DE1790300A1 - Verfahren zum verbinden von werkstuecken mit einer unterlage - Google Patents

Verfahren zum verbinden von werkstuecken mit einer unterlage

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DE1790300A1
DE1790300A1 DE19681790300 DE1790300A DE1790300A1 DE 1790300 A1 DE1790300 A1 DE 1790300A1 DE 19681790300 DE19681790300 DE 19681790300 DE 1790300 A DE1790300 A DE 1790300A DE 1790300 A1 DE1790300 A1 DE 1790300A1
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pressure
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resilient
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Alexander Coucoulas
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AT&T Corp
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Western Electric Co Inc
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Description

Western Electric Company Incorporated ..^ A.Coucoulao 3 DlV,A
yx§ißA
■ . Darf riUt
l/erfahren zum Verbinden von Werkstücken mit einer Unterlage.
Die Erfindung betrifft ein Varfahren zum Verbinden einer Vielzahl von Uerkstücken mit einer oder mehrerer Unterlagen,bei dem die Werkstücke auf die Unterlage gelegt werden und auf den Uerkstücken ein elastisches nachgiebiges Mittel angeordnet ist,auf das ein Druck ausgeübt und über das zusammengepreßte elastische Mittel auf die Werkstücke übertragen wird,wobei der aufgebrachte und übertragene Druck in der gleichen Richtung wirken,und boi dem durch Anwendung von Wärme und/oder UltrasRhallachwingungen und des auf die Werkstücke übertragenen Drucks die Werkstücks mittels Thermokompression oder Ultraschall verbunden werden.
Die Verbindung von Halbleiter-oder anderen sehr kleinen Schaltungselementen mit gedruckten Schaltungsplattinen und dünnen " Filmen auf Unterlagen bietet zahlreiche Schwierigkeiten,insbesondere die Schwierigkeit,eine Beschädigung des Schaltungselementes zu vermeiden,das im Fall eines Halbleiterkristallee sehr spröde sein kann,oder im Fall eines Feindrahtleiters deformiert oder gar bis zum Bruchpunkt kaltgehärtet vorliegen kann.Eine Beschädigung der Unterlage kann ebenfalls auftreten,da Unterlagen für integrierte Schaltungen und gedruckte Schaltungen spröde sein können.
Zwei bekannte Verfahren sind das Ultraschallschweißen und das Warmpreßschweißen.Beim Erstgenannten wird die Unterlage auf
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einem Amboß gehalten und der darauf gelegte Leiter mit der Sonotrode der Ultraschallschweißvorrichtung festgepresst· Eine kurzzeitige Zuführung von Ultraschallschwingungen parallel zur Unterlagenoberfläche stellt die Schweißverbindung her.Die reibende Bewegung der Oberfläche des Leiters auf der Oberfläche der Unterlage bricht vorhandene Oxidfilme und dergleichen auf, um blanke Verbindungsflachen zu liefern· Die dabei durch Reibung erzeugte Uärme ergibt dann eine richtige metallurgische Verbindung.Bei dem zweiten l/erfahren wird eine Kombination von Uärme und Druck, die z.B. durch einen erhitzten Stempel zugeführt werden, verwendet, um die Verbindung herzustellen· Das benutzte Verfahren gleicht der Ultraschallschweißung abgesehen davon,das ein erhitzter Stempel anstelle einer Ultraschallsonotrode verwendet wird, um die Energie auf die Uerstücke zu übertragen·
Diese SchueiQverfahren können zwei wesentliche Fehler zur Folge haben. Der erste besteht darin,daß die Schweißstelle verhältnismäßig leicht auseinandergezogen werden kann, so daß eine nachfolgende Beanspruchung zu einem Bruch führt. Der zweite Fehler besteht darin, daß eins oder beide der verbundenen Gebiete so stark verformt werden,daß sie derart ernsthaft geschwächt werden,daß eine Beanspruchung einen Bruch des einen oder des anderen der verbundenen Teile zur Folge hat.
Diese Fehler treten insbesondere bei der gleichzeitigen Herstellung mehrerer Verbindungen auf,so daß eine derartige Verfahrensweise wirtschaftlich nicht erfolgreich ist.Uenn auch ein Schweißstempel oder eine.Sonotrode groß genug gemacht -worden können,um mehrere Verbindungen gleichzeitig herstellen zu können» • 309847/0520
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verhindern Jedoch GröOentoleranzen des anzuechuaiGandon Leiterdrahtee,da0 derartige Einrichtungen Jeden einzolnon Leiter zuverlMßig mit der Unterlage verbinden.Uenn z.B. 10 Leiter auf einer Unterlage angeordnet werden und.acht dieser Leiter genau die gleiche Größe haben,aber zwei um 10 bis 2QjS kleiner sind,stellt ein flacher Stempel oder eine flache Sonotrode nur acht Verbindungen her.Uenn andererseits aber ausreichend Druck angewandt wird,um alle Leiter zu erfassen,uerden acht Leiter so stark verformt,daß eine schwache Verbindung ansteht.Aber selbst uenn die Leiter genau die gleiche Größe haben, kann immer noch die Dicke der metallischen Anschlußstellen auf der Unterlage schwanken,oder diese selbst verschieden dick sein oder der Schueißkopf kann abgenutzt oder fehlausgerichtet sein, so daß eine energieübertragende Kopplung mit einem Jeden Leiter nicht mehr'vorhanden ist. Somit besteht das Problem nicht darin,. an sich Leiter gleichzeitig zu verbinden,sondern darin,immer Jeden einzelnen Leiter einer Gruppe gleichzeitig zuverläßig zu verbinden. .
