DE10216526A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Extrusion von Leiterbahnen mit einem durchgehenden Leiterstrang - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Extrusion von Leiterbahnen mit einem durchgehenden Leiterstrang

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extrusion von Leiterbahnen mit einem durchgehenden Leiterstrang (6). Hierzu ist eine Dispenservorrichtung (1), bestehend aus einer Plastifiziereinheit (2), einem Kapillarsystem (3) und einer Düsenvorrichtung (8), mit einem Führungsrohr (7) in der Düsenvorrichtung (8) ausgerüstet. Über das Führungsrohr (7) wird mittels eines Vorschubsystems (5) ein Leiterstrang (6) dem Profilstrang (4) der Dispenservorrichtung (1) zugefügt. Hierdurch ist es möglich, Leiterbahnen, bestehend aus Leitkleber, zu dispensen, welche beispielsweise einen dünnen Draht umfassen. Aufgrund des durchgehenden metallischen Kerns können somit Leitwerte realisiert werden, die im Bereich von Vollmetallverbindungen liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extrusion von Leiterbahnen mit einem durchgehenden Leiterstrang, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Mikrosysteme mit ihren vielfältigen Funktionen sind in zukunftsfähigen Pro­ dukten unverzichtbar. Die Leistungsfähigkeit dieser Systeme wird wesentlich davon mitbestimmt, ob eine auf den Anwendungszweck hin optimierte Auf­ bau- und Verbindungstechnik zur Verfügung steht. Die Vielzahl der in Mikro­ systemen miteinander zu verbindenden Werkstoffe bedingt Fügeverfahren, die deren spezifische funktionelle Eigenschaften erhalten und flexibel einzusetzen sind. So muß die Fügetechnik beispielsweise in der Lage sein, durch unter­ schiedliche thermische Ausdehnung bewirkte Spannungen in der Verbindungs­ zone zu minimieren und gleichzeitig langzeitbeständig eine belastbare hoch­ präzise Fixierung der Fügepartner zueinander gewährleisten.
In der Regel werden heutzutage hierzu sogenannte Leitklebstoffe verwendet. Unter Leitklebstoffen bzw. Leitklebern werden die Verbindungsmaterialien zwischen Bauteil und Substrat verstanden. Leitkleber bestehen aus einem leit­ fähigen Klebstoff, in der Regel ein Epoxid. Die elektrische Leitfähigkeit wird durch das Füllen des Klebstoffs mit leitfähigen Partikeln erreicht, so daß sich die Partikel gegenseitig berühren. Die Schwelle, ab welcher die Anzahl der Partikel genügt, um eine sichere Leitfähigkeit herzustellen (Perkolati­ onsschwelle) liegt bei ca. 50 Gew.-%-Anteil von Partikeln in der Klebstoff­ matrix. Während der Aushärtung des Leitklebers schrumpft der Klebstoff und die Silberpartikel werden aneinandergepreßt. Dieser Kontaktdruck wird durch die Klebstoffmatrix über die Lebensdauer aufrechterhalten. Die Leitklebstoffe sind in der Regel Dispersionen aus Licht- und/oder thermisch härtenden Kunstharzen und Metallpartikeln und werden üblicherweise im Sieb- oder Schablonen-Druckverfahren oder mit Hilfe von Dispensern auf die Schaltungs­ träger und Komponenten aufgetragen.
