-
Die Erfindung betrifft ein Auftragwerkzeug, zum Beispiel ein Auftragwerkzeug zum Auftragen eines Befestigungsmaterials zwecks Befestigung eines oder mehrerer Halbleiterchips auf einen Träger. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren für die Nutzung eines solchen Werkzeugs.
-
Für Befestigungsprozesse, die sich zum Beispiel auf die Befestigung von Halbleiterchips auf einem Träger beziehen, kann es erforderlich sein, ein Befestigungsmaterial auf eine Oberfläche des Trägers aufzubringen. Bei dem Befestigungsmaterial kann es sich zum Beispiel um Lötmittel und/oder Klebstoff handeln. Eine Auftragvorrichtung (engl. dispensing device, der Kürze halber nachstehend auch als „Dispenser“ bezeichnet) kann hierfür eingesetzt werden. Sie muss so zweckmäßig konfiguriert sein, dass eine gewünschte Menge des Befestigungsmaterials auf die Trägeroberfläche aufgebracht wird. Falls zu viel oder zu wenig Befestigungsmaterial aufgebracht wird, kann es dazu kommen, dass das entsprechende Halbleiterbauelement nicht richtig funktioniert.
-
Bei einer Ausführungsform wird ein Auftragwerkzeug bereitgestellt. Eine Auftragöffnung wird verwendet, um eine bestimmte Menge des Befestigungsmaterials auf einen Träger aufzubringen, wenn sich die Auftragöffnung in einem zuvor festgelegten Auftragabstand zum Träger befindet. Ein Überstandelement (engl. protrusion element) ragt über die Auftragöffnung hinaus, indem es während des Auftragens den Auftragabstand zwischen der Auftragöffnung und dem Träger überbrückt.
-
Die beigefügten Zeichnungen wurden zum besseren Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen in diese Beschreibung aufgenommen und sind Bestandteil der Beschreibung. Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, verschiedene Aspekte der Ausführungsformen zu erklären.
-
In den Figuren und der Beschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf gleiche Elemente. Es ist zu beachten, dass die verschiedenen in den Figuren gezeigten Elemente und Konstruktionen nicht unbedingt maßstabsgerecht dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
-
1, die 1A, 1B und 1C umfasst, eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Auftragwerkzeugs;
-
2A bis 2E eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Auftragwerkzeugs in einer Seitenansicht in verschiedenen Betriebssituationen und von unten; darüber hinaus werden beim Betrieb des Werkzeugs erzielte Ergebnisse gezeigt;
-
3A bis 3D eine schematische Darstellung von Unteransichten verschiedener Ausführungsbeispiele von Auftragköpfen;
-
4 ein Ausführungsbeispiel eines zwei Auftragköpfe umfassenden Bausatzes in einer schematischen Seitenansicht, und
-
5 ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren zur Nutzung eines Auftragwerkzeugs.
-
In der nachstehenden Beschreibung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen als Erklärung dienende und nicht als Einschränkung anzusehende verschiedene Ausführungsformen einschließlich vieler spezifischer Details beschrieben, um ein grundlegendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Hierbei ist darauf hinzuweisen, dass andere Ausführungsformen, die sich in einem oder mehreren solcher spezifischen Details unterscheiden, realisiert werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die folgende Beschreibung nur zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung gedacht, und das Konzept der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus den beigefügten Ansprüchen.
-
Darüber hinaus versteht sich, dass die Merkmale der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben worden ist.
-
Die hier zur Sprache kommenden Träger können aus beliebigen Materialien bestehen und beliebige Größen und Formen aufweisen. So kann ein Träger zum Beispiel aus einem oder mehreren Metallen oder Metalllegierungen wie beispielsweise Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen usw. bestehen. Außerdem oder als Alternative hierzu kann ein Träger ein oder mehrere keramische Materialien wie beispielsweise Aluminiumoxid umfassen. Ein Abschnitt oder mehrere Abschnitte eines Trägers können elektrisch leitend oder elektrisch isolierend sein. Ein isolierender Trägerkörper kann zum Beispiel mit einer leitenden Schicht, einem (strukturierten) leitenden Überzug usw. beschichtet oder bedeckt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Träger einen oder mehrere Lead-Frames, Wafer-Substrate usw. umfassen.
-
Halbleiterelemente können auf einem Träger befestigt sein oder können zwecks Befestigung auf einem Träger bereitgestellt werden. Solche Elemente können zum Beispiel passive Elemente wie Widerstände oder Kondensatoren, aktive Elemente wie Dioden oder Transistoren sowie integrierte Schaltkreise, Halbleiterchips usw. umfassen. Allgemeiner gesagt kann der Begriff „Halbleiterelemente“ jegliche Elemente mit mindestens einer elektrischen, thermischen und/oder mechanischen Funktionalität auf dem Gebiet der Halbleiter umfassen, zum Beispiel solche Elemente wie Abstandhalter oder Kühlelemente einschließlich Kühlkörper oder deren Bestandteile, obgleich solche Elemente neben Halbleitermaterialien noch andere Materialien umfassen können, wie zum Beispiel Isoliermaterialien oder leitende Materialien. Oder sie können sogar überhaupt kein Halbleitermaterial enthalten.
