DE102017113094A1

DE102017113094A1 - Verfahren zum selbstjustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil, Vorrichtung und optoelektronisches Bauteil

Info

Publication number: DE102017113094A1
Application number: DE102017113094.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schwarz; Andreas Plössl; Frank Singer
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2018-12-20
Also published as: WO2018228976A1

Abstract

Das Verfahren umfasst einen Schritt A), in dem ein Anschlussträger (1) bereitgestellt wird, der an einer Oberseite (13) eine Einfangstruktur (10) sowie ein oder mehrere neben der Einfangstruktur (10) angeordnete Anschlusselemente (11, 12) aufweist. In einem Schritt B) wird ein Bauteil (2) bereitgestellt, das an einer Montageseite (23) eine Ausrichtstruktur (20) sowie ein oder mehrere neben der Ausrichtstruktur (20) angeordnete Kontaktelemente (21, 22) aufweist. In einem Schritt C) wird das Bauteil (2) mit dem Anschlussträger (1) über eine Benetzungsflüssigkeit (3) verbunden, wobei die Einfangstruktur (10) und die Ausrichtstruktur (20) von der Benetzungsflüssigkeit (3) benetzt werden und das Bauteil (2) automatisch ausgerichtet wird. Dabei weisen der Anschlussträger und das Bauteil im Bereich der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur eine höhere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit auf als im Bereich der daneben angeordneten Anschlusselemente und Kontaktelemente. Die Anordnung der Kontaktelemente und die Anordnung der Anschlusselemente sind dabei derart gewählt, dass nach der automatischen Ausrichtung des Bauteils die Kontaktelemente gegenüber passenden Anschlusselementen liegen.

Description

Es wird ein Verfahren zum selbstjustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung angegeben, die mittels dieses Verfahrens hergestellt werden kann. Ferner wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein zuverlässiges Verfahren zum selbstjustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, die mittels dieses Verfahrens hergestellt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauteil für ein solches Verfahren anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch das Verfahren und die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum selbstjustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil einen Schritt A), in dem ein Anschlussträger bereitgestellt wird. Der Anschlussträger weist eine Oberseite auf. An der Oberseite weist der Anschlussträger eine Einfangstruktur zum Einfangen des Bauteils sowie eine oder mehrere neben der Einfangstruktur angeordnete Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils auf.
Die Einfangstruktur liegt bevorzugt an der Oberseite des Anschlussträgers zunächst frei. Die Einfangstruktur kann beispielsweise eine Beschichtung auf der Oberseite des Anschlussträgers sein. Das eine oder die mehreren Anschlusselemente neben der Einfangstruktur können an der Oberseite zunächst frei liegen oder können von einer Materialschicht bedeckt sein. Über die Anschlusselemente des Anschlussträgers werden im bestimmungsgemäßen Betrieb Ladungsträger in das Bauteil injiziert. Die Anschlusselemente sind bevorzugt aus Metall gebildet.
Ein oder mehrere Anschlusselemente sind neben der Einfangstruktur angeordnet. Darunter wird vorliegend verstanden, dass diese Anschlusselemente lateral, in Richtung parallel zur Oberseite, neben der Einfangstruktur angeordnet sind. Diese Anschlusselemente sind bevorzugt beabstandet von der Einfangstruktur angeordnet. Insbesondere sind diese Anschlusselemente von der Einfangstruktur elektrisch isoliert, zum Beispiel durch einen isolierenden Zwischenraum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem ein Bauteil bereitgestellt wird. Das Bauteil umfasst eine Montageseite. An der Montageseite weist das Bauteil eine Ausrichtstruktur sowie ein oder mehrere neben der Ausrichtstruktur angeordnete Kontaktelemente zur elektrischen Verbindung mit den Anschlusselementen des Anschlussträgers auf.
Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein oberflächenmontierbares Bauteil, bei dem alle zur Kontaktierung notwendigen Kontaktelemente an einer einzigen Seite, nämlich der Montageseite, angeordnet sind. Beispielsweise handelt es sich bei dem Bauteil um einen Halbleiterchip. Das Bauteil kann ein optoelektronisches Bauteil, wie ein optoelektronischer Halbleiterchip, insbesondere ein LED-Chip, sein.
Die Ausrichtstruktur liegt bevorzugt an der Montageseite des Bauteils zunächst frei. Die Ausrichtstruktur kann beispielsweise eine Beschichtung auf der Montageseite des Bauteils sein. Das eine oder die mehreren neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente können zunächst frei liegen oder von einer Materialschicht überdeckt sein. Über die Kontaktelemente des Bauteils an der Montageseite werden im bestimmungsgemäßen Betrieb Ladungsträger in das Bauteil aufgenommen oder aus dem Bauteil herausgeführt. Die Kontaktelemente sind bevorzugt aus Metall gebildet.
Ein oder mehrere Kontaktelemente sind neben der Ausrichtstruktur angeordnet. Das heißt, diese Kontaktelemente sind lateral, in Richtung parallel zur Montageseite, neben der Ausrichtstruktur angeordnet. Bevorzugt sind diese Kontaktelemente von der Ausrichtstruktur beabstandet angeordnet. Insbesondere sind diese Kontaktelemente von der Ausrichtstruktur elektrisch isoliert, zum Beispiel durch einen isolierenden Zwischenraum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), in dem das Bauteil mit dem Anschlussträger über eine Benetzungsflüssigkeit verbunden wird. Dabei werden die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur von der Benetzungsflüssigkeit benetzt. Die Minimierung der Oberflächenenergie und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit wird dabei zur Fixierung und automatischen Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger ausgenutzt.
Das Fixieren und Ausrichten eines Bauteils durch das Ausnutzen der Minimierung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie einer Benetzungsflüssigkeit ist dem Fachmann bekannt. Insbesondere erfolgt die Ausrichtung dabei nur durch die Benetzungsflüssigkeit. Externe Kräfte werden für die Ausrichtung nicht eingesetzt.
Nach dem Aufbringen des Bauteils ist die Montageseite des Bauteils der Oberseite des Anschlussträgers zugewandt und die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur sind mit der Benetzungsflüssigkeit in direktem Kontakt. Durch die Benetzungsflüssigkeit sind die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur voneinander beabstandet. Ferner fixiert, das heißt befestigt zumindest vorübergehend, die Benetzungsflüssigkeit das Bauteil auf dem Anschlussträger.
Bevorzugt werden die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur im Schritt C) vollständig von der Benetzungsflüssigkeit benetzt. Insbesondere sind also die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur durch an der Oberseite und der Montageseite vor der Benetzung freiliegende, gleichmäßig mit der Benetzungsflüssigkeit benetzbare Flächen gebildet.
Die Benetzung der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur kommt daher, dass die Grenzflächenenergie zwischen der Einfangstruktur und der Benetzungsflüssigkeit sowie die Grenzflächenenergie zwischen der Ausrichtstruktur und der Benetzungsflüssigkeit kleiner als die Oberflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit ist. Dies kann durch die Wahl der Materialien der Einfangstruktur, der Ausrichtstruktur und der Benetzungsflüssigkeit erreicht werden.
Beispielsweise wird im Schritt C) zunächst ein Benetzungsmaterial auf der Einfangstruktur ausgebildet. Das Benetzungsmaterial kann zunächst in einem festen Aggregatzustand auf der Einfangstruktur ausgebildet sein. Anschließend kann durch Erhitzen das Benetzungsmaterial zu der Benetzungsflüssigkeit verflüssigt werden. Daraufhin kann das Bauteil mit der Montageseite voran auf die Benetzungsflüssigkeit aufgelegt oder aufgesetzt werden, wodurch die Benetzungsflüssigkeit die Ausrichtstruktur benetzt und es zur automatischen Fixierung und Ausrichtung des Bauteils kommt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen der Anschlussträger und das Bauteil im Bereich der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur eine höhere oder bessere oder stärkere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit auf als im Bereich der daneben angeordneten Anschlusselemente und Kontaktelemente, sodass die automatische Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger durch die geometrischen Formen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur bestimmt wird.
Insbesondere sind also die vor der Benetzung an der Oberseite des Anschlussträgers freiliegenden Materialien so gewählt, dass im Bereich aller neben der Einfangstruktur angeordneten Anschlusselemente keine oder eine geringere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit gegeben ist als im Bereich der Einfangstruktur. Entsprechend können die an der Montageseite im Schritt B) freiliegenden Materialien so gewählt sein, dass im Bereich aller neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente keine oder eine geringere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit gegeben ist als im Bereich der Ausrichtstruktur. Bevorzugt sind die Oberseite des Anschlussträgers und/oder die Montageseite des Bauteils im gesamten Bereich außerhalb der Einfangstruktur und/oder der Ausrichtstruktur nicht oder schlechter mit der Benetzungsflüssigkeit benetzbar als im Bereich der Einfangstruktur und/oder der Ausrichtstruktur.
Unter dem Bereich der Anschlusselemente beziehungsweise der Kontaktelemente wird hier insbesondere die gesamte Fläche verstanden, die bei Projektion oder Draufsicht auf die Oberseite beziehungsweise Montageseite durch die Anschlusselemente beziehungsweise Kontaktelemente gebildet wird.
Die Grenzflächenenergie an der Grenze zwischen der Benetzungsflüssigkeit und dem Material des Anschlussträgers und/oder Bauteils im Bereich neben der Einfangstruktur und/oder Ausrichtstruktur, insbesondere im Bereich der Anschlusselemente und/oder Kontaktelemente, ist zum Beispiel zumindest fünf Mal oder zehn Mal oder zumindest 50 Mal oder zumindest 100 Mal größer als im Bereich der Einfangstruktur und/oder Ausrichtstruktur. Unter Oberflächenenergie oder Grenzflächenenergie wird vorliegend die Energie verstanden, die umgesetzt werden muss, um die Grenzfläche zwischen der Benetzungsflüssigkeit und einem bestimmten Medium um 1 m² unter isothermen Bedingungen zu vergrößern.
