DE102010004193B4

DE102010004193B4 - Bestückungsautomat und Lötverfahren zum thermischen Verbinden von Bauelementen an ein Substrat

Info

Publication number: DE102010004193B4
Application number: DE102010004193A
Authority: DE
Inventors: Norbert Heilmann
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2010-01-08
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2030-01-09
Also published as: CN102151928A; DE102010004193A1

Abstract

Bestückungsautomat zum Bestücken von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2), der Bestückungsautomat aufweisend eine Vorrichtung (1) zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2), wobei die Vorrichtung aufweist eine Substrathalteinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit (5) sowie eine Energiequelle (6) zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses auf eine zwischen einem jeden Bauelement (7) und der ersten Seite (3) des Substrats (2) platzierbaren Brennstofffolie (13), wobei – die Energiequelle (6) auf der den Bauelementen (7) abgewandten zweiten Seite (4) des Substrates (2) beweglich angeordnet ist, um die Strahlung oder den Energieimpuls auf die den Bauelementen (7) abgewandte zweite Seite (4) des Substrats (2) zu richten, oder – ein Umlenkelement (9) auf der den Bauelementen (7) abgewandten zweiten Seite (4) des Substrates (2) beweglich angeordnet ist, wobei das...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bestückungsautomaten zum Bestücken von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrates sowie ein Lötverfahren zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrates.
In der Bestücktechnologie werden elektronische Bauteile auf Substrate, insbesondere auf Leiterplatten, angebracht. Dies erfolgt insbesondere mittels einer Lötverbindung, wobei ein Lot zwischen die jeweiligen Komponenten eingebracht wird und diese Sandwichstruktur insbesondere in einem Ofen erhitzt wird. Als problematisch hat sich hierbei herausgestellt, dass sowohl die Verbindungsstellen, als auch die jeweiligen Komponenten zum Teil schädlicher Wärme ausgesetzt werden. Das heißt, bei einem derartigen Lötvorgang können temperaturempfindliche Komponenten beschädigt werden. Ist die Temperatur, mit der die Lötverbindung und die Komponenten, insbesondere wärmeempfindliche Komponenten, beaufschlagt werden, nicht hoch genug, besteht die Gefahr, dass die erzeugten Verbindungsstellen sehr schwach sind und sich lösen können. Stand der Technik ist heute, dass reaktive, exotherm reagierende Metallfolien, beispielsweise aufgebaut aus nur einigen Nanometer dicken Schichten von Aluminium und Nickel, als Wärmequelle für das Lötmittel, das heißt sowohl für niedrig als auch hochschmelzende Lote, verwendet werden.
Aus der US 2005/0121499 A1 ist bekannt, dass elektronische Bauelemente an ein Substrat verbunden werden, indem reaktive, nanostrukturierte Metallfolien zwischen den Kontaktflächen eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes und der Kontaktfläche, dem sogenannten Anschlusspad, auf dem Substrat, insbesondere einer Leiterplatte, und benachbart zu einer oder mehreren Schichten von Hartlot oder Lot angeordnet werden. Die reaktiven, nanostrukturierten Metallfolien dienen als lokale Wärmequellen zum Schmelzen der Lot- oder Hartlotschichten. Es ist bekannt, dass die Folienteile in eine geeignete Position gebracht werden und durch einen Energieimpuls gezündet werden können. Hierzu ist es nicht erforderlich, dass die einzelnen Folienteile mechanisch kontaktiert werden müssen. Problematisch ist das Aktivieren beziehungsweise Zünden der reaktiven, exotherm reagierenden Metallfolie im Bereich der Kontaktflächen, da diese durch die Bauelemente bzw. das Substrat abgedeckt werden. So kann die exotherm reagierende Metallfolie nur am freiliegenden Randbereich aktiviert werden, wodurch die Aktivierung der exotherm reagierenden Metallfolie an der Kontaktfläche zu dem Bauelement und an der Kontaktfläche des Substrates erschwert wird und ungleichmäßig erfolgt beziehungsweise keine gleichmäßige Wärmeentwicklung im Lötmittel garantiert werden kann. Hierdurch werden fehlerhafte oder schlecht haltende Lötverbindungen erzeugt.
Aus der DE 3834147 A1 ist bekannt, dass ein mit Brenn- und Zündstoffpartikeln versetzter Lotpastenfleck an seinem freiliegenden Rand mittels eines von ”oben” beziehungsweise von der Seite einwirkenden Laserstrahls gezündet und erhitzt werden kann. Auch hier kann der mit Brenn- und Zündstoffpartikeln versetzter Lotpastenfleck nicht optimal im Zentrum des Lotpastenflecks gezündet werden, da der Laserstrahl nur auf die Randbereiche des mit Brenn- und Zündstoffpartikeln versetzten Lotpastenflecks gerichtet werden kann. Dies kann, wie bereits erwähnt zu einer ungleichmäßigen Wärmeentwicklung im Lötmittel führen.
Aus der EP 0 964 608 A2 ist ein Verfahren zum Laserlöten bekannt, bei dem ein Laserstrahl durch ein Substrat hindurch auf Lotpaste gerichtet wird, welche sich zwischen den Anschlüssen eines Bauelements und Bauelement-Anschlussflächen des Substrates befindet. Durch die Energie des Laserstrahls wird die Lotpaste zum Schmelzen gebracht.
Aus der DE 102 13 577 B3 ist ein Verfahren zum simultanen Laserstrahllöten bekannt. Dabei wird zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen den Kontakten von Bauelementen und den zugeordneten Anschlüssen eines Trägers ein ablenkbarer Laserstrahl rasch nacheinander und in mehreren Durchgängen auf alle Lötstellen eines Bauelements gerichtet, bis das Lot bei sämtlichen Lötstellen gleichzeitig aufgeschmolzen ist. Die Zufuhr der Energie erfolgt dabei in einem sog. Timesharing-Vorgang.
Aus der WO 00/72222 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von miniaturisierten Strukturen bekannt. Die Vorrichtung weist einen Laser und ein Materialträgerelement auf, an welchem sich eine Abscheidungsschicht befindet, die einem Substrat zugewandt ist. Durch eine Belichtung des Materialträgerelements mittels des Lasers kann in räumlich definierter Weise Material von der Abscheidungsschicht auf das Substrat transferiert werden.
