DE19732028C2 - Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen gestapelten elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen gestapelten elektronischen Bauelementen nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Mit der Vergrößerung der Integration von Halbleiterschaltkrei­ sen werden diese immer größer, so daß die Notwendigkeit besteht, die Montagedichte hiervon zu erhöhen. Dementsprechend ist es bekannt, derar­ tige elektronische Bauteile dreidimensional zu stapeln, wobei entweder ungekapselte oder gekapselte Chips gestapelt werden. Hierbei wird zur Verbindung ein Aufschmelzlöten verwendet. Dazu wird der Verbindungsbe­ reich erhitzt, so daß das Metall geschmolzen und das Löten vorgenommen werden kann. Hierzu werden Zinn-Blei-Legierungen oder Zinn-Blei-Silber- Legierungen verwendet, wobei das Silber in kleinen Mengen zugesetzt ist. Das Aufschmelzlöten kann als Dampfphasenaufschmelzlöten, Infrarotauf­ schmelzlöten oder Heißluftaufschmelzlöten ausgeführt werden.

Aus US 5 236 117 ist eine Vorrichtung zum Aufschmelzlöten be­ kannt, wobei die zu einem Stapel zu verlötenden Bauelemente mit einem Flußmittel am freien Ende eines Aufschlagarmes befestigt werden. Metal­ lische Zuleitungen des untersten Bauelements werden auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und in ein Bad aus geschmolzenem Lötmittel getaucht. Der Aufschlagarm ist verschwenkbar, so daß in seiner unteren Position die Außenanschlüsse der gestapelten Bauelemente in das Bad eintauchen. Der Aufschlagarm wird dann in Vibrationen versetzt, um schlechte Lötver­ bindungen zu verhindern. Wenn die Anschlußabstände der Bauelemente, wie heutzutage üblich, enger und enger werden, können hierbei elektrische Kurzschlüsse durch Lötbrücken auftreten. Um dies zu verhindern, läßt man ein Gewicht auf das entgegengesetzte Ende des Aufschlagarms 10 fallen, wonach der Aufschlagarm schnell in seine obere Position zurückgebracht wird, so daß überschüssiges Lötbad von den Anschlüssen entfernt wird. Die Bewegung des Gewichtes wird durch einen Zylinder gesteuert. Dieses Gerät erfordert eine vertikale Stapelung von einzelnen Bauelementen, die manuell vorgenommen wird. Ebenso erfolgt die Entnahme manuell.

Aus US 5 362 354 ist eine Übertragungseinrichtung für Chips von einem Wafer auf ein Leiterrahmenband unter Festkleben der Chips auf letzterem bekannt, wobei der Klebstoff auf eine Rolle aufgetragen wird, die in engem Kontakt mit weiteren rotierenden Rollen steht, um dadurch einen hinreichend dünnen und genauen Klebstoffauftrag von einer letzten rotierenden Rolle auf die Rückseite des Halbleiter­ bauelements zu erreichen.

Aus US 3 094 093 ist eine automatische Löteinrichtung für Leiterplatten bekannt, wobei eine Leiterplatte über einem Lotbecken an­ geordnet wird, und geschmolzenes Lot aus dem Becken über einen Applikator mit einer Aufwärtsbewegung aufgetragen wird.

Aus US 5 232 143 ist eine Bondeinrichtung bekannt, mit der eine Vielzahl von Halbleiterchips gleichzeitig gebondet werden können.

Aus DE 196 44 509 C2 ist eine Vorrichtung zum Transportieren und Handhaben von Halbleiterbauelementen bekannt, bei der zu testende, in einem Tablett gehaltene Halbleiterbaulemente nacheinander in eine Positionierausnehmung eines Drehtischs gebracht und darin zu einer Testposition befördert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine automatische Herstel­ lung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Insbesondere lassen sich hierdurch elektronische Bauelemente zu einem vertikalen Stapel miteinander verbinden, die J-förmige Außen­ anschlüsse aufweisen. Außerdem werden hierbei die einzelnen Bauelemente horizontal übereinander gestapelt und in dieser Position miteinander verlötet, so daß eine Brückenbildung zwischen den Außenanschlüssen der Bauelemente vermieden wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt perspektivisch eine Vorrichtung zum automatischen Herstellen von dreidimensionalen gestapelten elektronischen Bauelementen.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Bauelementlader der Vorrich­ tung von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt perspektivisch eine Teileinrichtung der Vorrich­ tung von Fig. 1.

Fig. 4 zeigt teilweise im Schnitt die Ausrichtung und das Sta­ peln von oberen und unteren individuellen Bauelementen.

Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer Aufbring­ einrichtung für Lötmittel.

Fig. 7 zeigt im Schnitt eine Heizeinrichtung.

Fig. 8 zeigt schematisch eine Draufsicht zur Erläuterung der Schritte des Ladens und Überführens von unteren individuellen Bauelemen­ ten.

Fig. 9 zeigt den Schritt des Überführens von unteren individu­ ellen Bauelementen zur Teileinrichtung.

Fig. 10 zeigt schematisch die Schritte des Ladens von oberen einzelnen Bauelementen, zum Aufbringen von Flußmittel oder Lötpaste auf die Außenanschlüsse der oberen Bauelemente und des Überführens der obe­ ren Bauelemente.

Fig. 11 illustriert den Schritt der Übergabe der oberen Bau­ elemente zur Teileinrichtung.

Fig. 12 illustriert den Schritt des Lötens der gestapelten Bauelemente.

Fig. 13 illustriert den Schritt des Entfernens der gestapel­ ten, gelöteten Bauelemente von der Teileinrichtung.

Fig. 14 illustriert den Schritt des Überführens und Entladens der miteinander verlöteten Bauelemente.

Fig. 15A bis 15C zeigen dreidimensional gestapelte Anordnungen von Bauelementen.

Einzelne zu stapelnde Bausteine sind in Tabletts 120 und 220 enthalten und werden dann in Tabletteinheiten durch einen Bauelementla­ der 100 und durch eine Lade-/Entlade-Einrichtung 200 geladen. Der Bau­ elementlader 100 und die Lade-/Entlade-Einrichtung 200 können von glei­ cher Konstruktion sein. Jedoch wird der Bauelementlader 100 nur zum Laden von individuellen zu stapelnden Bauelementen verwendet, während die Lade-/Entlade-Einrichtung 200 sowohl zum Laden individueller Bauelemente als auch zum Entladen der fertigen Einrichtungen nach dem Stapeln und Verlöten verwendet wird.

Eine Überführungseinrichtung 300 überführt individuelle Bau­ elemente zu einer Teileinrichtung 400. Die Überführungseinrichtung 300 umfaßt einen Arm 310, der in einer X-Richtung längs einer Schiene 350 geradlinig beweglich ist, einen Schlitten 320, der sich entlang des Arms 310 in Y-Richtung bewegt, und einen Aufnehmer 330, der sich an dem Schlitten 320 in Z-Richtung auf- und abbewegen kann. Der Aufnehmer 330 ist mit dem Schlitten 320 verbunden und besitzt mehrere Vakuumkissen 340 zum Aufnehmen der Bauelemente. Über eine Vakuumleitung 342 wird Vakuum an die Vakuumkissen 340 gelegt.

Die Teileinrichtung 400 richtet die zu stapelnden oberen und unteren individuellen Bauelemente aus und bewirkt, daß sich die entspre­ chenden metallischen Zuleitungen der gestapelten Bauelemente direkt kon­ taktieren. Die Teileinrichtung 400 umfaßt eine Teilscheibe 420 mit einer Vielzahl von Führungsfingern 440, einen hin- und hergehenden Ladearm 460 und einen hin- und hergehenden Entladearm 480. Haltefinger 462 des Lade­ arms 460 nehmen individuelle zu stapelnde Bauelemente entweder vom Bau­ elementlader 100 oder von der Lade-/Entlade-Einrichtung 200 auf und sta­ peln die individuellen Bauelemente auf den Führungsfingern 440 der Teil­ scheibe 420. Gleichzeitig dienen die Haltefinger 482 des Entladearms 480 zum Entladen der fertigen Einrichtungen von den Führungsfingern 440.

Eine Aufbringeinrichtung 500 dient zum Aufbringen von Löt­ flußmittel oder Lötpaste auf die metallischen Zuleitungen der oberen Bauelemente, bevor sie auf die in den Führungsfingern 440 der Teilschei­ be 420 gestapelten Bauelemente gestapelt werden. Die Aufbringeinrichtung 500 umfaßt einen Aufnahmekörper 530, ein Bad 510, in dem geschmolzenes Flußmittel oder eine geschmolzene Lötpaste enthalten ist, und eine Walze 520, die teilweise in das aufzubringende Material eintaucht und sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht.