Beispielsweise beträgt ein Kontaktwinkel zwischen der Benetzungsflüssigkeit und dem Anschlussträger im Bereich der Einfangstruktur weniger als 90° oder weniger als 80° oder weniger als 60° oder weniger als 45°. Im schlechter benetzbaren Bereich der daneben angeordneten Anschlusselemente ist der Kontaktwinkel zwischen der Benetzungsflüssigkeit und dem Anschlussträger beispielsweise größer als 90°, zum Beispiel größer als 110° oder größer als 135°. Das Gleiche kann für die Kontaktwinkel im Bereich der Ausrichtstruktur und der daneben angeordneten Kontaktelemente gelten.
Dadurch dass die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur besser mit der Benetzungsflüssigkeit benetzbar sind als die Bereiche der daneben angeordneten Anschlusselemente und Kontaktelemente, wird die automatische Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger stärker durch die geometrischen Formen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur bestimmt. Je schlechter die Benetzungsflüssigkeit die Anschlusselemente und die Kontaktelemente benetzt, desto stärker ist der Einfluss der geometrischen Formen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur auf die automatische Ausrichtung. Bevorzugt wird bei dem Verfahren die automatische Ausrichtung ausschließlich oder zumindest überwiegend durch die geometrischen Formen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur bestimmt. Da die Anschlusselemente und die Kontaktelemente wenig oder gar nicht mit der Benetzungsflüssigkeit benetzbar sind, haben deren geometrischen Formen nur einen geringen oder gar keinen Einfluss auf die Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger.
Unter den geometrischen Formen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur werden insbesondere die geometrischen Formen der in Draufsicht auf die Oberseite und Montageseite benetzbaren Flächen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die geometrische Form der Ausrichtstruktur derart an die geometrische Form der Einfangstruktur angepasst, dass das Bauteil automatisch in eine vorbestimmte Position und eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers ausgerichtet wird.
Die Benetzungsflüssigkeit versucht ihre Oberflächenenergie und ihre Grenzflächenenergie zu minimieren. Da die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur gut benetzbar mit der Benetzungsflüssigkeit sind, versucht die Benetzungsflüssigkeit die Grenzflächen zu dem Bauteil und dem Anschlussträger in diesen Bereichen möglichst groß einzustellen, wohingegen die freiliegenden Außenflächen der Benetzungsflüssigkeit geringer eingestellt werden. Durch eine bestimmte Wahl der geometrischen Form der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur kann daher vorbestimmt werden, wie das Bauteil, also in welcher Position und mit welcher Orientierung, bezüglich des Anschlussträgers ausgerichtet wird. Weisen zum Beispiel die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur gleiche Geometrien auf, so führt die Minimierung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie im Allgemeinen dazu, dass die Ausrichtstruktur deckungsgleich zu der Einfangstruktur ausgerichtet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kontaktelemente bezüglich der Ausrichtstruktur und die Anschlusselemente bezüglich der Einfangstruktur derart angeordnet, dass nach der automatischen Ausrichtung des Bauteils die Kontaktelemente gegenüber passenden Anschlusselementen liegen.
Ein zu einem Kontaktelement passendes Anschlusselement ist dabei ein Anschlusselement, das zur bestimmungsgemäßen Kontaktierung des Kontaktelements eingerichtet ist. Handelt es sich bei dem Kontaktelement zum Beispiel um eine Anode oder eine Kathode, so ist das dazu passende Anschlusselement zum Beispiel eine Elektrode, die Elektronen aus dem Bauteil abführt oder zuführt. Einander gegenüberliegend bedeutet hier und im Folgenden, dass sich in Draufsicht gesehen das Kontaktelement teilweise oder vollständig mit dem dazu passenden Anschlusselement überlappt.
Nach dem automatischen Ausrichten kann die Benetzungsflüssigkeit zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur zu einem Benetzungsmaterial ausgehärtet werden, das dann die Einfangstruktur mit der Ausrichtstruktur mechanisch verbindet. Alternativ kann die Benetzungsflüssigkeit aber auch dauerhaft, also auch nach Beendigung des Verfahrens, flüssig bleiben.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum selbstjustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil einen Schritt A), in dem ein Anschlussträger bereitgestellt wird, der an einer Oberseite eine Einfangstruktur zum Einfangen des Bauteils sowie ein oder mehrere neben der Einfangstruktur angeordnete Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils aufweist. In einem Schritt B) wird ein Bauteil bereitgestellt, das an einer Montageseite eine Ausrichtstruktur sowie ein oder mehrere neben der Ausrichtstruktur angeordnete Kontaktelemente zur elektrischen Verbindung mit den Anschlusselementen aufweist. In einem Schritt C) wird das Bauteil mit dem Anschlussträger über eine Benetzungsflüssigkeit verbunden, wobei die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur von der Benetzungsflüssigkeit benetzt werden und die Minimierung der Oberflächenenergie und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit zur Fixierung und automatischen Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger genutzt wird. Dabei weisen der Anschlussträger und das Bauteil im Bereich der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur eine höhere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit auf als im Bereich der daneben angeordneten Anschlusselemente und Kontaktelemente, sodass die automatische Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger durch die geometrischen Formen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur bestimmt wird. Die geometrische Form der Ausrichtstruktur ist dabei derart an die geometrische Form der Einfangstruktur angepasst, dass das Bauteil automatisch in eine vorbestimmte Position und eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers ausgerichtet wird. Die Anordnung der Kontaktelemente bezüglich der Ausrichtstruktur und die Anordnung der Anschlusselemente bezüglich der Einfangstruktur sind dabei derart gewählt, dass nach der automatischen Ausrichtung des Bauteils die Kontaktelemente gegenüber passenden Anschlusselementen liegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Bauteile, insbesondere oberflächenmontierbare Halbleiterchips, wie Flip-Chips, in einer rationellen Weise auf einem Anschlussträger zu montieren. Ein Ansatz zum Rationalisieren der Chipmontage versucht viele Chips gleichzeitig zu montieren, indem ein selbsttätiges Bestückungsverfahren gewählt wird. Aussichtsreiche Varianten selbsttätiger Bestückungsverfahren nutzen die Oberflächen- und Grenzflächenspannungen von Flüssigkeiten zum Einfangen und Justieren von Chips. Oberflächenmontierbare Halbleiterchips weisen alle elektrischen Kontaktelemente auf einer einzigen Seite, der Montageseite auf. Auch die mechanischen und thermischen Anschlüsse sind auf der Montageseite angebracht und oft identisch zu den elektrischen Anschlüssen. Auf der Montageseite wechseln sich somit metallische Kontaktflächen mit isolierenden Zwischenräumen ab, weshalb im Allgemeinen auch die Benetzungseigenschaften entlang der Montageseite variieren. Sollen die Chips nun über ein flüssigkeitsgestütztes selbststätiges Montageverfahren auf einem Anschlussträger verteilt und angeschlossen werden, bedingen die heterogenen Benetzungseigenschaften der Montageseite und damit die Reihe lokaler Minima in der Oberflächen- und Grenzflächenenergien ein großes Risiko, die Chips in falscher Registratur oder falscher Orientierung einzufangen.
Das vorgeschlagene Verfahren soll zu einer zuverlässigeren, weniger fehleranfälligen Ausrichtung der Chips dienen. Insbesondere wird hier ein mehrstufiger Prozess verwendet, in dem die selbsttätige Bestückung, also das automatische Verteilen und Ausrichten der Bauteile auf Bestückungsplätzen, getrennt vom Anschließen der Kontaktelemente beziehungsweise der endgültigen Befestigung der Bauteile erfolgt. Dazu wird eine Ausrichtstruktur am Bauteil verwendet, die ausschließlich oder teilweise zum Einfangen und Ausrichten des Bauteils dient. Diese Ausrichtstruktur braucht keine elektrische Funktion zu haben, soll aber der korrekten Ausrichtung der Kontaktelemente gegenüber den Anschlusselementen auf dem Anschlussträger dienen. Die Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen und den Anschlusselementen erfolgt in einem späteren Schritt.
Die Bereiche der neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente und die Bereiche der neben der Einfangstruktur angeordneten Anschlusselemente dienen nicht zum Einfangen und zur Ausrichtung und sind anfänglich schlecht von der Benetzungsflüssigkeit benetzbar. Sie beeinflussen also den Ausrichtprozess der Bauteile auf dem Anschlussträger nicht oder wenig. Die Geometrie der Kontaktelemente und Anschlusselemente spielt somit für die Ausrichtung der Bauteile auf dem Anschlussträger keine oder eine untergeordnete Rolle. Insbesondere weist die Montageseite also nicht viele unterschiedliche Bereiche mit guten und schlechten Benetzungseigenschaften auf. Vielmehr gibt es bevorzugt nur einen zusammenhängenden Bereich, nämlich den Bereich der Ausrichtstruktur, in dem die Benetzungseigenschaften gut sind. In allen anderen Bereichen sind die Benetzungseigenschaften schlechter. Die Gefahr einer falschen Registratur oder Orientierung bei der selbständigen Benetzung ist damit reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauteil eine einzige, zusammenhängende Ausrichtstruktur auf. In Draufsicht auf die Montageseite bildet die Ausrichtstruktur also eine einzige, zusammenhängende und bevorzugt gleichmäßig benetzbare Fläche. Beispielsweise ist die Fläche der Ausrichtstruktur einfach zusammenhängend. Überall außerhalb dieser Fläche ist die Montageseite bevorzugt schlechter oder nicht benetzbar. Zum Beispiel beträgt der Kontaktwinkel zwischen der Benetzungsflüssigkeit und der Montageseite überall außerhalb der Ausrichtstruktur zumindest 90° oder zumindest 120° oder zumindest 150°. Die Ausrichtstruktur bildet in Draufsicht gesehen zum Beispiel zumindest 10 % oder zumindest 30 % oder zumindest 50 % und/oder höchstens 80 % oder höchstens 60 % der Fläche der Montageseite.