Aus der DE 102 49 005 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsanordnung bekannt. Die Schaltungsanordnung umfasst einen in einem Wellenlängenbereich optisch durchlässigen Schaltungsträger, auf dem Schaltungsträger angeordnete Leiterbahnen und mindestens ein mit den Leiterbahnen verbundenen elektrischen Bauelement. Das Bauelement wird an Lötstellen durch Löten mit den Leiterbahnen verbunden. Das Löten erfolgt mittels eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereichs, in dem der Schaltungsträger optisch durchlässig ist, und der Laserstrahl durch den Schaltungsträger hindurch zu den Lötstellen geleitet wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Bestückungsautomaten und ein Verfahren zu schaffen, die es ermöglichen, dass zwischen einer Kontaktfläche eines elektronischen Bauelementes und einer Kontaktfläche auf einem Substrat auf einfache Weise ein reaktiver Brennstoff eingebracht und dieser einfach, sicher und zielgenau gezündet beziehungsweise aktiviert werden kann.
Insbesondere soll eine Automatisierung der Aktivierung der Metallfolie ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Bestückungsautomaten zum Bestücken von Bauelementen an zumindest eine erste Seite des Substrats mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Lötverfahren zum thermischen Verbinden von Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 8 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bestückungsautomaten sowie dem erfindungsgemäßen Lötverfahren, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Bestückungsautomaten zum Bestücken von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats gelöst. Der erfindungsgemäße Bestückungsautomat weist auf (a) eine Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats und (b) eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Brennstofffolien, insbesondere reaktiven, exotherm reagierenden Metallfolien, auf die zumindest eine erste Seite des Substrats. Die Vorrichtung zum thermischen Verbinden weist auf eine Substrathalteinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit sowie eine Energiequelle zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses auf eine zwischen einem jeden Bauelement und der ersten Seite des Substrats platzierbaren Brennstofffolie. Die Energiequelle ist auf der den Bauelementen abgewandten zweiten Seite des Substrates beweglich angeordnet, um die Strahlung oder den Energieimpuls auf die den Bauelementen abgewandte zweite Seite des Substrats zu richten.
Alternativ ist ein Umlenkelement auf der den Bauelementen abgewandten zweiten Seite des Substrates beweglich angeordnet, wobei das Umlenkelement mit der Energiequelle gekoppelt ist, um die von der Energiequelle ausgesendete Strahlung oder den von der Energiequelle ausgesendeten Energieimpuls auf die den Bauelementen abgewandte zweite Seite des Substrats zu richten.
Mittels der Zuführeinrichtung können Brennstofffolien auf die zumindest eine erste Seite des Substrats zugeführt werden. Dabei kann eine reaktive, exotherm reagierende Metallfolie vor dem Bestücken der Bauelemente an die Oberfläche des Substrats angelegt werden. Die reaktive, exotherm reagierende Metallfolie ist derart aufgebaut, dass Brennstoff an jede Kontaktfläche des Substrats, das heißt an jedes Anschlusspad, angelegt wird, an der ein Bauelement befestigt werden soll. Dabei wird die Metallfolie derart an die Kontaktflächen an der Oberseite zumindest der ersten Seite des Substrats angelegt, dass der Brennstoff in der Metallfolie mit dem an den Kontaktflächen vorhandenen Lötmittel in Kontakt gebracht wird. Hierdurch kann der Brennstoff bzw. die Brennstofffolie nach dem Aktivieren aufgrund der entstehenden Wärme das Lötmittel gezielt zum Schmelzen bringen.
Das Substrat, welches insbesondere eine Leiterplatte ist, wird über eine Substrathalteinrichtung bzw. eine Substrattransporteinheit zu einer bestimmten Arbeitsposition geführt, in der das Substrat bearbeitet werden kann. Dabei kann die Dicke des Substrats unterschiedlich sein. Bevorzugt ist das Substrat bzw. die Leiterplatte relativ dünn ausgebildet. Das Substrat kann mit verschiedensten Bauelementen bestückt werden. So können beispielsweise elektronische Bauelemente, mechanische Bauelemente oder andere Bauelemente thermisch an das Substrat verbunden werden.
Die Vorrichtung weist eine Energiequelle auf, die ausgebildet ist, um eine Strahlung oder einen Energieimpuls auszusenden. Die Strahlung kann beispielsweise eine Infrarot-Strahlung oder Laserstrahlung aufweisen. Die Energiequelle kann beispielsweise einen Energieimpuls in Form eines Laser-Impulses abgeben. Ferner kann der Energieimpuls ein elektrischer Impuls oder ein Druck-Impuls sein.
