DE19732028C2 - Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen gestapelten elektronischen Bauelementen - Google Patents
Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen gestapelten elektronischen BauelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von
dreidimensionalen gestapelten elektronischen Bauelementen nach dem Ober
begriff des Anspruchs 1.
Mit der Vergrößerung der Integration von Halbleiterschaltkrei
sen werden diese immer größer, so daß die Notwendigkeit besteht, die
Montagedichte hiervon zu erhöhen. Dementsprechend ist es bekannt, derar
tige elektronische Bauteile dreidimensional zu stapeln, wobei entweder
ungekapselte oder gekapselte Chips gestapelt werden. Hierbei wird zur
Verbindung ein Aufschmelzlöten verwendet. Dazu wird der Verbindungsbe
reich erhitzt, so daß das Metall geschmolzen und das Löten vorgenommen
werden kann. Hierzu werden Zinn-Blei-Legierungen oder Zinn-Blei-Silber-
Legierungen verwendet, wobei das Silber in kleinen Mengen zugesetzt ist.
Das Aufschmelzlöten kann als Dampfphasenaufschmelzlöten, Infrarotauf
schmelzlöten oder Heißluftaufschmelzlöten ausgeführt werden.
Aus US 5 236 117 ist eine Vorrichtung zum Aufschmelzlöten be
kannt, wobei die zu einem Stapel zu verlötenden Bauelemente mit einem
Flußmittel am freien Ende eines Aufschlagarmes befestigt werden. Metal
lische Zuleitungen des untersten Bauelements werden auf eine bestimmte
Temperatur erhitzt und in ein Bad aus geschmolzenem Lötmittel getaucht.
Der Aufschlagarm ist verschwenkbar, so daß in seiner unteren Position
die Außenanschlüsse der gestapelten Bauelemente in das Bad eintauchen.
Der Aufschlagarm wird dann in Vibrationen versetzt, um schlechte Lötver
bindungen zu verhindern. Wenn die Anschlußabstände der Bauelemente, wie
heutzutage üblich, enger und enger werden, können hierbei elektrische
Kurzschlüsse durch Lötbrücken auftreten. Um dies zu verhindern, läßt man
ein Gewicht auf das entgegengesetzte Ende des Aufschlagarms 10 fallen,
wonach der Aufschlagarm schnell in seine obere Position zurückgebracht
wird, so daß überschüssiges Lötbad von den Anschlüssen entfernt wird.
Die Bewegung des Gewichtes wird durch einen Zylinder gesteuert. Dieses
Gerät erfordert eine vertikale Stapelung von einzelnen Bauelementen, die
manuell vorgenommen wird. Ebenso erfolgt die Entnahme manuell.
Aus US 5 362 354 ist eine Übertragungseinrichtung für Chips von einem
Wafer auf ein Leiterrahmenband unter Festkleben der Chips auf letzterem bekannt, wobei der Klebstoff auf eine Rolle aufgetragen wird,
die in engem Kontakt mit weiteren rotierenden
Rollen steht, um dadurch einen hinreichend dünnen
und genauen Klebstoffauftrag von einer letzten
rotierenden Rolle auf die Rückseite des Halbleiter
bauelements zu erreichen.
Aus US 3 094 093 ist eine automatische Löteinrichtung für Leiterplatten
bekannt, wobei eine Leiterplatte über einem Lotbecken an
geordnet wird, und geschmolzenes Lot aus dem Becken
über einen Applikator mit einer Aufwärtsbewegung
aufgetragen wird.
Aus US 5 232 143 ist eine Bondeinrichtung bekannt, mit der eine Vielzahl
von Halbleiterchips gleichzeitig gebondet werden können.
Aus DE 196 44 509 C2 ist eine Vorrichtung zum Transportieren und
Handhaben von Halbleiterbauelementen bekannt, bei der zu testende, in einem
Tablett gehaltene Halbleiterbaulemente nacheinander in eine
Positionierausnehmung eines Drehtischs gebracht und darin zu einer Testposition
befördert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine automatische Herstel
lung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 gelöst.
Insbesondere lassen sich hierdurch elektronische Bauelemente
zu einem vertikalen Stapel miteinander verbinden, die J-förmige Außen
anschlüsse aufweisen. Außerdem werden hierbei die einzelnen Bauelemente
horizontal übereinander gestapelt und in dieser Position miteinander
verlötet, so daß eine Brückenbildung zwischen den Außenanschlüssen der
Bauelemente vermieden wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt perspektivisch eine Vorrichtung zum automatischen
Herstellen von dreidimensionalen gestapelten elektronischen Bauelementen.
Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Bauelementlader der Vorrich
tung von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt perspektivisch eine Teileinrichtung der Vorrich
tung von Fig. 1.
Fig. 4 zeigt teilweise im Schnitt die Ausrichtung und das Sta
peln von oberen und unteren individuellen Bauelementen.
Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Aufbring
einrichtung für Lötmittel.
Fig. 7 zeigt im Schnitt eine Heizeinrichtung.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Draufsicht zur Erläuterung der
Schritte des Ladens und Überführens von unteren individuellen Bauelemen
ten.
Fig. 9 zeigt den Schritt des Überführens von unteren individu
ellen Bauelementen zur Teileinrichtung.
Fig. 10 zeigt schematisch die Schritte des Ladens von oberen
einzelnen Bauelementen, zum Aufbringen von Flußmittel oder Lötpaste auf
die Außenanschlüsse der oberen Bauelemente und des Überführens der obe
ren Bauelemente.
Fig. 11 illustriert den Schritt der Übergabe der oberen Bau
elemente zur Teileinrichtung.
Fig. 12 illustriert den Schritt des Lötens der gestapelten
Bauelemente.
Fig. 13 illustriert den Schritt des Entfernens der gestapel
ten, gelöteten Bauelemente von der Teileinrichtung.
Fig. 14 illustriert den Schritt des Überführens und Entladens
der miteinander verlöteten Bauelemente.
Fig. 15A bis 15C zeigen dreidimensional gestapelte Anordnungen
von Bauelementen.
Einzelne zu stapelnde Bausteine sind in Tabletts 120 und 220
enthalten und werden dann in Tabletteinheiten durch einen Bauelementla
der 100 und durch eine Lade-/Entlade-Einrichtung 200 geladen. Der Bau
elementlader 100 und die Lade-/Entlade-Einrichtung 200 können von glei
cher Konstruktion sein. Jedoch wird der Bauelementlader 100 nur zum Laden
von individuellen zu stapelnden Bauelementen verwendet, während die
Lade-/Entlade-Einrichtung 200 sowohl zum Laden individueller Bauelemente
als auch zum Entladen der fertigen Einrichtungen nach dem Stapeln und
Verlöten verwendet wird.
Eine Überführungseinrichtung 300 überführt individuelle Bau
elemente zu einer Teileinrichtung 400. Die Überführungseinrichtung 300
umfaßt einen Arm 310, der in einer X-Richtung längs einer Schiene 350
geradlinig beweglich ist, einen Schlitten 320, der sich entlang des Arms
310 in Y-Richtung bewegt, und einen Aufnehmer 330, der sich an dem
Schlitten 320 in Z-Richtung auf- und abbewegen kann. Der Aufnehmer 330
ist mit dem Schlitten 320 verbunden und besitzt mehrere Vakuumkissen 340
zum Aufnehmen der Bauelemente. Über eine Vakuumleitung 342 wird Vakuum
an die Vakuumkissen 340 gelegt.
Die Teileinrichtung 400 richtet die zu stapelnden oberen und
unteren individuellen Bauelemente aus und bewirkt, daß sich die entspre
chenden metallischen Zuleitungen der gestapelten Bauelemente direkt kon
taktieren. Die Teileinrichtung 400 umfaßt eine Teilscheibe 420 mit einer
Vielzahl von Führungsfingern 440, einen hin- und hergehenden Ladearm 460
und einen hin- und hergehenden Entladearm 480. Haltefinger 462 des Lade
arms 460 nehmen individuelle zu stapelnde Bauelemente entweder vom Bau
elementlader 100 oder von der Lade-/Entlade-Einrichtung 200 auf und sta
peln die individuellen Bauelemente auf den Führungsfingern 440 der Teil
scheibe 420. Gleichzeitig dienen die Haltefinger 482 des Entladearms 480
zum Entladen der fertigen Einrichtungen von den Führungsfingern 440.
Eine Aufbringeinrichtung 500 dient zum Aufbringen von Löt
flußmittel oder Lötpaste auf die metallischen Zuleitungen der oberen
Bauelemente, bevor sie auf die in den Führungsfingern 440 der Teilschei
be 420 gestapelten Bauelemente gestapelt werden. Die Aufbringeinrichtung
500 umfaßt einen Aufnahmekörper 530, ein Bad 510, in dem geschmolzenes
Flußmittel oder eine geschmolzene Lötpaste enthalten ist, und eine Walze
520, die teilweise in das aufzubringende Material eintaucht und sich mit
konstanter Geschwindigkeit dreht.
