DE1790039B2 - Einrichtung zum gleichzeitigen verbinden von anschlussleitern eines elektrischen bauelementes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gleichzeitigen Verbinden von Anschlußleitern eines elektrischen Bauelements mit diesem durch Verschweißen mittels einer durch eine entsprechende Optik linienförmig abgebildeten Strahlung einer Quelle elektromagnetischer Energie.

Die beiden neuerdings entwickelten Techniken zur Herstellung integrierter Schaltkreise, die in dem »Bell Laboratories Record« vom Oktober/November 1966, insbesondere S. 293 bis 298, erläutert sind, gestatten die Massenherstellung von Schaltkreisen mit der hohen für Nachrichtenübertragungssysteme erforderlichen Qualität. Zum Beispiel können aktive Bauteile, vie Transistoren und Dioden, unter Verwendung der Halbleitertechnik und passive Bauteile, wie Widerstände und Kondensatoren, unter Verwendung der Dünnfilmtechnik hergestellt werden. Es ist jedoch wesentlich, daß derartige Halbleiterkreise zuverlässig mit den zugehörigen Dünnfilmkreisen verbunden werden, um zusammengesetzte integrierte Schaltkreise herzustellen, welche den hohen Ansprüchen genügen, die für die Verwendung in Nachrichtenübertragungsystemen zu stellen sind. Eine weitere, in der Praxis wichtige Forderung besteht darin, derartige Verbindungen wirtschaftlich herstellen zu können.

Strahlungsenergie, z.B. Infrarotstrahlung oder Laserstrahlung, kann auch zum Herstellen elektrischer Verbindungen benutzt werden. So ist es bekannt, Leiteranschlüsse an elektrischen Bauelementen einzeln durch Laserstrahleinwirkung anzubringen (USA.-Patentschriften 3 304 403 und 3 402 460). Diese Art des Anbringens der Leiteranschlüsse ist langwierig und zeitraubend und oftmals unwirtschaftlich.

Weiter ist es bekannt, mehrere derartiger, entlang einer '.ieraden ausgerichteter Anschlüsse auch gleichzeitig durch die Einwirkung von Energiestrahlen herzustellen, indem -_in Kristall (USA.-Patentschrift 3 283 124) oder ein langgestreckter Reflektor mit einer darin angeordneten Strahlungsquelle (USA.-Patentschrift 3 374 531) zur Konzentration der Strahlung angewandt werden. Derartige Einrichtungen sind aber nicht geeignet, die Leiteranschlüsse eines flächigen Bauelements entlang seiner gesamten L'mfanglinie herzustellen. Selbst wenn man sie entsprechend ausgestalten wollte, um das zu erreichen, würden sie aufwendig und unhandlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, gleichzeitig die Leiteranschlüsse eines flächigen Bauelements entlang seiner gesamten Umfangsfläche herzustellen.

Diese Aufgabe wird mit der eingangs genannten Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Herbeiführung eines die Seiten eines Polygons bildenden Strahlungsabbildes die Optik eine zusammengesetzte Linse aufweist, die aus so vielen halbzylindrischen Linsenstücken besteht, wie das zu bildende Polygon Seiten enthält.

Hierzu ist noch auszuführen, daß durch die Patentschrift 34 167 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin e<r.e Anordnung zur Erzeugung einer Ringbeleuchiung fur Mikroskope bekannt ist. Wi der zwischen dem Bild der Lichtquelle, welches in einer vor der Aperturblende liegenden Ebene erscheint, und der Aperturblende ein Toroid angeordnet ist, beispielsweise in Form einer halbzylindrischen Linse, deren Achse kreisförmig gebogen ist, so daß das Bild der Lichtquelle in der Aperturblende als leuchtende Ringzone abgebildet wird, die eine wesentlich größere Apertur hat als das Bild der Lichtquelle nach der Köhlerschen Beleuchtung.

Bei einer Ausführungsform der neuen Einrichtung zur Herstellung von Leiteranschlüssen an einem quadratischen flächigen Bauelement ist die zusammengesetzte, halbzylindrische Linse durch vier halbzylindrisciie Linsenstücke gebildet, wobei jedes Linsenstück die Gestalt eines rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreiecks hat und die dem rechten Winkel gegenüberliegende Seite senkrecht zum halbzylindrischen Querschnitt des Linsenstückes liegt.