Durch die Verwendung einer einzigen Ausrichtstruktur für jedes Bauteil ist die Gefahr einer versehentlichen falschen Orientierung oder falschen Registratur weiter reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden vor dem Schritt C) jedes neben der Ausrichtstruktur angeordnete Kontaktelement und/oder jedes neben der Einfangstruktur angeordnete Anschlusselement mit einer Antibenetzungsschicht bedeckt, um ein Benetzen des Bauteils im Bereich dieser Kontaktelemente und/oder ein Benetzen des Anschlussträgers im Bereich dieser Anschlusselemente zu verhindern.
Bei der Antibenetzungsschicht kann es sich beispielsweise um eine elektrisch isolierende Schicht handeln. Zum Beispiel ist die Antibenetzungsschicht aus einem organischen Material, wie Photolack, oder aus einem Polymer oder aus einem oxidierten Metall oder aus einem unedlen Metall, wie Titan, oder aus einem anorganischen Material, wie hydrogeniertes Silizium (a-Si:H) oder Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder Zinkoxid. Insbesondere ist die Antibenetzungsschicht so gewählt, dass ein Kontaktwinkel zwischen der Benetzungsflüssigkeit und der Antibenetzungsschicht zumindest 90° oder zumindest 120° oder zumindest 150° beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt C) die Antibenetzungsschicht wieder von den Kontaktelementen und/oder den Anschlusselementen entfernt. Das Entfernen erfolgt beispielsweise durch Ätzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Benetzungsflüssigkeit ein flüssiges Metall. Die üblicherweise hohe Oberflächenenergie von flüssigen Metallen sorgt für eine besonders präzise Ausrichtung der Bauteile auf dem Anschlussträger. Als mögliche Materialien für die Benetzungsflüssigkeit können Metall, zum Beispiel Gallium, Indium, Wismut, Silber, Kupfer, Gold oder Zinn, insbesondere Metalllegierungen aus diesen Metallen, wie Galinstan (GaInSn), GaIn, BiIn, SnAgCu, SnCu, AuSn, verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Benetzungsflüssigkeit im Schritt C) eine Oberflächenenergie von zumindest 150 mJ/m² oder zumindest 200 mJ/m² oder zumindest 300 mJ/m² oder zumindest 400 mJ/m² auf. Die Oberflächenenergie ist dabei die Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit zu einem gasförmigen Medium, wie Luft. Die Oberflächen- und/oder Grenzflächenenergien werden hier insbesondere für Temperaturen oberhalb, zum Beispiel bei 5 °C oder 10 °C oder 20 °C oberhalb der Schmelztemperatur oder Liquidustemperatur des entsprechenden Materials angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform haben die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur in Draufsicht, das heißt in Draufsicht auf die Oberseite beziehungsweise Montageseite gesehen, konzentrisch oder kongruente geometrische Formen.
Konzentrische geometrische Formen sind gleichartige geometrische Formen mit zum Beispiel gleichen Winkeln und gleichen Seitenverhältnissen. Legt man die Schwerpunkte konzentrischer geometrischer Formen aufeinander, so verlaufen die Konturen beider Formen in einem konstanten Abstand zueinander. Kongruente geometrische Formen sind konzentrische geometrische Formen mit gleichen Seitenlängen beziehungsweise gleichen Flächeninhalten. Beispielsweise haben sowohl die Ausrichtstruktur als auch die Einfangstruktur eine quadratische oder rechteckige oder dreieckige oder elliptische oder tropfenartige geometrische Form in Draufsicht gesehen. Nach dem automatischen Ausrichten des Bauteils auf dem Anschlussträger überlappen die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur in Draufsicht gesehen konzentrisch oder deckungsgleich. Insbesondere überdeckt die Einfangstruktur die Ausrichtstruktur in Draufsicht gesehen nach der automatischen Ausrichtung vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur konzentrisch geometrische Formen auf, wobei die in Draufsicht gesehene Fläche der Einfangstruktur höchstens 5 % oder höchstens 10 % oder höchstens 20 % größer als die in Draufsicht gesehene Fläche der Ausrichtstruktur ist. Alternativ ist in Draufsicht gesehen die Fläche der Einfangstruktur höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % kleiner als die in Draufsicht gesehene Fläche der Ausrichtstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Einfangstruktur vor dem Schritt C) eine an der Oberseite des Anschlussträgers freiliegende, metallische Fläche. Die Ausrichtstruktur kann ebenfalls eine an der Montageseite des Bauteils freiliegende, metallische Fläche bilden. Beispielsweise ist während des Schritts C) der übrige Bereich der Montageseite durch ein nichtmetallisches Material gebildet.
Insbesondere bestehen die Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur aus einer an der Oberseite und/oder der Montageseite freiliegenden, metallischen Fläche. Das freiliegende, metallische Material der Einfangstruktur und/oder der Ausrichtstruktur kann zum Beispiel ein Edelmetall, wie Gold oder Silber oder Platin oder Rhodium, aufweisen oder eine Legierung aus Edelmetallen sein. Aber auch unedle Metalle wie Kupfer sind möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n-zähligen Drehsymmetrie auf, sodass das Bauteil im Schritt C) n unterschiedliche Orientierungen bezüglich des Anschlussträgers automatisch einnehmen kann. Das heißt, die Oberflächen- und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit nimmt in jeder dieser n unterschiedlichen Orientierungen ein lokales Energieminimum ein. Insbesondere sind all diese n unterschiedlichen Orientierungen im Hinblick auf die Grenz- und Oberflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit gleichwertig.
Unter einer n-zähligen Drehsymmetrie wird dabei verstanden, dass eine Drehung um eine senkrecht zur Oberseite beziehungsweise Montageseite verlaufende Symmetrieachse um m · 360°/n, wobei n und m natürliche Zahlen mit m ≥ 1 und n ≥ 1 sind, die Einfangstruktur beziehungsweise die Ausrichtstruktur in sich selbst überführt. Beispielsweise weist ein Quadrat eine 4-zählige Drehsymmetrie, ein Rechteck eine 2-zählige Drehsymmetrie und ein gleichseitiges Dreieck eine 3-zählige Drehsymmetrie auf. Ein gleichschenkliges, aber nicht gleichseitiges Dreieck weist keine Drehsymmetrie beziehungsweise nur eine 1-zählige Drehsymmetrie auf. Die Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur weisen beispielsweise eine n = 1 oder n > 1 oder n ≥ 2 oder n ≥ 3 zählige Drehsymmetrie auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verteilung der Anschlusselemente auf dem Anschlussträger und/oder die Verteilung der Kontaktelemente auf dem Bauteil eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie auf, sodass in jeder der n unterschiedlichen Orientierungen die zur bestimmungsgemäßen Kontaktierung notwendigen Kontaktelemente des Bauteils entsprechenden Anschlusselementen des Anschlussträgers gegenüberliegen. Unter allen notwendigen Kontaktelementen ist eine beliebige Gruppe von Kontaktelementen zu verstehen, die mindestens über den Anschlussträger elektrisch kontaktiert werden muss, damit das Bauteil seinen bestimmungsgemäßen Betrieb aufnehmen kann.
Insbesondere führt also eine die Ausrichtstruktur oder die Einfangstruktur in sich selbst überführende Drehung des Bauteils oder des Anschlussträgers dazu, dass die Kontaktelemente oder Anschlusselemente in funktionell identische Kontaktelemente oder Anschlusselemente überführt werden. In jeder der n unterschiedlichen Orientierungen kann das Bauteil an den Anschlussträger elektrisch angeschlossen werden, um seinen bestimmungsgemäßen Betrieb aufzunehmen. Insbesondere sind also Anoden und Kathoden des Bauteils nach jeder Drehung gegenüber von passenden Elektroden des Anschlussträgers angeordnet und können mit diesem über ein Lotmaterial verbunden werden.
Beispielsweise umfasst das Bauteil dazu an der Montageseite eine Kontaktgruppe, die alle zur bestimmungsgemäßen Kontaktierung des Bauteils notwendigen Kontaktelemente, was insbesondere zumindest zwei Kontaktelemente sind, umfasst. Das Bauteil kann dann zum Beispiel n-1 weitere solcher Kontaktgruppen aufweisen, sodass jede Drehung des Bauteils um m · 360°/n die n Kontaktgruppen deckungsgleich ineinander überführt. Alternativ oder zusätzlich kann der Anschlussträger entsprechende Anschlussgruppen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Anschlussträger und/oder das Bauteil ein oder mehrere redundante Anschlusselemente und/oder ein oder mehrere redundante Kontaktelemente auf. Redundante Anschlusselemente oder Kontaktelemente sind hier solche Kontaktelemente oder Anschlusselemente, die eine identische Funktion wie andere Kontaktelemente oder Anschlusselemente des Bauteils oder des Anschlussträgers haben, die nach der automatischen Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger aber nicht zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils beitragen. Die redundanten Anschlusselemente und/oder redundanten Kontaktelemente liegen nach der automatischen Ausrichtung insbesondere keinem Kontaktelement oder keinem Anschlusselement gegenüber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur in Draufsicht gesehen jeweils eine geometrische Form ohne Drehsymmetrie auf, sodass das Bauteil im Schritt C) nur genau eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers automatisch einnehmen kann. In diesem Fall weist das Bauteil und/oder der Anschlussträger beispielsweise jeweils nur eine der oben spezifizierten Kontaktgruppen oder Anschlussgruppen auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur elektrisch isoliert von elektrisch funktionellen Komponenten des Anschlussträgers und/oder des Bauteils. Das heißt, durch die Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur werden im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils kein Strom oder keine Ladungsträger hindurchgeführt. Die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur dienen in diesem Fall nicht zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils, sondern zum Beispiel lediglich zur Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet ein Anschlusselement des Anschlussträgers die Einfangstruktur oder weist ein Anschlusselement des Anschlussträgers die Einfangstruktur auf. Entsprechend kann ein Kontaktelement des Bauteils die Ausrichtstruktur bilden oder ein Kontaktelement des Bauteils die Ausrichtstruktur aufweisen. Das heißt, die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur tragen im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils zur elektrischen Kontaktierung, insbesondere zur Bestromung des Bauteils bei. Über die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur wird also im bestimmungsgemäßen Betrieb Strom geleitet. Insbesondere kann dann im bestimmungsgemäßen Betrieb Strom zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur über das Material der Benetzungsflüssigkeit geleitet werden.
