DE102010010193A1

DE102010010193A1 - Vorrichtung zum thermischen Verbinden und Verfahren zum Überprüfen einer thermischen Verbindung von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen

Info

Publication number: DE102010010193A1
Application number: DE201010010193
Authority: DE
Inventors: Norbert Heilmann; Kornelia Walter
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-08
Also published as: CN102189305B; CN102189305A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2), aufweisend eine Substrathalteinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit (5) sowie wenigstens eine Energiequelle (6) zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses (26) auf einen zwischen einer Kontaktfläche (14) eines Bauelements (7) und einer Anschlussfläche (15) an der ersten Seite (3) des Substrats (2) platzierbaren Br(20) zur Messung der bei der Reaktion des Brennstoffs (8) freigesetzten Energie (25) vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung einem Bestückungsautomat mit einer derartigen Vorrichtung (1) und eine Verfahren zum Überprüfen einer thermischen Verbindung einer Kontaktfläche (14) eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes (7) an einer Anschlussfläche (15) an zumindest einer ersten Seite (3) eines Substrats (2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Bestückautomaten sowie ein Verfahren zum Überprüfen einer thermischen Verbindung einer Kontaktfläche eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes an einer Anschlussfläche an zumindest einer ersten Seite eines Substrats.
In der Bestücktechnologie werden elektronische Bauelemente 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, wobei insbesondere temperaturempfindliche Komponenten beschädigt werden können. Auf der anderen Seite besteht das Problem, dass wenn die Temperatur, mit der die Lötverbindung und die Komponenten, insbesondere wärmeempfindliche Komponenten, beaufschlagt werden, nicht hoch genug ist, dass die erzeugten Verbindungsstellen sehr schwach sind und sich lösen können. Stand der Technik ist heute, dass reaktive, exotherme 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 hoch schmelzende Lote verwendet werden.
Wird mittels einer reaktiven, nanostrukturierten Metallfolie, die zwischen die Kontaktflächen eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes und den Anschlussflächen, den so genannten Anschlusspads, an dem Substrat eingebracht wird, beziehungsweise durch die Aktivierung der Metallfolie eine Lötverbindung geschaffen, so lässt sich diese Lötverbindung mit den üblichen optischen Prüfverfahren, wie AOI (Automatische Optische Inspektion), Mikroskopie, Röntgenverfahren oder Ultraschallverfahren nur sehr schwer oder je nach Verfahren gar nicht auf eine ordnungsgemäße Ausführung im Fertigungsprozess überprüfen. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die elektronischen und/oder mechanischen Bauelemente die Lötverbindung vollständig beziehungsweise nahezu vollständig abdecken.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und einen Bestückautomaten zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats zu schaffen, die eine einfache und sichere Überprüfung der Lötverbindung, die aufgrund einer Reaktion eines Brennstoffes, der zwischen einer Kontaktfläche eines Bauelementes und einer Anschlussfläche an dem Substrat entstanden ist, ermöglichen. Ferner soll ein einfaches und sicheres Verfahren zum Überprüfen einer thermischen Verbindung zwischen einer Kontaktfläche eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes und einer Anschlussfläche an einem Substrat, die aufgrund einer Reaktion eines Brennstoffes, der zwischen der Kontaktfläche und der Anschlussfläche vorgesehen ist, geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, durch einen Bestückautomaten den Merkmalen gemäß Patentanspruch 10 sowie durch ein Verfahren zum Überprüfen einer thermischen Verbindung einer Kontaktfläche eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes an einer Anschlussfläche an zumindest einer ersten Seite eines Substrats mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11 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 geschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bestückautomaten und dem erfindungsgemäßen Verfahren, 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 eine Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats, aufweisend eine Substrathalteeinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit sowie wenigstens eine Energiequelle zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses auf einem zwischen einer Kontaktfläche eines Bauelementes und einer Anschlussfläche an der ersten Seite des Substrats platzierbaren Brennstoff, wobei zumindest ein Sensorelement zur Messung der bei der Reaktion des Brennstoffes freigesetzten Energie vorgesehen ist, gelöst.
Durch eine derartige Vorrichtung lässt sich unmittelbar im Anschluss an die Erzeugung der thermischen Verbindung überprüfen, ob alle Voraussetzungen für die Erzeugung der thermischen Verbindung gegeben waren. Dadurch, dass das zumindest eine Sensorelement zur Messung der bei der Reaktion des Brennstoffes freigesetzten Energie ausgebildet ist, kann festgestellt werden, ob die Lötverbindung vollständig zustande gekommen ist. Die bei der Reaktion des Brennstoffes freigesetzte Energie ist ein Indiz dafür, dass eine ordnungsgemäße beziehungsweise nicht ordnungsgemäße thermische Verbindung an der Lötstelle vorhanden ist.
Stellt das zumindest eine Sensorelement fest, dass keine Energie freigesetzt beziehungsweise nur eine geringe Energie freigesetzt worden ist, so deutet dies auf eine fehlerhafte Lötverbindung zwischen der Kontaktfläche des Bauelementes und der Anschlussfläche an der ersten Seite des Substrats hin.
Das Substrat, welches insbesondere eine Leiterplatte ist, wird über eine Substrathalteeinrichtung beziehungsweise 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 beziehungsweise die Leiterplatte relativ dünn ausgebildet. Das Substrat kann mit verschiedensten Bauelementen bestückt werden. So können insbesondere elektronische und mechanische, aber auch andere Bauelemente thermisch an das Substrat verbunden werden.