Bei der Verwendung von Leitklebstoffen stehen den Vorteilen wie Flexibilität, hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, geringe Kosten etc., jedoch erhebliche Nachteile gegenüber, die sich je nach Anforderungen an Funktionalität, Quali­ tät und die späteren Einsatzbedingungen der Verbindungs- oder Schaltungs­ technik zum Teil prohibitiv auswirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, daß für viele Anwendungen der Einsatz von Leitklebstoffen eine zu geringe Leitfähigkeit, insbesondere bei sehr dünnen Strukturen, aufweist. Des weiteren führen me­ chanische Beanspruchungen, wie z. B. Biegung, zu einer Degradation der Leitwerte. Auch können alterungsbedingte Gefügeveränderungen, wie z. B. Versprödung, die Leitwerte herabsetzen. Weiterhin ist problematisch, daß Leitklebstoffe relativ bruchempfindlich unter mechanischem Stress sind. Dies schränkt die Anwendung von Leitklebstoffen stark ein, so sind Schaltungen mit Leitklebstoffen z. B. nur bedingt im Automobilbereich einsetzbar. Als Nach­ teil erweist sich ferner, daß Gefügeveränderungen innerhalb der Leitklebstoffe bei Weiterverarbeitungsprozessen, wie etwa dem Laminieren, auftreten und dadurch die elektrischen Charakteristika beeinflußt werden. Auch sind die nur geringen möglichen Stromdichten nachteilig.
Aufgrund der geschilderten Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen elektrischer Verbindun­ gen zwischen Komponenten sowie eine entsprechende Vorrichtung an­ zugeben, mittels derer eine elektrische und hochleitfähige Verbindung zwi­ schen elektrischen Komponenten, insbesondere zwischen elektrischen Mikro­ bauteilen, möglich ist, wobei die Leitwerte dieser elektrischen Verbindung un­ abhängig von mechanischen Beanspruchen oder Alterung sind und ferner eine hohe Stromdichte möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Extrusion von Leiterbahnen mit einem durchgehenden Leiterstrang erfindungsgemäß durch folgende Verfah­ rensschritte gelöst: Dispensen eines kontinuierlichen Profilstranges mit einem durchgehenden Leiterstrang; anschließendes Stabilisieren und Verfestigen des Profilstranges auf einem Substrat; und Abtrennen des Profilstranges an der Anschlussfläche einer Komponente.
Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik und erschließt vollkommen neue Anwendungsfelder im Bereich der Fertigung von elektronischen Systemen. Durch die Verwendung der Dispenstechnologie ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders flexi­ bel einzusetzen, des weiteren ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit besonders hoch, so daß die Bestückung eines Schaltungsträgers zur Herstellung elektri­ scher Verbindungen zwischen Komponenten oder zum Aufbau von elektrisch, elektronischen und/oder elektromechanischen funktionalen Elementen, wie zum Beispiel Induktilitäten, Kapazitäten, Schalterkontakten etc., besonders kosteneffizient ist. Dadurch, daß beim Dispensen der Profilstrang mit einem durchgehenden Leiterstrang ausgebildet ist, können in vorteilhafter Weise die Nachteile der Dispenstechnologie nach dem Stand der Technik umgangen werden. Der kontinuierliche Profilstrang ist nämlich zum einen bruchunemp­ findlich bzgl. mechanischen Stresses, zum anderen kann die Beeinflussung der elektrischen Charakteristika durch Fügeveränderungen, etwa bedingt durch Weiterverarbeitungsprozesse wie Laminieren, vermieden werden. Von Vorteil ist weiterhin, daß in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stabilisie­ rung und die Verfestigung des Profilstranges auf dem Substrat vorgesehen ist. Des weiteren ist das Abtrennen des Profilstranges an der Anschlussfläche ei­ ner Komponente vorteilhaft, damit das Verfahren auch zur Herstellung von Verbindungen zwischen Komponenten, die räumlich voneinander getrennt sind, einsetzbar ist.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem wird ferner durch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens gelöst, wobei eine Dispenservorrichtung bestehend aus einer Plastifiziereinheit zum Aufschmelzen von thermoplastischem Ausgangsmateri­ al. einer Düsenvorrichtung mit einem Kapillarsystem zur Ausbildung eines kontinuierlichen Profilstranges aus dem aufgeschlossenen Ausgangsmaterial, und einem Vorschubsystem zum Vorschieben eines Leiterstranges in einem Führungsrohr vorgesehen ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Leiter­ strang in der Düsenvorrichtung dem aufgeschmolzenen thermoplastischen Ausgangsmaterial im Kapillarsystem zugefügt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglichkeit zur Durchfüh­ rung des vorstehend beschriebenen Verfahrens angegeben. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfach zu realisierende und dabei sehr effektive Aus­ führungsform. Durch den Einsatz einer Dispenservorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders kostengünstig zu gestalten. Be­ sonders vorteilhaft ist, daß der Leiterstrang in der Düsenvorrichtung der Dispenservorrichtung dem aufgeschlossenen thermoplastischen Ausgangsma­ terial zugefügt wird. Hierdurch kann erreicht werden, daß bei der Extrusion die Leiterbahn kontinuierlich mit einem durchgehenden Leiterstrang versehen ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind bzgl. des Verfahrens in den Unteransprüchen 2 bis 4 und bzgl. der Vorrichtung in den Unteransprüchen 6 bis 12 angegeben.
