DE3511723C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Füllen von Durchgangslöchern in einem Werkstück mit einer hochvis­ kosen Substanz, insbesondere zum Füllen bzw. Kontaktie­ ren von Durchgangslöchern in einem Keramikplättchen-Roh­ ling eines integrierten Schaltungsbauteils mit einer elektrisch leitfähigen hochviskosen Substanz; mit einem an einem Ende offenen Hohlkörper, der an diesem Ende mit einer Lochmaske abgedeckt ist, deren Löcher entsprechend der Anordnung der Durchgangslöcher im Werkstück angeord­ net sind; und mit einer Einrichtung in dem Hohlkörper zum Herauspressen der hochviskosen Substanz durch die Löcher der Lochmaske.

Die Gehäuse integrierter Schaltungsbauteile bestehen üblicherweise aus mehreren lamellierten, flachen Kera­ mikschichten. Üblicherweise sind diese Keramikschichten rechteckförmig ausgebildet, wobei die Bodenschicht ge­ schlossen ist, während die oberen Schichten in der Mitte eine Aussparung aufweisen. In diese Aussparung der obe­ ren Schichten wird ein integriertes Schaltungsplättchen eingesetzt und an der Bodenschicht befestigt. Anschluß­ drähte bilden elektrische Verbindungen zwischen Signal­ anschlüssen auf dem Schaltkreisplättchen und mehreren Leitungen auf der Oberfläche einer inneren Keramik­ schicht im Bereich der Aussparung. Auf diese Leitungen gegebene Signale werden zu der oberen Keramikschicht über mit leitendem Material gefüllte Durchgangslöcher in den inneren und oberen Keramikschichten zu der oberen Keramikschicht geleitet. Weitere Leitungen auf der obe­ ren Keramikschicht verbinden die mit leitfähigem Material gefüllten Durchgangslöcher mit festen Anschluß­ fahnen am Gehäuse des integrierten Schaltungsbauteils, um dieses z. B. auf einer gedruckten Schaltungsplatine zu befestigen und anzuschließen.

Bei der Herstellung solcher integrierter Schaltungsbau­ teile werden die gewünschten Durchgangslöcher in einem entsprechenden Muster in einem Keramikplättchen-Rohling angebracht. Anschließend werden diese Durchgangslöcher mit einer leitfähigen Tinte oder Paste gefüllt, und da­ nach wird das gewünschte Leitungsmuster auf der Oberflä­ che des Keramikplättchen-Rohlings maskiert. Die verschie­ denen Keramikplättchen-Rohlinge werden zur Bildung des Gehäuses aufeinander gestapelt und unter großem Druck zusammengedrückt. Dann wird der zusammengesetzte, lamel­ lierte Aufbau gehärtet, indem er einer Hochtemperaturbe­ handlung unterworfen wird.

Bei einem bekannten ersten Verfahren wurde der Keramik­ plättchen-Rohling auf einen Tisch gelegt, mit einer Durchgangslochmaske, die mit den Durchgangslöchern des Plättchens übereinstimmende Durchgangslöcher aufweist, überdeckt, ein Klecks leitfähiger Tinte auf die Durch­ gangslochmaske gegeben und anschließend eine Rakel über das Ganze geführt, um die Tinte manuell durch die Durch­ gangslochmaske in die Durchgangslöcher des Keramikplätt­ chens zu pressen. Die auf diese Weise hergestellte Fül­ lung der Durchgangslöcher ist jedoch fehlerbehaftet, da die Füllung nicht hermetisch erfolgt und außerdem ver­ größerte, elliptisch geformte Deckflächen entstehen, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind. Aus der DD-PS 1 12 576 geht ein ähnliches Verfahren für andere Zwecke hervor, bei der jedoch keine Lochmaske verwendet wird.

