DE102004019161A1 - Method and device for applying multi-component application compounds - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen von mehrkomponentigen Auftragsmassen, insbesondere Zweikomponentenkleber und/oder mehrkomponentige Vergussmassen, auf ein Substrat (2) eines Halbleiter-Moduls (1).
Erfindungsgemäß werden hierbei auf das Substrat (2) aus mindestens zwei Mikro-Dosierventilen (6, 9) einer Auftragsvorrichtung (5, 20) verschiedene Komponenten (12, 14) der Auftragsmasse (4) auf einen Dosierbereich (13) aufgetragen. Dies kann durch sequentielles Auftragen z. B. parallel ausgerichteter Mikro-Dosierventile (6, 9) oder gleichzeitiges Auftragen aus unter einem Winkel zueinander angeordneten Mikro-Dosierventilen (6, 9) erfolgen.
Es können auch mehrere Schichten der beiden Komponenten (12, 14) alternierend aufgetragen werden.The invention relates to a method and a device for applying multicomponent application compounds, in particular two-component adhesives and / or multicomponent casting compounds, to a substrate (2) of a semiconductor module (1).
According to the invention, various components (12, 14) of the application composition (4) are applied to a dosing region (13) on the substrate (2) comprising at least two micro-dosing valves (6, 9) of an application device (5, 20). This can be done by sequential application z. B. parallel aligned micro-metering valves (6, 9) or simultaneous application from one another at an angle arranged micro-metering valves (6, 9).
It is also possible to apply several layers of the two components (12, 14) alternately.

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen von mehrkomponentigen Auftragmassen auf ein Substrat eines Halbleiter-Moduls. Derartige mehrkomponentige Auftragmassen können insbesondere Zweikomponentenkleber und weiterhin auch mehrkomponentige Vergussmassen, z.B. ein zweikomponentiges Silikongel, sein.The The invention relates to a method and a device for applying of multi-component coating compositions on a substrate of a semiconductor module. such multi-component application compounds can in particular two-component adhesives and also multicomponent adhesives Potting compounds, e.g. a two-component silicone gel.

Bei der Verarbeitung von Zweikomponentenklebern werden die beiden Komponenten im Allgemeinen bei der Zuführung zu der Düse der Auftragvorrichtung gemischt. Hierdurch ergibt sich eine maximal zulässige Verweildauer des gemischten Klebers in der Düse. Kleber für elektronische Bauelemente werden hierbei in Hinsicht auf ihre Haftfestigkeit und weiterhin, insbesondere bei der Verarbeitung von Leistungshalbleitern, auf ihre thermische Leitfähigkeit hin optimiert.at the processing of two-component adhesives become the two components generally at the feeder to the nozzle the applicator mixed. This results in a maximum allowed Dwell time of the mixed adhesive in the nozzle. Glue for electronic Components are here in terms of their adhesion and continue, in particular in the processing of power semiconductors, on their thermal conductivity optimized.

Zur Auftragung werden dementsprechend Düsen verwendet, in denen ein Flüssigkeitsstrahl mit hinreichender Schnelligkeit aufgetragen werden kann. Hierbei können nicht allzu feine Düsen verwendet werden, da eine feine Düse, d.h. Düse mit geringem Innendurchmesser, durch die sich vermischenden Komponenten verstopfen könnte.to Accordingly, nozzles are used in which a liquid jet can be applied with sufficient speed. in this connection can not too fine jets be used because a fine nozzle, i. Small inner diameter nozzle, could clog up by the mixing components.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weisen demgegenüber insbesondere den Vorteil auf, dass eine feine Dosierung und genaue Positionierung einer mehrkomponentigen Auftragmasse auf dem Substrat des Moduls möglich ist. Hierbei können insbesondere genau positionierte und dimensionierte, dünn beschichtete Klebepunkte aufgebracht werden.The inventive method and the device according to the invention show in contrast in particular the advantage that a fine dosage and accurate Positioning of a multi-component application compound on the substrate of the module possible is. Here you can especially accurately positioned and dimensioned, thin coated Adhesive dots are applied.