So ist für das Verfahren bevorzugt vorgesehen, daß vor dem Dispensen des kontinuierlichen Profilstranges im Verfahrensschritt a) das thermoplastische Ausgangsmaterial für den auszubildenden Profilstrang aufgeschmolzen wird. Im weiteren Verfahrensschritt wird dann das aufgeschmolzene Ausgangsmate­ rial durch eine Düsenvorrichtung bei gleichzeitigem Leiterstrangvorschub aus­ getrieben. Hierdurch ist ein besonders einfach zu realisierendes und dabei sehr effektives Verfahren zum Dispensen eines kontinuierlichen Profilstranges aus einem thermoplastischen Ausgangsmaterial erzielbar. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, daß das Ausgangsmaterial bereits als viskoses Ma­ terial vorliegt, so daß ein explizites Aufschmelzen entfällt.
Besonders bevorzugt ist die Vorschubstärke bzw. -menge des Leiterstrangvor­ schubes beim Austreiben des aufgeschmolzenen Ausgangsmaterials durch ei­ ne Düsenvorrichtung frei einstellbar. Dies ist besonders sinnvoll und vorteil­ haft, da hierdurch die hergestellte Leiterbahn mit dem durchgehenden Leiter­ strang entsprechend den jeweiligen Anwendungen optimal angepasst werden kann. So ist es beispielsweise möglich, bei Leiterbahnen mit einem großen Querschnitt die Vorschubstärke bzw. -menge entsprechend höher einzu­ stellen.
Zur Herstellung einer dauerhaften und sicheren Verbindung zwischen Bautei­ len bzw. Komponenten auf der Leiterplatte und dem Profilstrang ist es des weiteren in vorteilhafter Weise vorgesehen, nach dem Abtrennen des Stran­ ges an der Anschlussfläche der Komponente, diese mit dem Strang zu kontak­ tieren.
Als vorteilhafte Weiterbildung zur erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorge­ sehen, daß die Düsenvorrichtung an der Kapillarspitze ferner eine Schneidvor­ richtung zum Abtrennen des hinter der Kapillarspitze ausgebildeten Profil­ stranges umfasst. Eine derartige Schneidvorrichtung ist einfach zu realisieren und stellt dabei ein besonders geeignetes Mittel zum definierten und sauberen Abtrennen des ausgebildeten Profilstranges dar. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung, damit die Kontaktierung des Profilstranges an einer An­ schlussfläche einer Komponente möglichst sauber und exakt durchgeführt werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, die Schneidvorrichtung seitlich einzuschwenken und somit das Abtrennen des Stranges mit dem eingebette­ ten Leiter unterhalb der Kapillare zu verwirklichen.
Eine mögliche Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Dispenservorrichtung ferner ein Reinigungssystem zur Reinigung der Schneidvorrichtung umfasst. Durch ein derartiges Reinigungssystem wird er­ reicht, daß die Schneidvorrichtung nahezu wartungsfrei einsetzbar ist, so daß damit die Betriebskosten einer derartigen Vorrichtung deutlich reduziert wer­ den. Des weiteren sichert ein Reinigungssystem den problemlosen Einsatz der Schneidvorrichtung. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Lösungen denkbar.
