DE102004041035B4 - Method of attaching components to a substrate - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat, wobei ein Klebstoff auf das Substrat aufgebracht wird und anschließend mit Bauteilen oder Chips bestückt wird und wobei der Klebstoff unter Temperatur aushärtet, wobei das Substrat zur Aushärtung des Klebstoffs nach dem Bestücken mit den Bauteilen oder Chips zwischen wenigstens einer Heizplatte und einer Gegendruckplatte gespannt wird, wobei wenigstens eine der Platten das Substrat flächig unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (14) und/oder die Gegendruckplatte (16) Aussparungen (26) aufweist, derart dass bereits vorbestücktes Substrat (15) temperiert werden kann und diese Aussparungen (26) so dimensioniert sind, dass ein genügend großer Abstand zwischen Bauteil (25) und Heizplatte (14) gewährleistet ist um eine Beschädigung dieser Bauteile (25) zu vermeiden.A method for mounting components on a substrate, wherein an adhesive is applied to the substrate and then fitted with components or chips and wherein the adhesive cures under temperature, wherein the substrate for curing the adhesive after the components or chips between at least a hot plate and a counter-pressure plate is clamped, wherein at least one of the plates supports the substrate surface, characterized in that the heating plate (14) and / or the counter-pressure plate (16) has recesses (26), so that already vorbestücktes substrate (15) tempered can be and these recesses (26) are dimensioned so that a sufficiently large distance between the component (25) and the heating plate (14) is ensured to prevent damage to these components (25).

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.The The invention relates to a method for attaching components a substrate according to the preamble of independent claim 1.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 38 06 738 bekannt, dort wird ein Fotoaktivierbarer Klebstoff auf vorbestimmte Flächen der Bauteile oder der Substrate aufgetragen, ein Härten der Klebeverbindung bei einer Klebetemperatur erfolgt zwischen 60°C und 140°C, und zwar durch das Bestrahlen mit Licht von einer Wellenlänge im Bereich von 200–600 nm.Such a method is for example from the DE 38 06 738 There, a photoactivatable adhesive is applied to predetermined areas of the components or substrates, curing of the adhesive bond at a bonding temperature occurs between 60 ° C and 140 ° C by irradiation with light of a wavelength in the range of 200-600 nm.

Es ist weiterhin aus der US 2003/0214049 eine Heizeinrichtung für Flip Chips bekannt, wobei diese Flip Chips auf einem Substrat angeordnet sind.It is still out of the US 2003/0214049 a heating device for flip chips, said flip chips are arranged on a substrate.

Aus der DE 37 29 789 ist ein Befestigungsverfahren zum Befestigen von elektronischen Bauelementen auf einem Substrat bekannt. Die elektronischen Bauelemente werden mit einer schicht von unaktivem klebenden Material versehen, welches zum Verkleben der elektronischen Bauelemente mit dem Substrat aktiviert wird. Nach dem Bestücken erfolgt durch Wärmeeinwirkung eine Aushärtung des Klebstoffs. Das Aufbringen des unaktiven Klebematerials auf die Leiterplatte kann im Maskendruckverfahren erfolgen.From the DE 37 29 789 For example, an attachment method for mounting electronic components on a substrate is known. The electronic components are provided with a layer of inactive adhesive material, which is activated for bonding the electronic components to the substrate. After loading, curing causes the adhesive to harden. The application of the inactive adhesive material on the circuit board can be done in the mask printing process.

Die US 65440377 beschreibt einen Heizprozess für Bauelemente, bei dem die Heiz- und Presseinrichtung elektronische Komponenten eines Schaltkreises über Kontakt erhitzt und gleichzeitig durch Ausübung von Druck in der vordefinierten Position hält. Die Wärmeleitung erfolgt damit durch das Bauelement hindurch auf den Kleber bzw. Substrat.The US 65440377 describes a heating process for components in which the heating and pressing device heats electronic components of a circuit via contact and simultaneously holds by applying pressure in the predefined position. The heat conduction thus takes place through the component to the adhesive or substrate.