Ein zweites, bekanntes Verfahren zum Füllen von Durch­ gangslöchern in einem Werkstück mit einer hochviskosen Substanz arbeitet mit einem an einem Ende offenen Hohl­ körper, der an diesem Ende mit einer Lochmaske abgedeckt ist, deren Löcher mit den Durchgangslöchern in dem Werk­ stück übereinstimmen. In den Hohlkörper wird nun ein Kolben eingeführt, mit dem die hochviskose Substanz durch die Löcher der Lochmaske in die Durchgangslöcher des Werkstücks gepreßt wird. Bei diesem Verfahren treten jedoch ebenfalls Fehler auf, da die Durchgangslöcher nicht hermetisch gefüllt sind und außerdem vergrößerte Deckflächen entstehen, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Ein ähnliches Verfahren ist auch in der US-PS 40 43 683 beschrieben.

Schließlich ist aus der US-PS 32 26 255 eine Siebdruck­ einrichtung zum Bedrucken von Halbleiter-Wafern bekannt, wobei das Halbleitermaterial einschließlich Masken und einem mit einem Wachsfilm beschichteten Filterpapier zwischen zwei Werkzeugteilen zusammengepreßt werden. Ein Füllen von Durchgangslöchern findet jedoch nicht statt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Füllen von Durchgangslöchern in einem Werkstück mit einer hochviskosen Substanz vorzu­ schlagen, die sicherstellt, daß die Durchgangslöcher hermetisch und vollständig gefüllt werden und sich dabei gleichzeitig auch keine vergrößerten Deckflächen erge­ ben.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit einem an einem Ende offenen Hohlkör­ per, der an diesem Ende mit einer Lochmaske abgedeckt ist, und mit einer Einrichtung in dem Hohlkörper zum Herauspressen der hochviskosen Substanz durch die Löcher der Lochmaske dadurch gelöst, daß in dem Hohlkörper eine Membran angeordnet ist, deren Vorderfläche mit der Loch­ maske einen ersten Hohlraum zur Aufnahme der hochvisko­ sen Substanz und deren Rückfläche im Hohlkörper einen zweiten Hohlraum bildet, daß der Hohlkörper eine Einlaß­ öffnung zum Einbringen eines Druckmediums in den zweiten Hohlraum gegen die Rückfläche der Membran zum Auspressen der hochviskosen Substanz durch die Löcher der Lochmaske aufweist; daß der Hohlkörper mit der Lochmaske und Halterung mit dem Werkstück fest aufeinander gepreßt werden, bevor das Druckmedium in den zweiten Hohlraum eingebracht wird; und daß die Membran elastisch ist und durch die hochviskose Substanz so gestreckt wird, daß die hochviskose Substanz nicht aus den Löchern der Loch­ maske durch einen vorübergehenden Druckabfall in dem zweiten Hohlraum abgesaugt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles soll der der Erfindung zugrunde liegende Ge­ danke näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspek­ tivische Ansicht der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Linie 2-2 in einem Maßstab;

Fig. 3 einen erheblich vergrößerten Querschnitt eines Teils des Maskierungsteils und Werk­ stücks gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Durchgangsloch bzw. einen Querschnitt durch ein Durch­ gangsloch, das mittels der Vorrichtung in den Fig. 1 bis 3 gefüllt wurde und

Fig. 5 und 6 Draufsichten bzw. Querschnitte durch Durchgangslöcher, die mittels bekannter Verfahren gefüllt wurden.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 dient dazu, mehrere Durchgangslöcher 12 in einem Keramikplättchen-Rohling 11 mit spielsweise einer Wolfram-Paste, zu füllen, die eine hohe Viskosität wie vergleichsweise Teig oder Kitt auf­ weist.

Die Durchgangslöcher 12 weisen einen Durchmesser von ca. 0,25 bis 0,4 mm auf, können aber auch im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm liegen. Die Dicke des Plättchens 11 beträgt weniger als das Doppelte des Lochdurchmessers. Die Löcher sind in einem Muster angeordnet, das mehr­ fach wiederholt auf dem Plättchen 11 vorgesehen ist, wie dies durch die Linien 13 angedeutet ist. Nachdem die Löcher mit der leitfähigen Tinte gefüllt wurden, wird das Plättchen 11 aus der Vorrichtung genommen und zu einem fertigen integrierten Schaltungsbauteil weiter­ bearbeitet, wie dies in der Beschreibungseinleitung er läutert wurde.