Außenleiter der individuellen Bauelemente werden mit einer Lötlegierung wie etwa einer Zinn-Blei-Legierung in einem Überziehungsvorgang überzogen, wodurch das Löten unterstützt und einer Korrosion der Außenleitungen, die aus dem schützenden Bauelementkörper herausragen, vorgebeugt wird. Wenn eine Bauelementeinrichtung auf einer gedruckten Leiterkarte montiert wird, ist es üblich, das Verhältnis von Zinn und Blei in der Lötlegierung so zu wählen, daß es möglichst nahe am eutekti­ schen Punkt liegt, der durch 63% Zinn und 37% Blei markiert ist. Wenn jedoch der Aufbringung des geschmolzenen Flußmittels der geschmolzenen Lötpaste durch die Aufbringeinrichtung 500 das Löten der gestapelten in­ dividuellen Bauelemente zum direkten Verbinden der metallischen Zulei­ tungen der Bauelemente vorgenommen wird, wird bevorzugt eine Lötlegie­ rung mit 85% Zinn und 15% Blei verwendet. Das Flußmittel beseitigt Oxid oder eine andere Oberflächenkorrosionsschicht auf der zu verbinden­ den Oberfläche und verhindert eine Oxidation der metallischen Zuleitung selbst bei einer erhöhten Löttemperatur. Das Flußmittel begünstigt auch ein Benetzen der metallischen Kontakte durch das Lötmittel, so daß sich flüssiges Lötmittel über die festen Metallkontakte, die miteinander zu verbinden sind, ausbreiten kann. Flußmittel auf Kolophoniumbasis oder wasserlösliches Flußmittel kann als Flußmittel verwendet werden.

Andererseits besteht die Lötpaste aus der Lötlegierung und dem Flußmittel. Wenn das Verhältnis von Zinn in der Lötpaste steigt, werden höhere Temperaturen für den Lötvorgang erforderlich.

Individuelle Bauelemente werden bezüglich ihrer elektrischen Funktionen, ihrer Lebensdauer und Zuverlässigkeit getestet und stehen dann zum Stapeln und Löten in Tabletts 120, 220 zur Verfügung.

Wenn ein Tablett 220 in eine Ladeposition 222 durch die Lade- Entlade-Einrichtung 200 gebracht wird, überführt eine zweite Überfüh­ rungseinrichtung 300b die individuellen Bauelemente, die in dem Tablett 220 enthalten sind, zum Ladearm 460 der Teileinrichtung 400. Vier indi­ viduelle Bauelemente werden gleichzeitig durch die zweite Überführungs­ einrichtung 300b überführt, die mit vier Vakuumkissen 340 versehen ist. Die überführten Bauelemente werden in den Haltefingern 462 des Ladearms 460 abgesetzt und dann auf den Führungsfingern 440 montiert. Die einzel­ nen auf den Führungsfingern 440 montierten Bauelemente bilden den unte­ ren Teil der dreidimensionalen gestapelten Einrichtung und werden daher als untere individuelle Bauelemente bezeichnet.

Andererseits werden die oberen individuellen Bauelemente der Tabletts 120 durch den Bauelementlader 100 in Ladeposition 122 gelie­ fert. Die Überführungseinrichtung 300a überführt die oberen individuel­ len Bauelemente aus der Ladeposition 122 zum Ladearm 460 der Teilein­ richtung 400. Während der Überführung der oberen individuellen Bauele­ mente werden die metallischen Zuleitungen der Bauelemente mit Flußmittel oder Lötpaste belegt. Die oberen individuellen Bauelemente, die von den Vakuumkissen 340 der Überführungseinrichtung 300a aufgenommen und gehal­ ten werden, werden mit der Rolle 520 der Aufbringeinrichtung 500 in Kon­ takt gebracht, so daß geschmolzenes Flußmittel oder Lötpaste auf die me­ tallischen Zuleitungen durch die sich drehende Rolle 520 aufgebracht wird.

Die oberen individuellen Bauelemente werden dann an den Füh­ rungsfingern 440 der Teilscheibe 420 durch den Ladearm 460 montiert. Da bereits untere individuelle Bauelemente in den Führungsfingern 440 ange­ ordnet sind, ist es wichtig, bei der Anordnung bezüglich der Führungs­ finger 440 die oberen Bauelemente mit den unteren Bauelementen genau auszurichten, so daß entsprechende metallische Zuleitungen der oberen und der unteren individuellen Bauelemente einander genau kontaktieren können.

Die in den Führungsfingern 440 gestapelten oberen und unteren Bauelemente gelangen in eine Lötkammer 610 einer Heizeinrichtung 600 durch Drehen der Teilscheibe 420. In der Lötkammer 610 werden die metal­ lischen Zuleitungen der gestapelten oberen und unteren Bauelemente er­ hitzt und miteinander verlötet.

