DE102016112070A1 - Durchlaufofen und Die Bonder mit einem Durchlaufofen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen, der einen Ofenkörper (2) und eine Abdeckung (6) umfasst, die einen Kanal umschliessen, durch den Substrate transportierbar sind und dem ein Arbeitsgas zuführbar ist. Die Abdeckung (6) weist mindestens eine Prozessöffnung auf. Verbindungsstellen zwischen einzelnen Teilen des Durchlaufofens, die lösbar miteinander verbunden sind, sind mit einander gegenüberliegenden Fügeflächen (11, 12) ausgebildet. Wenigstens einige der Verbindungsstellen weisen eine im Betrieb mit Unterdruck beaufschlagbare Nut (15) auf. Durch die unvermeidlichen Spalte zwischen den Fügeflächen (11, 12) eindringende Luft wird über die Nut (15) abgesaugt und gelangt nicht in den Ofeninnenraum. Die Erfindung betrifft weiter einen Die Bonder mit einem solchen Durchlaufofen.
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen mit einer lösbaren Abdeckung, damit das Ofeninnere für Wartungsarbeiten zugänglich ist. Dem Ofeninneren wird ein Arbeitsgas zugeführt. Die Erfindung betrifft weiter eine als Die Bonder bekannte Montageeinrichtung mit einem solchen Durchlaufofen, bei dem das Arbeitsgas ein Schutzgas ist. Beispiele für "dies" sind insbesondere Halbleiterchips, jedoch auch Kondensatoren, Metallplättchen, etc.
- Hintergrund der Erfindung
- Bei der Montage von Halbleiterchips ist es gebräuchlich, die Halbleiterchips, hauptsächlich Leistungshalbleiter, mit dem Substrat mittels Lot zu verbinden, um über die Lötverbindung eine wirksame Ableitung der beim Betrieb entstehenden Verlustwärme aus dem Halbleiterchip zu gewährleisten. Aber auch andere "dies" werden auf das Substrat gelötet. Als Substrate werden vorwiegend metallische Substrate, sogenannte Leadframes verwendet.
- Ein für diesen Prozess geeigneter Die Bonder wird von der Anmelderin unter der Bezeichnung DB2009 SSI vertrieben. Dieser Die Bonder umfasst einen Durchlaufofen, durch den die Substrate nacheinander zu einer Lotstation, wo das Lot aufgetragen wird und schmilzt, zu einer Verteilstation, wo das Lot auf dem Substratplatz verteilt wird, und dann zu einer Bondstation, wo ein Halbleiterchip von einem Pick and Place System auf dem flüssigen Lot plaziert wird, transportiert werden. Das Lot kann auch in einer einzigen Prozessstation auf den jeweiligen Substratplatz aufgetragen und über den Substratplatz verteilt werden. Der Durchlaufofen ist als Kanal bzw. Tunnel mit den notwendigen Prozessöffnungen ausgebildet. Im Kanal herrscht eine Schutzgasatmosphäre, um die unerwünschte Oxidation der Substrate zu verhindern. Normalerweise wird dem Schutzgas Wasserstoff zugesetzt, um eine Reduktion bereits bestehender Oxide zu erreichen. Je tiefer die Sauerstoffkonzentration im Ofeninnenraum ist, um so effektiver lässt sich das Substrat vor Oxidation schützen.
- Der Durchlaufofen ist durch einen Ofenkörper und eine Abdeckung gebildet, die den Kanal begrenzen. Da der Ofen für Wartungsarbeiten geöffnet werden muss, ist die Abdeckung lösbar mit dem Ofenkörper verbunden. Die Abdeckung ist relativ schwer und deshalb oftmals nur auf den Ofenkörper aufgelegt, wo sie mit ihrem Eigengewicht auf den Ofenkörper drückt. Die Abdeckung kann aber auch mit dem Ofenkörper verschraubt sein. Die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Teilen der Abdeckung wie auch zwischen der Abdeckung und dem Ofenkörper sind als einander gegenüberliegende Flächen ausgebildet, die im Rahmen dieser Offenbarung als Fügeflächen bezeichnet werden. Die Fügeflächen berühren sich im Idealfall grossflächig und sorgen so dafür, dass der Ofeninnenraum an allen Verbindungsstellen gegen die Umgebung abgedichtet ist. Da jedoch selbst bei sorgfältigster Fertigung unvermeidliche Spalte zwischen den Fügeflächen verbleiben, durch die Aussenluft in den Ofeninnenraum eindringen kann, werden Fügeflächen grundsätzlich so weit als möglich vermieden und viele andere Massnahmen getroffen, um das Eindringen von Aussenluft in den mit Schutzgas gefluteten Kanal zu verhindern.