Die Vorrichtung weist wenigstens eine Energiequelle auf, die ausgebildet ist, um eine Strahlung oder einen Energieimpuls zu senden und auszurichten. Die Strahlung kann beispielsweise eine Infrarot-Strahlung oder Laserstrahlung aufweisen. So kann die Energiequelle beispielsweise einen Energieimpuls in Form eines Laser-Impulses abgeben. Ferner kann der Energieimpuls ein elektrischer Impuls oder ein Druckimpuls sein. Die zumindest eine Energiequelle ist ausgebildet, um die Strahlung oder den Energieimpuls auf einen zwischen die Kontaktfläche eines Bauelementes und die Anschlussfläche an der ersten Seite des Substrats platzierten Brennstoff zu richten.
Um eine Verbindung mittels eines Brennstoffes, insbesondere mittels einer reaktiven nanostrukturierten Brennstofffolie, wie beispielsweise einer Metallfolie, zwischen der Kontaktfläche eines elektronischen Bauelementes und der Anschlussfläche beziehungsweise dem Anschlusspad eines Substrats herzustellen, ist es notwendig den Brennstoff, der gleichzeitig das Lot enthalten kann, an die richtige Stelle, das heißt auf eine Anschlussfläche, des Substrats abzulegen. Auf den Brennstoff beziehungsweise auf die reaktive nanostrukturierte Brennstofffolie ist der Bauelementanschluss, das heißt die Kontaktfläche des Bauelementes, entsprechend in der richtigen Position anzuordnen, damit die Kontaktfläche des Bauelementes durch einen Bestückautomaten, insbesondere einen Bestückkopf eines Bestückautomaten, auf den Brennstoff, insbesondere auf die reaktive nanostrukturierte Brennstofffolie, gedrückt werden kann, so dass der Brennstoff beziehungsweise die Brennstofffolie wiederum auf die Anschlussfläche an das Substrat gedrückt werden kann. Bei einer vorschriftgemäßen Anordnung der Kontaktfläche des Bauelementes an dem Brennstoff beziehungsweise an der Brennstofffolie und des Brennstoffes beziehungsweise der Brennstofffolie an der Anschlussfläche an dem Substrat kann bei Aktivierung des Brennstoffes beziehungsweise der Brennstofffolie durch eine Strahlung beziehungsweise durch einen Energieimpuls dieser/diese reagieren und die zum Löten notwendige Wärme erzeugen. Voraussetzung ist natürlich, dass Lötmittel an der Kontaktfläche des Bauelementes, an der Anschlussfläche des Substrats und/oder in oder an dem Brennstoff beziehungsweise der Brennstofffolien vorhanden ist. Bei der Reaktion des Brennstoffs wird Energie in Form von Strahlung, beispielsweise thermische Strahlung und sichtbares Licht in Form eines Lichtblitzes, freigesetzt, die über das zumindest eine Sensorelement gemessen werden kann. Durch das Messen der freigesetzten Energie durch das zumindest eine Sensorelement kann eine Aussage getroffen werden, ob eine ausreichende beziehungsweise vollständige Reaktion des Brennstoffes eingetreten ist. Das heißt, durch das Detektieren der freigesetzten Energie und damit der Reaktion des Brennstoffes kann festgestellt werden, ob der Brennstoff an der richtigen Stelle zwischen der Kontaktfläche des Bauelementes und der Anschlussfläche an der ersten Seite des Substrats angeordnet wurde, weil die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls der zumindest einen Energiequelle zur Aktivierung des Brennstoffes sehr genau auf ein Zielgebiet gerichtet ist und deshalb eine Reaktion des Brennstoffes nur dann eintreten kann, wenn der Brennstoff beziehungsweise die reaktive nanostrukturierte Brennstofffolie ausreichend genau im Zielgebiet der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses lag und dementsprechend reagiert hat.
Vorteilhaft ist bei der Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats, das unmittelbar nach der thermischen Verbindung des Bauelementes an das Substrat eine Aussage über die erfolgte Verbindung getätigt werden kann. Die Aussage kann dabei individuell für jede einzelne Lötverbindung erfolgen. Insbesondere ist durch das zumindest eine Sensorelement eine Aussage über die Qualität einer jeden Lötverbindung tätigbar.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei der Vorrichtung vorgesehen sein, dass das zumindest eine Sensorelement auf der ersten Seite des Substrats und/oder auf der zweiten Seite des Substrats vorgesehen ist. Beispielsweise können ein oder mehr Sensorelemente auf der ersten Seite des Substrats angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu können ein oder mehr Sensorelemente auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet sein. Die Anordnung des oder der Sensorelemente richtet sich insbesondere danach, wie die bei der Reaktion des Brennstoffes freigesetzte Energie abgestrahlt wird. Strahlt die freigesetzte Energie seitlich zwischen dem Substrat und dem Bauelement ab, so ist das zumindest eine Sensorelement vorzugsweise auf der ersten Seite des Substrats angeordnet, das heißt, dort wo das Bauelemente angeordnet ist. Weist das Substrat beispielsweise ein Loch auf, durch das die Strahlung beziehungsweise der Energieimpuls von unten durch das Substrat auf den Brennstoff gerichtet wird, so ist es möglich, dass die bei der Reaktion des Brennstoffes freigesetzte Energie durch das Loch auf die zweite Seite des Substrats, dass heißt auf die dem Bauelement abgewandte Seite des Substrats, abstrahlt. In diesem Fall ist vorzugsweise zumindest ein Sensorelement unterhalb des Substrats, d. h. auf der zweiten Seite des Substrats, angeordnet.