Die US 6512184 beschreibt eine Verbindungstechnik, bei der zwei Kontakte über ein Verbindungsmaterial, das hergestellt ist aus Klebstoff sowie leitfähigen Partikeln, miteinander kontaktiert werden. Auch hier wird das elektronische Bauelement mit Druck und Temperatur beaufschlagt, was letztendlich die Prozesssicherheit extrem beeinträchtigt.The US 6512184 describes a bonding technique in which two contacts are contacted via a bonding material made of adhesive as well as conductive particles. Again, the electronic component is subjected to pressure and temperature, which ultimately affects the process reliability extremely.

Die DE 10105164 beschreibt ein Verfahren zum Kontaktieren von Halbleiterchips, wobei Pressstempel auf das Substrat einwirken und der Gegendruck auf die Chips über ein sogenanntes Chiptransfertool aufgebracht wird.The DE 10105164 describes a method for contacting semiconductor chips, wherein press punches act on the substrate and the back pressure is applied to the chips via a so-called chip transfer tool.

Ein Nachteil bei den bekannten Verfahren ist darin zu sehen, dass bei Aushärten des Klebstoffs sehr hohe Temperaturen erforderlich sind, welche zu einem Verzug des Substrats fuhren. Deshalb war es bekannt, den Prozess des Erwärmens und des Abkühlens sehr langsam durchzuführen, damit ein Ausgleich des Substrats möglich wird.One Disadvantage of the known methods is the fact that at Harden the adhesive requires very high temperatures, which lead to a delay of the substrate. Therefore, it was known the Process of heating and cooling to perform very slowly, so that a balance of the substrate is possible.

Dieser sehr lange Prozess ist jedoch unwirtschaftlich und benötigt auch eine hohe Aufnahmekapazität.This However, a very long process is uneconomical and also requires a high absorption capacity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen zur Beschleunigung des Aushärteprozesses und gleichzeitiger Verringerung der Verzugsneigung.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus to provide for accelerating the curing process and at the same time Reduction of the tendency to warp.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruch 1 und des Vorrichtungsanspruchs 7 gelöst.These The object is achieved by the features of method claim 1 and of Device claim 7 solved.

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat liegt darin, dass das Substrat selbst in unmittelbarem Kontakt mit einer Heizplatte steht, wobei diese Heizplatte gleichzeitig die Stabilisierung der Leiterplatte vornimmt. Außerdem ist eine Gegendruckplatte vorgesehen, damit kann das bestückte Substrat gespannt werden, so dass die Wärmeeinwirkung nicht zu einem Verzug des Substrats führt. Ferner weist die Gegendruckplatte Aussparungen zur Reduzierung der Wärmeübertragung auf bestimmte Bauteile auf.Of the significant advantage of the method for attaching components on a substrate lies in that the substrate itself is in immediate Contact with a hot plate stands, with this hot plate at the same time the stabilization of the circuit board makes. There is also a counter pressure plate provided, so that can be equipped Substrate are clamped so that the heat does not cause a Delay of the substrate leads. Furthermore, the counter-pressure plate has recesses for reducing the heat transfer on certain components.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegendruckplatte ebenfalls eine Heizplatte, dies hat den Vorteil, dass kein Wärmeverlust in Richtung Gegendruckplatte erfolgt. Diese zusätzliche Heizplatte muss nicht zwingend notwendig den Klebstoff zusätzlich erwärmen, es genügt eine Erwärmung die einen Temperaturverlust ausgleicht.In An embodiment of the invention, the counter-pressure plate is also a heating plate, this has the advantage that no heat loss takes place in the direction counterpressure plate. This additional hot plate does not have to It is absolutely necessary to heat the adhesive additionally, one is enough warming which compensates for a temperature loss.

