DE102013210847B4

DE102013210847B4 - Verfahren zum bestücken von schaltungsträgern

Info

Publication number: DE102013210847B4
Application number: DE201310210847
Authority: DE
Inventors: Michael Schmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: CN104282609A; US9549494B2; DE102013210847A1; US20140364996A1; CN104282609B

Abstract

Die Erfindung betrifft die Bestückung eines Satzes von Schaltungsträgern (2), der eine Anzahl von N ≥ 1 Schaltungsträger (2) umfasst, von denen jeder ein Oberseite, eine der Oberseite entgegengesetzte Unterseite, eine markante Struktur (25), sowie eine an der Oberseite befindliche Leiterstruktur (21) aufweist. Für jeden der Schaltungsträger (2) werden folgende Schritte durchgeführt: Ermitteln einer ersten Relativposition zwischen der markanten Struktur (25) und der Leiterstruktur (21); Aufnehmen des Schaltungsträgers (2) mittels eines Aufnehmers (5) einer Hub- und Positioniereinheit (50); Ermitteln einer zweiten Relativposition zwischen der Hub- und Positioniereinheit (50) und der markanten Struktur (25) des von dem Aufnehmer (5) aufgenommenen Schaltungsträgers (2); und Bestücken des Schaltungsträgers (2) mit einem oder mehreren Bauelementen (1) unter Berücksichtigung der ersten Relativposition und der zweiten Relativposition.

Description

Bei der Prozessierung von Schaltungsträgern, wie sie beispielsweise in Halbleitermodulen eingesetzt werden, kommt es während verschiedener Prozessschritte jeweils zu Positionierungenauigkeiten, die sich im Laufe der Prozessierung aufsummieren. Hierdurch bedingt müssen erforderliche Sicherheitsabstände, wie sie beispielsweise zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen erforderlich sind, entsprechend großzügig bemessen werden. Im Ergebnis führt dies dazu, dass die Schaltungsträger aufgrund dieser Positionierungenauigkeiten entsprechend großflächig ausgelegt werden müssen, um Fehlpositionierungen, Kurzschlüsse oder Spannungsüberschläge. Außerdem begrenzen diese Positionierungenauigkeiten die erzielbare Integrationsdichte der auf dem Schaltungsträger verbauten Bauelemente.
Aus US 2004/0163242 A1 ist ein Verfahren zur Montage eines elektronischen Bauteils auf einer Platine bekannt, bei dem das elektronische Bauteil mittels eines Saugkopfes angesaugt und auf der Platine montiert wird. Dabei wird die Position der Platine durch Kameras ermittelt, und die Montageposition wird davon ausgehend rechnerisch ermittelt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitermoduls mit verbesserter Positioniergenauigkeit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch Verfahren zum Bestücken von Schaltungsträgern gemäß den Patentansprüchen 1 und 14 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft das Bestücken eines Satzes mit N ≥ 1 Schaltungsträgern, von denen jeder ein Oberseite, eine der Oberseite entgegengesetzte Unterseite, eine markante Struktur, sowie eine an der Oberseite befindliche Leiterstruktur aufweist. Hierbei werden für einen jeden der Schaltungsträger eine erste Relativposition zwischen der markanten Struktur und der Leiterstruktur ermittelt. Weiterhin wird für einen jeden der Schaltungsträger, nachdem dieser durch den Aufnehmer einer Hub- und Positioniereinheit aufgenommen wurde, im aufgenommenen Zustand eine zweite Relativposition zwischen der markanten Struktur des betreffenden Schaltungsträgers und der Hub- und Positioniereinheit ermittelt. Danach wird ein jeder der Schaltungsträger unter Berücksichtigung der ersten Relativposition und der zweiten Relativposition mit einem oder mehreren Bauelementen bestückt.
Optional kann ein jeder der Schaltungsträger nach dem Ermitteln der jeweiligen zweiten Relativposition und bevor er bestückt wird auf einem Träger fixiert werden. Der Träger kann beispielsweise als Adhäsionsträger ausgebildet sein und eine adhäsive Oberfläche aufweisen, auf die der betreffende Schaltungsträger aufgesetzt wird, so dass er an dieser haftet und dadurch auf dem Träger fixiert ist. Sofern der Satz wenigstens zwei Schaltungsträger umfasst, können diese gemeinsam auf der adhäsiven Oberfläche desselben Trägers fixiert werden.
Der Träger kann optional wieder verwendbar sein, so dass für die Bestückung von zwei oder mehr Sätzen von Schaltungsträgern derselbe Träger auf die beschriebene Weise eingesetzt werden kann.
Damit sich die in der Regel sehr dünnen Schaltungsträger störungsfrei wieder von der adhäsiven Oberseite abnehmen lassen, kann der Adhäsionsträger so eingestellt werden, dass die Haftfestigkeit zwischen der adhäsiven Oberseite und der Schaltungsträgerunterseite der auf den Adhäsionsträger aufgesetzten Schaltungsträger an den Stellen, an denen der Schaltungsträger die adhäsive Oberseite kontaktiert, kleiner oder gleich 4,5 N/cm² ist. Um andererseits ein Verrutschen der auf den Adhäsionsträger aufgesetzten Schaltungsträger zu vermeiden, kann der Adhäsionsträger so eingestellt sein, dass die genannte Haftfestigkeit an den Stellen, an denen der Schaltungsträger die adhäsive Oberseite kontaktiert, größer ist als 0,13 N/cm².
