DE102009022299B4

DE102009022299B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines elektronischen Bauelements auf ein Substrat

Info

Publication number: DE102009022299B4
Application number: DE102009022299.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Walther; Maik Dinter; Reinhard Roland Baumann
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2029-05-23
Also published as: DE102009022299A1

Abstract

Verfahren zum Aufbringen eines elektronischen Bauelementes (1) auf ein Substrat (7), mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Trägermaterials (4) mit darauf gehaltenen elektronischen Bauelementen (1), die Kontaktbereiche (3) aufweisen, positionsgenaues Zuführen eines jeweiligen auf dem Trägermaterial (4) gehaltenen elektronischen Bauelementes (1) zu einem Substrat (7), Aufbringen eines Kraftimpulses auf das Substrat (7) in Richtung des Trägermaterials (4) und Verbinden der Kontaktbereiche (3) des jeweiligen elektronischen Bauelementes (1) mit Kontaktbereichen des Substrats (7) durch Verkleben des Trägermaterials (4) mit dem Substrat (7) mittels einer Kleberschicht (8; 9).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen eines elektronischen Bauelementes auf ein Substrat und eine Vorrichtung zum Aufbringen eines elektronischen Bauelementes auf ein Substrat.
Es werden immer mehr Forderungen im Markt erhoben, Druckprodukte mit erweiterter Funktionalität zu versehen, die eine Interaktion zwischen Druckprodukt und Verbraucher oder eine Interaktion zwischen Druckprodukt und automatischen Datenerfassungsgeräten zu erlauben. Ein Beispiel hierfür ist der gedruckte Barcode, der Informationen über das Produkt trägt und durch ein geeignetes Lesegerät erfasst werden kann. Nachteilig an dem gedruckten Barcode ist, dass ein Sichtkontakt zwischen Barcode und Lesegerät bestehen muss und dass der Datencode beschränkt und nicht dynamisch angepasst werden kann. RFID (radio-frequency-identification-device) Chips bietet die Möglichkeit der dynamischen Datenerfassung und können auch ohne Sichtkontakt gelesen werden.
Es ist als kostengünstiger Weg der RFID-Transponderherstellung auch aus der WO 2005/078648 A1 bekannt, auf einen Druckbogen mit mehren Nutzen eine Vielzahl von Antennen zu drucken und den Druckbogen dann in einem dem Druckprozess nach gelagerten Verarbeitungsschritt, zum Beispiel einem Stanzvorgang, in einzelne Nutzen aufzutrennen und die auf den einzelnen Nutzen befindlichen Antennen dann in einer separaten Vorrichtung mit einem Chip oder einem Chip auf einem Hilfsträger (Strap) zu versehen.
Eine typische Applikatoranlage in Zusammenhang mit Druckanwendungen wird in der WO 2005/013179 A2 beschrieben. Die Vorrichtung dient zum Bedrucken mindestens einer kontinuierlich verlaufenden Bahn, wobei die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur kontinuierlichen Übertragung einzelner Transponder oder Transponderteile basierend auf dem Funktionsprinzip der Radio Frequency Identification dient. beschrieben. Die Vorrichtung dient zum Bedrucken mindestens einer kontinuierlich verlaufenden Bahn, wobei die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung zur kontinuierlichen Übertragung einzelner Transponder oder Transponderteile basierend auf dem Funktionsprinzip der Radio Frequency Identification dient.
Nachteilig an dieser gefunden Lösung ist, dass der Übertrag auf eine kontinuierliche Bahn erfolgt und die Applikation der Transponder oder Transponderteile im Druckprozess erfolgt. Die meisten Verpackungen werden aus Gründen des Produktschutzes und der Lagerstabilität aus stabilem Material gefertigt, das sich schlecht aufrollen lässt. Normalerweise werden solche Materialien bogenweise verarbeitet. Nachteilig an einer Applikatoranlage, die gegen eine kontinuierliche Bahn arbeitet, ist ferner, dass in den meisten Fällen mehrere Nutzen nebeneinander gedruckt werden. In diesem Fall würden mehrere Applikatoranlagen benötigt, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die benötigte Anzahl der Applikatoren in Abhängigkeit von der Nutzengröße schwanken kann.
In der US 6 280 544 B1 ist eine Kombination von Substrat und RFID-Tag-(radio frequency Antenne und Chip)-Applikation offenbart. Hier wird ein Herstellungsverfahren für ein Etikett beschrieben, bei dem ein RFID-Tag, bestehend aus einer Antenne und einem Chip, auf die Rückseite eines gedruckten Etiketts appliziert wird. Es wird nicht die Applikation eines Chips auf eine gedruckte Antenne beschrieben, sondern es wird ein Tag aus Antenne und Chip bestehend auf die Rückseite des Etiketts appliziert. Somit sind Kostenvorteile, die sich aus dem direkten Druck der Antenne auf das Substrat ergeben, nicht realisierbar. Außerdem ist ein kontinuierlicher Herstellungsprozess gemeint, der schwer auf einen Produktionsprozess für Faltschachteln übertragbar ist.