Beispielsweise bildet die Ausrichtstruktur eine Kathode oder eine Anode des Bauteils. Neben der Ausrichtstruktur können dann eine oder mehrere Kontaktelemente der entgegengesetzten Polarität, also Anoden oder Kathoden, angeordnet sein. Entsprechend wird zum Beispiel die Einfangstruktur durch eine Elektronen abführende oder zuführende Elektrode gebildet und die daneben angeordneten Anschlusselemente weisen eine entgegengesetzte Polarität auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Schritt C) in einem Schritt D) die neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente mit den gegenüberliegenden passenden Anschlusselementen mit einem Lötmaterial elektrisch leitend verbunden.
Der Schritt D) ist bevorzugt ein separater und unabhängig vom Schritt C) durchgeführter Verfahrensschritt. Insbesondere sind in dem Zeitraum nach dem Schritt C) und vor dem Schritt D) die neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente nicht unmittelbar mit den gegenüberliegenden, neben der Einfangstruktur angeordneten Anschlusselementen verbundenen. Dies erfolgt erst im Schritt D).
Die Ausrichtstruktur bleibt nach dem Schritt C) bevorzugt mit der Einfangstruktur über das Material der Benetzungsflüssigkeit verbunden. Insbesondere verbleibt das Material der Benetzungsflüssigkeit endgültig zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur und wird später nicht entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird als Lötmaterial zwischen zumindest einem oder allen neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelementen und den dazu passenden Anschlusselementen die Benetzungsflüssigkeit verwendet.
Dazu kann insbesondere vor dem Schritt D) die Benetzbarkeit des Bauteils und des Anschlussträgers im Bereich dieser Kontaktelemente und Anschlusselemente mit der Benetzungsflüssigkeit erhöht werden, zum Beispiel durch Entfernen einer Antibenetzungsschicht. Wenn nach dem Schritt C) die zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur befindliche Benetzungsflüssigkeit zunächst ausgehärtet wurde, kann sie wieder verflüssigt werden. Die Benetzungsflüssigkeit kann dann diese Kontaktelemente und die passenden Anschlusselemente benetzen und so elektrisch leitend verbinden. Um diesen Prozess zu unterstützen, kann das Bauteil zusätzlich auf den Anschlussträger aufgedrückt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Lötmaterial zwischen zumindest einem neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelement und einem dazu passenden Anschlusselement durch ein von dem Benetzungsmaterial verschiedenes Lötmaterial gebildet. Vorteilhafterweise wird dazu vor dem Schritt D) die Benetzungsflüssigkeit zwischen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur ausgehärtet. Das Lötmaterial ist beispielsweise hochschmelzend mit einer höheren Schmelztemperatur als die Benetzungsflüssigkeit / als das Benetzungsmaterial. Das Lötmaterial hat zum Beispiel eine Schmelztemperatur von zumindest 200 °C. Das Benetzungsmaterial ist insbesondere niedrigschmelzend mit einer Schmelztemperatur von höchstens 120 °C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Lötmaterial bereits vor dem Schritt C) auf die Anschlussflächen und/oder die Kontaktflächen aufgebracht. Zum Beispiel wird das Lötmaterial dabei direkt auf die Anschlussflächen und/oder Kontaktflächen aufgebracht und dann mit einer Antibenetzungsschicht überzogen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei dem Verfahren der Anschlussträger mit einer Mehrzahl von Bauteilen bestückt. Dazu weist der Anschlussträger für jedes Bauteil eine eigene Einfangstruktur auf und jedes Bauteil weist an einer Montageseite eine Ausrichtstruktur auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt C) der Anschlussträger und die Bauteile in ein flüssiges Transportmedium, wie Wasser oder Öl oder Silikonöl oder Ethylenglykol, eingebracht. Das flüssige Transportmedium erlaubt eine freie Bewegung der Bauteile innerhalb des Transportmediums. Anschließend können die Bauteile innerhalb des Transportmediums entlang der lateralen Ausdehnung des Anschlussträgers verteilt werden. Beispielsweise kann dies durch Rütteln des Anschlussträgers innerhalb des Transportmediums erreicht werden.
Das Transportmedium weist beispielsweise eine Dichte zwischen einschließlich 0,8 g/cm³ und 1,2 g /cm³ auf. Innerhalb des Transportmediums fallen die Bauteile auf den Anschlussträger. Aufgrund des Auftriebs innerhalb des Transportmediums treffen die Bauteile aber nur mit einer geringen Geschwindigkeit auf den Anschlussträger, was zu einer besonders schonenden Aufbringung der Bauteile auf dem Anschlussträger führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt C) die Fläche der Einfangstruktur vergrößert, sodass die Benetzungsflüssigkeit die vergrößerte Fläche der Einfangstruktur benetzt und dadurch der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Anschlussträger automatisch reduziert wird.
Zum Vergrößern der Fläche der Einfangstruktur wird beispielsweise eine Antibenetzungsschicht entfernt. Zum Beispiel wird die Einfangstruktur durch eine Metallstruktur gebildet, die vor dem Schritt C) teilweise von einer Antibenetzungsschicht überdeckt ist. Der freiliegende, nicht überdeckte Bereich der Metallstruktur bildet zunächst die Einfangstruktur. Nach dem Schritt C) kann die Antibenetzungsschicht entfernt werden, sodass die Fläche des freiliegenden Metalls und somit der Einfangstruktur vergrößert wird. Die Benetzungsflüssigkeit kann dann die freigelegten Bereiche der Metallstruktur benetzen. Zum Beispiel wird dazu die nach dem Schritt C) ausgehärtete Benetzungsflüssigkeit erneut aufgeschmolzen. Alternativ kann die Benetzungsflüssigkeit aber auch die ganze Zeit seit Durchführung des Schrittes C) flüssig geblieben sein.
Wenn sich die Benetzungsflüssigkeit auf eine größere Fläche verteilt, sprich auf die vergrößerte Einfangstruktur, wird die Dicke der Benetzungsflüssigkeit zwischen dem Bauteil und dem Anschlussträger reduziert. Es wird also automatisch der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Anschlussträger reduziert.
Darüber hinaus wird eine Vorrichtung angegeben. Die Vorrichtung kann insbesondere mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für die Vorrichtung offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Anschlussträger und ein elektronisches Bauteil. Der Anschlussträger weist an einer Oberseite eine Einfangstruktur sowie ein oder mehrere daneben angeordnete Anschlusselemente auf. Das Bauteil weist an einer Montageseite eine Ausrichtstruktur sowie eine oder mehrere daneben angeordnete Kontaktelemente auf. Die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur liegen einander gegenüber und sind miteinander über ein Benetzungsmaterial verbunden. Die Kontaktelemente des Bauteils liegen den dazu passenden Anschlusselementen gegenüber und sind mit diesen über ein Lötmaterial elektrisch leitend verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen in Draufsicht gesehen die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur konzentrische geometrische Formen mit einer n-zähligen Drehsymmetrie auf, wobei n ≥ 1, insbesondere n = 1 oder n > 1 oder n ≥ 2 oder n ≥ 3, gilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Verteilung der Anschlusselemente auf dem Anschlussträger und/oder die Verteilung der Kontaktelemente an der Montageseite eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie auf, sodass jede die Ausrichtstruktur in sich selbst überführende Rotation des Bauteils um m · 360°/n, mit m ≥ 1, dazu führen würde, dass alle zur bestimmungsgemäßen elektrischen Kontaktierung des Bauteils notwendigen Kontaktelemente passenden Anschlusselementen gegenüberliegen.
Mit den in sich selbst überführenden Rotationen des Bauteils um m · 360°/n ist vorliegend gemeint, dass bei einer solchen Rotation der Anschlussträger nicht mitrotiert wird, sondern fixiert bleibt. Nur das Bauteil soll rotiert werden.
Gemäß zumindest eine Ausführungsform handelt es sich bei dem Benetzungsmaterial um Lötmaterial, das sich von dem Lötmaterial zwischen den Anschlusselementen und den Kontaktelementen unterscheidet. Insbesondere ist das Benetzungsmaterial ein niedrigschmelzendes Lötmaterial. Das Lötmaterial zwischen den Anschlusselementen und Kontaktelementen ist beispielsweise hochschmelzend.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Das optoelektronische Bauteil ist insbesondere zur Verwendung in dem hier beschriebenen Verfahren geeignet. Alle im Zusammenhang mit dem Verfahren offenbarten Merkmale sind daher auch für das optoelektronische Bauteil offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauteil eine Montageseite, eine Ausrichtstruktur zur Montage des Bauteils und ein oder mehrere daneben angeordnete Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils. Im Bereich der Ausrichtstruktur ist das Bauteil mit einer Benetzungsflüssigkeit, wie einem flüssigen Metall, benetzbar. Im Bereich der neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente ist das Bauteil mit der Benetzungsflüssigkeit schlechter benetzbar als im Bereich der Ausrichtstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Ausrichtstruktur in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n-zähligen Drehsymmetrie auf, wobei n ≥ 1, insbesondere n = 1 oder n > 1 oder n ≥ 2 oder n ≥ 3, gilt. Die Verteilung der Kontaktelemente an der Montageseite weist eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie auf, sodass jede die Ausrichtstruktur in sich selbst überführende Rotation des Bauteils um m · 360°/n dazu führt, dass alle Kontaktelemente in funktionsgleiche Kontaktelemente überführt werden.