Bevorzugt ist ferner eine Vorrichtung, bei der das zumindest eine Sensorelement zur Detektion von thermischer Strahlung und/oder Lichtstrahlung ausgebildet ist. So kann das zumindest eine Sensorelement beispielsweise sichtbares Licht in Form eines Lichtblitzes, der bei der Reaktion des Brennstoffes freigesetzt wird, erfassen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei der Vorrichtung vorgesehen sein, dass das zumindest eine Sensorelement zur Messung der Dauer und/oder der Intensität der freigesetzten Energie, insbesondere der thermischen Strahlung und/oder der Lichtstrahlung ausgebildet ist. Insbesondere durch die Messung der Dauer und/oder der Intensität der freigesetzten Energie kann eine sichere Aussage über die Qualität der Reaktion des Brennstoffes und damit der Lötverbindung getätigt werden.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung bei der Vorrichtung vorgesehen sein, dass das zumindest eine Sensorelement an einem Bestückkopf der Vorrichtung oder an einem Planartisch, der unterhalb des auf der Substrathalteeinrichtung und/oder der Substrattransporteinheit gehaltenen Substrats vorgesehen ist, angeordnet ist. Insbesondere vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der das zumindest eine Sensorelement beweglich an der Vorrichtung angeordnet ist. Durch eine Anordnung des zumindest einen Sensorelementes an dem Bestückkopf der Vorrichtung kann dieses zu jeder geplanten Lötverbindung hinbewegt werden. Das heißt, durch die Kopplung des Sensorelementes mit dem Bestückkopf ist auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass das Sensorelement in unmittelbarer Nähe der Bestückung und damit der durchgeführten thermischen Verbindung angeordnet ist. Ist die zumindest eine Energiequelle an einem Planartisch, das heißt auf einem zumindest zweidimensional bewegbaren Planartisch, insbesondere einem Positioniersystem mit Planar-Servo-Schrittmotor, angeordnet, wobei der Planartisch unterhalb des auf der Substrathalteeinrichtung und/oder der Substrattransporteinheit gehaltenen Substrats angeordnet ist, so ist vorteilhafterweise auch das zumindest eine Sensorelement unterhalb des Substrats, insbesondere an dem Planartisch, angeordnet. Das heißt, der Planartisch ist vorzugsweise zwei- oder dreidimensional bewegbar. Die vorzugsweise an dem Planartisch angeordnete Energiequelle und das ebenfalls an dem Planartisch angeordnete Sensorelement können dementsprechend zwei- oder dreidimensional zu jeder geplanten Lötverbindung hinbewegt werden. Das heißt, die Energiequelle und das Sensorelement können durch den bewegbaren Planartisch unterhalb jedes Loches in dem Substrat gefahren werden, um die Strahlung beziehungsweise den Energieimpuls gerichtet durch das jeweilige Loch zu führen beziehungsweise die bei der Reaktion des Brennstoffes freigesetzte Energie zu messen. 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, d. h. 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 eine Feststelleinrichtung zum Feststellen, ob und wann ein elektronisches und/oder mechanisches Bauelement auf den Brennstoff gedrückt worden ist und/oder ob und wann die wenigstens eine Energiequelle eine Strahlung oder einen Energieimpuls ausgesendet hat, und dass eine Verknüpfungseinrichtung zum Verknüpfen der durch die Feststelleinrichtung festgestellten Messgrößen mit den Messergebnissen des zumindest einen Sensorelementes vorgesehen sind. Beispielsweise kann die Feststelleinrichtung die Bewegung des Bestückkopfes in Z-Richtung erfassen und/oder den Anpressdruck eines Bauelementes auf den Brennstoff beziehungsweise auf die Brennstofffolie erfassen. Ferner kann die Feststelleinrichtung derart ausgebildet sein, dass sie eine Strahlung beziehungsweise einen Energieimpuls, insbesondere die Dauer und Stärke der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses, der wenigstens einen Energiequelle feststellt. Die Verknüpfungseinrichtung verknüpft die Informationen beziehungsweise festgestellten Messgrößen der Feststelleinrichtung mit den Messergebnissen des zumindest einen Sensorelementes, so dass aufgrund der vorhandenen Informationen eine genaue Aussage getroffen werden kann, ob das Bauelement wie geplant mit dem Substrat verbunden worden ist. Die Verknüpfungseinrichtung ermöglicht es, dass für jedes verbundene Bauelement die Voraussetzung zur Bildung einer Lötverbindung individuell und detailliert bis auf das Level einer einzigen Lötstelle überprüft und dokumentiert werden kann. Durch die Verknüpfung der Informationen der Feststelleinrichtung, beispielsweise der Position des Stückkopfes in Z-Richtung, einer Antriebsstrommessung des Bestückkopfes oder einer Vakuummessung, als Indikatoren für ein in Position befindliches Bauelement mit den Messergebnissen des zumindest einen Sensorelementes, der die Abstrahlung von Licht und damit indirekt die Reaktion des Brennstoffes beziehungsweise die der reaktiven nanostrukturierten Brennstofffolie misst, kann zusammen mit dem Zeitpunkt, der über die Aussendung der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses zur Aktivierung des Brennstoffes beziehungsweise der Brennstofffolie bestimmt wird, und mit der Information, welches Bauelement gerade bestückt wurde, festgestellt werden, ob alle zum Löten notwendigen Voraussetzungen erfüllt waren und insbesondere wie gut diese erfüllt waren. Das heißt, unmittelbar nach dem Verbindungsprozess können detaillierte Aussagen über die durchgeführte Lötverbindung gemacht werden. Die Aussage erfolgt individuell für jede Lötverbindung. Bei entsprechender Auswertung kann auch eine Aussage über die Qualität der Parameter, wie beispielsweise die Anpresskraft, die Reaktionsdauer und Intensität, sowie den Ort der Reaktion überprüft werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Vorrichtung, bei der eine Regelungseinrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes oder der Ergebnisse der Verknüpfung der Messgrößen der Feststelleinrichtung und der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes die wenigstens eine Energiequelle zum Aussenden einer erneuten Strahlung oder eines erneuten Energieimpulses auf dem Brennstoff ansteuert. Das heißt, ist die Lötverbindung nicht beziehungsweise schlecht durchgeführt worden, so kann über die Regelungseinrichtung die wenigstens eine Energiequelle erneut angesteuert werden, so dass diese nochmals eine Strahlung oder einen Energieimpuls auf den Brennstoff richtet. Die Regelungseinrichtung ermöglicht, dass eine nicht vorhandene oder fehlerhafte Lötverbindung unmittelbar erneuert wird. Die Regelungseinrichtung kann dann die wenigstens eine Energiequelle wiederholt ansteuern, wenn beispielsweise das zumindest eine Sensorelement festgestellt hat, dass die Dauer und Intensität der freigesetzten Energie, insbesondere der freigesetzten Lichtstrahlung, unzureichend war. Besonders vorteilhaft ist, wenn sowohl die Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes, als auch die Messgrößen der Feststelleinrichtung, beispielsweise der Anpressdruck des Bauelementes oder die Position des Bestückkopfes, zur Beurteilung der Lötverbindung durch die Regelungseinrichtung herangezogen werden, um dann gegebenenfalls die wenigstens eine Energiequelle zur Aussendung einer erneuten Strahlung oder eines erneuten Energieimpulses auf den Brennstoff anzusteuern.