-
Im vorliegenden Text werden zur Befestigung von Halbleiterelementen auf einem Träger vorgesehene Befestigungsmaterialien erörtert. Ein Befestigungsmaterial kann im Allgemeinen in Form einer Paste, eines Gels oder in einer anderen für das Aufbringen mit einem Dispenser auf einen Träger geeigneten viskosen Form bereitgestellt werden. Derartige Befestigungsmaterialien können zum Beispiel Lötmaterialien oder Klebstoffe oder beide Materialien umfassen. Ein Lötmaterial kann Metalllegierungen umfassen, die zum Beispiel aus einem oder mehreren der folgenden Materialien bestehen: SnPb, SnAg, SnAgCu, SnAgCuNi, SnAu, SnCu und SnBi. Ein Klebstoff kann einen oder mehrere elektrisch leitende Klebstoffe, einen oder mehrere elektrisch isolierende Klebstoffe oder beide Arten umfassen. Ein Klebstoff kann zum Beispiel auf einem Epoxidharz basieren. Ein Klebstoff kann Verbindungen von beispielsweise Gold, Silber, Nickel oder Kupfer umfassen, um ein bestimmtes Maß an elektrischer Leitfähigkeit zu erreichen.
-
Hierin werden Ausführungsformen für Auftragwerkzeuge und damit zusammenhängende Aspekte beschrieben. Ein Auftragwerkzeug kann ein integrierter oder montierbarer Teil eines Dispensers sein oder kann mit einem Dispenser identisch sein. Der Begriff „Dispenser“ kann im Allgemeinen jegliche Vorrichtungen oder Artikel umfassen, die sich dafür eignen, ein Befestigungsmaterial auf einen Träger aufzubringen. Ein Dispenser kann zum Beispiel dafür konfiguriert sein, einen oder mehrere Punkte oder Tupfen eines Befestigungsmaterials hintereinander und/oder nebeneinander auf einen Träger aufzubringen. So kann zum Beispiel ein Dispenser mit einer Auftragöffnung, wie zum Beispiel einer offenen Spitze einer Kanüle oder Hohlnadel, jeweils einen Lötmittel- oder Klebstoffpunkt aufbringen, während ein Dispenser mit mehreren Auftragöffnungen dementsprechend mehrere Punkte gleichzeitig aufbringen kann. Ein Dispenser kann für ein oder mehrere allgemeine Auftragverfahren ausgelegt sein, wie zum Beispiel für eine Vakuumauftragung oder -aufbringung, Vakuum-Push-Aufbringung usw.
-
Eine Auftragöffnung kann eine Öffnung oder einen Kanal, aber auch mehrere Öffnungen oder Kanäle umfassen, wie zum Beispiel eine maschenartige oder maschige Öffnung. Die Auftragöffnung kann Elemente wie zum Beispiel Düsen, Ventile, Heizelemente, Sensorelemente und/oder andere oder weitere Elemente zur Steuerung (z.B. Abtastung) der Auftragung des Befestigungsmaterials umfassen.
-
Ein zum Auftragen verwendetes Auftragwerkzeug kann zum Beispiel einen im Allgemeinen für das Auftragen ausgelegten Auftragkopf (oder „Dispenserkopf“ oder „Dosierkopf“) und einen Auftragkörper umfassen, der im Allgemeinen für den Anbau an einen Dispenser mit Hilfe einer Eingriffsmethode wie zum Beispiel Einschrauben, Festklemmen, Verschrauben usw. ausgelegt ist.
-
Das Auftragwerkzeug oder sein Auftragkopf kann eine Auftragöffnung zum Aufbringen von Befestigungsmaterial auf einen Träger umfassen. Ein nicht als Einschränkung anzusehendes Ausführungsbeispiel kann einen Auftragkopf umfassen, der als Basis oder Aufnahme für eine oder mehrere Kanülen, Hohlnadeln oder andere rohrförmige Konstruktionen dient. Jede dieser einen oder mehreren Konstruktionen kann mindestens eine Auftragöffnung umfassen; eine offene Spitze einer Kanüle oder Nadel stellt lediglich eine Möglichkeit für die Realisierung einer Auftragöffnung dar.
-
Verschiedene Konfigurationen von Dispensern oder Auftragwerkzeugen erlauben das Auftragen getrennter Punkte oder Tupfen eines Befestigungsmaterials, während sich die aufgebrachten Punkte bei anderen Konfigurationen auf dem Träger überlappen können; so kann zum Beispiel eine Folge oder Kette von Punkten eine sich über den Träger erstreckende, aus Befestigungsmaterial gebildete, durchgehende Linie oder Bahn bilden.
-
Die Kenngrößen der Punkte, wie zum Beispiel die pro Punkt aufgebrachte Menge Befestigungsmaterial, der Durchmesser oder die Höhe eines Punkts usw. werden durch verschiedene Bedingungen beeinflusst, wozu der auf das Befestigungsmaterial im Dispenser ausgeübte Druck, die Viskosität des Befestigungsmaterials, die Größe der Auftragöffnung, der Umgebungsdruck und die Temperaturbedingungen usw. zählen. So kann, um nur ein Beispiel anzuführen, die Viskosität des Befestigungsmaterials durch die Temperatur des Befestigungsmaterials, die Temperatur des Trägers, die in der Umgebung herrschenden Feuchtigkeitsbedingungen usw. gesteuert werden.