- In der schweizerischen Patentanmeldung Nr. 01938/13 ist ein Durchlaufofen beschrieben, bei dem die vordere Seitenwand des Kanals mit einem Längsschlitz ausgebildet ist, damit die Substrate mit Klammern transportiert werden können. Der Ofeninnenraum solcher Durchlauföfen steht trotz der Zufuhr von Schutzgas kaum unter nennenswertem Überdruck, da es sich um halboffene Durchlauföfen handelt.
- Es gibt auch Durchlauföfen, bei denen anstelle eines Schutzgases ein anderes Arbeitsgas eingesetzt wird.
- Kurze Beschreibung der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Durchlaufofen der oben beschriebenen Art und weiter einen Die Bonder mit einem solchen Durchlaufofen. Bei einem Die Bonder weist die Abdeckung des Durchlaufofens beispielsweise eine Prozessöffnung zum Auftragen von Lot auf die durch den Ofen transportierten Substrate, eine Prozessöffnung zum Verteilen des Lots auf den Substratplätzen, und mindestens eine Prozessöffnung zum Aufbringen der Halbleiterchips auf die Substrate auf. Die Abdeckung umfasst mindestens einen Deckel und fakultativ zusätzlich wenigstens eine Platte, die eine der Prozessöffnungen abdeckt, sowie allenfalls weitere Elemente. Die Prozessöffnungen zum Auftragen und Verteilen des Lots sind beispielsweise mit einer Platte abgedeckt, die im Betrieb aus hier nicht weiter erläuterten Gründen hin und her bewegt wird. Die Platte dient zum Abdichten der entsprechenden Prozessöffnung, um das Eindringen von Sauerstoff so weit als möglich zu verhindern. Um das Eindringen von Umgebungsluft in den Kanal durch die zwischen den einzelnen Teilen der Abdeckung und dem Ofenkörper bestehenden Spalte zu vermeiden, sind die Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Teilen der Abdeckung als auch zwischen den Teilen der Abdeckung und dem Ofenkörper grundsätzlich als einander gegenüberliegende Fügeflächen ausgebildet. Die Fügeflächen können, müssen aber nicht planare Flächen sein.
- Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass Sauerstoff nicht nur beim Eingang, beim Ausgang und bei den Prozessöffnungen und gegebenenfalls durch den Längsschlitz in der vorderen Seitenwand in den Kanal gelangt, sondern auch durch die zwar sehr dünnen, jedoch unvermeidlichen Spalte zwischen den Fügeflächen. Um dies zu verhindern, schlägt die Erfindung vor, möglichst alle Verbindungsstellen mit einer Nut zu versehen, d.h. jeweils zumindest eine der einander gegenüberliegenden Fügeflächen mit einer Nut auszubilden, und die Nut über einen oder mehrere geschlossene Kanäle und/oder Leitungen mit einer Unterdruckquelle zu verbinden, so dass sie im Betrieb mit Unterdruck beaufschlagt werden kann. Die Nut wirkt vom Prinzip her wie eine Unterdruckkammer und trennt den Ofeninnenraum an der entsprechenden Verbindungsstelle druckmässig von der Umgebung. Der in der Nut herrschende Unterdruck bewirkt nämlich einerseits, dass von der Umgebung durch Diffusion und/oder aufgrund einer Druckdifferenz in die Spalte zwischen den Fügeflächen gelangende Gase wie z.B. Sauerstoff nur bis zur Nut gelangen und infolge des dort herrschenden Unterdrucks abgesaugt und wieder ins Freie geführt werden. Der in der Nut herrschende Unterdruck bewirkt andererseits aber auch, dass bei einem Druckgradient zwischen dem Ofeninnenraum und der Nut Arbeitsgas vom Ofeninnenraum zur Nut strömt und dort ebenfalls abgesaugt und ins Freie geführt wird. Dieser Verlust an Arbeitsgas ist allerdings gering und vertretbar.