Weiterbildungsgemäß wird das Substrat nach der Aushärtung des Klebstoffs auf einem Transportband in eine Kühlstation transportiert, wobei bei dem Transport eine Zusatzunterstützung bzw. eine Vorrichtung zum Verhindern der Durchbiegung vorgesehen ist.Further education is the Substrate after curing transported the adhesive on a conveyor belt in a cooling station, wherein during transport an additional support or a device is provided for preventing the deflection.

Nach der Abkühlung kann das Substrat in ein Magazin transportiert 1 werden.To the cooling the substrate can be transported into a magazine 1.

Weiterbildungsgemäß ist die Gegendruckplatte bzw. die Heizplatte wärmeisoliert, so dass Wärme nur in geringem Umfang nach außen abstrahlen kann.Training is the Counterpressure plate or the heating plate is thermally insulated, so that heat only to a small extent to the outside can radiate.

Es besteht auch die Möglichkeit über das gesamte Substrat oder über einen Teil der Leiterplatte vorgewärmtes Gas einzuleiten, beispielsweise vorgewärmter Stickstoff. Diese Zusatzmaßnahme erhöht die Aushärtegeschwindigkeit erheblich.It there is also the possibility of that entire substrate or over to initiate a portion of the circuit board preheated gas, for example preheated Nitrogen. This additional measure elevated the curing speed considerably.

Der weitere Vorteil der Einleitung von vorgewärmtem Stickstoff liegt darin, dass Oxidation vermieden wird und eine Ausgasung des Kleber aus dem Substratbereich verdrängt werden kann. Damit wird gleichzeitig auch vermieden, dass sich die Ausgasung des Klebers auf dem Substrat niederschlägt und so zu Problemen in nachfolgenden Prozessen führt.The further advantage of the introduction of preheated nitrogen is that oxidation is avoided and outgassing of the adhesive from the substrate region can be displaced. This also prevents the outgassing of the adhesive from being deposited on the substrate and thus leads to problems in subsequent processes.

Die Durchführung der Kühlung nach dem Aushärten erfolgt in einer Ausgestaltung der Erfindung mit Kühlplatten, welche beispielsweise ein Pellier- Element aufweisen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Kühlplatten mit Kaltwasser oder mit Luft zu kühlen.The execution the cooling after curing takes place in one embodiment of the invention with cooling plates, which have, for example, a pelleting element. It exists also the possibility the cooling plates to cool with cold water or with air.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen auf einem Substrat wobei diese Vorrichtung vorteilhafterweise mit einer Linearführung versehen ist, wobei die Heizplatte oder die Gegendruckplatte über diese Linearführung verschoben werden kann, so dass das Substrat zwischen Gegendruckplatte und Heizplatte spannbar ist.The The invention also relates to a device for fastening of components on a substrate, this device advantageously with a linear guide is provided, wherein the heating plate or the counter-pressure plate on this linear guide can be moved so that the substrate between counterpressure plate and heating plate is tensioned.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Heizung eine Flächenheizung, diese kann an einer auswechselbaren Adapterplatte angeordnet sein, damit besteht die Möglichkeit unterschiedliche Profile oder Heizplatten mit unterschiedlichen Aussparungen einzusetzen. Diese und weitere Merkmale gehen nicht nur aus den Ansprüchen sondern auch aus der Beschreibung hervor.In In a further embodiment of the device, the heater is a Surface heating, this can be arranged on an exchangeable adapter plate, there is the possibility different profiles or heating plates with different Insert recesses. These and other features do not work only from the claims but also from the description.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.

Es zeigt:It shows:

1 die Prinzipskizze einer Aushärtestation in einer ersten und einer zweiten Ansicht als Stand der Technik. 1 the schematic diagram of a curing station in a first and a second view as prior art.

2 die Detaildarstellung einer Heizeinrichtung, 2 the detailed representation of a heating device,

3 eine Einrichtung mit einer Adapterplatte. 3 a device with an adapter plate.

