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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Vereinzeln von
Schaltungsträgern
aus einem Leiterplattennutzen.
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Bei
der Herstellung sind Schaltungsträger in der Regel in einem Leiterplattennutzen
angeordnet, um eine kostengünstige
und effiziente Herstellung zu ermöglichen. Das Trägermaterial
des Leiterplattennutzens und damit der Schaltungsträger ist
vielfach ein nicht organisches Material, z.B. eine Keramik. Das
Vereinzeln der im Nutzen vorliegenden Schaltungsträger erfolgt
häufig
durch einen manuellen Brechvorgang längs erster bzw. zweiter Trennlinien, die
sich kreuzen und die Größe sowie
Randgestaltung jedes der Schaltungsträger definieren. Die Trennlinien
sind dabei in der Form von Ritzmustern auf der oder den Außenlagen
des Trägermaterials ausgebildet.
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Beim
Vereinzeln der im Nutzen vorliegenden Schaltungsträger kann
es zu unkontrollierten Rissbildungen, vor allem im Bereich der Kreuzungspunkte der
Ritzungen, kommen. Rissbildungen können zu unerwünschten
Problemen führen,
insbesondere wenn es sich bei den Schaltungsträger um ein sogenanntes Mehrlagenprodukt
handelt, bei dem eine Mehrzahl an Metallisierungsschichten im Inneren
des Trägermaterials
ausgebildet ist. Der Rissverlauf kann bei solchen Schaltungsträgern in
den Bereichen von metallisierten Innenlagen visuell nicht inspiziert
werden, so dass eine optische Kontrolle nicht möglich ist.
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Das
Vereinzeln muss deshalb mit einem Verfahren erfolgen, das solche
Beschädigungen
der Schaltungsträger
vermeidet.
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Das
Vereinzeln der Schaltungsträger
aus einem Leiterplattennutzen erfolgt überwiegend von Hand. Das Trennen
von Hand schließt
jedoch nicht aus, dass die Oberflächenqualität der Schaltungen trotz aller
Vorsicht beeinträchtigt
werden kann und einen Qualitätsverlust
bedeutet, der eventuell den Ausschuss eines Schaltungsträgers erfordert.
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In
zunehmendem Maße
sollen deshalb voll automatisierte Trennwerkzeuge eingesetzt werden, um
eine gleichbleibende Qualität
zu erzielen. Es existieren sogenannte vollautomatische Nutzentrenner, die
auf dem Prinzip des mechanischen Bruchs basieren. Bei diesen wird
der Leiterplattennutzen mit den Schaltungsträgern, der mit einer Mehrzahl
an ersten zueinander beabstandeten Trennlinien und einer Mehrzahl
an zweiten zueinander beabstandeten Trennlinien versehen ist, welche
die ersten Trennlinien kreuzen, mit einer der ersten Trennlinien
so in dem Trennwerkzeug positioniert, dass dieses mittels Druck
ein sogenanntes Leadframe, der eine Mehrzahl an in einer Reihe angeordneten
Schaltungsträgern
aufweist, vom Leiterplattennutzen ablöst. Durch mehrfaches Wiederholen
dieses Vorgehens wird der Leiterplattennutzen in eine Vielzahl an
Leadframes zertrennt. Jedes der so vereinzelten Leadframes wird nachfolgend
wiederum dem Trennwerkzeug zugeführt
und in einzelne Schaltungsträger
zertrennt. Bei großen
Leiterplattennutzen, die zunächst
in eine Vielzahl an jeweiligen Leadframes zertrennt werden, ist die
beschriebene Vorgehensweise jedoch zeitintensiv und unwirtschaftlich.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren
anzugeben, mit dem eine Vielzahl an in einem Leiterplattennutzen vorliegende
Schaltungsträger
auf einfachere Weise zuverlässig
getrennt werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum maschinellen Vereinzeln von Schaltungsträgern aus einem Leiterplattennutzen
umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines flächigen Trägermaterials
mit einer Mehrzahl an Schaltungsträgern, das mit einer Mehrzahl
an ersten zueinander beabstandeten Trennlinien und einer Mehrzahl
an zweiten zueinander beabstandeten Trennlinien versehen ist, die
die ersten Trennlinien kreuzen; maschinelles Trennen des Nutzens
längs der
ersten Trennlinien in eine Mehrzahl an Leadframes, von denen jeder
eine Mehrzahl an in einer Reihe angeordneten Schaltungsträgern aufweist;
Ausrichten und gleichzeitiges Zuführen zumindest zweier Leadframes
in ein Trennwerkzeug; und gleichzeitiges Durchtrennen der dem Trennwerkzeug
zugeführten
Leadframes längs
jeweiliger zweiter Trennlinien.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Leadframes dem Trennwerkzeug
nacheinander zugeführt
werden, sieht die Erfindung vor, zumindest zwei oder gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung alle aus einem Nutzen erzeugten Leadframes
gleichzeitig zur weiteren Vereinzelung der Schaltungsträger aus
jedem der Leadframes der Trennvorrichtung zuzuführen. Mit einem einzigen weiteren
Arbeitsvorgang werden damit gleichzeitig eine der Anzahl dem Trennwerkzeug
zugeführten Leadframes
entsprechende Anzahl an Schaltungsträger gebrochen bzw. vereinzelt.