Die Vorrichtung 10 enthält ein Basisteil bzw. Halterung 20 mit einer flachen Oberfläche 21 zur Aufnahme des Plättchens 11. Aus der Oberfläche 21 ragen senkrecht vier Ausrich­ tungsstifte 22a bis 22d, die in entsprechende Ausrichtboh­ rungen 14a bis 14d im Plättchen 11 eingreifen und da­ durch das Plättchen 11 genau auf der Oberfläche 21 posi­ tionieren.

Darüber hinaus enthält die Vorrichtung 10 einen beweglichen Hohlkörper 30, der eine offene Fläche 31 aufweist, die parallel zur Oberfläche 21 verläuft und groß genug ist, sämtliche Durchgangslöcher 12 im Plättchen 11 zu um­ geben. Eine Lochmaske 32 und eine Membran 33 liegen über der Öffnung der Fläche 31, wie dies detailliert der Fig. 2 zu entnehmen ist.

Fig. 2 zeigt, wie die Lochmaske 32 über der Fläche 31 des Hohlkörpers 30 befestigt ist und mehrere Durch­ gangslöcher 34 aufweist, die auf der Fläche 31 in Über­ einstimmung mit den Durchgangslöchern 12 des Plättchens 11 angeordnet sind. Die Membran 33 liegt ebenfalls über der Fläche 31, ist jedoch in der Öffnung der Fläche 31 hinter der Lochmaske 32 angeordnet. Demzufolge bildet die Vorderfläche der Membran 33 mit der Lochmaske 32 einen ersten Hohlraum 35, während die Rück­ fläche der Membran 33 mit dem Hohlkörper 30 einen zweiten Hohlraum 36 bildet. Zur Fixierung der Lage der Membran 33 und der Lochmaske 32 dienen mehrere Schrauben 37.

Im Betrieb wird die leitfähige Tinte in den ersten Hohlraum 35 durch Abschrauben der Lochmaske 32 plaziert. Danach wird das Plättchen 11 auf der Ober­ fläche des Basisteils 20 angeordnet, so daß die Aus­ richtbohrungen 14a-14d über den Ausrichtungsstiften 22a bis 22d stehen. Anschließend wird der Hohlkörper 30 so bewegt, daß die Lochmaske 32 gegen das Basisteil 20 mit dem dazwischen liegenden Plättchen 11 drückt. Die Teile 20 und 30 werden mit einer Kraft von einer bis fünf Tonnen zusammengepreßt. In den Teilen 32, 33 und 30 vorgesehene Ausrichtbohrungen 38 dienen zur Aufnahme der Ausrichtungsstifte 22a bis 22d, so daß die Durchgangs­ löcher 34 und 12 aufeinander ausgerichtet werden.

Der Hohlkörper 30 weist zusätzlich eine Eintrittsöffnung 39 auf, die zum zweiten Hohlraum 36 führt. Nachdem das Plättchen 11 in der oben beschriebenen Weise zwischen das Hohlteil und das Basisteil gelegt wurde, wird ein Medium, wie beispielsweise Luft, unter Druck durch die Eintrittsöffnung in den zweiten Hohlraum 36 geleitet. Diese Druckluft oder Druckflüssigkeit drückt einen Teil der in dem ersten Hohlraum befindlichen leitfähigen Tinte durch die Durchgangslöcher 34 in der Lochmaske 32 in die mit diesen Durchgangslöchern 34 ausge­ richteten Durchgangslöcher 12 des Plättchens 11. Vor­ zugsweise wird ein Luftdruck von etwa 1,7 bis 2,4 bar (25 bis 35 psi) für zwei bis vier Sekunden durch die Eintrittsöffnung 39 in den zweiten Hohlraum 36 geleitet und daran anschließend auf Atmosphärendruck reduziert.