Außenleiter der individuellen Bauelemente werden mit einer
Lötlegierung wie etwa einer Zinn-Blei-Legierung in einem Überziehungsvorgang
überzogen, wodurch das Löten unterstützt und einer Korrosion der
Außenleitungen, die aus dem schützenden Bauelementkörper herausragen,
vorgebeugt wird. Wenn eine Bauelementeinrichtung auf einer gedruckten
Leiterkarte montiert wird, ist es üblich, das Verhältnis von Zinn und
Blei in der Lötlegierung so zu wählen, daß es möglichst nahe am eutekti
schen Punkt liegt, der durch 63% Zinn und 37% Blei markiert ist. Wenn
jedoch der Aufbringung des geschmolzenen Flußmittels der geschmolzenen
Lötpaste durch die Aufbringeinrichtung 500 das Löten der gestapelten in
dividuellen Bauelemente zum direkten Verbinden der metallischen Zulei
tungen der Bauelemente vorgenommen wird, wird bevorzugt eine Lötlegie
rung mit 85% Zinn und 15% Blei verwendet. Das Flußmittel beseitigt
Oxid oder eine andere Oberflächenkorrosionsschicht auf der zu verbinden
den Oberfläche und verhindert eine Oxidation der metallischen Zuleitung
selbst bei einer erhöhten Löttemperatur. Das Flußmittel begünstigt auch
ein Benetzen der metallischen Kontakte durch das Lötmittel, so daß sich
flüssiges Lötmittel über die festen Metallkontakte, die miteinander zu
verbinden sind, ausbreiten kann. Flußmittel auf Kolophoniumbasis oder
wasserlösliches Flußmittel kann als Flußmittel verwendet werden.
Andererseits besteht die Lötpaste aus der Lötlegierung und dem
Flußmittel. Wenn das Verhältnis von Zinn in der Lötpaste steigt, werden
höhere Temperaturen für den Lötvorgang erforderlich.
Individuelle Bauelemente werden bezüglich ihrer elektrischen
Funktionen, ihrer Lebensdauer und Zuverlässigkeit getestet und stehen
dann zum Stapeln und Löten in Tabletts 120, 220 zur Verfügung.
Wenn ein Tablett 220 in eine Ladeposition 222 durch die Lade-
Entlade-Einrichtung 200 gebracht wird, überführt eine zweite Überfüh
rungseinrichtung 300b die individuellen Bauelemente, die in dem Tablett
220 enthalten sind, zum Ladearm 460 der Teileinrichtung 400. Vier indi
viduelle Bauelemente werden gleichzeitig durch die zweite Überführungs
einrichtung 300b überführt, die mit vier Vakuumkissen 340 versehen ist.
Die überführten Bauelemente werden in den Haltefingern 462 des Ladearms
460 abgesetzt und dann auf den Führungsfingern 440 montiert. Die einzel
nen auf den Führungsfingern 440 montierten Bauelemente bilden den unte
ren Teil der dreidimensionalen gestapelten Einrichtung und werden daher
als untere individuelle Bauelemente bezeichnet.
Andererseits werden die oberen individuellen Bauelemente der
Tabletts 120 durch den Bauelementlader 100 in Ladeposition 122 gelie
fert. Die Überführungseinrichtung 300a überführt die oberen individuel
len Bauelemente aus der Ladeposition 122 zum Ladearm 460 der Teilein
richtung 400. Während der Überführung der oberen individuellen Bauele
mente werden die metallischen Zuleitungen der Bauelemente mit Flußmittel
oder Lötpaste belegt. Die oberen individuellen Bauelemente, die von den
Vakuumkissen 340 der Überführungseinrichtung 300a aufgenommen und gehal
ten werden, werden mit der Rolle 520 der Aufbringeinrichtung 500 in Kon
takt gebracht, so daß geschmolzenes Flußmittel oder Lötpaste auf die me
tallischen Zuleitungen durch die sich drehende Rolle 520 aufgebracht
wird.
Die oberen individuellen Bauelemente werden dann an den Füh
rungsfingern 440 der Teilscheibe 420 durch den Ladearm 460 montiert. Da
bereits untere individuelle Bauelemente in den Führungsfingern 440 ange
ordnet sind, ist es wichtig, bei der Anordnung bezüglich der Führungs
finger 440 die oberen Bauelemente mit den unteren Bauelementen genau
auszurichten, so daß entsprechende metallische Zuleitungen der oberen
und der unteren individuellen Bauelemente einander genau kontaktieren
können.
Die in den Führungsfingern 440 gestapelten oberen und unteren
Bauelemente gelangen in eine Lötkammer 610 einer Heizeinrichtung 600
durch Drehen der Teilscheibe 420. In der Lötkammer 610 werden die metal
lischen Zuleitungen der gestapelten oberen und unteren Bauelemente er
hitzt und miteinander verlötet.
Die verlöteten gestapelten Bauelemente werden von den Füh
rungsfingern 440 durch den Entladearm 480 entladen und dann zu dem Ta
blett in der Ladeposition 222 in der Lade-/Entlade-Einrichtung 200 durch
die Überführungseinrichtung 300b überführt. Die fertigen Einrichtungen
werden anschließend zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise zum Te
sten, abtransportiert.
Gemäß Fig. 2 umfaßt der Bauelementlader 100 eine Hubeinheit
105 mit einem Träger 106, auf den ein Tablett 120 aus einer Tablettkassette
102 aufgelegt wird, und der über eine Tragstrange 114 mit einem
Trägerzuführblock 112 verbunden ist, der in Richtung A-B beweglich ist.
