DE19739481C2 - Device and method for simultaneously applying and remelting a plurality of solder balls to a substrate - Google Patents

Device and method for simultaneously applying and remelting a plurality of solder balls to a substrate

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von Lotkugeln auf ein Sub­ strat und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfah­ ren zum Aufbringen und Plazieren einer Mehrzahl von Lotku­ geln auf dem Substrat und zum Aufschmelzen derselben auf das Substrat mittels eines Lasers.The present invention relates to a device and a method of applying solder balls to a sub strat and in particular on a device and a process ren for applying and placing a plurality of Lotku gel on the substrate and to melt it on the Substrate using a laser.

Gemäß dem Stand der Technik wird eine Lotstelle auf einem Substrat gebildet, indem eine Lotkugel auf das Substrat auf­ gebracht und nachfolgend geschmolzen wird. Dies wird bei­ spielsweise mittels eines sogenannten "Solder Ball Bumper" durchgeführt. Sollen mehrere Lotstellen auf einem Substrat plaziert werden, werden jeweils einzelne Lotkugeln auf das Substrat aufgebracht und beispielsweise mittels des genann­ ten Verfahrens geschmolzen.According to the prior art, a solder point on a Substrate formed by placing a solder ball on the substrate brought and subsequently melted. This will be at for example using a so-called "Solder Ball Bumper" carried out. Should several solder joints on one substrate individual solder balls are placed on the Substrate applied and for example by means of the genann th process melted.

Es ist ferner bekannt, mehrere Lotkugeln gleichzeitig auf ein Substrat aufzubringen und die Umschmelzung nachfolgend in einem Durchlaufofen zu realisieren. Bei diesem Verfahren wird zum Umschmelzen der Lotkugeln jedoch ein Flußmittel be­ nötigt.It is also known to have several solder balls at the same time apply a substrate and then remelt to be realized in a continuous furnace. With this procedure however, a flux is used to remelt the solder balls compelled.

Aus der DE 195 35 622 C1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von kugelförmigen Lothöckern auf flächig verteilte Anschlußflä­ chen eines Substrats bekannt. Dabei werden mittels eines Vielfach-Sauggreifers scheibenförmige Lotformteile angesaugt und dann auf den zugeordneten Anschlußflächen des Substrats positioniert. Nachfolgend werden die scheibenförmigen Lot­ formteile in kugelförmige Lothöcker umgeschmolzen, wobei die zum umschmelzen erforderliche Wärme beispielsweise durch die Verwendung von Laserenergie oder Infrarotenergie oder durch Verwendung eines Ofens geliefert wird.DE 195 35 622 C1 describes a method for applying spherical solder bumps on connecting area Chen known a substrate. Here, using a Multiple suction cups suck disc-shaped soldered parts and then on the associated pads of the substrate positioned. Below are the disk-shaped solder Melted parts into spherical solder bumps, the heat required for remelting, for example by the Use of laser energy or infrared energy or through  Using an oven.

Aus der DE 44 10 733 A1 ist eine Vorrichtung zur Verbindung von elektrischen Kontaktelementen bekannt, bei der ein Lichtwellenleiter an einem Ende mit einer Laserquelle und an dem anderen Ende mit einem Andrückelement verbunden ist. Das Andrückelement dient dazu, zwei zu verbindende Kontaktele­ mente aufeinanderzudrücken, wobei das Andrückelement durch Laserenergie, die durch den Lichtwellenleiter zugeführt wird, erwärmt wird, um somit ein Verlöten der beiden Kon­ taktelemente zu bewirken.DE 44 10 733 A1 describes a device for connection known from electrical contact elements, in which a Optical fiber at one end with a laser source and on the other end is connected to a pressure element. The Pressing element is used to connect two contacts elements to press against each other, with the pressing element Laser energy supplied through the optical fiber is heated, thus soldering the two cones to effect clock elements.

Darüberhinaus zeigt die US 5565119 einen Laserkopf zum gleichzeitigen Anbringen von Lotkugeln auf einem Träger. Der Laserkopf weist eine Vielzahl von Lötspitzen auf, deren Auf­ bau im wesentlichen dem Aufbau der oben bezugnehmend auf die DE 44 10 733 A1 beschriebenen Vorrichtung entspricht.Furthermore, US 5565119 shows a laser head for simultaneous attachment of solder balls on a carrier. The Laser head has a large number of soldering tips, the on build essentially the structure of the above referring to the DE 44 10 733 A1 device described.