- Bei dem erfindungsgemäßen Durchlaufofen sind also Verbindungsstellen zwischen einzelnen Teilen des Durchlaufofens, die lösbar miteinander verbunden sind, mit einander gegenüberliegenden Fügeflächen ausgebildet. Wenigstens einige, bevorzugt alle, der Verbindungsstellen weisen eine im Betrieb mit Unterdruck beaufschlagbare Nut auf. Durch die unvermeidlichen Spalte zwischen den Fügeflächen eindringende Luft wird über die Nut abgesaugt und gelangt nicht in den Ofeninnenraum.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und aus Gründen der zeichnerischen Klarheit nicht massstäblich dargestellt.
- Beschreibung der Figuren
-
1 zeigt in Aufsicht Teile eines erfindungsgemässen Durchlaufofens, -
2 zeigt im Querschnitt zwei aneinander angrenzende Deckel des Durchlaufofens, -
3 zeigt eine Verbindungsstelle des Durchlaufofens, -
4 zeigt eine mit einer Platte abgedeckte Prozessöffnung des Durchlaufofens, und -
5 zeigt ein Druckschema. - Detaillierte Beschreibung der Erfindung
- Die
1 zeigt schematisch in Aufsicht Teile eines erfindungsgemässen Durchlaufofens1 , der insbesondere für den Einsatz bei einem Die Bonder konzipiert ist. Der Durchlaufofen1 umfasst einen Ofenkörper2 , der einen Boden3 und zwei Seitenwände4 ,5 aufweist, die aus einem Stück bestehen oder gasdicht miteinander verbunden sind, und eine Abdeckung6 . Der Ofenkörper2 und die Abdeckung6 bilden einen Kanal, durch den Substrate in einer durch einen Pfeil7 dargestellten Richtung transportiert werden. Dieser Kanal bildet den Ofeninnenraum. Die vordere Seitenwand5 kann einen Längsschlitz enthalten, damit die Substrate mit einem Klammersystem durch den Kanal transportiert werden können. - Die Abdeckung
6 umfasst wenigstens einen Deckel, bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch mehrere Deckel8 und9 . Jeder der Deckel8 ,9 kann eine oder mehrere Prozessöffnungen10 haben. Die ersten Deckel8 sind dafür konzipiert, eher selten abgenommen zu werden, d.h. insbesondere für Wartungsarbeiten. Die zweiten Deckel9 sind als schnell auswechselbare Teile ausgebildet, damit Anpassungen, z.B. Anpassungen der Prozessöffnungen, an verschiedene Prozesse in kurzer Zeit möglich sind. Der Boden3 und/oder einer oder mehrere der Deckel8 ,9 enthält eine Vielzahl von nicht gezeigten Löchern, die mit einer Schutzgasquelle verbindbar sind, damit dem Ofeninnenraum während des Betriebs ein Schutzgas zuführbar ist. - Die ersten Deckel
8 wie auch die zweiten Deckel9 sind lösbar mit dem Ofenkörper2 verbunden. Bei einer ersten Ausführungsform liegen die ersten Deckel8 nur mit ihrem Eigengewicht auf dem Ofenkörper2 auf und werden für Wartungsarbeiten manuell entfernt. Bei einer zweiten Ausführungsform liegen die ersten Deckel8 ebenfalls mit ihrem Eigengewicht auf dem Ofenkörper2 auf, können jedoch zusätzlich pneumatisch oder hydraulisch gegen den Ofenkörper2 gedrückt werden und können auch, beispielsweise für Wartungsarbeiten, pneumatisch oder hydraulisch vom Ofenkörper2 abgehoben werden. Sowohl die ersten Deckel8 als auch die zweiten Deckel9 können mit dem Ofenkörper2 verschraubt sein. Die Deckel8 ,9 liegen aneinander an und/oder überlappen einander. - Die Prozessöffnungen
10 , die dazu da sind, dass die Halbleiterchips auf den durch den Kanal transportierten Substraten platziert werden können, sind in der Regel permanent offen. Andere Prozessöffnungen10 , beispielsweise eine Prozessöffnung, durch die ein Lotdraht von aussen in den Kanal hinein geführt wird, damit Lot auf dem Substrat abgeschmolzen werden kann, können mit einer festen oder auch einer im Betrieb beweglichen Platte abgedeckt werden. - Die Verbindungsstellen zwischen den Deckeln
8 ,9 und dem Ofenkörper2 wie auch die Verbindungsstellen zwischen benachbarten Deckeln wie auch die Verbindungsstellen zwischen den Platten und dem zugehörigen Deckel sind als einander gegenüber liegende Fügeflächen ausgebildet. - Bei dem Durchlaufofen gibt es also folgende Verbindungsstellen, an denen ein unvermeidlicher Spalt besteht, durch den Sauerstoff in den Ofeninnenraum gelangen kann:
- – Fügeflächen zwischen den ersten Deckeln
8 und dem Ofenkörper2 , - – Fügeflächen zwischen den zweiten Deckeln
9 und dem Ofenkörper2 , - – Fügeflächen zwischen aneinander angrenzenden Deckeln
8 ,9 , und - – Fügeflächen zwischen einem Deckel mit einer Prozessöffnung und der die Prozessöffnung abdeckenden Platte.
