. Aus diesem Grund werden oftmals für die Greifwerkzeuge oder die Vakuumstutzen Materialien gewählt, die keine mechanischen Beschädigungen der elektronischen Bauteile hervorrufen können. Beispiele für weiche Materialien sind Kunststoffe aus Silikon. Silikonsaugnäpfe sind eine Möglichkeit, das elektronische Bauteil durch Anlegen eines Vakuums temporär zu befestigen und dann zu transportieren. Elektronische Bauteile unterscheiden sich jedoch auch innerhalb einer Serie oft sehr stark in ihrer Oberflächenkontur. So können Platinen an einigen Stellen bereits Widerstände aufweisen, während die nächste Platine dort einen Transistor oder eine Diode aufweist. Auch will man vermeiden, für jede Serie eines herzustellenden elektronischen Bauteils neue Silikonsaugnäpfe herzustellen. Silikonsaugnäpfe lassen sich daher nur schwer auf elektronischen Bauteilen platzieren, die sich in ihrer Oberflächenkontur unterscheiden.
• Ein weiteres Problem bei dem Transport von elektronischen Bauteilen ist die elektrostatische Aufladung. Die transportierten elektronischen Bauteile tragen bedingt durch den vorherigen Verlauf des Produktionsprozess bereits aufgdruckte Schaltungen oder elektronische Komponenten. Bei dem Transport von elektronischen Bauteilen lädt sich die Transportvorrichtung oder das elektronische Bauteil elektrostatisch auf. Die dabei erreichten Spannungen können mehrere Kilovolt (kV) betragen. Wird dann das elektronische Bauteil auf die nächste Montagestation gelegt, kann es zu einer elektrostatischen Entladung über das elektronische Bauteil kommen. Diese kann das elektronische Bauteil schwer beschädigen oder gar zerstören. Es muss deshalb auch dafür Sorge getragen werden, dass es bei dem Transport der elektronischen Bauteile nicht zu einer elektrostatischen Entladung kommt.
• Deshalb wird nach Möglichkeiten gesucht, Hebe- und Fahrvorrichtungen zur Verfügung zu stellen, die elektronische Bauteile transportieren können, die sich in ihrer Oberflächenkontur unterscheiden, und die beim Transport durch die Hebe- und Fahrvorrichtung das elektronische Bauteil nicht beschädigen und eine elektrostatische Aufladung des Bauteiles verhindern. Die Hebe- und Fahrvorrichtung sollte sich für alle elektronischen Bauteile eignen, unabhängig von ihrer Form. Da meist jedoch planare elektronische Bauteile wie beispielsweise Platinen transportiert werden, sollte die Vorrichtung insbesondere für elektronische Bauteile geeignet sein, die eine nährungsweise planare Form aufweisen.
• Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung für elektronische Bauteile zur Verfügung zu stellen, die zum Transport von elektronischen Bauteilen geeignet ist, die an einer Hebe- und Fahrvorrichtung montierbar ist, die eine temporäre Befestigung des elektronischen Bauteils durch Vakuum ermöglicht, und die sowohl eine mechanische Beschädigung des elektronischen Bauteils als auch eine elektrostatische Aufladung vermeidet.
• Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Formkörper aus einem EPDM-Schaum, der auf einer Oberfläche mindestens eine Öffnung aufweist, die mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Formkörpers verbunden ist, und die auf der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung verbunden ist, und sich dieser Formkörper durch eine Fahr- und Hebeeinrichtung, durch die sich der Formkörper senkrecht heben und orthogonal zur Heberichtung in planarer Richtung verschieben lässt, zum Transport der elektronischen Bauteile heben und verschieben lässt, und der Formkörper aus einem EPDM-Schaum besteht, dessen Oberfläche, die die mindestens eine Öffnung aufweist, mit einer leitfähigen Beschichtung aus Metall versehen ist, und die leitfähige Beschichtung aus Metall mit einem Erdleiter versehen ist, der die leitfähige Beschichtung durch elektrische Erdung gegen elektrostatische Aufladung schützt.