Vorzugsweise sind die Durchgangslöcher 34 der Lochmaske 32 mit einer kleinen, formbaren Masse um­ geben, die eine zusätzliche Dichtung zu den Durchgangslöchern des Plättchens 11 bildet, wenn die Lochmaske 32 und das Plättchen zusammengepreßt werden. Diese kleine, formbare Masse ist in Fig. 3 durch die Bezugsziffer 34a angedeutet. In einem aktuellen Ausführungsbeispiel ist die Masse 34a 0,04 mm hoch die Lochmaske 32 1,5 mm dick und das Plättchen 0,5 mm dick.

Die Dichtungsmasse 34a kann in geeigneter Weise dadurch gebildet werden, daß die Lochmaske 32 aus einem weichen Stahl wie beispielsweise kaltgewalzten Stahl oder Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil hergestellt wird und die Durchgangslöcher 34 nach außen gerichtet in Richtung der Oberfläche, die dem Plättchen 11 gegenüber­ steht, gebohrt werden.

Der Bohrvorgang erzeugt kleine Ränder um jedes Durch­ gangsloch 34, die anschließend geglättet und auf die ge­ wünschte Höhe reduziert werden können, indem sie bei­ spielsweise mittels eines flachen Schleifsteines, wie er zum Schleifen von Messern verwendet, bearbeitet werden.

Die Membran 33 wird vorzugsweise aus einem elastischen Material wie beispielsweise 0,4 mm dickem Gummi herge­ stellt und über die offene Fläche des Hohlkörpers 30 gelegt. Bei diesem Aufbau befindet sich jede Menge leitfähiger Tinte, die in den Hohlraum 35 eingebracht wird, stets unter Luftabschluß, wobei die Dichtung durch die ela­ stische Membran 33, die Lochmaske 32 und die in den Löchern 34 der Maske 32 befindliche Tinte hergestellt wird. Dadurch wird keine Tinte aus einem der Durchgangs­ löcher 34 in der Lochmaske 32 infolge eines Druckabfalls herausgesaugt, der in dem Hohlraum 36 auftritt, nachdem die Tinte in die Löcher 12 des Plättchens 11 gedrückt wurde. Würde nämlich aus den Durchgangslöchern 34 herausgesaugt und Luft eingesaugt werden, würde die Luft ein Antrocknen und Hartwerden der Tinte an den Seitenwänden der Durchgangslöcher bewirken, was wiederum zu Reduzierung der Durchmesser der Durchgangs­ löcher und zu einem Verstopfen führen würde. Bei der An­ wendung der oben beschriebenen Vorrichtung 10 zum Füllen der Durchgangslöcher 12 in dem Plättchen 11 werden aus­ gezeichnete Ergebnisse erzielt. Fig. 4 zeigt ein Durch­ gangsloch 12, das mittels der Vorrichtung 10 gefüllt wurde und einen Querschnitt 50 aufweist, der frei von mikro­ skopischen Rissen ist, was wiederum bedeutet, daß das Loch hermetisch gefüllt ist. Darüber hinaus ist die Deckfläche des Loches von einem Ring 51 leitfähiger Tinte umgeben, der sehr eng an der Öffnung des Loches anliegt, d. h. weniger als 0,02 mm breit ist.

Zum Vergleich zeigt Fig. 5 ein Durchgangsloch, das nach dem eingangs beschriebenen bekannten ersten Verfahren gefüllt wurde. Dieses Durchgangsloch weist zahlreiche Haarrisse 52 in seinem Querschnitt auf, die parallel zu der Achse des Durchgangsloches verlaufen. Die obere Deckfläche des Loches ist von einer großen Ellipse 53 leitfähiger Tinte umgeben. Bei einem Loch mit einem Durchmesser von 0,25 mm ist die große Achse der Ellipse 53 etwa 0,45 mm lang, während die kleine Achse der Ellipse 53 etwa 0,33 mm lang ist.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Durchgangsloch, das nach der in der Beschreibungseinleitung beschriebenen, bekannten zweiten Verfahren gefüllt wurde. Dieses gefüllt Durchgangsloch weist ebenfalls zahlreiche Haarrisse 54 auf, die parallel zur Achse des Durchgangsloches ver­ laufen. Die obere Deckfläche ist von einem relativ großen Rand 55 aus leitfähiger Tinte umgeben. Bei einem 0,25 mm Durchmesser aufweisenden Loch weist der Rand 55 einen Durchmesser von etwa 0,4 mm auf.