Es sind Versuche durchgeführt worden,um Ultraschall-und Uarm- " prsßschueiGen,hauptsächlich das Letztgenannte,bei der Verbindung von Stützleiterbauelementen mit ihren Unterlagen anzuwenden. Hierbei entstehen die gleichen Probleme,jedoch in wesentlich größerem Ausmaß.Da die Leiter klein sind,kann sehr leicht eine zu große Verformung in einer Schweißstelle entstehen. Außerdem beuirkt die gleichzeitige Anwendung von Druck auf alle Leiterenden eines derartigen Bauelementes zumeist, daß sich die inneren Enden der Leiter und das Halbleiterbauelement selbst von der Unterlage weg nach oben bewegen,wodurch das Ganze recht stark beansprucht wird. Hierdurch .können
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geänderte elektrische Eigenschaften oder Verbindungsauafölle entstehen. . ·
Zum Beispiel kann ein einfaches Stützleiterbauelement 12 oder 16 Leiter von je 0,013 χ 0, 0012 cm haben.Die engste Toleranz,die für die Dicke einer plattierten Siliciumscheibe zu erreichen ist,beträgt bestenfalls +_ 0,0005 cm.Zuar ist dieses für sich betrachtet eine sehr enge Tolerenz,sie beträgt aber doch +, 40% der gewünschten Leiterdicke.Selbst uenn der Schueißkopf vollkommen flach und genau ausgerichtet ist, -eine Tatsache,die nicht immer zutrifft,- so ist es doch gut möglich,daß er nicht gleichzeitig mit sämtlichen Leitern gekoppelt ist, ,so daß die Verbindung unvollständig uird.
Uenn auch elektrische Prüfmethoden auf das Vorhandensein einer Verbindung bestehen,so ist doch das einzig zuv/erläßige Verfahren:zur Feststellung der Verbindungsstärke eine mechanische Prüfung, d.h. der bekannte Scherschäl-Test. Es gibt kein nichtzerstörendes Verfahren zur Abschätzung der F-estig-™ keit der Verbindung. · .
In der FR-PS 1 298 433 ist eine Ultraschall-Schueißmaschine zum Verbinden zueier ähnlicher Folien oder dergleichen beschrieben. Bei der bekannten Vorrichtung uird mittels einer Feder die Übertragung der Ultraschallwellen auf das Gestell der Maschine verhindert.Es werden jedoch keine Mittel angegeben,um Druck über ein deformierbares Übertragungsmaterial
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auf ein zu verbindendes Element anzuwenden,Aus der DTPS 1 129 037 ist eine Vorrichtung zum Preßschweiöen eines Rohrendes mit einem Verschlußstöpsel bekannt,wobei über einen Preßstempel und eine Unterlegscheibe der Arbeitsdruck senkrecht zur Bewegungsrichtung des Preßstempels auf das Werkstück übertragen wird.
Bei einem anderen bekannten Verfahren (GB-PS 467 365) zum Schneiden und Verformen dünner Bleche üird ein ausreichender ■ Druck über ein begrenztes gummiartiges Material auf da3 über einem Formblock liegende Blech ausgeübt,wobei eine Verformung | des Bleches stattfindet.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verbindungsverfahren zu schaffen,daß das Verhältnis der erzielten guten Verbindungen vergrößert und das auch benutzt werden .kann« um gleichzeitig Verbindungen herzustellen.
Diese Aufgabe wird unter Anwendung des eingangs beschriebenen Verfahrens gemäß der Erfindung dadurch gelöst,daß der übertragene Druck über das elastische nachgiebige Mittel "
auf alle Werkstücke übertragen wird, um auf die Unterlage ainzuwirken.Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung besteht darin,daß das elastische nachgiebige Mittel eine Vielzahl von elastisch gehalterten Stiften umfaßt,von denen jeder mit einem Werkstück in Eingriff steht.In diesem Fall ist es besonders günstig,daß die Wärme über die Stifte dem Bereich zugeführt wird,in dem die Verbindung stattfindet.
