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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Bondwerkzeug zum Laserbonden, wie es zur Ausbildung elektrischer Verbindungen beispielsweise zwischen elektronischen Bauelementen und elektrisch leitenden Bereichen an Trägerelementen (beispielsweise in Form von Leiterplatten) verwendet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Laserbondverbindung, die mittels eines erfindungsgemäßen Bondwerkzeugs hergestellt ist.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2019/114867 A1 ist ein Bondwerkzeug zum Laserbonden mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Das bekannte Bondwerkzeug zeichnet sich durch einen langgestreckten Werkzeugschaft zur Führung eines Laserstrahls aus, der an einem stirnseitigen Endbereich des Werkzeugschafts im Bereich einer Anlagefläche für das Bondelement austritt, um ein üblicherweise längliches Bondelement beispielsweise mit einer Kontaktfläche eines Bauelements zu verbinden. Weiterhin weist das bekannte Bondwerkzeug ein Element zur Führung des Bondelements bis zum Endbereich des Werkzeugschafts auf. Das Element ist als nutförmige Führung an dem Werkzeugschaft ausgebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Bondwerkzeug zum Laserbonden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es eine besonders kompakte Ausbildung des Werkzeugschafts bei gleichzeitig besonders sicherer und geführter Zuführung des Bondelements zum Endbereich des Werkzeugschafts ermöglicht.
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Der kompakte Werkzeugschaft ist vorteilhaft bei einem geringen Abstand zwischen einzelnen Bondverbindungen an einem Bauteil, sodass besonders kompakte Schaltungen bei hoher Prozesssicherheit realisierbar sind.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Werkzeugschaft zur Führung des Laserstrahls von den Mitteln zur Führung des Bondelements örtlich zu trennen bzw. durch separate Bauteile auszubilden, damit der Werkzeugschaft insbesondere an seinem Endbereich besonders schmal bzw. mit geringem Querschnitt ausgebildet werden kann.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einem erfindungsgemäßen Bondwerkzeug zum Laserbonden vorgesehen, dass das Element zur Führung des Bondelements ein von dem Werkzeugschaft separates Bauteil umfasst, das in Form einer Führungsschiene oder eines Führungsrohrs ausgebildet ist, wobei die Führungsschiene oder das Führungsrohr einen Austrittsbereich für das Bondelement nahe oberhalb des Endbereichs des Werkzeugschafts aufweist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bondwerkzeugs zum Laserbonden sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Um einerseits am Endbereich des Werkzeugschafts, d.h. nahe der Verbindungsstelle zwischen dem Bondelement und dem mit dem Bondelement zu verbindenden Bauteil, und andererseits in einem von dem Endbereich in Längsrichtung betrachtet beabstandeten Bereich ein besonders kompaktes Bondwerkzeug zu ermöglichen, sieht eine bevorzugte geometrische Gestaltung des Bondwerkzeugs vor, dass die Führungsschiene oder das Führungsrohr wenigstens zwei, in Längsrichtung aneinander anschließende Abschnitte aufweist, die jeweils vorzugsweise geradlinig ausgebildet sind, wobei die beiden Abschnitte in einem ersten schrägen Winkel zueinander angeordnet sind, und wobei der dem Endbereich des Werkzeugschafts zugewandte erste Abschnitt in einem zweiten schrägen Winkel zur Längsachse des Werkzeugschafts angeordnet ist, derart, dass der Austrittsbereich für das Bondelement einen geringen Abstand zum Werkzeugschaft aufweist als der vom Austrittsbereich abgewandte Bereich des ersten Abschnitts.
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In besonders bevorzugter geometrischer Ausgestaltung des Führungsrohrs bzw. der Führungsschiene für das Bondelement ist es darüber hinaus vorgesehen, dass der dem Endbereich des Werkzeugschafts abgewandte zweite Abschnitt des Führungsrohrs bzw. der Führungsschiene parallel und beabstandet zur Längsachse des Werkzeugschafts angeordnet ist.