• Der Formkörper wirkt dabei als Saugzelle, die zum Heben des elektronischen Bauteils genutzt wird und die sich bei der temporären Befestigung durch Vakuum an die Oberflächenkontur des elektronischen Bauteils anpasst. Die Zahl der Öffnungen zum Anlegen des Vakuums an das elektronische Bauteil ist variabel, meist weist der Formkörper jedoch mehr als eine Öffnung auf. In der Regel trägt der Formkörper 30 bis 50 Öffnungen zum Anlegen des Vakuums. EPDM-Schaum hat sich als sehr geeignet als Material für den Formkörper erwiesen, weil dieses Material sehr flexibel ist zum Angleichen an die Oberflächenkontur des Formkörpers, und weil dieses Material chemisch und thermisch gut beständig ist und daher gegenüber den oftmals vom Herstellungsprozess noch heißen oder mit Chemikalien versehenen elektronischen Bauteilen ausreichend beständig ist. Außerdem ist dieses Material luftundurchlässig, so dass ein Vakuum gut gehalten werden kann.
• Beansprucht wird insbesondere eine Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen, umfassend
• • einen Formkörper, der auf einer Oberfläche mindestens eine Öffnung aufweist, die mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Formkörpers verbunden ist, und die auf der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung verbunden ist, und
• • eine Hebe- und Fahreinrichtung, die mit dem Formkörper verbunden ist, und durch die sich der Formkörper senkrecht heben und orthogonal zur Heberichtung in planarer Richtung verschieben lässt,
und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass
• • der Formkörper aus einem EPDM-Schaum besteht, und die Oberfläche, die die mindestens eine Öffnung aufweist, mit einer leitfähigen Beschichtung aus Metall versehen ist, und
• • die leitfähige Beschichtung aus Metall mit einem Erdleiter versehen ist, der die leitfähige Beschichtung durch elektrische Erdung gegen elektrostatische Aufladung schützt.
• Die leitfähige Beschichtung des Formkörpers mit dem montierten Erdleiter hat sich dabei als geeignet erwiesen, elektrostatische Aufladungen der Vorrichtung während des Transports des elektronischen Bauteils zuverlässig zu verhindern. Transportiert werden können mit der Vorrichtung elektronische Bauteile aller Art. In der Regel werden mit der Vorrichtung Platinen transportiert, die näherungsweise planar sind. Transportiert werden können jedoch auch elektronische Bauteile wie Transistoren oder integrierte Schaltkreise. Hierfür muss der Formkörper dann eine entsprechende Formgebung aufweisen.
• EPDM ist ein Ethylen-Propylen-Dien-Polymer. Dieses Polymer ist im Handel erhältich und unter der Bezeichnung „Ethylen-Propylen-DienKautschuk“ wohlbekannt. Dieses ist auch in geschäumter Form, also als Schaum, erhältlich.
• In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Formkörper eine Größe von 100 mm * 100 mm * 10 mm auf. Diese Größe hat sich als optimal für das Transportieren von Platinen mit Standardgröße erwiesen. In dieser Ausführungsform ist es günstig, dass die Zahl der Öffnungen, durch die durch den Formkörper hindurch das Vakuum zur temporären Befestigung angelegt wird, 40 (vierzig) beträgt. Diese Zahl an Öffnungen gewährt eine ausreichende Stablität des Formkörpers und ein effektives Befestigen des zu transportierenden Formkörpers durch das angelegte Vakuum. Der Mindestabstand der Öffnungen sollte einen Wert aufweisen, der eine ausreichende Stabilität des Formkörpers bei dem angewandten Vakuum gewährleistet im Verhältnis zu dem Vakuum, welches zum Transport des elektronischen Bauteils angelegt wird.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Metall der leitfähigen Beschichtung Aluminium, Titan oder Kupfer. Diese Metalle sind ausreichend elektrisch leitfähig, um eine elektrostatische Aufladung des Formkörpers zuverlässig zu verhindern und besitzen eine ausreichende thermische und chemische Widerstandsfähigkeit, um die elektronischen Bauteile, die oftmals vom Herstellungsprozess noch heiß sind oder mit Chemikalien versehen sind, zu transportieren. Das Metall der leitfähigen Beschichtung muss in jedem Fall elektrisch leitfähig sein.