Die DE 10 2005 006 978 B3 beschreibt ein Applikatorsystem, bei dem die Halbleiterelemente oder Interposer auf einem flexiblen, fortlaufenden Trägerband fixiert werden, indem das Halbleiterelement oder der Interposer durch Heizelemente auf Trägerband fixiert werden. Dabei läuft um die Heizelemente ein Endtosband. Auch hier wird die Applikation von Halbleiterelementen auf einem endlosen Trägerband, aber ohne Anwendung für Einzelprodukte beschrieben.
Die DE 101 40 661 C1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Flip-Chip-Modulen. Zunächst wird hierbei ein durchlaufendes Trägerband aufgebracht. Auf Band wird dann ein Chip mit einem Pick-and-Place-Automaten positioniert. Danach wird ein Anpressdruck von einem synchron mitlaufenden Anpresswerkzeug auf die Chips ausgeübt. Gleichzeitig kann zusätzliche Energie, zum Beispiel durch Strahlung, zur Beschleunigung der Aushärtung des Klebers aufgebracht werden. Auch hier ist von einem kontinuierlichen Trägerband die Rede. Ein weiterer Nachteil der gewählten Anwendung ist, dass mittels Pick-und-Place-Automaten nur eine beschränkte Prozessgeschwindigkeit erzielt werden kann, die für die Durchsatzvolumen bei der Faltschachtelherstellung nicht ausreichend ist.
Im Bereich der Applikation von Bauteilen auf Leiterplatten sind die meisten angewendeten Verfahren als Batch-Prozesse ausgeführt, die mit aufwändiger Robotertechnik in einem Stopp and Go Betrieb ganze Leiterplatten bestücken. Nachteil dieser Verfahren ist, dass sie verhältnismäßig lange Taktzeiten benötigen, die auf Prozess- und Materialebene für die Adaption in kontinuierliche Fertigungsprozesse ungeeignet sind.
Die vorgestellten neuen Verfahren sollen diese Lücke für die Montage flexibler Bauelemente (Interposer) schließen und stellen somit Alternativen für eine schnelle Inline-Integration einfachster Elektronikbauteile dar.
Das Dokument WO 02/49093 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines elektronischen Bauelementes auf einem Substrat, wobei auf einem Trägermaterial, das aus einer Trägerbahn und einer thermoplastischen Folie besteht, eine Vielzahl von integrierten Schaltkreisen gehalten werden. Das mit den integrierten Schaltkreisen bestückte Trägermaterial, das mit den integrierten Schaltkreisen in Verbindung stehende Kontaktbereiche in Form von Bumps aufweist, wird durch eine Abtrennvorrichtung durchtrennt, und das mit einem integrierten Schaltkreis versehene Trägermaterial wird einer mit einem Schaltungsmuster versehenen Bahn zugeführt, durch eine Heizvorrichtung erwärmt, wobei ein Verkleben des Trägermaterials mit der Bahn erfolgt, und einem Walzenspalt zugeführt, bei dem ein Druck zwischen dem Trägermaterial mit Schaltkreis und der Bahn aufgebracht wird.
Aus der DE 103 58 422 B3 ist es bekannt, an einem Trägerband Chipmodule zu befestigen, die Kontaktschichten aufweisen. Auf die Kontaktschichten sind bandartig geformte Klebeschichten ausgebildet. Das Trägerband, die Chipmodule, die Kontaktschichten und die Klebeschichten bilden Modulbrücken, von denen eine Modulbrücke aus dem Verbund herausgelöst wird und mit einem auf einem Antennensubstrat angeordneten Antennenelement verklebt wird.
Das Dokument WO 2007/030768 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe, wobei eine erste Bahn mit integrierten Schaltkreisen mit einem Klebeband zu einer zweiten Bahn zusammengeführt wird. Eine dritte Bahn, die elektrische Komponenten, wie Antennen, aufweist, wird mittels einer Sprühvorrichtung mit Klebstoff besprüht und mit der zweiten Bahn vereinigt.
Aus der DE 198 40 226 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen eines elektronischen Bauelementes auf ein Substrat bekannt, wobei ein erstes Trägermaterial mit darauf gehaltenen elektronischen Bauelementen, die Kontaktbereiche aufweisen, gehalten wird, ein Zuführen eines jeweiligen auf einem zweiten Trägermaterial gehaltenen Substrats zu dem elektronischen Bauelement erfolgt, eine lokale Deformierung des zweiten Trägermaterials vorgenommen wird, und die Kontaktbereiche des jeweiligen elektronischen Bauelementes mit Kontaktbereichen des Substrats verbunden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zu definieren, die elektronische Bauelemente auf ein Substrat sicher und mit einer ausreichenden Genauigkeit appliziert.