Als vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorge­ sehen, daß eine Steuerungsvorrichtung die Leiterstrangvorschubstärke in dem Vorschubsystem einstellt und/oder eine Dosiervorrichtung den Kapillardurch­ satz des thermoplastischen Ausgangsmaterials in der Düsenvorrichtung do­ siert bzw. einstellt. Hierdurch ist es möglich, den Dispensprozeß in vorteilhaf­ ter Weise zu steuern und an die jeweiligen Anforderungen anzupassen. Durch die Dosiervorrichtung wird die Extrusion des Ausgangsmaterials geregelt, während unabhängig davon der Leiterstrangvorschub über die Steuerungsvor­ richtung eingestellt wird.
Eine mögliche Realisierung sieht vor, daß das Einstellen der Leiterstrangvor­ schubstärke durch eine Gasströmung erfolgt. Hierbei wird die Gasströmung im Führungsrohr erzeugt. In Abhängigkeit der Material- und Betriebsbedingungen (zum Beispiel mechanische Eigenschaft des Leiterstranges, rheologische Ei­ genschaften des aufgeschmolzenen Ausgangsmaterials, Verfahrgeschwindig­ keit des Dispensers etc.) werden Strömungsgeschwindigkeit und Wirkdauer der Gasströmung gesteuert, um jeweils passende Vorschubbedingungen zu erhalten. So ist beispielsweise auch die Anwendung von Schutzgasen denkbar, wenn unerwünschte chemische Reaktionen - zum Beispiel von Materialober­ flächen mit der Atmosphäre - unterbunden werden müssen. Mit diesem Vor­ schubsystem wird sichergestellt, daß der Leiterstrang vom fließenden Medium unter allen Betriebsbedingungen unter Wirkung von Zugkräften mitgenommen werden kann. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Vorrichtungen zum Einstellen der Leiterstrangvorschubstärke denkbar.
Besonders bevorzugt ist für das thermoplastische Ausgangsmaterial ein Leit­ kleber od. dgl. leitfähige Substanz vorgesehen. Leitkleber sind zur Herstellung für elektrische Verbindungen zwischen Komponenten auf einem Schaltungs­ träger bereits Stand der Technik. Sie haben den Vorteil, sehr flexibel, mit ge­ ringen Kosten und hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit mittels Dispenservor­ richtungen verarbeitet werden zu können.
Als Material für den Leiterstrang ist in vorteilhafter Weise ein Bonddraht vor­ gesehen. In dieser Ausführungsform weisen die hergestellten Leiterbahnen eine durchgehende metallische Leitung auf. Aufgrund des durchgehend metal­ lischen Kerns einer solchen Leiterbahn könnten Leitwerte realisiert werden, die im Bereich von Vollmetallverbindungen liegen. Somit sind hohe Stromdich­ ten möglich, ferner ist eine streß- oder alterungsbedingte Versprödung des Polymer-Metallsystems der Leiterbahn ohne Auswirkungen auf die elektrische Gesamteigenschaft, die im wesentlichen vom metallischen Kern bestimmt wird. Durch die hohe Duktilität des metallischen Drahtes wirken sich mechani­ sche Belastungen, wie zum Beispiel wiederholte Verbiegungen des Schal­ tungsträgers, nicht mehr auf die elektrischen Systemeigenschaften aus. Selbstverständlich kann anstelle eines z. B. Au-Bonddrahtes auch ein beliebi­ ger anderer dünner leitfähiger Draht eingesetzt werden.
Als Material für den Leiterstrang ist in einer besonders vorteilhaften Ausfüh­ rungsform eine separate oder zusätzliche Lichtleiterfaser vorgesehen. Somit ist es möglich, mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch elektroopti­ sche Bauelemente zu verbinden. Selbstverständlich ist aber auch eine Kombi­ nation aus einem leitenden Draht, wie Au-Bonddraht, mit einer Lichtleiterfaser denkbar.