Unabhängig davon,ob ein deformierbares Medium leicht oder . . . .3.0984 7/0520"
schwer zu verformen ist,überträgt es Druck während es Energie absorbiert.Uenn demgemäß ein Stahlkubus von 2,54 cm, dar auf einem festen Untersatz ruht, mit 450 kg belastet wird, uird der Stahl sehr wenig verformt und der Druck auf dem Untersatz beträgt 9 kg/cm . Uenn der Kubus statt aus Stahl aus hartem Gummi hergestellt uird,uird die Verformung größer, jedoch der Druck auf den Untersatz noch 7 kg je cm batragen. Die Verformungsenergie uird in jedem Fall durch die Strecke -dargestellt,um die sich das Belastungsgeuicht bewegt.Uenn das Gewicht den Gummi auf eine Höhe von z.B. 1,9 cm zusammendrückt, beträgt die Verformungsenergie (2,54-1,9) χ (1/100 x 0,288) kgm. Die potentielle Energie, die durch den Druck von 7 kg/cm auf den Untersatz dargestellt wird, 1st noch verfügbar,um Arbeit zu leisten.Ein anderes Verfahren zur Durchführung der Druckübertragung mit Absorption von Energie besteht darin,einen verhältnismäßig starren
Körper zu verwenden,der elastisch gelagert wird,so daß das Ganze ein nachgiebigereres Teil bildet.
Uenn ein zweites Stück aua verformbarem'Material zwischen den festen Untersatz und, den Hartgummikubus gelegt uird, entsteht eine relative Verformung beider Unterlagen.Uenn das zweite Material ebenfalls ein Kubus aus Hartgummi ist, wird natürlich die Verformung beider Stück-e gleich sein. Dia Verteilung der Verformung zwischen zwei ungleichen Materialien kann am Spannungs-Dehnungsdiagramm der Materialien ohne weiteres bestimmt werden.Dieses gilt auch in jenem Bereich,in dem die Verformung vom elastischen in den
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plastischen Zustand übergeht.Uenn somit ein Kubus aus dem Material A auf einen Kubus aus dem Material B,der seinerseits auf einen festen Untersatz ruht,und uenn ein Gewicht auf den Kubus A gelegt wird,so kann die Verformung beider Kuben elastisch oder plastisch sein oder es kann sich ein Kubus elastisch verformen, während* der andere plastisch verformt wird. In jedem Fall kann das Verhalten der jeweiligen Materialien aus der Spannungs-Dehnungskurve ersehen werden: Daraus folgt; daß unter dem alleinigen Einfluß von Druck (d.h.mechanischer Energie) ein nachgiebiges (oder deformierbares)Material ein
anderes verformbares Material verformen kann.
Die obige Schilderung betraf zwei Kuben derselben Größe.Uenn an Stelle des Kubus aus dem Material B zwei in Abstand voneinander liegende Stangen verwendet werden,so ist der Druck auf jede Stange derselbe Druck, wie dieser auch auf dan Kubus A ausgeübt wird.Dedoch wird die Verformung des Materials A wesentlich anders sein.Bei zwei gleichen Kuben haben beide Materialien die Tendenz flacher zu werden und sich an den freien Flanken auszubauchen.Andererseits hat der Kubus A,der auf den beiden Stangen ruht,die Tendenz sich nach unten und zwischen sowie um die Stangen zu verformen.Uenn nun an Stelle des Kubus A ein runder Stab auf die beiden Stangen gelegt wird,ändert sich die Situation der Spannung und Formänderung wesentlich. Das Berührungsgebiet zwischen dem Stab und der beiden Stangen ist sehr klein, so daß der Druck (für dasselbe angewandte Gewicht) sehr groß sein muß.Hierdurch wird eine entsprechende Vergrößerung der Formänderung (Vorformung) beider Materialien bewirkt,Mit anderen Worten,die Spannung an der Grenzfläche
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und nicht die gesamte zugeführte Kraft bestimmt die Verformung beider Materialien.Somit kann durch Änderung der geometrischen Form der beiden Materialien eine verhältnismäßig kleine Kraft eine verhältnismäßig große Verformung bewirken.
Die Art und Größe der Verformung wird ferner wesentlich durch die Zuführung von thermischer-Energie beeinflußt.Dieses ist ebenfalls aus den Spannungs-Dehnungsdiagrammen der gewählten Materialien bei der jeweiligen Temperatur vorhersagbar.
Insgesamt können die folgenden Faktoren benutzt werden,um die relative Verformung zwischen den beiden Körpern zu regeln:
1.) Uahl der Materialisn: 2*)gesamte zugeführte mechanische
Energie: 3.) geometrische Form der Stücke und 4.)Zuführung von Uärme.