-
Der Auftragabstand zwischen der Auftragöffnung und dem Träger kann ebenfalls zur Steuerung der Menge aufgebrachten Materials beitragen. So kann zum Beispiel bei einer Vakuum-Push-Konfiguration mit einer gegebenen Viskosität das bereits aus der Auftragöffnung freigesetzte und auf dem Träger platzierte Material die Menge des weiteren Materials, das aus dem Dispenser austreten kann, begrenzen und auf diese Weise die Punktgröße und/oder andere Kenngrößen begrenzen. Für den Fall, dass der Abstand zwischen der Auftragöffnung und einer Trägeroberfläche größer als der geeignete Abstand ist, kann es passieren, dass der aufgetragene Punkt zu groß ist. Für den Fall, dass sich die Auftragöffnung in einem geringeren Abstand von der Trägeroberfläche befindet als der geeignete Abstand, oder wenn sie sogar die Trägeroberfläche berührt, kann es passieren, dass ein zu kleiner Punkt aufgetragen wird, oder es kann sogar sein, dass das Aufbringen eines Punkts gänzlich verhindert wird. Falls an einer Aufbringungsstelle gar kein Befestigungsmaterial aufgebracht werden darf, könnte dies dazu führen, dass zu viel Befestigungsmaterial an einer anschließenden Aufbringungsstelle aufgebracht wird.
-
Ein gewünschter Wert für den Auftragabstand kann als Abstand zwischen der Auftragöffnung und dem Träger während des Auftragens oder Aufbringens des Punkts berechnet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein gewünschter Auftragabstand als Abstand der Auftragöffnung von einer Auflage für den Träger berechnet werden. Gemäß einem Beispiel kann ein gewünschter Auftragabstand als Abstand der Auftragöffnung von einer Oberfläche einer als Auflage für den Träger dienenden Werkbank berechnet werden. Diese oder andere Berechnungen können zum Beispiel die Annahme beinhalten, dass der Träger eine bestimmte festgelegte Dicke aufweist und dass er über der Auflage ganz eben ist (so dass der Auftragabstand in einer parallel zur Trägeroberfläche verlaufenden x-y-Ebene unabhängig von der Position des Dispensers ist).
-
Gemäß verschiedener Ausführungsformen kann ein Auftragabstand, der teilweise oder gänzlich für einen bestimmten Dispenser oder ein bestimmtes Auftragwerkzeug berechnet oder anderweitig festgelegt worden ist, für den Dispenser programmiert werden. Im Ergebnis dessen wird der Dispenser während seines Betriebs entsprechend gesteuert.
-
Hierin werden Überstandelemente erörtert. In dem Sinn, in dem der Begriff hier verwendet wird, kann ein Überstandelement ein Element sein, das zum Überbrücken des Auftragabstands zwischen einer Auftragöffnung und einer Trägeroberfläche geeignet ist. Ein Überstandelement kann an einem Auftragwerkzeug (oder einem Dispenser) bereitgestellt werden und kann einen oder mehrere Teile, Abschnitte, Sektionen oder im Allgemeinen eine oder mehrere Konstruktionen oder konstruktive Elemente eines Auftragwerkzeugs, an, auf oder in Verbindung mit einem Auftragwerkzeug umfassen. Verschiedene Ausführungsformen von Überstandelementen umfassen einen oder mehrere Stifte, Niederhalter, Distanzstücke, Abstandhalter, Distanzstangen usw.
-
Ein Überstandelement kann einen integralen Bestandteil eines Auftragwerkzeugs, zum Beispiel eines Auftragkopfs, bilden oder kann an das Auftragwerkzeug anbaubar sein. Ein Überstandelement kann in Bezug auf andere konstruktive Elemente des Auftragwerkzeugs, zum Beispiel eines Auftragkopfs oder einer Auftragöffnung, ortsfest sein und auf diese Weise einen festen oder konstanten Auftragabstand realisieren. Ein Überstandelement kann für zwei oder mehr verschiedene Auftragabstände konfigurierbar sein und kann zum Beispiel stufenlos oder schrittweise verstellbar sein. Ein Überstandelement kann bei einem nicht als Einschränkung anzusehenden Beispiel mit einem Auftragwerkzeug ein Ganzes bilden und gleichzeitig einstellbar sein, wenn es als ausfahrbares Element, als schwenkbares Element ausgelegt ist und/oder teleskopische Gelenke oder Scharniere besitzt.
-
Ein Überstandelement kann mit einem Träger in Kontakt kommen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Überstandelement als Niederhalter wirken, der einen gekrümmten oder gebogenen Träger nach unten in die gewünschte ebene Lage drückt. Das Überstandelement kann demzufolge so ausgelegt sein, dass es mechanisch standhält, wenn es mit einem Träger in Kontakt kommt. Ein oder mehrere Teile des Überstandelements können für den Kontakt mit dem Träger vorbereitet werden und können zum Beispiel speziell so ausgelegt sein, dass eine Beschädigung des Trägers vermieden wird. So kann zum Beispiel ein möglicherweise in Kontakt kommender Abschnitt eines Überstandelements eine weiche und/oder ebene, von Welligkeit, Riefen, Graten usw. freie Oberfläche umfassen und/oder aus einem geeigneten Material bestehen oder mit einem solchen Material beschichtet sein. Außerdem oder als Alternative kann ein möglicherweise in Kontakt kommender Abschnitt eines Überstandelements so ausgelegt sein, dass ein Festhaften des Befestigungsmaterials vermieden wird, und es kann zum Beispiel in dieser Hinsicht eine Antihaftbeschichtung umfassen, die eine Beschichtung mit beispielsweise PTFE einschließen kann.