Der Trägerzuführblock 112 ist mit einem Trägerblock 108 durch Überfüh
rungsstangen 110 derart verbunden, daß der Trägerzuführblock 112 längs
der Führungsstangen 110 geradlinig bewegt werden kann.
Eine Trägerhalterung 118 hält den Träger 106 an zwei gegen
überliegenden Seiten und ist in Richtung C-D längs einer Führungsstange
128 beweglich. Die Trägerhalterung 118 ist an einem Führungsblock 116
befestigt. Wenn die Trägerhalterung 118 in Richtung C angehoben wird,
wird sie durch zwei vertikale Führungsstangen 126, die über den Füh
rungsblock 116 mit dem Trägerblock 108 verbunden sind, getragen.
Wenn das Tablett 120 sich in Ladeposition 122 befindet, trans
portiert der Aufnehmer 330 individuelle Bauelemente 150, die in Ausneh
mungen 121 auf dem Tablett 120 enthalten sind, ab. Wenn der Aufnehmer
330 vier Vakuumkissen 340 aufweist, wie in Fig. 2 dargestellt, werden
vier individuelle Bauelemente gleichzeitig überführt und auf den Ladearm
460 geladen. Wenn alle in dem Tablett 120 enthaltenen Bauelemente über
führt wurden, wird das leere Tablett längs einer Schienenführung 152 in
Richtung E durch ein Förderband 144 transportiert, das durch einen Elek
tromotor 142 antreibbar ist. Das leere Tablett wird am Ende der Schie
nenführung 152 durch eine in Richtung F-G bewegliche Absenkeinrichtung
175 entladen. Diese kann entsprechend der Hubeinheit 105 ausgebildet
sein.
Die Lade-/Entlade-Einrichtung 200 kann einen entsprechenden
Aufbau besitzen.
Die in Fig. 3 dargestellte Teileinrichtung 400 mit der Teil
scheibe 420, auf der die Führungsfinger 440 befestigt sind, und dem La
dearm 460 und dem Entladearm 480 kann mit einer Schiebeeinrichtung 470
zusammenwirken, um das Ausrichten der gestapelten oberen und unteren in
dividuellen Bauelemente in den Führungsfingern 440 zu unterstützen. Wenn
jedoch die Ausrichtung der gestapelten Bauelemente durch Verwendung des
Ladearms 460 und der Führungsfinger 440 hinreichend genau ist, braucht
keine Schiebeeinrichtung 470 verwendet zu werden.
Wenn die individuellen Bauelemente durch die Überführungseinrichtung
300 auf den Ladearm 460 überführt werden, werden sie durch die
Haltefinger 462 festgelegt. Die Haltefinger 462 bestehen aus ersten Fin
gerelementen 462a, die mit einer ersten Halteplatte 464 verbunden sind,
und zweiten Fingerelementen 462b, die mit einer zweiten Halteplatte 466
verbunden sind. Die beiden Halteplatten 464 und 466 sind an einem Block
468 befestigt und vollführen eine geradlinige Bewegung. Der Block 468
ist mit einer Basisplatte 469 gekoppelt, die mit einer Drehachse 467
verbunden ist, die es ermöglicht, den Ladearm 460 geradlinig und rotie
rend zu bewegen.
Zwischen den ersten Fingerelementen 462a und den zweiten Fin
gerelementen 462b befindet sich ein elastisches Element, beispielsweise
eine Feder (nicht dargestellt), die es ermöglicht, den Spalt zwischen
den Fingerelementen 462a und 462b zu öffnen. Zunächst sind zwei Finger
elemente geschlossen und dann, wenn einzelne Bauelemente durch die Über
führungseinrichtung 300 überführt werden, lösen die Halteplatten 464 und
466 die Fingerelemente, so daß diese geöffnet sind und die überführten
individuellen Bauelemente unter der elastischen Vorspannung der Feder
halten. Zum Verhindern von Schrammen oder Beschädigungen der Bauelemente
ist es wünschenswert, dort wo die individuellen Bauelemente die Finger
elemente direkt berühren, ein Polster, etwa aus Silikon, anzubringen.
Auf der Teilscheibe 420 ist die Vielzahl von Führungsfingern
440 befestigt, von denen jeder vier Montageausnehmungen 448 zum Montie
ren der individuellen Bauelemente besitzt. Die Führungsfinger 440 umfas
sen obere Blöcke 442 und untere Blöcke 446. Wenn die oberen und unteren
individuellen Bauelemente auf den Montageausnehmungen 448 durch den La
dearm 460 angeordnet sind, werden die Blöcke 442 und 446 geschlossen, um
die individuellen Bauelemente zu fixieren. Hierbei ist es wichtig, die
individuellen Bauelemente so auszurichten, daß die entsprechenden metal
lischen Zuleitungen der oberen und unteren individuellen Bauelemente
einander korrekt kontaktieren.