Um die obige Diskussion eines verformbaren Stoffes zu erläutern sei angenommen,daß ein Bauelement mit 16 Stützleitern (Goldleiter) mit den goldenen Kontaktstellen einer Unterlage unter Verwendung eines Stempeldrucks von 13,8 kg bei 4000C verbunden werden soll.Die Leiter sind das Material B, Die Kontaktstellen sind der feste Untersatz und das Material A ist das Material,das hier als das deformierbare Medium bezeichnet wird.Um ein geeignetes deformierbares Medium zu wählen,wird das Spannungs-Dehnungsdiagramm von Gold bei 4000C vorzugsweise doppeltlogarithmisch aufgetragen, wobei die Fließgrenze auf der Ordinate liegt und die Neigung der Kurve der Kalthärtungs-Index ist.Aus dieser Darstellung kann die Spannung bestimmt werden, die notwenig ist,um jeden
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Verformungsgrad des Goldes zu erreichen.Uenn eine 5Q%-\lavformung des Leiters' gewünscht wird,wird die entsprechende Spannung gewählt,um sie zu erreichen.Uenn das deformierbara Medium doppelt so dick wie der Leiter ist,wird es nur um 25% bei der 50%-Verformung des Leiters verformt.Somit ist jedes Material mit einem solchen Spannungs-Dehnungsdiagramm,daß eine 25%-Verformung bei der gewählten Spannung auftritt,ein geeigneter Stoff.Im betrachteten Beispiel ist Aluminium 2024 ein befriedigender Stoff.Uenn ein Stoff gewählt ist,wird die geometrische Form betrachtet.Dia Unterlage ruht auf einem Amboß, das Bauelement wird auf sie gelegt und ein deformierbarer Aluminiumrahmen, der nur die Leiter bedeckt,daraufgelegt,Der erhitzte Stempel wird unter einer Belastung von 13,5 kg (absolut) heruntergeführt,Der Druck an der Grenzfläche Stempel-
Aluminium ergibt sich zu etwa 140 kg/cm ,Dieser Wert liegt unterhalb der FlieQgrenze dieser Legierung bei 400°C.3edoch beträgt der Druck an der Grenzfläche Aluminium-Leiter, die eine viel kleinere Fläche ist,mehr ale 7000 kg/cm und liegt oberhalb der Fließgrenze beider Metalle,so daß eine Verformung stattfindet.Uenn sich das Aluminium um die Leiter herum verformt hat,und die Unterlage berührt,-wie eingehend beschrieben wird- vergrößert sich die Kontaktfläche bei abnehmendem Druck bis sie gleich der Grenzfläche Stempel-Aluminium ist, d.h.der Druck fällt auf etwa 140 kg/cm ab,so daß die Verformung aufhört* '
Bei der Verbindung von Leitern mit Unterlagen durch herkömmliches Uarmpress-oder Ultraschallschweißen war es für eine gute Verbindung notwendig,daß der Leiter im wesentlichen zur
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Unterlage hin verformt wird,obwohl eine Verformung on β ich nicht notwendigerweise bedeutet,daß eine gute Verbindung hergestellt wurde.Durch Verwendung eines deformiarbaron Mediums kann jadoch die plastische Verformung nach der Herstellung der Verbindung so klein sein, daß sie im wesentlichen unsichtbar ist,Dieses kann durch Ultraschallschweiseung von Plättchen erläutert werden, die aus einkristallinenSiliciumscheiban oder anderen spröden Kristallen geschnitten sind.Jede Verformung derartiger Materialien,die durch die bekannten Schweißverfahren erzeugt wirdffUhrt zu einem Bruch.Sie verformen sich nicht, wenigstens nicht im üblichen Sinn des Wortes,Dennoch werden sie erfolgreich mit Unterlagen unter Verwendung eines deformierbaren Mediums mit Wärme und Ultraschallenergie verbunden.Die gesamte Verformung ist offenbar auf die plattierte Oberfläche an der Unterlage begrenzt.In gleicher Ueise können Stützleiterbauelemente mit Unterlagen ohne wesentliche sichtbare Verformung Verbunden werden.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die beiden Werkstücke auf einen tragenden Amboß oder einen Tisch gelegt, wobei der nachgiebige Stoff über das gewünschte Verbindungsgebiet angeordnet wird.Bai einer bevorzugten Ausgestaltung werden verformbare Metalle mit zähen haftenden Oxidfilmen als deformierbares Medium verwendet,wobei Warmpreßschweißen die bevorzugte Art der Verbindung ist.Dede nicht benetzende Oberfläche sollte jedoch zufriedenstellend arbeiten.Es wird ein erhitzter Stempel verwendet,um das daformierbare Medium
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zu verformen und gleichzeitig die Verbindung zwischen dan Werkstücken herzustellen.Der Oxidfilm verhindert,daQ eich das deformierbare Medium mit einem der Werkstücke verbindet. Es ist hier angenommen»das alle l/erbindungsoberflachen frei von Oberflächenfilmen oder Verunreinigungen sind.Wenn auch ein erhitzter Stempel die normale Art der Zuführung von Wärme und Druck bei der WarmpreOschueißung darstellt,so kann selbstverständlich die Wärme auch auf verschiedene andere Weise zugeführt werden.Es kann ein heißes Gas am Verbindungsgebiet vorbeistreichen,der Amboß kann erhitzt uerden, oder es λ kann Widerstandseruärmung verwendet uerden· '