Eine zylindrische Linse hat die Form eines halben Zylinders, also eines Zylinders, der in Längsrichtung geteilt ist. Ein Querschnitt senkrecht zur Längsachse der zylindrischen Linse ist also ein Halbkreis. Derartige Linsen werden in der Optik als zylindrische Linsen bezeichnet.

Zylindrische Linsen haben die Eigenschaft, parallele Lichtstrahlen zu einer Linie zu fokussieren, wobei die Linie in der Brennebene parallel zur Längsachse der Linse liegt. Eine zylindrische Linse kann in zylindrische Liiisenstücke zerschnitten werden, die irgendeine gewünschte Form aufweisen und dabei doch die Eigenschaft behalten, parallele Lichtstrahlen zu einer Linie zu fokussieren.

Als Quellen der elektromagnetischen Strahlung kommen Infrarot-, Ultraviolett-, Lichtbogen- oder

Plasmastrahlen in Betracht; insbesondere kann ein Laser verwendet werden.

Die Optik der erfindungsgemäßen Einrichtung kann weitere, verstellbare Linsen aufweisen, die eine Veränderung der Größe des abzubildenden Strahlungspolygons ermöglichen, so daß sie in Verbindung mit flächigen Bauelementen ähnlicher Konfiguration, aber unterschiedlicher Größe benutzt werden kann.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand einiger, in der Zeichnung dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 bis 4 zusammengesetzte zylindrische Linsen, die zur Herbeiführung von Strahlungsabbildungen geeignet sind, die verschiedene Polygone darstellen,

F i g. 5 bis 7 ein optisches System mit einer zusammengesetzten zylindrischen Linse, mit dem die Größe eines durch die zusammengesetzte I inse herbeigeführten Strahlungsabbildes einstellbar ist.

Die F i g. 1 zeigt ein elektrisches Bauelement 20, das eine Vielzahl von Anschlußleitern 21 aufweist, die von jeder Seite 22 des Bauelementes ausgehen. Ls gib zahlreiche derartige Bauelemente in Form sogenannter integrierter Schaltkreise, von denen mehr als 100 Leiter ausgehen. Es ist langwierig, zeitraubend und kostspielig, jeden Leiter 21 einzeln zu verbinden.

Hine gleichzeitige Leiterverbindung wird dadurch erreicht, daß man den Leitern 21 die Strahlungsenergie in Form eines die Seiten eines Vierecks bildenden Strahlungsabbildes 23 zuführt. Dieses Strahlungsabbild 23 kann im wesentlichen dieselbe Gestalt aufweisen wie de^r Umfang des Werkstückes 20, sie kann durch eine Vielzahl von Linien 24 aus fokussierter Strahlungsenergie gebildet werden, wobei die Linien im allgemeinen parallel zu den Seiten 22 des Werkstücks 20 liegen und einen vorbestimmten Abstand von jeder Seite aufweisen.

Bei manchen Anwendungen kann es wünschenswert sein, daß das Strahlungsabbild aus einer unterbrochenen Linie besteht, um das Zuführen der Strahlungsenergie auf vorbestimmte Gebiete zu beschränken. Bei zahlreichen Anwendungen ist es ferner nicht wichtig, daß die Linien des Strahlungsabbildes geschlossen sind, d. h. sich an den Ecken der Umfangsfigur schneiden. Es ist beim Anschluß der Vielzahl von Leitern nämlich nur notwendig, daß die Strahlungsenergie auf jeden anzuschließenden Leiter einwirkt. Häufig ist es sogar nicht erwünscht, daß die Strahlungsenergie andere Flächen trifft.