• Der Formkörper kann eine Quaderform aufweisen. Diese Form ist als Näherung zu verstehen. Der Formkörper ist durch das EPDM-Material flexibel, damit sich dieser zum Transport an das elektronische Bauteil anschmiegen kann. Eine angenäherte Quaderform ist zum Transport von flachen und rechteckigen Platinen ideal. Die Dicke des Quaders wird dabei durch die gewünschte Flexiblität des Quaders zum Absorbieren von Oberflächenunebenheiten des zu transportierenden elektronischen Bauteils bestimmt. Ein zu dünner Quader kann die Oberflächenunebenheiten nicht gut genug absorbieren, während ein dicker Quader eine höhere Vakuumleistung benötigt, um ein ausreichendes Vakuum für die temporäre Befestigung zu gewährleisten.
• Der Formkörper kann auch an zwei Seiten mit jeweils einer Elektrode versehen sein, die dann mit einem Erdleiter versehen werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die elektrostatische Aufladung des Formkörpers während des Transports der elektronischen Bauteile hohe Spannungen erreicht.
• Beansprucht wird auch die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen. In einer Ausführungsform der Verwendung handelt es sich bei den elektronischen Bauteilen um Platinen. Transportiert werden können jedoch alle Arten von elektronischen Bauteilen. Transportiert werden können auch beispielsweise Transistoren, integrierte Schaltkreise, Widerstände oder Leuchtdioden. Transportiert werden können auch elektronische Bauteile, die durch ein sogenanntes „Pick-and-place“-Verfahren transportiert werden.
• Beansprucht wird auch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung, wie sie beschrieben wurde, umfassend den Schritt
• • Bereitstellung eines Formkörpers aus EPDM-Schaum,
und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass
• • in den Formkörper mittels eines Laserschneidverfahrens mindestens eine Öffnung eingebrannt wird, die von der behandelten Oberfläche durch den Formkörper auf die gegenüberliegende Seite des Formkörpers reicht, und
• • der Formkörper nach dem Einbrennen der mindestens einen Öffnung in eine Vakuumkammer in Berührung oder in Berührung über eine Zwischenschicht mit einer Anode eingestellt wird, und in die Vakuumkammer in Berührung mit einer Kathode weiterhin ein Beschichtungssubstrat eingestellt wird, und der Formkörper in einem bestimmten Winkel oszillierend geschwenkt wird, und
• • die Vakuumkammer evakuiert, danach ein Arbeitsgas unter einem reduzierten Druck in die Vakuumkammer eingelassen wird und die Anode und die Kathode über einen Stromkreis unter Spannung gesetzt werden, wobei eine Glimmentladung entsteht und eine Reaktionszeit beginnt, und
• • durch die Glimmentladung die Atome des Arbeitsgases ionisiert und durch die angelegte Spannung in Richtung des Beschichtungssubstrats beschleunigt werden, wobei Atome aus dem Beschichtungssubstrat herausgeschlagen und in Richtung des Formkörpers beschleunigt werden, in die obersten Schichten des EPDM-Schaumes des Formkörpers eindringen, auf der Oberfläche des EPDM-Schaumes haften bleiben und der Formkörper dadurch mit einer dünnen Metallschicht beschichtet wird, und
• • nach Ablauf der Reaktionslaufzeit die Spannung wegnommen und die Vakuumkammer auf atmosphärische Bedingungen zurückgebracht wird, und der mit einer dünnen Metallschicht beschichtete Formkörper entnommen wird, und
• • der Formkörper um 90° gedreht und die Beschichtung wiederholt wird, so dass eine zur bereits beschichteten Oberfläche seitliche Fläche des Formkörpers mit einer dünnen Metallschicht in elektrischer Verbindung mit der bereits beschichteten Oberfläche beschichtet wird, und
• • der beschichtete Formkörper an der seitlichen Fläche des Formkörpers mit einer Elektrode versehen wird, die mit der dünnen Metallschicht auf der Oberfläche verbunden ist, und die sich mit einem Erdungsleiter verbinden lässt.