Alternativ oder zusätzlich kann bei einem jeden der Schaltungsträger die zum Abziehen dieses Schaltungsträgers von der adhäsiven Oberfläche erforderliche Abziehkraft größer sein als 2-fache und/oder kleiner als das 70-fache des Gewichts dieses Schaltungsträgers.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente. Es zeigen:
1A einen Vertikalschnitt durch zwei bereitgestellte Schaltungsträger.
1B eine Draufsicht auf die beiden in 1A gezeigten Schaltungsträger.
2 das Ermitteln einer ersten Relativposition zwischen dem seitlichen Rand und der Leiterstruktur eines ersten der in den 1A und 1B gezeigten Schaltungsträger.
3 das Aufnehmen des ersten der in den 1A und 1B gezeigten Schaltungsträger durch den Aufnehmer einer Hub- und Positioniereinheit.
4 das Ermitteln einer zweiten Relativposition zwischen dem Aufnehmer und dem seitlichen Rand des gemäß 3 aufgenommenen ersten Schaltungsträgers.
5 das Aufsetzen und Fixieren des ersten Schaltungsträgers auf einem Träger.
6 das Ermitteln einer ersten Relativposition zwischen dem seitlichen Rand und der Leiterstruktur des zweiten der in den 1A und 1B gezeigten Schaltungsträger.
7 das Aufnehmen des zweiten der in den 1A und 1B gezeigten Schaltungsträger durch den Aufnehmer.
8 das Ermitteln einer zweiten Relativposition zwischen dem Aufnehmer und dem seitlichen Rand des gemäß 7 aufgenommenen zweiten Schaltungsträgers.
9 das Aufsetzen und Fixieren des zweiten Schaltungsträgers auf dem Träger.
10A die beiden zu einem Quasi-Nutzen auf dem Träger fixierten Schaltungsträger.
10B eine Draufsicht auf den Quasi-Nutzen gemäß 10A.
11A der Quasi-Nutzen gemäß den 10A und 10B nach dem Auftragen eines Verbindungsmittels auf die Leiterstruktur.
11B eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 11A.
13 bis 15 verschiedene Schritte beim Bestücken des Quasi-Nutzens mit den Halbleiterchips.
16A einen Vertikalschnitt durch den mit Halbleiterchips bestücken Quasi-Nutzen.
16B eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 16A.
17 bis 18 zwei Schritte während des Abnehmens des bestückten ersten Schaltungsträgers von dem Träger.
19 eine Grafik zur Veranschaulichung der erzielten Positioniergenauigkeit.
20 bis 21 ein Beispiel eines Adhäsionsträgers.
Die 1A und 1B zeigen im Vertikalschnitt bzw. in Draufsicht einen Satz mit beispielhaft zwei bereitgestellten Schaltungsträger 2, von denen ein jeder einen Isolationsträger 20 aufweist, eine auf den Isolationsträger 20 aufgebrachte obere Leiterschicht 21, sowie eine optionale untere Leiterschicht 22. Die obere Leiterschicht 21 stellt eine Leiterstruktur dar. Sie kann optional zu voneinander unabhängigen Leiterbahnen und/oder Leiterflächen strukturiert sein. Ebenfalls optional können die obere Leiterstruktur 21 und, sofern vorhanden, die untere Leiterschicht 22 durch den Isolationsträger 20 elektrisch voneinander isoliert sein.
Bei den Leiterschichten 21 kann es sich beispielsweise um Metallisierungsschichten handeln, z. B. um Kupfer- oder Aluminiumschichten, oder um Leiterschichten, die in Dickschichttechnik hergestellt sind, d. h. aus einer Mischung mit Metallflocken und einem Klebstoff. Unabhängig davon kann es sich bei dem Isolationsträger 20 z. B. um einen dielektrischen Keramikträger oder um einen anderen dielektrischen Träger handeln. Im Fall eines dielektrischen Keramikträgers kann der Isolationsträger 20 beispielsweise als Keramikplättchen, z. B. aus Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN) oder Zirkonoxid (ZrO2), ausgebildet sein. Bei dem Schaltungsträger 2 kann es sich z. B. um ein DCB-Substrat (DCB = Direct Copper Bonding), ein DAB-Substrat (DAB = Direct Aluminum Bonding), eine AMB-Substrat (AMB = Active Metal Brazing) oder ein IMS-Substrat (IMS = Insulated Metal Substrate) handeln.
Wie mit dem gezeigten Beispiel veranschaulicht wird, können sämtliche Schaltungsträger 2 des Satzes dieselbe Leiterstruktur 21 aufweisen. In diesem Sinne weisen zwei Schaltungsträger 2 ”dieselbe Leiterstruktur” auf, wenn die Leiterstrukturen 21 deckungsgleich sind. Grundsätzlich lässt sich die Erfindung jedoch auch für Sätze von Schaltungsträgern 2 einsetzen, bei denen die Leiterstrukturen 21 von zwei, mehr oder allen Schaltungsträgern 2 des Satzes verschieden sind.