-
Ein Überstandelement kann in Bezug auf eine Auftragöffnung entweder ständig oder während eines Auftragvorgangs fest oder starr angeordnet sein. Ein Überstandelement kann ständig an einem Auftragkopf oder an einem anderen Teil eines Auftragwerkzeugs befestigt sein, in dem zum Beispiel ein geeignetes Bohrloch vorgesehen wird, in das ein Stift oder eine ähnliche Konstruktion montiert wird. Ein Überstandelement kann manuell und/oder automatisch einstellbar sein, um den Auftragabstand zum Beispiel durch Verschieben, Schwenken und/oder teleskopische Positionierung zu überbrücken, und es kann zum Beispiel einstellbar sein, damit es sich in der Phase, in der es außer Betrieb ist, nicht über die Auftragöffnung erstreckt. Gemäß einem spezifischen, nicht als Einschränkung anzusehenden Beispiel kann das Überstandelement in dem Fall, dass ein Auftragkopf eine oder mehrere Nadeln umfasst, in Form einer weiteren Nadel realisiert werden und kann so konfigurierbar sein, dass es während des Auftragvorgangs länger als die Auftragnadeln ist, und kann so konfigurierbar sein, dass es, wenn es außer Betrieb ist, genauso lang ist wie die Auftragnadeln.
-
Ein zur Verwendung mit einem Dispenser vorgesehener Bausatz kann mehrere Auftragköpfe umfassen. Ein Satz von Auftragköpfen kann zum Beispiel mehrere Auftragköpfe mit unterschiedlichen Eigenschaften umfassen, wobei die Köpfe dafür ausgelegt sein können, dass während eines Auftragvorgangs eine unterschiedliche Anzahl von Punkten parallel zueinander aufgebracht wird, dass unterschiedliche Geometrien mehrerer Punkte parallel zueinander aufgebracht werden, dass unterschiedliche Auftragabstände realisiert werden usw. Dementsprechend können ein oder mehrere Auftragköpfe des Bausatzes oder Satzes ausgewählt und operativ am Dispenser angebracht werden.
-
1A zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform 100 eines Auftragwerkzeugs, das einen Auftragkopf 102 und ein Überstandelement 104 umfasst. Der Auftragkopf 102 umfasst eine Auftragöffnung 106. Das Auftragwerkzeug 100 ist für das Auftragen von Befestigungsmaterial 108 auf einen Träger 110 ausgelegt. Das Befestigungsmaterial 108 kann einen Klebstoff und/oder Lötmaterial zur Befestigung eines Halbleiterchips auf dem Träger 110 umfassen.
-
Hinsichtlich eines Punkts oder Tropfens 112, den das Befestigungsmaterial 108 während des Auftragens bildet, ist der Dispenser 100 für die Aufbringung einer bestimmten Menge Befestigungsmaterial 108 auf dem Träger 110 ausgelegt, wobei sich die Auftragöffnung 106 während des Auftragens in einem Auftragabstand 114 vom Träger 110 befindet. Das Überstandelement 104 ragt über die Auftragöffnung 106 (hin zum Träger 110) hinaus, indem es den Auftragabstand 114 überbrückt.
-
Wie in 1B gezeigt wird, befindet sich ein Halbleiterelement 116, wie zum Beispiel ein integrierter Schaltkreis oder ein Leistungschip, über dem Befestigungsmaterial 108 und wird durch das Befestigungsmaterial 108 am Träger 110 befestigt. 1C zeigt das Halbleiterbauelement 120, das durch das Halbleiterelement 116 und den Träger 110 gebildet wird.
-
2A zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform 200 eines Auftragwerkzeugs, das einen Auftragwerkzeugkörper 202, einen Auftragwerkzeugkopf 204 und zwei Auftragnadeln 206 mit einer Auftragöffnung 208 an der Nadelspitze einer jeden Nadel 206 umfasst. Das Auftragwerkzeug 200 umfasst darüber hinaus in dieser als Beispiel und nicht als Einschränkung anzusehenden Ausführungsform ein als Niederhaltestift realisiertes Überstandelement 210. Das Element oder der Stift 210 überbrückt einen Auftragabstand 212 zu einem Träger 214, genauer gesagt zu einer Oberfläche 216 desselben, das heißt, der Stift 210 ragt entsprechend dem Auftragabstand über die Auftragöffnungen 208 hinaus.
-
Das Auftragwerkzeug 200 ist für die Anbringung an einem schematisch dargestellten Dispenser 218 ausgelegt. Das Werkzeug 200 kann zum Beispiel durch Verschrauben, Einschnappen oder Einstecken über seinen Körper 202 an Dispenser 218 angebracht werden. Die Auftragnadeln 206 und Stift 210 lagern alle auf einer gemeinsamen Basis 219 von Auftragkopf 204. Vom Stift 210 wird beispielsweise angenommen, dass er, abgesehen von der Länge der Nadeln 206 beziehungsweise des Stifts 210, bei denen die ab der Basis 219 gemessenen Längen sich um den Auftragabstand 212 unterscheiden, ähnlich wie die Nadeln 206 konstruiert ist. Sowohl die Nadeln 206 als auch der Stift 210 können zum Beispiel die gleiche Art oder den gleichen Typ von rohrförmigen Konstruktionen umfassen, bei dem die Nadeln 206 dafür konfiguriert sind, dass durch sie Befestigungsmaterial 220 geleitet wird, während der Stift 210 ein Blindrohr sein kann, das auch beim Aufsetzen 222 auf der Trägerfläche 216 offen oder geschlossen sein kann. Es wird davon ausgegangen, dass der Stift 210, wie in 2A und dann in 2B dargestellt, den mechanischen Kontakt mit dem Träger 214 aushält.