Das mit den Haarrissen 52 und 54 in den gefüllten Durch­ gangslöchern gemäß den Fig. 5 und 6 zusammenhängende Problem besteht darin, daß sie Verunreinigungen auf­ fangen, die nach einer gewissen Zeitspanne Korrosionen verursachen. Dadurch wird die elektrische Leitfähigkeit der gefüllten Durchgangslöcher mit der Zeit verschlech­ tert. Das mit den Ausdehnungen 53 und 55 der Tinte über die Deckfläche des Loches gemäß den Fig. 5 und 6 zu­ sammenhängende Problem besteht darin, daß sie den mini­ malen Abstand begrenzen, in dem die Löcher voneinander entfernt angeordnet werden können, ohne daß sie einan­ der kurzschließen. Darüber hinaus begrenzen sie den minimalen Abstand mit dem ein Leiter an dem Loch vorbei­ geführt werden kann, ohne daß es zum Kurzschluß kommt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Füllen von Durchgangslöchern in einem Werkstück mit einer hochviskosen Substanz, insbe­ sondere zum Füllen bzw. Kontaktieren von Durchgangslö­ chern in einem Keramikplättchen-Rohling eines integrier­ ten Schaltungsbauteils mit einer elektrisch leitfähigen, hochviskosen Substanz;
mit einem an einem Ende offenen Hohlkörper, der an die­ sem Ende mit einer Lochmaske abgedeckt ist, deren Löcher entsprechend der Anordnung der Durchgangslöcher im Werk­ stück angeordnet sind; und mit einer Einrichtung in dem Hohlkörper zum Herauspres­ sen der hochviskosen Substanz durch die Löcher der Loch­ maske;
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Hohlkörper (30) eine Membran (33) angeordnet ist, deren Vorderfläche mit der Lochmaske (32) einen ersten Hohlraum (35) zur Aufnahme der hochviskosen Sub­ stanz und deren Rückfläche im Hohlkörper (30) einen zweiten Hohlraum (36) bildet;
daß der Hohlkörper (30) eine Einlaßöffnung (39) zum Ein­ bringen eines Druckmediums in den zweiten Hohlraum (36) gegen die Rückfläche der Membran (33) zum Auspressen der hochviskosen Substanz durch die Löcher (34) der Lochmas­ ke (32) aufweist;
daß der Hohlkörper (30) mit der Lochmaske (32) und eine Halterung (20) mit dem Werkstück (11) fest aufeinander gepreßt werden, bevor das Druckmedium in den zweiten Hohlraum (36) eingebracht wird; und
daß die Membran (33) elastisch ist und durch die hoch­ viskose Substanz so gestreckt wird, daß die hochviskose Substanz nicht aus den Löchern (34) der Lochmaske (32) durch einen vorübergehenden Druckabfall in dem zweiten Hohlraum (36) abgesaugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (34) der Lochmas­ ke (32) mit einer kleinen, nachgiebigen Masse umgeben sind, die eine zusätzliche Dichtung mit den Durchgangs­ löchern (12) des Werkstückes (11) bildet, wenn der Hohl­ körper (30) mit der Lochmaske (32) und die Halterung (20) mit dem Werkstück (11) zusammengepreßt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Ausrichtmittel (22a, 22d; 38; 14a, 14d) zur Halterung des Werkstückes (11) in ausgerichte­ ter Position gegenüber der Lochmaske (32) des Hohlkör­ pers (30).

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochmaske (32) abnehmbar an dem Hohlkörper (30) befestigt ist und der Hohlkörper (30) so ausgestaltet ist, daß er in bezug auf unter­ schiedliche Lochmuster andere Lochmasken (32) aufnehmen kann.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangslöcher (12) des Werkstückes (11) bzw. die Löcher (34) der Lochmaske (32) einen Durchmesser von 0,127 bis 0,635 mm aufweisen.