Die Prinzipskizze gemäß 1 zeigt eine Grundplatte 10, auf dieser ist ein Linearantrieb 11 angeordnet. Der Antrieb erfolgt beispielsweise pneumatisch oder elektrisch. Ferner sind zwei Linearführungen 12, 13 vorgesehen. Auf dem Antrieb und den Linearführungen liegt eine Heizplatte auf. Auf dieser Heizplatte befindet sich ein Substrat 15. Der Gegendruck auf dem Substrat 15 wird erzeugt durch eine Gegendruckplatte 16, die auch als Heizplatte ausgestaltet sein kann. Die Darstellung rechtsseitig zeigt die Befestigung der Gegendruckplatte 16 über Träger 17, 18. Das Substrat 15 läuft nach dem Bestücken mit Chips in die hier dargestellte Aushärtestation ein, wo sie mittels der beiden Heizplatten 14, 16 gleichzeitig von oben und unten durch Kontakt Substrat wird zwischen den Heizplatten eingeklemmt) erwärmt wird. Da das Substrat flächig unterstützt wird ist es möglich, es auf höhere Temperaturen zu erwärmen ohne dass sie sich Verwölben. Dadurch wird eine sehr kurze Aushärtezeit realisiert. Nach der Aushärtung läuft das Substrat 15 auf einem hier nicht dargestellten Transportband mit einer entsprechenden Zusatzunterstützung in eine Kühlstation, wo sie auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der es ohne die Gefahr einer Verwölbung in ein Magazin transportiert werden kann.The schematic diagram according to 1 shows a base plate 10 , on this is a linear actuator 11 arranged. The drive is done, for example pneumatically or electrically. Furthermore, there are two linear guides 12 . 13 intended. On the drive and the linear guides is a hot plate. On this hot plate is a substrate 15 , The back pressure on the substrate 15 is generated by a counter-pressure plate 16 , which can also be configured as a heating plate. The illustration on the right shows the attachment of the counterpressure plate 16 via carrier 17 . 18 , The substrate 15 After loading with chips, it enters the curing station shown here, where it is heated by means of the two heating plates 14 . 16 simultaneously from above and below through contact substrate is clamped between the heating plates) is heated. Since the substrate is supported flat it is possible to heat it to higher temperatures without buckling. As a result, a very short curing time is realized. After curing, the substrate runs 15 on a conveyor belt, not shown here, with a corresponding additional support in a cooling station, where it is cooled to a temperature at which it can be transported without the risk of warping in a magazine.

2 zeigt in einer Detaildarstellung das Substrat 15 zwischen den beiden Heizplatten 14, 16. Auf dieser Leiterplatte 15 befinden sich Chips 19, 20, 21 die über einen Kleber 22, 23, 24 mit dem Substrat 15 verbunden werden. Sofern sich auf dem Substrat bereits ein Bauteil 25 befindet, besteht die Möglichkeit, die Heizplatte mit einer Aussparung 26 zu versehen, welche der Größe des Bauteils 25 angepasst ist, so dass bei dem Aufheizen des Substrats keine Beschädigung des Bauteils erfolgt. 2 shows in a detailed representation of the substrate 15 between the two heating plates 14 . 16 , On this circuit board 15 there are chips 19 . 20 . 21 the over an adhesive 22 . 23 . 24 with the substrate 15 get connected. If there is already a component on the substrate 25 There is the possibility of heating plate with a recess 26 to provide what the size of the component 25 is adapted so that no damage to the component occurs during the heating of the substrate.

Eine Variante der Heizung, bzw. des Heizplattenaufbaus zeigt 3. Die Chips 27, 28, 29 sind auf einem Substrat 30 angeordnet. Dieses Substrat wird nur punktuell im Bereich der Chips erwärmt und zwar über Wärmeübertragungselemente 31, 32, 33. Diese Wärmeübertragungselemente sind an einer Adapterplatte 34 angeordnet, wobei diese wiederum mit einer Flächenheizung 35 verbunden ist.A variant of the heater, or the Heizplattenaufbaus shows 3 , The chips 27 . 28 . 29 are on a substrate 30 arranged. This substrate is only selectively heated in the area of the chips and indeed via heat transfer elements 31 . 32 . 33 , These heat transfer elements are on an adapter plate 34 arranged, these in turn with a surface heating 35 connected is.