Weiterhin können zusätzlich zu den Klebepunkten z.B. Zwischenräume zwischen den Klebepunkten mit einer geeigneten Wärmeleitmasse gefüllt werden, so dass eine verbesserte Ableitung der Verlustleistung der verklebten Baugruppen möglich ist. Hierbei kann z.B. das Mikro-Dosierventil zum Auftragen der Wärmeleitmasse in anderem Abstand zum Substrat angeordnet werden und somit anders fokussieren. Auch zur Passivierung vorgesehene Auftragmassen, wie z.B. mehrkomponentige Silikongele, können genau dosiert und dünnschichtig und somit materialsparend aufgetragen werden.Farther can additionally to the sticking points e.g. Spaces between the glue dots with a suitable thermal compound to be filled so that improved dissipation of the power dissipation of the glued Modules possible is. Here, e.g. the micro dosing valve for applying the thermal compound be arranged at a different distance to the substrate and thus different focus. Also for passivation envisaged order quantities, such as e.g. multi-component silicone gels, can be precisely dosed and thin-layered and thus be used to save material.

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen von Auftragmassen auf ein Substrat geschaffen; als Substrat kann hierbei z.B. ein Gehäuse, eine Leiterplatte oder ein Keramik-Substrat dienen, es kann bei der Herstellung von Chip-Stapeln z.B. der Flip-Chip-Technologie oder Stack-Chip-Technologie jedoch z.B. auch ein Chip als Substrat dienen. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Moduls geschaffen, bei dem zunächst Klebepunkte mittels des erfindungsgemäßen Auftragsverfahrens aufgebracht werden und auf den Klebepunkten nachfolgend Bauelemente befestigt werden. Hierbei können Module mit genauer Positionierung und definierter Schichtdicke des Klebers erzeugt werden.According to the invention a method and apparatus for applying application compounds created a substrate; as a substrate, e.g. a housing, a PCB or a ceramic substrate, it can in the production of chip stacks e.g. the flip chip technology or stack chip technology however, e.g. also serve as a substrate for a chip. Furthermore, a A method of making a module is provided in which first adhesive dots by means of the application method according to the invention be applied and subsequent to the adhesive dots components be attached. Here you can Modules with exact positioning and defined layer thickness of the Glue be generated.

Die Auftragung der mehreren Komponenten der Auftragmasse kann auch alternierend mehrschichtig erfolgen, wobei auf einer ersten Schicht der ersten Komponente eine erste Schicht der zweiten Komponente aufgetragen wird, nachfolgend eine zweite Schicht der ersten Komponente, nachfolgend eine zweite Schicht der zweiten Komponente. Hierbei können zwei oder auch mehr Schichtfolgen aufgetragen werden, wodurch eine gute Durchmischung der Komponenten erreicht wird.The Application of the multiple components of the application compound can also be alternating multilayered, wherein on a first layer of the first Component applied a first layer of the second component hereinafter, a second layer of the first component, hereinafter a second layer of the second component. Here, two or more layer sequences be applied, resulting in a good mixing of the components is reached.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings on some embodiments explained. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit sequentieller Auftragung der Komponenten; 1 a perspective view of a device according to the invention with sequential application of the components;

2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unabhängiger Auftragung der Komponenten. 2 a perspective view of another device according to the invention with independent application of the components.

Ein Modul 1 weist ein Substrat 2, z.B. eine Leiterplatte, und auf dem Substrat 2 befestigte Bauelemente 3 auf. Zumindest ein Teil der Bauelemente 3 wird hierbei auf dem Substrat mittels Klebepunkten 4 aus einem zweikomponentigen Kleber befestigt, die gemäß der Ausführungsform der 1 von einer Auftragvorrichtung 5 aufgetragen werden. Als zweikomponentiger Kleber für die Klebepunkte 4 kann z.B. ein Silikonklebstoff verwendet werden.A module 1 has a substrate 2 , eg a circuit board, and on the substrate 2 fixed components 3 on. At least part of the components 3 is hereby on the substrate by means of adhesive dots 4 attached from a two-component adhesive, according to the embodiment of the 1 from an applicator 5 be applied. As a two-component adhesive for the adhesive dots 4 For example, a silicone adhesive can be used.

