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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufrichten und Festhalten
magnetisierbarer Werkstücke, insbesondere Halbleitersysteme oder Teile von Halbleiterbauelementen,
auf einem Träger.
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Die Handhabung zahlreicher Ausführungsformen von Werkstücken ist wegen
deren Kleinheit und geringen Stabilität äußerst schwierig. So führt die Handhabung
von Kleinteilen mit Pinzetten oder anderen mechanischen, elektrischen, pneumatischen
oder hydraulischen Spannelementen nicht selten zur Beschädigung derselben durch
Abbrechen, Verbiegen usw. Die sorgfältige Massenbehandlung und Massenbearbeitung,
z. B. beim Sortieren, Lackieren, Beizen, Galvanisiere, Ätzen, Tauchlöten usw., von
kleinen Werkstücken, wie z. B. Bauelementeteilen, Kontakten, Halbleitersystemen
ist zumeist nur durch zeitraubende Einzelmanipulationen möglich.
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Die Bearbeitung von Werkstücken läßt sich schematisch in fünf Abschnitte
zerlegen: a) Auswahl und Aufnahme der Werkstücke, b) Ausrichten der Werkstücke in
die Stellung ihrer Bearbeitung, c) Transport zur Bearbeitung, d) Bearbeitung, e)
Sammeln der bearbeiteten Werkstücke. Besonders zweckmäßig sind Verfahren, bei denen
mindestens zwei der gleichzeitig durchführbaren Abschnitte zur Ausführung kommen.
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Es ist bereits ein Verfahren zur magnetischen Aufhängung von Werkstücken
bekanntgeworden, bei dem für jedes aufzuhängende Werkstück ein eigener Magnet vorgesehen
ist.- Dieses Verfahren ist nur bei Werkstücken größerer Abmessungen günstig, und
außerdem kommen dabei die Werkstücke mit dem Magnet direkt in Berührung. Darüber
hinaus ist die Maßnahme, für jedes Werkstück einen eigenen Magnet vorzusehen bei
einem Verfahren zum Aufrichten und Festhalten magnetisierbarer Werkstücke, insbesondere
Halbleitersysteme oder Teilen von Halbleiterbauelementen< aus zwei Gründen nicht
durchführbar: 1. müßten bei der Kleinheit der Halbleitersysteme bzw. der Teile von
Halbleiterbauelementen die Magnete sehr klein sein, so .daß der Aufwand der Magnete
dieser Abmessungen sehr groß wäre und 2. wäre bei der Vielzahl der in einem Massenfertigungsverfahren
zu behandelnden Bauelemente die notwendige Anzahl der Magnete untragbar hoch.
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Gemäß der Erfindung werden bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art die Nachteile bekannten Verfahren dadurch vermieden, daß die Werkstücke auf
die beispielsweise aufgerauhte Oberfläche (Auflagefläche) des aus einem magnetisierbaren
Material mit geringer Remanenz bestehenden Trägers aufgebracht werden, daß ein senkrecht
von der Auflageflache ausgehendes, durch Magnete erzeugten, innerhalb der Abmessungen
der magnetisierbaren Werkstücke an der Auflagefläche senkrecht oder nahezu senkrecht
zu dieser verlaufendes Magnetfeld erzeugt wird, und daß dessen Feldstärke zur Auflagefläche
hin zunimmt, mit einem durch die gesamte Auflagefläche nahezu konstanten Fluß.
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Der große Vorteil, den das Verfahren gemäß der Erfindung aufweist,
besteht darin, daß die gleichzeitige Handhabung zahlreicher als ganze oder in Abschnitten
magnetisierbarer Werkstücke ermöglicht und vereinfacht wird und daß Bearbeitungsabschnitte
zusammengefaßt werden können.