Die verlöteten gestapelten Bauelemente werden von den Füh­ rungsfingern 440 durch den Entladearm 480 entladen und dann zu dem Ta­ blett in der Ladeposition 222 in der Lade-/Entlade-Einrichtung 200 durch die Überführungseinrichtung 300b überführt. Die fertigen Einrichtungen werden anschließend zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise zum Te­ sten, abtransportiert.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der Bauelementlader 100 eine Hubeinheit 105 mit einem Träger 106, auf den ein Tablett 120 aus einer Tablettkassette 102 aufgelegt wird, und der über eine Tragstrange 114 mit einem Trägerzuführblock 112 verbunden ist, der in Richtung A-B beweglich ist. Der Trägerzuführblock 112 ist mit einem Trägerblock 108 durch Überfüh­ rungsstangen 110 derart verbunden, daß der Trägerzuführblock 112 längs der Führungsstangen 110 geradlinig bewegt werden kann.

Eine Trägerhalterung 118 hält den Träger 106 an zwei gegen­ überliegenden Seiten und ist in Richtung C-D längs einer Führungsstange 128 beweglich. Die Trägerhalterung 118 ist an einem Führungsblock 116 befestigt. Wenn die Trägerhalterung 118 in Richtung C angehoben wird, wird sie durch zwei vertikale Führungsstangen 126, die über den Füh­ rungsblock 116 mit dem Trägerblock 108 verbunden sind, getragen.

Wenn das Tablett 120 sich in Ladeposition 122 befindet, trans­ portiert der Aufnehmer 330 individuelle Bauelemente 150, die in Ausneh­ mungen 121 auf dem Tablett 120 enthalten sind, ab. Wenn der Aufnehmer 330 vier Vakuumkissen 340 aufweist, wie in Fig. 2 dargestellt, werden vier individuelle Bauelemente gleichzeitig überführt und auf den Ladearm 460 geladen. Wenn alle in dem Tablett 120 enthaltenen Bauelemente über­ führt wurden, wird das leere Tablett längs einer Schienenführung 152 in Richtung E durch ein Förderband 144 transportiert, das durch einen Elek­ tromotor 142 antreibbar ist. Das leere Tablett wird am Ende der Schie­ nenführung 152 durch eine in Richtung F-G bewegliche Absenkeinrichtung 175 entladen. Diese kann entsprechend der Hubeinheit 105 ausgebildet sein.

Die Lade-/Entlade-Einrichtung 200 kann einen entsprechenden Aufbau besitzen.

Die in Fig. 3 dargestellte Teileinrichtung 400 mit der Teil­ scheibe 420, auf der die Führungsfinger 440 befestigt sind, und dem La­ dearm 460 und dem Entladearm 480 kann mit einer Schiebeeinrichtung 470 zusammenwirken, um das Ausrichten der gestapelten oberen und unteren in­ dividuellen Bauelemente in den Führungsfingern 440 zu unterstützen. Wenn jedoch die Ausrichtung der gestapelten Bauelemente durch Verwendung des Ladearms 460 und der Führungsfinger 440 hinreichend genau ist, braucht keine Schiebeeinrichtung 470 verwendet zu werden.

Wenn die individuellen Bauelemente durch die Überführungseinrichtung 300 auf den Ladearm 460 überführt werden, werden sie durch die Haltefinger 462 festgelegt. Die Haltefinger 462 bestehen aus ersten Fin­ gerelementen 462a, die mit einer ersten Halteplatte 464 verbunden sind, und zweiten Fingerelementen 462b, die mit einer zweiten Halteplatte 466 verbunden sind. Die beiden Halteplatten 464 und 466 sind an einem Block 468 befestigt und vollführen eine geradlinige Bewegung. Der Block 468 ist mit einer Basisplatte 469 gekoppelt, die mit einer Drehachse 467 verbunden ist, die es ermöglicht, den Ladearm 460 geradlinig und rotie­ rend zu bewegen.

Zwischen den ersten Fingerelementen 462a und den zweiten Fin­ gerelementen 462b befindet sich ein elastisches Element, beispielsweise eine Feder (nicht dargestellt), die es ermöglicht, den Spalt zwischen den Fingerelementen 462a und 462b zu öffnen. Zunächst sind zwei Finger­ elemente geschlossen und dann, wenn einzelne Bauelemente durch die Über­ führungseinrichtung 300 überführt werden, lösen die Halteplatten 464 und 466 die Fingerelemente, so daß diese geöffnet sind und die überführten individuellen Bauelemente unter der elastischen Vorspannung der Feder halten. Zum Verhindern von Schrammen oder Beschädigungen der Bauelemente ist es wünschenswert, dort wo die individuellen Bauelemente die Finger­ elemente direkt berühren, ein Polster, etwa aus Silikon, anzubringen.