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Zur Optimierung der Bondverbindung ist es darüber hinaus vorgesehen, dass der Werkzeugschaft nahe des Endbereichs einen flachen, keilförmigen Querschnitt aufweist.
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Besonders bevorzugt bei einem derartigen Endbereich des Werkzeugschafts ist es darüber hinaus, dass der Querschnitt des Werkzeugschafts symmetrisch zur Längsachse des Werkzeugschafts ausgebildet ist.
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Weiterhin ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Endbereich des Werkzeugschafts im Bereich der Anlagefläche gerundet ausgebildet ist.
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Zur definierten Führung des Bondelements ist es darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass der Querschnitt der Führungsschiene oder des Führungsröhrchens rechteckförmig oder rund oder oval ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Führungsschiene oder des Führungsröhrchens an den Querschnitt des Bondelements angepasst. Dabei bilden Seitenwände des Führungsröhrchens bzw. der Führungsschiene eine seitliche Führung des typischerweise einen flachen Querschnitt aufweisenden Bondelements aus.
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Zur Optimierung der jeweiligen Aufgaben von Führungsschiene bzw. Führungsröhrchen und Werkzeugschaft kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Werkzeugschaft und die Führungsschiene oder das Führungsröhrchen aus unterschiedlichem Material bestehen.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Laserbondverbindung zwischen einem Bauteil und einem Bondelement unter Verwendung eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Bondwerkzeugs.
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Bei einer derartigen Bondverbindung ist es von Vorteil, wenn das Bondelement als ein im Querschnitt flaches Kupferbändchen ausgebildet ist, da dieses bei geringem ohmschen Widerstand ein vorteilhaftes Handling ermöglicht. In einer Variante ist das Bondelement aus Gold und/oder Silber und/oder Kupfer und/oder aus einer Legierung aus diesen Materialien. Alternativ oder zusätzlich zu den Materialien ist das Bondelement als im Querschnitt rechteckiges Bändchen oder als im Querschnitt runder Draht oder als im Querschnitt ovaler Draht ausgebildet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung.
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Figurenliste
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- 1 zeigt in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Bondwerkzeug zum Laserbonden,
- 2 den Werkzeugschaft des Bondwerkzeugs an einem stirnseitigen Endbereich in einer vergrößerten Darstellung und
- 3 einen Querschnitt durch ein Führungselement für das Bondelement in Form einer Führungsschiene.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 ist ein Bondwerkzeug 10 zum Herstellen einer Laserbondverbindung zwischen einem Bondelement 1 und einer Kontaktfläche 2 eines elektronischen Bauelements 3 dargestellt. Das Bondelement 1 ist vorzugsweise als ein, einen flachen Querschnitt aufweisendes Kupferbändchen ausgebildet. Bei dem elektronischen Bauelement 3 bzw. dessen Kontaktfläche 2 handelt es sich insbesondere um eine Kontaktfläche 2 im Bereich eines Substrats oder einer elektronischen Baugruppe o.ä.
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Das Bondwerkzeug 10 weist einen langgestreckten Werkzeugschaft 12 mit einer Längsachse 14 auf, wobei konzentrisch zur Längsachse 14 eine Längsausnehmung 16 mit einer für einen Laserstrahl LS reflektierenden Innenmantelfläche 18 ausgebildet ist. Der Laserstrahl LS wird mittels einer lediglich symbolisch dargestellten Laserstrahleinrichtung 100 erzeugt und in die Längsausnehmung 16 des Werkzeugschafts 12 auf der einem stirnseitigen Endbereich 20 des Werkzeugschafts 12 abgewandten Seite eingekoppelt.
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Der Endbereich 20 des Werkzeugschafts 12 ist, wie besonders deutlich anhand der 2 erkennbar ist, im Querschnitt keilförmig ausgebildet, wobei zwei, symmetrisch zur Längsachse 14 angeordnete und senkrecht zur Zeichenebene der 2 verlaufende Seitenflächen 22, 23 sowie eine, senkrecht zur Längsachse 14 verlaufende Anlagefläche 24 für das Bondelement 1 vorgesehen ist.