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Die zunächst regellos auf einem Träger befindlichen, z. B. auf diesen
aufgeschütteten Werkstücke, richten sich unter der Einwirkung eines zur Oberfläche
des Trägers - im folgenden Auflagefläche genannt - senkrechten Feldes über ihre
kleinste Fläche auf und stellen sich gemäß dem durch die eingebrachten Werkstücke
veränderten Kraftlinienverlauf ein, derart, daß der magnetische Widerstand des aus
Magnet-Trägermagnetisierbares Werkstück gebildeten magnetischen Kreises ein Minimum
wird. Die magnetisierbaren Werkstücke stehen, dann senkrecht oder unter einem bestimmten
Winkel zur Auflagefläche entsprechend dem Kraftlinienverlauf unmittelbar an und
über der Auflagefläche längs den Werkstücken in Bereichen, die den Abmessungen der
Werkstücke entsprechen. Um eine möglichst große Auflagefläche als Arbeitsfläche
zur Verfügung zu haben, ist die Anordnung der Magnete zweckmäßigerweise so vorzunehmen,
daß der magnetische Fluß in jedem Teilbereich der Auflagefläche möglichst der gleiche
ist. Der Träger mit seiner Auflagefläche für die zu behandelnden Werkstücke muß
nicht notwendigerweise aus einem magnetisierbaren Material hergestellt sein; die
Anwendung eines magnetisierbaren Materials mit geringer Remanenz ist zweckmäßig,
da hierdurch die günstigste Kraftlinienverteilung gewährleistet wird und da- in
diesem Fall nach Entfernung des Feldes die bearbeiteten Werkstücke am leichtesten
einzusammeln sind. Durch bestimmte Formgebung der Auflagefläche kann erreicht werden,
daß die zu behandelnden Werkstücke nur oder bevorzugt an bestimmten Stellen derselben
festgehalten werden.
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Im Prinzip ist es auch möglich, keine eigene Trägerplatte zu verwenden,
sondern als Träger die Polseite eines Magnets, also entweder die Nordpol-oder Südpolseite
unmittelbar als Auflagefläche zu verwenden.
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Bei der Verwendung einer gleich großen Anzahl von Magneten ist die
Auflagefläche unter Verwendung eines Trägers, z. B. aus Weicheisen, größer als die
Auflagefläche, die den verwendeten Polflächen der Magnete entspricht.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele von Anordnungen zur Durchführung
des Verfahrens der Erfindung bei der Behandlung von Halbleitersystemen, und zwar
zeigt F i g. 1 einen Aufriß einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, F i g. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach F i g. 1, F i g. 3 eine
weitere Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 4 eine
Seitenansicht der Anordnung nach F i g. 3, F i g. 5 eine abgewandelte Anordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, F i g. 6 eine Seitenansicht der
Anordnung nach F i g. 5, F i g. 7 eine weitere Ausführungsmöglichkeit einer Anordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
F i g. 8 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht der Anordnung nach F i g. 7, F i g. 9 eine
Ausführungsform eines Trägers, auf dem bei einer Anordnung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens Halbleiterbauelemente aufgerichtet und festgehalten
werden können, und F i g. 10 einen vergrößerten Ausschnitt des Trägers nach F i
g. 9.
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Gemäß F i g. 1 und 2 stehen sich zwei auf einer Grundplatte festgeschraubte
Stabmagnete 1 im Abstand von etwa 8 cm gegenüber, und zwar so, daß gleichnamige
Pole einander zugekehrt sind. Zwischen sie ist eine Blechplatte 2 (Träger) aus Weicheisen
einschiebbar, die an zwei gegenüberliegenden Seiten rechtwinklig umgebogen ist und
so groß ist, daß die umgebogenen Flächen 4 (Seitenflächen) unter Freilassung eines
möglichst kleinen Luftspalts an den sich gegenüberstehenden Endflächen gleichnamiger
Magnetpole 3 anliegen. Zur Halterung des einschiebbaren Trägers können zusätzlich
an der Grundplatte Federn vorgesehen sein, die den Träger an die Grundplatte andrücken.