In einer möglichen Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vor­ gesehen, daß das Abspulen des Leiterstranges über eine Leiterstrangabspul­ vorrichtung erfolgt. Der Leiterstrangvorrat befindet sich dann auf einem Wi­ ckelkörper, der auf einer entsprechenden Haltervorrichtung sitzt. In die Hal­ tevorrichtung ist die Leiterstrangabspulvorrichtung integriert. Derartige Sys­ teme sind aus der Halbleiter-Bondtechnik bekannt. Von daher kann hierbei bereits auf erprobte und technisch entwickelte Komponenten aus dem Stand der Technik zurückgegriffen werden, so daß die erfindungsgemäße Vorrich­ tung besonders kostengünstig zu realisieren ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figu­ ren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2a eine schematische Darstellung einer möglichen Realisie­ rung einer Düsenvorrichtung in der erfindungsgemäßen Dispenservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungs­ form;
Fig. 2b eine schematische Darstellung einer möglichen Realisie­ rung einer Düsenvorrichtung in der erfindungsgemäßen Dispenservorrichtung gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer möglichen Realisie­ rung eines Vorschubsystems;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer möglichen Realisie­ rung einer Leiterstrangabspulvorrichtung; und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer mittels des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens hergestellten Leiterbahn auf einem Substrat.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Dispenservorrichtung 1 um­ faßt dabei eine Plastifiziereinheit 2 zum Aufschmelzen bzw. Viskosieren eines Ausgangsmaterials 9, welches beispielsweise Leitkleber oder eine ähnliche leitfähige Dispersion darstellen kann. Das Viskoseausgangsmaterial 9 wird über ein Kapillarsystem 3 zu einer Düsenvorrichtung 8 geleitet, wodurch ein kontinuierlicher Profilstrang 4 aus dem Viskosenausgangsmaterial 9 ausgebil­ det wird. Der Profilstrang 4 wird dabei auf eine Substratoberfläche 13 aufge­ bracht. Eine derartige Substratoberfläche 13 könnte beispielsweise eine Lei­ terplatte darstellen.
Bevor der ausgebildete Profilstrang 4 jedoch die Substratoberfläche 13 kon­ taktiert, wird über ein Führungsrohr 7 dem Profilstrang 4 ein Leiterstrang 6 zugeführt. Der Leiterstrang 6 könnte beispielsweise ein dünner Bonddraht oder eine Lichtleiterfaser darstellen. Der Leiterstrang 6 ist ursprünglich auf ei­ ner Leiterstrangabspulvorrichtung 12 aufgewickelt. Die Leiterstrangabspulvor­ richtung 12 steuert das Abspulen und Ausziehen des Leiterstranges 6.
Zum Einstellen der Leiterstrangvorschubstärke dient ein Vorschubsystem 5. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt das Einstellen der Leiterstrangvorschubstärke durch eine Gasströmung. Des weiteren umfasst die Dispenservorrichtung 1 eine Dosiervorrichtung (nicht explizit dargestellt) zum Einstellen und Dosieren des Kapillardurchsatzes von viskosem Aus­ gangsmaterial 9.
Eine seitlich einzuschwenkende Schneidvorrichtung 10 dient zum Trennen des Profilstranges 4 mit dem eingelagerten Leiterstrang 6 unterhalb der Kapillare 3. Zum Abtrennen des Leiterstranges 6 von der Kapillarenspitze wird die Schneidvorrichtung 10 unmittelbar unter die Kapillare 3 geschwenkt, wobei die geöffneten Schneidwerkzeuge den Profilstrang 4 umgreifen. Ein elektro­ mechanischer oder pneumatischer Antrieb betätigt die Schneidwerkzeuge und durchtrennt auf diese Weise den Profilstrang 4 mit dem innen liegenden Lei­ terstrang 6. Danach wird die Schneidvorrichtung 10 wieder aus dem Arbeits­ bereich herausgeschwenkt und die Kapillare 3 freigegeben (nicht explizit dar­ gestellt).