Bevorzugt ist des Weiteren eine Vorrichtung, bei der eine Aufzeichnungseinheit zur Protokollierung der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes oder der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes und der durch die Feststelleinrichtung ermittelten Messgrößen vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine kontrollierte Fertigung eines Substrats, insbesondere eine individuelle Nachweisbarkeit der Lötverbindungen eines Substrats. So können durch die Aufzeichnungseinheit neben der Stärke, der Dauer und Intensität der bei der Reaktion des Brennstoffes beziehungsweise der Brennstofffolie freigesetzten Energie, Informationen zu der Stärke der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses, Informationen über die Positionierung des Bestückkopfes, und damit des Bauelementes, oder des Anpressdruckes des Bauelementes auf den Brennstoff beziehungsweise auf die Brennstofffolie protokolliert werden.
Durch die Aufzeichnungseinheit und die Regelungseinrichtung ist es möglich, falls durch die Messung des zumindest einen Sensorelementes das Fehlen einer Reaktion des Brennstoffes oder eine unzureichende Reaktion des Brennstoffes an einer Stelle festgestellt wird, quasi einen Reparaturschritt einzuführen, indem durch Aussenden eines erneuten, insbesondere eines stärkeren, Energieimpulses eine erstmalige Reaktion beziehungsweise eine vollständige Reaktion des Brennstoffes nachträglich zu erreichen. Die Regelungseinrichtung und die Aufzeichnungseinheit ermöglichen, dass die Lötverbindungen sehr sicher gesetzt werden können beziehungsweise fehlerhafte Lötverbindungen genau zugeordnet werden können.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Bestückungsautomat, mit einer Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats, wobei die Vorrichtung eine Substrathalteinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit sowie wenigstens eine Energiequelle zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses auf einen zwischen einer Kontaktfläche eines Bauelements und einer Anschlussfläche an der ersten Seite des Substrats platzierbaren Brennstoff aufweist, und wobei die Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an zumindest eine erste Seite eines Substrats gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, gelöst.
Ein Bestückungsautomat, auch als Bestückmaschine bezeichnet, mit einer derartig ausgebildeten Vorrichtung ermöglicht, dass unmittelbar im Anschluss an die Erzeugung der thermischen Verbindung zwischen einer Kontaktfläche eines Bauelementes und der Anschlussfläche eines Substrats überprüft werden kann, ob alle Voraussetzungen für die Erzeugung der thermischen Verbindung gegeben waren. Durch die Möglichkeit der Messung und anschließenden Protokollierung der Lötverbindungen ermöglicht der Bestückungsautomat eine genaue Nachweisbarkeit der Qualität eines bestückten Substrats, insbesondere einer bestückten Leiterplatte. Insbesondere ermöglicht ein derartiger Bestückungsautomat eine sehr hohe Qualität der Bestückung der Bauelemente an den Substraten, da eine Verbesserung einer jeden Lötverbindung über das zumindest eine Sensorelement und die Regelungseinrichtung automatisch möglich ist.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Überprüfen einer thermischen Verbindung einer Kontaktfläche eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes an eine Anschlussfläche an zumindest einer ersten Seite eines Substrats gelöst, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

a) ein Brennstoff wird zwischen der Kontaktfläche des Bauelementes und der Anschlussfläche des Substrats angeordnet,
b) wenigstens eine Energiequelle sendet eine Strahlung oder einen Energieimpuls aus und richtet diese/diesen auf den Brennstoff, der insbesondere in Form einer reaktiven, nanostrukturierten Brennstofffolie aufgebracht wird, wobei ein Lötmittel an der Kontaktfläche des Bauelementes, an der Anschlussfläche des Substrats und/oder in dem Brennstoff angeordnet ist,
c) zumindest ein Sensorelement misst nach dem Aussenden der Strahlung oder des Energieimpulses auf den Brennstoff, ob aufgrund einer Reaktion des Brennstoffes Energie freigesetzt worden ist.

Ein derartiges Verfahren ermöglicht ein besonders einfaches und sicheres Überprüfen der thermischen Verbindungen zwischen einer Kontaktfläche eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes und der Anschlussfläche an zumindest einer ersten Seite eines Substrats. Durch die Messung der nach der Aussendung der Strahlung oder des Energieimpulses freigesetzten Energie, kann sehr einfach ein Rückschluss auf die Qualität der Lötverbindung durchgeführt werden. Vorteilhafterweise detektiert das zumindest eine Sensorelement eine thermische Strahlung und/oder eine Lichtstrahlung, die bei der Reaktion des Brennstoffes beziehungsweise der reaktiven, nanostrukturierten Brennstofffolie freigesetzt worden ist. Hierdurch lässt sich unmittelbar im Anschluss an die Erzeugung der Lötverbindung überprüfen, ob alle Voraussetzungen für die Erzeugung der Lötverbindungen, beispielsweise ausreichend Brennstoff, Lage des Brennstoffes, ausreichend Lötmittel, Lage des Lötmittels, oder Position des Bauelementes gegeben waren.
