DE102007019969A1 - Hochtemperaturlöten - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum elektrisch leitenden Verbinden eines elektrisch isolierten mit einem elektrisch nicht isolierten Mikrobauteil, insbesondere zum elektrisch leitenden Verbinden von Backlackdraht mit der Kontaktfläche eines Chipmoduls. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren anzugeben, mit denen eine automatisierte Verbindung mit kurzer Taktzeit und langer Standzeit des Werkzeugs erreicht wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, bei dem die zu kontaktierende Stelle des elektrisch isolierten Mikrobauteils über der Kontaktanschlussfläche des elektrisch isolierten Mikrobauteils positioniert wird und anschließend mittels einer Thermode erhitzt wird, welche aus einem heizbaren Keramikstift besteht, der eine Mischkeramik mit einer isolierenden und einer elektrisch leitfähigen Keramik enthält.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum elektrisch leitenden Verbinden eines elektrisch isolierten mit einem elektrisch nicht isolierten Mikrobauteil, insbesondere zum elektrisch leitenden Verbinden von Backlackdraht mit der Kontaktfläche eines Chipmoduls.
  • Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Verbindung von Backlackdraht mit der Kontaktfläche eines Chipmoduls bei kontaktlosen Transpondern. Unter kontaktlosen Transpondern werden dabei mikroelektronische Anordnungen verstanden, die einen Halbleiterchip und eine Antenne enthalten, beispielsweise kontaktlose Chipkarten, Waren oder Warenverpackungen mit eingearbeiteter Antenne und Transponderchip, elektronische kontaktlose Etiketten, Tickets, Wertscheine etc.
  • Bei solchen Anordnungen sind üblicherweise auf der Vorderseite eines Antennenträgers die Antennenbahnen und die Kontaktstellen für das Kontaktieren des Halbleiterchips angeordnet. Ein gebräuchliches Verfahren zum Kontaktieren ist das sogenannte Thermokompressionsschweißen. Es handelt sich hierbei um ein Widerstandsschweißverfahren, bei dem mit sehr geringen Spannungen und hohen Strömen gearbeitet wird. Die hohe Stromstärke erfordert entsprechend große Leitungsquerschnitte der Schweißkabel und führt dazu zu einer sehr aufwendigen und kostenintensiven Peripherie.
  • Für das beim Schweißen oder Löten erforderliche Erhitzen der Verbindungsstelle sind spezielle Werkzeuge erforderlich.
  • Nach DE 103 07 832 A1 ist ein Werkzeug zum Verbinden von zwei Gegenständen bekannt, welches zum Löten von verzinnten Blechen und zum Verschweißen von Teflon-Folien geeignet ist. Das dort beschriebene Werkzeug ist in Form eines heizbaren Stiftes ausgeführt, der aus einer Keramik besteht und eine geglättete Fläche aufweist, die die Wärme auf mindestens einen der Gegenstände übertragen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen eine automatisierte Verbindung mit kurzer Taktzeit und langer Standzeit des Werkzeugs erreicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen enthält, gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu kontaktierende Stelle des elektrisch isolierten Mikrobauteils über den Kontaktanschlussflächen des elektrisch isolierten Mikrobauteil positioniert und anschließend unter Zugabe eines Lotes mittels einer Thermode erhitzt. Die Thermode besteht aus einem heizbaren Keramikstift aus einer Mischkeramik, welche eine isolierende und eine elektrisch leitfähigen Keramik enthält.
  • Besonders vorteilhaft ist das Verfahren anwendbar zum Verbinden eines Backlackdrahtes mit der Kontaktfläche eines Chipmoduls.
  • Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:
    • 1) Durch die Verwendungsmöglicht einer sehr hohen Temperatur (> 500°C) „verdampft" die Isolationsschicht, so dass das Entfernung der Isolation des elektrisch isolierten Bauteils, das Aufschmelzen des Lotes und das Andrücken der beiden Gegenstände in einem Arbeitsschritt erfolgen.