Auf diese Weise erhöht
sich der Maschinendurchsatz des Trennwerkzeuges um ein Vielfaches
bei gleicher Taktzahl des Trennwerkzeuges, wenn die Leadframezuführung mehrzeilig
erfolgt. Die Erfindung ermöglicht
damit die flexible Anpassung des Durchsatzes des Trennwerkzeuges,
wodurch sich Investitionskosten für dieses senken lassen.
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Das
maschinelle Trennen des Nutzens längs der ersten Trennlinie in
eine Mehrzahl an Leadframes kann sequentiell, d.h. aufeinander folgend,
erfolgen. Sofern das Trennwerkzeug entsprechend ausgestaltet ist,
kann das Zertrennen in die Mehrzahl an Leadframes auch gleichzeitig
erfolgen.
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Üblicherweise
weist jeder Leadframe die gleiche Anzahl an Schaltungsträgern auf,
da die Schaltungsträger
in einem re gelmäßigen Raster
in dem Leiterplattennutzen vorgesehen sind. Die Erfindung lässt sich
jedoch auch bei solchen Leadframes anwenden, die eine unterschiedliche
Anzahl an Schaltungsträgern
aufweisen, die jeweils in einer Reihe angeordnet sind.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt beim Zuführen der
Mehrzahl an Leadframes in das Trennwerkzeug eine Ausrichtung der
Leadframes derart, dass die zweiten Trennlinien der Leadframes in
einer Linie angeordnet sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass
ein Vereinzeln der Schaltungsträger
ausschließlich
im Bereich der dafür
vorgesehenen Trennlinien erfolgt und keine aktive Geometrien oder
Bauelemente beinhaltenden Bereiche des Schaltungsträgers beschädigt werden.
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Die
Ausrichtung der Mehrzahl an Leadframes kann vorteilhafterweise durch
ein Vorschubwerkzeug erfolgen. Beispielsweise wird hierfür die in vollautomatischen
Nutzentrennern vorgesehene Rakel verwendet, die gegebenenfalls in
ihrer Form zur mehrzeiligen Zuführung
von Leadframes angepasst werden muss.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung werden jeweils zwei benachbarte Leadframes
parallel und mit einem Abstand zueinander ausgerichtet, um dann
dem Trennwerkzeug zugeführt
zu werden. Der Abstand dient dazu, benachbarte Leadframes nicht
aneinander „reiben" zu lassen, um keine
Beschädigung
im Randbereich hervorzurufen. Beschädigungen können bereits durch leichtes
gegeneinander Stoßen
hervorgerufen werden. Dies könnte
beispielsweise im Moment des Zertrennens der Schaltungsträger aus
dem Leadframe passieren. Beschädigungen
können
sich dabei durch die bei einem Bruch prinzipbedingt nicht vollständig glatten
Kanten der Leadframes ergeben. In der Regel unsichtbare Verletzungen
werden beispielsweise dann begünstigt,
wenn zwei Leadframes zueinander benachbart werden, die aus unterschiedlichen
Nutzen stammen oder nicht zueinander benachbarten Zeilen des Leiterplattennutzens
entstammen.
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Vorzugsweise
beträgt
der Abstand zwischen zwei Leadframes wenigstens die Hälfte der
Dicke des Trägermaterials.
Ein Abstand in der Größenordnung zwischen
0,2 und 0,3 mm hat sich als ausreichend erwiesen. Der Abstand kann
beispielsweise durch in einer Grundplatte des Trennwerkzeuges eingelassene und
versenkbare kegelförmige
Spitzen gewährleistet werden,
die darüber
hinaus zur Ausrichtung jedes einzelnen Leadframes in dem Trennwerkzeug
dienen.