Die Energiequelle ist ausgebildet, um die Strahlung oder den Energieimpuls auf eine zwischen einem jeden Bauelement und der ersten Seite des Substrats platzierbare Brennstofffolie zu richten. Dabei ist die Energiequelle derart an der Vorrichtung angeordnet, dass sie auf der den Bauelementen abgewandten zweiten Seite des Substrates beweglich angeordnet ist, um die Strahlung oder den Energieimpuls auf die den Bauelementen abgewandte zweite Seite des Substrats zu richten, oder bei der ein Umlenkelement auf der den Bauelementen abgewandten zweiten Seite des Substrates beweglich angeordnet ist, wobei das Umlenkelement mit der Energiequelle gekoppelt ist, um die von der Energiequelle ausgesendete Strahlung oder den von der Energiequelle ausgesendeten Energieimpuls auf die den Bauelementen abgewandte zweite Seite des Substrats zu richten. Durch diese Vorrichtung beziehungsweise die spezielle Anordnung der Energiequelle zu dem Substrat kann der in der Brennstofffolie enthaltene Brennstoff besonders einfach aktiviert werden, ohne dass ein Bauelement dem Energieimpuls ausgesetzt wird und damit beschädigt werden kann. Das Substrat weist vorteilhafterweise Löcher auf, durch die die Strahlung oder der Energieimpuls bis zu dem an der der Energiequelle abgewandten ersten Seite des Substrats angeordneten Brennstoff gelangen kann. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Löchern in dem Substrat vorgesehen. Die Löcher sind vorteilhafterweise sehr klein ausgebildet. Die Strahlung bzw. die Energie, die von der Energiequelle ausgesendet wird, wird durch die Löcher geführt und kann so den Brennstoff aktivieren. Die Löcher in dem Substrat sind genau dort angeordnet, wo an der ersten Seite des Substrats Bauelemente bestückt werden sollen. Um die Öffnung der Löcher an zumindest der ersten Seite des Substrats sind Kontaktflächen, sogenannte Anschlusspads, vorgesehen. An diesen Kontaktflächen können jeweils ein Lötmittel, beispielsweise ein Lot in Form einer Verzinnung, und eine Brennstofffolie angeordnet sein. Die Bauelemente decken jeweils die Öffnung eines Loches, die Kontaktflächen, das heißt die Anschlusspads, an dem Substrat, das Lötmittel sowie die Brennstofffolie ab. Durch die Löcher kann die Brennstofffolie von „unten” durch die Strahlung bzw. den Energieimpuls aktiviert werden. Eine derartige Vorrichtung ermöglicht ein sicheres und einfaches Aktivieren von Brennstofffolien an sonst schwer zugänglichen Stellen unterhalb eines Bauelementes. Die Brennstofffolien beziehungsweise die Lötstellen sind durch die Löcher in dem Substrat von „unten” zugänglich.
Damit die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls zu jeder Lötstelle beziehungsweise zu jeder Brennstofffolie an zumindest der ersten Seite des Substrats geführt werden kann, ist die Energiequelle oder das mit der Energiequelle gekoppelte Umlenkelement beweglich angeordnet. Auf diese Art und Weise kann die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls durch jedes Loch in dem Substrat geführt werden. Dabei kann die Energiequelle selbst oder aber nur das Umlenkelement bewegt werden. In dem zweiten Fall kann die Energiequelle fix an der Vorrichtung zum thermischen Verbinden von Bauelementen an ein Substrat angeordnet sein. Die von der Energiequelle ausgesandte Strahlung oder der von der Energiequelle abgegebene Energieimpuls wird dann über das Umlenkelement zu den Löchern in dem Substrat und damit zu der Brennstofffolie auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats geleitet.
Mit Hilfe der Vorrichtung können elektronische und/oder mechanische Bauelemente beziehungsweise Baugruppen so gestaltet werden, dass ein automatisches Aktivieren beziehungsweise Zünden der Brennstofffolie erfolgen kann, wobei die Bauelemente vorher an die geeignete Position an zumindest der ersten Seite des Substrats gebracht worden sind. Dies erfolgt, ohne dass dazu jede einzelne Brennstofffolie bzw. jede einzelne Lötstelle mechanisch kontaktiert werden muss.
Die Energiequelle oder das Umlenkelement können zwei- oder dreidimensional bewegt werden. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die Energiequelle oder das Umlenkelement zumindest zweidimensional, vorzugsweise horizontal, das heißt in eine X- und eine Y-Richtung, bewegt werden können.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann bei der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Energiequelle oder das Umlenkelement auf einem zumindest zweidimensional bewegbaren Planartisch, insbesondere einem Positioniersystem mit Planar-Servo-Schrittmotor, angeordnet ist, wobei der Planartisch unterhalb des auf der Substrathalteinrichtung und/oder der Substrattransporteinheit gehaltenen Substrates angeordnet ist. Das heißt, der Planartisch kann vorzugsweise in einer Ebene bewegt werden, die parallel zu dem positionierten Substrat verläuft, an das die Bauelemente bestückt werden. Hierdurch kann die Energiequelle oder das Umlenkelement unterhalb jedes Loches in dem Substrat gefahren werden, um die Strahlung beziehungsweise den Energieimpuls gerichtet durch das jeweilige Loch zu führen. Der Planartisch bewegt sich vorteilhafterweise in einer horizontalen Ebene, so dass sämtliche Positionen in einer X-/Y-Erstreckung angefahren werden können. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Planartisch auch vertikal, das heißt in eine Z-Richtung bewegt werden kann, in der der Planartisch auf das Substrat zubewegt oder von dem Substrat wegbewegt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Energiequelle eine Laserquelle zum Aussenden von Laserstrahlen ist und das Umlenkelement eine Umlenkoptik zum Ausrichten der Laserstrahlen umfasst. Die Laserquelle sendet Laserstrahlen beziehungsweise einen Laser-Impuls aus, die/der derart ausgerichtet werden kann/können, dass sie/er durch die Löcher in dem Substrat geführt werden kann/können, um die Brennstofffolie von „unten” zu aktivieren. Die Umlenkoptik richtet die Laserstrahlen bzw. den Laser-Impuls aus, so dass diese(r) durch ein jedes Loch in dem Substrat geführt werden kann. Durch die spezielle Anordnung der Laserquelle beziehungsweise der Umlenkoptik unterhalb des Substrats, ist es auch möglich, dass die Laserstrahlen Löcher in das Substrat bohren. Das bedeutet, es können bei einer derartigen Vorrichtung Substrate, insbesondere Leiterplatten, verwendet werden, die zunächst keine Löcher zum Hindurchführen von Laserstrahlen aufweisen. Die Löcher können durch die Laserstrahlen erzeugt werden. Dabei kann die Stärke bzw. Intensität der Laserstrahlen durch die Laserquelle entsprechend bestimmt bzw. eingestellt werden. Dadurch, dass die Laserstrahlen auf die zweite Seite des Substrats gerichtet werden, können einfach Löcher in das Substrat gebohrt werden, ohne dass die Bauelemente auf der ersten Seite des Substrates hinderlich sind beziehungsweise beschädigt werden. Vorteilhafterweise ist das Substrat dünn ausgebildet. Insbesondere können sogenannte Foliensubstrate verwendet werden. Ferner sind geeignete Werkstoffe für das Substrat zu wählen, die ermöglichen, dass die Laserstrahlen Löcher in das Substrat bohren können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Umlenkoptik zum Empfang der Laserstrahlen über einen flexiblen Lichtwellenleiter mit der Laserquelle verbunden ist. Die Laserquelle kann in diesem Fall fix in der Vorrichtung, beispielsweise neben dem bewegbaren Planartisch, angeordnet sein. Die auf dem bewegbaren Planartisch angeordnete Umlenkoptik ist über den flexiblen Lichtwellenleiter mit der Laserquelle verbunden. Die von der Laserquelle ausgesendeten Laserstrahlen werden durch den flexiblen Lichtwellenleiter zu der Umlenkoptik geleitet und von dieser entsprechend ausgerichtet, um optimal, das heißt senkrecht, auf das Substrat zu treffen. Der Lichtwellenleiter ist vorzugsweise über eine Schlaufe, z. B. in einem Kabelschlepp, verlegt.