- Um das Eindringen von Umgebungsluft durch diese Spalte auszuschliessen oder zumindest weiter zu reduzieren, sind bevorzugt alle diese, zumindest aber die wichtigsten dieser Verbindungsstellen, mit einer Nut ausgebildet und die Nut über entsprechende Kanäle und/oder Gasleitungen mit einer Unterdruckquelle verbunden, die im Normalbetrieb des Durchlaufofens dafür sorgt, dass in der Nut ein Unterdruck herrscht. Die Nut ist jeweils in einer der einander gegenüberliegenden Fügeflächen der jeweiligen Verbindungsstelle angeordnet. Eine solche Nut bildet eine Unterdruckkammer, die gasmässig durch den unvermeidlichen Spalt zwischen den Fügeflächen einerseits mit der Umgebung und andererseits mit dem Ofeninnenraum verbunden ist.
- Im folgenden werden einige Aspekte der Erfindung im Detail näher erläutert.
- Um die Verbindungsstellen zwischen den beiden Seitenwänden
4 und5 mittels Unterdruck abzudichten, sind die auf den Stirnseiten der Seitenwände4 und5 gebildeten Fügeflächen12 des Ofenkörpers2 mit je einer Nut13 versehen. Die Nuten13 enden mit Vorteil in einem gewissen Abstand vom Eingang und Ausgang des Kanals, um zu vermeiden, dass durch den Eingang bzw. Ausgang des Kanals einströmende Umgebungsluft direkt in die Nuten13 gesaugt wird. Die Nuten13 können durch Trennwände14 in einzelne Abschnitte unterteilt sein. In diesem Fall sind die einzelnen Abschnitte mit der Unterdruckquelle verbunden. Da die Fügeflächen11 und12 aufeinander aufliegen, können die Nuten13 alternativ in den Fügeflächen11 der Deckel statt in den Fügeflächen12 des Ofenkörpers2 angeordnet sein. - Um die Verbindungsstellen zwischen aneinander angrenzenden Deckeln
8 ,9 mittels Unterdruck abzudichten, ist eine Nut15 in einer der einander gegenüberliegenden Fügeflächen der beiden Deckel8 ,9 angebracht. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel liegen die Seitenflächen von zwei aneinander angrenzenden Deckeln8 und9 möglichst passgenau aneinander an und die Nut15 ist in einer der aneinander angrenzenden Seitenflächen des ersten Deckels8 oder des zweiten Deckels9 ausgebildet. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der erste Deckel8 mit einem den zweiten Deckel9 überlappenden Vorsprung18 (2 ) ausgebildet. - Die Nut
15 mündet entweder – wie in der1 dargestellt – in die Nut13 oder ist alternativ über eine separate Gasleitung an die Unterdruckquelle angeschlossen. - Die
2 zeigt im Querschnitt einen ersten Deckel8 und einen zweiten Deckel9 , die benachbart sind und aneinander angrenzen, gemäss dem zweiten Ausführungsbeispiel. Aus Gründen der zeichnerischen Klarheit ist der Deckel8 schräg nach links oben versetzt dargestellt, so dass die Spalte, in die einerseits Aussenluft und andererseits Schutzgas bis zur Nut15 gelangt, deutlich sichtbar sind. Der Vorsprung18 liegt möglichst flächig auf dem zweiten Deckel9 auf. Die Nut15 ist entweder in einer der aneinander angrenzenden Seitenflächen der benachbarten Deckel8 ,9 (wie dargestellt) oder in der dem zweiten Deckel9 gegenüberliegenden Unterseite des Vorsprungs18 des ersten Deckels8 ausgebildet. Der Pfeil16 deutet an, dass Aussenluft in den Spalt zwischen dem Vorsprung18 und dem Deckel9 hineinströmt, der Pfeil17 deutet an, dass Schutzgas vom Ofeninnenraum in den Spalt, der zwischen den beiden aneinander angrenzenden Seitenwänden der beiden Deckel8 und9 besteht, hineinströmt. - Die