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Die Längsausnehmung 16 für den Laserstrahl LS mündet im Bereich der Anlagefläche 24, wobei zwischen der Anlagefläche 24 und den Seitenflächen 22, 23 ein Radius 25 vorgesehen sein kann, d.h., dass der stirnseitige Endbereich 20 gerundet ausgebildet ist.
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Für die Führung des Bondelements 1 bis in den Bereich der Anlagefläche 24 ist ein von dem Werkzeugschaft 12 separates Element 26 in Form einer Führungsschiene 34 oder eines Führungsrohrs 28 vorgesehen. Das Führungsrohr 28 weist zwei, in Längsrichtung aneinander anschließende Abschnitte 30, 31 auf, die in einem ersten schrägen Winkel α von vorzugsweise zwischen 10° und 45° zueinander angeordnet sind. Der dem Endbereich 20 des Werkzeugschafts 12 zugewandte erste Abschnitt 30 verläuft darüber hinaus in einem zweiten schrägen Winkel β zur Längsachse 14 und endet nahe und oberhalb des Endbereichs 20 im Bereich einer Austrittsöffnung 32 für das Bondelement 1. Aus der Austrittsöffnung 32 tritt das Bondelement 1 heraus und wird um eine kurze Wegstrecke I frei bis in den Bereich der Anlagefläche 24 des Werkzeugschafts 12 geführt.
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Der zweite Abschnitt 31 verläuft vorzugsweise parallel und in einem Abstand zur Längsachse 14 des Werkzeugschafts 12. Der Querschnitt des Führungsrohrs 28 ist dem Querschnitt des Bondelements 1 angepasst, derart, dass das Führungsrohr 28 eine seitliche Führung für die Seitenflächen des Bondelements 1 ausbildet.
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Wenn anstelle eines Führungsrohrs 28 eine Führungsschiene 34 entsprechend der 3 verwendet wird, so weist die Führungsschiene 34 bevorzugt einen U-förmigen Querschnitt mit zwei Seitenwänden 35, 36 und einen die beiden Seitenwände 35, 36 miteinander verbindenden Basisschenkel 38 auf. Der Abstand zwischen den beiden Seitenwänden 35, 36 ist der Breite b des Bondelements 1 angepasst, damit die Seitenwände 35, 36 eine (seitliche) Führung für das Bondelement ausbilden.
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Das Bondwerkzeug 10, bei dem der Werkzeugschaft 12 und das Führungsrohr 28 bzw. die Führungsschiene 34 kinematisch miteinander verbunden sind, kann mittels im Einzelnen nicht dargestellter Antriebsmittel in Richtung der drei Raumachsen x, y und z bewegt werden.
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Beim Laserbonden wird das Bondelement 1 im ersten Verfahrensschritt unter die Anlagefläche 24 des Werkzeugschaftes 12 des Bondwerkzeuges 10 geführt. Im zweiten Verfahrensschritt wird das Bondelement 1 mittels der Bondwerkezeuges 10 auf die Kontaktfläche 2 des elektronisches Bauelements 3 oder auf ein Substrat angedrückt. In einem dritten Verfahrensschritt wird das Bondelement 1 mittels des Laserstrahls LS der Laserstrahleinrichtung 100 mit der Kontaktfläche 2 des elektronischen Bauelements 3 oder mit dem Substrat verschweißt. In einem vierten Verfahrensschritt wird das Bondelement 1 entweder durch eine nicht gezeigte Schneideinrichtung abgeschnitten oder durch eine vorbestimmte Abreissbewegung abgetrennt. In einer Variante zum vierten Verfahrensschritt wird das Bondwerkzeug zu einer weiteren Kontaktfläche oder eine andere Stelle des Substrats geführt und die ersten drei Verfahrensschritte wiederholt und mit dem vierten Verfahrensschritt abgeschlossen, so dass mittels des Bondelements 1 eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktfläche 2 des elektronischen Bauelements 3 oder dem Substrat und einer weiteren Kontaktfläche oder einer weiteren Stelle des Substrats hergestellt wird.
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Das soweit beschriebene Bondwerkzeug 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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