Vorteilhafterweise misst das zumindest eine Sensorelement auch die Dauer und/oder Intensität der freigesetzten Energie, insbesondere der thermischen Strahlung und/oder der Lichtstrahlung. Hierdurch kann die Qualität der Reaktion und damit die der Lötverbindung besonders genau bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass eine Feststelleinrichtung feststellt, ob und wann ein elektronisches und/oder mechanisches Bauelement auf den Brennstoff gedrückt worden ist und/oder ob und wann die wenigstens eine Energiequelle eine Strahlung oder einen Energieimpuls ausgesendet hat, und dass eine Verknüpfungseinrichtung die durch die Feststelleinrichtung festgestellten Messgrößen mit den Messergebnissen des zumindest einen Sensorelementes verknüpft. Die Feststelleinrichtung kann beispielsweise die Position des Bestückkopfes in Z-Richtung und/oder den Anpressdruck des Bauelementes an den Brennstoff beziehungsweise an die Brennstofffolie erfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Feststelleinrichtung die Dauer und Intensität der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses erfassen. Insbesondere kann die Feststelleinrichtung auch eine Aussage über den Zeitpunkt des Vorhandenseins des Anpressdruckes oder der Aussendung der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses tätigen.
Die Verknüpfungseinrichtung verknüpft die Informationen beziehungsweise festgestellten Messgrößen der Feststelleinrichtung mit den Messergebnissen des zumindest einen Sensorelementes, so dass aufgrund der vorhandenen Informationen eine genaue Aussage getroffen werden kann, ob das Bauelement wie geplant mit dem Substrat verbunden worden ist. Die Verknüpfungseinrichtung ermöglicht, dass für ein Substrat sämtliche Lötverbindungen individuell und detailliert dokumentiert werden können. Durch die Verknüpfung der Informationen der Feststelleinrichtung mit den Messergebnissen des zumindest eines Sensorelementes kann mit hoher Qualität eine Aussage über eine jede Lötverbindung gemacht werden. Das heißt, es kann einfach überprüft werden, ob alle Voraussetzungen für eine optimale Lötverbindung zwischen einem Bauelement und dem Substrat gegeben waren. Insbesondere können unmittelbar nach dem Verbindungsprozess detaillierte Aussagen über eine durchgeführte Lötverbindung gemacht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass eine Regelungseinrichtung in Abhängigkeit der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes oder der Ergebnisse der Verknüpfung der Messgrößen der Feststelleinrichtung und der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes die wenigstens eine Energiequelle zur Aussendung einer erneuten Strahlung oder eines erneuten Energieimpulses auf den Brennstoff ansteuert. Ist eine Lötverbindung nicht beziehungsweise schlecht durchgeführt worden, so wird über die Regelungseinrichtung die wenigstens eine Energiequelle erneut angesteuert, so dass diese nochmals eine Strahlung oder einen Energieimpuls auf den Brennstoff richtet. Die Regelungseinrichtung ermöglicht, dass eine nicht vorhandene oder fehlerhafte Lötverbindung unmittelbar erneuert werden kann. Beispielsweise steuert die Regelungseinrichtung die wenigstens eine Energiequelle wiederholt an, wenn festgestellt wird, dass die Dauer und Intensität der bei einer Reaktion des Brennstoffs freigesetzten Energie, insbesondere der freigesetzten Lichtstrahlung, unzureichend war.
Bevorzugt ist des Weiteren ein Verfahren, bei dem eine Aufzeichnungseinheit die Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes oder die Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes und die durch die Feststelleinrichtung ermittelten Messgrößen protokolliert. Dies ermöglicht eine kontrollierte Fertigung eines Substrats, insbesondere eine individuelle Nachweisbarkeit der Lötverbindungen eines Substrats. So kann die Aufzeichnungseinheit neben der Stärke, der Dauer und Intensität der bei der Reaktion des Brennstoffes beziehungsweise der Brennstofffolie freigesetzten Energie, Informationen zu der Stärke der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses, Informationen über die Positionierung des Bestückkopfes, und damit des Bauelementes, oder des Anpressdruckes des Bauelementes auf den Brennstoff beziehungsweise auf die Brennstofffolie protokollieren.
Ferner ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem der Brennstoff, insbesondere ein reaktiver, exothermer Brennstoff, in Form einer nanostrukturierten Folie, insbesondere einer nanostrukturierten Metallfolie, zwischen die Kontaktfläche(n) eines Bauelementes und die Anschlussfläche(n) des Substrats eingelegt wird.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Seitenansicht auf eine erste Ausführungsvariante der Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an eine erste Seite eines Substrats gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip,
2 eine Seitenansicht auf eine zweite Ausführungsvariante der Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an eine erste Seite eines Substrats gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip,
1 eine Seitenansicht auf eine dritte Ausführungsvariante der Vorrichtung zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an eine erste Seite eines Substrats gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 und 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den 1 bis 3 sind in Seitenansichten drei verschiedenen Ausführungsvarianten von Vorrichtungen 1 zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen an ein Substrats gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip dargestellt.