Auf der Teilscheibe 420 ist die Vielzahl von Führungsfingern 440 befestigt, von denen jeder vier Montageausnehmungen 448 zum Montie­ ren der individuellen Bauelemente besitzt. Die Führungsfinger 440 umfas­ sen obere Blöcke 442 und untere Blöcke 446. Wenn die oberen und unteren individuellen Bauelemente auf den Montageausnehmungen 448 durch den La­ dearm 460 angeordnet sind, werden die Blöcke 442 und 446 geschlossen, um die individuellen Bauelemente zu fixieren. Hierbei ist es wichtig, die individuellen Bauelemente so auszurichten, daß die entsprechenden metal­ lischen Zuleitungen der oberen und unteren individuellen Bauelemente einander korrekt kontaktieren.

Beispielsweise werden vier individuelle Bauelemente, die gleichzeitig durch den Ladearm 460 zugeführt werden, in Längsrichtung ausgerichtet, in dem, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Ende der Bauelemen­ te 150 in Anlage an die vertikale Innenwand 447 des unteren Blocks 446 gebracht wird, wenn die individuellen Bauelemente 150 in den Montageaus­ nehmungen 448 angeordnet werden. Außerdem erfolgt die Höhenausrichtung durch Aufsetzen der metallischen Zuleitungen 151 der Bauelemente 150 auf der horizontalen Innenwand 449 des unteren Block 446. Damit die indivi­ duellen Bauelemente 150 auch in seitlicher Richtung ausgerichtet werden, wird ein Ende der Haltefinger 462 des Ladearms 460 mit einem seitlichen Ende des unteren Blocks 446 ausgerichtet, und dann werden die individu­ ellen Bauelemente 150 in den Montageausnehmungen 448 montiert.

Nach Aufrichtung und Stapeln der einzelnen Bauelemente 150 werden die Haltefinger 462 geschlossen und der Ladearm 460 aus den Mon­ tageausnehmungen 488 entfernt. Die Schiebeplatte 470 schiebt die oberen Blöcke 442, damit diese die ausgerichteten und gestapelten Bauelemente 150 stützen.

Die einzelnen Bauelemente 150 können auch direkt durch die Überführungseinrichtung 300 in die Montageausnehmungen 448 der Führungs­ finger 440 von den in den Ladepositionen 122 und 222 befindlichen Ta­ bletts transport werden, so lange die exakte Ausrichtung der entspre­ chenden metallischen Zuleitungen der einzelnen Bauelemente 150 gewähr­ leistet ist.

Gemäß Fig. 5 ist geschmolzenes Flußmittel oder geschmolzene Lötpaste 540 in dem Bad 510 enthalten, während eine Rolle 520 ein Band 550 mit konstanter Geschwindigkeit zum Aufbringen von geschmolzenem Ma­ terial mittels des Bandes 550 dreht. Ein Abstreifer 570 wirkt mit dem Band 550 zusammen, um die Menge an durch das Band 550 aufgebrachtem Ma­ terial einzustellen. Der Trägerkörper 530 ist mit dem Bad 510 verbunden, so daß die Aufbringeinrichtung 500 in einer vorbestimmten Position, bei­ spielsweise zwischen der Ladeposition 122 und dem Ladearm 460, wie in Fig. 1 gezeigt, befestigt ist.

Wenn die oberen individuellen Bauelemente 150, die an den Va­ kuumkissen 340 des Aufnehmers 330 hängen, auf das Band 550 aufgebracht werden, werden die metallischen Zuleitungen 151 der Bauelemente 150 durch das Gummiband 550 berührt, wodurch geschmolzenes Flußmittel oder geschmolzene Lötpaste auf den metallischen Zuleitungen 151 aufgebracht wird. Zu dieser Zeit wird die sich drehende Rolle 520 zeitweilig gestoppt und beginnt nach dem Aufbringen erneut sich zu drehen.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Aufbringein­ richtung 500, die anstelle eines Bandes einen metallischen Mitnehmer 560 aufweist, der im Gegensatz zu einem Band sich nicht im Laufe der Zeit lockert und damit keine Probleme in Bezug auf die konstante Einstellung der Menge des aufzubringenden Materials aufwirft oder das aufzubringende Material sich zwischen Rolle und Band oder entlang der Drehachse der Rolle einnistet. Da der metallische Mitnehmer 560 einen elliptischen Querschnitt gemäß Fig. 6 aufweist, bewegt sich der Abstreifer 570 ent­ sprechend der Umdrehung des metallischen Mitnehmers, um die Menge an aufzubringendem Material konstant zu halten.