Die Lösung der Aufgabe gestaltet sich in einem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und in einer Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung von und Funktionsträgersubstrate mit elektronischen Bauelementen. Mit dem Verfahren wird der elektrische Kontakt nicht direkt zwischen den beteiligten Kontaktflächen, sondern mittels Kraft- und Formschluss an deren umliegenden Bereichen hergestellt und dauerhaft verbunden. Selbstverständlich können die Module der nachstehend genannten Verfahrensvarianten auch anders kombiniert werden. Bei entsprechender Ausführung der Vorrichtung kann dieses Verfahren auch für die Simultanapplikation mehrerer Bauelemente verwendet werden.
Die Konfiguration der flexiblen Bauelemente ist auf unterschiedliche Arten möglich. Für das Verfahren können die elektrisch funktionellen Strukturen der Bauelemente in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein. Hierzu können die Bauelemente auf einem selbstklebenden Trägersubstrat vorliegen, dessen Adhäsivmaterial elektrisch isolierend ausgebildet ist. Weiterhin können die Bauelemente auf einem nicht selbstklebenden Trägersubstrat vorliegen. Die Verbindung zum Substrat wird dann mittels Kraft- und Formschluss herstellt, wobei hier ein zusätzlich aufzubringendes selbstklebendes Deckband verwendet wird, das über die Randflächen der funktionellen Strukturen hinaus den Kontakt mit der Leiterplatte herstellt.
Die Bauteilzuführung kann vorgesehen sein, indem elektronische Bauelemente, beispielsweise Straps, Interposer oder Mikrochipmodule, durch eine Zuführeinrichtung auf einem Trägerband direkt auf das Substrat eingebracht werden oder dass sie auf ein umlaufendes, endloses Transferband abgelegt, dann in Förderrichtung des Transferbandes transportiert und nach der Umlenkung des Transferbandes um eine Umlenkrolle auf das Substrat abgesetzt werden. Das Substrat wird dabei von einer kontinuierlich oder taktend arbeitenden Fördervorrichtung transportiert die elektronischen Bauelemente werden durch das Trägerband oder das Transferband auf dem Substrat unter Druckanwendung fixiert.
Die Erfindung ermöglicht eine lange Anpressdauer des auf einem Hilfsträger (Strap oder Interposer) befindlichen elektrischen oder elektronischem Bauelementes auf das einzeln vorliegende Substrat.
So wird der Nachteil vermieden, der sich beim direkten Applizieren des elektronischen Bauelements auf das Substrat, z. B. mit einer Pick-and-Place-Vorrichtung, ergibt. Dort ist keine kontinuierliche Applikation möglich, da das Substrat für die zur Befestigung erforderliche Einwirkdauerangehalten werden muss. Hierdurch verschlechtern sich der Durchsatz und auch die Applikationsqualität. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen
1 ein flexibles elektronisches Bauelement mit integriertem Schaltkreis (Chip) und elektrisch funktionellen Padstrukturen,
2 ein Ausgangsmaterial für ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren als einreihig bestücktes Trägerband mit einer Kleberschicht,
3 ein Ausgangsmaterial für ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren als einreihig bestücktes Trägerband mit einem selbstklebenden Deckband mit vollflächiger Kleberschicht an der Unterseite,
4 vier Ansichten des Trägerbandes während der Bauteilapplikation nach einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrens,
5 eine rückseitige Ansicht auf das Trägerband (Ausgangsmaterial) für das erste erfindungsgemäße Verfahren mit Andeutung einer Schnittebene durch ein elektronisches Bauteil,
6 zwei Schnittdarstellungen im Zustand der Applikation (oben) und im Zustand der Verbindung gemäß der Schnittebene nach 5 für das erste erfindungsgemäße Verfahren,
7 eine rückseitige Ansicht auf das Trägerband (Ausgangsmaterial) für das zweite erfindungsgemäße Verfahren mit Andeutung einer Schnittebene durch ein elektronisches Bauteil,
8 zwei Schnittdarstellungen im Zustand der Applikation (oben) und im Zustand der Verbindung gemäß der Schnittebene nach 7, für eine erste Variante des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens,
9 vier Ansichten des Trägerbandes wahrend der Bauteilapplikation zur ersten Variante des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens,
10 eine Darstellung der Bauelemente hinsichtlich der Orientierung der Kleberfläche zur Transportrichtung bei der Applikation,
11 eine Darstellung der Bauelemente hinsichtlich der Anordnung der Kleberfläche und der Transportrichtung in Bezug auf den Trägerbandzuschnitt für die Applikation,
12 die Darstellung von Bauelementen und der Transportrichtung mit einer umseitigen Kleberfläche für die Applikation nach der zweiten Variante des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens,
13 eine Ansicht der Bauteilapplikation nach einer ersten Ausführungsform für die zweiten Variante des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens, und
14 eine Ansicht der Bauteilapplikation nach einer weiteren Applikationsmöglichkeit in einer zweiten Ausführungsform der zweiten Variante des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Folgenden werden Materialien und Vorrichtungen dargestellt, die für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Varianten bzw. Ausführungsformen zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung von Leiterplatten und anderer Substrate mit flexiblen elektronischen Bauelementen (nachstehend als Chip-Bauelemente 1 bezeichnet) als beispielhaft anzusehen sind.