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Zweckmäßigerweise
werden die Leadframes vor dem gleichzeitigen Trennvorgang unter
Verwendung einer Fixiervorrichtung fixiert. Bevorzugt erfolgt das
Fixieren durch Erzeugen eines Vakuums unterhalb zumindest eines
aus einem Leadframe zu trennenden Schaltungsträgers. Denkbar sind natürlich auch
andere mechanische Fixiereinrichtungen, die z.B. während des
Trennvorganges einen Druck auf die Leadframes ausüben, um
diese auf die Grundplatte zu pressen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Vielzahl an Schaltungsträgern
in einem Leiterplattennutzen,
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2 den
Verfahrensschritt des Vereinzelns eines Leadframes längs einer
ersten Trennlinie,
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3 eine
Mehrzahl an voneinander beabstandeten Leadframes in einer Anordnung,
wie sie einem Trennwerkzeug zur weiteren Vereinzelung der Schaltungsträger zugeführt werden
können,
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4 den
Verfahrensschritt eines gleichzeitigen Abtrennens von Trägermaterial
an mehreren Leadframes, und
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5 den
Verfahrensschritt des gleichzeitigen Vereinzelns jeweils eines Schaltungsträgers aus jedem
dem Trennwerkzeug zugeführten
Leadframe.
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In
den nachfolgenden Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die
dargestellte Anzahl an Schaltungsträgern in einem Leiterplattennutzen
sowie die dargestellte Anzahl an Leadframes, die einem gleichzeitigen
Vereinzelungsschritt unterzogen werden, sind lediglich beispielhaft
und können
dem Gedanken der Erfindung gemäß beliebig
variiert werden. Ebenso sind die dargestellten Größen des
Leiterplattennutzens bzw. der darin ausgebildeten Schaltungsträger als
beispielhaft zu betrachten.
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1 zeigt
einen Leiterplattennutzen 1 mit insgesamt 7 × 6 = 42
ausgebildeten Schaltungsträgern 2.
Die Schaltungsträger
sind regelmäßig in dem Leiterplattennutzen 1 in
Zeilen 1 bis 6 sowie Spalten A bis G ausgebildet.
Die Abmaße
bzw. die Größe der Schaltungsträger 2 ist
durch in der Figur waagrecht verlaufende erste Trennlinien 3 und
senkrecht verlaufende zweite Trennlinien 4 ausgebildet.
Die Trennlinien 3, 4 können z.B. durch Einbringen
kleiner Ausnehmungen mittels eines Lasers erzeugt sein. Alternativ ist
es auch üblich,
die Trennlinien durch ein mechanisches Bearbeitungswerkzeug auszubilden.
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Jeder
der Schaltungsträger 2 weist
einen mit dem Bezugszeichen 5 versehenen aktiven Bereich und
einen diesen umgebenden passiven Bereich 6 auf. Mit dieser
Unterscheidung soll zum Ausdruck gebracht werden, dass lediglich
in dem aktiven Bereich 5 funktionale Geometrien vorgesehen
sind und in diesem Bereich keine Verletzung des Trägermaterials des
Schaltungsträgers
erlaubt ist. Hingegen sind in dem passiven Bereich 6 Mikrorisse
erlaubt, da in diesen Bereichen keinerlei Bauele mente auf- oder
eingebracht oder elektrischen Leitungen geführt sind.
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Die
in den Spalten E bis G angeordneten Schaltungsträger 2 sind von sogenannten
Durchgangsöffnungen 7 im
Bereich der Kreuzungspunkte der Trennlinien 3 und 4 umgeben.
Die Durchgangsöffnungen 7 sind
optional und dienen dazu, den Rissverlauf bei einem mechanisch ausgelösten Bruch, der
mit einer Energiewelle inter- oder intrakristallin fortschreitet,
zu stoppen. Die Durchgangsöffnungen 7 lassen
die Energiewelle beim Vereinzeln durch ein Brechen längs der
Trennlinie gezielt enden, so dass unerwünschte Rissverläufe in lateraler
Richtung unterbunden werden können.
Damit kann sichergestellt werden, dass das Vereinzeln der Schaltungsträger aus
dem Leiterplattennutzen 1, unabhängig von der endgültigen Form
der Schaltungsträger,
ausschließlich
durch einen einfachen, kostengünstigen
und zuverlässigen
Brechvorgang bewerkstelligt werden kann. Die Durchgangsöffnungen 7 kommen
bevorzugt dann zum Einsatz, wenn die ersten und zweiten Trennlinien 3, 4 in
einem nicht-orthogonalen Winkel aufeinander treffen. Da dies beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
nicht der Fall ist, könnte
auf die Durchgangsöffnungen 7 auch
verzichtet werden.
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In
den 2 bis 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren
zum maschinellen Vereinzeln der Schaltungsträger 2 aus dem Leiterplattennutzen 1 der 1 dargestellt.