In 1 ist schematisch in einer Seitensicht eine erste Ausführungsvariante der 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, 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 der Substrattransporteinheit 5 gehalten. Das Bauelement 7 weist zwei Kontaktflächen 14 auf. Das Substrat 2 weist entsprechende Anschlussflächen 15 auf, an die die Kontaktflächen 14 des Bauelementes 7 befestigt werden. Zur Befestigung der Kontaktflächen 14 des Bauelementes 7 an den Anschlussflächen 15 des Substrats 2 ist zwischen einer jeden Kontaktfläche 14 und der entsprechenden Anschlussfläche 15 ein Brennstoff 8, insbesondere in Form einer Brennstofffolie 13, angeordnet. Zusätzlich ist jeweils ein Lötmittel an den Kontaktflächen 14 des Bauelementes 7, an den Anschlussflächen 15 des Substrats 2 und/oder an oder in dem Brennstoff 8 beziehungsweise an oder in der Brennstofffolie 13 vorgesehen. Die Energiequellen 6 senden jeweils eine Strahlung beziehungsweise einen Energieimpuls 26 auf den zwischen den Kontaktflächen 14 des Bauelementes 7 und den Anschlussflächen 15 des Substrats 2 angeordneten Brennstoff 8 aus. Der Brennstoff 8 ist reaktiv ausgebildet, so dass er bei Auftreten der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses 26 reagiert und Energie 25 freigesetzt wird. Diese freigesetzte Energie 25, die insbesondere als thermische Strahlung und/oder Lichtstrahlung ausgebildet ist, kann durch die Sensorelemente 20 erfasst werden. Die Sensorelemente 20 ermöglichen dadurch einen Rückschluss auf eine stattgefundene beziehungsweise gegebenenfalls nicht stattgefundene Reaktion des Brennstoffs 8 und damit einen Rückschluss auf die durchgeführten Lötverbindungen zur Befestigung des Bauelementes 7 an dem Substrat 2. Die Sensorelemente 20 sind dabei derart an der Vorrichtung 1 zum thermischen Verbinden von Bauelementen an ein Substrat angeordnet, das die bei einer Reaktion des Brennstoffs 8 freigesetzte Energie 25 leicht erfasst werden kann. Da die freigesetzte Energie 25, insbesondere die entstehenden Lichtblitze, in der Regel seitlich, das heißt parallel beziehungsweise annähernd parallel zu den Substrat 2, abgestrahlt werden, sind die Sensorelemente 20 vorzugsweise seitlich der Bauelemente 7 angeordnet.
In 2 ist schematisch in einer Seitensicht eine zweite Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 zum Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen 7 an zumindest eine erste Seite 3 eines Substrats 2, insbesondere einer Leiterplatte, dargestellt. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 ist in der zweiten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 das zumindest eine Sensorelemente 20 unterhalb des Substrats 2 angeordnet. Der Brennstoff 8 beziehungsweise die Brennstofffolie 13 zwischen der Kontaktfläche 14 des Bauelementes 7 und der Anschlussfläche 15 des Substrats 2 wird von einer Strahlung beziehungsweise einem Energieimpuls 26 getroffen, die/der durch ein Loch 18 in dem Substrat 2 hindurchgeführt wird. Das heißt, der Brennstoff 8 beziehungsweise die Brennstofffolie 13 wird von unten beziehungsweise von der zweiten Seite 4 des Substrats 2 mit einer Strahlung oder einem Energieimpuls 26 beaufschlagt. Die bei der Reaktion des Brennstoffs 8 freigesetzte Energie 25 wird durch das Loch 18 in dem Substrat 2 zurückgestrahlt, so dass das unterhalb des Substrats 2 angeordnete Sensorelement 20 die freigesetzte Energie 25 messen kann.
Unterhalb der Substrattransporteinrichtung 5 beziehungsweise unterhalb des Substrats 2 ist ein beweglich gelagerter Planartisch 10 angeordnet. Der Einbauraum 19 des Planartisches 10 in einem Bestückautomaten 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 die Energiequelle 6, hier in Form eines Lasergenerators, angeordnet. Die von dem Lasergenerator 6 ausgesendeten Laserstrahlen werden durch den flexiblen Lichtwellenleiter 11 zu den Kollimator 12 geleitet. In den 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. Die Umlenkelement 9 wird so ausgerichtet, dass die Laserstrahlen durch das Loch 18 in den 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 einem Brennstoff 8 angeordnet. Vorzugsweise ist die Brennstofffolie 13 eine reaktive, exotherme dünne Metallfolie. Die Laserstrahlen durchdringen die Kontaktfläche 15 an der ersten Seite 3 des Substrats 2 bis sie auf den Brennstoff 8 in der Brennstofffolie 13 treffen und diesen aktivieren. Durch das Aktivieren des Brennstoffs 8 wird Energie 25, insbesondere 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 den Substrat 2 verläuft, beweglich angeordnet. Mit +Y beziehungsweise –Y ist eine mögliche Bewegungsrichtung des Planartisches 10 angezeigt. Eine derartige Anordnung des Umlenkelementes 9 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, exotherme 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 den Bauelement 7 erfolgt.
Die Vorrichtung ermöglicht es durch sehr kleine Löcher 18, beispielsweise Bohrungen oder Durchkontaktierungen, die im Bereich der zu lötenden Anschlussflächen 15 im dem Substrat 2 angebracht sind oder werden, den Brennstoff 8 in den dort abgelegten Brennstofffolien 13, die in der Regel als Nanofolien ausgebildet sind, mit einem von „unten kommenden” Laserstrahl zu aktivieren. Sind die zum Einsatz kommenden Substrate 2 ausreichend dünn, beispielsweise Foliensubstrate, so kann sogar auf die Löcher 18 beziehungsweise Bohrungen verzichtet werden. Der eingesetzte Laserstrahl bohrt dann das Loch 18 selbst und aktiviert gleichzeitig den an dieser Stelle befindlichen Brennstoff 8 der reaktiven, exothermen Nanofolie. Alternativ kann auch anstatt der Brennstofffolie 13 beziehungsweise Nanofolie beispielsweise eine mit Brennpartikeln versetzte Lotpastenschicht gezündet werden.