Zusätzlich kann bei der Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats vorgesehen sein, dass ein Kollimator zur Erzeugung eines parallelen Laserstrahlenverlaufs der Laserstrahlen vorgesehen ist. Dieser Kollimator sitzt vorzugsweise am Ende des flexiblen Lichtwellenleiters, direkt vor der Umlenkoptik.
Ferner ist ein Bestückungsautomat bevorzugt, bei dem eine Halteeinrichtung, insbesondere eine Pipette, zum Positionieren und Halten eines oder mehrerer Bauelemente(s) vorgesehen ist. Die Halteeinrichtung bzw. die Pipette ist vorzugsweise Teil eines Bestückkopfes bzw. wird von einem Bestückkopf gehalten und geführt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein oder mehrere Bauelemente während des Aktivierens der ihnen zugeordneten Brennstofffolien durch die Halteeinrichtung gehalten werden. Durch das Halten des oder der Bauelemente(s) während des Aktivierens beziehungsweise während des Lötvorgangs wird verhindert, dass die Bauelemente aufgrund einer explosionsartigen Reaktion des in den Brennstofffolien enthaltenen Brennstoffs, beispielsweise eines reaktiven, exotherm reagierenden Brennstoffs, nach dem Aktivieren des Brennstoffs ihre Position verändern.
Durch die Vorrichtung können selbstverständlich auch beide Seiten eines Substrats mit Bauelementen bestückt werden. Je nachdem, wie herum das Substrat an der Substrathalteinrichtung beziehungsweise der Substrattransporteinheit gehalten ist, können wahlweise an der ersten oder an der zweiten Seite des Substrats Bauelemente thermisch verbunden werden. Ist eine Seite bereits mit Bauelemente bestückt, ist aber darauf zu achten, dass die Strahlung bzw. der Energieimpuls, die/der von der Energiequelle ausgesendet wird, an den bereits bestückten Bauelementen vorbeigeführt wird, um diese nicht zu beschädigen.
Die Brennstofffolie ist vorzugsweise als Metallfolie ausgebildet, die wenige Nanometer dicke Schichten aus Aluminium und Nickel aufweist. Der reaktive, exotherm reagierende Brennstoff beziehungsweise die Brennstofffolie dient als Wärmequelle für die Lötverbindungen zwischen den Bauelementen und dem Substrat.
Durch die speziell ausgebildete Vorrichtung, insbesondere den bewegbaren, flach ausgebildeten Planartisch, in dem Bestückungsautomaten, kann die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls der Energiequelle entsprechend ausgerichtet werden, so dass die an der Substratoberfläche angeordneten Brennstofffolie beziehungsweise der dort angeordnete Brennstoff mit von unten kommenden Laserstrahlen beziehungsweise mit einem von unten kommenden Energieimpuls aktiviert werden kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Lötverfahren zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats durch Verbinden der Kontaktflächen eines jeden Bauelementes mit Kontaktflächen an zumindest der ersten Seite des Substrats mittels eines Lötmittels und eines Brennstoffs, gelöst, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) das Substrat wird mittels einer Substrathalteinrichtung und/oder einer Substrattransporteinheit oberhalb einer bewegbaren Energiequelle oder oberhalb eines mit einer Energiequelle gekoppelten bewegbaren Umlenkelementes positioniert,
b) eine Brennstofffolie wird unter Verwendung von einer Zuführeinrichtung eines Bestückungsautomaten an den Kontaktflächen an der ersten Seite des Substrates angeordnet, an denen Bauelemente angeordnet werden sollen,
c) die Bauelemente werden zur Befestigung an den jeweiligen Kontaktflächen an der ersten Seite des Substrates an oder vor der jeweiligen Kontaktfläche und der jeweiligen Brennstofffolie einzeln oder gleichzeitig platziert,
d) von der Energiequelle wird Strahlung oder ein Energieimpuls ausgesendet und auf die zweite Seite des Substrates gerichtet, wobei die Strahlung oder der Energieimpuls nacheinander oder gleichzeitig auf Stellen des Substrates gerichtet werden, an denen auf der ersten Substratseite an der Kontaktfläche die Brennstofffolie angeordnet und ein Bauelement platziert ist,
e) die Strahlung oder der Energieimpuls durchdringen das Substrat, treffen auf die Brennstofffolie und aktivieren bzw. zünden diese,
f) die nach der Aktivierung bzw. Zündung der Brennstofffolie freigesetzte Wärmeenergie bringt das Lötmittel, welches an der Kontaktfläche eines Bauelementes und/oder an der Kontaktfläche an der ersten Seite des Substrates und/oder an der Brennstofffolie angeordnet ist, zum Schmelzen, wodurch die Bauelemente an den Kontaktflächen an zumindest der ersten Seite des Substrats verbunden werden.

Der Brennstoff ist vorzugsweise ein reaktiver, exotherm reagierender Brennstoff.
Das Substrat, vorzugsweise eine Leiterplatte, wird mittels einer Substrathalteinrichtung und/oder einer Substrattransporteinheit oberhalb einer bewegbaren Energiequelle oder oberhalb eines mit einer Energiequelle gekoppelten bewegbaren Umlenkelementes positioniert. Die Energiequelle ist insbesondere als Laserquelle, das heißt als Lasergenerator, ausgebildet. Das Umlenkelement ist in diesem Fall als Umlenkoptik ausgebildet, die dazu dient, die von der Laserquelle ausgesendeten Laserstrahlen entsprechend auf das Substrat ggf. auf die Löcher in dem Substrat zu richten.