-
Um Befestigungsmaterial 220 an einer gewünschten Stelle auf der Trägeroberfläche 216 aufzubringen, steuert eine Steuerung 223 den Dispenser 218 so, dass er sich, wie Pfeil 224 zeigt, in einer x-y-Ebene parallel zur Trägeroberfläche 216 bewegt. Während dieser x-y-Bewegung trägt Auftragkopf 204 den Stift 210 und die Nadeln 206 in einem Positionierabstand (z-Abstand) über Träger 214, wobei insbesondere der Abstand in z-Richtung (Höhe über der Trägeroberfläche 216, wie durch den Pfeil 226 angezeigt) zwischen Niederhaltestift 210 und Trägeroberfläche 216 ausreichend sein kann, um einen Kontakt zu vermeiden, zu dem es zum Beispiel durch die Krümmung des Trägers 214 kommen könnte.
-
Nach Erreichen einer gewünschten x-y-Position bewegt die Steuerung 223 den Dispenser 218 und/oder das Auftragwerkzeug 200 (z.B. den Kopf 204) nach unten bis zu einer zuvor programmierten Auftraghöhe. Dies ist die in 2A gezeigte Situation. Die Auftraghöhe kann bezüglich eines (Dispenser-)Bezugssystems berechnet werden und kann zum Beispiel als Höhe der Auftragöffnungen 208 über einer Auflage für den Träger 214 berechnet werden. In diesem Beispiel kann sich ein Wert für die Auftraghöhe aus der Dicke des Trägers 214 plus Auftragabstand 212 ergeben (in Bezug auf Niederhaltestift 210 würde die Auftraghöhe lediglich der Dicke von Träger 214 entsprechen). Wenn zum Beispiel angenommen wird, dass Träger 214 und die Auflage für den Träger 214 völlig eben sind und der Auftragabstand 212 konstant ist, kann die Auftraghöhe einschließlich Auftragabstand als Konstante in die Steuerung 223 programmiert werden, die als Hardware oder Software (einschließlich Firmware) oder sowohl als Hardware als auch als Software realisiert werden kann und als selbständige Einheit oder als Bestandteil von Dispenser 218 oder Auftragwerkzeug 200 oder als Bestandteil beider realisiert werden kann. Damit lässt sich ein schneller und kostengünstiger Herstellungsprozess erreichen, da die Steuerung 223 während des Auftragvorgangs nur die z-Position zwischen dem zuvor programmierten Positionierungs- und Auftragabstand zu ändern braucht, ohne dass es notwendig ist, die tatsächliche Position der Auftragöffnungen 208 über der Trägeroberfläche 216 abzutasten und dementsprechend die z-Position einzustellen.
-
Bei der in 2A gezeigten Auftragsituation lassen sich, wenn das Befestigungsmaterial 220 auf die Trägeroberfläche 216 aufgebracht wird, Kenngrößen der resultierenden Punkte oder Tropfen 228, wie zum Beispiel die Menge an Material 220, die Größe der Punkte 228 usw. unter anderem durch den Auftragabstand 212 festlegen. Wie weiterhin nachstehend unter Bezugnahme auf 2B beschrieben wird, gewährleistet das Vorhandensein des Niederhaltestifts 210, dass zwischen den Auftragöffnungen 208 und Träger 214 immer ein Mindestabstand, das heißt der Auftragabstand, vorhanden ist. Dies ermöglicht die zuverlässige Aufbringung von Befestigungsmaterial, was wiederum eine homogene und reproduzierbare Beschichtung der Träger mit Befestigungsmaterial ermöglicht. Der Niederhaltestift 210 stellt lediglich eine Implementierung eines Überstandelements dar, wobei auch andere Implementierungen die oben aufgeführten Eigenschaften erreichen können.
-
Nachstehend werden als Beispiel und nicht als Einschränkung anzusehende Zahlenwerte erörtert. Die Länge von Kanülen oder Nadeln, wie zum Beispiel der Nadeln 206, kann, gemessen von der Basis 219 des Auftragkopfs 204 bis zu den Spitzen/Auftragöffnungen 208, im Allgemeinen im Bereich von beispielsweise 1 bis 10 Millimeter oder 3,5 bis 5 Millimeter liegen. Bei Auftragabständen im Bereich von 100 bis 300 Mikrometer, zum Beispiel ungefähr 170 Mikrometer, ergibt sich die Länge von stiftartigen Überstandelementen, wie beispielsweise die des Niederhaltestifts 210 dementsprechend.
-
2B zeigt das Auftragwerkzeug 200 in einer Konfiguration, die der unter Bezugnahme auf 2A beschriebenen ähnelt. In 2B ist aber der Träger 230 gekrümmt, was durch eine vorherige Verarbeitung, wie zum Beispiel unter anderem durch die Einwirkung von Wärme, verursacht worden sein kann. Nach Erreichen einer gewünschten x-y-Position 232 bewegen sich Dispenser 218 und/oder Auftragkopf 204 vom Positionierungsabstand abwärts zu der zuvor programmierten Auftraghöhe oder dem Auftragabstand 212. In der in 2B dargestellten Situation kommt der Niederhaltestift 210 aufgrund der Krümmung von Träger 230 mit Träger 230 in Kontakt und drückt den Träger 230 örtlich in eine ebene Lage. „Örtlich“ kann einen Bereich auf dem Träger 230 um die Stelle herum, an welcher der Stift 210 aufsetzt, bezeichnen, wobei die gewünschte Position 232 der Punkte 234 des Befestigungsmaterials 220 auf dem Träger 230 innerhalb dieses Bereichs liegt. Der Niederhaltestift 210 gewährleistet dadurch im Wesentlichen den Auftragabstand 212 zwischen den Auftragöffnungen 208 und Träger 230 bei der Position 232.
