DE102016219557B4

DE102016219557B4 - Verfahren zum Drucken von Verbindungsmaterialien auf Kontaktflächen auf einem Schaltungsträger

Info

Publication number: DE102016219557B4
Application number: DE102016219557.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Zacherl; Silvia Gohlke
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2036-10-08
Also published as: WO2018065162A1; DE102016219557A1

Abstract

Verfahren zum Drucken von Verbindungsmaterialien (4, 4', 6, 7, 8, 9) auf eine Gesamtanzahl von Kontaktflächen (2) auf einem Schaltungsträger (1) bei demeine erste Schicht aus einem ersten Verbindungsmaterial (4, 4') mit einer ersten Dicke auf eine erste Teilanzahl von Kontaktflächen (2) mit einem Flächendruckverfahren undeine zweite Schicht aus einem zweiten Verbindungsmaterial (6; 4, 6; 7; 8, 9) mit einer zweiten Dicke auf eine zweite Teilanzahl von Kontaktflächen (2) mit einem Rotationsdruckverfahren aufgebracht wird.

Description

In der Elektronikfertigung werden derzeit Bauteile mittels SMT (Surface Mount Technologie) Technik auf Schaltungsträger wie z.B. Leiterplatten, keramische Substrate oder Flexfolien aufgebracht. Hierbei werden Materialien mit unterschiedlicher Funktion beispielsweise in Form von Pasten wie z.B. Lotpasten oder Widerstandspasten oder Kleber wie z.B. Silberleitkleber, Wärmeleitkleber oder Bauteilkleber mittels eines simultan ablaufenden Druckschritts wie z.B. Siebdruck oder Schablonendruck auf den Schaltungsträger aufgebracht. Im Anschluss werden Bauteile bestückt und die Pasten und Kleber dann thermisch ausgehärtet/umgewandelt beispielsweise umgeschmolzen, getrocknet, etc..
Abhängig von beispielsweise der Größe oder dem Anschlussraster eines Bauteils oder der zu realisierenden Funktion des Bauteils beispielsweise als gedruckter Widerstand, als Kondensator oder als Spule, sind für das zu erzeugende Elektronikmodul/Bauteil unterschiedliche Mengen oder Strukturen der Materialien aufzubringen. Das geschieht herkömmlicherweise mittels Stufenschablonen (negativ/positiv) bzw. selektiv mittels Dispensen (sukzessiver Prozess).
Durch die wachsende Mischung von großen und kleinen Bauteilen, der Realisierung unterschiedlichster Funktionen auf einem Schaltungsträger und daher steigender Herstellungskomplexität, werden zunehmend unterschiedliche Materialien, Volumina und Topographien auf den Anschlussflächen der Bauteile und dem Schaltungsträger benötigt. Dies lässt sich nur noch schwer, raumgreifend und zeitaufwändig mit der Kombination „Stufenschablonendruck und Dispensprozess“ darstellen.
Die DE 693 28 211 T2 zeigt eine Montageplatte zur Montage elektronischer Komponenten, wie beispielsweise IC-Bausteinen.
Die Montageplatte umfasst ein im Wesentlichen rechteckiges, elektrisch isolierendes Substrat, eine Vielzahl von Anschlusselektroden, die an den Hauptflächen des Substrats für externe Verbindung angeordnet sind, und eine Vielzahl von Montagefeldern, die auf einer der Hauptflächen des Substrats angeordnet sind, um eine elektronische Komponente darauf zu montieren. Jede der Anschlusselektroden ist mit einer Lötmittelschicht beschichtet, die durch das Heißnivellierverfahren gebildet ist, wobei das elektrolytische Plattierungsverfahren dem Hauptzweck des Schutzes der Anschlusselektroden gegen Korrosion dient. Wenn elektronische Komponenten wie beispielsweise IC- Bausteine auf den Montagefeldern durch das Reflow-Verfahren montiert werden sollen, wird jedes der Montagefelder mit einer ersten Lötmittelpastenschicht, die für das Reflow-Verfahren geeignet ist, beschichtet. Jede der Anschlusselektroden ist mit einer zweiten Lötmittelschicht beschichtet.
Die US2007/0117274 A1 offenbart ein Rotationsdruckverfahren als mögliches Verfahren, zum Drucken von Verbindungsmaterialien.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Drucken von Verbindungsmaterialien auf eine Gesamtanzahl von Kontaktflächen auf einem Schaltungsträger anzugeben, bei dem der Platzbedarf auf dem Schaltungsträger reduziert und eine kostengünstige und schnelle Prozessführung für den Auftrag der Materialien zur Bauteilbefestigung ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach wird bei einem Verfahren zum Drucken von Verbindungsmaterialien auf eine Gesamtanzahl von Kontaktflächen auf einem Schaltungsträger zunächst eine erste Schicht aus einem ersten Verbindungsmaterial mit einer ersten Dicke auf eine erste Teilanzahl von Kontaktflächen mit einem Flächendruckverfahren und anschließend eine zweite Schicht aus einem zweiten Verbindungsmaterial mit einer zweiten Dicke auf eine zweite Teilanzahl von Kontaktflächen mit einem Rotationsdruckverfahren aufgebracht.
Die Kombination eines Flächendruckverfahrens wie z.B. Schablonendruck, Siebdruck, etc. mit einem Rotationsdruckverfahren in der Elektronikfertigung ermöglicht eine kostengünstige und schnelle Prozessführung für den Auftrag von Materialien wie z.B. Pasten oder Klebern zur Bauteilbefestigung auf einem Schaltungsträger, sowie die Realisierung diverser Funktionen wie z.B. Lotpasten, Silberleitkleber, Bauteilkleber, Widerstandspasten, Wärmeleitkleber, usw. auf Schaltungsträgern.
Hierbei wird der bekannte Druckschritt des Flächendrucks von Pasten mit einem zweiten oder auch mehreren Druckschritten im Rotationsdruck kombiniert, um unterschiedliche Pastenmaterialien und/oder Pastenvolumina und/oder Pastentopographien auf den Schaltungsträger aufzubringen. Bezogen auf die verwendeten Materialien und Auftragsmengen und/oder Topographien gibt es verschiedene Ausführungsmöglichkeiten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Verbindungsmaterial das gleiche Material wie das zweite Verbindungsmaterial. Es werden also gleiche Materialien mit unterschiedlichen Verfahren auf den Schaltungsträger aufgebracht.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung entspricht die erste Teilanzahl von Kontaktflächen der Gesamtanzahl von Schaltungsträgerkontaktflächen, wobei die zweite Schicht auf die erste Schicht aufgebracht wird.
Es werden also unterschiedliche Dicken durch aufeinanderfolgendes Aufbringen von Material mit unterschiedlichen Druckverfahren realisiert.
In einer Weiterbildung dieser Variante der Erfindung wird die zweite Schicht zumindest teilweise nur auf einen Teilbereich einer Kontaktfläche aufgebracht. Auf diese Weise können in vorteilhafter Weise unterschiedliche räumliche Anordnungen erzeugt werden.
Dabei kann in einer weiteren Weiterbildung die zweite Schicht mit dem gleichen Material mit geringerer Viskosität wie das Material der ersten Schicht gebildet sein, so dass auch eine unterschiedliche räumliche Verteilung der Materialeigenschaft erreicht wird.
In einer Ausbildung der Erfindung werden nach jedem Druckvorgang auf eine erste oder zweite Teilanzahl von Kontaktflächen Bauteile auf dem gedruckten Material platziert, so dass das Drucken des Verbindungsmaterials und das Platzieren der damit zu montierenden Bauteile zeitnah erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen

1A bis 1C eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2A bis 2C eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3A bis 3C eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4A bis 4D eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
5A bis 5D eine fünfte Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die 1A zeigt in schematischer Weise ein Substrat 1, auf dem symbolisch drei Kontaktflächen 2, die zur Kontaktierung von zu platzierenden Bauelementen dienen, angeordnet sind. Gemäß der Erfindung wird zunächst ein Flächendruckverfahren angewandt, bei dem eine Maske 3 auf dem Substrat 1 bzw. den Kontaktflächen 2 angeordnet wird, sodass auf den zu bedruckenden Kontaktflächen 2 Öffnungen in der Maske 3 zu liegen kommen. Beispielsweise mittels einer Rakel wird dann ein Material 4, beispielsweise eine Lotpaste in die Öffnungen der Maske 3 gestrichen, sodass sie auf den ausgewählten Kontaktflächen 2 zu liegen kommen. Im dargestellten Beispiel der 1 sind dies die beiden äußeren Kontaktflächen.
In erfindungsgemäßer Weise wird nun gemäß 1B in einem zweiten Druckverfahren ein Rotationsdruckverfahren angewandt, bei dem mittels einer Trommel 5, die entsprechende Stempel aufweist, ein zweites Material 6 mit geringerem Volumen auf die zweite Anzahl von Kontaktflächen 2 platziert wird.
Im Ergebnis hat man gemäß 1C ein Substrat 1 mit darauf angeordneten Kontaktflächen 2, bei denen auf einer ersten Anzahl ein relativ großvolumiges erstes Material 4 und bei einer zweiten Anzahl der Kontaktflächen ein kleinvolumigeres Material 6 aufgebracht ist, wobei prinzipiell die beiden Materialien 4, 6 identisch sein können.
In einer Alternativen zu dieser ersten Variante eines erfindungsgemäßen Druckverfahrens wird gemäß 2A in einem ersten Schritt mittels einer Maske 3' auf die Gesamtzahl der Kontaktflächen 2 eine relativ dünne Schicht eines ersten Materials 4 aufgebracht, auf das dann auf eine erste Anzahl der Kontaktflächen 2 mittels des Rotationsdruckverfahrens eine zweite Schicht aufgebracht wird, um auf diese Weise einen Volumenaufbau zu erhalten.
In der 2C ist schließlich zu sehen, dass in gleicher Weise wie bei der Alternative der 1A bis 1C auf einer ersten Anzahl von Kontaktflächen 2 eine relativ großvolumige Materialschicht und auf eine zweite Anzahl der Kontaktflächen 2 eine geringvolumigere Materialschicht aufgebracht ist.
In einer dritten Variante gemäß der 3A bis 3C wird zunächst wieder mit einem Flächendruckverfahren und einer relativ dünnen Maske 3", auf eine erste Anzahl der Kontaktflächen 2 ein erstes Material 4, aufgebracht und anschließend mittels eines Rotationsdruckverfahrens auf die zweite Anzahl von Kontaktflächen 2 ein zweites Material 7 aufgedruckt. Dabei kann das zweite Material 7 eine größere Dicke als das erste Material 4, haben und außerdem eine andere Materialbeschaffenheit aufweisen.
In einer vierten Variante wird nach dem Auftragen einer ersten Materialschicht 4 mittels eines Flächendruckverfahrens unter Anwendung einer Maske 3, auf eine erste Anzahl von Kontaktflächen 2 mittels des Rotationsdruckverfahrens zunächst auf die erste Anzahl von Kontaktflächen 2 und die darauf aufgebrachte erste Materialschicht 4, eine zweite Materialschicht 8 aus dem gleichen Material oder einem Material mit geringerer Viskosität aufgebracht, wobei in diesem Fall nicht die gesamte Fläche der Kontaktfläche 2 bedruckt wird, sodass eine wählbare räumliche Struktur des Materialauftrags erzeugt werden kann. In einem anschließenden Schritt wird ebenfalls mittels des Rotationsdruckverfahrens auf die zweite Anzahl der Kontaktflächen 2 ein zweites Material 9 aufgebracht, das ein anderes Material oder das gleiche Material wie auf der ersten Anzahl der Kontaktflächen 2 sein kann.
In den 5A bis 5D ist schließlich dargestellt, wie zwischen den einzelnen unterschiedlichen Druckverfahren Komponenten in bzw. 11 auf die Verbindungsmaterialien 4 bzw. 8 platziert werden.
In der 5D ist schließlich zu sehen, wie aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens unterschiedliche Bauteile 10 und 11 auf jeweiligen Kontaktflächen 2 platziert sind und mittels gegebenenfalls unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichem Volumen und unterschiedlicher räumlicher Struktur auf einem Substrat 1 platziert werden können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein genauer und schneller Materialauftrag möglich, auch wenn unterschiedliche Materialien wie Lotpasten oder Leitkleber verwendet werden. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für hochvolumige Fertigung besonders geeignet.