Ein überraschender Aspekt dieser Ausführung der Erfindung besteht darin,daß in dem plastisch deformierbaren Medium nach der Verbindung ein vollkommenes Abbild des Verbindungagebietes eingedrückt ist.Dieses kann zur Beurteilung herangezogen uerden,ob eine gute Verbindung hergestellt uorden ist. Man hat festgestellt, daß bei Herstellung einer guten Verbindung das eingedrückte Abbild jede Einzelheit der Verbindung zeigt, sogar einschließlich Oberflächenfehler.Wenn die Verbindung jedoch schlecht ist,ist auch das Abbild schlecht und hat ein ganz anderes Aussehen,Weiterhin kann das deformierbare Medium als Rahmen ausgebildet uerden,der ein oder eine große Anzahl von Gauelementen in einer Weise hält,die die Anordnung auf der Unterlage erleichtert. Die Verwendung eines plastisch deformierbaren Mediums ist ferner sehr erwünscht zur Herstellung zuverlässiger Verbindungen in Mas„ senproduktion. Die Bauelemente: z.B. integrierte Stützleiter-
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schaltungen, uerden wenige Zentimeter voneinander entfernt auf einem Aluminiumband als deformierbares Medium angebracht, Bei kleinen Bauelementen, d.h.solchen mit drei Leitern,kann die Befestigung an dem Band durch ein Klebemittel erfolgen· Bei anderen Bauelementen mag es vorzuziehen sein,in dem Band Löcher oder Fenster vorzusahen,die groß genug sind, um den Körper der Bauelemente festzuhalten.Das Aluminium ist mit Anzeigemitteln, z.B. Randmerkierungen oder Löchern versehen und die Bauelemente sind zu diesen genau ausgerichtet.Dio
W Unterlage uird unter dem Stempel angeordnet, das Band uird in seine Lage gebracht und die Verbindung hergestellt»Dann uird eine neue Unterlage unter den Stempel gebracht (dieses . kann automatisch erfolgen),das Band uird vortransportiert und die nächste Verbindung hergestellt. Die Ausrichtung des Stempels,die Abnutzung der Stempeloberflache und Materialverluste auf der Stempelspitze sind keine Probleme mehr,weil zur Herstellung der Verbindung stets frisches deformierbares Medium verwendet uird.Das benutzte Band zeigt ein Abbild jeder
fe Verbindung,das für Prüfzuecke ausgenutzt uerden kann.
Es können auch Verbindungen hergestellt-uerden,indem Ultraschallenergie über ein plastisch deformierbares Medium zugeführt uird,wobei dieses Verfahren bei der Verbindung von spröden SiIiciumplättchen oder dergleichen mit Unterlagen vorzuziehen ist (die hier verwendeten Ausdrücke Ultraschallenergie") oder "Ultraschallvibrationsenergie" sollen Vibrationsenergie von iip. wesentlichen jeder Frequenz von etua 60 Hz bis zum Kiloherz-Bereich beinhalten).Beide Seiten der Plättchen sind normalerueisB metallisiert und plattiert,bevor sie aus einer größeren
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Scheibe geschnitten werden. Die Unterlage wird auf einem Amboß angeordnetfdas Plättchen daraufgelegt und hierauf ein deformierbarea Medium^typischerueise ein Aluminiumstück,das mehrere Mal dicker als das Plättchen ist.Dann wird für einen Bruchteil einer Sekunde 'Wärme zugeführt und daraufhin werden sowohl yärme als auch Ultraschallenergie für einen weiteren Bruchteil einer Sekunde zugeführt.Die Wärme erweicht das Aluminium etwas," wobei sich das Aluminium bei Zuführung der ■ Ultraschallenergie um das Scheibchen verformt, wiederum nur etwas,jedoch ausreichend, um eine Energieübertragende Kopplung mit dem Plättchen herzustellen.Innerhalb weit weniger als einer Sekunde ist das Plättchen mit der Unterlage verbunden· Es wurden auch Verbindungen mittels Ultraschallenergie unter Verwendung von Polytetrafluoräthylen als deformierbares Medium zwischen dem Werkstück und dem Schweißkop hergestellt«
Bei einem-weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Werkstücke wiederum auf einem Ambo0 oder einem Tisch angeordnet, jedoch ist in diesem Fall der Tisch salbst in dar Lage Ultrascballschwingungen parallel zur Oberfläche auszu- | führen.«Auf das Uerbindungsgebiet wird ein deformierbares Medium angebracht, um die Werkstücke zusammenzuklemman,und die zugeführte Ultraschallenergie sorgt für die Herstellung der Verbindung.Über das deformierbare Medium werden vorteilhafterweise dem Verbindungsgebiet Wärme zugeführt, so daß die Menge der zur Herstellung der Verbindung erforderlichen Ultraschallenergie herabgesetzt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werformt sich das deformierbara
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Medium vorzugsweise elastisch,und es ist zweckmäßig am Boden eines Kolbens befestigt,Es kann ein organisches Material z.B.ein Silicongummi sein,Andererseits kann es auch in Form zahlreicher federbelastender Stifte vorliegen die in einer Matrix angeordnet sind,wobei die Lage jedes Stiftes seinem einzelnen Verbindungsgebiet entspricht,Die Verwendung einer derartigen Matrix ist hauptsächlich bed der Verbindung von verhältnis- --mäßig großen Einrichtungen von Nutzen.