Falls erforderlich kann, wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 gezeigt, ein entsprechendes Reinigungssystem 11 an der Ruheposition der Schneidvor­ richtung vorgesehen sein, das die Schneidwerkzeuge von eventuell anhaften­ den Rückständen leitfähiger Dispersion 9 säubert.
Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Realisierung einer Düsenvorrichtung 8 in der erfindungsgemäßen Dispenservorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Leiterstrang 6 über ein Führungsrohr 7 der Düsenvorrichtung 8 am Ende des Kapillarsystem 3 dem Profilstrang 4 zugeführt. Die Zuführung des Leiterstranges 6 erfolgt über ein entsprechendes Vorschubsystem 5 (nicht ex­ plizit dargestellt).
Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Realisierung einer Düsenvorrichtung 8 in der erfindungsgemäßen Dispenservorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Hierbei ragt das Führungsrohr 7 ko­ axial in die Düsenmündung bzw. Mündung der Kapillare 3. Die hier dargestell­ te Ausführungsform ermöglicht einen Betrieb der Dispenservorrichtung 1 bei dem das Viskoseausgangsmaterial 9 nicht kontinuierlich gefördert wird, son­ dern nur dann, wenn beispielsweise der Leiterstrang 6 kontaktiert oder me­ chanisch fixiert werden muß. Dies ist möglich, da die Leitfähigkeit nicht mehr von dem Ausgangsmaterial 9, beispielsweise einem Leitkleber, abhängt.
Diese Betriebsweise hat den Vorteil, daß der Verbrauch des Ausgangsmateri­ als 9 erheblich reduziert werden kann. Mittels der in Fig. 2b dargestellten Realisierung der Düsenvorrichtung 8 gemäß der zweiten Ausführungsform ist der obige Betrieb möglich, da der Leiterstrang 6 erst bei Bedarf am Austritt der Kapillare 3 von dem viskosen Ausgangsmaterial 9 umhüllt wird. Es sei hierbei darauf hingewiesen, daß anstelle von Leitklebern als Ausgangsmaterial 9 auch die Verwendung von leitfähigen Polymersystemen mit entsprechenden Klebeeigenschaften denkbar sind. Zur Isolation und Umhüllung des Leiter­ stranges 6 können aber auch nicht leitende Klebstoffe zum Einsatz kommen. Das beschriebene Extrusionsverfahren eignet sich auch zur Umhüllung von leitfähigen Dispersionen mit isolierenden Schichten oder zur Umhüllung von nicht leitenden Substanzen mit leitfähigen Dispersionen, zum Beispiel zur Ma­ terialeinsparung bei Leiterbahnen großen Durchmessers für Hochfrequenzan­ wendungen (Skin-Effekt).
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Realisierung ei­ nes Vorschubsystems 5. Der seitlich durch ein dünnes, abwärts gerichtetes Loch in der Kapillarenwand zugeführte Leiterstrang 6, zum Beispiel ein Au- Bonddraht, wird vom viskosen Ausgangsmaterial 9 (nicht explizit dargestellt) umhüllt und in Fließrichtung mitgenommen, so daß bei einer entsprechenden Bewegung der Dispenservorrichtung 1 ein Profilstrang 4 mit einem Leiter­ strangkern entsteht. Da die durch das fließende Medium (viskoses Ausgangs­ material 9) auf den Leiterstrang 6 wirkende Kräfte gering sind und somit ein direktes Abziehen des Leiterstranges zum Beispiel von einer Vorratsspule (nicht explizit dargestellt) nicht möglich ist, sollte der Leiterstrang 6 mit Hilfe eines geeigneten Vorschubsystems 5 unmittelbar bis an die Leiterstrangein­ trittsöffnung in der kapillaren Wand vorgeschoben werden, so daß eine annä­ hernd kräftefreie Mitnahme des Leiterstranges 6 durch das fließende Medium (viskoses Ausgangsmaterial 9) gewährleistet ist. Dabei wird der Vorschub des Leiterstranges 6 zum viskosen Ausgangsmaterial 9 korreliert.