Aufgrund von Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Schaltungsträger 2 weicht im Allgemeinen die Position der Leiterstruktur 21 auf dem Isolationsträger 20 von einer Idealposition ab. Das bedeutet beispielsweise, dass die Abstände dx1 und dy1 bzw. dx2 und dy2, welche die Leiterstrukturen 21 vom seitlichen Rand 25 des Schaltungsträgers 2 in verschiedenen Richtungen x und y aufweisen, nicht notwendiger Weise mit entsprechenden Vorgabewerten übereinstimmen. Derartige Abweichungen können beispielsweise dadurch verursacht werden, dass zwei oder mehr identische oder verschiedene Leiterstrukturen 21 zunächst auf einem gemeinsamen großen Isolationsträger gefertigt und der große, mit den Leiterstrukturen 21 versehene Isolationsträger dann zu Schaltungsträgern 2 vereinzelt wird.
Bei dem gezeigten Beispiel mit identischen Leiterstrukturen 21 äußert sich dies dadurch, dass sich die Leiterstrukturen 21 der verschiedenen Schaltungsträger 2 bezüglich der seitlichen Ränder 25 an verschiedenen Relativpositionen befinden. Abgesehen davon können die Isolationsträger 20 verschiedener Schaltungsträger 2 aufgrund der vorangehend erläuterten Fertigungstoleranzen unterschiedliche Grundflächen aufweisen.
Um die Leiterstrukturen 21 positionsgenau jeweils mit einem oder mehreren Bauelementen bestücken zu können, kommt es vor allem darauf an, beim Bestücken die exakte Positionierung der Leiterstrukturen 21 der einzelnen Schaltungsträger 2 in der verwendeten Bestückungsvorrichtung zu kennen.
Da die Geometrie der Leiterstrukturen 21 der einzelnen Schaltungsträger 2 bekannt ist, kann die Erfassungseinrichtung 81 in Verbindung mit einer Auswerteeinheit 80, beispielsweise einem Bildverarbeitungsrechner, die Orientierung der Leiterstruktur 21 auf dem jeweiligen Schaltungsträger 2 bezüglich einer ersten markanten Struktur des Schaltungsträgers 2 ermitteln. Hierzu ist es vorgesehen, für jeden der Schaltungsträger 2 eine erste Relativposition zwischen der ersten markanten Struktur dieses Schaltungsträgers 2 und der Leiterstruktur 21 dieses Schaltungsträgers 2 zu ermitteln. Als erste markante Struktur kann beispielsweise der oder ein seitlicher Rand 25 des Schaltungsträgers 2 verwendet werden, oder eine oder mehrere Erhebungen, Vertiefungen oder Durchgangsöffnungen des Schaltungsträgers 2, oder alle Arten von Passermarken (Fiducials). Sofern es sich bei der ersten markanten Struktur um den oder um einen seitlichen Rand 25 des Schaltungsträgers 2 handelt, kann dieser, wie gezeigt, durch den bzw. durch einen seitlichen Rand 25 des Isolationsträgers 20 des betreffenden Schaltungsträgers 2 gegeben sein.
Um für jeden der Schaltungsträger 2 eine erste Relativposition zwischen einer ersten markanten Struktur dieses Schaltungsträgers 2 und der Leiterstruktur 21 dieses Schaltungsträgers 2 zu ermitteln, kann, wie in 2 veranschaulicht, beispielsweise eine erste optische Erfassungseinrichtung 81, z. B. eine Kamera, eingesetzt werden. Da die Geometrie der Leiterstrukturen 21 der einzelnen Schaltungsträger 2 bekannt ist, kann die Erfassungseinrichtung 81 in Verbindung mit einer Auswerteeinheit 80, beispielsweise einem Bildverarbeitungsrechner, die Orientierung der Leiterstruktur 21 auf dem jeweiligen Schaltungsträger 2 bezüglich der ersten markanten Struktur ermittelt werden. Die Auswerteeinheit 80 kann sich dabei z. B. an Stellen der Leiterstrukturen 21 orientieren, die sich eindeutig identifizieren lassen, wie zum Beispiel an Ecken und/oder Kanten der Leiterstruktur 2. Optional können nach der Identifizierung dieser Stellen auch von deren Lage abhängige ”virtuelle” Stellen wie beispielsweise ein ”Mittelpunkt” der Leiterstruktur 21 bestimmt und für die weiteren Berechnungen verwendet werden.
Sofern die Leiterstruktur wenigstens zwei Stellen aufweist, die sich durch die Erfassungseinrichtung 81 in Verbindung mit der Auswerteeinheit 80 mit eindeutig identifizieren lassen, lässt sich die Orientierung der Leiterstruktur 21 zumindest dann mit hinreichender Genauigkeit festlegen, wenn es sich bei dem Schaltungsträger 2 um eine im Wesentlichen flache, ebene Platte handelt, deren Ausrichtung bezüglich der Erfassungseinrichtung 81 bekannt ist. So kann beispielsweise eine als Kamera ausgebildete Erfassungseinrichtung 81 eine optische Achse aufweisen, die senkrecht oder unter einem anderen bekannten Winkel zu einer Ebene ausgerichtet ist, auf die der Schaltungsträger 2 während seiner Vermessung durch die Erfassungseinrichtung 81 gelegt wird.