Der in 1 dargestellte Leiterplattennutzen 1 wird
einem Trennwerkzeug (nicht dargestellt) zugeführt, das auf dem Prinzip des
mechanischen Bruches basiert. Der Leiterplattennutzen 1 wird
dabei zunächst
längs seiner
ersten Trennlinien 3 vereinzelt. Mit dem Bezugszeichen 9 ist
dabei die Hublinie des Trennwerkzeuges bezeichnet, wobei diese im
Moment des Zertrennens mit der jeweiligen ersten Trennlinie 3 übereinstimmt.
Das Trennwerkzeug ist in der Lage, in einem Verarbeitungsgang ein Brechen
längs jeweils
einer Trennlinie vorzunehmen. Um den Leiterplattennutzen 1 in
Leadframes 11 zu zerteilen, sind somit im vorliegenden
Ausführungsbeispiel
insgesamt sieben Trennvor gänge
notwendig. Der Leiterplattennutzen 1 wird in der mit dem
Bezugszeichen 13 gekennzeichneten Vorschubrichtung dem
Trennwerkzeug, z.B. einem Schlagmesser, zugeführt. Der Vorschub kann z.B.
mittels einer Rakel erfolgen.
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Der
Leiterplattennutzen wird also zunächst, wie dies auch beim Stand
der Technik üblich
ist, in eine der Anzahl der Zeilen des Leiterplattennutzens entsprechende
Anzahl an Leadframes zerteilt. Dies geht besser aus der 3 hervor,
wobei lediglich beispielhaft noch vier Leadframes dargestellt sind.
Zur weiteren Bearbeitung werden die Leadframes 11 jeweils
mit einem Abstand 12 zueinander angeordnet. Der Abstand 12 kann
durch in dem Trennwerkzeug vorgesehene Vorrichtungen erzeugt werden.
Möglich wäre dies
durch kegelförmige
Stifte 16 (5), die in einer Grundplatte
des Trennwerkzeuges beweglich gelagert sind. Der Durchmesser der
kegelförmigen Stifte 16 bestimmt
dann den Abstand 12.
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In
der in 3 gezeigten Weise werden die Leadframes 11 dem
gleichen oder einem weiteren Trennwerkzeug zugeführt, mit welchem die Vereinzelung
des Leiterplattennutzens 1 in Leadframes 11 erfolgte.
Durch eine Ausrichtung, gemäß der die
zweiten Trennlinien 4 jedes der Leadframes 11 in
einer Linie angeordnet sind, kann mit einem einzigen Verarbeitungsschritt
das Vereinzeln jeweils eines Schaltungsträger aus jedem der Leadframes 11 erfolgen. Zunächst wird
dabei der nicht benötigte
Abschnitt des Handlingrahmens 8 abgetrennt (4).
Durch einen Vorschub längs
der gegenüber
der Vorschubrichtung 13 um 90° gedrehten Vorschubrichtung 14 sämtlicher Leadframes 11 in
dem Bearbeitungswerkzeug kann dann das Vereinzeln der Substrate 2 erfolgen.
Die Hublinie 10 entspricht dabei dem Verlauf der zweiten Trennlinie 4 im
Moment des Trennvorganges. Mit einem einzigen Arbeitsvorgang wird
gleichzeitig aus jedem der Leadframes jeweils ein Schaltungsträger vereinzelt.
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Um
zu verhindern, dass die Leadframes im Moment des Kontaktes des Trennwerkzeuges
mit dem Trägermaterial
in unerwünschter Weise
verrutschen, werden die Leadframes fixiert. Dies geschieht durch
Erzeugen eines Vakuums unterhalb zumindest eines Schaltungsträgers eines
jeden Leadframes 11. Die zur Erzeugung des Vakuums in der
Grundplatte des Trennwerkzeuges vorgesehene Öffnung 15 ist dabei
nach Möglichkeit
möglichst
nah zu der Hublinie 10 angeordnet. Sofern notwendig oder
sinnvoll könnte
auch unter mehreren Schaltungsträgern
eines jeweiligen Leadframes ein Vakuum erzeugt werden. Auf diese
Weise werden die Leadframes in dem Trennwerkzeug solange vorgeschoben,
bis sämtliche Schaltungsträger 2 vereinzelt
sind.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel,
bei dem jeder Leadframe insgesamt sieben Schaltungsträger aufweist,
müssen
insgesamt acht Trennvorgänge
(einschließlich
dem Abtrennen der Abschnitte des Handlingrahmens) durchgeführt werden.
Gegenüber
dem Stand der Technik ergibt sich hierdurch ein erhöhter Maschinendurchsatz
bei gleicher Hubzahl des Trennwerkzeuges.