Funktionsgleiche Kontaktelemente sind dabei solche Kontaktelemente, die im bestimmungsgemäßen Betrieb die gleiche elektrische Funktion erfüllen. Funktionsgleiche Kontaktelemente sind beispielsweise Kontaktelemente, die identische Polaritäten aufweisen und mit demselben Anschlusselement eines Anschlussträgers verbunden werden können.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren, eine hier beschriebene Vorrichtung sowie ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1A bis 2B verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen des Verfahrens,
3A bis 3E Draufsichten auf Ausführungsbeispiele der Vorrichtung,
4A bis 5D verschiedene Positionen von Ausführungsbeispielen des Verfahrens.

In 1A ist eine Position des Verfahrens gezeigt, in der ein Anschlussträger 1 und zwei Bauteile 2 bereitgestellt sind. Der Anschlussträger 1 und die Bauteile 2 sind in Draufsicht auf eine Oberseite 13 des Anschlussträgers 1 und auf Montageseiten 23 der Bauteile 2 gezeigt.
Der Anschlussträger 1 ist in lateraler Richtung parallel zur Oberseite 13 in eine Mehrzahl von Anschlussbereiche unterteilt, wobei die Grenzen zwischen benachbarten Anschlussbereichen durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Jeder der Anschlussbereiche ist zur Montage eines Bauteils 2 vorgesehen. In jedem Anschlussbereich weist der Anschlussträger 1 eine Einfangstruktur 10 zum Einfangen eines elektrischen Bauteils 2 sowie lateral daneben angeordnete Anschlusselemente 11, 12 zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils 2 auf.
Die Einfangstruktur 10 und die Anschlusselemente 11, 12 bilden in Draufsicht gesehen jeweils eine zusammenhängende metallische Fläche. Die Einfangstruktur 10 und die Anschlusselemente 11, 12 liegen in der 1A an der Oberseite 13 des Anschlussträgers 1 also frei. Die Einfangstruktur 10 und die Anschlusselemente 11, 12 sind voneinander elektrisch isoliert.
Bei den dargestellten Bauteilen 2 handelt es sich vorliegend um LED-Halbleiterchips, insbesondere sogenannte Flip-Chips. Jedes Bauteil 2 weist auf der Montageseite 23 eine einzige Ausrichtstruktur 20 sowie zwei lateral daneben angeordnete Kontaktelemente 21, 22 auf. Die Ausrichtstruktur 20 und die daneben angeordneten Kontaktelemente 21, 22 bilden in Draufsicht gesehen jeweils zusammenhängende, metallische Flächen, die an der Montageseite 23 frei liegen. Die Ausrichtstruktur 20 ist von den Kontaktelementen 21, 22 elektrisch isoliert.
Ferner ist in 1A zu erkennen, dass die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 aneinander angepasste geometrische Formen aufweisen. Vorliegend sind sowohl die Einfangstruktur 10 als auch die Ausrichtstruktur 20 als zueinander konzentrische Rechtecke ausgebildet.
In der 1B ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem auf den Anschlussträger 1 im Bereich der Anschlusselemente 11, 12 eine Antibenetzungsschicht 4 aufgebracht ist. Die Antibenetzungsschicht 4 basiert beispielsweise auf Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder einem Polymer. Auf die Einfangstruktur 10 ist ein Benetzungsmaterial 3 aufgebracht, das die Einfangstruktur 10 vollständig bedeckt und benetzt.
Auf die Kontaktelemente 21, 22 der Bauteile 2 ist ebenfalls eine Antibenetzungsschicht 4 aufgebracht.
In der 1C ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem der Anschlussträger 1 und die Bauteile 2 in ein Transportmedium 6, zum Beispiel Wasser oder Öl, eingebracht sind. Innerhalb des Transportmediums 6 fallen die Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 hinunter. Durch die Auftriebskraft innerhalb des Transportmediums 6 fallen die Bauteile 2 dabei so langsam auf den Anschlussträger 1, dass sie beim Auftreffen nicht beschädigt werden. Um die Bauteile 2 lateral, das heißt entlang der Haupterstreckungsrichtung des Anschlussträgers 1, zu verteilen, wird beispielsweise der Anschlussträger 1 gerüttelt.
Zusätzlich wird innerhalb des Transportmediums 6 das Benetzungsmaterial 3 auf den Einfangstrukturen 10 soweit aufgeheizt, bis es sich verflüssigt. Auf den Einfangstrukturen 10 bildet sich also eine Benetzungsflüssigkeit 3, die die Einfangstrukturen 10 benetzt.
In 1D ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem die Bauteile 2 mit dem Anschlussträger 1 über die Benetzungsflüssigkeit 3 verbunden sind. Dabei benetzt die Benetzungsflüssigkeit 3 sowohl die Einfangstruktur 10 als auch die Ausrichtstruktur 20. Im Bereich der Anschlusselemente 11, 12 und der Kontaktelemente 21, 22 sind der Anschlussträger 1 und das Bauteil 2 aufgrund der Antibenetzungsschicht 4 nicht oder nur unwesentlich mit der Benetzungsflüssigkeit 3 bedeckt. Insbesondere ist eine signifikante Benetzung des Anschlussträgers 1 und der Bauteile 2 nur im Bereich der Einfangstrukturen 10 und der Ausrichtstrukturen 20 gegeben. Das heißt, die Verbindung zwischen den Bauteilen 2 und dem Anschlussträger 1 erfolgt anfangs nur im Bereich der Einfangstrukturen 10 und der Ausrichtstrukturen 20 mittels der Benetzungsflüssigkeit 3.
Beim Hinunterfallen der Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 werden die Bauteile 2 durch die Benetzungsflüssigkeit 3 eingefangen und die Ausrichtstrukturen 10 werden von der Benetzungsflüssigkeit 3 benetzt. Das Bestreben der Benetzungsflüssigkeit 3, ihre Oberflächen- und Grenzflächenenergie zu minimieren, führt dazu, dass die Bauteile 2 automatisch positioniert und ausgerichtet werden.
In der 1E ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem die Anschlusselemente 11, 12 mit den passenden Kontaktelementen 21, 22 über ein Lötmaterial 5 verbunden sind. Dazu wurden zuvor die Antibenetzungsschichten 4 von den Anschlusselementen 11, 12 und Kontaktelementen 21, 22 abgelöst. Über das Lötmaterial 5 sind die Bauteile 2 elektrisch mit dem Anschlussträger 1 verbunden. Das Lötmaterial 5 unterscheidet sich beispielsweise von dem Material der Benetzungsflüssigkeit 3.
Das Lötmaterial 5 kann schon vor dem Aufbringen der Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 auf den Anschlusselementen 11, 12 und/oder den Kontaktelementen 21, 22 aufgebracht sein. Nachdem die Antibenetzungsschicht 4 entfernt wurde, wurde das Lötmaterial 5 aufgeschmolzen und hat die Kontaktelemente 21, 22 und die passenden gegenüberliegenden Anschlusselemente 11, 12 benetzt. Durch das Aushärten des Lötmaterials 5 wurden die Bauteile 2 dann endgültig auf dem Anschlussträger 1 befestigt und elektrisch angeschlossen.
In der 1F ist die so entstandene Vorrichtung 100 in Draufsicht gezeigt. Die Bauteile 2 sind durch die gestrichelten Linien dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Bauteile 2 in zwei unterschiedlichen Orientierungen auf dem Anschlussträger 1 angeordnet sind. In jeder dieser Orientierungen ist die Oberflächen- und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit 3 minimiert. Ferner sind in jeder dieser Orientierungen die Kontaktelemente 11, 12 der Bauteile 2 dazu passenden Anschlusselementen 21, 22 zugeordnet.
Die zwei möglichen Orientierungen der Bauteile 2 auf dem Anschlussträger 1 folgt aus der 2-zähligen Drehsymmetrie der Rechteckformen der Einfangstruktur 10 und der Ausrichtstruktur 20. Die Anordnung der Anschlusselemente 11, 12 auf dem Anschlussträger 1 weist ebenfalls eine 2-zählige Drehsymmetrie auf. Dadurch ist sichergestellt, dass in jeder der möglichen Orientierungen des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 die Kontaktelemente 11, 12 passenden Anschlusselementen 21, 22 gegenüberliegen.
In der 2A ist eine Position eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gezeigt, die auf die in der 1D gezeigte Position folgen kann. Nach dem Entfernen der Antibenetzungsschicht 4 von den Anschlusselementen wird das ausgehärtete Benetzungsmaterial 3 erneut erhitzt. Da das Antibenetzungsmaterial 4 entfernt ist, kann die Benetzungsflüssigkeit 3 nun auch die Kontaktelemente 21, 22 und die Anschlusselemente 11, 12 benetzen. Die Benetzungsflüssigkeit 3 verteilt sich daher in lateraler Richtung und benetzt die Kontaktelemente 21, 22 und Anschlusselemente 11, 12. Dies kann durch Aufdrücken der Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 unterstützt werden.
Durch das Benetzen der Kontaktelemente 21, 22 und der Anschlusselemente 11, 12 mit der Benetzungsflüssigkeit 3 wird ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelementen 21, 22 und den Anschlusselementen 11, 12 hergestellt.
Eine darauffolgende Position des Verfahrens nach dem Aushärten der Benetzungsflüssigkeit 3 ist in der 2B gezeigt. Die 2B zeigt ein Ausführungsbeispiel der fertigen Vorrichtung 100.