Die Draufsicht auf die Adapterplatte 34 zeigt Wärmeübertragungselemente 31, 32, 33 sowie 36, 37, 38. Der Vorteil dieser Einrichtung liegt darin, dass gezielt die Wärme dort zur Verfügung gestellt wird, wo das Substrat mit Klebstoff benetzt ist und damit eine sehr rasche Erwärmung und damit auch eine Klebung erfolgt.The top view of the adapter plate 34 shows heat transfer elements 31 . 32 . 33 such as 36 . 37 . 38 , The advantage of this device is that targeted the heat is made available where the substrate is wetted with adhesive and thus a very rapid heating and thus also a bond takes place.

Es besteht die Möglichkeit, die Adapterplatte mit den Wärmeübertragungselementen austauschbar zu gestalten, damit lässt sich die gesamte Einrichtung sehr schnell auf unterschiedliche Substrate bzw. Substratgestaltungen anpassen.It it is possible, the adapter plate with the heat transfer elements to make interchangeable, so that can be the entire device very fast on different substrates or substrate designs to adjust.

Um mögliche Ausgasungen des Klebers zu beseitigen ist es möglich, entweder im Bereich der untern Heizplatte Absaugkanäle zu integrieren, oder aber den gesamten Prozessbereich mit einer Absaugung zu versehen. Bei Vorliegen bestimmter Vorraussetzungen ist es möglich, auf eine Kühlung der Substrate nach dem Aushärten des Klebers zu verzichten. Und zwar dann, wenn die Substrate die bei der geforderten Härtetemperatur oder Härtedauer nur unwesentliche mechanische Durchbiegung zeigen oder beim Einsatz von Klebern, die bei niedrigen Temperaturen oder kurzen Zeiten ausgehärtet werden können.Around possible It is possible to eliminate outgassing of the glue either in the area the lower heating plate suction channels integrate, or the entire process area with a To provide suction. In case of certain prerequisites Is it possible, on a cooling the substrates after curing to dispense with the glue. And that is when the substrates are the at the required hardening temperature or hardening time only show insignificant mechanical deflection or in use of adhesives that are cured at low temperatures or short times can.

Claims (10)

