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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Niederhalter zum Niederhalten der Substratplätze eines Substrats.
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Hintergrund der Erfindung
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Solche Niederhalter werden in Montageautomaten für die Montage von Bauteilen, die im englischen Fachjargon "dies" genannt werden, also in so genannten Die Bondern, eingesetzt, um die Substratplätze des Substrats während der Montage gegen eine Auflage zu drücken. Beispiele für "dies" sind insbesondere Halbleiterchips, jedoch auch Kondensatoren, Metallplättchen, Metalldeckel, etc.
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Bei der Montage von Halbleiterchips ist es gebräuchlich, die Halbleiterchips, hauptsächlich Leistungshalbleiter, mit dem Substrat mittels eines Lots zu verbinden, um über die Lötverbindung eine wirksame Ableitung der beim Betrieb entstehenden Verlustwärme aus dem Halbleiterchip zu gewährleisten. Ein für diesen Prozess geeigneter Die Bonder wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung DB2009 SSI vertrieben. Dieser Die Bonder umfasst einen Durchlaufofen mit einem Niederhalter. Der Niederhalter ist einer Prozesstemperatur von 300–450 °C ausgesetzt.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederhalter mit einer einfachen Konstruktion und hoher Zuverlässigkeit zu entwickeln, der bei Arbeitstemperaturen von 300–450 °C einsetzbar ist.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein erfindungsgemäßer Niederhalter zum Niederhalten der Substratplätze eines Substrats umfasst
eine Platte mit einer zentralen Ausnehmung, und mit zwei beidseitig neben der zentralen Ausnehmung angeordneten weiteren Ausnehmungen,
eine Niederhalteplatte mit einer Ausnehmung und auf der Unterseite bei der Ausnehmung angeordneten Niederhaltestegen, wobei die Niederhalteplatte gelenkig und derart an der Unterseite der Platte gelagert ist, dass die Ausnehmung der Niederhalteplatte mit der zentralen Ausnehmung der Platte fluchtet,
einen ersten und einen zweiten pneumatischen Antrieb, wobei jeder der beiden pneumatischen Antriebe einen Zylinder und ein Antriebselement umfasst, zwischen denen eine Druckkammer gebildet ist, wobei der Zylinder des ersten Antriebs auf der Oberseite der Platte über der ersten der weiteren Ausnehmungen und der Zylinder des zweiten Antriebs auf der Oberseite der Platte über der zweiten der weiteren Ausnehmungen befestigt ist, und
erste Druckleitungen zum Zuführen eines Druckgases zu den Druckkammern der beiden pneumatischen Antriebe.
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Bevorzugt weisen das Antriebselement des ersten pneumatischen Antriebs einen kugelförmigen Vorsprung, der in eine kugelförmige Vertiefung der Niederhalteplatte eingreift, und das Antriebselement des zweiten pneumatischen Antriebs einen kugelförmigen Vorsprung auf, der in eine längliche Vertiefung der Niederhalteplatte eingreift, die einen mittleren Abschnitt mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei der kugelförmige Vorsprung des Antriebselements des ersten pneumatischen Antriebs und die kugelförmige Vertiefung der Niederhalteplatte einen gleichen Radius aufweisen, und wobei der Radius des kugelförmigen Vorsprungs des Antriebselements des zweiten pneumatischen Antriebs gleich dem Radius des Querschnitts des mittleren Abschnitts der länglichen Vertiefung der Niederhalteplatte ist.
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Das Antriebselement der pneumatischen Antriebe kann beispielsweise ein Kolben oder eine Membrane sein.
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Der Niederhalter weist bevorzugt zweite Druckleitungen zum Zuführen eines Gases zu den Druckkammern der beiden pneumatischen Antriebe und Sensoren zum Überwachen des Drucks oder Gasflusses in den zweiten Druckleitungen auf, damit im Betrieb überprüfbar ist, ob die Kolben bzw. Membranen in eine zurückgezogene Position zurückkehren, wenn die Beaufschlagung mit Druckgas wegfällt.