-
Das Auftragwerkzeug 200 ermöglicht somit, dass Befestigungsmaterial 220 sowohl im Falle eines ebenen Trägers, wie er in 2A gezeigt wird, als auch im Falle eines gekrümmten Trägers, wie er in 2B gezeigt wird, in einer ähnlichen Menge und an der gewünschten Position aufgebracht wird und zwar selbst dann, wenn sich der Träger 230 nach Abheben des Niederhaltestifts 210 wieder in den gekrümmten Zustand zurückbewegt. Während im Ausführungsbeispiel 200 gezeigt und erörtert wird, dass der Niederhaltestift 210 ähnliche konstruktive Eigenschaften aufweist wie die Dispensernadeln 206, können bei anderen Ausführungsformen Überstandelemente mit einer höheren mechanischen Stabilität verwendet werden als z.B. Dispensernadeln oder Kanülen, um Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Stabilität zu erfüllen. Zu derartigen Anforderungen kann beispielsweise eine zuverlässige Wechselwirkung mit sich verbiegenden oder krümmenden Trägern mit bestimmten Eigenschaften während der gesamten vorgesehenen Lebensdauer eines Auftragwerkzeugs zählen.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass eines der Ergebnisse der Wechselwirkung zwischen einem oder mehreren Überstandelementen und einem gekrümmten Träger darin bestehen kann, dass der Träger nach dem Auftragungsvorgang (wieder) eine ebene Form einnimmt und beibehält.
-
2C zeigt eine schematische Unteransicht von Auftragwerkzeug 200, genauer gesagt eine Ansicht der Basis 219 (siehe 2A, 2B) von Auftragkopf 204, bei der die Nadeln 206 und der Niederhaltestift 210 hintereinander angeordnet sind. 2D zeigt das Ergebnis einer mit Auftragwerkzeug 200 auf Träger 214 von 2A durchgeführten Auftragung. Jede der Dispensernadeln 206 hat einen Punkt 238 aus Befestigungsmaterial auf den Träger 214 aufgebracht. 2E zeigt das Ergebnis einer Auftragung auf den gekrümmten Träger 230 von 2B. Punkte 240 sind auf Träger 230 weitgehend auf die gleiche Weise aufgebracht worden wie die Punkte 238 in 2D. Außerdem ist aufgrund der beim Pressen stattfindenden Wechselwirkung zwischen Niederhaltestift 210 und dem gekrümmten Träger 230 eine eingedrückte Stelle 242 auf dem Träger 230 zu sehen, die auf eine leichte Beschädigung zum Beispiel einer freien Oberfläche oder der Beschichtung von Träger 230 zurückzuführen ist.
-
Während in 2E die eingedrückte Stelle 242 von Niederhaltestift 210 für den Fall gezeigt wird, dass beim Pressen eine Wechselwirkung zwischen dem Überstandelement und dem gekrümmten Träger von 2B stattfindet, kann es in anderen Fällen oder bei anderen Ausführungsformen sein, dass in Abhängigkeit von der Konfiguration und konstruktiven Details des Überstandelements und der Trägerfläche selbst dann, wenn der Träger gekrümmt ist, keine derartigen eingedrückten Stellen sichtbar sind. Andererseits können, sofern dies hinnehmbar ist, ebenfalls durch geringfügige Wechselwirkungen zwischen einem Überstandelement und einem ebenen Träger, wie dem in 2A gezeigten, verursachte eingedrückte Stellen sichtbar sein.
-
In manchen Fällen ist es wünschenswert, dass der Abstand zwischen dem Überstandelement und der Auftragöffnung möglichst klein ist, damit an den Stellen, an denen Befestigungsmaterial aufgebracht wird, ein gewünschter Grad an Ebenheit eines gekrümmten Trägers erzielt wird. Andererseits kann es auch wünschenswert sein, dass bei einigen Ausführungsformen der Abstand zwischen dem Überstandelement und der Auftragöffnung ausreichend groß ist, so dass ein Kontakt des Überstandelements mit dem aufgebrachten Befestigungsmaterial vermieden werden kann (abgesehen von solchen Möglichkeiten wie der Nutzung einer Antihaftbeschichtung für das Überstandelement). Mit entsprechenden Entscheidungen bezüglich der Konstruktion lässt sich für bestimmte Anwendungsfälle ein kostengünstiger Kompromiss zwischen sich widersprechenden Anforderungen erreichen.
-
Die in 2A bis 2E gezeigte Ausführungsform stellt ein Beispiel für eine Betriebskonfiguration dar, bei der in Bezug auf eine Ebene, die sich parallel zu einer Trägeroberfläche erstreckt, wie sie in 2D, 2E gezeigt wird, der Abstand zwischen Niederhaltestift 210 und der nächstgelegenen Dispensernadel 206 ähnlich dem Abstand (Pitchgröße) zwischen den Dispensernadeln 206 gewählt wird.