Der Vorschub des Leiterstranges 6 wird in der in Fig. 3 dargestellten mögli­ chen Realisierung durch eine Gasströmung bewirkt, die in Leiterstrangvor­ schubrichtung im Führungsrohr 7 erzeugt wird. In Abhängigkeit der Material- und Betriebsbedingungen, wie etwa mechanische Eigenschaften des Leiter­ stranges 6, rheologische Eigenschaften des viskosen Ausgangsmaterials 9 oder die Verfahrgeschwindigkeit der Dispenservorrichtung 1, werden Strö­ mungsgeschwindigkeit und Wirkdauer der Gasströmung mittels einer Steue­ rungsvorrichtung (nicht explizit dargestellt) geregelt, um jeweils passende Vorschubbedingungen zu erhalten.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Anwendung von Schutzgas denk­ bar, wenn zum Beispiel unerwünschte chemische Reaktionen an der Material­ oberfläche mit der Atmosphäre unterbunden werden müssen. Mit dem darge­ stellten Vorschubsystem 5 wird sichergestellt, daß der Leiterstrang 6 vom fließendem Medium (viskoses Ausgangsmaterial 9) unter allen Betriebsbedin­ gungen ohne Wirken von Zugkräften mitgenommen werden kann.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Realisierung ei­ ner Leiterstrangabspulvorrichtung 12. Hierbei befindet sich der Leiterstrang­ vorrat auf einem Wickelkörper, der auf einer entsprechenden Haltevorrichtung sitzt. In dieser Haltevorrichtung ist die Leiterstrangabspulvorrichtung 12 in­ tegriert. Derartige Systeme sind aus der Halbleiterbondtechnik bekannt.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer mittels des erfindungsge­ mäßen Verfahrens hergestellten Leiterbahn auf einem Substrat 13. Während des Dispensprozesses wird ein Profilstrang 4 mit einem integrierten Leiter­ strang 6, der durch die Kapillarenspitze hindurchführt, ausgetrieben (nicht explizit dargestellt). Am Ende des Dispensvorganges wird mit Hilfe einer Schneidvorrichtung 10 der Profilstrang 4 mit dem Leiterstrang 6 unmittelbar am Ende der Kapillare 3 getrennt (nicht explizit dargestellt). Die erzeugten Profilstränge 4 enthalten somit einen durchgehenden Leiterstrangkern 6.
Aufgrund des durchgehenden Leiterstrangkerns eines solchen Profilstranges 4 können Leitwerte realisiert werden, die im Bereich von Vollmetallverbindun­ gen liegen, wenn als Leiterstrang 6 beispielsweise ein dünner; Draht wie ein Au-Bonddraht eingesetzt ist. Lediglich an den Anschlussflächen 14 der Kom­ ponenten oder des Schaltungsträgers ergeben sich Übergangswiderstände, die noch durch die elektrischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials 9, das bevorzugterweise Leitkleber ist, bestimmt werden. Aufgrund der geringen Schichtdicke zwischen dem Leiterstrang 6 und der Kontaktfläche 14 spielen diese Übergangswiderstände aber nur noch eine unbedeutende Rolle. Auch könnte eine direkte Kontaktierung über den Kerndraht erfolgen.
Eine Degradation der elektrischen Verbindung durch mechanischen Streß bzw. durch Alterung ist weitgehend ausgeschlossen, da sich die elektrische Funkti­ on des Profilstranges 4 nur noch auf den kleinen Bereich der Kontaktfläche beschränkt, wo sie auf kurzem Weg die elektrische Verbindung zwischen Kon­ taktfläche 14 und dem eingebetteten Leiterstrang 6 (Draht) gewährleisten muß und darüber hinaus nur noch der mechanischen Fixierung des Leiter­ stranges 6 auf der Kontaktfläche 14 oder dem Substrat 13 dient. Eine streß- oder alterungsbedingte Versprödung des Polymer-Leiterstrangsystems bleibt somit ohne Auswirkungen auf die elektrischen Gesamteigenschaften, die hier im wesentlichen vom metallischen Kern bestimmt werden.