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Bevorzugt erfolgt die Lagerung der Niederhalteplatte an der Unterseite der Platte mittels Schrauben, die durch auf der Oberseite der Platte angeordnete Rückstellfedern und durch gewindelose Bohrungen in der Platte geführt und in die Niederhalteplatte geschraubt sind, wobei die Rückstellfedern vorgespannt werden, so dass die Schrauben die Niederhalteplatte gegen die Unterseite der Platte ziehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. Um einzelne Aspekte deutlich sichtbar zu machen, sind die Figuren nicht massstäblich gezeichnet.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Niederhalters mit einer Platte und einer Niederhalteplatte in perspektivischer Aufsicht,
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2 zeigt den Niederhalter des ersten Ausführungsbeispiels von unten,
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Niederhalters von unten,
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4, 5 zeigen den Niederhalter im Querschnitt in zwei Betriebszuständen, und
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6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Niederhalters im Querschnitt.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Niederhalters in perspektivischer Aufsicht. Der Niederhalter umfasst eine Platte 1 mit einer zentralen Ausnehmung 2 und zwei weiteren Ausnehmungen 3 und 4 (4 und 5). Die weiteren Ausnehmungen 3 und 4 sind beidseitig neben der zentralen Ausnehmung 2 angeordnet und sind vorteilhafterweise im wesentlichen rund, können aber auch eine andere Form aufweisen. Die zentrale Ausnehmung 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel länglich und macht in wenigstens einer Reihe angeordnete Substratplätze eines Substrats für das Bonden der "dies" zugänglich.
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Der Niederhalter umfasst weiter einen ersten und einen zweiten pneumatischen Antrieb. Jeder der beiden pneumatischen Antriebe enthält einen Zylinder 5 bzw. 6 und ein Antriebselement, zwischen denen eine Druckkammer gebildet ist. Die Antriebselemente sind beispielsweise verschiebbare Kolben 7 bzw. 8 (4 und 5) oder auch elastisch deformierbare und/oder auslenkbare Membranen 18, 19 (6). Der Zylinder 5 des ersten pneumatischen Antriebs ist auf der Oberseite der Platte 1 über der Ausnehmung 3 und der Zylinder 6 des zweiten pneumatischen Antriebs auf der Oberseite der Platte 1 über der Ausnehmung 4 befestigt. Bei der Ausführung mit den Kolben 7 und 8 sind diese senkrecht zu der von der Platte 1 aufgespannten Ebene verschiebbar, bei der Ausführung mit den Membranen 18 und 19 sind diese zumindest in diese Richtung deformierbar. Auf der Oberseite der Platte 1 sind erste Druckleitungen 9 zum Zuführen eines Druckgases zu den Druckkammern der beiden pneumatischen Antriebe angeordnet. Damit die Substrate nicht oxidieren, kann als Druckgas ein Schutzgas verwendet werden. Häufig verwendete Schutzgase sind Stickstoff oder Formiergase wie z.B. N2H2.
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Der Niederhalter umfasst weiter eine Niederhalteplatte 10 mit einer Ausnehmung 11. Die 2 zeigt den Niederhalter des ersten Ausführungsbeispiels ausschnittsweise von unten. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung 11 länglich und demzufolge die Niederhalteplatte 10 kreuzförmig. Die Niederhalteplatte 10 weist auf ihrer Unterseite, d.h. auf ihrer von der Platte 1 abgewandten Seite, mehrere bei der Ausnehmung 11 angeordnete Niederhaltestege 12 auf. Die Niederhaltestege 12 sind hier entlang der beiden länglichen Seitenkanten der Ausnehmung 11 angeordnet. Die Niederhaltestege 12 können sich bei Bedarf quer über die Ausnehmung 11 hinweg erstrecken. Die Niederhalteplatte 10 ist derart an der Unterseite der Platte 1 angeordnet und an der Platte 1 gelagert, dass die längliche Ausnehmung 11 der Niederhalteplatte 10 mit der bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls länglichen zentralen Ausnehmung 2 der Platte 1 fluchtet. Die Niederhalteplatte 10 ist gelenkig an der Platte 1 gelagert, damit sie sich bei der Beaufschlagung der pneumatischen Antriebe mit Druckgas an die Ausrichtung des Substrats anpassen kann. Die Niederhalteplatte 10 ist beispielsweise mittels vier Schrauben 13 an der Platte 1 befestigt. Die Schrauben 13 sind durch Rückstellfedern 14 (1) und durch gewindelose Bohrungen in der Platte 1 geführt und in die Niederhalteplatte 10 geschraubt, wobei die zwischen den Schraubenköpfen der Schrauben 13 und der Oberseite der Platte 1 angeordneten Rückstellfedern 14 vorgespannt werden. Die Rückstellfedern 14 drücken daher die Schraubenköpfe von der Platte 1 weg, so dass die Schrauben 13 die Niederhalteplatte 10 gegen die Unterseite der Platte 1 ziehen.