Wenn die Leiterstruktur sogar drei oder mehr Stellen aufweist, die sich eindeutig identifizieren lassen, so lässt sich die Orientierung der Leiterstruktur 21 auch dann ermitteln, wenn es sich bei dem Schaltungsträger 2 nicht um eine flache Platte handelt und/oder wenn der Schaltungsträger 2 zur Vermessung nicht auf eine Ebene aufgelegt wird. Zum Identifizierten der ersten markanten Struktur des Schaltungsträgers 2 sowie deren Orientierung kann ebenfalls die Erfassungseinrichtung 81 in Verbindung mit der Auswerteeinheit 80 verwendet werden.
Nachdem ein Schaltungsträger 2 wie erläutert mit Hilfe der ersten Erfassungseinrichtung 81 vermessen wurde, kann er mit Hilfe eines Aufnehmers 5 einer Hub- und Positioniereinheit 50 aufgenommen werden, wie dies beispielsweise in 3 gezeigt ist. Beim Aufnehmen kann der Schaltungsträger 2 angehoben werden, was in 3 durch einen Pfeil veranschaulicht ist, und/oder in eine beliebige andere Position verbracht werden.
Bei dem Aufnehmer 5 kann es sich z. B. um eine Unterdruck-Saugvorrichtung oder um einen Greifer handeln. Mit Hilfe der Hub- und Positioniereinheit 50 kann der Schaltungsträger 5, wie in 4 gezeigt ist, oberhalb einer zweiten Erfassungseinrichtung 82 positioniert und mit deren Hilfe vermessen werden.
Bei der zweiten Erfassungseinrichtung 82 kann es sich ebenfalls um eine optische Erfassungseinrichtung, z. B. eine Kamera, handeln. Ebenso wie mit der ersten Erfassungseinrichtung 81 kann auch mit der zweiten Erfassungseinrichtung 82, optional wieder in Verbindung mit der bereits erwähnten Auswerteeinheit 80, eine zweite markante Struktur des Schaltungsträgers 2 identifiziert werden. Auch bei der zweiten markanten Struktur kann beispielsweise der oder ein seitlicher Rand 25 des Schaltungsträgers 2 verwendet werden, oder eine oder mehrere Erhebungen, Vertiefungen oder Durchgangsöffnungen des Schaltungsträgers 2, oder alle Arten von Passermarken (Fiducials).
Die zweite markante Struktur kann dabei identisch mit der ersten markanten Struktur sein, die bereits mittels der ersten Erfassungseinrichtung 81 in Verbindung mit der Auswerteeinheit 80 ermittelt wurde, allerdings kann es sich auch um eine andere markante Struktur handeln, sofern deren Lage bezüglich der ersten markanten Struktur bekannt ist, so dass aus der Orientierung der zweiten markanten Struktur auf die Orientierung der ersten markanten Struktur geschlossen werden kann. Auf diese Weise lässt sich für jeden der Schaltungsträger 2 eine zweite Relativposition zwischen der Hub- und Positioniereinheit 50 und der ersten markanten Struktur 25 ermitteln.
Wie aus dem Vergleich der 2 und 4 hervorgeht, kann es sich bei der ersten markanten Struktur und der zweiten markanten Struktur um dieselbe Struktur handeln, in dem gezeigten Beispiel um den seitlichen Rand 25 des jeweiligen Schaltungsträgers 2, und zwar selbst dann, wenn sich die erste Erfassungseinrichtung 81 und die zweite Erfassungseinrichtung 82 während der jeweiligen Vermessung auf entgegengesetzten Seiten des Schaltungsträgers 2 befinden. Entsprechendes würde z. B. auch dann gelten, wenn es sich bei der markanten Struktur um eine Durchgangsöffnung des Schaltungsträgers 2 handelt, die sowohl von der Oberseite 23 als auch von der Unterseite 24 des Schaltungsträgers 2 erkennbar ist.
Da der Schaltungsträger 2 eine Dicke > 0 aufweist, kann es bei der Erfassung der Lage der ersten und/oder der zweiten markanten Struktur durch die erste Erfassungseinrichtung 81 und/oder durch die zweite Erfassungseinrichtung 82 zu Messungenauigkeiten kommen: Wenn es sich bei der ersten oder zweiten markanten Struktur beispielsweise um den seitlichen Rand 25 des Schaltungsträgers 2 handelt, unterscheidet sich die ermittelte Lage des Randes 25 im Allgemeinen geringfügig von dessen tatsächlicher Lage. Dieser Fehler kann jedoch klein gehalten werden, wenn der Schaltungsträger 2 eine geringe Dicke aufweist und wenn die erste Erfassungseinrichtung 81 bzw. die zweite Erfassungseinrichtung 82 während der jeweiligen Messung ausreichend weit von dem Schaltungsträger 2 beabstandet sind, da die Messung dann quasi-senkrecht zum Schaltungsträger 2 erfolgt. Entsprechendes gilt auch dann, wenn es sich bei der ersten oder zweiten markanten Struktur um eine Durchgangsöffnung durch den Schaltungsträger 2 handelt.