• Unter diesen Bedingungen im Vakuum findet eine Glimmentladung statt, durch die die Atome des Arbeitsgases positiv ionisiert und in Richtung der Kathode beschleunigt werden. Das ionisierte Arbeitsgas schlägt Atome aus dem Material des elektrisch leitenden Beschichtungssubstrats („Target“) heraus, die durch das elektrische Feld der Glimmentladung auf die Anode beschleunigt werden, vor der sich das zu beschichtende Material des Formkörpers befindet. Dadurch bildet sich eine dünne Schicht des Beschichtungssubstratmaterials, welches leitend ist, auf dem Formkörper aus. Durch das oszillierende Schwenken des Formkörpers wird eine gleichmäßigere Beschichtung des Formkörpers erreicht, die zur Abführung der elektrostatischen Ladung beim anschließenden Transport der elektronischen Bauteile bei der Verwendung der Vorrichtung unerlässlich ist. Der Formkörper muss dabei auch in einem nachfolgenden Schritt auf mindestens einer Seite ebenfalls beschichtet werden, wobei eine leitende Verbindung zur zuerst aufgebrachten Schicht hergestellt sein muss, so dass auf der Seite eine Elektrode zur Anbringung des Erdleiters angebracht werden kann.
• Durch die Herstellung kann der Formkörper individuell an die Größe und Unebenheit des zu transportierenden elektronischen Bauteils angepasst werden, wenn die Elastizität des EPDM-Formkörpers zur Anpassung an die Größe und Unebenheit des zu transportierenden elektronischen Bauteils nicht ausreicht. Hierfür wird vor der Herstellung ein Formkörper mit einer passenden Form ausgewählt. Der Mindestabstand der Öffnungen sollte einen Wert aufweisen, der eine ausreichende Stabilität des Formkörpers bei dem angewandten Vakuum gewährleistet im Verhältnis zu dem Vakuum, welches zum Transport des elektronischen Bauteils angelegt wird. Eine größere Zahl an Öffnungen hat eine verbesserte Saugwirkung, allerdings auch eine verringerte Stabilität des Formkörpers zur Folge.
• Das Herausschneiden der Öffnungen wird durch einen Laser vorgenommen. Dieser Schritt muss vor dem Beschichten vorgenommen werden, weil ansonsten die leitfähige Beschichtung durch den Laser zerstört wird. Ein Laser besitzt gegenüber einem mechanischen Schneidverfahren den Vorteil, wesentlich präziser zu sein.
• Verfahren zur Beschichtung eines EPDM-Polymers sind im Stand der Technik bekannt. Das Dokument W02007058605A1 beschreibt ein Verfahren zur Ablagerung von Material in den Hohlräumen einer Elektrode, wobei die Elektrode eine Oberflächenschicht aus Isolationsmaterial aufweist, in die die Hohlräume eingebracht sind, und eine leitende Schicht, die auf den Boden der Hohlräume eingebracht ist, und an die Elektrode zwei Kontaktstellen für die Verbindung mit einer externen Stromquelle platziert werden, indem die Elektrode an einem Kontaktstück platziert und ein elektrischer Kontakt von dem Kontaktstück zu der leitenden Schicht an wenigstens zwei Stellen hergestellt wird, und eine Galvanisierungsanode zur Ablagerung eines Materials in die Hohlräume platziert wird, wodurch mit der leitenden Schicht und der Galvanisierungsanode elektrochemische Zellen gebildet werden, in denen die leitende Schicht die Kathode darstellt, und wobei in die elektrochemischen Zellen ein Elektrolyt gegeben wird, und an das Kontaktstück und an die Galvanisierungsanode eine Stromquelle angeschlossen wird, so dass ein elektrischer Strom durch die elektrochemische Zelle fließt und Material von der Galvanisierungsanode auf der leitenden Schicht abgeschieden wird, und dadurch insgesamt eine Materialabscheidung in den Hohlräumen auf der leitenden Schicht erreicht wird. Das Dokument beschreibt, dass die leitende Schicht durch eine Vielzahl an Materialien gebildet werden kann, welche durch eine Vielzahl von Verfahren, darunter Physical-Vapor-Deposition (PVD), Chemical-Vapor-Deposition (CVD), Sputtering oder Elektroablagerung in den Hohlräumen auf der Oberflächenschicht aus Isolationsmaterial abgelagert werden. Das Isolationsmaterial ist beispielsweise EPDM-Polymer. Es wird jedoch kein Verfahrensschritt offenbart, durch den ein leitendes Material im Vakuum auf der Isolationschicht aus dem EPDM-Polymer abgeschieden wird.