In einem nächsten Schritt wird eine Brennstofffolie, vorzugsweise eine reaktive, exotherm reagierende Brennstofffolie an den Kontaktflächen an der ersten Seite des Substrates angeordnet. Hierbei wird zumindest an den Stellen eine Brennstofffolie angeordnet, an denen Bauelemente angeordnet werden sollen.
Anschließend werden die elektronischen und/oder mechanischen Bauelemente zur Befestigung an den jeweiligen Kontaktflächen an der ersten Seite des Substrates an oder vor der jeweiligen Kontaktfläche und der jeweiligen Brennstofffolie einzeln oder gleichzeitig platziert. Dabei kontaktieren die Kontaktflächen der Bauelemente die jeweilige Brennstofffolie. Hierzu werden die Bauelemente durch eine Halteeinrichtung, insbesondere eine Pipette, gehalten, wobei die Halteeinrichtung bzw. die Pipette vorzugsweise durch einen Bestückkopf gehalten ist oder Teil eines solchen ist.
Nach der Positionierung des Substrats, dem Anordnen der Brennstofffolie(n) sowie dem Zuführen zumindest eines Bauelementes, wird Strahlung oder ein Energieimpuls von der Energiequelle ausgesendet und auf die zweite Seite des Substrates gerichtet, wobei die Strahlung oder der Energieimpuls nacheinander oder gleichzeitig auf bestimmte Stellen des Substrates gerichtet werden kann, an denen auf der ersten Substratseite an der Kontaktfläche eine Brennstofffolie angeordnet und ein Bauelement platziert ist. Das heißt, die Strahlung oder der Energieimpuls kann auf eine Stelle, insbesondere ein Loch, des Substrats oder auf mehrere Stellen, insbesondere mehrere Löcher, des Substrats gleichzeitig gerichtet werden. Dadurch, dass die Energiequelle oder das Umlenkelement bewegbar angeordnet ist, kann die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls auf jede beliebige Stelle des Substrats gerichtet werden.
Die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls durchdringt das Substrat sowie die an der ersten Seite des Substrats angeordneten Kontaktflächen und trifft auf die dort angeordnete Brennstofffolie, um diese zu aktivieren bzw. zu zünden. Die nach der Aktivierung der Brennstofffolie freigesetzte Wärmeenergie bringt das Lötmittel, welches an der Kontaktfläche eines Bauelementes und/oder an der Kontaktfläche an der ersten Seite des Substrates und/oder an dem Brennstoff angeordnet ist, zum Schmelzen, wodurch die Bauelemente mit den Kontaktflächen an zumindest der ersten Seite des Substrats verbunden werden. Das Lötmittel, beispielsweise ein niedrig oder hochschmelzendes Lot, kann zum einen an den Kontaktflächen, das heißt den Anschlusspads, an der ersten Seite des Substrats vorgesehen, insbesondere integriert, sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das Lötmittel an der Kontaktfläche eines jeden Bauelementes angeordnet beziehungsweise integriert sein. So können beispielsweise die Beinchen eines Bauelementes das Lötmittel aufweisen, insbesondere mit einem Lötmittel, wie beispielsweise Zinn, versehen sein. Es ist ferner denkbar, dass das Lötmittel alternativ oder zusätzlich über die Brennstofffolie zugeführt wird. So können die Brennstofffolien äußere Schichten aufweisen, die zumindest punktuell mit einem Lötmittel versehen sind. Vorzugsweise ist die Brennstofffolie auf beiden Seiten von Lötmittel umgeben.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Lötverfahren vorgesehen sein, dass das Substrat, insbesondere eine Leiterplatte, im Bereich einer jeden Kontaktfläche Löcher aufweist, durch die die Strahlung oder der Energieimpuls auf die Brennstofffolie gerichtet wird. Durch derartig ausgebildete Substrate, insbesondere Leiterplatten, kann die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls, die/der von der Energiequelle ausgesendet wird, sehr einfach zielgerichtet durch die Löcher in dem Substrat zu den jeweiligen Lötstellen geführt werden, um die dort angeordnete Brennstofffolie zu aktivieren bzw. zu zünden.
Besonders bevorzugt ist ein Lötverfahren, bei dem die Energiequelle eine Laserquelle ist, die Laserstrahlen aussendet, und das Substrat eine dünne Folie ist, in die die Laserstrahlen Löcher bohren. Das heißt, die Laserstrahlung kann derart ausgebildet sein, dass sie ausgehend von der zweiten Seite des Substrats Löcher in das Substrat bohrt. Die Laserstrahlen durchdringen ferner die Kontaktflächen, das heißt die Anschlusspads, an der ersten Seite des Substrats, bis die Laserstrahlen auf die Brennstofffolie treffen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Lötverfahren vorgesehen sein, dass die Energiequelle, insbesondere die Laserquelle, oder das Umlenkelement, insbesondere die Umlenkoptik, auf einem zumindest zweidimensional bewegbaren Planartisch positioniert ist, wobei der Planartisch unterhalb des auf der Substrathalteinrichtung und/oder der Substrattransporteinheit gehaltenen Substrates angeordnet ist, und dass durch eine Bewegung des Planartisches in zumindest eine X- und/oder Y-Richtung die Strahlung oder der Energieimpuls nacheinander auf Stellen des Substrates gerichtet werden, an denen auf der ersten Substratseite an der Kontaktfläche der Brennstoff angeordnet und ein Bauelement platziert ist. Der Planartisch kann vorzugsweise in einer Ebene bewegt werden, die parallel zu dem zu bestückenden Substrat verläuft.