Nachdem ein Schaltungsträger 2 mit Hilfe der ersten Erfassungseinrichtung 81 und der zweiten Erfassungseinrichtung 82 vermessen wurde, kann er, wie in 5 gezeigt ist, so auf der Oberfläche 32 eines Trägers 3 fixiert werden, dass sich seine Position auf dem Träger 3 nicht verändert.
Auf dieselbe Weise kann nun ein weiterer Schaltungsträger 2 zunächst mit Hilfe der ersten Erfassungseinrichtung 81 vermessen (6), durch denselben oder einen anderen Aufnehmer 5 aufgenommen (7) und im aufgenommenen Zustand mit Hilfe der zweiten Erfassungseinrichtung 82 vermessen (8) und mit durch den Aufnehmer 5 so auf der Oberfläche 3 des Trägers 3 fixiert werden, so dass sich seine Position auf dem Träger 3 nicht verändert, was im Ergebnis in 9 und in 10A nach dem Entfernen des Aufnehmers 5 gezeigt ist. 10B zeigt die Anordnung gemäß 10A in Draufsicht. Die Anordnung gemäß den 10A und 10B bildet einen Quasi-Nutzen, bei dem sämtliche auf dem Träger 3 fixierten Schaltungsträger 2 im Verbund prozessiert werden können.
Zur Fixierung der Schaltungsträger 2 auf dem Träger 3 kann dieser als Adhäsionsträger ausgebildet sein, der eine adhäsive Oberfläche 32 besitzt. Zur Realisierung der adhäsiven Oberfläche 32 kann der Adhäsionsträger 3 eine Adhäsionsschicht 31 aufweisen, die aus einem Polymer bestehen kann und die auf einem Grundträger 30 aufgebracht ist. Dabei kann die Adhäsionsschicht 31 ganzflächig oder in strukturierter Form auf den Grundträger 30 aufgebracht sein. Die polymere Adhäsionsschicht 31 kann sowohl silikonhaltig als auch silikonfrei sein. Optional kann der Adhäsionsträger 3 eine Anzahl von Durchgangsöffnungen 35 aufweisen, von denen sich jede durchgehend zwischen der adhäsiven Oberfläche 32 und der Unterseite 33 erstreckt.
Als Träger 3 kann jedoch nicht nur ein derartiger Adhäsionsträger verwendet werden, sondern jeder beliebige Träger, der dazu in der Lage ist, die Schaltungsträger 2 wie beschrieben zu fixieren. Beispielsweise kann hierzu auch eine Platte mit einer Vielzahl kleiner Öffnungen verwendet werden, durch die die Schaltungsträger mit Unterdruck an die Platte gesaugt und so an dieser fixiert werden.
Als Beispiel für die weitere Prozessierung wird nachfolgend das Bestücken der einzelnen Schaltungsträger 2 mit Halbleiterchips 1 erläutert. Grundsätzlich können jedoch beliebige andere alternative oder zusätzliche Prozessierungsschritte unter Beibehaltung des Quasi-Nutzens durchgeführt werden.
Voraussetzung hierzu ist lediglich, dass die Beibehaltung des Quasi-Nutzens durch die jeweiligen Prozessbedingungen nicht gefährdet ist. Eine derartige Prozessbedingung könnte beispielsweise darin bestehen, dass die Adhäsion zwischen den Schaltungsträgern 2 und der adhäsiven Oberfläche 32 temperaturbedingt so stark reduziert wird, dass die Schaltungsträger 2 auf dem Adhäsionsträger 3 z. B. verrutschen oder von diesem abfallen können.
Damit die Schaltungsträger 2 nach ihrer Prozessierung störungsfrei von der adhäsiven Oberfläche 32 abgenommen werden können, kann die Adhäsionsschicht 31 so eingestellt sein, dass die Haftfestigkeit zwischen den Schaltungsträgerunterseite 25 und der adhäsiven Oberfläche 32 an den Stellen, an denen der Schaltungsträger 2 die adhäsive Oberfläche 32 kontaktiert, kleiner oder gleich 4,5 N/cm². Um andererseits ein Verrutschen der auf den Adhäsionsträger aufgesetzten Schaltungsträger zu vermeiden, kann der Adhäsionsträger so eingestellt sein, dass die genannte Haftfestigkeit an den Stellen, an denen der Schaltungsträger 2 die adhäsive Oberfläche 32 kontaktiert, größer ist als 0,13 N/cm².