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Die Niederhalteplatte 10 weist auf ihrer Oberseite zwei beidseitig der Mitte der Ausnehmung 11 angeordnete Vertiefungen 15 und 16 auf, deren Lage in der 2, die die Unterseite der Niederhalteplatte 10 zeigt, mit gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Vertiefung 15 ist kugelförmig. Die Vertiefung 16 ist länglich, sie besteht aus zwei etwa halbkugelförmigen Endbereichen und einem mittleren Abschnitt mit einem kreisförmigen Querschnitt. Die Längsrichtung der Vertiefung 16 verläuft orthogonal zur Längsrichtung der bei diesem Ausführungsbeispiel länglichen Ausnehmung 11.
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Die 3 zeigt ausschnittsweise ein zweites Ausführungsbeispiel des Niederhalters von unten. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die zentrale Ausnehmung 2 der Platte 1 wie auch die Ausnehmung 11 der Niederhalteplatte 10 quadratisch oder rechteckförmig/länglich, um beispielsweise den Substratplatz eines Einzelplatzsubstrats zugänglich zu machen. Demzufolge ist die Niederhalteplatte 10 breit und schmal bzw. länglich. Die Längsrichtung der Vertiefung 16 der Niederhalteplatte 10 verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel parallel zur Längsrichtung der Niederhalteplatte 10.
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Die weiteren Ausnehmungen 3 und 4 sind bei beiden Ausführungsbeispielen in Bezug auf die zentrale Ausnehmung 2 vorzugsweise symmetrisch angeordnet. Symmetrisch bedeutet beidseitig des Zentrums der und in gleichem Abstand zur zentralen Ausnehmung 2.
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Die 4 und 5 zeigen den Niederhalter in der Ausführung mit den Kolben 7, 8 als Antriebselementen im Querschnitt, die 4 im ersten Betriebszustand, wenn die Druckkammern der beiden pneumatischen Antriebe entlastet sind, die 5 im zweiten Betriebszustand, wenn die Druckkammern der beiden pneumatischen Antriebe mit dem Druckgas beaufschlagt sind, so dass die Kolben 7, 8 die Niederhalteplatte 10 von der Platte 1 weg und gegen das Substrat drücken. Der obere Rand der Kolben 7, 8 hat einen herabgesetzten Absatz, damit die Kolben 7, 8 die Mündungsöffnungen der ersten Druckleitungen 9 nie vollständig abdecken.
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Die 6 zeigt den Niederhalter in der Ausführung mit den Membranen 18 bzw. 19 als Antriebselementen im Querschnitt. Zwischen den Zylindern 5 und 6 und den Membranen 18 bzw. 19 ist die mit Druckgas beaufschlagbare Druckkammer gebildet. Die Membranen 18 und 19 sind in senkrechter Richtung zu der von der Platte 1 aufgespannten Ebene elastisch deformierbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Zylinder 5 und 6 auch als integraler Bestandteil der Platte 1 als Vertiefungen ausgebildet sein, die dann die Druckkammern bilden.
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Die Antriebselemente, d.h. die Kolben 7, 8 bzw. Membranen 18, 19, der pneumatischen Antriebe weisen einen kugelförmigen Vorsprung 17 auf oder es ist ein Bauteil mit einem kugelförmigen Vorsprung 17 an den Membranen 18 und 19 angebracht. Der kugelförmige Vorsprung 17 des Kolbens 7 bzw. der Membrane 18 des ersten pneumatischen Antriebs greift in die kugelförmige Vertiefung 15 der Niederhalteplatte 10 ein. Der kugelförmige Vorsprung 17 des Kolbens 7 bzw. der Membrane 18 des ersten pneumatischen Antriebs und die kugelförmige Vertiefung 15 der Niederhalteplatte haben den gleichen Radius. Dank dieser Ausbildung kann sich die Niederhalteplatte 10 in beliebiger Richtung gegenüber der Platte 1 neigen, jedoch nicht verschieben. Der kugelförmige Vorsprung 17 des Kolbens 8 bzw. der Membrane 19 des zweiten pneumatischen Antriebs greift in die längliche Vertiefung 16 der Niederhalteplatte 10 ein. Der Radius des kugelförmigen Vorsprungs 17 des Kolbens 8 bzw. der Membrane 19 des zweiten pneumatischen Antriebs ist gleich dem Radius des kreisförmigen Querschnitts des mittleren Abschnitts der länglichen Vertiefung 16 der Niederhalteplatte 10. Diese Ausbildung der gelenkigen Lagerung ermöglicht eine Verschiebung der Niederhalteplatte 10 relativ zur Platte 1 und ermöglicht so beim Einrichten des Niederhalters die präzise Ausrichtung und Justierung der Niederhaltestege 12 in Bezug auf die Substratplätze der Substrate und während des Montagebetriebs das Neigen der Niederhalteplatte 10 in eine beliebige Richtung und damit das Anpassen der Niederhalteplatte 10 an das Substrat, wobei die Lage der kugelförmigen Vertiefung 15 der Niederhalteplatte 10 in Bezug auf die Platte 1 durch die Lage des kugelförmigen Vorsprungs 17 des Kolbens 7 bzw. der Membrane 18 des ersten pneumatischen Antriebs vorgegeben ist, während sich der kugelförmige Vorsprung 17 des Kolbens 8 bzw. der Membrane 19 des zweiten pneumatischen Antriebs innerhalb der länglichen Vertiefung 16 verschieben und somit thermisch bedingte Ausdehnungen der Platte 1 und der Niederhalteplatte 10 ausgleichen kann.