Mit dem Verfahren wird der elektrische Kontakt von auf einem Substrat 7 zu applizierenden flexiblen Chip-Bauelementen 1 nicht direkt zwischen den beteiligten Kontaktflächen herstellt, sondern er wird mittels Kraft- und Formschluss an den umliegenden Bereichen der Chip-Bauelemente 1 hergestellt, wobei gleichzeitig für eine dauerhafte Verbindung gesorgt wird.
Selbstverständlich können die Module zur Ausführung der nachstehend genannten Verfahrensvarianten auch anders kombiniert werden. Bei entsprechender Ausführung der Vorrichtung kann dieses Verfahren auch für die Simultanapplikation mehrerer Chip-Bauelemente 1 verwendet werden.
Die Konfiguration der flexiblen Chip-Bauelemente 1 ist auf unterschiedliche Arten möglich. Für das Verfahren können die elektrisch funktionellen Strukturen der Chip-Bauelemente 1 in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein.

– Hierzu können die Chip-Bauelemente 1 zum einen auf einem selbstklebenden Trägermaterial anhaftend vorliegen, wobei das Adhäsivmaterial (Kleber) des Trägermateriales elektrisch isolierend ausgebildet ist.
– Weiterhin können die Chip-Bauelemente 1 auf einem nicht selbstklebenden Trägermaterial vorliegen. Die Verbindung zum Substrat wird dann mittels Kraft- und Formschluss herstellt, wobei hier ein zusätzlich aufzubringendes selbstklebendes Deckband verwendet wird, das über die Randflächen der funktionellen Strukturen hinaus den Kontakt mit dem Substrat 7 herstellt.
– Die Bauteilzuführung kann erfolgen, indem die elektronischen Chip-Bauelemente 1 durch eine Zuführeinrichtung auf einem bandförmigen Trägermaterial (nachstehend als Trägerband 4 bezeichnet) direkt auf das Substrat eingebracht werden.
– Alternativ können die elektronischen Chip-Bauelemente 1 auf ein umlaufendes, endloses Transferband abgelegt, in Förderrichtung des Transferbandes transportiert und nach Umlenkung des Transferbandes um eine Umlenkrolle auf das Substrat 7 abgesetzt werden.
– Das Substrat 7 wird dabei von einer kontinuierlich oder taktend arbeitenden Fördervorrichtung transportiert, die elektronischen Bauelemente werden durch das Trägerband 4 oder das Transferband auf dem Substrat 7 unter Druckanwendung fixiert.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung von Leiterplatten und anderer Substrate 7 mit flexiblen Chip-Bauelementen 1 (siehe 1). Mit dem Verfahren wird der elektrische Kontakt nicht direkt zwischen den beteiligten Kontaktflächen, sondern mittels Kraft- und Formschluss an deren umliegenden Bereichen hergestellt und dauerhaft verbunden. Selbstverständlich können die Module der u. g. Verfahren anders kombiniert werden. Bei entsprechender Ausführung der Vorrichtung kann dieses Verfahren auch für die Simultanapplikation mehrerer Bauelemente verwendet werden.
In 1 ist ein flexibles Chip-Bauelement 1 dargestellt. Das Chip-Bauelement 1 enthält einen integrierten Schaltkreis 2 und elektrisch funktionelle Anschlusselemente 3 für das flexible Chip-Bauelement 1, die eine Struktur als so genannte Pads aufweisen.
Die hier beschriebenen Verfahren sollen die Montage flexibler Chip-Bauelemente 1 verbessern und vereinfachen und somit Alternativen für eine schnelle inline Integration einfachster Elektronikbauteile eröffnen.
Zur erfindungsgemäßen Konfiguration flexibler Chip-Bauelemente 1 sind im Wesentlichen als erfindungsgemäß die nachfolgend genannten möglichen Ausführungsformen zu vermerken.
Für die vorgeschlagenen Verfahrensvarianten können die elektrisch funktionellen Strukturen bzw. die flexiblen Chip-Bauelemente 1 (siehe 1) in einer oder mehreren Reihen geordnet vorgesehen werden,

(I) wobei die Strukturen auf einem selbstklebenden Trägerband 4 vorliegen, dessen Adhäsivschicht elektrisch isolierend ausgeführt ist (siehe 2, 2A), oder
(II) wobei die Strukturen auf einem nicht selbstklebenden Trägerband 4 vorliegen und wobei Kraft- und Formschluss zur Verbindung der Strukturen mit dem Substrat 7 im Verfahren über ein zusätzlich aufzubringendes selbstklebendes Deckband erzielt werden, das über die Randflächen der funktionellen Strukturen hinaus den Kontakt mit der Leiterplatte herstellt (3, 3A).