Bei der Einstellung der Haftfestigkeit ist zu berücksichtigen, dass diese nicht nur von den Eigenschaften der Adhäsionsschicht 31 abhängt, sondern auch von den Eigenschaften der Unterseiten der Schaltungsträger 2. Die maßgeblichen Eigenschaften liegen zum Einen in der Kombination der beteiligten Materialien, d. h. des Materials der Adhäsionsschicht 31 sowie des Materials, das die Schaltungsträgerunterseite bildet, zum Anderen an der Oberflächengeometrie der adhäsiven Oberfläche 32 und der Schaltungsträgerunterseite. So kann die Haftfestigkeit beispielsweise durch eine Strukturierung der Adhäsionsschicht 31 (z. B. zu mehreren voneinander getrennten Abschnitten oder durch Aussparungen in der Adhäsionsschicht 31) reduziert werden, so dass sich nicht die gesamte Schaltungsträgerunterseite mit der Adhäsionsschicht 31 in Kontakt befindet. Beispielsweise kann die Haftfestigkeit hier wie bei allen anderen Ausgestaltungen der Erfindung so eingestellt sein, dass die Abziehkraft, die zum Abziehen des Schaltungsträgers 2 von der adhäsiven Oberfläche 32 erforderlich ist, größer ist als 2-fache des Gewichts des Schaltungsträgers 2, und/oder kleiner als das 70-fache des Schaltungsträgers 2.
Wie weiterhin in 11A im Vertikalschnitt sowie in 11B in Draufsicht gezeigt ist, kann zur Befestigung von Halbleiterchips auf den Schaltungsträgern 2 zunächst ein Verbindungsmittel 4 strukturiert aufgetragen werden. Das Auftragen des Verbindungsmittels 4 kann beispielsweise mit Hilfe einer Schablone erfolgen, welche mit Öffnungen versehen ist, in die das Verbindungsmittel 4 mit Hilfe eines Rakels eingebracht wird. Hierdurch werden die Schaltungsträger 4 im Bereich der Schablonenöffnungen mit einer Schicht aus dem Verbindungsmittel 4 versehen.
Bei dem Verbindungsmittel 4 kann es sich beispielsweise um eine metallhaltige Paste, wie z. B. eine Lotpaste oder eine sinterfähig Paste handeln. Eine sinterfähige Paste kann beispielsweise ein Gemisch aus Silberpulver oder Silberflocken und einem Lösungsmittel enthalten. Ebenso kann es sich bei dem Verbindungsmittel 4 um einen elektrisch leitenden oder um einen elektrisch isolierenden Klebstoff handeln.
12 zeigt den Quasi-Nutzen mit dem aufgetragenen Verbindungsmittel 4 nach dem Entfernen der Schablone, sowie mit mehreren bereitgestellten Halbleiterchips 1. Wie weiterhin in den 13 bis 15 dargestellt ist, wird dann ein jeder der Schaltungsträger 2 mit einem oder mehreren Halbleiterchips 1 bestückt, indem die Halbleiterchips 1 sequentiell auf das zuvor aufgetragene Verbindungsmittel 4 aufgesetzt werden. Alternativ dazu besteht jedoch auch die Möglichkeit, zwei, mehr oder sämtliche Halbleiterchips 1 simultan auf die Schaltungsträger 2 aufzusetzen. Das Aufsetzen der Halbleiterchips 1 erfolgt mittels einer konventionellen Pick-and-Place-Vorrichtung 6. Die Pick-and-Place-Vorrichtung 6 kann dabei Bestandteil derselben oder einer anderen Hub- und Positioniereinheit 50 sein wie der Aufnehmer 5.
Das Aufsetzen der Halbleiterchips 1 auf den jeweiligen Schaltungsträger 2 bzw. auf dessen mit dem Verbindungsmittel 4 versehene Leiterstruktur 21 erfolgt in jedem Fall unter Berücksichtigung der zuvor für diesen Schaltungsträger 2 ermittelten ersten und zweiten Relativpositionen. Das bedeutet, dass durch die Bestimmung der Lage der ersten markanten Struktur des Schaltungsträgers 2 die Lage der (in ihrer Form bekannten) Leiterstruktur 21 relativ zu der ersten markanten Struktur ermittelt werden kann (erste Relativposition). Durch die Bestimmung der Lage der zweiten markanten Struktur des von dem Aufnehmer 5 aufgenommenen Schaltungsträgers 2 relativ zu der Hub- und Positioniereinheit 50 ergibt sich dann die zweite Relativposition. Da die Lage der zweiten markanten Struktur relativ zu der ersten markanten Struktur bekannt ist, kann daraus auf die tatsächliche Lage der Leiterstruktur 21 bezüglich der Hub- und Positioniereinheit 50 geschlossen werden. Hierdurch ist es möglich, die Lage eines mit einem Bauelement 1 zu bestückenden Abschnitts der Leiterstruktur 21 relativ zur Hub- und Positioniereinheit 50 präzise zu ermitteln und dadurch das Bauelement 1 präzise auf diesen Abschnitt aufzusetzen.
Nachdem auf die beschriebene Weise sämtliche Halbleiterchips 1 auf die verschiedenen Schaltungsträger 2 aufgesetzt wurden, können die mit den Halbleiterchips 1 versehenen Schaltungsträger 2 von dem Träger 3 abgenommen werden, was anhand der 17 und 18 erläutert wird. Das Abnehmen erfolgt wiederum unter Verwendung eines Aufnehmers 5. Hierbei kann es sich um denselben oder einen anderen Aufnehmers 5 handeln, wie er vorangehend unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 und 7 bis 9 beschrieben wurde.