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Die Platte 1 und die beiden Zylinder 5 und 6 können aus einem einzigen Stück gefertigt sein oder sie können so ausgebildet sein, dass die Zylinder 5 und 6 verschiebbar an der Platte 1 befestigt werden können. Im zweiten Fall ist der Durchmesser der Ausnehmungen 3 und 4 so gross bemessen, dass die Zylinder 5 und 6 in einem gewissen Bereich verschoben werden können, ohne dass die Kolben 7, 8 die Ausnehmung 3 bzw. 4 berühren. Die Befestigung der Zylinder 5 und 6 an der Platte 1 erfolgt beispielsweise je mittels zweier Schrauben 20 (1), wobei die Zylinder 5 und 6 relativ zu den Schrauben 20 verschiebbar sind. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass die Lage und Ausrichtung der beiden pneumatischen Antriebe auf einfache Weise justiert werden kann.
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Wenn bei der Ausführung mit den Membranen 18, 19 die Druckkammern der pneumatischen Antriebe mit Druckgas beaufschlagt werden, dann werden die Membranen 18, 19 elastisch deformiert und dadurch die Vorsprünge 17 (nach unten) ausgelenkt. Wenn die Druckkammern belüftet werden, dann drückt die von den Rückstellfedern 14 zur Unterseite der Platte 1 gezogene Niederhalteplatte 10 gegen die Vorsprünge 17, so dass die Membranen 18, 19 in entgegengesetzter Richtung deformiert werden. Die Höhe der Zylinder 5, 6 ist mit Vorteil so bemessen, dass die Membranen 18, 19 in diesem Fall an der Zylinderdecke zum Anschlag kommen.
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Die Kolben 7, 8 wie auch die Membranen 18, 19 können zwei Positionen einnehmen, nämlich eine zurückgezogene Position, wenn die Druckkammern nicht mit Druckgas beaufschlagt werden, und eine ausgefahrene Position, wenn die Druckkammern mit Druckgas beaufschlagt werden.
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Damit überprüft werden kann, ob die Kolben 7, 8 bzw. Membranen 18, 19 in ihre zurückgezogene Position zurückkehren, wenn die Beaufschlagung mit Druckgas wegfällt, sind bevorzugt zweite Druckleitungen 21, die zu den Druckkammern der beiden pneumatischen Antriebe führen, und (nicht dargestellte) Sensoren vorgesehen. Im Betrieb wird am Ende des Beaufschlagens der Druckkammern mit Druckgas oder permanent ein Gas mit geringem Druck in die zweiten Druckleitungen 21 eingespeist. Kehren die Kolben 7, 8 bzw. Membranen 18, 19 in ihre zurückgezogene Position zurück, dann verschliessen die Kolben 7, 8 bzw. Membranen 18, 19 das Ende der zugeordneten zweiten Druckleitung 21, so dass der Druck in den Druckleitungen 21 ansteigt und der Gasfluss stoppt. Kehren die Kolben 7, 8 bzw. Membranen 18, 19 nicht in ihre zurückgezogene Position zurück, dann fliesst das über die Druckleitungen 21 zugeführte Gas über die ersten Druckleitungen 9 und/oder gegebenenfalls über den Spalt zwischen den Kolben 7, 8 und dem zugeordneten Zylinder 5 bzw. 6 ab und der Druck steigt nicht an. Die Sensoren sind beispielsweise Drucksensoren, die den Druck in den Druckleitungen 21 überwachen, oder Durchflusssensoren, die den Gasfluss überwachen.
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Während Ausführungsformen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass mehr Modifikationen als oben erwähnt möglich sind, ohne von dem erfinderischen Konzept abzuweichen. Die Erfindung ist daher nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