• In einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist der reduzierte Druck ein Druck von weniger als 10^-6 mbar. Unter diesem Druck erhält man optimale Bedingungen für die Beschichtung des EPDM-Materials durch elektrisch leitfähiges Material aus dem Beschichtungssubstrat. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Arbeitsgas Argon verwendet. Dieses Gas ist gut für eine Beschichtung des EPDM-Materials durch ein elektrisch leitfähiges Material geeignet, weil es sich leicht ionisieren lässt und unter Vakuum ausreichend Material aus dem Beschichtungsmaterial herauschlagen kann. Ein weiteres geeignetes Arbeitsgas ist Stickstoff. Ein weiteres geeignetes Arbeitsgas ist Sauerstoff. Dieser fungiert als sogenanntes Reaktivgas. Durch die Reaktion des Sauerstoffs mit dem Beschichtungsmaterial kann die Leitfähigkeit einiger Metalle des Beschichtungsmaterials an der Oberfläche gesteigert werden. Der Sauerstoff kann dem Arbeitsgas auch zugemischt werden.
• Die Kathode der Vakuumkammer ist bevorzugt mit Kühlkanälen versehen, so dass diese während der Reaktionszeit durch Durchströmen mit einem Kühlmedium gekühlt werden kann. Die Kathode kann sich während des Beschichtungsverfahrens beträchtlich erhitzen. Um zu verhindern, dass das Material des Beschictungssubstrats sich ungleichmäßig in der Vakuumkammer und auch ungleichmäßig auf dem Formkörper verteilt, sollte die Kathode mit Kühlzellen versehen sein, die während des Beschichtungsvorgangs mit einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden.
• In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der angelegten Spannung um eine Wechselstromspannung. Durch eine Wechselstromspannung lassen sich höhere Spannungen an die Kathode und die Anode anlegen, so dass kürzere Beschichtungszeiten möglich werden. Die Spannung wird vorteilhafterweise nach dem Paschen-Gesetz gewählt.
• Für eine bessere Übertragung der Spannung während des Beschichtungsvorgangs kann für die Berührung des Formkörpers mit der Anode zwischen dem Formkörper und der Anode eine Zwischenschicht aus einem Oxid oder einem Nitrid eingelegt werden.
• In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden von dem zu beschichtenden Formkörper neben der frontalen Oberfläche zwei Seiten des Formkörpers beschichtet. Die beschichteten Seiten müssen mit der zum Transport der elektronischen Bauteile vorgesehenen Oberfläche durch die Beschichtung elektrisch leitend verbunden sein. Dadurch lassen sich zwei Elektroden mit einem Erdleiter an dem Formkörper montieren. Hierzu wird der mit einer dünnen Metallschicht beschichtete Formkörper nach der Beschichtung der zum Transport der elektronischen Bauteile vorgesehenen Oberfläche entnommen, zunächst um 90° gedreht und beschichtet, wiederum entnommen und noch einmal um weitere 180° gedreht und die Beschichtung wiederholt, so dass zwei entgegengesetzte zur bereits beschichteten Oberfläche seitliche Flächen des Formkörpers mit einer dünnen Metallschicht beschichtet werden, und der beschichtete Formkörper wird an den seitlichen Flächen des Formkörpers mit jeweils einer Elektrode versehen, die sich mit einem Erdungsleiter verbinden lassen. Dadurch sind insgesamt zwei Elektroden vorhanden, die mit der dünnen Metallschicht auf der Oberfläche verbunden sind, und die mit einem Erdungsleiter versehen werden können. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die elektrostatische Aufladung des Formkörpers während der Verwendung hohe Spannungen erreicht.
• Das beschriebene Verfahren und die beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung sind zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt. Durch das beschriebene Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung lässt sich der Formkörper in besonders gleichmäßiger Weise beschichten, ohne dass es zu einer Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit der Beschichtung kommt. Es ist jedoch prinzipiell möglich, die Vorrichtung der Erfindung durch die im Stand der Technik bereits bekannten Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche herzustellen. Geeignete Verfahren sind beispielsweise Aufdampfen auf den Formkörper oder eine sogenannte „Chemical Vapor Deposition“ (CVD). Weitere Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen mit dünnen Schichten werden in dem genannten Dokument W02007058605A1 beschrieben. Prinzipiell kann zur Beschichtung des Formkörpers mit der leitfähigen Schicht jedes Verfahren zum Einsatz kommen, welches zur Aufbringung einer dünnen Schicht auf eine Oberfläche geeignet ist.
• Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die eine einfache Möglichkeit zum Transport eines elektronischen Bauteils während der Herstellung durch Anlegen eines Vakuums zur temporären Befestigung des elektronischen Bauteils bietet, ohne dass es zur mechanischen Beschädigung oder zur Zerstörung des elektronischen Bauteils durch elektrostatische Aufladung der Vorrichtung kommt.
• Die Erfindung wird durch acht Zeichnungen weiter dargestellt, wobei die Zeichnungen nur Ausführungsformen der Erfindung darstellen und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist.
• Die Zeichnung 1 gibt den Formkörper in frontaler Ansicht mit der Oberfläche wieder, die zum Transport der elektronischen Bauteile genutzt wird. Die Zeichnung 2 gibt den Formkörper in seitlicher Ansicht beim Transport eines elektronischen Bauteils wieder. Die Zeichnung 3 gibt den Formkörper in seitlicher Ansicht wieder, wobei die Öffnungen im Inneren des Formkörpers zu sehen sind, die durch das Vakuum das elektronische Bauteil ansaugen. Die Zeichnung 4 gibt den Formkörper mit den Öffnungen im Inneren des Formkörpers und ein darunterliegendes elektronisches Bauteil in seitlicher Ansicht wieder. Die Zeichnung 5 gibt das Verfahren zur Beschichtung des Formkörpers in der Vakuumkammer wieder. Die Zeichnung 6 gibt den Verfahrensschritt des Herausschlagens der Beschichtungsatome aus dem Beschichtungssubstrat wieder. Die Zeichnung 7 gibt den Verfahrensschritt der Beschichtung des Formkörpers wieder. Die Zeichnung 8 gibt den Verfahrensschritt der Oszillierung des Formkörpers während der Beschichtung wieder.
• Die Zeichnung 1 zeigt den Formkörper (1) zum Transport der elektronischen Bauteile in frontaler Ansicht. Zu sehen ist die Oberfläche (1a) des Formkörpers, die zum Transport des elektronischen Bauteils durch Anwendung eines Vakuums genutzt wird, mit den Öffnungen (1b). Insgesamt enthält der Formkörper (1) 40 Öffnungen (1b). In einer Ausführungsform der Erfindung besitzt der Formkörper (1) eine Abmessung von 100 * 100 * 10 mm. Der Formkörper (1) ist aus EPDM-Schaum gefertigt.
• Die Zeichnung 2 zeigt den Formkörper (1) beim Transport eines elektronischen Bauteils (2). Das elektronische Bauteil (2) besitzt hier die Form einer Kugel. Zu sehen sind auch der Formkörper (1), die Oberfläche (1a) zum Transport des elektronischen Bauteils (2), die Öffnungen (1b) in dem Formkörper (1) zur Anwendung des Vakuums, die Hebe- und Fahrvorrichtung (3), die mit dem Formkörper verbunden ist, und durch die sich der Formkörper senkrecht heben und orthogonal zur Heberichtung in planarer Richtung verschieben lässt, und der Stutzen (4) für die Ansaugung des Vakuums, welches über die Öffnungen (1b) das elektronische Bauteil (2) zum Transport ansaugt.
• Die Zeichnung 3 zeigt den Formkörper (1) in seitlicher und transparenter Ansicht. Zu sehen sind die Öffnungen (1b), die sich als Kanäle durch den Formkörper (1) erstrecken. Durch diese Öffnungen (1b) wird das Vakuum angesaugt, was hier durch Pfeile (5) dargestellt ist. Zu sehen ist ebenfalls die Elektrode (6) für den Erdleiter (6a). Der Formkörper (1) ist dabei mindestens an der Oberfläche (1a), an der das elektronische Bauteil (2) transportiert wird und auf die die Pfeile (5) zeigen und an der Seite (1c), an der die Elektrode (6) befestigt ist, durch das erfindungsgemäße Verfahren in elektrisch leitender Verbindung beschichtet. In einer Ausführungsform der Erfindung kann auch eine weitere Seite (1d) des Formkörpers (1) beschichtet und mit einer Elektrode versehen werden.