Optional kann das Abnehmen der mit dem Verbindungsmittel 4 und dem oder den Halbleiterchips 1 versehenen Schaltungsträger 2 mit Hilfe eines Ablösewerkzeugs 7 unterstützt werden. Das Ablösewerkzeug 7 weist eine oder mehrere Vorsprünge 71 auf, welche jeweils ausgehend von der Unterseite des Trägers 3 in die Durchgangsöffnungen 35 eingeführt und in Richtung der Oberfläche 32 gegen den Schaltungsträger 2 gepresst werden können, so dass sich dieser von der Oberfläche 32 ablöst und mit Hilfe des Aufnehmers 5 abgenommen werden kann. Je nach Größe des Schaltungsträgers 2 und dessen mechanischer Stabilität kann dabei die Anzahl, Größe und Verteilung der Vorsprünge 71 und damit einhergehend der Durchgangsöffnungen 35 so angepasst werden, dass eine allzu ungleichmäßige Belastung des Schaltungsträgers 2 vermieden wird und er zerstörungsfrei abgelöst werden kann.
Nach dem Abnehmen der Schaltungsträger 2 von dem Träger 5 kann ein weiterer Satz mit einem oder mehreren Schaltungsträgern 2 auf die beschriebene Weise verarbeitet werden. Hierbei kann derselbe Träger 5 erneut verwendet und bei Bedarf zuvor gereinigt werden.
19 zeigt eine Grafik zur Veranschaulichung der im Rahmen eines Versuchs erzielten Positioniergenauigkeit. Die einzelnen Punkte stellen für jeweils ein bestücktes Bauelement 1 die Abweichung in μm (Mikrometer) vom Sollwert in den Richtungen x und y dar. Der maximale Betrag der Abweichung betrug in x-Richtung 45 μm bei einer Standard-Abweichung von 16,97 μm, in y-Richtung 52 μm bei einer Standard-Abweichung von 16,65 μm, was eine signifikante Verbesserung gegenüber herkömmlichen Bestückungsverfahren bedeutet.
20 zeigt nun noch ein Beispiel für einen Adhäsionsträger 3, der eine adhäsive Oberfläche 32 aufweist. Ein solcher Adhäsionsträger 3 kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass auf eine mechanisch stabile Trägerplatte 301 eine doppelseitig klebende Folie 100 aufgeklebt wird. Die Folie 100 weist eine Trägerschicht 303 auf, die auf einer Seite mit einer Klebeschicht 302 versehen ist, sowie auf der entgegengesetzten Seite mit der späteren Adhäsionsschicht 31. Mittels der Klebeschicht 302 wird die Folie 100 auf die Trägerplatte 301 aufgeklebt. Um eine Verschmutzung der Klebeschicht 302 vor dem Aufkleben zu verhindern, kann diese auf ihrer der Trägerschicht 303 abgewandten Seite mit einer ersten Schutzfolie 101 versehen sein. Entsprechend kann die Klebeschicht spätere Adhäsionsschicht 31 vor dem Aufsetzen des oder der Schaltungsträger 2 auf ihrer der Trägerschicht 303 abgewandten Seite mit einer zweiten Schutzfolie 102 versehen sein. Die Herstellung des Adhäsionsträgers 3 erfolgt dann so, dass zunächst die erste Schutzfolie 101 von der Klebeschicht 302 abgezogen (Schritt (a)) und die Folie 100 dann auf die Trägerplatte 301 geklebt wird (Schritt (b)).
Nach dem vollständigen Aufkleben der Folie 100 auf die Trägerplatte 301 wird dann, wie in 21 dargestellt ist, die zweite Schutzfolie 102 von der Adhäsionsschicht 31 abgezogen, so dass diese frei liegt und eine adhäsive Oberfläche 32 zur Verfügung stellt (Schritt (c)), auf die, wie vorangehend erläutert, ein oder mehrere Schaltungsträger 2 aufgesetzt werden können. Das Abziehen der zweiten Schutzfolie 102 kann erst unmittelbar vor dem Aufsetzen des oder der Schaltungsträger 2 erfolgen, um die Gefahr einer Verschmutzung der adhäsiven Oberfläche 32 möglichst gering zu halten.
Optional kann für die Adhäsionsschicht 31 ein silikonfreies Material gewählt werden. Dadurch kann vermieden werden, dass während der Prozessierung der auf die adhäsive Oberfläche 32 aufgesetzten Schaltungsträger 2 eine Kontamination mit Silikon erfolgt, welches aus der Adhäsionsschicht 31 austreten kann. Ein Niederschlag von Silikon auf einer Oberfläche eines Schaltungsträgers oder eines auf einem Schaltungsträger 2 montierten Bauelements, an der eine stoffschlüssig Verbindung mit einem weiteren Element hergestellt werden soll (z. B. durch Löten, Sintern oder Kleben), würde die Qualität der stoffschlüssigen Verbindung verringern.