Beispielsweise werden vier individuelle Bauelemente, die
gleichzeitig durch den Ladearm 460 zugeführt werden, in Längsrichtung
ausgerichtet, in dem, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Ende der Bauelemen
te 150 in Anlage an die vertikale Innenwand 447 des unteren Blocks 446
gebracht wird, wenn die individuellen Bauelemente 150 in den Montageaus
nehmungen 448 angeordnet werden. Außerdem erfolgt die Höhenausrichtung
durch Aufsetzen der metallischen Zuleitungen 151 der Bauelemente 150 auf
der horizontalen Innenwand 449 des unteren Block 446. Damit die indivi
duellen Bauelemente 150 auch in seitlicher Richtung ausgerichtet werden,
wird ein Ende der Haltefinger 462 des Ladearms 460 mit einem seitlichen
Ende des unteren Blocks 446 ausgerichtet, und dann werden die individu
ellen Bauelemente 150 in den Montageausnehmungen 448 montiert.
Nach Aufrichtung und Stapeln der einzelnen Bauelemente 150
werden die Haltefinger 462 geschlossen und der Ladearm 460 aus den Mon
tageausnehmungen 488 entfernt. Die Schiebeplatte 470 schiebt die oberen
Blöcke 442, damit diese die ausgerichteten und gestapelten Bauelemente
150 stützen.
Die einzelnen Bauelemente 150 können auch direkt durch die
Überführungseinrichtung 300 in die Montageausnehmungen 448 der Führungs
finger 440 von den in den Ladepositionen 122 und 222 befindlichen Ta
bletts transport werden, so lange die exakte Ausrichtung der entspre
chenden metallischen Zuleitungen der einzelnen Bauelemente 150 gewähr
leistet ist.
Gemäß Fig. 5 ist geschmolzenes Flußmittel oder geschmolzene
Lötpaste 540 in dem Bad 510 enthalten, während eine Rolle 520 ein Band
550 mit konstanter Geschwindigkeit zum Aufbringen von geschmolzenem Ma
terial mittels des Bandes 550 dreht. Ein Abstreifer 570 wirkt mit dem
Band 550 zusammen, um die Menge an durch das Band 550 aufgebrachtem Ma
terial einzustellen. Der Trägerkörper 530 ist mit dem Bad 510 verbunden,
so daß die Aufbringeinrichtung 500 in einer vorbestimmten Position, bei
spielsweise zwischen der Ladeposition 122 und dem Ladearm 460, wie in
Fig. 1 gezeigt, befestigt ist.
Wenn die oberen individuellen Bauelemente 150, die an den Va
kuumkissen 340 des Aufnehmers 330 hängen, auf das Band 550 aufgebracht
werden, werden die metallischen Zuleitungen 151 der Bauelemente 150
durch das Gummiband 550 berührt, wodurch geschmolzenes Flußmittel oder
geschmolzene Lötpaste auf den metallischen Zuleitungen 151 aufgebracht
wird. Zu dieser Zeit wird die sich drehende Rolle 520 zeitweilig gestoppt
und beginnt nach dem Aufbringen erneut sich zu drehen.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Aufbringein
richtung 500, die anstelle eines Bandes einen metallischen Mitnehmer 560
aufweist, der im Gegensatz zu einem Band sich nicht im Laufe der Zeit
lockert und damit keine Probleme in Bezug auf die konstante Einstellung
der Menge des aufzubringenden Materials aufwirft oder das aufzubringende
Material sich zwischen Rolle und Band oder entlang der Drehachse der
Rolle einnistet. Da der metallische Mitnehmer 560 einen elliptischen
Querschnitt gemäß Fig. 6 aufweist, bewegt sich der Abstreifer 570 ent
sprechend der Umdrehung des metallischen Mitnehmers, um die Menge an
aufzubringendem Material konstant zu halten.
Bei den Aufbringeinrichtungen 500 der Ausführungsformen der
Fig. 5 und 6 ist es erforderlich, die Geschwindigkeit der Rolle 520 bzw.
des Mitnehmers 560 zu steuern und einen Vorerwärmer vorzusehen, um zu
verhindern, daß geschmolzenes Flußmittel oder Lötpaste im Bad 510 darin
erhärtet.
Die oberen individuellen Bauteile 150, die derart mit ge
schmolzenem Flußmittel oder Lötpaste versehen sind, werden auf die unte
ren individuellen Bauelemente durch die Führungsfinger 440 der Teil
scheibe 420 gestapelt. Die gestapelten oberen und unteren individuellen
Bauelemente werden während des Hindurchführens durch eine Heizeinheit
600 verlötet.