Schließlich beschreibt die JP 0737890 A eine Lötvorrichtung zum Anbringen einer Lötkugel auf einem Substrat. Die Lötku­ gel wird dabei unter Verwendung einer Kapillare an einer entsprechenden Position auf dem Substrat angeordnet, worauf­ hin dieselbe mittels Laserenergie, die von einer separaten Laserbestrahlungseinrichtung geliefert wird, geschmolzen wird.Finally, JP 0737890 A describes a soldering device for attaching a solder ball on a substrate. The solder pad Gel is applied to one using a capillary appropriate position on the substrate, whereupon the same by means of laser energy generated by a separate Laser irradiation device is supplied, melted becomes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmelzen einer Mehrzahl von Lotkugeln auf ein Sub­ strat zu schaffen.The present invention has for its object a Simultaneous application device and method and remelting a plurality of solder balls to a sub to create strat.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.This object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 6 solved.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen dargelegt.Further developments of the present invention are in the dependent claims.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing nations explained in more detail. Show it:

Fig. 1 bis Fig. 4 schematische Querschnittdarstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung während unterschiedli­ cher Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 to Fig. 4 schematic cross-sectional views of the device of the invention while differing cher phases of the inventive method.

In Fig. 1 ist eine schematische Querschnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vor­ richtung in einem Ausgangszustand dargestellt.In Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment of the device according to the invention is shown in an initial state.

In einer Trägerplatte 10 sind Kanäle 12, die dieselbe zwi­ schen zwei Hauptoberflächen derselben durchdringen, vorgese­ hen. Auf der Trägerplatte 10 sind bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel Abstandhalter 14 vorgesehen, derart, daß dieselben einen Faserhalter 16 mit der Trägerplatte 10 ver­ binden, wobei zwischen Hauptoberflächen des Faserhalters 16 und der Trägerplatte 10 ein Hohlraum 18 gebildet ist. Der Faserhalter 16 hält ein Glasfaserbündel 20, das aus einzel­ nen Glasfasern 22 besteht, derart, daß die einzelnen Glasfa­ sern 22 jeweils auf Kanäle 12 gerichtet sind. Dazu weist der Faserhalter 16 beispielsweise Durchgangsöffnungen auf, durch die Glasfasern 22 denselben von einer Hauptoberfläche zur anderen durchdringen. Bei dem in den Figur dargestellten Aus­ führungsbeispiel stehen den Glasfasern in den Hohlraum vor, was jedoch für die vorliegende Erfindung kein zwingendes Merkmal ist.In a carrier plate 10 channels 12 which penetrate the same between two main surfaces thereof, vorgese hen. On the support plate 10 spacers 14 are provided in the exemplary embodiment shown, in such a way that they bind a fiber holder 16 to the support plate 10 ver, a cavity 18 being formed between the main surfaces of the fiber holder 16 and the support plate 10 . The fiber holder 16 holds a glass fiber bundle 20 , which consists of single NEN glass fibers 22 , such that the individual glass fibers 22 are each directed to channels 12 . For this purpose, the fiber holder 16 has, for example, through openings through which glass fibers 22 penetrate the same from one main surface to the other. In the exemplary embodiment shown in the figures, the glass fibers project into the cavity, but this is not a mandatory feature for the present invention.

Der Hohlraum 18 weist ferner einen Ausgang 24 auf, über den der Hohlraum 18 mit einem Unterdruck P beaufschlagt werden kann. Dieser Unterdruck kann mittels einer Unterdruckerzeu­ gungsvorrichtung, beispielsweise einer Vakuumpumpe, erzeugt werden. Dazu wird die Vakuumpumpe beispielsweise über eine Druckübertragungsvorrichtung 26, die eine übliche Rohrlei­ tung sein kann, mit dem Ausgang 24 des Hohlraums 18 verbun­ den. The cavity 18 also has an outlet 24 through which the cavity 18 can be subjected to a negative pressure P. This negative pressure can be generated by means of a negative pressure generating device, for example a vacuum pump. For this purpose, the vacuum pump, for example via a pressure transmission device 26 , which can be a conventional pipeline device, is connected to the outlet 24 of the cavity 18 .