P* Nachfolgend ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigern
Fig,1A und JB Seiten und Endansichten,die sämtliche Teile
in der richtigen Lage für die Verbindung eines Leiters mit einer Unterlage durch Thermokompressionsverbindung entsprechend der Erfindung darstellen;
Fig.2A und 2B die den Fig· 1A und 1B gleichen,sämtliche
Teile uährend der Thermokompressionsverbindung ent-. sprechend der Erfindung:
Fig,3A und 3B die den Fig,1 und 2 gleichen,zeigen sämtliche Teile, nachdem die Thermokompressionsverbindung beendet ist s
Fig.4 eine Seitenansicht,die sämtliche Teile in ihrer Lage für die Ultraschallverbindung einer Vielzahl von Kugeldrahtleitern mit einer Unterlage entsprechend, der Erfindung darstellt!
Fig.5 eine Seitenansicht,die die Anordnung der Fig.4 uährend der Ultraschallverbindung darstellt;
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Fig.6 eine Seitenansicht einer Lehre zur Verwendung bei Ultraschalluerbindung entsprechend der Erfindung}
Fig.7 eine Aufsicht der Lehre,die in Fig.6 dargestellt ist.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Verbindungen eines Leiters mit einer Unterlage.Eine isolierende Unterlage 10 mit einer metallischen Grundfläche 12 auf der Oberfäche uird auf einem festen Untersatz (nicht dargestellt) gebracht«Auf der Grundfläche 12 uird an dem gewünschten Verbindungspunkt ein Leiter 14 aufgele-gt.Beispielsweise kann die Unterlage 10 aus einer Aluminiumoxydkeramik und die Grundfläche 12 und der Leiter 14 aus Gold bestehen.Der nachgiebige Stoff hat die Form eines Drahtes 16 aus einem filmbildenden Metall wie Aluminium.Ein erhitzter Stempel 18 presst zunächst die Uerkstücke auf den Untersatz,wobei infolge des Druckes der Draht .16 und der Leiter 14 sich zu verformen beginnen,wie es in Fig.2 dargestellt ist.Die Berührungslinie 20 zwischen -den beiden Teilen bildet sich zu einer Berührungszone 22 aus und es treten Ausbuchtungen 24 an den nicht begrenzten Seiten des Leiters 14 auf.Gleichzeitig verformt sich der Draht 16 um den Leiter 14. Uenn die Verbindung hergestellt ist,haben sich die anfänglichen Ausbauchungen,wie es in Fig,3A dargestellt ist,zu dem Gebiet 26 verformt,während sich der Draht.16 so verformt hat,daß er das gesamte Verbindungsgebiet auf dem Werkstück bedeckt.Das Fließen des Leitermetalls im Gebiet 26 zum Grundmetall 12 trägt zur Güte der Verbindung bei.
Uenn die Verbindung hergestellt ist, wird der Stempel 18
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hochgehoben und dar Draht 16 entfernt.Das Vorhandensein dor Verbindung kann durch Prüfen des Eindruckes im Draht 16 untersucht werdender sin genaues Abbild des Verbindungegebietes darstellt.Diese Prüfmethode ist dem Scherschäl-Test vorzuziehen.
Der Draht 16 wird uegen des zähen Oxydfilma auf seiner Oberfläche nicht mit den Werkstücken verbunden.Da filmbildende Natalie (z.B. Aluminium,Nickel(Titan und Tantal) stets der- ^ artige Oxydfilme aufweisen,deren Dicke leicht durch anodische Abscheidung geregelt werden kann,sind sie bei dieser Ausführung als nachgiebiger Stoff vorzuziehen.Ee können auch andere Materialien veruendet uerden.Ferner können Trennmaterialien benutzt uerden,um eine Verbindung des Stoffes mit dem Werkstück zu verhindern; doch uerden selbstverständlich Trennmaterialien vermieden,wenn sie Verunreinigungsprobleme ergeben können.
Da Gold ein verhältnismäßig weiches Metall im Vergleich zu ™ Aluminium ist, könnte man erwarten,daß der Draht 16 stark verformt oder durch den Leiter 14 zerschnitten wird;doch ist dies nicht der Fall· Es wurden erfolgreiche Verbindungen von Goldleitern unter Verwendung von Nickel als nachgiebiger Stoff hergestellt,das noch härter als Aluminium ist.
Die Verbindung von zwei Leitern mit der Grundfläche einer Unterlage ist in den Fig.4 und 5 dargestellt.Auf der Unterlage 42 mit zwei leitenden Grundflächen 50 liegt ein Leiter
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mit einem kugelförmig ausgebildeten Kopf,und ein zylinderförmiger Leiter.Die Leiter werden mittels durch Federn:·,;·.-elastisch gehalterter Stifte 54 auf die Unterlage gedrückt« Die Uärme wird vorteilhafterueise über die Stifte 54 zugeführt.
Zur Herstellung, einer Verbindung mittels Ultraschall wird die Unterlage mit einem Ultraschallgeber verbunden,der eine Vibration der Unterlage parallel zur Arbeitsfläche in Richtung des Pfeils in Fig,5 und damit eine Verbindung der Uerk« stücke bewirkt.Um eine Kalthärtung während des Ultraschall— schueiGens zu verhindern,wird Wärme vorteilhaft über die Stifte zugeführt.