Der Planartisch ist vorzugsweise flach ausgebildet. Gemäß einem vorteilhaften Lötverfahren kann der Planartisch auch dreidimensional, das heißt zusätzlich vertikal, bewegt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Lötverfahren vorgesehen sein, dass der Brennstoff, insbesondere der reaktive, exotherm reagierende Brennstoff, in Form von dünnen Metallfolien an den Kontaktflächen an der ersten Seite des Substrates angeordnet wird. Das thermische Verbinden von Bauelementen an zumindest die erste Seite des Substrats kann durch eine derartig ausgebildete Vorrichtung beziehungsweise einen derart ausgebildeten Bestückungsautomaten, die/der ermöglicht, dass der Brennstoff über Brennstofffolien an das Substrat angelegt wird, automatisiert werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Lötverfahren vorgesehen sein, dass das Lötmittel an der oder den Außenschichten der dünnen Brennstofffolie, insbesondere an der reaktiven, exotherm reagierenden Metallfolie, angeordnet ist. Hierdurch ist eine einzelne Anordnung des Lötmittels an das Substrat nicht erforderlich, was in einer deutlichen Zeitersparnis resultiert. Die Brennstofffolie kann somit sowohl den Brennstoff als auch das Lötmittel enthalten. Die so vorkonfigurierte Brennstofffolie wird an die Oberseite zumindest der ersten Seite des Substrats angelegt. Anschließend kann direkt mit dem thermischen Verbinden der Bauelemente begonnen werden.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an eine Seite eines Substrats gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip,
2 eine Seitenansicht auf die Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an eine Seite eines Substrats gemäß 1.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 und 2 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch in einer Draufsicht eine Vorrichtung 1 zum Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen 7 an zumindest eine erste Seite 3 eines Substrats 2, insbesondere einer Leiterplatte, dargestellt. Das Substrat 2 ist oberhalb eines Planartisches 10 positioniert, der bewegbar angeordnet ist. Das Substrat 2 ist einer Substrattransporteinheit 5 gehalten. Dabei ist das Substrat 2 zwischen einer festen Transportwange 16 und einer beweglichen Transportwange 17 der Substrattransporteinheit 5 angeordnet. Neben dem Planartisch 10 ist eine Laserquelle 6, insbesondere ein Lasergenerator, angeordnet. Auf dem bewegbaren Planartisch 10 ist ein Umlenkelement 9 in Form einer Umlenkoptik angeordnet, die über einen flexiblen Lichtwellenleiter 11 mit der Laserquelle 6 verbunden ist. Die von der Laserquelle 6 ausgesendeten Laserstrahlen werden durch den Lichtwellenleiter 11 zu einem Kollimator 12 geleitet, der direkt vor der Umlenkoptik 9 angeordnet ist. Durch den Kollimator 12 werden die Laserstrahlen parallel zueinander ausgerichtet.
Der Planartisch 10 wird derart ausgerichtet, das heißt in einer Ebene, die parallel zu dem Substrat 2 verläuft, ausgerichtet, dass die parallelen Laserstrahlen durch das Loch 18 in dem Substrat geführt werden können. Die Ebene, in der der Planartisch 10 verschiebbar gelagert ist, wird durch die X- beziehungsweise Y-Pfeile dargestellt. Alternativ können die Laserstrahlen auch ein Loch 18 in das Substrat 2 bohren, so dass diese den nicht dargestellten Brennstoff auf der ersten Seite 3 des Substrats 2 aktivieren beziehungsweise zünden können. Der Lichtwellenleiter 11 der vorzugsweise mit einer Schlaufe, zum Beispiel in einem Kabelschlepp, verlegt ist, folgt der Bewegung der Umlenkoptik 9 auf dem Planartisch 10.
In der 2 ist eine Seitenansicht auf die Vorrichtung 1 zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen 7 an eine erste Seite 3 eines Substrats 2 gemäß der 1 dargestellt. Das Substrat 2, insbesondere die Leiterplatte, ist an der Substrattransporteinheit 5 angeordnet beziehungsweise wird von der Substrattransporteinrichtung 5 gehalten. Dabei wird das Substrat 2 an der beziehungsweise zwischen der beweglichen Transportwange 17 und der festen Transportwange 16 gehalten. Unterhalb der Substrattransporteinrichtung 5 beziehungsweise unterhalb des Substrates 2 ist der beweglich gelagerte Planartisch 10 angeordnet. Der Einbauraum 19 des Planartisches 10 in einem Bestückungsautomaten ist gestrichen dargestellt. An dem Planartisch 10 sind ein Kollimator 12 und ein an den Kollimator 12 befestigtes Umlenkelement 9, hier in Form einer Umlenkoptik, angeordnet. Neben dem Planartisch 10 ist in der Vorrichtung 1 eine Energiequelle 6, hier in Form eines Lasergenerators, angeordnet. Die von dem Lasergenerator 6 ausgesendeten Laserstrahlen werden durch den flexiblen Lichtwellenleiter 11 zu dem Kollimator 12 geleitet. In dem Kollimator 12 werden die Laserstrahlen parallel zueinander ausgerichtet, bevor sie auf das Umlenkelement 9 treffen. Das Umlenkelement 9 lenkt die parallelen Laserstrahlen in Richtung des Substrats 2 beziehungsweise der zweiten Seite 4 des Substrats 2. Das Umlenkelement 9 wird so ausgerichtet, dass die Laserstrahlen durch das Loch 18 in dem Substrat 2 hindurchgeführt werden, bis sie auf den Brennstoff 8 treffen, der an der ersten Seite 3 des Substrats 2 angeordnet ist. Das Bauelement 7 wird über eine nicht dargestellte Halteeinrichtung eines Bestückkopfes an die erste Seite 3 des Substrats 2 geführt, um dort thermisch mit dem Substrat 2 verbunden zu werden. Hierzu weist das Bauelement 7 eine Kontaktfläche 14 auf, die vorzugsweise aus einem Lötmittel ausgebildet ist oder ein Lötmittel aufweist. An der ersten Seite 3 des Substrats 2 ist ebenfalls eine Kontaktfläche 15 vorgesehen, die vorzugsweise ebenfalls ein Lötmittel aufweist. Zwischen beiden Kontaktflächen 14, 15 ist eine Brennstofffolie 13 mit dem Brennstoff 8 angeordnet. Vorzugsweise ist die Brennstofffolie 13 eine reaktive, exotherm reagierende dünne Metallfolie. Die Laserstrahlen durchdringen die Kontaktfläche 15 an der ersten Seite 3 des Substrats 2 bis sie auf den Brennstoff 8 der Brennstofffolie 13 treffen und diesen aktivieren. Durch das Aktivieren des Brennstoffs 8 wird Wärmeenergie freigesetzt, die zum Schmelzen des Lötmittels genutzt wird. Hierdurch kann das Bauelement 7 mit der ersten Seite 3 des Substrats 2 thermisch verbunden werden.