Die Auftragvorrichtung 5 der 1 weist ein erstes Mikro-Dosierventil 6 mit einer entlang einer ersten Achse A ausgerichteten ersten Düse 7 sowie ein zweites Mikro-Dosierventil 9 mit einer entlang einer zweiten Achse B ausgerichteten zweiten Düse 10 auf. Die Achsen A und B sind parallel zueinander ausgerichtet, wobei die Mikro-Dosierventile 6 und 9 und über ein Koppelstück 11 starr miteinander gekoppelt sind. Die Mikro-Dosierventile weisen hierbei z.B. Piezo-Elemente oder elektromechanische Elemente auf, die einzelne Tröpfchen ausstoßen können.The applicator device 5 of the 1 has a first micro-metering valve 6 with a first nozzle aligned along a first axis A. 7 and a second micro-metering valve 9 with a second nozzle aligned along a second axis B. 10 on. The axes A and B are aligned parallel to each other, with the micro dosing valves 6 and 9 and over a coupling piece 11 are rigidly coupled together. In this case, the micro metering valves have, for example, piezo elements or electromechanical elements which can eject individual droplets.

Zum Auftragen der mehrkomponentigen Klebepunkte 4 auf das Substrat 2 wird zunächst von dem ersten Mikro-Dosierventil 6 eine erste Kleberkomponente 12 entlang der ersten Achse A auf einen den erfindungsgemäßen Dosierbereich darstellenden Klebebereich 13 des Substrates 2 aufgetragen; nachfolgend wird die Auftragvorrichtung 5 derartig verstellt, dass das zweite Mikro-Dosierventil 9 auf die vorherige Position des ersten Mikro-Dosierventils 6 verstellt wird, d.h. die zweite Achse B in die vorherige Position und Ausrichtung der ersten Achse A gelangt und entlang dieser gleichen Achse eine zweite Kleberkomponente 14 auf den gleichen Klebebereich 13 des Substra tes 2 aufträgt, wodurch die Kleberkomponenten 12 und 14 gemischt werden zu dem Klebepunkt 4. Eine gute Durchmischung der Kleberkomponenten 12 und 14 wird bereits durch das Auftreffen der jeweiligen Flüssigkeitströpfchen erreicht.For applying the multi-component adhesive dots 4 on the substrate 2 is first of the first micro dosing valve 6 a first adhesive component 12 along the first axis A to an adhesive region representing the metering region according to the invention 13 of the substrate 2 applied; below is the applicator 5 adjusted so that the second micro-metering valve 9 to the previous position of the first micro-metering valve 6 is adjusted, that is, the second axis B comes in the previous position and orientation of the first axis A and along this same axis a second adhesive component 14 on the same gluing area 13 of the subtest 2 which deposits the adhesive components 12 and 14 be mixed to the glue point 4 , A good mixing of the adhesive components 12 and 14 is already achieved by the impact of the respective liquid droplets.

Bei der Ausführungsform der 2 mit der Auftragvorrichtung 20 können die Kleberkomponenten 12 und 14 unabhängig voneinander auf den Klebebereich 13 des Substrates 2 aufgetragen werden. Die Mikro-Dosierventile 6 und 9 der Auftragvorrichtung 20 sind hierbei mit ihren Achsen A und B nicht parallel, sondern unter einem Winkel α auf den Klebebereich 13 ausgerichtet und können somit unabhängig voneinander die Kleberkomponenten 12 und 14 auftragen. Dies kann insbesondere gleichzeitig, grundsätzlich aber auch sequentiell erfolgen.In the embodiment of the 2 with the applicator device 20 can the glue components 12 and 14 independently of each other on the gluing area 13 of the substrate 2 be applied. The micro dosing valves 6 and 9 the applicator 20 are here not with their axes A and B parallel, but at an angle α on the adhesive area 13 aligned and can thus independently of each other, the adhesive components 12 and 14 Instruct. This can be done in particular simultaneously, but in principle also sequentially.