• Die Zeichnung 4 zeigt den Formkörper (1) und ein darunterliegendes elektronisches Bauteil (2) in seitlicher Ansicht. Der Formkörper (1) ist transparent gezeigt, so dass die Öffnungen (1b) als Kanäle sichtbar sind. Das elektronische Bauteil (2) besitzt eine ungleichmäßige Oberflächenkontur (2a), so dass dieses durch herkömmliche Silikonsaugnäpfe nicht angesaugt und transportiert werden kann. Der Formkörper (1) hingegen ist aus EPDM gefertigt und schmiegt sich daher beim Ansaugen durch das Vakuum elastisch an das elektronische Bauteil (2) an.
• Die Zeichnung 5 zeigt das Verfahren zur Beschichtung des Formkörpers (1) in der Vakuumkammer (7). Zu sehen sind die Vakuumkammer (7), die Anode (8), die Kathode (9) mit Kühlzellen (9a), zwei zu beschichtende Formkörper (1e,1f), das Beschichtungssubstrat (10), die Moleküle des Arbeitsgases (11), die ionisierten Atome des Arbeitsgases (11a), die Atome des Beschichtungssubstrates (10), einen Hochspannungserdleiter (12), und das Feld (13) der Glimmentladung. Die Vakuumkammer (7) wird für das Verfahren der Beschichtung unter Vakuum gesetzt. Günstig, aber nicht erforderlich ist ein Vakuum von < 10^-6 mbar. Sodann wird durch Anlegen einer Hochspannung an die Anode (8) und an die Kathode (9) eine Glimmentladung gestartet. Dadurch wird ein Glimmentladungsfeld (13) aufgebaut. Die Moleküle des Arbeitsgases (11) werden dabei positiv ionisiert, so dass sich ionisierte Atome des Arbeitsgases (11a) bilden, die in Richtung der Kathode (9) beschleunigt werden. Zwischen der Kathode (9) und dem Glimmentladungsfeld (13) befindet sich das Beschichtungssubstrat (10). Die ionisierten Atome des Arbeitsgases (11a) treffen auf das Beschichtungssubstrat (10) auf. Beim Aufreffen auf das Beschichtungssubstrat (10) schlagen die ionisierten Atome des Arbeitsgases (11a) Atome des Beschichtungssubstrates (10) aus dem Beschichtungssubstrat (10) aus. Diese werden dabei durch das Auftreffen der ionisierten Atome des Arbeitsgases (11a) ionisiert. Die ionisierten Atome des Beschichtungssubstrates (10a) erhalten dadurch einen Impuls in Richtung Anode (8) und werden in Richtung der Anode (8) beschleunigt. Zwischen der Kathode (9) und dem Beschichtungssubstrat (10) liegen die beiden Formkörper (1e,1f), die durch die beschleunigten ionisierten Atome des Beschichtungssubstrats (10a) beschichtet werden. Die Formkörper (1e,1f) werden während dieser Behandlung oszilliert (hier nicht zu sehen). Dies kann beispielsweise durch Oszilliation der Anode (8) vorgenommen werden.
• Die Zeichnung 6 zeigt den Vorgang des Herausschlagens der Atome aus dem Beschichtungssubstrat (10). Die ionisierten Atome des Arbeitsgases (11a) werden in Richtung des Beschichtungssubstrates (10) beschleunigt und schlagen Atome (10a) aus dem Beschichtungssubstrat (10) aus. Diese werden durch das Aufschlagen der ionisierten Atome des Arbeitsgases (11a) ihrerseits ionisiert und in Richtung der Anode (8) beschleunigt.
• Die Zeichnung 7 zeigt den Formkörper (1) bei der Beschichtung. Die ionisierten Atome des Beschichtungssubstrates (10a) treffen auf den Formkörper (1) auf und bilden eine Diffussionsschicht (14). Diese verfestigt sich durch das weitere Auftreffen der ionisierten Atome des Beschichtungssubstrats zu einer aufgedampften Beschichtung (15). Dadurch bildet sich auf der Oberfläche (1a), die für den Transport der elektronischen Bauteile (2) vorgesehen ist, eine aufgedampfte Beschichtung (15) aus leitfähigem Material. Das leitfähige Material ist in einer vorteilhaften Ausführungsform Aluminium, Titan oder Kupfer.
• Die Zeichnung 8 zeigt den Formkörper (1) bei der Oszillierung in der Vakuumkammer während der Beschichtung. Zu sehen ist die zu beschichtende Fläche (1a) in seitlicher Ansicht. Der Formkörper (1) enthält bedingt durch seine Struktur Oberflächenunebenheiten (16). Diese werden ohne weitere Maßnahmen ungleichmäßig beschichtet, so dass Freiräume (16a) zurückbleiben. Diese sind unerwünscht, da diese die elektrische Leitfähigkeit unterbrechen können. Deshalb wird der Formkörper (1) während der Beschichtung oszilliert (17), damit auch diese unerwünschten Freiräume (16) durch die aufgedampften Atome des Beschichtungssubstrats (10a) beschichtet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Formkörper