-
Nachstehend werden in Bezug auf 2E als Beispiel und nicht als Einschränkung anzusehende Zahlenwerte angegeben. Ein Kanülendurchmesser (von dem der Einfachheit halber angenommen wird, dass er dem Punkt- oder Tropfendurchmesser 244 entspricht) kann 0,5 Millimeter betragen, während der Abstand zwischen den Kanülen, d.h. ein Mitte-zu-Mitte Abstand, 0,9 Millimeter betragen kann, womit sich eine Trennweite 246 von 0,4 Millimeter von Tropfen zu Tropfen ergibt. Bei einer kontinuierlichen Pitchgröße kann der Abstand 248 zwischen dem Niederhaltestift und der nächstgelegenen Kanüle ebenfalls 0,4 Millimeter betragen. Es sind auch niedrigere Abstandswerte möglich; bei einem weiteren Ausführungsbeispiel würde der Kanülendurchmesser ebenfalls 0,5 Millimeter betragen, während der Kanülenabstand oder die Trennweite zwischen ihnen nur 0,65 Millimeter beträgt, so dass sich eine Trennweite zwischen den Tropfen von lediglich 150 Mikrometer ergibt. Dies kann auch die Trennweite zwischen dem Niederhaltestift (oder einem anderen Überstandelement) und der nächstgelegenen Auftragöffnung sein.
-
Wenn zwischen Überstandelementen und Auftragöffnungen geringe Abstände gewährleistet werden müssen, könnte der potentielle Einfluss von Kontakten zwischen dem Überstandelement und dem Befestigungsmaterial minimiert werden, indem man für das Überstandelement ein Antihaftmaterial und/oder eine geeignete Beschichtung, zum Beispiel mit einem teflonartigen Material, auswählt.
-
3A bis 3E zeigen Unteransichten von Ausführungsformen von Auftragköpfen auf eine der Unteransicht von 2C ähnliche Weise. Nachstehend nicht ausdrücklich erörterte Aspekte von Ausführungsformen können entsprechenden Aspekten der Ausführungsformen ähneln, die unter Bezugnahme auf 1 und 2A bis 2E oder an anderer Stelle dieser Beschreibung erörtert werden.
-
3A zeigt eine Basis 302 eines Auftragkopfs 300. Ähnlich wie im Falle von Dispenserkopf 204 in 2C umfasst der Auftragkopf 300 zwei Kanülen 304 zum Aufbringen von Befestigungsmaterial auf einen Träger. Der Auftragkopf 300 trägt zwei Überstandelemente 306 und 307, wobei jedes Element 306, 307 als Stift ausgebildet sein kann. Wenn angenommen wird, dass die Teilbewegung in Richtung des Pfeils 308 verläuft, würde Stift 306 einen gekrümmten Träger vor den Auftragöffnungen 304 nach unten drücken, während Stift 307 einen gekrümmten Träger hinter den Auftragöffnungen 304 nach unten drücken würde (oder umgekehrt).
-
Die kombinierte Wechselwirkung zwischen den Stiften 306, 307 und einem gekrümmten Träger könnte in einem Bereich, in dem sich die Stellen, an denen die Auftragöffnungen 304 Punkte aufbringen, befinden, einen bestimmten Grad von Ebenheit des Trägers bewirken. Der Grad der Ebenheit lässt sich im Vergleich mit dem Fall, in dem nur ein Niederhaltestift verwendet wird, erhöhen. Anzumerken ist hierbei, dass der Grad der Ebenheit nicht nur von der Anzahl und Position der Überstandelemente (z.B. Niederhaltestifte) sondern auch von anderen Kenngrößen, wie zum Beispiel der Dicke und Krümmung eines Trägers, der Wirkung anderer im Zusammenhang mit einer Trägerauflage verwendeter Niederhaltevorrichtungen usw. abhängt.
-
3B zeigt eine alternative Konfiguration, bei der auf einer Basislinie 312 eines Auftragkopfs 310 zwei Nadeln oder Kanülen 314 lagern, bei denen seitlich (in Bezug auf die Richtung einer Teilbewegung 316) zwei Überstandelemente (Niederhaltestifte) 318 angeordnet sind. 3C zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines Auftragkopfs 320, bei der auf der Basis eine einzelne Auftragöffnung 324 in der Mitte einer quadratischen, durch vier Niederhaltestifte 326 gebildeten Konfiguration aufgelagert ist. In 3D wird eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der ein Auftragkopf 330 eine Basis 332 besitzt, auf der drei von einem ringförmigen Überstandelement 336 umgebene Auftragöffnungen 334 aufgelagert sind. Eine oder mehrere der in den Figuren gezeigten Konfigurationen können gewählt werden, um zum Beispiel einen Fluss des auf den Träger aufgetragenen Befestigungsmaterials zu minimieren aufgrund einer Krümmung des Trägers während oder nach einem Auftragvorgang trotz eines Niederdrückvorgangs eines oder mehrerer Überstandelemente.
-
4 zeigt eine Ausführungsform eines mindestens zwei Auftragwerkzeuge 402 und 404 umfassenden Bausatzes 400. Jedes der Auftragwerkzeuge 402, 404 umfasst einen Körper 406, 408 mit Gewinden 407, 409 zum Verschrauben mit einer Dispenservorrichtung sowie einen Auftragkopf 410, 412. Jeder der Auftragköpfe 410, 412 trägt zwei Kanülen 414, 416 und ein stiftartiges Überstandelement 418, 420. Die Auftragköpfe 410, 412 sind für verschiedene Auftragabstände 422, 424 ausgelegt, wobei der Stift 418 den kleineren Auftragabstand 422 überbrückt, während der Stift 420 den größeren Auftragabstand 424 überbrückt (in Bezug auf die Auftragöffnungen, von denen angenommen wird, dass sie sich an den Spitzen der Kanülen 414, 416 befinden). Dementsprechend würde eines der Werkzeuge 406, 408 ausgewählt, je nach den gewünschten Kenngrößen, wie zum Beispiel der gewünschten Größe der aufgebrachten Punkte, der Menge an Befestigungsmaterial pro Punkt usw.