In der 3A ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 in Draufsicht gezeigt. Das Bauteil 2 weist einen quadratischen Querschnitt auf. Im Zentrum ist eine quadratische Ausrichtstruktur 20 positioniert. Ein Isolationsbereich trennt die Ausrichtstruktur 20 von den Kontaktelementen 11, 12. Bei den Kontaktelementen 12 handelt es sich zum Beispiel um Anoden, die entlang der Quadratseiten des Bauteils 2 zentriert sind. Die Kontaktelemente 11 in den Ecken des quadratischen Bauteils 2 bilden zum Beispiel Kathoden.
Der Anschlussträger 1 weist eine Oberseite 13 mit passenden Anschlusselementen 11, 12 sowie eine zu der Ausrichtstruktur 20 passende quadratische Einfangstruktur 10 auf. Die Einfangstruktur 10 ist flächenmäßig größer als die Ausrichtstruktur 20. Das Bauteil 2 ist derart auf dem Anschlussträger 1 angeordnet, dass die Ausrichtstruktur 20 und die Einfangstruktur 10 konzentrisch übereinander liegen.
Diese Orientierung des Bauteils 2 bezüglich des Anschlussträgers 1 ergibt sich bei dem hier beschriebenen Verfahren automatisch, da in dieser Orientierung die Oberflächen- und Grenzflächenenergie der zwischen der Einfangstruktur 10 und der Ausrichtstruktur 20 angeordneten Benetzungsflüssigkeit 3 am geringsten ist.
Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 weisen eine 4-zählige Drehsymmetrie auf, sodass das Bauteil 2 in vier energetisch gleichwertigen, möglichen Orientierungen auf dem Anschlussträger 1 automatisch ausgerichtet werden kann. Die Anordnung der Kontaktelemente 21, 22 auf dem Bauteil 2 weist eine entsprechende 4-zählige Drehsymmetrie auf, sodass jede Rotation des Bauteils um m · 90°, wobei m eine ganze Zahl ist, die Kontaktelemente 21, 22 in funktionsgleiche Kontaktelemente überführt. Nach jeder dieser Drehungen sind zur Kontaktierung des Bauteils 2 notwendige Kontaktelemente 21, 22 gegenüber passenden Anschlusselementen 11, 12 angeordnet.
Die Vorrichtung 100 der 3A wird beispielsweise wie folgt hergestellt. In einem ersten Schritt wird ein Bauteil 2 in Form einer Lumineszenzdiode (LED) in Flip-Chip-Konfiguration mit einem quadratischen Querschnitt von 1 mm² bereitgestellt. Im Zentrum der Montageseite 23 ist eine quadratische, vergoldete Ausrichtstruktur 20 mit zirka 0,6 mm Seitenlänge angeordnet. 125 µm breite Isolationsbereiche aus Si₃N₄ trennen die Ausrichtstruktur 20 von den vergoldeten Kontaktelementen 21, 22. Die Kontaktelemente 21, 22 sind zum Beispiel 200 µm lang und 75 µm breit. Auf den Kontaktelementen 21, 22 ist eine zirka 200 nm dicke Antibenetzungsschicht 4 aus hydrogeniertem amorphem Silizium (a-Si:H) aufgebracht.
In einem weiteren Schritt wird ein Anschlussträger 1 mit Anschlusselementen 11, 12 und einer Einfangstruktur 10 bereitgestellt. Auf die Anschlusselemente 11, 12 ist ein Lötmaterial 5 in Form eines lötbaren Metallstapels aufgebracht. Bei dem Metallstapel handelt es sich um einen Zinn-Silber-Stapel von zirka 15 µm Dicke. Der Metallstapel bedeckt die Anschlusselemente 11, 12 vollständig. Auf dem Anschlussträger 1 ist im Bereich der Einfangstruktur 10 ein Benetzungsmaterial 3 von 20 µm Dicke aufgebracht. Bei dem Benetzungsmaterial 3 handelt es sich um eine eutektische GaIn-Legierung, die bereits bei Zimmertemperatur flüssig ist.
In einem nächsten Schritt werden mehrere der Bauteile 2 und der Anschlussträger 1 in ein Transportmedium 6 in Form von Propylenglykol eingetaucht, das mit Flussmittel versetzt ist, um dem Vergrätzen der GaIn-Schmelze entgegenzuwirken. Agitation lässt in kurzer Zeit jede Einfangstruktur 10 des Anschlussträgers 1 ein Bauteil 2 einfangen. Anschließend wird der Anschlussträger 1 mit den aufgebrachten Bauteilen 2 wieder aus dem Transportmedium 6 herausgenommen. Daraufhin wird die Antibenetzungsschicht 4 abgeätzt.
Anschließend wird in einem Umschmelzschritt das Lötmaterial 5 bei zirka 260 °C verflüssigt. Dabei zieht sich die Schmelze des Lötmaterials 5 auf die Anschlusselemente 11, 12 zusammen und benetzt gleichzeitig die gegenüberliegenden Kontaktelemente 21, 22. Nach dem Abkühlen und Erstarren des Lötmaterials 5 ist das Bauteil 2 auf dem Anschlussträger 1 fixiert.
In der 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 gezeigt. Das Bauteil 2 ist zum Beispiel ein lineares LED-Bildelement mit einer Länge von zirka 0,8 mm und einer Breite von zirka 0,4 mm. Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 haben konzentrische geometrische Formen mit einer 2-zähligen Drehsymmetrie. Der Anschlussträger 1 und das Bauteil 2 weisen Anschlusselemente 11, 12 und Kontaktelemente 21, 22 auf, die mit einer ebenfalls 2-zähligen Drehsymmetrie angeordnet sind. Auf diese Weise ist wiederum erreicht, dass in jeder energetisch gleichwertigen, möglichen Orientierung des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 die zum bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils 2 notwendigen Kontaktelemente 21, 22 passenden Anschlusselemente 11, 12 gegenüberliegen. Die Vorrichtung 100 kann wie die Vorrichtung 100 der 3A hergestellt werden.
In der 3C ist eine Vorrichtung 100 gezeigt, bei der die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 jeweils keine Drehsymmetrie beziehungsweise eine 1-zählige Drehsymmetrie aufweisen. Das heißt, die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 können nur durch eine Drehung von 360° deckungsgleich ineinander abgebildet werden. Entsprechend weist die Anordnung der Kontaktelemente 21, 22 auf dem Bauteil 2 und der Anschlusselemente 11, 12 auf dem Anschlussträger 1 auch keine Drehsymmetrie auf, da bei der Minimierung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit 3 nur eine mögliche Orientierung des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 automatisch eingenommen werden kann.
In der 3D ist weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 in Draufsicht gezeigt. Bei dem Bauteil 2 handelt es sich wieder um ein LED-Bildelement, das eine rote, eine grüne und eine blaue Leuchtfläche umfasst. Drei der nötigen vier Kontaktelemente 21, 22 sind entlang des Umfangs des Bauteils 2 angebracht. Jedes dieser drei Kontaktelemente 21 dient beispielsweise zur Bestromung einer anderen Leuchtfläche. Ein viertes Kontaktelement 22, das den Gegenkontakt zu den drei anderen Kontaktelementen 21 bildet, bildet gleichzeitig die Ausrichtstruktur 20 des Bauteils 2. Entsprechend bildet die Einfangstruktur 10 des Anschlussträgers 1 ein passendes Anschlusselement 12. Zu den übrigen drei Kontaktelementen 21 sind passende Anschlusselemente 11 auf dem Anschlussträger 1 vorgesehen. Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 haben wiederum eine 1-zählige Drehsymmetrie.
Die Vorrichtung 100 der 3D wird beispielsweise wie folgt hergestellt. Als Benetzungsmaterial 3 wird eine eutektische Wismut-Indium Legierung verwendet. Dazu wird zunächst auf die Einfangstruktur 10 eine zirka 2 µm dicke Schicht aus der Wismut-Indium-Legierung mit zirka 20 % geringerem Flächeninhalt als die Einfangstruktur 10 aufgebracht. Als Lötmaterial 5 ist auf den übrigen Anschlusselementen 11 ein zirka 1,5 µm hoher Ti/Pt/Ti-Stapel vorgesehen. Als Antibenetzungsschicht 4 wird eine zirka 300 nm dicke Photolackschicht verwendet.
Zum Aufschmelzen des Benetzungsmaterials 3 werden die Bauteile 2 und der Anschlussträger 1 in Ethylenglykol bei 90 °C eingetaucht. Dem Ethylenglykol ist ein Reduktionsmittel beigemengt, um ein Vergrätzen zu verhindern. Nach dem automatischen Einfangen und Ausrichten des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 wird die Antibenetzungsschicht 4 entfernt. Anschließend wird das Bauteil 2 bei zirka 200 °C auf den Anschlussträger 1 aufgepresst, um die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 21 und den passenden Anschlusselementen 11 über das aufgeschmolzene Lötmaterial 5 herzustellen. Dabei verringert sich der Abstand des Bauteils 2 zu dem Anschlussträger 1 von anfangs zirka 2 µm zu zirka 1,5 µm.
In der 3E ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 gezeigt, die im Wesentlichen der Vorrichtung 100 der 3D entspricht. Anders als in 3D sind die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 tropfenförmig ausgebildet. Auch mit dieser geometrischen Form weisen die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 eine 1-zählige Drehsymmetrie auf.
Die Vorrichtung 100 der 3E wird beispielsweise wie folgt hergestellt. Als Benetzungsmaterial 3 wird eine Zinn-Silber-Kupfer-Legierung verwendet, die zunächst mit zirka 2 µm Dicke auf die Einfangstruktur 10 aufgebracht ist und einen zirka 20 % größeren Flächeninhalt als die Einfangstruktur 10 aufweist. Die Kontaktelemente 21, 22 und die Anschlusselemente 11, 12 sind vergoldet oder bestehen aus Gold. Auf die neben der Einfangstruktur 10 und Ausrichtstruktur 20 angeordneten Anschlusselemente 11 und Kontaktelemente 21 ist kein zusätzliches Lötmaterial aufgebracht. Die Kontaktelemente 21 und die Anschlusselemente 11 neben der Ausrichtstruktur 20 und der Einfangstruktur 10 sind mit einer zirka 100 nm dicken Antibenetzungsschicht 4 aus PECVD-SiN überzogen.