    • 2) Durch die sehr hohe Temperatur wird eine Reduzierung der Lötzeit des Heizelementes auf deutlich unter 1 s ermöglicht.
    • 3) Es erfolgt eine Selbstreinigung des keramischen Heizelements durch kurzzeitiges Erhöhen der Temperatur bis auf maximal 1100°C.
    • 4) Es besteht eine weitgehend freie Gestaltbarkeit der beheizten Oberfläche.
    • 5) Die Temperatur des Heizelementes kann in einfacher Weise, zum Beispiel mittels Stelltrafo, geregelt werden und das Verfahren ist somit ein sehr kostengünstig.
    • 6) Durch kleinstmögliche Auslegung des beheizten Bereiches erfolgt nur eine geringe Wärmeableitung an die Umgebung, so dass benachbarte Baugruppen nicht belastet werden.
    • 7) Durch die keramische Oberfläche bestehen ein geringes Anhaftverhalten des Lotes am Heizelement und eine geringe Benetzung mit flüssigen Metallen.
    • 8) Es ist ein sehr schnelles zyklisches Aufheizen des keramischen Heizelementes möglich, wobei Aufheizgeschwindigkeiten von ca. 700°C/s erreicht werden, so dass eine hohe Dynamik für Temperaturänderungen erreicht wird.
    • 9) Das verwendete Keramikwerkzeug weist einen sehr geringen Verschleiß und damit eine hohe Lebensdauer auf.
    • 10) Die für das Verfahren erforderliche Anordnung ist sehr beständig gegen Oxidation, Säuren, Ätzgase und schwachen Basen.
    • 11) Das Keramikwerkzeug zeichnet sich durch hohe mechanische Festigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit, hohen Isolationswiderstand und hohe Durchschlagfestigkeit aus.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
  • 1 zeigt den Prinzipaufbau am Beispiel der Kontaktierung einer Drahtantenne mit Chipmodul.
  • 1 erläutert eine Beispielanordnung für das Hochtemperaturlöten. Aufgabe ist es hier, die Drahtantenne e mit dem Chipmodul d zu verbinden und einen elektrischen Kontakt zwischen beiden herzustellen. Dazu wird das Keramikheizelement a über der Kontaktierstelle bzw. über den Kontaktanschlussflächen des Chipmoduls d positioniert. Durch eine geeignete Einrichtung wird eine bestimmte Menge Lötdraht c an die Kontaktierstelle unter das Keramikheizelement a zugeführt. Vorzugsweise wird ein Lötdraht mit Flussmittel verwendet. Mit Hilfe eines Niederhalters b wird sichergestellt, dass der Lötdraht c exakt positioniert ist. Durch Anlegen einer Spannung wird das Keramikheizelement a auf eine bestimmte Temperatur gebracht. Nach Erreichen der Temperatur wird das Heizelement a mit der beheizten Fläche auf die Kontaktierstelle gedrückt. Durch die hohe Temperatur wird die Isolierschicht des Backlackdrahtes entfernt und das Lot aufgeschmolzen.
    • a
    Keramikheizelement
    b
    Niederhalter
    c
    Lötdraht
    d
    Chipmodul
    e
    Drahtantenne bestehend aus Backlackdraht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10307832 A1 [0005]

Claims (3)

  1. Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden eines elektrisch isolierten mit einem elektrisch nicht isolierten Mikrobauteil mittels Löten, dadurch gekennzeichnet, dass die zu kontaktierende Stelle des elektrisch isolierten Mikrobauteils über der Kontaktanschlussflächen des elektrisch isolierten Mikrobauteil positioniert wird und anschließend mittels einer Thermode erhitzt wird, welche aus einem heizbaren Keramikstift besteht, der einer Mischkeramik mit einer isolierenden und einer elektrisch leitfähigen Keramik enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht leitende Bauteil Backlackdraht ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Bauteil die Kontaktfläche eines Chipmoduls ist.
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