Als Material für die Trägerplatte 301 eignet sich beispielsweise Aluminium (rein oder eloxiert), Glas-gefülltes Epoxid, oder eine Magnesium-Legierung. Prinzipiell können jedoch auch beliebige andere Materialen und Verbundmaterialien verwendet werden, sofern diese den jeweils erforderlichen Prozessbedingungen bei der Verarbeitung der Schaltungsträger 2 standhalten und eine für die Verarbeitung ausreichende mechanische Stabilität aufweisen, und sofern sich die Klebeschicht 302 mit der Trägerplatte 301 verkleben lässt.
Als Material für die Trägerschicht 303 eignen sich beispielsweise Glas-Epoxid oder Polyimid, aber auch beliebige andere, insbesondere silikonfreie Materialien.
Eine geeignete Folie 100 stellt beispielsweise das silikonfreie ”assist tape” mit der Bezeichnung ”NS-250B” von Shin-Etsu Polymer Europe B. V. in 5928NS Venlo, Niederlande dar.

Claims

Verfahren zum Bestücken eines Satzes von Schaltungsträgern (2), der eine Anzahl von N ≥ 1 Schaltungsträger (2) umfasst, von denen jeder ein Oberseite (23), eine der Oberseite (23) entgegengesetzte Unterseite (24), sowie eine an der Oberseite befindliche Leiterstruktur (21) aufweist, wobei für einen jeden Schaltungsträger (2) folgende Schritte durchgeführt werden: – Ermitteln einer ersten Relativposition zwischen einer ersten markanten Struktur (25) des Schaltungsträgers (2) und der Leiterstruktur (21); – Aufnehmen des Schaltungsträgers (2) mittels eines Aufnehmers (5) einer Hub- und Positioniereinheit (50); – Ermitteln einer zweiten Relativposition zwischen der Hub- und Positioniereinheit (50) und einer zweiten markanten Struktur (25) des von dem Aufnehmer (5) aufgenommenen Schaltungsträgers (2); – Bestücken des Schaltungsträgers (2) mit einem oder mehreren Bauelementen (1) unter Berücksichtigung der ersten Relativposition und der zweiten Relativposition.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei einem jeden Schaltungsträger (2) das Ermitteln der ersten Relativposition mittels einer ersten optischen Erfassungseinrichtung (81) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem sich die erste optische Erfassungseinrichtung (81) während des Ermittelns der ersten Relativposition bei einem jeden Schaltungsträger (2) auf der der Unterseite abgewandten Seite des Schaltungsträgers (2) befindet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei einem jeden Schaltungsträger (2) das Ermitteln der zweiten Relativposition mittels einer zweiten optischen Erfassungseinrichtung (82) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem sich die zweite optische Erfassungseinrichtung (82) während des Ermittelns der zweiten Relativposition bei einem jeden Schaltungsträger (2) auf der der Oberseite abgewandten Seite des Schaltungsträgers (2) befindet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei einem jeden der Schaltungsträger (2) dessen erste markante Struktur (25) identisch ist mit dessen zweiter markanten Struktur (25).
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem bei einem jeden der Schaltungsträger (2) dessen die erste markante Struktur (25) und die zweite markante Struktur (25) durch den seitlichen Rand (25) des betreffenden Schaltungsträgers (2) gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden: Bereitstellen eines Trägers (3); für einen jeden Schaltungsträger (2): – Fixieren des Schaltungsträgers (2) auf dem Träger (3) nach dem Ermitteln der zweiten Relativposition und vor dem Bestücken des Schaltungsträgers (2).
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Bestücken der Schaltungsträger (2) erst nach dem Fixieren sämtlicher Schaltungsträger (2) auf dem Träger (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Träger (3) als Adhäsionsträger ausgebildet ist, der eine adhäsive Oberfläche (32) aufweist und bei dem bei jedem Schaltungsträger (2) das Fixieren des Schaltungsträgers (2) auf dem Träger (3) durch das Aufsetzen des Schaltungsträgers (2) auf die adhäsive Oberfläche (32) erfolgt, so dass der Schaltungsträger (2) an der adhäsiven Oberfläche (32) haftet.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem bei einem jeden der Schaltungsträger (2) die Haftfestigkeit zwischen der adhäsiven Oberfläche (32) und dem auf diese aufgesetzten Schaltungsträgers (2) an den Stellen, an denen der Schaltungsträger 2 die adhäsive Oberseite kontaktiert, kleiner oder gleich 4,5 N/cm² und größer als 0,13 N/cm² ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem bei einem jeden der Schaltungsträger (2) die zum Abziehen dieses Schaltungsträgers (2) von der adhäsiven Oberfläche (32) erforderliche Abziehkraft größer ist als 2-fache und/oder kleiner als das 70-fache des Gewichts dieses Schaltungsträgers (2).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem N ≥ 2 ist.
Verfahren zum Bestücken eines ersten Satzes von Schaltungsträgern (2) und eines zweiten Satzes von Schaltungsträgern (2) mit den Schritten: Bestücken des ersten Satzes von Schaltungsträgern (2) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12; danach Bestücken des zweiten Satzes von Schaltungsträgern (2) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12; wobei der Träger (3), auf dem die Schaltungsträger (2) des ersten Satzes fixiert werden, identisch ist mit dem Träger (3), auf dem die Schaltungsträger (2) des zweiten Satzes fixiert werden.