An die von dem Hohlraum beabstandeten Enden der Glasfasern ist eine Laserpulserzeugungseinrichtung anschließbar, die in der Lage ist, Laserpulse durch die einzelnen Glasfasern 22 des Faserbündels 20 zu leiten.A laser pulse generator can be connected to the ends of the glass fibers that are spaced from the cavity and is capable of guiding laser pulses through the individual glass fibers 22 of the fiber bundle 20 .

Bezugnehmend auf die Fig. 2 bis 4 wird nachfolgend die Wir­ kungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein be­ vorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah­ rens näher erläutert.Referring to FIGS. 2 to 4, the device of the invention We effect and a procedural be vorzugtes embodiment of the present invention will be explained in more detail below proceedings.

Zunächst wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die oben be­ schriebene Vorrichtung in ein Lotkugelreservoir 28, in dem eine Mehrzahl von Lotkugeln 30 angeordnet sind, eingetaucht, bzw. auf die Mehrzahl von Lotkugeln 30 aufgesetzt. Danach wird an die Leitung 26 ein Unterdruck angelegt, um bei­ spielsweise in dem Hohlraum 18 ein Vakuum zu erzeugen. Durch das Vakuum werden jeweils an den Kanälen 12 Lotkugeln 30 angesaugt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den ange­ saugten Lotkugeln 30 ist in Fig. 3 dargestellt. Da die Quer­ schnittflächen, d. h. die Durchmesser, der Kanäle kleiner sind als die Querschnittflächen, d. h. die Durchmesser, der Lotkugeln, werden die Lotkugeln 30 wie dargestellt an den Kanälen 12 fixiert. Diese Kanäle 12 können je nach gewünsch­ tem Muster, das die Lotstellen nachfolgend auf dem Substrat ergeben sollen, in der Trägerplatte 10 vorgesehen sein. Nach dem Ansaugen der Lotkugeln 30 kann beispielsweise durch Druckluft und/oder durch einen Laserstrahl kontrolliert wer­ den, ob alle Kugeln an der Trägerplatte 10 fixiert sind.First, as shown in Fig. 2, the device described above be immersed in a solder ball reservoir 28 , in which a plurality of solder balls 30 are arranged, or placed on the plurality of solder balls 30 . A vacuum is then applied to the line 26 in order to generate a vacuum in the cavity 18 , for example. Due to the vacuum, 12 solder balls 30 are sucked into the channels. The device according to the invention with the sucked solder balls 30 is shown in Fig. 3. Since the cross-sectional areas, ie the diameter, of the channels are smaller than the cross-sectional areas, ie the diameter, of the solder balls, the solder balls 30 are fixed to the channels 12 as shown. These channels 12 can be provided in the carrier plate 10 , depending on the desired pattern that the soldering points should subsequently give on the substrate. After the solder balls 30 have been sucked in, it can be checked, for example by compressed air and / or by a laser beam, to determine whether all balls are fixed to the carrier plate 10 .

Nachfolgend werden die an der Trägerplatte 10 fixierten Lot­ kugeln 30 zu einem Substrat 32 bewegt und auf eine Oberflä­ che desselben aufgesetzt, siehe Fig. 4. Anschließend werden diese aufgesetzten Lotkugeln 30 mittels Laserenergie umge­ schmolzen.Subsequently, the solder balls 30 fixed on the carrier plate 10 are moved to a substrate 32 and placed on a surface thereof, see FIG. 4. Then these solder balls 30 are melted by means of laser energy.

Zu diesem Zweck ist für jede Lotkugel 30 eine Glasfaser 22 vorgesehen, die durch einen jeweiligen Kanal 12 auf die je­ weilige Lotkugel 30 gerichtet ist. Durch die jeweilige Glas­ faser wird ein Laserpuls geleitet, der durch den jeweiligen Kanal 12 auf die jeweilige Lotkugel 30 trifft, um dieselbe umzuschmelzen. Dazu sind die Faserbündel bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einen Laserkopf (nicht gezeigt) ge­ führt, wobei der Laserstrahl beispielsweise mittels eines Scannersystems in die Glasfaser geführt wird.For this purpose, a glass fiber 22 is provided for each solder ball 30 , which is directed through a respective channel 12 to the respective solder ball 30 . A laser pulse is passed through the respective glass fiber and strikes the respective solder ball 30 through the respective channel 12 in order to remelt the same. For this purpose, the fiber bundles in the preferred exemplary embodiment are guided into a laser head (not shown), the laser beam being guided into the glass fiber for example by means of a scanner system.