Die zylindrischen Linsenstücke können auch so angebracht werden, daß sie relativ zueinander verschoben werden können (nicht dargestellt), um die Größe des eine Umfangsfigur darstellenden Strahlungsabbüdes 23 ohne Verwendung des optischen Systems 51 einzustellen. Zum Beispiel kann die durch die Linien 24 gebildete Umfangsfigur, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, durch Auseinanderschieben gegenüberliegender zylindrischer Linsenstücke 31 vergrößert werden. Die Linien 24 schneiden sich dann nicht mehr, doch ist dies bei manchen Anwendungen nicht wichtig. Es geht dann aber unfokussierte Strahlungsenergie zwischen den Linsenstükken hindurch. Wenn diese für das Werkstück schädlich ist, kann sie in irgendeiner geeigneten Weise abgedeckt werden, z.B. durch Anbringen einer reflektierenden Folie über dem Spalt zwischen den Linsenstücken bzw. allgemein durch eine Maske.

Die Maske kann aus irgendeinem lichtundurchlässigen oder reflektierendem Material bestehen, das so durchbohrt ist, daß ein gewünschtes Strahlungsabbild gebildet wird. Beispielsweise kann ein stark reflektierender Film (nicht dargestellt) wie Gold oder Silber auf einer Glasplatte (nicht dargestellt) aufgebracht und eine gewünschte Figur in den reflektierenden Film eingeätzt werden. Auf diese Weise werden von dem reflektierenden Film ungewünschte Teile des

ίο Strahls reflektiert oder abgedeckt, während das gewünschte Strahlungsabbild durch die Glasplatte übertragen wird. Durch Vorsehen einer Vielzahl von Masken, durch Formen des Strahls 33 in verschiedene Umfargsfiguren bzw. Strahlungsabbilder und durch Vorsehen einer Vielzahl von Linsen mit verschiedenen Brennweiten kann eine gewünschte Figur des Strahlungsabbildes erreicht und dann auf die gewünschte Größe eingestellt werden.

Wie insbesondere aus den F i g. 1 und 2 hervorgeht, kann die zusammengesetzte zylindrische Linse 26 z. B. aus vier im wesentlichen gleichen, zylindrischen Linsenstücken 31 bestehen, die die Form von rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecken haben. Eine auf diese Weise entstandene zusammengesetzte zylindrische Linse hat Jne quadratische Form (siehe Fig. 1 und2). Jedes Linsenstück 31 der zusammengesetzten Linse 26 fokussiert parallele Strahlen eines gesammelten Energiestrahls 33 zu einer Linie, so daß vier Linien 24 aus fokussierter Strahlungsenergie entstehen. Da die Querschnitte 36 benachbarter Linsenstücke senkrecht zueinander stehen, definieren die Linien 24 zwei Paare von parallelen Linien, weiche sich unter rechtem Winkel schneiden, so daß der Umfang eines Quadrats entsteht.

Die F i g. 3 zeigt eine zusammengesetzte zylindrische Linse 26 mit rechteckiger Form, die durch Zusammensetzen von zwei trapezförmigen zylindrischen Linsenstücken 42 und zwei dreieckigen zylindrischen Linsenstücken 43 gebildet ist.

F i g. 4 zeigt eine zusammengesetzte Linse 26 in Form eines Dreiecks, die durch Zusammensetzen von drei dreieckigen Linsenstücken 47 gebildet ist.
Da eine gekrümmte Linie durch eine Reihe von kurzen geraden Linien angenähert werden kann, kann der Strahl 33 durch eine geeignete zusammengesetzte zylindrische Linse so geformt werden, daß ein Strahlungsabbild entsteht, mit dem die Bearbeitung des Umfangs auch eines Werkstücks möglich

ist, das gekrümmte Begrenzungslinien aufweist. Ein Strahlungsabbild mit gekrümmtem Umfang kann auch durch Verwenden einer einstückigen zylindrischen L.ise gebildet werden, die so geformt ist, wie es das gewünschte Abbild vorschreibt. Bei dieser

Kurve handelt es sich um die Bildung eines Polygons aus unendlich vielen kurzen Seiten, wozu die entsprechende zusammengesetzte Linse gewissermaßen aus unendlich vielen Stücken besteht, die dann in ihrer Gesamtheit als einstückiger Körper hergestellt wer-

den. Eine derartige Linse kann z. B. durch das bekannte Preßverfahren hergestellt werden.