In 2 ist ein Ausgangsmaterial AI für ein erstes erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt. Zur Verarbeitung beim Bestücken von Substraten 7 mit elektronischen Chip-Bauelementen 1 wird ein einreihig mit den Chip-Bauelementen 1 bestücktes Trägerband 4 mit einer den integrierten Schaltkreis 2 und dessen Anschlusselemente 3 von deren Rückseite her umschließenden Adhäsivschicht 8 verwendet, so dass wenigstens die Kontaktflächen der Anschlusselemente 3 freiliegen. 2A ist ein Schnitt hierzu entsprechend der Schnittlinie.
In 3 ist ein Ausgangsmaterial AII für ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren gezeigt. Zur Verarbeitung beim Bestücken von Substraten 7 mit elektronischen Chip-Bauelementen 1 wird auch hier ein einreihig bestücktes Trägerband 4 verwendet. Zur Befestigung der flexiblen Chip-Bauelemente 1 ist hier aber ein selbstklebend ausgerüstetes Deckband 5 mit vollflächiger Adhäsivschicht 9 an der Unterseite des Trägerbandes 4 als Halteelement vorgesehen, das seitlich über Ausgangsmaterial AII überstehend ausgeführt ist.
3A ist ein Schnitt hierzu entsprechend der Schnittlinie.
Im Folgenden wird das Funktionsprinzip einer Applikationseinrichtung in einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.
In 4 ist in diesem Zusammenhang in vier Teilansichten bzw. Schnittdarstellungen die Ausführung eines Applikationsprozesses nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren unter Zuhilfenahme eines Ausgangsmaterials AI mit einem Trägerband 4 und einer Adhäsivschicht 8 mit flexiblen Chip-Bauelementen 1 in der Zusammenwirkung dargestellt. Dabei wird das Trägerband 4 um eine Übertragungswalze 6 geführt und von dieser auf ein Substrat 7 gedrückt und mit diesem verbunden. Als Substrat 7 kommen Leiterplatten oder andere elektrisch/elektronisch funktionelle Substrate in Frage.
Wie in 4 gezeigt, wird in diesem ersten Verfahren als Ausgangsmaterial AI ein flexibles Trägerband 4 verwendet, auf dessen selbstklebender Seite die flexiblen Chip-Bauelemente 1 angeordnet sind. Die funktionellen Strukturen (Chip-Bauelemente 1) liegen folglich vorkonfiguriert, geordnet und, wenigstens rückseitig, von einer adhäsiven, elektrisch isolierenden Substanz umgeben, auf dem Trägerband 4 vor. Ein Fördersystem der Applikationseinrichtung gewährleistet die Synchronisation der Bewegung von Trägerband 4 und der das Substrat 7 repräsentierenden Leiterplatten 7. Das heißt, dass die Kontaktflächen an den Anschlusselementen 3 mindestens eines Chip-Bauelementes 1 mit denen der Leiterplatte 7 in Deckung gebracht werden. Die hierfür notwendige Synchronisation, Vereinzelung und Applikation des Chip-Bauelementes 1 kann direkt über die Taktung des Trägerbandes 4 oder indirekt durch Verwendung eines Zwischenträgerbandes gesteuert werden. Die grundsätzliche Verbindung der zu kontaktierenden Oberflächen von Leiterplatte 7 und Chip-Bauelement 1 wird durch kraftschlüssige Berührung derselben und die selbsthaftende Wirkung der Adhäsivschicht 8 hergestellt.
Im Fall der Applikation ohne Zwischenträger, wie in 4 gezeigt, wird in einem einzigen Schritt das Chip-Bauelement 1 aus dem Trägerband 4 gelöst, indem die Leiterplatte 7 mittels Kraftimpuls an die Übertragungswalze 6 gepresst wird. Dabei reißen die Perforierungen (s. Strich-Punkt-Linie in 4) um das Chip-Bauelement 1 im Trägerband 4 ab. Ein zusätzliches rückseitiges Rollen der Anschlusselemente 3 der Chip-Bauelemente 1 verfestigt die Verbindung mit den Leiterplattenkontakten zusätzlich. Liegt eine Adhäsivschicht 8 vor, die weitere die Anhaftung verstärkende Behandlungen erfordert, z. B. durch thermische oder chemische Reaktionen, dann können diese aufgrund der Fixierung in nachgelagerten Prozessen realisiert werden.