Claims

Verfahren zum Drucken von Verbindungsmaterialien (4, 4', 6, 7, 8, 9) auf eine Gesamtanzahl von Kontaktflächen (2) auf einem Schaltungsträger (1) bei dem eine erste Schicht aus einem ersten Verbindungsmaterial (4, 4') mit einer ersten Dicke auf eine erste Teilanzahl von Kontaktflächen (2) mit einem Flächendruckverfahren und eine zweite Schicht aus einem zweiten Verbindungsmaterial (6; 4, 6; 7; 8, 9) mit einer zweiten Dicke auf eine zweite Teilanzahl von Kontaktflächen (2) mit einem Rotationsdruckverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmaterial (4) das gleiche Material ist wie das zweite Verbindungsmaterial (6; 7; 8; 9).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Teilanzahl von Kontaktflächen (2) der Gesamtanzahl von Kontaktflächen (2) entspricht und dass die zweite Schicht auf die erste Schicht aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht zumindest teilweise nur auf einen Teilbereich einer Kontaktfläche (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht mit dem gleichen Material (6) mit geringerer Viskosität wie das Material (4) der ersten Schicht gebildet ist.
Verfahren nach einer der Ansprüche 1 bis 5, dass nach jedem Druckvorgang auf eine erste oder zweite Teilanzahl von Kontaktflächen (2) Bauteile (10, 11) auf dem gedruckten Material (4, 8) platziert werden.