Die zusammengesetzten Linsen können z. B. durch Zusammenkleben der einzelnen Linsenstücke mit einem optischen Klebemittel oder durch mechanisches Zusammenhalten der Linsenstücke zwischen zwei Deckplatten gebildet werden.

Die Fig. 5 und6 zeigen ein optisches System51, das zur Einstellung der Größe des eine Umfanesfieur

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bildenden Strahlungsabbildes 23 geeignet ist (Fig. 7), so daß die gleiche zusammengesetzte zylindrische Linse zur Formung des gesammelten Strahls 33 für eine Vielzahl von Werkstücken verwendet werden kann, die die gleiche Form, jedoch verschiedene Abmessungen haben.

F i g. 5 zeigt die Wirkung des optischen Systems bei parallelen Strahlen, welche die zylindrische Linse 52 in einer durch einen Querschnitt der Linse definierten Ebene treffen, während die F i g. 6 die Wirkung des optischen Systems bei parallelen Strahlen zeigt, welche die zylindrische Linse 52 in einer Ebene senkrecht zum Querschnitt treffen. Das optische System 51 kann zusammen mit einer einfachen zylindrischen Linse 52 verwendet werden und auch mit einer zusammengesetzten zylindrischen Linse, wie sie in F i g. 7 dargestellt ist.

Das optische System 51 enthält die Linsen 53 und 54, die optisch so ausgerichtet sind, daß ihre Brennebenen in der Ebene 56 zusammenfallen. Die zylindrische Linse 52 ist ferner optisch mit den Linsen 53 und 54 ausgerichtet, ihre Brennebene fällt mit einer Brennebene der Linse 53 in der Ebene 57 zusammen.

Die zylindrische Linse 52 fokussiert den Strahl 33 auf eine Linie 58 in der Brennebene 57 der Linse 52. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, tritt eine Ablenkung des Strahls 33 ein, wenn man einen Querschnitt der Linse 52 betrachtet, nicht jedoch, wie aus F i g. 6 hervorgeht, wenn man einen Längsschnitt der Linse 52 betrachtet. Die Linse 53 wirkt als Sammellinse für den abgelenkten Teil des Strahls 33 (F i g. 5) und als Fokussierungslinse für den nichtabgelenkten Teil des Strahls (F i g. 6). Hierdurch wird die in der Ebene 57 gebildete Linie 58 um 90 in die Ebene 56 gedreht. Die Linse 54 wirkt als Fokussierungslinse für den Teil des Strahls 33, der durch die Linse 53 gesammelt wird (F i g. 5) und als Sammellinse für denjenigen Teil des Strahls 33, der durch die Linse 53 fokussiert wird (F i g. 6). Hierdurch wird die in der Ebene 57 gebildete Linie 58 um 90° in die Brennebene 59 der Linse 54 gedreht. Auf diese Weise wird ein Bild, das durch die zylindrische Linse 52 oder auch durch die zusammengesetzte zylindrische Linse 26 (F i g. 7) gebildet wird, durch die Linsen 53 und 54 übertragen und in der Brennebene 59 der Linse 54 neu gebildet.

Wie am besten aus F i g. 6 zu ersehen ist, kann die Länge der durch die zylindrische Linse 52 gebildeten Linie 58 durch das optische System 51 eingestellt werden. Wenn die Brennweite der Linse 53 größer als diejenige der Linse 54 ist. wird die Länge der Linie 58 um einen Betrag verringert, der direkt proportional dem Verhältnis der Brennweiten ist. Wenn die Brennweite der Linse 53 kleiner als diejenige der Linse 54 ist, wird die Länge der Linie 58 um einen Vertrag vergrößert, der dem Verhältnis der Brennweiten direkt proportional ist.

Wenn z.B. die Linse 53 eine Brennweite von 100 mm und die Linse 54 eine Brennweite von 25 mm hat, wird die Länge der Linie 58 auf ein Viertel ihrer ursprünglichen Größe verringert. Auf diese Weise kann die Größe eines Bildes, das durch eine zylindrische Linse oder eine zusammengesetzte zylindrische Linse gebildet wird, auf irgendeine gewünschte Größe eingestellt werden.