Gemäß Fig. 7 werden die gestapelten individuellen Bauelemente
650, die durch die oberen und unteren Blöcke 442, 446 der Führungsfinger
440 gehalten werden, auf eine Temperatur etwas unterhalb der Löttempera
tur durch eine Heizplatte 620 vorerhitzt. Das Vorerhitzen der gestapel
ten Packungen 650 dient dazu, zu verhindern, daß auf den metallischen
Zuleitungen der oberen individuellen Bauelemente aufgebrachte Flußmit
tel oder Lötpaste härtet, und zum Reduzieren von Beschädigungen, die
durch plötzliches Erwärmen der metallischen Zuleitungen 151 bewirkt wer
den könnten.
Wenn sich die Heizplatte 620 und die Teilscheibe 420 drehen,
gelangen die gestapelten Bauelemente 650, die in den Montageausnehmungen
448 der Führungsfinger 440 enthalten sind, in eine Lötkammer 610. Die
Lötkammer 610 ist ein Raum, der durch ein Gehäuse 612 definiert wird, in
dem ein Heißgas fließt, um die metallischen Zuleitungen der individuel
len Bauelemente zu erhitzen. Hierbei ist die Gestaltung der Lötkammer
610 so zu wählen, daß kein Überhitzen irgendwelcher Verbindungsbereiche,
d. h. kontaktierter metallischer Zuleitungen, auftritt, und eine konstan
te Temperaturverteilung innerhalb der Kammer erzielt wird.
Ein Gas, das durch ein Gaszuführrohr 644 zugeführt wird, pas
siert eine Belüftung 642 über einen Ventilator 640 und trifft dann auf
ein Heizelement 630. Das Heizelement 630 umfaßt eine Metallplatte 632,
die mit einer Vielzahl von Bohrungen 634 versehen ist. Wenn das Gas
durch die Bohrung 634 der Metallplatte 632 strömt, wird das Gas auf eine
bestimmte Temperatur erhitzt. Das heiße Gas gelangt in die Lötkammer 610
und beaufschlagt die metallischen Zuleitungen 151 der gestapelten indi
viduellen Bauteile 650 mit Wärme, so daß die metallischen Zuleitungen
151 die Löttemperatur erreichen und daher die auf die metallischen Zu
leitungen aufgebrachte Lötlegierung geschmolzen und zur Lötverbindung
der entsprechenden metallischen Zuleitungen aufgeschmolzen wird. Um
selbst bei hohen Löttemperaturen eine Oxidation der metallischen Zulei
tungen zu verhindern, ist die Verwendung eines Inertgases, wie Stick
stoff oder Argon, das keinen Sauerstoff enthält, zweckmäßig.
Die Temperatur innerhalb der Lötkammer 610 wird in Abhängig
keit vom Verhältnis der aufgebrachten Zinn-Blei-Legierung kontrolliert.
Wenn der Anteil des Zinns groß wird, steigt der Schmelzpunkt der Zinn-
Blei-Legierung und daher die Löttemperatur an.
Wenn die Temperatur in der Lötkammer 610 auf 360°C gesteuert
und die Teilscheibe 420 derart gedreht wird, daß die gestapelten indivi
duellen Bauelemente 650 in der Lötkammer 610 etwa 100 sec verbleiben,
werden etwa 800 gestapelte Bauelemente in einer Stunde miteinander durch
Löten verbunden. Hierbei wird der Bauelementenkörper der einzelnen ge
stapelten Bauelemente auf eine Temperatur von etwa 250°C erhitzt, wäh
rend die metallischen Zuleitungen auf eine Temperatur von etwa 340°C er
hitzt werden.
Gemäß Fig. 8 werden die einzelnen Bauelemente von dem Tablett
220 in der Tablettkassette 102 in Stufe S1 geladen. Die in Stufe S1 geladenen
einzelnen Bauelemente bilden die unteren Teile von dreidimensio
nalen gestapelten Bauelementen, und die unteren individuellen Bauelemen
te werden in den Ladearm 460 mittels der Überführungseinrichtung 300b in
einer Stufe S2 überführt. Mehrere, beispielsweise vier individuelle Bau
elemente werden gleichzeitig in Stufe S2 überführt.
Die unteren individuellen Bauelemente in dem Ladearm 460 wer
den an die Führungsfinger 440 der Teilscheibe 420 in einer Stufe S3
übergeben, wie in Fig. 9 dargestellt ist. In den Führungsfingern 440
werden die unteren individuellen Bauelemente in beispielsweise durch
vertikale und horizontale Innenwandungen des Bodenblocks 446 bestimmten
Positionen angeordnet.