Um den Laserstrahl entsprechend positionieren zu können, ist in der Bestückungsmaschine beziehungsweise dem Bestückautomaten, in der die Bestückung der Bauelemente erfolgt, ein flacher Planartisch 10 eingebaut, der es ermöglicht die Umlenkoptik 9, die den Laserstrahl fokussiert und nach oben umlenkt, sehr genau unter die Löcher 18 oder die Zielgebiete, wo die Brennstofffolien 13 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 2, an dessen erster Seite die reaktive, exotherme Brennstofffolie 13 und das Lötmittel angeordnet sind, vom Laserstrahl zu durchdringen. Das Durchdringen erfolgt, abhängig von den Werkstoffen, aus denen das Substrat 2 ausgebildet ist, entweder durch eine feine Bohrung oder kann bei geeigneten Werkstoffen direkt mit den Laserstrahlen ohne Bohrung erfolgen. Der Lasergenerator 6 kann dabei neben dem Planartisch 10 sitzen und die Laserstrahlung wird über einen beweglichen Lichtwellenleiter 11, der mit einer Schlaufe, z. B. in einem Kabelschlepp, verlegt ist, in den Kollimator 12 und die Umlenkoptik 9 eingeleitet.
Damit die reaktiven, exothermen Brennstofffolien 13 mit der gleichen Bestückungsmaschine beziehungsweise dem gleichen Bestückautomaten bestückt werden können, werden sie ähnlich den Bauelementen 7 verpackt und vorzugsweise über Zuführmodule bereitgestellt.
Die Sensorelemente 20 sind vorzugsweise neben der Umlenkoptik 9 auf dem beweglich gelagerten Planartisch 10 angeordnet. Hierdurch kann die bei einer Reaktion des Brennstoffs 8 freigesetzte Energie 25, die durch das Loch 18 in dem Substrat 2 auf die zweite Seite 4 des Substrats 2 geleitet wird, sehr gut gemessen werden.
In 3 ist schematisch in einer Seitensicht eine dritte Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 zum Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen 7 an zumindest eine erste Seite 3 eines Substrats 2, insbesondere einer Leiterplatte, dargestellt. Die dritte Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 gemäß 1, wobei zusätzlich eine Feststelleinrichtung 21, eine Verknüpfungseinrichtung 22, eine Regelungseinrichtung 23 sowie eine Aufzeichnungseinheit 24 vorgesehen sind.
Die Feststelleinrichtung 21 dient zum Feststellen, ob und wann ein elektronisches und/oder mechanisches Bauelement 7 auf den Brennstoff 8 gedrückt worden ist und/oder ob und wann die wenigstens eine Energiequelle 6 eine Strahlung oder einen Energieimpuls 26 ausgesendet hat. Die Verknüpfungseinrichtung ermöglicht eine Verknüpfung der durch die Feststelleinrichtung 21 festgestellten Messgrößen mit den Messergebnissen der Sensorelemente 20. Hierdurch können sehr genaue Aussagen darüber getroffen werden, wie die Lötverbindung zwischen dem Bauelement 7 und dem Substrat 2 aussieht, das heißt ob diese richtig oder falsch durchgeführt wurde.
Die Feststelleinrichtung 21 kann beispielsweise die Bewegung eines Bestückkopfes in Z-Richtung erfassen und/oder den Anpressdruck eines Bauelementes 7 auf die Brennstofffolie 13 erfassen. Ferner kann die Feststelleinrichtung 21 die Stärke und Dauer der Strahlung beziehungsweise des Energieimpulses 26 auf den Brennstoff 8 erfassen. Durch Verknüpfung dieser Messgrößen mit den Messergebnissen der Sensorelemente 20, das heißt, der Messung der freigesetzten Energie 25, in der Verknüpfungseinrichtung 22, können sehr genaue und detaillierte Aussagen darüber getroffen werden, ob das Bauelement 7 vorschriftsmäßig mit dem Substrat 2 verbunden worden ist. So kann für jede einzelne Lötverbindung eine sehr detaillierte Aussage getroffen werden, das heißt ob die notwendigen Voraussetzungen für eine optimale Lötverbindung erfüllt waren, oder nicht.
Die Vorrichtung 1 ermöglicht, dass unmittelbar nach dem Verbindungsprozess eines Bauelementes 7 an eine erste Seite 3 des Substrats 2 detaillierte Aussagen über die durchgeführte Lötverbindung gemacht werden können. Die Aussage erfolgt individuell für jede Lötverbindung. Insbesondere kann eine Aussage über die Qualität der Parameter, wie beispielsweise die Anpresskraft, die Reaktionsdauer und Intensität, sowie den Ort der Reaktion unmittelbar getätigt werden.
Die Regelungseinrichtung 23 ermöglicht, dass in Abhängigkeit der Messergebnisse der Sensorelemente 20 oder der Ergebnisse der Verknüpfung der Messgrößen der Feststelleinrichtung 21 und der Messergebnisse der Sensorelemente 20 die Energiequelle 6 zum Aussenden einer erneuten Strahlung oder eines erneuten Energieimpulses 26 auf dem Brennstoff 8 angesteuert wird. Ist eine Lötverbindung nicht beziehungsweise schlecht durchgeführt worden, so kann über die Regelungseinrichtung 23 die Energiequelle 6 erneut angesteuert werden, so dass diese nochmals eine Strahlung oder einen Energieimpuls 26 auf den entsprechenden Brennstoff 8 richtet. Die Regelungseinrichtung 23 ermöglicht beispielsweise die unmittelbare automatische Erneuerung einer fehlerhaften Lötverbindung.