1a

Oberfläche zum Transport des elektronischen Bauteils

1b

Öffnung

1c

Seite des Formkörpers

1d

Weitere Seite des Formkörpers

1e

Erster Formkörper

1f

Zweiter Formkörper

2

Elektronisches Bauteil

2a

Oberflächenkontur des elektronischen Bauteils

3

Hebe- und Fahrvorrichtung

4

Stutzen für die Ansaugung des Vakuums

5

Pfeile zur Darstellung der Ansaugrichtung des Vakuums

6

Elektrode

6a

Erdleiter

7

Vakuumkammer

8

Anode

9

Kathode

9a

Kühlzellen

10

Beschichtungssubstrat

10a

Ionisierte Atome des Beschichtungssubstrates

11

Arbeitsgas

11a

Ionisierte Atome des Arbeitsgases

12

Hochspannungserdleiter

13

Glimmentladungsfeld

14

Diffusionsschicht

15

Aufgedampfte Schicht

16

Unebenheiten

16a

Freiräume

17

Oszillation

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 3035785 A1 [0004]
• WO 2007058605 A1 [0023, 0029]

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen, umfassend • einen Formkörper, der auf einer Oberfläche mindestens eine Öffnung aufweist, die mit der gegenüberliegenden Oberfläche des Formkörpers verbunden ist, und die auf der gegenüberliegenden Oberfläche mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung verbunden ist, und • eine Hebe- und Fahreinrichtung, die mit dem Formkörper verbunden ist, und durch die sich der Formkörper senkrecht heben und orthogonal zur Heberichtung in planarer Richtung verschieben lässt, dadurch gekennzeichnet, dass • der Formkörper aus einem EPDM-Schaum besteht, und die Oberfläche, die die mindestens eine Öffnung aufweist, mit einer leitfähigen Beschichtung aus Metall versehen ist, und • die leitfähige Beschichtung aus Metall mit einem Erdleiter versehen ist, der die leitfähige Beschichtung durch elektrische Erdung gegen elektrostatische Aufladung schützt.
2. Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper eine Größe von 100 mm * 100 mm * 10 mm aufweist.
3. Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Öffnungen 40 beträgt.
4. Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der leitfähigen Beschichtung Aluminium, Titan oder Kupfer ist.
5. Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper eine Quaderform aufweist.
6. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Transport von elektronischen Bauteilen verwendet wird.
7. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den elektronischen Bauteilen um Platinen handelt.
8. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend den Schritt • Bereitstellung eines Formkörpers aus EPDM-Schaum, dadurch gekennzeichnet, dass • in den Formkörper mittels eines Laserschneidverfahrens mindestens eine Öffnung eingebrannt wird, die von der behandelten Oberfläche durch den Formkörper auf die gegenüberliegende Seite des Formkörpers reicht, und • der Formkörper nach dem Einbrennen der mindestens einen Öffnung in eine Vakuumkammer in Berührung oder in Berührung über eine Zwischenschicht mit einer Anode eingestellt wird, und in die Vakuumkammer in Berührung mit einer Kathode weiterhin ein Beschichtungssubstrat eingestellt wird, und der Formkörper in einem bestimmten Winkel oszillierend geschwenkt wird, und • die Vakuumkammer evakuiert, danach ein Arbeitsgas unter einem reduzierten Druck in die Vakuumkammer eingelassen wird und die Anode und die Kathode über einen Stromkreis unter Spannung gesetzt werden, wobei eine Glimmentladung entsteht und eine Reaktionszeit beginnt, und • durch die Glimmentladung die Atome des Arbeitsgases ionisiert und durch die angelegte Spannung in Richtung des Beschichtungssubstrats beschleunigt werden, wobei Atome aus dem Beschichtungssubstrat herausgeschlagen und in Richtung des Formkörpers beschleunigt werden, in die obersten Schichten des EPDM-Schaumes des Formkörpers eindringen, auf der Oberfläche des EPDM-Schaumes haften bleiben und der Formkörper dadurch mit einer dünnen Metallschicht beschichtet wird, und • nach Ablauf der Reaktionslaufzeit die Spannung wegnommen und die Vakuumkammer auf atmosphärische Bedingungen zurückgebracht wird, und der mit einer dünnen Metallschicht beschichtete Formkörper entnommen wird, und • der Formkörper um 90° gedreht und die Beschichtung wiederholt wird, so dass eine zur bereits beschichteten Oberfläche seitliche Fläche des Formkörpers mit einer dünnen Metallschicht in elektrischer Verbindung mit der bereits beschichteten Oberfläche beschichtet wird, und • der beschichtete Formkörper an der seitlichen Fläche des Formkörpers mit einer Elektrode versehen wird, die mit der dünnen Metallschicht auf der Oberfläche verbunden ist, und die sich mit einem Erdungsleiter verbinden lässt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierte Druck ein Druck von weniger als 10^-6 mbar ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitsgas Argon verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode der Vakuumkammer mit Kühlkanälen versehen ist und während der Reaktionszeit durch Durchströmen mit einem Kühlmedium gekühlt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der angelegten Spannung um eine Wechselstromspannung handelt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berührung des Formkörpers mit der Anode zwischen dem Formkörper und der Anode eine Zwischenschicht aus einem Oxid oder einem Nitrid eingelegt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer dünnen Metallschicht beschichtete Formkörper nach der Oberflächenbeschichtung entnommen wird, zunächst um 90° gedreht und beschichtet und noch einmal um weitere 180° gedreht und die Beschichtung wiederholt wird, so dass zwei entgegengesetzte zur bereits beschichteten Oberfläche seitliche Flächen des Formkörpers mit einer dünnen Metallschicht beschichtet werden, und der beschichtete Formkörper an den seitlichen Flächen des Formkörpers mit jeweils einer Elektrode versehen wird, die mit der dünnen Metallschicht auf der Oberfläche verbunden sind, und die sich mit einem Erdungsleiter verbinden lassen.

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