In 5 ist eine rückseitige Ansicht des Ausgangsmaterials AI gezeigt. Dabei sieht man auf das Trägerband 4. Weiterhin ist eine Schnittebene für die nachfolgende Darstellung nach 6 angedeutet.
Weiterhin ist eine Schnittansicht zur Darstellung des Applikationsprozesses im oberen Teil als 6 und ein Schnitt durch die fertig gestellte Verbindung für ein flexibles Chip-Bauelement 1 im unteren Teil als 6A gezeigt. Das Chip-Bauelement 1 mit Trägerband 4, Anschlusselementen 3 und Schaltkreis 2 wird einer Leiterplatte 7 zugeordnet, die Kontaktbereiche 10 aufweist. Beim Zusammenfügen von Chip-Bauelement 1 und Leiterplatte 7 werden die Anschlusselemente 3 mit den Kontaktbereichen 10 verbunden und durch die Adhäsivschicht 8 in Kontakt gehalten.
Nun zu den Funktionsprinzipien eines zweiten erfindungsgemäßen Applikationsverfahrens.
Zunächst wird eine erste Variante des zweiten Applikationsverfahren ohne Verwendung von Zwischenträgern beschrieben.
Die in dem zweiten Applikationsverfahren verwendeten flexiblen Chip-Bauelemente 1 sind auf einem klebrigen Trägerband 4 angeordnet. Aus diesem Grund wird die nichtfunktionelle Rückseite des Trägerbandes 4 vor der elektrischen Kontaktierung mit einem breiten Deckband 5 beklebt, so dass die seitlich entstehenden Überlappungsbereiche die Klebekontaktstellen bilden, wie dies in 8 dargestellt ist.
In 7 ist das für das zweite Applikationsverfahren verwendete Ausgangsmaterial in rückseitiger Ansicht dargestellt. Eingefügt ist eine Schnittebene für die Darstellung des Ausgangsmaterials in 8.
In 8 ist eine Darstellung für das zweite Applikationsverfahren in seiner ersten Variante in der in 7 gezeigten Schnittebene während des Applikationsprozesses wiedergegeben. Die fertig gestellt Verbindung auf Kontaktbereichen 10 einer Leiterplatte 7 ist in der unteren Darstellung in 8A gezeigt.
Im Gegensatz zum ersten Applikationsverfahren werden die funktionellen Strukturen (Chip-Bauelemente 1) nicht im Bereich ihres gesamten Umfanges verklebt, sondern sie werden lediglich an seitlich überstehenden Klebelaschen mit der Unterlage verbunden. Die Klebelaschen befinden sich seitlich des Chip-Bauelementes 1 und sind dabei quer zum Bahnverlauf des Ausgangsmaterials AII angeordnet (siehe 9).
In 9 ist in vier Teilansichten das Trägerband 4 in der ersten Variante des zweiten Applikationsverfahrens entsprechend der Darstellung und Beschreibung gemäß 4 gezeigt.
Um die Haftfähigkeit des Chip-Bauelementes 1 zu erhöhen, respektive die Fläche der Klebekontaktstellen zu maximieren, leiten sich für diese erste Variante zweiten Applikationsverfahrens folgende Schlussfolgerungen ab:

A. Die funktionellen Strukturen sind nach Möglichkeit so auf dem Trägerband 4 anzuordnen, dass die längste Kontaktlinie parallel zur Bahnlaufrichtung des Trägerbandes verläuft (wie Klebefläche D). In 10 sind Anordnungen von Klebeflächen C und D gezeigt, wobei aufgrund der Längsorientierung des Chip-Bauelementes 1 in der zweiten Darstellung die Klebefläche C größer ist als die Klebefläche D.
B. Der seitliche Zuschnitt des Trägerbandes sollte bündig am Rand der funktionellen Strukturen verlaufen (wie Klebefläche B). In 11 sind Klebeflächen A und B an Chip-Bauelementen 1 gezeigt, wobei aufgrund des bündigen Trägerbandzuschnitts die Klebefläche B größer ist als die Klebefläche A.

Das Trägerband 4 wird in diesem Applikationsverfahren über seine gesamte Breite durchtrennt, um Überlappungsbereiche zu schaffen. Folglich nehmen vom Kontaktpunkt aus gesehen, in auslaufender Richtung lediglich die verbliebenen Schnittränder des Deckbandes 5 die Zugbeanspruchung des Aufwicklers auf. Im Fall der Überbeanspruchung sind diese Ränder zu verstärken, z. B. durch in die verbleibenden Bereiche einzulagernde Fasereinlagen.
Das Prinzip der Vereinzelung und Applikation erfolgt in Analogie zum ersten erfindungsgemäßen Applikationsverfahren.
Nun folgt die Beschreibung einer zweiten Variante des zweiten erfindungsgemäßen Applikationsverfahrens, wobei hier ein Zwischenträger zum Absetzen der Chip-Bauelemente 1 verwendet wird.