Zum Aufschmelzen des Benetzungsmaterials 3 zu der Benetzungsflüssigkeit 3 werden der Anschlussträger 1 und das Bauteil 2 in Silikonöl bei zirka 240 °C getaucht. Dem Silikonöl ist ein Reduktionsmittel beigemengt. Dabei reagiert die Sn-Schmelze der Benetzungsflüssigkeit 3 mit dem Au der Einfangstruktur 10 zu einer goldreichen AuSn-Legierung, in der das Ag und Cu aus dem anfänglichen Benetzungsmaterial 3 gelöst sind. Die Solidustemperatur dieser Schmelze liegt oberhalb von 320 °C.
Nach dem automatischen Einfangen und Ausrichten des Bauteils 2 wird das Antibenetzungsschicht 4 entfernt und das Bauteil 2 auf zirka 300 °C erhitzt, um AuSn-Depots auf der Einfangstruktur 10 beziehungsweise der Ausrichtstruktur 20, die seitlich über die Einfangstruktur 10 beziehungsweise Ausrichtstruktur 20 hinaus ragen, aufzuschmelzen. Diese Depots ballen sich dann zusammen und benetzen die neben der Einfangstruktur 10 und Ausrichtstruktur 20 angeordneten Anschlusselemente 11 und Kontaktelemente 21, so wie es beispielsweise in den 2A und 2B dargestellt ist. Das Lötmaterial 5 zwischen den Anschlusselementen 11 und den Kontaktelementen 22 wird also dann durch das Material dieser Depots gebildet.
In 4A ist wieder eine Position eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gezeigt, bei dem ein Bauteil 2 mit einer Ausrichtstruktur 20 und drei lateral neben der Ausrichtstruktur 20 angeordneten Kontaktelementen 21 bereitgestellt ist. Die Ausrichtstruktur 20 dient gleichzeitig als ein Kontaktelement 22, beispielsweise als Kathode 22. Die daneben angeordneten Kontaktelemente 21 dienen beispielsweise als Anoden für unterschiedliche Leuchtflächen, beispielsweise einer ersten roten 24, einer zweiten grünen 25 und einer dritten blauen 26 Leuchtfläche des Bauteils 2.
Die 4B und 4C zeigen das Bauteil 2 in Querschnittsansicht. Zu erkennen ist, dass die Anoden 21 jeweils mit einer Antibenetzungsschicht 4 überzogen sind. Im Bereich der Einfangstruktur 20 ist die Kathode 22 dagegen frei von der Antibenetzungsschicht 4.
In der 4D ist eine Position des Verfahrens gezeigt, bei dem ein Anschlussträger 1 bereitgestellt ist. Der Anschlussträger 1 umfasst zwei Anschlussbereiche, die jeweils zum Einfang eines Bauteils 2 vorgesehen sind. In jedem Anschlussbereich ist eine Einfangstruktur 10 vorgesehen, die vorliegend durch ein viertes Anschlusselement 12 zur Injektion von Elektronen in das Bauteil 2 gebildet ist. Ferner sind lateral benachbart zu der Einfangstruktur 10 drei gegenpolige Anschlusselemente 11, nämlich ein erstes 14, ein zweites 15 und ein drittes 16 Anschlusselement, vorgesehen, die zur Aufnahme von Elektronen aus dem Bauteil 2 eingerichtet sind. Das erste Anschlusselement 14 dient beispielsweise zur Bestromung der ersten Leuchtfläche 24, das zweite Anschlusselement 15 zur Bestromung der zweiten Leuchtfläche 25 und das dritte Anschlusselement 16 zur Bestromung der dritten Leuchtfläche 26.
Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 weisen eine rechteckige, also 2-zählige, Drehsymmetrie auf. Entsprechend findet sich zu der zur Kontaktierung des Bauteils 2 notwendigen Gruppe aus Anschlusselementen 11, 12, 14, 15, 16 eine funktionsgleiche Gruppe von Anschlusselementen 11, 12, 14, 15, 16, die bei einer die Einfangstruktur 10 in sich selbst überführenden Rotation um 180° deckungsgleich ineinander überführt werden.
Die 4E zeigt eine Position des Verfahrens, bei dem die Bauteile 2 bereits auf den Anschlussträger 1 aufgebracht sind, sodass die Vorrichtung 100 gebildet ist. Zu sehen ist, dass das Bauteil 2 mit zwei hinsichtlich der Oberflächen- und Grenzflächenenergie des Benetzungsmaterials 3 energetisch gleichwertigen Orientierungen auf dem Anschlussträger 1 montiert werden. In jeder der Orientierungen ist das Bauteil 2 bestimmungsgemäß kontaktierbar, sodass die Leuchtflächen 24, 25, 26 von den passenden Anschlusselementen 14, 15, 16 auf dem Anschlussträger 1 bestromt werden.
In den 5A bis 5D sind verschiedene Positionen des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung 100 der 4E in Querschnittsansicht gezeigt.
In der 5A ist zunächst zu sehen, dass auf die Einfangstruktur 10 des Anschlussträgers 1 ein Benetzungsmaterial 3 aufgebracht ist. Beispielsweise liegt das Benetzungsmaterial 3 zunächst in einem festen Aggregatzustand vor. Bei dem Benetzungsmaterial 3 handelt es sich beispielsweise um eine SnAgCu- oder SnCu- oder AuSn-Legierung.
Ferner sind sowohl die Anschlusselemente 11 auf dem Anschlussträger 1 als auch die Kontaktelemente 21 auf dem Bauteil 2 mit einer Antibenetzungsschicht 4 versehen, die ein Benetzen mit dem flüssigen Benetzungsmaterial 3, sprich der Benetzungsflüssigkeit 3, verhindern soll. Die Antibenetzungsschicht 4 besteht beispielsweise aus Zinkoxid oder Siliziumoxid. Zwischen der Antibenetzungsschicht 4 und den Anschlusselementen 11 ist ein Lötmaterial 5 angeordnet. Bei dem Lötmaterial 5 handelt es sich insbesondere um eine Metalllegierung.
Ebenso ist in 5A zu erkennen, dass die Einfangstruktur 10 durch die freiliegende metallische Fläche des Anschlusselements 12 gebildet ist. Die Form dieser freiliegenden Fläche unterscheidet sich aber von der Form des Anschlusselements 12, weil einige Bereiche des Anschlusselements 12 ebenfalls von der Antibenetzungsschicht 4 überdeckt sind. Die Einfangstruktur 10 ist also nur durch den nicht von der Antibenetzungsschicht 4 überdeckten Bereich des Anschlusselements 12 gebildet. Entsprechendes gilt für das Kontaktelement 22 beziehungsweise die Ausrichtstruktur 20.
In der Position der 5B ist gezeigt, wie das Benetzungsmaterial 3 aufgeschmolzen wurde, so dass sich eine Benetzungsflüssigkeit 3 bildet und das Bauteil 2 auf dem Anschlussträger 1 montiert ist. Die Benetzungsflüssigkeit 3 fängt das Bauteil 2 ein und benetzt wohl die Ausrichtstruktur 20 als auch die Einfangstruktur 10. Durch die Minimierung der Oberflächen -und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit 3 wird das Bauteil 2 auf dem Anschlussträger 1 ausgerichtet. Die Kontaktelemente 21 und Anschlusselemente 11 neben der Ausrichtstruktur 20 und der Einfangstruktur 10 bleiben aufgrund der Antibenetzungsschicht 4 von der Benetzungsflüssigkeit 3 unbenetzt.
In der 5C ist eine Position des Verfahrens gezeigt, bei der die Antibenetzungsschicht 4 beispielsweise durch Ätzen entfernt ist. Das Lötmaterial 5 auf den Anschlusselementen 11 ist dadurch freigelegt. Zuvor wurde beispielsweise die Benetzungsflüssigkeit 3 wieder ausgehärtet.
Durch das Entfernen der Antibenetzungsschicht 4 wird die Fläche der Einfangstruktur 10 vergrößert. Die vom Benetzungsmaterial 3 bedeckte Fläche der Einfangstruktur 10 ist daher deutlich kleiner als die Einfangstruktur 10.