Durch diese Anordnung wird der Kraftlinienverlauf so verformt, daß Kraftlinien überall
senkrecht von der Weicheisenplatte 2 ausgehen, wodurch, abgesehen von den nicht
an den gleichnamigen Polen anliegenden Rändern, unmittelbar über der Auflagefläche
5 der Weicheisenplatte ein annähernd homogenes Magnetfeld entsteht. Schüttet man
nun die auf rechteckigen Nickelblechplättchen auflegierten Halbleitersysteme 6 auf
die Auflagefläche des Trägers, so richten sich diese noch während des Aufschüttens
in Richtung der Kraftlinien aus und kommen auf ihrer kleinsten Seitenfläche - die
durch die kürzere Kante des Rechtecks bestimmt ist - zum Stehen. Wenn sich einzelne
Plättchen während des Aufschüttens gegenseitig behindern, kommen sie teilweise auch
auf der längeren Seitenkante des Rechtecks zum Stehen, da diese Lage ebenfalls eine
stabile Gleichgewichtslage darstellt. Nie komen Plättchen zur Ruhe, indem sie bei
Anwesenheit des Magnetfeldes auf der Auflagefläche flach aufliegen. Falls notwendig,
können die Plättchen noch durch Anfassen mit einer Pinzette oder einfach durch Weiterschieben,
z. B. mit einem feinen Draht, verschoben und in bestimmter, gewünschter Weise angeordnet
werden. Die Plättchen bleiben dabei stets in ihrer aufgerichteten Stellung und haften
an der Unterlage, so daß z. B. zur Behandlung der Plättchen mit Säuren (Anätzen
der Oberfläche) die ganze aus den Magneten und dem Träger mit den Plättchen bestehende
Anordnung umgedreht und in einem Rahmen in das Ätzbad gesenkt werden kann, derart,
daß die Halbleitersysteme bis zu einer gewünschten Höhe in das Ätzmittel eintauchen.
Zur Abnahme der Nickelplättchen nimmt man die ganze Anordnung aus dem Rahmen heraus
und zieht den Träger mit den nach unten hängenden Systemen über einer flachen Schachtel,
Porzellanschale od. dgl. von den Magneten ab, wobei die Werkstücke in die darunterstehende
Sammelvorrichtung fallen. Es kann auch so verfahren werden, daß Träger und Magnete
zunächst getrennt sind und daß man die zu behandelnden magnetisierbaren Werkstücke
auf dem unmagnetisierten Träger verteilt, worauf man diesen zwischen die gleichnamigen
Magnetpole setzt. Unter der ausrichtenden Wirkung des Feldes richten sich dann die
Werkstücke wieder in Feldrichtung aus.
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Statt zweier Magnete können auch vier Magnete verwendet werden, die
eine quadratische oder recht= eckige Auflagefläche längs deren Seiten umschließen;
derart, daß gleichnamige Pole nebeneinandergereiht werden.
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Eine andere günstige Ausführungsform zeigen F i g. 3 und 4. Der Träger
ist hierbei massiv oder als Hohlkörper ausgebildet. Sein Querschnitt kann kreisförmig
oder rechteckig sein. Trägerkörper mit den angegebenen Querschnitten können auch
konisch zulaufen, wobei zweckmäßigerweise die größere Endfläche des Trägers dem
Magnet zugewandt ist. An dem einen Ende des in F i g. 4 gezeigten walzenförmigen
Trägerkörpers 2' aus magnetisierbarem Material ist ein plattenförmiger Dauermagnet
1' angebracht. Eine Polfläche 3' dieses Magnets liegt an der Endfläche des Trägers
an. Ähnlich ist die in F i g. 5 und 6 gezeigte Ausführungsform, bei der an beiden
Endflächen der magnetisierbaren Trägerwalze 2" die Flächen 3" gleichnamiger Pole
zweier Magnete 1" anliegen. In beiden Fällen stellen sich die auf die Mantelfläche
der Trägerwalze aufgebrachten Werkstücke 6 bzw. 6' in Radialrichtung ein. Die Trägerwalze
kann nun mit oder ohne Mitbewegung der Magnete gedreht und die aufgebrachten Werkstücke
dabei sukzessive in ein Flüssigkeitsbad, z. B. Lack, eingetaucht werden. Nach dem
Durchgang durch das Bad werden die behandelten Werkstücke von der gleichmäßig oder
schrittweise rotierenden Trägerwalze abgenommen und neue aufgebracht, wodurch ein
kontinuierlicher Betrieb möglich ist.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit ist in F i g. 7 und 8 dargestellt.