Bei den Aufbringeinrichtungen 500 der Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 ist es erforderlich, die Geschwindigkeit der Rolle 520 bzw. des Mitnehmers 560 zu steuern und einen Vorerwärmer vorzusehen, um zu verhindern, daß geschmolzenes Flußmittel oder Lötpaste im Bad 510 darin erhärtet.

Die oberen individuellen Bauteile 150, die derart mit ge­ schmolzenem Flußmittel oder Lötpaste versehen sind, werden auf die unte­ ren individuellen Bauelemente durch die Führungsfinger 440 der Teil­ scheibe 420 gestapelt. Die gestapelten oberen und unteren individuellen Bauelemente werden während des Hindurchführens durch eine Heizeinheit 600 verlötet.

Gemäß Fig. 7 werden die gestapelten individuellen Bauelemente 650, die durch die oberen und unteren Blöcke 442, 446 der Führungsfinger 440 gehalten werden, auf eine Temperatur etwas unterhalb der Löttempera­ tur durch eine Heizplatte 620 vorerhitzt. Das Vorerhitzen der gestapel­ ten Packungen 650 dient dazu, zu verhindern, daß auf den metallischen Zuleitungen der oberen individuellen Bauelemente aufgebrachte Flußmit­ tel oder Lötpaste härtet, und zum Reduzieren von Beschädigungen, die durch plötzliches Erwärmen der metallischen Zuleitungen 151 bewirkt wer­ den könnten.

Wenn sich die Heizplatte 620 und die Teilscheibe 420 drehen, gelangen die gestapelten Bauelemente 650, die in den Montageausnehmungen 448 der Führungsfinger 440 enthalten sind, in eine Lötkammer 610. Die Lötkammer 610 ist ein Raum, der durch ein Gehäuse 612 definiert wird, in dem ein Heißgas fließt, um die metallischen Zuleitungen der individuel­ len Bauelemente zu erhitzen. Hierbei ist die Gestaltung der Lötkammer 610 so zu wählen, daß kein Überhitzen irgendwelcher Verbindungsbereiche, d. h. kontaktierter metallischer Zuleitungen, auftritt, und eine konstan­ te Temperaturverteilung innerhalb der Kammer erzielt wird.

Ein Gas, das durch ein Gaszuführrohr 644 zugeführt wird, pas­ siert eine Belüftung 642 über einen Ventilator 640 und trifft dann auf ein Heizelement 630. Das Heizelement 630 umfaßt eine Metallplatte 632, die mit einer Vielzahl von Bohrungen 634 versehen ist. Wenn das Gas durch die Bohrung 634 der Metallplatte 632 strömt, wird das Gas auf eine bestimmte Temperatur erhitzt. Das heiße Gas gelangt in die Lötkammer 610 und beaufschlagt die metallischen Zuleitungen 151 der gestapelten indi­ viduellen Bauteile 650 mit Wärme, so daß die metallischen Zuleitungen 151 die Löttemperatur erreichen und daher die auf die metallischen Zu­ leitungen aufgebrachte Lötlegierung geschmolzen und zur Lötverbindung der entsprechenden metallischen Zuleitungen aufgeschmolzen wird. Um selbst bei hohen Löttemperaturen eine Oxidation der metallischen Zulei­ tungen zu verhindern, ist die Verwendung eines Inertgases, wie Stick­ stoff oder Argon, das keinen Sauerstoff enthält, zweckmäßig.

Die Temperatur innerhalb der Lötkammer 610 wird in Abhängig­ keit vom Verhältnis der aufgebrachten Zinn-Blei-Legierung kontrolliert. Wenn der Anteil des Zinns groß wird, steigt der Schmelzpunkt der Zinn- Blei-Legierung und daher die Löttemperatur an.

Wenn die Temperatur in der Lötkammer 610 auf 360°C gesteuert und die Teilscheibe 420 derart gedreht wird, daß die gestapelten indivi­ duellen Bauelemente 650 in der Lötkammer 610 etwa 100 sec verbleiben, werden etwa 800 gestapelte Bauelemente in einer Stunde miteinander durch Löten verbunden. Hierbei wird der Bauelementenkörper der einzelnen ge­ stapelten Bauelemente auf eine Temperatur von etwa 250°C erhitzt, wäh­ rend die metallischen Zuleitungen auf eine Temperatur von etwa 340°C er­ hitzt werden.