In der 5D ist eine Position des Verfahrens gezeigt, bei dem durch Aufschmelzen des Lötmaterials 5 und des Benetzungsmaterials 3 die Anschlusselemente 11 mit den passenden Kontaktelementen 21 des Bauteils 2 elektrisch leitend verbunden sind. Die elektrische Kontaktierung des Bauteils 2 ist also durch das Lötmaterial 5 zwischen den Kontaktelementen 21 und den Anschlusselementen 11 und durch das Benetzungsmaterial 3 zwischen dem Kontaktelement 22 und dem Anschlusselement 12 hergestellt. Durch das Aufschmelzen des Benetzungsmaterials 3 hat sich die Benetzungsflüssigkeit 3 auf der nun größeren Einfangstruktur 10 ausgebreitet. Die Dicke der Benetzungsflüssigkeit 3 hat sich dabei reduziert, was den Abstand zwischen Anschlussträger 1 und Bauteil 2 ohne äußere Krafteinwirkung reduziert hat. Als der Abstand klein genug geworden ist, konnte das Bauteil 2 an den Kontaktelementen 21 von dem flüssigen Lötmaterial 5 benetzt werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Anschlussträger
2: Bauteil
3: Benetzungsflüssigkeit/Benetzungsmaterial
4: Antibenetzungsschicht
5: Lötmaterial
10: Einfangstruktur
11: Anschlusselement
12: Anschlusselement
13: Oberseite
14: Anschlusselement
15: Anschlusselement
16: Anschlusselement
20: Ausrichtstruktur
21: Kontaktelement
22: Kontaktelement
23: Montageseite
24: Leuchtfläche
25: Leuchtfläche
26: Leuchtfläche
100: Vorrichtung

Claims

Verfahren zum selbstjustierten Bestücken eines Anschlussträgers (1) mit einem Bauteil (2), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen eines Anschlussträgers (1), der an einer Oberseite (13) eine Einfangstruktur (10) zum Einfangen des Bauteils (2) sowie ein oder mehrere neben der Einfangstruktur (10) angeordnete Anschlusselemente (11, 12) zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils (2) aufweist; B) Bereitstellen eines Bauteils (2), das an einer Montageseite (23) eine Ausrichtstruktur (20) sowie ein oder mehrere neben der Ausrichtstruktur (20) angeordnete Kontaktelemente (21, 22) zur elektrischen Verbindung mit den Anschlusselementen (11, 12) aufweist; C) Verbinden des Bauteils (2) mit dem Anschlussträger (1) über eine Benetzungsflüssigkeit (3), wobei die Einfangstruktur (10) und die Ausrichtstruktur (20) von der Benetzungsflüssigkeit (3) benetzt werden und die Minimierung der Oberflächenenergie und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit (3) zur Fixierung und automatischen Ausrichtung des Bauteils (2) auf dem Anschlussträger (1) genutzt wird; wobei - der Anschlussträger (1) und das Bauteil (2) im Bereich der Einfangstruktur (10) und der Ausrichtstruktur (20) eine höhere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit (3) aufweisen als im Bereich der daneben angeordneten Anschlusselemente (11, 12) und Kontaktelemente (21, 22), sodass die automatische Ausrichtung des Bauteils (2) auf dem Anschlussträger (1) durch die geometrischen Formen der Einfangstruktur (10) und der Ausrichtstruktur (20) bestimmt wird, - die geometrische Form der Ausrichtstruktur (20) derart an die geometrische Form der Einfangstruktur (10) angepasst ist, dass das Bauteil (2) automatisch in eine vorbestimmte Position und eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers (1) ausgerichtet wird, - die Anordnung der Kontaktelemente (21, 22) bezüglich der Ausrichtstruktur (20) und die Anordnung der Anschlusselemente (11, 12) bezüglich der Einfangstruktur (10) derart gewählt sind, dass nach der automatischen Ausrichtung des Bauteils (2) die Kontaktelemente (21, 22) gegenüber passenden Anschlusselementen (11, 12) liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bauteil (2) eine einzige, zusammenhängende Ausrichtstruktur (20) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei - vor dem Schritt C) jedes neben der Ausrichtstruktur (20) angeordnete Kontaktelement (21, 22) und/oder jedes neben der Einfangstruktur (10) angeordnete Anschlusselement (11, 12) mit einer Antibenetzungsschicht (4) bedeckt wird, um ein Benetzen des Bauteils (2) im Bereich dieser Kontaktelemente (21, 22) und/oder ein Benetzen des Anschlussträgers (1) im Bereich dieser Anschlusselemente (11, 12) zu verhindern, - nach dem Schritt C) die Antibenetzungsschicht (4) wieder von den Kontaktelementen (21, 22) und/oder den Anschlusselementen (11, 12) entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Benetzungsflüssigkeit (3) ein flüssiges Metall ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Benetzungsflüssigkeit (3) im Schritt C) eine Oberflächenenergie von zumindest 150 mJ/m² aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) in Draufsicht konzentrische oder kongruente geometrische Formen aufweisen.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) konzentrische geometrische Formen aufweisen und die in Draufsicht gesehene Fläche der Einfangstruktur (10) höchstens 20 % größer oder höchstens 20 % kleiner als die Fläche der Ausrichtstruktur (20) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Schritt C) - die Einfangstruktur (10) eine an der Oberseite (13) des Anschlussträgers (1) freiliegende, metallische Fläche bildet, - die Ausrichtstruktur (20) eine an der Montageseite (23) des Bauteils (2) freiliegende, metallische Fläche bildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Einfangstruktur (10) und/oder die Ausrichtstruktur (20) in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n-zähligen Drehsymmetrie aufweisen, sodass das Bauteil (2) im Schritt C) n unterschiedliche Orientierungen bezüglich des Anschlussträgers (1) automatisch einnehmen kann, - die Verteilung der Anschlusselemente (11, 12) auf dem Anschlussträger (1) und/oder die Verteilung der Kontaktelemente (21, 22) auf dem Bauteil (2) eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie aufweisen, sodass in jeder der n unterschiedlichen Orientierungen die zur bestimmungsgemäßen Kontaktierung notwendigen Kontaktelemente (21, 22) des Bauteils (2) passenden Anschlusselementen (11, 12) des Anschlussträgers (1) gegenüberliegen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei - der Anschlussträger (1) und/oder das Bauteil (2) eine oder mehrere redundante Anschlusselemente (11, 12) und/oder eine oder mehrere redundante Kontaktelemente (21, 22) aufweisen, - die redundanten Anschlusselemente (11, 12) und/oder die redundanten Kontaktelemente (21, 22) nach der automatischen Ausrichtung keinem Kontaktelement oder Anschlusselement gegenüberliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Einfangstruktur (10) und die Ausrichtstruktur (20) in Draufsicht jeweils eine geometrische Form ohne Drehsymmetrie aufweisen, sodass das Bauteil (2) im Schritt C) nur genau eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers (1) automatisch einnehmen kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einfangstruktur (10) und/oder die Ausrichtstruktur (20) elektrisch isoliert sind von elektrisch funktionellen Komponenten des Anschlussträgers (1) und des Bauteils (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei - ein Anschlusselement (11, 12) des Anschlussträgers (1) die Einfangstruktur (10) bildet oder aufweist, - ein Kontaktelement (21, 22) des Bauteils (2) die Ausrichtstruktur (20) bildet oder aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt C) in einem Schritt D) die neben der Ausrichtstruktur (20) angeordneten Kontaktelemente (21, 22) mit den gegenüberliegenden, passenden Anschlusselementen (11, 12) über ein Lötmaterial (5) elektrisch leitend verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Lötmaterial (5) zwischen zumindest einem neben der Ausrichtstruktur (20) angeordneten Kontaktelement (21) und einem dazu passenden Anschlusselement (11) durch ein von der Benetzungsflüssigkeit (3) verschiedenes Lötmaterial (5) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anschlussträger (1) mit einer Mehrzahl von Bauteilen (2) bestückt wird, wobei - der Anschlussträger (1) für jedes Bauteil (2) eine eigene Einfangstruktur (10) aufweist, - jedes Bauteil (2) an einer Montageseite (23) eine Ausrichtstruktur (20) aufweist, wobei im Schritt C) - der Anschlussträger (1) und die Bauteile (2) in ein flüssiges Transportmedium (6) eingebracht werden, welches eine freie Bewegung der Bauteile (2) innerhalb des Transportmediums (6) zulässt, - die Bauteile (2) innerhalb des Transportmediums (6) entlang der lateralen Ausdehnung des Anschlussträgers (1) verteilt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - nach dem Schritt C) die Fläche der Einfangstruktur (10) vergrößert wird, sodass die Benetzungsflüssigkeit (3) die vergrößerte Fläche der Einfangstruktur (10) benetzt und dadurch der Abstand zwischen dem Bauteil (2) und dem Anschlussträger (1) automatisch reduziert wird.
Vorrichtung (100), umfassend - einen Anschlussträger (1); - ein elektronisches Bauteil (2), wobei - der Anschlussträger (1) an einer Oberseite (13) eine Einfangstruktur (10) sowie ein oder mehrere daneben angeordnete Anschlusselemente (11, 12) aufweist, - das Bauteil (2) an einer Montageseite (23) eine Einfangstruktur (10) sowie ein oder mehrere daneben angeordnete Kontaktelemente (21, 22) aufweist, - die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) einander gegenüberliegen und miteinander über ein Benetzungsmaterial (3) verbunden sind, - die Kontaktelemente (21, 22) den dazu passenden Anschlusselementen (11, 12) gegenüberliegen und mit diesen über ein Lötmaterial (5) elektrisch verbunden sind, - die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) in Draufsicht gesehen konzentrische geometrische Formen mit einer n-zähligen Drehsymmetrie aufweisen, wobei n ≥ 1 gilt, - die Verteilung der Anschlusselemente (11, 12) auf dem Anschlussträger (1) und/oder die Verteilung der Kontaktelemente (21, 22) an der Montageseite (23) eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie aufweisen, sodass jede die Ausrichtstruktur (20) in sich selbst überführende Rotation des Bauteils (2) um m · 360°/n dazu führen würde, dass alle zur bestimmungsgemäßen elektrischen Kontaktierung des Bauteils (2) notwendigen Kontaktelemente (11, 12) passenden Anschlusselementen (21, 22) gegenüberliegen.
Optoelektronisches Bauteil (2), umfassend - eine Montageseite (23), eine Ausrichtstruktur (20) zur Montage des Bauteils (2) und ein oder mehrere daneben angeordnete Kontaktelemente (21, 22) zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils (2), wobei - das Bauteil (2) im Bereich der Ausrichtstruktur (20) mit einer Benetzungsflüssigkeit (3) benetzbar ist, - das Bauteil (2) im Bereich der neben der Ausrichtstruktur (20) angeordneten Kontaktelemente (21, 22) mit der Benetzungsflüssigkeit (3) schlechter benetzbar ist als im Bereich der Ausrichtstruktur (20).
Optoelektronisches Bauteil (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - die Ausrichtstruktur (20) in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n-zähligen Drehsymmetrie aufweist, wobei n > 1, - die Verteilung der Kontaktelemente (21, 22) an der Montageseite (23) eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie aufweisen, sodass jede die Ausrichtstruktur (20) in sich selbstüberführende Rotation des Bauteils (2) um m · 360°/n dazu führt, dass alle Kontaktelemente (21, 22) in funktionsgleiche Kontaktelemente (21, 22) überführt werden.