Wie aus F i g. 7 hervorgeht, kann die Größe der durch die zusammengesetzte zylindrische Linse 26 in der Ebene 57 gebildeten, ein Strahlungsabbild 23 darstellenden Umfangsfigur leicht dadurch eingestellt werden, daß an Stelle der Linse 54 eine Linse verwendet wird, die eine andere Brennweite aufweist. Dies kann dadurch geschehen, daß eine Vielzahl von Linsen in einer sich drehenden Linsenhalterung 61 angeordnet wird, um eine Ersatzlinse an die bisherige Stelle der Linse 54 drehen zu können. Die Linsen können in Linsentrommeln 62 angeordnet sein, um die Linsen in den richtigen Abstand relativ zur Linse 53 zu bringen, so daß die Brennebenen der Ersatzlinsen mit der Brennebene der Linse 53 zusammenfallen. In gleicher Weise kann eine Vielzahl von zusammengesetzten zylindrischen Linsen zur Formung des Strahls 33 zu verschiedenen Umfangsfiguren in einer drehbaren Linsenhalterung 63 angeordnet werden. Dies erlaubt die leichte Auswahl einer gewünschten Figur durch Drehen der richtigen zusammengesetzten zylindrischen Linse in die Ausrichtung mit dem optischen System 51, es erlaubt ferner, daß die Figur in der richtigen Größe eingestellt wird, indem die geeignete Linse in die Ausrichtung mit dem optischen System gedreht wird.

In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, die Strahlungsenergie nur auf die Leiter 21 und nicht auf die Flächen zwischen den Leitern anzuwenden. Dies kann leicht dadurch geschehen, daß eine geeignete Maske (nicht dargestellt) zwischen den Strahl 33 und die zusammengesetzte Linse 26 eingefügt wird, um zu verhindern, daß Strahlungsenergie, die sonst auf demjenigen Teil der Umfangsfigur 23 fokussiert würde, der zwischen die Leiter 21 fällt, die Linse 26 erreicht. Die Maske kann z. B. aus einer Vielzahl von undurchlässigen oder reflektierenden Streifen auf einem durchlässigen Träger bestehen, oder sie kann einfach ein Schirm oder ein Band sein. Hierdurch entsteht eine Umfangsfigur, bei der die Linie oder die Linien, welche die Umfangsfigur bilden, unterbrochen sind.

Das Werkstück 20 muß bezüglich des Strahlungsabbildes 23 ausgerichtet werden. Dies geschieht vorteilhafterweise mittels eines technischen Fernsehbetrachtungssystems, mit dem das Werkstück ohne Strahlengefahr für die Bedienungspereon überwach wird.

Selbstverständlich ist der Einsatz der erfindungsge mäßen Einrichtung nicht ausschließlich auf da! gleichzeitige Verbinden von Anschlußleitern be schränkt, sondern sie kann auch überall dort ange wandt werden, wo polygonartige Strahlungsabbilde zur Schweiß-, Abschneid-, Schmelz-, Form- od. dgl Bearbeitung vorteilhaft sind.

Hierzu 1 Blait Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum gleichzeitigen Verbinden von Anschlußlei tern eines elektrischen Bauelementes mit diesem durch Verschweißen mittels einer durch eine entsprechende Optik linienförmig abgebildeten Strahlung einer Quelle elektromagnetischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herbeiführung eines die Seiten eines Polygons bildenden Strahlungsabbildes (23) die Optik eine zusammengesetzte Linse (26) aufweist, die aus so vielen halbzylindrischen Linsenstücken (31; 42, 43; 47) besteht, wie das zu bildende Polygon Seiten enthält.

2. Einnciitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle der elektromagnetischen Energie ein Laser verwendet wird.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengesetzte, halbzylindrische Linse (26) durch vier halbzylindrische Linsenstücke (31) gebildet ist, wobei jedes Linsenstück die Gestalt eines rechtwinkligen, gleichschenkligen Dreieckes hat und die dem rechten Winkel gegenüberliegende as Seite senki cht zum halbzylindrischen Querschnitt des Linsenstückes lie«t.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne* daß die Optik weitere verstellbare Linsen (53, 54) aufweist, die eine Veränderung der Größe des abzubildenden Strahlungspolygons ermöglichen.