In Fig. 10 ist das Laden der oberen individuellen Bauelemente,
das Anbringen von geschmolzenem Flußmittel oder Lötpaste auf metallische
Zuleitungen von oberen individuellen Bauelementen und die Überführung
der oberen individuellen Bauelemente in den Ladearm 460 dargestellt. Zu
nächst werden die individuellen Bauelemente aus dem Tablett 120 in der
Tablettkassette 102 in Schritt S4 geladen. Im nachfolgenden Schritt S5
überführt
die Überführungseinrichtung 300a mit dem Aufnehmer 330 vier obere indi
viduelle Bauelemente zur Aufbringeinrichtung 500 zum Aufbringen von ge
schmolzenem Flußmittel oder Lötpaste auf die metallischen Zuleitungen
der oberen individuellen Bauelemente. Letztere werden dann in Schritt S6
auf den Ladearm 460 übergeben.
Die oberen individuellen Bauelemente werden auf die Führungs
finger 440 in Schritt S7 transferiert, wie in Fig. 11 dargestellt ist.
Hierbei werden sie mit den unteren individuellen Bauelementen durch den
Ladearm 460 und die Führungsfinger 440 so ausgerichtet, daß die entspre
chenden metallischen Zuleitungen exakt kontaktiert werden. Wenn die Aus
richtung und das Stapeln der oberen und unteren Bauelemente in den Füh
rungsfingern 440 der Teilscheibe 420 vervollständigt ist, wird in
Schritt S8, wie in Fig. 12 dargestellt, der Lötvorgang durchgeführt.
Durch Drehen der Teilscheibe 420 gelangen die Führungsfinger 440 mit den
Bauelementen bestückt in die Lötkammer 610 der Heizeinheit 600.
Die verlöteten gestapelten Bauelemente werden aus den Führungsfingern
440 durch den Entladearm 480 in Schritt S9 entfernt, wie in
Fig. 13 dargestellt ist.
In Schritt S10 von Fig. 14 werden die gestapelten und verlöte
ten dreidimensionalen Bauelemente von dem Entladearm 480 auf das Tablett
220 mittels des Aufnehmers 330 der Überführungseinrichtung 300b entla
den.
Bei den Bauelementen kann es sich um Bauelemente 20a, 20b, 20c
gemäß Fig. 15A handeln, die mit entsprechenden J-förmigen metallischen
Zuleitungen 22a, 22b, 22c versehen sind.
Die üblichen metallischen Zuleitungen 22a, 22b und 22c können
für das dreidimensionale Stapeln gegebenenfalls modifiziert sein. Dies
kann beispielsweise in der Art geschehen, daß entsprechend Fig. 15B die
oberen Schultern der elektrischen Zuleitungen 32a, 32b, 32c der Bauele
mente 30a, 30b, 30c teilweise freiliegen, so daß sie von darüber befind
lichen elektrischen Zuleitungen entsprechend leicht kontaktierbar sind,
wobei diese Außenanschlüsse weiter einwärts gebogen sein können.
Gemäß Fig. 15C umfaßt jedes gestapelte Bauelement 40a, 40b und
40c vertikale Verbindungen 45, die mit Anschlußabschnitten 48 elektrisch
gekoppelt sind. Die Kopplungsabschnitte 48 sind mit einem Halbleitertyp
44 über Bonddrähte 46 verbunden und liegen teilweise an dem Bauelement
körper frei. Die vertikalen Verbindungen 45 liegen zur Unterseite des
Bauelementes frei, so daß eine Lötverbindung mit Kopplungsleitungen 48
der darunter befindlichen Bauelemente 40b und 40c vorgenommen werden
kann. Hierdurch kann der Anschluß Ausbildungsvorgang für die oberen Pac
kungen 40a und 40b entfallen, und die Verbindungskraft zwischen oberen
und unteren Bauelementen wird verbessert.
Bauelemente gemäß den Fig. 15A bis 15C können mit der in
Fig. 3 dargestellten Vorrichtung automatisch gestapelt und miteinander
verlötet werden.
Claims (12)
1. Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen gestapel
ten elektronischen Bauelementen mit einer Aufnahmeeinrichtung für einen
Stapel von miteinander zu verbindenden Bauelementen und einer Einrich
tung zum Verlöten hiervon, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Bauelementlader (100) für obere, individuelle, zu stapeln de Bauelemente und
eine Lade-/Entlade-Einrichtung (200) zum Laden von unteren, individuellen, zu stapelnden Bauelementen und zum Entladen von zu einem Stapel verlöteten Bauelementen vorgesehen sind,
wobei die Aufnahmeeinrichtung eine Teileinrichtung (400) zum Aufnehmen einer vorbestimmten Anzahl von oberen und unteren individuel len Bauelementen und zum Transportieren hiervon ist, die eine Teilschei be (420) umfaßt, die mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit drehbar ist und eine Vielzahl von Führungsfingern (440) besitzt, die an der Teilscheibe (420) befestigt sind und die vorbestimmte Anzahl von Monta geausnehmungen (448) besitzen, in denen die individuellen Bauelemente montierbar sind,
wobei eine Aufbringeinrichtung (500) zum Aufbringen eines Löt flußmittels oder einer Lötpaste auf metallische Zuleitungen (151) der Vielzahl von oberen individuellen Bauelemente,
eine erste Überführungseinrichtung (300a) zum Überführen der unteren individuellen, von dem Bauelementlader (100) geladenen Bauele mente auf die Teileinrichtung (400),
eine zweite Überführungseinrichtung (300b) zum Überführen der oberen individuellen, von der Lade-/Entlade-Einrichtung (200) geladenen Bauelemente zuerst auf die Aufbringeinrichtung (500) und dann auf die Teileinrichtung (400) vorgesehen sind,
und die Einrichtung zum Verlöten eine Heizeinrichtung (600) zum Erhitzen der gestapelten oberen und unteren, durch die Teileinrich tung (400) transportierten Bauelemente zum Verlöten hiervon umfaßt.