Anders als bei der ersten Variante des zweiten Applikationsverfahrens soll bei diesem Verfahren ein Zwischenträgermodul (Transportmodul 11) verwendet werden, das die flexiblen Chip-Bauelemente 1 bereits vor der Applikation auf einer Leiterplatte 7 vereinzelt.
Ziel ist hier die vollständig am Umfang der Chip-Bauelemente 1 umlaufende Haftung der funktionellen Strukturen. Hierzu sind die Chip-Bauelemente 1 wie in 12 gezeigt von einer Klebefläche umfangen, die von dem Deckband erzeugt wird.
Dieses Verfahren beruht auf drei Aggregaten, welche einen Separationsvorgang, einen Transportvorgang und einen anschließenden Transfervorgang der Chip-Bauelemente 1 auf ein Substrat übernehmen.
In 12 sind hierfür geeignete Chip-Bauelemente 1 mit jeweils am Umfang der Chip-Bauelemente 1 umlaufenden Klebeflächen E und F in Ausrichtung parallel und quer zur Bahnlaufrichtung des Trägerbandes 4 gezeigt.
Zunächst wird eine erste Ausführungsform der zweiten Variante des zweiten Applikationsverfahrens in 12 dargestellt.
Eine Separationseinrichtung, wie in 13 dargestellt, enthält einen Bauelementespender (A) 11, einen Perforierungszylinder (B) 12 und einen Stanzzylinder (C) 13. Vor der Ablage des bereits perforierten Chip-Bauelementes 1 setzt der mit Umlaufgeschwindigkeit rotierende Stanzzylinder (C) 13 einen quer verlaufenden Schnitt in das von einem Transportmodul (D) 14, das als Band oder Zylinder ausgeführt sein kann, geführte Klebeband 5, 9. Dabei wird durch Vorschub die in Umlaufrichtung liegende Überlappungsfläche zwischen dem Klebeband 5, 9 und dem Chip-Bauelement 1 eingestellt. Ein mechanischer Impuls (A1) mittels des getaktet an das Transportmodul 14 anstellbaren Bauelementespenders 11 legt sich die passive Seite eines Chip-Bauelementes 1 lagerichtig auf dem Klebeband 5, 9 an. Durch die Perforierung löst sich das Chip-Bauelement 1 von einem Transportband 15 des Bauelementspenders 11 ab. Nun liegen die Chip-Bauelemente 1 hintereinander auf exakt zugeschnittenen Klebepads am Transportmodul 14. Die Klebepads werden entweder durch Unterdruck auf dem Zwischenträger (Transportmodul 14) gehalten. Die Klebepads können auch durch eine rückseitig aufgebrachte Adhäsivschicht anhaften, deren Klebewirkung schwächer ist als die der Befestigung dienende Vorderseite der Klebepads.
Wegen der vorgelagerten Vereinzelung der Chip-Bauelemente 1 zum Klebeband 5, 9 entfällt bei der Applikation auf der Leiterplatte 7 der Vorgang des Ausstanzens der einzelnen Chip-Bauelemente 1. Das Prinzip der Applikation erfolgt in Analogie zum ersten Applikationsverfahren, wobei die Anpressung auf der Leiterplatte 7 mittels des Transportmoduls 14 erfolgt.
Weiterhin wird in 14 eine zweite Ausführungsform der zweiten Variante des zweiten Applikationsverfahrens dargestellt.
Der Zuschnitt des Klebebandes 5, 9 erfolgt bei dieser zweiten Ausführungsform erst während der Applikation auf der Leiterplatte 7. Hierzu ist das Transportmodul 14 an seiner Oberfläche mit Perforationselementen 16 versehen, die von unten in das Klebeband 5, 9 einstechen. Weil das Klebeband 5, 9 nun ohne Zwischentrennung, also am Stück, zur Applikationsposition gefördert wird, entfällt die spezielle Funktionalität zur Herstellung der Haftung der Klebepads auf dem Zwischenträger (Transportmodul 14). Beim Anpressen der Klebepads mittels des Transportmoduls 14 auf die Leiterplatte 7 werden die Kleberänder des Klebebands 5, 9 an die Leiterplatte gedrückt und gleichzeitig mittels der Perforationselemente 16 vom Klebeband 5, 9 abgetrennt.