Der Träger ist hierbei ein Weicheisenring oder Weicheisenrohr 2"', an dessen Umfang
Dauermagnete 1"' derart angeordnet sind, daß die Polflächen gleichnamigerMagnetpole
stets amWeicheisenring 2"' anliegen. Die magnetisierbaren Werkstücke 6"' befinden
sich innerhalb des vom Ring umschlossenen Gebiets. Bedingung für die Anwendbarkeit
dieser Anordnung zum Ausrichten und Festhalten magnetisierbarer Werkstücke - z.
B. bei Trockenpressen in Röhren - ist, daß die Polflächen etwa gleichlang oder länger
als der Weicheisenhohlzylinder sind.
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Der Trägerkörper muß nicht in jedem Fall notwendigerweise aus magnetisierbarem
Material bestehen. Magnetisierbares Material ist zweckmäßig, da der Kraftlinienverlauf
dann so ist, daß stets eine zur Auflagefläche senkrechte oder angenähert senkrechte
Ausrichtung der Werkstücke an der Auflagefläche stattfindet. Bei Verwendung eines
Trägers aus magnetisierbarem Material ist ein Material mit geringer Remanenz für
die meisten Anwendungsfälle am zweckmäßigsten, da es ein sofortiges Abhorden der
Werkstücke nach Entfernung des Magnetfeldes erlaubt.
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Um einen möglichst ungehinderten Kraftlinienfluß zwischen den Magneten
und einem magnetisierbaren Träger zu erzielen, ist der Luftspalt zwischen Magneten
und Träger möglichst klein zu halten.
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Es versteht sich, daß statt der Dauermagnete auch Elektromagnete verwendet
werden können, wobei sich das Auf- und Abhorden durch An- und Abschalten des den
Elektromagnet erregenden Stromes durchführen läßt. Durch Veränderung des erregenden
Stromes kann außerdem in diesem Fall ein Aussortieren der Werkstücke durchgeführt
werden.
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Die Ausrichtung der Werkstücke kann durch eine Riffelung der Auflagefläche
in Form von Rillen oder
Vertiefungen noch verbessert werden. Das
Riffelmuster entspricht dabei der gewünschten Anordnung der plättchenförmigen Werkstücke
auf der Auflagefläche bei einem flachen plattenförmigen Träger, also z. B. zu einer
Seitenkante parallele Linien, wenn die Werkstücke in parallelen Reihen angeordnet
werden sollen. Bei einem walzenförmigen Träger 7 ist die Riffelung 8 gemäß
F i g. 9 (Querschnitt durch die Trägerwalze) zweckmäßig, wenn die Werkstücke in
Radialrichtung ausgerichtet und festgehalten werden sollen. Die Werkstücke 6 haften
an den Spitzenpunkten 9 der Riffelung .8, wie in F i g.10 gezeigt (Ausschnitt des
Querschnitts).
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Die Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung ist nicht auf Werkstücke
beschränkt, die :als ganze magnetisierbar sind; :die Werkstücke können vielmehr
auch nur teilweise aus magnetisierbarem Material bestehen oder vorübergehend zur
Bearbeitung mit einem magnetisierbaren Ansatz versehen sein. Als Behandlungs- und
Bearbeitungsvorgänge sind nicht nur das vorher erwähnte Atzen und Lackieren möglich,
sondern auch andere Behandlungs- und Bearbeitungsarten, sofern nur die Curietemperatur
des magnetisierbaren Trägers und/oder des Werkstücks als Ganzes nicht überschritten
wird, so daß die Haftung verschwindet, z. B. also Punktschweißen an Halbleitersystemen,
Silikonieren, Isolieren durch Schutzlackierung, Galvanisieren, Tauchlöten, Montieren
von Werkstücken.