ein Bauelementlader (100) für obere, individuelle, zu stapeln de Bauelemente und
eine Lade-/Entlade-Einrichtung (200) zum Laden von unteren, individuellen, zu stapelnden Bauelementen und zum Entladen von zu einem Stapel verlöteten Bauelementen vorgesehen sind,
wobei die Aufnahmeeinrichtung eine Teileinrichtung (400) zum Aufnehmen einer vorbestimmten Anzahl von oberen und unteren individuel len Bauelementen und zum Transportieren hiervon ist, die eine Teilschei be (420) umfaßt, die mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit drehbar ist und eine Vielzahl von Führungsfingern (440) besitzt, die an der Teilscheibe (420) befestigt sind und die vorbestimmte Anzahl von Monta geausnehmungen (448) besitzen, in denen die individuellen Bauelemente montierbar sind,
wobei eine Aufbringeinrichtung (500) zum Aufbringen eines Löt flußmittels oder einer Lötpaste auf metallische Zuleitungen (151) der Vielzahl von oberen individuellen Bauelemente,
eine erste Überführungseinrichtung (300a) zum Überführen der unteren individuellen, von dem Bauelementlader (100) geladenen Bauele mente auf die Teileinrichtung (400),
eine zweite Überführungseinrichtung (300b) zum Überführen der oberen individuellen, von der Lade-/Entlade-Einrichtung (200) geladenen Bauelemente zuerst auf die Aufbringeinrichtung (500) und dann auf die Teileinrichtung (400) vorgesehen sind,
und die Einrichtung zum Verlöten eine Heizeinrichtung (600) zum Erhitzen der gestapelten oberen und unteren, durch die Teileinrich tung (400) transportierten Bauelemente zum Verlöten hiervon umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Ladearm (460) zum Anordnen von oberen individuellen Bauelementen auf
den unteren, von den Führungsfingern (440) aufgenommenen Bauelementen
vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Entladearm (480) zum Entfernen von gestapelten, verlöteten Bau
elementen von den Führungsfingern (440) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lade- und/oder Entladearm (460, 480) sowohl geradlinig als auch
drehbeweglich und mit Haltefingern (462, 482) für einzelne Bauelemente bzw.
gestapelte Bauelemente versehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Haltefinger (462) elastisch miteinander verbundene Fingerelemente
(462a, 462b) aufweisen, die an den Kontaktstellen für die Bauelemente
mit Kissen versehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Führungsfinger (440) obere und untere, die Monta
geausnehmungen (448) definierende Blöcke (442, 446) aufweisen, wobei der
untere Block (442) eine vertikale Innenwand (447) zur Anlage für die
Bauelemente und eine horizontale Innenwand (446) zur Auflage der metal
lischen Zuleitungen der Bauelemente aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Schiebevorrichtung (470) zum Zurechtschieben des oberen Blocks (442) nach
Aufnahme aller Bauelemente eines Stapels in der Montageausnehmung (448)
vorgesehen ist, so daß sich die metallischen Anschlüsse der Bauelemente
korrekt kontaktieren.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Aufbringeinrichtung (500) ein Bad (540) sowie ein
rotierendes Band (550) oder einen rotierenden metallischen Mitnehmer
(560) und ferner einen Abstreifer (570) umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
das Band (550) bzw. der rotierende metallische Mitnehmer (560) zeitwei
lig stoppbar ist, wenn die metallischen Anschlüsse der oberen Bauelemen
te mit Lötflußmittel bzw. Lötpaste versehen werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich
net, daß ein Vorerwärmer für das Bad (540) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Überführungseinrichtungen (300a, 300b) mit Vakuum
kissen (340) zum Aufnehmen und Halten von Bauelementen versehen sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Bauelementlader (100) und/oder die Lade-/Entlade-
Einrichtung (200) einen Träger (106) für ein Tablett (120, 220) für Bau
elemente und eine Hubeinheit (105) zur Übergabe des Trägers (106) an die
Überführungseinrichtung (300a, 300b) umfaßt.
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