Gemäß Fig. 8 werden die einzelnen Bauelemente von dem Tablett 220 in der Tablettkassette 102 in Stufe S1 geladen. Die in Stufe S1 geladenen einzelnen Bauelemente bilden die unteren Teile von dreidimensio­ nalen gestapelten Bauelementen, und die unteren individuellen Bauelemen­ te werden in den Ladearm 460 mittels der Überführungseinrichtung 300b in einer Stufe S2 überführt. Mehrere, beispielsweise vier individuelle Bau­ elemente werden gleichzeitig in Stufe S2 überführt.

Die unteren individuellen Bauelemente in dem Ladearm 460 wer­ den an die Führungsfinger 440 der Teilscheibe 420 in einer Stufe S3 übergeben, wie in Fig. 9 dargestellt ist. In den Führungsfingern 440 werden die unteren individuellen Bauelemente in beispielsweise durch vertikale und horizontale Innenwandungen des Bodenblocks 446 bestimmten Positionen angeordnet.

In Fig. 10 ist das Laden der oberen individuellen Bauelemente, das Anbringen von geschmolzenem Flußmittel oder Lötpaste auf metallische Zuleitungen von oberen individuellen Bauelementen und die Überführung der oberen individuellen Bauelemente in den Ladearm 460 dargestellt. Zu­ nächst werden die individuellen Bauelemente aus dem Tablett 120 in der Tablettkassette 102 in Schritt S4 geladen. Im nachfolgenden Schritt S5 überführt die Überführungseinrichtung 300a mit dem Aufnehmer 330 vier obere indi­ viduelle Bauelemente zur Aufbringeinrichtung 500 zum Aufbringen von ge­ schmolzenem Flußmittel oder Lötpaste auf die metallischen Zuleitungen der oberen individuellen Bauelemente. Letztere werden dann in Schritt S6 auf den Ladearm 460 übergeben.

Die oberen individuellen Bauelemente werden auf die Führungs­ finger 440 in Schritt S7 transferiert, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Hierbei werden sie mit den unteren individuellen Bauelementen durch den Ladearm 460 und die Führungsfinger 440 so ausgerichtet, daß die entspre­ chenden metallischen Zuleitungen exakt kontaktiert werden. Wenn die Aus­ richtung und das Stapeln der oberen und unteren Bauelemente in den Füh­ rungsfingern 440 der Teilscheibe 420 vervollständigt ist, wird in Schritt S8, wie in Fig. 12 dargestellt, der Lötvorgang durchgeführt. Durch Drehen der Teilscheibe 420 gelangen die Führungsfinger 440 mit den Bauelementen bestückt in die Lötkammer 610 der Heizeinheit 600.

Die verlöteten gestapelten Bauelemente werden aus den Führungsfingern 440 durch den Entladearm 480 in Schritt S9 entfernt, wie in Fig. 13 dargestellt ist.

In Schritt S10 von Fig. 14 werden die gestapelten und verlöte­ ten dreidimensionalen Bauelemente von dem Entladearm 480 auf das Tablett 220 mittels des Aufnehmers 330 der Überführungseinrichtung 300b entla­ den.

Bei den Bauelementen kann es sich um Bauelemente 20a, 20b, 20c gemäß Fig. 15A handeln, die mit entsprechenden J-förmigen metallischen Zuleitungen 22a, 22b, 22c versehen sind.

Die üblichen metallischen Zuleitungen 22a, 22b und 22c können für das dreidimensionale Stapeln gegebenenfalls modifiziert sein. Dies kann beispielsweise in der Art geschehen, daß entsprechend Fig. 15B die oberen Schultern der elektrischen Zuleitungen 32a, 32b, 32c der Bauele­ mente 30a, 30b, 30c teilweise freiliegen, so daß sie von darüber befind­ lichen elektrischen Zuleitungen entsprechend leicht kontaktierbar sind, wobei diese Außenanschlüsse weiter einwärts gebogen sein können.

Gemäß Fig. 15C umfaßt jedes gestapelte Bauelement 40a, 40b und 40c vertikale Verbindungen 45, die mit Anschlußabschnitten 48 elektrisch gekoppelt sind. Die Kopplungsabschnitte 48 sind mit einem Halbleitertyp 44 über Bonddrähte 46 verbunden und liegen teilweise an dem Bauelement­ körper frei. Die vertikalen Verbindungen 45 liegen zur Unterseite des Bauelementes frei, so daß eine Lötverbindung mit Kopplungsleitungen 48 der darunter befindlichen Bauelemente 40b und 40c vorgenommen werden kann. Hierdurch kann der Anschluß Ausbildungsvorgang für die oberen Pac­ kungen 40a und 40b entfallen, und die Verbindungskraft zwischen oberen und unteren Bauelementen wird verbessert.