Der Planartisch 10 ist vorzugsweise in einer Ebene, die parallel zu dem Substrat 2 verläuft, beweglich angeordnet. Mit +Y beziehungsweise –Y ist eine mögliche Bewegungsrichtung des Planartisches 10 angezeigt. Eine derartige Anordnung des Umlenkelementes auf einem beweglichen Planartisch 10 ermöglicht ein Aktivieren des Brennstoffs 8 der Brennstofffolie 13 von „unten”. Durch diese spezielle Anordnung und die spezielle Ausgestaltung des Substrats 2 kann erreicht werden, dass der reaktive, exotherm reagierende Brennstoff 8 der Brennstofffolie 13 zwischen der ersten Seite 3 des Substrats 2 und einem Bauelement 7 einfach und sicher aktiviert werden kann, ohne dass eine Beschädigung an dem Bauelement 7 erfolgt.
Die Vorrichtung ermöglicht es durch sehr kleine Löcher, beispielsweise Bohrungen oder Durchkontaktierungen, die im Bereich der zu lötenden Kontaktflächen im dem Substrat angebracht sind oder werden, die dort abgelegten Brennstofffolien in der Regel als Nanofolien ausgebildet sind, mit einem von „unten kommenden” Laserstrahl zu aktivieren. Sind die zum Einsatz kommenden Substrate ausreichend dünn, beispielsweise Foliensubstrate, so kann sogar auf die Löcher beziehungsweise Bohrungen verzichtet werden. Der eingesetzte Laserstrahl bohrt dann das Loch selbst und aktiviert gleichzeitig den an dieser Stelle befindlichen Brennstoff der reaktiven, exotherm reagierenden Nanofolie. Alternativ kann auch anstatt der Brennstofffolie beziehungsweise Nanofolie beispielsweise eine mit Brennpartikeln versetzte Lotpastenschicht gezündet werden.
Um den Laserstrahl entsprechend positionieren zu können, ist, in der Bestückmaschine beziehungsweise dem Bestückungsautomaten, in der die Bestückung der Bauelemente erfolgt, ein flacher Planartisch eingebaut, der es ermöglicht die Umlenkoptik, die den Laserstrahl fokussiert und nach oben umlenkt, sehr genau unter die Löcher oder die Zielgebiete, wo die Brennstofffolien beziehungsweise Nanofolien liegen, zu positionieren. Diese Methode eignet sich also besonders zum Verbinden zweier Teile durch ein thermisches Verfahren, wie Löten, bei dem die Verbindungsstelle versteckt zwischen den zu verbindenden Teilen liegt. In diesem Fall ist das Substrat, an dessen erster Seite die reaktive, exotherm reagierende Brennstofffolie und das Lötmittel angeordnet sind, vom Laserstrahl zu durchdringen. Das Durchdringen erfolgt, abhängig von den Werkstoffen, aus denen das Substrat ausgebildet ist, entweder durch eine feine Bohrung oder kann bei geeigneten Werkstoffen direkt mit den Laserstrahlen ohne Bohrung erfolgen. Der Lasergenerator sitzt dabei neben dem Planartisch und die Laserstrahlung wird über einen beweglichen Lichtwellenleiter, der mit einer Schlaufe, z. B. in einem Kabelschlepp, verlegt ist, in den Kollimator und die Umlenkoptik eingeleitet.
Damit die notwendigen reaktiven, exotherm reagierenden Brennstofffolien mit der gleichen Bestückmaschine beziehungsweise dem gleichen Bestückungsautomaten bestückt werden können, werden sie ähnlich den Bauelementen verpackt und vorzugsweise über Zuführmodule bereitgestellt.
Durch die Vorrichtung beziehungsweise das Verfahren zum thermischen Verbinden von Bauelementen an zumindest eine Seite eines Substrats, können unzugänglich, aber auch zugängliche Lötstellen von unten durch eine sehr kleine Bohrung zugänglich gemacht werden, was es möglich macht, einen Standard-Bestückungsautomaten so aufzurüsten, dass Brennstofffolien beziehungsweise Nanofolien, in denen der Brennstoff verpackt ist, maschinell bestückt werden können. Durch Einbau einer frei in X/Y positionierbaren Energiequelle, z. B. eine Laserquelle, lässt sich der Lötvorgang durch Aktivierung der reaktiven, exotherm reagierenden Brennstofffolie unmittelbar nach dem Bestückvorgang ausführen, der lokal begrenzt und damit temperaturschonend für die zu verlötenden Bauelemente erfolgt. Durch die Nutzung eines herkömmlichen Bestückungsautomaten und Nutzung vorhandener Bauräume lässt sich ideal die Funktionalität des Bestückungsautomaten für den durch reaktive, exotherm reagierende Brennstofffolien initiierten Lötvorgang nutzen, für den Brennstofffolie und Bauelemente bestückt werden müssen und gleichzeitig Bauelemente beim Löten in ihrer Sollposition gehalten werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen
2: Substrat
3: erste Seite des Substrats
4: zweite Seite des Substrats
5: Substrattransporteinheit
6: Energiequelle
7: Bauelement
8: Brennstoff
9: Umlenkelement/Umlenkoptik
10: Planartisch
11: Lichtwellenleiter
12: Kollimator
13: Brennstofffolie
14: Kontaktfläche des Bauelementes
15: Kontaktfläche am Substrat
16: feste Transportwange
17: bewegliche Transportwange
18: Loch in Substrat
19: Einbauraum des Planartisches

Claims

Bestückungsautomat zum Bestücken von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2), der Bestückungsautomat aufweisend eine Vorrichtung (1) zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2), wobei die Vorrichtung aufweist eine Substrathalteinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit (5) sowie eine Energiequelle (6) zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses auf eine zwischen einem jeden Bauelement (7) und der ersten Seite (3) des Substrats (2) platzierbaren Brennstofffolie (13), wobei – die Energiequelle (6) auf der den Bauelementen (7) abgewandten zweiten Seite (4) des Substrates (2) beweglich angeordnet ist, um die Strahlung oder den Energieimpuls auf die den Bauelementen (7) abgewandte zweite Seite (4) des Substrats (2) zu richten, oder – ein Umlenkelement (9) auf der den Bauelementen (7) abgewandten zweiten Seite (4) des Substrates (2) beweglich angeordnet ist, wobei das Umlenkelement (9) mit der Energiequelle (6) gekoppelt ist, um die von der Energiequelle (6) ausgesendete Strahlung oder den von der Energiequelle (6) ausgesendeten Energieimpuls auf die den Bauelementen (7) abgewandte zweite Seite (4) des Substrats (2) zu richten, der Bestückungsautomat ferner aufweisend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Brennstofffolien (13), insbesondere reaktiven, exotherm reagierenden Metallfolien, auf die zumindest eine erste Seite (3) des Substrats (2).
Bestückungsautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (6) oder das Umlenkelement (9) auf einem zumindest zweidimensional bewegbaren Planartisch (10) angeordnet ist, wobei der Planartisch (10) unterhalb des auf der Substrathalteinrichtung und/oder der Substrattransporteinheit (5) gehaltenen Substrates (2) angeordnet ist.
Bestückungsautomat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (6) eine Laserquelle zum Aussenden von Laserstrahlen ist und das Umlenkelement (9) eine Umlenkoptik zum Ausrichten der Laserstrahlen umfasst.
Bestückungsautomat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkoptik (9) zum Empfang der Laserstrahlen über einen flexiblen Lichtwellenleiter (11) mit der Laserquelle verbunden ist.
Bestückungsautomat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kollimator (12) zur Erzeugung eines parallelen Laserstrahlenverlaufs vorgesehen ist.
Bestückungsautomat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (12) am Ende des flexiblen Lichtwellenleiters (11), direkt vor der Umlenkoptik (9) sitzt.
Bestückungsautomat nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halteeinrichtung, insbesondere eine Pipette, zum Positionieren und Halten eines oder mehrerer Bauelemente(s) (7) vorgesehen ist.
Lötverfahren zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2) durch Verbinden der Kontaktflächen (14) eines jeden Bauelementes (7) mit Kontaktflächen (15) an zumindest der ersten Seite (3) des Substrats (2) mittels eines Lötmittels und eines Brennstoffs (8), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) das Substrat (2) wird mittels einer Substrathalteeinrichtung und/oder einer Substrattransporteinheit (5) oberhalb einer bewegbaren Energiequelle (6) oder oberhalb eines mit einer Energiequelle (6) gekoppelten bewegbaren Umlenkelementes (9) positioniert, b) eine Brennstofffolie (13) wird unter Verwendung von einer Zuführeinrichtung eines Bestückungsautomaten an den Kontaktflächen (15) an der ersten Seite (3) des Substrates (2) angeordnet, an denen Bauelemente (7) angeordnet werden sollen, c) die Bauelemente (7) werden zur Befestigung an den jeweiligen Kontaktflächen (15) an der ersten Seite (3) des Substrates (2) an oder vor der jeweiligen Kontaktfläche (15) und der jeweiligen Brennstofffolie (13) einzeln oder gleichzeitig platziert, d) von der Energiequelle (6) wird Strahlung oder ein Energieimpuls ausgesendet und auf die zweite Seite (4) des Substrates (2) gerichtet, wobei die Strahlung oder der Energieimpuls nacheinander oder gleichzeitig auf Stellen des Substrates (2) gerichtet werden, an denen auf der ersten Substratseite (3) an der Kontaktfläche (15) die Brennstofffolie (13) angeordnet und ein Bauelement (7) platziert ist, e) die Strahlung oder der Energieimpuls durchdringen das Substrat (2), treffen auf die Brennstofffolie (13) und aktivieren bzw. zünden diese, f) die nach der Aktivierung bzw. Zündung der Brennstofffolie (13) freigesetzte Wärmeenergie bringt das Lötmittel, welches an der Kontaktfläche (14) eines Bauelementes (7) und/oder an der Kontaktfläche (15) an der ersten Seite des Substrates (2) und/oder an der Brennstofffolie (13) angeordnet ist, zum Schmelzen, wodurch die Bauelemente (7) an den Kontaktflächen (15) an zumindest der ersten Seite (3) des Substrats (2) verbunden werden.
Lötverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofffolie (13) einen reaktiven, exotherm reagierenden Brennstoff aufweist.
Lötverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2), insbesondere eine Leiterplatte, im Bereich einer jeden Kontaktfläche (15) Löcher aufweist, durch die die Strahlung oder der Energieimpuls auf die Brennstofffolie (13) gerichtet wird.
Lötverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (6) eine Laserquelle ist, die Laserstrahlen aussendet.
Lötverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) eine dünne Folie ist, in die die von der Laserquelle (6) ausgesendeten Laserstrahlen Löcher bohren.
Lötverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (6), insbesondere die Laserquelle, oder das Umlenkelement (9), insbesondere die Umlenkoptik, auf einem zumindest zweidimensional bewegbaren Planartisch (10) positioniert ist, wobei der Planartisch (10) unterhalb des auf der Substrathalteinrichtung und/oder der Substrattransporteinheit (5) gehaltenen Substrates (2) angeordnet ist, und dass durch eine Bewegung des Planartisches (10) in zumindest eine X- und/oder Y-Richtung die Strahlung oder der Energieimpuls nacheinander auf Stellen des Substrates (2) gerichtet werden, an denen auf der ersten Substratseite (3) an der Kontaktfläche (15) die Brennstofffolie (13) angeordnet und ein Bauelement (7) platziert ist.
Lötverfahren nach einen der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofffolien (13) in Form von dünnen reaktiven, exotherm reagierenden Metallfolien an den Kontaktflächen (15) an der ersten Seite (3) des Substrates (2) angeordnet werden.
Lötverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Lötmittel an der oder den Außenschichten der Brennstofffolie (13) angeordnet ist.