Verfahren zum Befestigen von Bauteilen auf einem Substrat, wobei ein Klebstoff auf das Substrat aufgebracht wird und anschließend mit Bauteilen oder Chips bestückt wird und wobei der Klebstoff unter Temperatur aushärtet, wobei das Substrat zur Aushärtung des Klebstoffs nach dem Bestücken mit den Bauteilen oder Chips zwischen wenigstens einer Heizplatte und einer Gegendruckplatte gespannt wird, wobei wenigstens eine der Platten das Substrat flächig unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (14) und/oder die Gegendruckplatte (16) Aussparungen (26) aufweist, derart dass bereits vorbestücktes Substrat (15) temperiert werden kann und diese Aussparungen (26) so dimensioniert sind, dass ein genügend großer Abstand zwischen Bauteil (25) und Heizplatte (14) gewährleistet ist um eine Beschädigung dieser Bauteile (25) zu vermeiden.A method for mounting components on a substrate, wherein an adhesive is applied to the substrate and then fitted with components or chips and wherein the adhesive cures under temperature, wherein the substrate for curing the adhesive after the components or chips between at least a heating plate and a counter-pressure plate is tensioned, wherein at least one of the plates supports the substrate surface, characterized in that the heating plate ( 14 ) and / or the counterpressure plate ( 16 ) Recesses ( 26 ) such that already pre-equipped substrate ( 15 ) can be tempered and these recesses ( 26 ) are dimensioned so that a sufficiently large distance between component ( 25 ) and hotplate ( 14 ) is guaranteed to damage these components ( 25 ) to avoid. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckplatte (16) ebenfalls eine Heizplatte ist.Method according to claim 1, characterized in that the counterpressure plate ( 16 ) is also a hot plate. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erwärmung und Aushärtung das Substrat (15) auf einem Transportband mit Zusatzunterstützung gegen Durchbiegung in eine Kühlstation transportiert wird und eine Abkühlung soweit erfolgt, dass das Substrat (15) ohne die Gefahr einer Verwölbung in ein Magazin transportiert werden kann.A method according to claim 1 or 2, characterized in that after heating and curing, the substrate ( 15 ) is transported on a conveyor belt with additional support against deflection in a cooling station and cooling takes place so far that the substrate ( 15 ) can be transported without the risk of warping in a magazine. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckplatte (16) und/oder Heizplatte (14) wärmeisoliert ist so dass eine von der Heizung zugeführte Wärme nur in geringem Umfang nach außen abgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the counter-pressure plate ( 16 ) and / or heating plate ( 14 ) is thermally insulated so that a heat supplied from the heater is dissipated to a small extent to the outside. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über das gesamte Substrat (15) oder über einen Teil des Substrats (15) vorgewärmter Stickstoff eingeleitet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that over the entire substrate ( 15 ) or over part of the substrate ( 15 ) preheated nitrogen is introduced. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlplatten mit integriertem Peltierelement oder Kühlplatten mit Kaltwasserkühlung oder Kühlplatten in Form von Rippenkühlkörper vorgesehen sind.Method according to claim 3, characterized that cold plates with integrated Peltier element or cooling plates with cold water cooling or cooling plates provided in the form of rib heat sink are. Vorrichtung zur Befestigung von Bauteilen auf einem Substrat, bestehend aus einer Grundplatte auf welcher eine Linearführung vorgesehen ist sowie einen Linearantrieb welcher eine Heizplatte rechtwinklig zur Ebene der Grundplatte hebt, bzw. senkt, und wobei ein Gegendruckplatte vorgesehen ist, die parallel zur Heizplatte verläuft und wobei zwischen Heizplatte und Gegendruckplatte das Substrat welches mit Chips oder Bauteilen bestückt ist, einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte (14) und/oder die Gegendruckplatte (16) Aussparungen (26) aufweist, derart dass bereits vorbestücktes Substrat (15) temperiert werden kann und diese Aussparungen (26) so dimensioniert sind, dass ein genugend großer Abstand zwischen Bauteil (25) und Platte (16) gewährleistet ist um eine Beschädigung dieser Bauteile (25) zu vermeiden.Device for mounting components on a substrate, consisting of a base plate on which a linear guide is provided and a linear drive which raises a heating plate perpendicular to the plane of the base plate, or lowering, and wherein a counter-pressure plate is provided which is parallel to the heating plate and wherein between the heating plate and counter-pressure plate the substrate which is equipped with chips or components, can be inserted, characterized in that the heating plate ( 14 ) and / or the counterpressure plate ( 16 ) Recesses ( 26 ) such that already pre-equipped substrate ( 15 ) can be tempered and these recesses ( 26 ) are dimensioned so that a sufficiently large distance between component ( 25 ) and plate ( 16 ) is guaranteed to damage these components ( 25 ) to avoid. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte (14) eine geregelte Flächenheizung ist.Device according to claim 7, characterized in that the heating plate ( 14 ) is a controlled surface heating. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte (14) an einer wechselbaren Adapterplatte (34) angeordnet ist.Device according to claim 7, characterized in that the heating plate ( 14 ) on a removable adapter plate ( 34 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckplatte (16) ebenfalls eine Heizung aufweist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the counter-pressure plate ( 16 ) also has a heater.
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