Claims

Verfahren zum Aufbringen eines elektronischen Bauelementes (1) auf ein Substrat (7), mit folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Trägermaterials (4) mit darauf gehaltenen elektronischen Bauelementen (1), die Kontaktbereiche (3) aufweisen, positionsgenaues Zuführen eines jeweiligen auf dem Trägermaterial (4) gehaltenen elektronischen Bauelementes (1) zu einem Substrat (7), Aufbringen eines Kraftimpulses auf das Substrat (7) in Richtung des Trägermaterials (4) und Verbinden der Kontaktbereiche (3) des jeweiligen elektronischen Bauelementes (1) mit Kontaktbereichen des Substrats (7) durch Verkleben des Trägermaterials (4) mit dem Substrat (7) mittels einer Kleberschicht (8; 9).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägermaterial (4) verwendet wird, das die Kleberschicht (8; 9) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägermaterial (4) verwendet wird, bei dem die Kleberschicht (8) außerhalb der Kontaktbereiche (3) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trägermaterial (4) mit einem eine Kleberschicht (9) aufweisenden Deckband (5) verbunden wird, wobei das Deckband (5) größere Abmessungen als das Trägermaterial (4) hat zum Verkleben des das elektronischen Bauelement (1) haltenden Trägermaterials (4) mittels der Kleberschicht (9) des Deckbandes (5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch nichtleitendes Klebemittel für die Kleberschicht (8; 9) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige elektronische Bauelement (1) direkt mittels des Trägermaterials (4) oder in Verbindung mit dem Trägermaterial (4) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige elektronische Bauelement (1) gemeinsam mit Abschnitten des Trägermaterials (4) dem Substrat (7) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige elektronische Bauelement (1) indirekt vom Trägermaterial (4) oder Teilen des Trägermaterials (4) über eine Transporteinrichtung (14) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (14) das Deckband (5) transportiert, das Trägermaterial (4) mit den elektronischen Bauelementen (1) aufnimmt und das Deckband (5) mit dem die elektronischen Bauelemente (1) aufweisenden Trägermaterial (4) gemeinsam dem Substrat (7) zuführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (7) mittels einer Fördereinrichtung in Richtung des Trägermaterials (4) mit den darauf angeordneten elektronischen Bauelementen (1) transportiert wird, und dass eine Synchronisation der Geschwindigkeit des die elektronischen Bauelemente (1) tragenden Trägermaterials (4) mit dem durch die Fördereinrichtung transportierten Substrats (7) oder der Transporteinrichtung (14) mit dem durch die Fördereinrichtung transportierten Substrats (7) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit einer das Trägermaterial (4) transportierenden Übertragungswalze (6) oder die Umfangsgeschwindigkeit der Transporteinrichtung (14) und die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung durch Sensoren ermittelt werden.
Vorrichtung zum Aufbringen eines elektronischen Bauelementes (1) auf ein Substrat (7), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Zuführeinrichtung (6; 14) zum positionsgenauen Zuführen eines jeweiligen elektronischen Bauelementes (1) aus einer Vielzahl von auf einem Trägermaterial (4) gehaltenen elektronischen Bauelementen (1) zu einem Substrat (7), und einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zum Aufbringen eines Kraftimpulses auf das Substrat (7) in Richtung des Trägermaterials (4), um ein Verbinden von Kontaktbereichen (3) des jeweiligen elektronischen Bauelementes (1) mit Kontaktbereichen des Substrats (1) und ein Verkleben des Trägermaterials (4) mit dem Substrat (7) mittels einer Kleberschicht (8; 9) zu erzielen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (4) die Kleberschicht (8) aufweist, und dass die Zuführeinrichtung eine Übertragungswalze (6) zum direkten Zuführen des Trägermaterials (4) mit dem jeweiligen elektronischen Bauelement (1) zum Substrat (7) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Transporteinrichtung (14) zum Transportieren des Trägermaterials (4) mit dem jeweiligen elektronischen Bauelement (1) von einer diese tragenden Spendereinrichtung (11) zu dem Substrat (7).
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (14) zum Transportieren eines Deckbandes (5), das die Kleberschicht (9) aufweist, ausgebildet ist, so dass ein Transport des Trägermaterials (4) mit dem jeweiligen elektronischen Bauelement (1) von der Spendereinrichtung (11) zu dem Substrat (7) über das Deckband (5) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Schneideinrichtung zum wenigstens teilweisen Trennen des Deckbandes (5) in Einzelstücke.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung so eingestellt ist, dass die Einzelstücke des Deckbandes (5) größer ausgebildet sind als Einzelstücke des Trägermaterials (4) mit dem jeweiligen elektronischen Bauelement (1).
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung einen Stanzzylinder (13) umfaßt, der benachbart zur Transporteinrichtung (14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung durch an der Transporteinrichtung (14) angeordnete Perforationselemente (16) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, gekennzeichnet durch eine Fördereinrichtung zum Transport des Substrats (7) in Richtung des Trägermaterials (4) mit den darauf angeordneten elektronischen Bauelementen (1).
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (6; 14) und/oder die Fördereinrichtung zum intermittierenden oder kontinuierlichen Betrieb ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch Sensoren zum Ermitteln der Geschwindigkeit der Zuführeinrichtung (6; 14) und der Fördereinrichtung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleberschicht (8; 9) ein elektrisch nichtleitendes Klebemittel enthält.