Die Anwendung der Thermokompression für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung erfolgt zweckmäßig bei, Temperaturen im Bereich von 350 - 500°Cv Verbindungszeiten von 1-5 Sek.und Stempeidrücken von 13,5-22,7 kg.Diese Parameter sind jedoch relativ zueinander abzustimmen.Bei niedrigereren Temperaturen sind z.B. längere Zeiten günstiger als umgekehrt.
Die Fig.6 und 7 sind eine Seitenansicht und eine Aufsicht einer Lekre, mit der mehrere Verbindungen gleichzeitig hergestellt werden können.Es ist eine Anzahl von Löchern 70 für die Stifte 72 vorgesehen.Ein Stift 72 mit einem Anschlag 74 nahe dem einen Ende und einem Bund 76 nahe dem anderen Ende wird in jedes Loch 70 gebracht,wobei eine Feder 78 zwischen dem Bund 76 und der Unterseite der Platte
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teilweise zusammengedrückt wird und der Anschlag 74 dazu dient,jeden Stift 72 in seiner Lage zu halten.
Die Platte 66 uird in einer senkrecht beweglichen Spannvorrichtung in einer Verbindungsmaschine angeordnet,Uird die Spannvorrichtung nach unten beuegt,8o kommen die Spitzen der Stifte 72 mit den einzelnen Leitern in Eingriff,Uenn die Spannvorrichtung noch mehr nach unten bewegt uird,werden die Federn 78 weiter zusammengedrückt und Oben über die Stifte 72 eine Kraft aus,die ausreichten eine Verbindung nach dem Zuführen von Uärme und/oder Ultraschallenergie herzustellen.Die geringe Größe der Stifte 72 kapp das Zy-. führen von Uärme unmittelbar über die Stifte verhindern. In diesem Fall kann die Uärme beispielsweise über ein heißes Gas zugeführt werden·
Das Verfahren gemäß der Erfindung führt zu besseren Verbindungen als die herkömmlichen Ultraschall-oder Thermokompressionsverfahren.Nachfolgend wird eine mögliche Erklärung für diese Überlegenheit gegeben.Man könnte meinen, das in jedem besonderen Fall unter der Annamme einer Konstanten Verbindungszeit ein Bereich der gesamten Verbindungeenergie gegeben ist,die eine gute Verbindung ermöglicht, wobei diese Energie in mechanischer und thermischer Energie aufgestellt werden kann· Uenn eine unzureichende Gesamtverbindungsenergie jedoch zugeführt uirdfhaftet der Leiter nur ungenügend an der Unterlage und kann abgezogen werden«Uenn zuviel Verbindungeenergie zugeführt wird, wird der Leiter beschädigt und bricht beim Abziehen·
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Bei der Verbindung nit einem nachgiebigen Stoff gemäß dar Erfindung uird die'obere Grenze der gesamten Verbihdungsenergie die eine gute Verbindung geuährleistettuesentlich heraufgesetzt,da sich der nachgiebige Stoff und nicht das Werkstück uerforrat,wodurch das Risiko zu großer Verformung des Leiters herabgesetzt wird.Es uird angenommen,daß die Verbindung an der Grenzfläche unabhängig von der Verbindungsart durch Diffusion erfolgt.Die Diffusion ist ein Zeit-und temperaturabhängiger Prozess.Bei der Verbindung mit einem nachgiebigen Stoff kann mit einer etwas längeren Verbindungen " zeit gearbeitet werden, so daß auf Grund einer größeren Diffusion an der Grenzfläche eine festere Verbindung entsteht« Diese Betrachtungen gelten für die Ultraschall-und Thermokompressionsverfahren zugleich«jedoch ist der ablaufende Mechanismus verschieden· Zum Beispiel uird bei der Ultraschallschueißung Uärme souohl durch innere als auch durch äußere Reibung und Hysterese zusätzlichzu den verwendeten äußeren Quellen erzeugt.
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Claims (4)

A« Coucoulaa 3 Di/.A Patentansprüche
1. Verfahren zum Verbinden einer Vielzahl von Werkstücken mit einer oder mehreren Unterlagen,bei dem die Werkstücke auf die Unterlage gelegt werden und auf den Werkstücken ein elastisches nachgiebiges Mittel angeordnet ist, auf das ein Druck ausgeübt und über das zusammengepreßte elastische nachgiebige Mittel auf die Werkstücke übertragen uird,wobei der aufgebrachte und der übertragene Druck in der gleichen Richtung uirken, und bei dem durch Anwendung von Wärme und/oder Ultraschallschuingungen und Anuendung des auf die Werkstücke übertragenen Drucks die Werkstücke mit der Unterlage mittels Thermokompression oder Ultraschall verbunden werden,dadurch gekennzeichnet,daß der übertragene Druck über das elastische nachgiebige Mittel auf sämtliche Werkstücke angewandt wird,um auf die Unterlage einzuwirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß das elastische nachgiebige Mittel eine Vielzahl, von elastisch gehalterten Stiften umfaßt,von denen jeder mit einem Werkstück in Eingriff steht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme über die Stifte dem Bereich zugeführt wird, in dem die Verbindung stattfindet.