3 zeigt im Querschnitt eine weitere Möglichkeit, die in den Spalt zwischen zwei Fügeflächen11 und12 eindringende Luft über eine Nut abzusaugen. Dies wird ermöglicht mittels eines Elements19 , das auf der Aussenseite des Durchlaufofens über dem Spalt angebracht wird, so dass es den Spalt abdeckt, und das auf der dem Spalt zugewandten Seite eine Nut20 aufweist, die mit der Unterdruckquelle verbunden ist. - Die
4 zeigt in Aufsicht einen Deckel9 , der eine Prozessöffnung10 aufweist, die mit einer Platte21 abgedeckt ist. Die Platte21 kann fix montiert sein oder sie kann von einem (nicht gezeigten) Schreibkopf mitgeführt werden. Der Schreibkopf dient beispielsweise dazu, einen Lotdraht in beliebiger Richtung über das Substrat zu führen, um eine Lotbahn auf das Substrat zu schreiben, oder dazu, mittels eines mit Ultraschall beaufschlagbaren Stifts das abgeschiedene Lot auf dem Substrat zu verteilen. Die Platte21 liegt immer auf dem Deckel9 auf und gleitet hin und her. Die Unterseite der Platte21 und die Oberseite des Deckels9 sind als Fügeflächen ausgebildet. Eine Nut22 umrandet die Prozessöffnung10 vollständig und ist über einen Kanal23 mit der Unterdruckquelle verbunden. Der Kanal23 ist beispielsweise so ausgebildet, dass er an der Unterseite des Deckels9 in die Nut22 mündet. - Die Abdeckung
6 kann also, zusätzlich zu den Deckeln8 ,9 eines oder mehrere Elemente19 und eine oder mehrere Platten21 aufweisen. - Da dem Ofeninnenraum im Betrieb des Durchlaufofens ständig ein Schutzgas zugeführt wird, ist der Druck im Ofeninnenraum gleich dem Atmosphärendruck oder höher als der Atmosphärendruck, während der in den Nuten
13 ,15 ,20 und22 herrschende Unterdruck tiefer als der Atmosphärendruck ist. Das Niveau des Unterdrucks in den jeweiligen Nuten13 ,15 ,20 und22 ist so gewählt, dass eine leichte Gasströmung vom Ofeninnenraum zu den Nuten13 ,15 ,20 und22 besteht. Um den gewünschten Unterdruck zu erreichen und einzustellen, wird als Unterdruckquelle beispielsweise eine Vakuumquelle24 und ein gemeinsames oder getrennte, einstellbare Druckregelventile25 verwendet, mit der die Nuten13 ,15 ,20 und22 über die Gasleitung(en)26 verbunden sind. Die5 zeigt ein Druckschema für einen Durchlaufofen, der Nuten13 und15 umfasst. - Während Ausführungsformen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann in Kenntnis dieser Offenbarung ersichtlich, dass mehr Modifikationen als oben erwähnt möglich sind, ohne von dem erfinderischen Konzept abzuweichen.
Claims (2)
- Durchlaufofen, umfassend einen Ofenkörper (
2 ) und eine Abdeckung (6 ), die einen Kanal umschliessen, durch den Substrate transportierbar sind und dem ein Arbeitsgas zuführbar ist, wobei die Abdeckung (6 ) mindestens eine Prozessöffnung (10 ) aufweist, der Ofenkörper (2 ) und die Abdeckung (6 ) ein oder mehrere Einzelteile umfassen, die lösbar miteinander verbunden sind, Verbindungsstellen zwischen den Einzelteilen als flächige Verbindungen mit einander gegenüberliegenden Fügeflächen (11 ,12 ) ausgebildet sind, und wenigstens einige der Verbindungsstellen eine im Betrieb mit Unterdruck beaufschlagbare Nut (13 ,15 ,20 ,22 ) aufweisen. - Die Bonder mit einem Durchlaufofen nach Anspruch 1.
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