-
Verschiedene Ausführungsformen von Bausätzen umfassen mehr als zwei Auftragwerkzeuge und umfassen zum Beispiel, 3, 5, 10 oder mehr Werkzeuge, wobei sich die Werkzeuge hinsichtlich des Auftragabstands und/oder der Eigenschaften, wie zum Beispiel der Anzahl von Kanülen (Auftragöffnungen), Kanülendurchmesser, Verwendbarkeit für unterschiedliche Befestigungsmaterialien, Anzahl der Überstandelemente, Struktur der Überstandelemente (z.B. stiftartige oder ringförmige oder andere Struktur), mechanischen Stabilität der Überstandelemente usw. unterscheiden können.
-
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel 500 für ein Verfahren zur Befestigung eines Halbleiterelements auf einem Träger (502) zeigt. Das Verfahren oder der Prozess 500 kann sich zum Beispiel auf die Wafer-Ebene betreffende Prozesse (Wafer-Level-Packaging), das Die-Bonden von Dies, Klebeprozesse usw. beziehen. Das Verfahren 500 kann sich allgemein auf die Befestigung eines integrierten Schaltkreises (IC) oder eines Halbleiterchips beziehen, wobei es sich bei dem Chip zum Beispiel um einen kleinen oder dünnen Chip mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer oder weniger als 60 Mikrometer oder sogar noch weniger handeln kann. Der Träger kann zum Beispiel ein Lead-Frame sein.
-
Während bei dem Verfahren 500 in 5 gezeigt wird, dass es eine bestimmte Reihenfolge von Schritten umfasst, ist es selbstverständlich, dass die nachstehend beschriebenen Schritte in anderen Ausführungsformen gleichzeitig und/oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können, wobei auch andere Schritte durchgeführt werden können oder nachstehend beschriebene Schritte weggelassen werden können.
-
Im Schritt 504 wird ein geeignetes Auftragwerkzeug ausgewählt. So kann gemäß den Besonderheiten eines durchzuführenden Herstellungsprozesses zum Beispiel eines der Werkzeuge 402, 404 des Bausatzes 400 von 4 ausgewählt werden. Im Schritt 506 wird durch eine Auftragöffnung des ausgewählten Auftragwerkzeugs eine bestimmte Menge Befestigungsmaterial auf den Träger aufgebracht, wenn sich die Auftragöffnung in einem zuvor festgelegten Auftragabstand vom Träger befindet. Ein Überstandelement ragt über die Auftragöffnung hinaus, indem es während des Auftragens den gewünschten Auftragabstand zwischen der Auftragöffnung und dem Träger überbrückt, wodurch selbst dann, wenn der Träger gekrümmt ist, das Auftragen der richtigen Befestigungsmaterialmenge, Punktgröße usw. auf den Träger gewährleistet ist.
-
Im Schritt 508 werden ein oder mehrere Halbleiterelemente, wie zum Beispiel passive oder aktive Halbleiterelemente, beispielsweise Halbleiterchips, auf dem Träger befestigt, indem das Element oder die Elemente auf das aufgebrachte Befestigungsmaterial, das heißt auf den in Schritt 506 auf den Träger aufgebrachten Punkt oder die mehreren aufgebrachten Punkte oder Tropfen positioniert wird/werden. Schritt 508 kann weitere Schritte zur Herstellung eines Halbleiterbauelements umfassen, oder ihm können weitere Herstellungsschritte folgen, wie zum Beispiel das Härten oder Aushärten oder Voraushärten des aufgebrachten Befestigungsmaterials, das Anpressen des Halbleiterelements auf das Befestigungsmaterial, das Befestigen weiterer Elemente auf dem Träger, das Verkapseln des Trägers zusammen mit den darauf befestigten Elementen, das Aufspalten eines Wafers in Dies usw.
-
Schritt 506 kann noch weitere Schritte umfassen, wie beispielsweise das Andrücken des aufgebrachten Befestigungsmaterials oder das anderweitige Vorbereiten oder Konfigurieren des aufgebrachten Materials zur Befestigung der Elemente im Schritt 508, einschließlich beispielsweise der Aushärtung oder Voraushärtung des Materials. Außerdem können die Schritte 506 und 508 in einer sich wiederholenden Reihenfolge oder gleichzeitig zur Befestigung mehrerer Elemente auf einem Träger durchgeführt werden, was durch Pfeil 510 angezeigt wird. Der Prozess 500 endet zum Beispiel in Schritt 512 mit dem Auswerfen oder Aussortieren des hergestellten Halbleiterbauelements.
-
Während ein besonderes Merkmal oder ein besonderer Aspekt einer Ausführungsform möglicherweise nur in Bezug auf eine oder wenige Implementierungen beschrieben worden ist, kann das jeweilige Merkmal oder der Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen so kombiniert werden, wie dies für eine gegebene oder besondere Anwendung wünschenswert oder vorteilhaft sein kann. Soweit Begriffe wie „einschließen“, „haben“, „mit“ oder Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, ist beabsichtigt, dass sie auf eine ähnliche Weise eine einschließende Bedeutung haben wie der Begriff „umfassen“. Wenn von „Beispiel“ die Rede ist, so ist damit lediglich ein Beispiel und nicht ein bestes oder optimales Beispiel gemeint.
-
Hierin werden zwar spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben, der Fachmann ist sich aber darüber im Klaren, dass, ohne dass damit vom Konzept der vorliegenden Erfindung abgewichen wird, anstelle der gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen eine Vielzahl alternativer und/oder gleichwertiger Implementierungen möglich ist.