Die Ausführungsformen der 1 und 2 können entsprechend kombiniert werden. So können die Kleberkomponenten 12 und 14 durch die Auftragvorrichtung 20 der 2 auf den Klebebereich 13 zur Ausbildung der Klebepunkte 4 aufgetragen werden, und nachfolgend kann z.B. Wärmeleitpaste in den Zwischenbereich der Klebepunkte 4 durch die Auftragvorrichtung 5 der 1 aufgetragen werden.The embodiments of the 1 and 2 can be combined accordingly. So can the glue components 12 and 14 through the applicator 20 of the 2 on the gluing area 13 for the formation of the adhesive dots 4 can be applied, and subsequently, for example, thermal compound in the intermediate region of the adhesive dots 4 through the applicator 5 of the 1 be applied.

Die Auftragung jeder Komponente kann durch einen Dosierimpuls oder mehrere Dosierimpulse erfolgen.The Application of each component can be done by a dosing pulse or more Metering pulses take place.

Durch die beiden gezeigten Ausführungsformen kann weiterhin eine alternierende Auftragung der beiden Kleberkomponenten 12 und 14 sowie anderer zweikomponentiger Auftragmassen durchgeführt werden. Hierbei trägt z.B. das Mikro-Dosierventil 6 zunächst eine erste Schicht der ersten Kleberkomponente 12 auf, nachfolgend das zweite Mikro-Dosierventil 9 eine erste Schicht der zweiten Kleberkomponente 14; anschließend werden entsprechend ein oder mehrere derartige Schichtfolgen aufgetragen.By the two embodiments shown can also be an alternating application of the two adhesive components 12 and 14 as well as other two-component application compounds. Here, for example, carries the micro-metering valve 6 first a first layer of the first adhesive component 12 on, then the second micro-metering valve 9 a first layer of the second adhesive component 14 ; Subsequently, one or more such layer sequences are applied accordingly.

Claims (15)