Durch die hohe Duktilität des metallischen Drahtes wirken sich mechanische Belastungen, wie zum Beispiel wiederholte Verbiegungen des Schaltungsträ­ gers nicht mehr auf die elektrischen Systemeigenschaften aus.
Bezugszeichenliste
1
Dispenservorrichtung
2
Plastifiziereinheit
3
Kapillarsystem
4
Profilstrang
5
Vorschubsystem
6
Leiterstrang
7
Führungsrohr
8
Düsenvorrichtung
9
Viskoses Ausgangsmaterial; Leitkleber
10
Schneidvorrichtung
11
Reinigungssystem
12
Leiterstrangabspulvorrichtung
13
Substratoberfläche
14
Kontaktfläche

Claims (12)

1. Verfahren zur Extrusion von Leiterbahnen mit einem durchgehenden Leiterstrang, umfassend folgende Schritte:
  • a) Dispensen eines kontinuierlichen Profilstrangs mit einem durchgehenden inneren Leiterstrang;
  • b) Stabilisieren und Verfestigen des Profilstrangs auf einem Substrat; und
  • c) Abtrennen des Profilstrangs an der Anschlußfläche einer Kompo­ nente.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden weiteren Schritten vor Schritt a):
  • 1. Aufschmelzen von thermoplastischem Ausgangsmaterial für einen auszubildenden Profilstrang;
  • 2. Austreiben des aufgeschmolzenen Ausgangsmaterials durch eine Düsenvorrichtung bei gleichzeitigem Leiterstrangvorschub.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubstärke beim Leiterstrangvorschub im Verfahrensschritt a2) frei einstellbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit ferner fol­ gendem weiteren Verfahrensschritt nach Verfahrensschritt c):
  • a) Kontaktierung des abgetrennten Profilstranges an der Anschlussflä­ che der Komponente.
5. Vorrichtung zur Extrusion von Leiterbahnen nach einem der Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, mit einer Dispenservorrichtung (1) bestehend aus einer Plastifiziereinheit (2) zum Aufschmelzen von thermoplasti­ schem Ausgangsmaterial (9), einer Düsenvorrichtung (8) mit einem Ka­ pillarsystem (3) zur Ausbildung eines kontinuierlichen Profilstrangs (4) aus dem aufgeschmolzenen Ausgangsmaterial (9) und einem Vorschub­ system (5) zum Vorschieben eines Leiterstranges (6) in einem Füh­ rungsrohr (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterstrang (6) in der Düsenvorrichtung (8) dem aufgeschmolzenen thermoplastischen Ausgangsmaterial (9) im Kapillarsystem (3) zugefügt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenvorrichtung (8) an der Kapillarspitze eine Schneidvorrichtung (10) zum Abtrennen des hinter der Kapillarspitze ausgebildeten Profil­ strangs (4) umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Reinigungssystem (11) zur Reinigung der Schneidvorrichtung (10).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung zum Einstellen der Leiterstrangvorschubstärke in dem Vorschubsystem (5) und/oder eine Dosiervorrichtung zum Einstel­ len und Dosieren des Kapillardurchsatzes von aufgeschmolzenem ther­ moplastischen Ausgangsmaterial (9) in der Düsenvorrichtung (8).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellen der Leiterstrangvorschubstärke durch eine Gasströmung erfolgt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgeschmolzene thermoplastische Ausgangsmaterial (9) ein Leit­ kleber od. dgl. leitfähige Substanz, insbesondere ein Polymer, ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterstrang (6) ein Bonddraht und/oder eine Lichtleiterfaser ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch eine Leiterstrangabspulvorrichtung (12) zum Abspulen des Leiterstran­ ges (6).
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