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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische nachgiebige Mittel in einer Halterung gehalten uird,die derart montiert ist, daß das elastische nachgiebige Mittel relativ zu einer oder mehreren Unterlagen bewegbar ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012213651B3 (de) * 2012-08-02 2013-08-01 Keiper Gmbh & Co. Kg Haltevorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Haltevorrichtung

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE756631A (fr) * 1969-10-02 1971-03-01 Western Electric Co Procedes de liaison et appareillage pour les mettre en oeuvre
US3696985A (en) * 1969-12-31 1972-10-10 Western Electric Co Methods of and apparatus for aligning and bonding workpieces
USRE28798E (en) * 1969-12-31 1976-05-04 Western Electric Co., Inc. Methods of and apparatus for aligning and bonding workpieces
US3699640A (en) * 1970-12-01 1972-10-24 Western Electric Co Compliant bonding
US3670396A (en) * 1971-04-12 1972-06-20 Us Navy Method of making a circuit assembly
US3774834A (en) * 1971-07-20 1973-11-27 J And A Keller Machine Co Inc Bonding apparatus
US3771711A (en) * 1971-08-20 1973-11-13 Western Electric Co Compliant bonding
US3871936A (en) * 1971-10-01 1975-03-18 Western Electric Co Loading of compliant tape
US3800409A (en) * 1972-05-01 1974-04-02 Western Electric Co Method for compliant bonding
US3836388A (en) * 1972-10-18 1974-09-17 Western Electric Co Distributing a fluid evenly over the surface of an article
US3859723A (en) * 1973-11-05 1975-01-14 Microsystems Int Ltd Bonding method for multiple chip arrays
US3914850A (en) * 1973-11-05 1975-10-28 Western Electric Co Bonding of dissimilar workpieces to a substrate
DE2640613C2 (de) * 1976-09-09 1985-03-07 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren und Vorrichtung zum Kontaktieren von Schaltungsbausteinen in eine Schichtschaltung
US4341574A (en) * 1980-08-25 1982-07-27 Texas Instruments Incorporated Ultrasonic bond energy monitor
US4496095A (en) * 1983-04-12 1985-01-29 Fairchild Industries, Inc. Progressive ultrasonic welding system
DE3806309C1 (de) * 1988-02-27 1989-03-30 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
US5240166A (en) * 1992-05-15 1993-08-31 International Business Machines Corporation Device for thermally enhanced ultrasonic bonding with localized heat pulses
SE517944C2 (sv) * 2000-04-06 2002-08-06 Ericsson Telefon Ab L M Förfarande och styrelement för fastsättning av ett mönsterkort på ett element
SE518778C2 (sv) * 2000-04-19 2002-11-19 Ericsson Telefon Ab L M Förfarande och anordning för montering av en elektronisk eller mekanisk komponent på ett mönsterkort samt ett styrelement anordnat att ytmonteras på ett mönsterkort
DE10238054B4 (de) * 2002-08-20 2007-08-09 Fer Fahrzeugelektrik Gmbh Elektrolumineszenz-Schild, insbesondere Kraftfahrzeug-Kennzeichenschild
US20050127144A1 (en) * 2003-12-10 2005-06-16 Atuhito Mochida Method of mounting a semiconductor laser component on a submount
CA2556117A1 (en) * 2005-08-15 2007-02-15 Rohm And Haas Electronic Materials Llc Bonding methods and optical assemblies
CN111208195B (zh) * 2018-11-22 2022-07-19 中国航发商用航空发动机有限责任公司 胶接质量的检测结构以及检测方法
JP7032819B2 (ja) * 2020-06-30 2022-03-09 株式会社アルテクス 接合方法及び接合装置
CN112139652A (zh) * 2020-08-21 2020-12-29 重庆工商大学 一种具有定位结构的超声波焊接装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB467365A (en) * 1935-09-09 1937-06-16 Douglas Aircraft Co Inc Improvements in or relating to methods of and apparatus for shaping, forming and/or cutting sheet material, such as sheet metal
US3110961A (en) * 1959-04-06 1963-11-19 North American Aviation Inc Honeycomb sandwich panel brazing

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012213651B3 (de) * 2012-08-02 2013-08-01 Keiper Gmbh & Co. Kg Haltevorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Haltevorrichtung
US9409261B2 (en) 2012-08-02 2016-08-09 Johnson Controls Components GmbH & Co. KG. Retaining device for the form-fitting and/or force-fitting arrangement of two components to be connected in a bonded manner, and method for operating such a retaining device

Also Published As

Publication number Publication date
SE364596B (de) 1974-02-25
NL157750B (nl) 1978-08-15
DE1752679A1 (de) 1971-07-15
BE717367A (de) 1968-12-02
IL30276A0 (en) 1968-08-22
JPS5016307B1 (de) 1975-06-12
IE32179B1 (en) 1973-05-02
FR1578214A (de) 1969-08-14
IL30276A (en) 1972-06-28
ES356009A1 (es) 1970-02-16
IE32179L (en) 1969-01-06
NL6809325A (de) 1969-01-08
DE1752679C3 (de) 1973-12-06
GB1239631A (de) 1971-07-21
DE1752679B2 (de) 1973-05-17
US3533155A (en) 1970-10-13

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