Bauelemente gemäß den Fig. 15A bis 15C können mit der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung automatisch gestapelt und miteinander verlötet werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Herstellen von dreidimensionalen gestapel­ ten elektronischen Bauelementen mit einer Aufnahmeeinrichtung für einen Stapel von miteinander zu verbindenden Bauelementen und einer Einrich­ tung zum Verlöten hiervon, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Bauelementlader (100) für obere, individuelle, zu stapeln­ de Bauelemente und
eine Lade-/Entlade-Einrichtung (200) zum Laden von unteren, individuellen, zu stapelnden Bauelementen und zum Entladen von zu einem Stapel verlöteten Bauelementen vorgesehen sind,
wobei die Aufnahmeeinrichtung eine Teileinrichtung (400) zum Aufnehmen einer vorbestimmten Anzahl von oberen und unteren individuel­ len Bauelementen und zum Transportieren hiervon ist, die eine Teilschei­ be (420) umfaßt, die mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit drehbar ist und eine Vielzahl von Führungsfingern (440) besitzt, die an der Teilscheibe (420) befestigt sind und die vorbestimmte Anzahl von Monta­ geausnehmungen (448) besitzen, in denen die individuellen Bauelemente montierbar sind,
wobei eine Aufbringeinrichtung (500) zum Aufbringen eines Löt­ flußmittels oder einer Lötpaste auf metallische Zuleitungen (151) der Vielzahl von oberen individuellen Bauelemente,
eine erste Überführungseinrichtung (300a) zum Überführen der unteren individuellen, von dem Bauelementlader (100) geladenen Bauele­ mente auf die Teileinrichtung (400),
eine zweite Überführungseinrichtung (300b) zum Überführen der oberen individuellen, von der Lade-/Entlade-Einrichtung (200) geladenen Bauelemente zuerst auf die Aufbringeinrichtung (500) und dann auf die Teileinrichtung (400) vorgesehen sind,
und die Einrichtung zum Verlöten eine Heizeinrichtung (600) zum Erhitzen der gestapelten oberen und unteren, durch die Teileinrich­ tung (400) transportierten Bauelemente zum Verlöten hiervon umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ladearm (460) zum Anordnen von oberen individuellen Bauelementen auf den unteren, von den Führungsfingern (440) aufgenommenen Bauelementen vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladearm (480) zum Entfernen von gestapelten, verlöteten Bau­ elementen von den Führungsfingern (440) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade- und/oder Entladearm (460, 480) sowohl geradlinig als auch drehbeweglich und mit Haltefingern (462, 482) für einzelne Bauelemente bzw. gestapelte Bauelemente versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltefinger (462) elastisch miteinander verbundene Fingerelemente (462a, 462b) aufweisen, die an den Kontaktstellen für die Bauelemente mit Kissen versehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsfinger (440) obere und untere, die Monta­ geausnehmungen (448) definierende Blöcke (442, 446) aufweisen, wobei der untere Block (442) eine vertikale Innenwand (447) zur Anlage für die Bauelemente und eine horizontale Innenwand (446) zur Auflage der metal­ lischen Zuleitungen der Bauelemente aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schiebevorrichtung (470) zum Zurechtschieben des oberen Blocks (442) nach Aufnahme aller Bauelemente eines Stapels in der Montageausnehmung (448) vorgesehen ist, so daß sich die metallischen Anschlüsse der Bauelemente korrekt kontaktieren.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Aufbringeinrichtung (500) ein Bad (540) sowie ein rotierendes Band (550) oder einen rotierenden metallischen Mitnehmer (560) und ferner einen Abstreifer (570) umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (550) bzw. der rotierende metallische Mitnehmer (560) zeitwei­ lig stoppbar ist, wenn die metallischen Anschlüsse der oberen Bauelemen­ te mit Lötflußmittel bzw. Lötpaste versehen werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Vorerwärmer für das Bad (540) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Überführungseinrichtungen (300a, 300b) mit Vakuum­ kissen (340) zum Aufnehmen und Halten von Bauelementen versehen sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bauelementlader (100) und/oder die Lade-/Entlade- Einrichtung (200) einen Träger (106) für ein Tablett (120, 220) für Bau­ elemente und eine Hubeinheit (105) zur Übergabe des Trägers (106) an die Überführungseinrichtung (300a, 300b) umfaßt.