Verfahren zum Auftragen einer merkomponentigen Auftragmasse (4) auf ein Substrat (2) eines Halbleiter-Moduls (1), bei dem aus mindestens zwei Mikro-Dosierventilen (6, 9) einer Auftragvorrichtung (5, 20) verschiedenen Komponenten (12, 14) der Auftragmasse (4) auf einen Dosierbereich (13) aufgetragen werden.Method for applying a toner-like application compound ( 4 ) on a substrate ( 2 ) of a semiconductor module ( 1 ), in which at least two micro-metering valves ( 6 . 9 ) an application device ( 5 . 20 ) various components ( 12 . 14 ) the order weight ( 4 ) to a dosing area ( 13 ) are applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Dosierventile (6, 9) sequentiell auf eine gemeinsame Achse (A) verstellt werden und auf der gemeinsamen Achse (A) jeweils eine Komponente (12, 14) auf den Dosierbereich (13) auftragen.Method according to claim 1, characterized in that the micro-metering valves ( 6 . 9 ) are adjusted sequentially on a common axis (A) and on the common axis (A) in each case a component ( 12 . 14 ) to the dosing area ( 13 ) Instruct. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Dosierventile (6, 9) der Auftragvorrichtung (5) parallel ausgerichtet sind, die erste Komponente (12) durch das erste Mikro-Dosierventil (6) aufgetragen wird, nachfolgend das zweite Mikro-Dosierventil (9) parallel auf die vorherigen Position des ersten Mikro-Dosierventils (6) verstellt wird, und nachfolgend das zweite Mikro-Dosierventil (9) die zweite Komponente (14) aufträgt.Method according to claim 2, characterized in that the micro dosing valves ( 6 . 9 ) of the applicator device ( 5 ) are aligned in parallel, the first component ( 12 ) through the first micro-metering valve ( 6 ), followed by the second micro-dosing valve ( 9 ) parallel to the previous position of the first micro-metering valve ( 6 ), and subsequently the second micro-metering valve ( 9 ) the second component ( 14 ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Dosierventile (6, 9) in der Auftragvorrichtung (5) miteinander durch ein Koppelstück (11) starr gekoppelt sind und nach dem Auftragen der ersten Komponente (12) die Auftragvorrichtung (5) als ganzes verstellt wird.Method according to claim 3, characterized in that the micro metering valves ( 6 . 9 ) in the applicator device ( 5 ) with each other by a coupling piece ( 11 ) are rigidly coupled and after the application of the first component ( 12 ) the applicator device ( 5 ) is adjusted as a whole. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Komponenten (12, 14) auf einen Do sierbereich (13) durch Mikro-Dosierventile (6, 9) unter verschiedenen Auftragwinkeln aufgetragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two components ( 12 . 14 ) to a mailing area ( 13 ) by micro dosing valves ( 6 . 9 ) are applied under different application angles. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (12, 14) von den Mikro-Dosierventilen (6, 9) gleichzeitig aufgetragen werden.Method according to claim 5, characterized in that the components ( 12 . 14 ) from the micro dosing valves ( 6 . 9 ) are applied simultaneously. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (12, 14) Klebstoffkomponenten (12, 14) eines mehrkomponentigem Klebers (4) sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the components ( 12 . 14 ) Adhesive components ( 12 . 14 ) of a multi-component adhesive ( 4 ) are. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über ein drittes Mikro-Dosierventil eine Wärmeleitmasse in Zwischenräume zwischen den Klebepunkten (4) aufgetragen wird.A method according to claim 7, characterized in that via a third micro metering valve, a thermal mass in spaces between the adhesive dots ( 4 ) is applied. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragmasse ein mehrkomponentiges Silikongel oder ein mehrkomponentiger Silikonklebstoff ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the application compound is a multicomponent silicone gel or a multi-component silicone adhesive. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schichten der ersten Komponente (12) und mindestens zwei Schichten der zweiten Komponente (14) alternierend aufgetragen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least two layers of the first component ( 12 ) and at least two layers of the second component ( 14 ) are applied alternately. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Moduls (1), bei dem auf einem Substrat (2) Klebepunkte (4) mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche aufgetragen werden und nachfolgend Bauelemente (3) auf die Klebepunkte aufgesetzt werden.Method for producing a semiconductor module ( 1 ), in which on a substrate ( 2 ) Glue dots ( 4 ) are applied by a method according to one of the preceding claims and subsequently components ( 3 ) are placed on the adhesive dots. Vorrichtung zum Auftragen einer mehrkomponentigen Auftragmasse die mindestens aufweist: ein erstes Mikro-Dosierventil (6) mit einer ersten Düse (7) zum Auftragen einer ersten Komponente (12) unter einer ersten Achse (A), und ein zweites Mikro-Dosierventil (9) mit einer zweiten Düse (10) zum Auftragen einer zweiten Komponente (14) unter einer zweiten Achse (B), wobei die Achsen (A, B) der Mikro-Dosierventile (6, 9) auf einen gemeinsamen Dosierbereich (13) eines Substrates (2) ausrichtbar sind.Device for applying a multi-component application compound which comprises at least: a first micro-metering valve ( 6 ) with a first nozzle ( 7 ) for applying a first component ( 12 ) under a first axis (A), and a second micro-metering valve ( 9 ) with a second nozzle ( 10 ) for applying a second component ( 14 ) under a second axis (B), wherein the axes (A, B) of the micro-dosing valves ( 6 . 9 ) to a common metering area ( 13 ) of a substrate ( 2 ) are alignable. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Dosierventile (6, 9) Piezo-Elemente oder elektromechanische Elemente zum Aussenden von Tröpfchen aufweisen.Apparatus according to claim 12, characterized in that the micro-metering valves ( 6 . 9 ) Piezo elements or electromechanical elements for emitting droplets. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Dosierventile (6, 9) parallel ausgerichtet und über ein Koppelstück (11) verbunden sind, und eine Verstelleinrichtung zum Verstellen der über das Koppelstück (11) gekoppelten Mikro-Dosierventile (6, 9) vorgesehen ist.Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the micro-metering valves ( 6 . 9 ) aligned in parallel and via a coupling piece ( 11 ), and an adjusting device for adjusting the over the coupling piece ( 11 ) coupled micro-metering valves ( 6 . 9 ) is provided. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Dosierventile (6, 9) unter verschiedenen Winkeln gegenüber dem Substrat (2) angeordnet sind und die Achsen (A, B) der Mikro-Dosierventile (6, 9) sich in dem Dosierbereich (13) treffen.Apparatus according to claim 12 or 13, characterized in that the micro-metering valves ( 6 . 9 ) at different angles to the substrate ( 2 ) and the axes (A, B) of the micro dosing valves ( 6 . 9 ) in the dosing area ( 13 ) to meet.
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