Die Aufzeichnungseinheit 24 ermöglicht eine Protokollierung der Messergebnisse der Sensorelemente 20 oder der Messergebnisse der Sensorelemente 20 und der durch die Feststelleinrichtung 21 ermittelten Messgrößen. Die Messergebnisse beziehungsweise Messgrößen können bauteil- und produktspezifisch dokumentiert werden und man erhält dadurch eine lückenlose Traceability für jedes einzelne Substrat 2. Eine Traceability, das heißt eine Rückverfolgbarkeit, bezogen auf einzelne Lötverbindungen ist bei den derzeit üblichen Massenlötverfahren, wie beispielsweise dem Reflowlöten mittels eines Ofens, nicht möglich, kann aber durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 gewährleistet 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
20: Sensorelement
21: Feststelleinrichtung
22: Verknüpfungseinrichtung
23: Regelungseinrichtung
24: Aufzeichnungseinheit
25: freigesetzte Energie/Lichtstrahlung
26: Strahlung/Energieimpuls

Claims

Vorrichtung (1) zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2), aufweisend eine Substrathalteinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit (5) sowie wenigstens eine Energiequelle (6) zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses (26) auf einen zwischen einer Kontaktfläche (14) eines Bauelements (7) und einer Anschlussfläche (15) an der ersten Seite (3) des Substrats (2) platzierbaren Brennstoff (8), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensorelement (20) zur Messung der bei der Reaktion des Brennstoffs (8) freigesetzten Energie (25) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (20) auf der ersten Seite (3) des Substrats (2) und/oder auf der zweiten Seite (4) des Substrats (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (20) zur Detektion von thermischer Strahlung und/oder Lichtstrahlung ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (20) zur Messung der Dauer und/oder der Intensität der freigesetzten Energie (25), insbesondere der thermischen Strahlung und/oder der Lichtstrahlung, ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (20) an einem Bestückkopf der Vorrichtung (1) oder an einem Planartisch (10), der unterhalb des auf der Substrathalteinrichtung und/oder der Substrattransporteinheit (5) gehaltenen Substrats (2) vorgesehen ist, angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feststelleinrichtung (21) zum Feststellen, ob und wann ein elektronisches und/oder mechanisches Bauelement (7) auf den Brennstoff (8) gedrückt worden ist und/oder ob und wann die wenigstens eine Energiequelle (6) eine Strahlung oder einen Energieimpuls (26) ausgesendet hat, und dass eine Verknüpfungseinrichtung (22) zum Verknüpfen der durch die Feststelleinrichtung (21) festgestellten Messgrößen mit den Messergebnissen des zumindest einen Sensorelementes (20) vorgesehen sind.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung (23) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) oder der Ergebnisse der Verknüpfung der Messgrößen der Feststelleinrichtung (21) und der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) die wenigstens eine Energiequelle (6) zur Aussendung einer erneuten Strahlung oder eines erneuten Energieimpulses (26) auf den Brennstoff (8) ansteuert.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufzeichnungseinheit (24) zur Protokollierung der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) oder der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) und der durch die Feststelleinrichtung (21) ermittelten Messgrößen vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (20) beweglich an der Vorrichtung angeordnet ist.
Bestückungsautomat, mit einer Vorrichtung (1) zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2), wobei die Vorrichtung (1) eine Substrathalteinrichtung und/oder eine Substrattransporteinheit (5) sowie wenigstens eine Energiequelle (6) zum Aussenden und Ausrichten einer Strahlung oder eines Energieimpulses (26) auf einen zwischen einer Kontaktfläche (14) eines Bauelements (7) und einer Anschlussfläche (15) an der ersten Seite (3) des Substrats (2) platzierbaren Brennstoff (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zum thermischen Verbinden von elektronischen und/oder mechanischen Bauelementen (7) an zumindest eine erste Seite (3) eines Substrats (2) gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
Verfahren zum Überprüfen einer thermischen Verbindung einer Kontaktfläche (14) eines elektronischen und/oder mechanischen Bauelementes (7) an einer Anschlussfläche (15) an zumindest einer ersten Seite (3) eines Substrats (2), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) ein Brennstoff (8) wird zwischen der Kontaktfläche (14) des Bauelementes (7) und der Anschlussfläche (15) des Substrats (2) angeordnet, b) wenigstens eine Energiequelle (6) sendet eine Strahlung oder einen Energieimpuls (26) aus und richtet diese/diesen auf den Brennstoff (8), wobei ein Lötmittel an der Kontaktfläche (14) des Bauelementes (7), an der Anschlussfläche (15) des Substrats (2) und/oder in dem Brennstoff (8) angeordnet ist, c) zumindest ein Sensorelement (20) misst nach dem Aussenden der Strahlung oder des Energieimpuls (26) auf den Brennstoff (20), ob aufgrund einer Reaktion des Brennstoffs (8) Energie (26) freigesetzt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (20) eine thermische Strahlung und/oder eine Lichtstrahlung detektiert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Sensorelement (20) die Dauer und/oder Intensität der freigesetzten Energie (25), insbesondere die der thermischen Strahlung und/oder der Lichtstrahlung, misst.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feststelleinrichtung (21) feststellt, ob und wann ein elektronisches und/oder mechanisches Bauelement (7) auf den Brennstoff (8) gedrückt worden ist und/oder ob und wann die wenigstens eine Energiequelle (6) eine Strahlung oder einen Energieimpuls (26) ausgesendet hat, und dass eine Verknüpfungseinrichtung (22) die durch die Feststelleinrichtung (21) festgestellten Messgrößen mit den Messergebnissen des zumindest einen Sensorelementes (20) verknüpft.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinrichtung (23) in Abhängigkeit der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) oder der Ergebnisse der Verknüpfung der Messgrößen der Feststelleinrichtung (21) und der Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) die wenigstens eine Energiequelle (6) zur Aussendung einer erneuten Strahlung oder eines erneuten Energieimpulses (26) auf den Brennstoff (8) ansteuert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, eine Aufzeichnungseinheit (24) die Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) oder die Messergebnisse des zumindest einen Sensorelementes (20) und die durch die Feststelleinrichtung (21) ermittelten Messgrößen protokolliert.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (8), insbesondere ein reaktiver, exothermer Brennstoff, in Form einer nanostrukturierten Folie, insbesondere einer nanostrukturierten Metallfolie, zwischen die Kontaktfläche (14) des Bauelementes (7) und die Anschlussfläche (15) des Substrats (2) eingelegt wird.