Beim Umschmelzen der Lotkugeln 30, d. h. während des Beauf­ schlagens derselben mit dem Laserpuls, ist es bevorzugt, die fixierten Lotkugeln mit einem Inertgas zu beaufschlagen, um die Oberfläche der Lotkugeln während des Lötens vor einer Oxidation zu schützen. Dieses Inertgas kann durch die glei­ chen Kanäle 12 zugeführt werden.When the solder balls 30 are remelted, ie while they are being hit with the laser pulse, it is preferred to apply an inert gas to the fixed solder balls in order to protect the surface of the solder balls from oxidation during the soldering. This inert gas can be supplied through the same chen channels 12 .

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird nach dem Aufsetzen der Lotkugeln auf ein Substrat eine Kraft auf die Lotkugeln ausgeübt, während die Lotkugeln geschmolzen wer­ den. Durch das Ausüben einer solchen Kraft ist es beispiels­ weise möglich, ein Thermokompressionsbonden von Gold durch­ zuführen.In an alternative embodiment, according to the Placing the solder balls on a substrate exerts a force on the Solder balls applied while the solder balls are being melted the. By exerting such a force, it is exemplary as possible, thermocompression bonding of gold respectively.

Es ist für Fachleute offensichtlich, daß das Glasfaserbündel 22 aus einer Vielzahl von über den Faserhalter 16 gleich­ mäßig verteilten Glasfasern bestehen kann, wobei abhängig von dem gewählten Muster der Kanäle 12 beim Aufschmelzen der Lotkugel jeweils die Glasfasern, die auf einen der Kanäle gerichtet sind, mit einem Laserpuls beaufschlagt werden. Al­ ternativ können die Glasfasern in dem Faserhalter in glei­ cher Anzahl und Anordnung positioniert sein, wie die Kanäle in der Trägerplatte 10.It is obvious to a person skilled in the art that the glass fiber bundle 22 can consist of a plurality of glass fibers evenly distributed over the fiber holder 16 , the glass fibers which are directed onto one of the channels depending on the selected pattern of the channels 12 when the solder ball is melted. with a laser pulse. Alternatively, the glass fibers can be positioned in the fiber holder in the same number and arrangement as the channels in the carrier plate 10 .

Claims (6)

1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmel­ zen einer Mehrzahl von Lotkugeln auf ein Substrat (32), bestehend aus:
  • a) einem Vielfach-Sauggreifer mit
  • - einer Trägerplatte (10) mit einer Mehrzahl von Ka­ nälen (12), deren Querschnittsflächen kleiner als die Querschnittsflächen der aufzubringenden Lot­ kugeln (30) sind,
  • - einem mit der Trägerplatte (10) unter Bildung eines Hohlraums (18) verbundenen Faserhalter (16) für Glasfasern (22) zum Leiten von gepulster Laser­ strahlung, wobei der Hohlraum (18) über einen Aus­ gang (24) mit Unterluft/Druckluft beaufschlagbar ist, und die Glasfasern (22) in Ausrichtung mit den Kanälen (12) angeordnet sind,
    • a) einer Unterdruckerzeugungsvorrichtung, und
    • b) einer Vorrichtung zum Erzeugen von gepulster Laser­ strahlung.
1. Device for the simultaneous application and remelting of a plurality of solder balls on a substrate ( 32 ), consisting of:
  • a) with a multiple suction cup
  • - A carrier plate ( 10 ) with a plurality of channels ( 12 ), the cross-sectional areas of which are smaller than the cross-sectional areas of the solder balls to be applied ( 30 ),
  • - One with the carrier plate ( 10 ) with the formation of a cavity ( 18 ) connected fiber holder ( 16 ) for glass fibers ( 22 ) for conducting pulsed laser radiation, the cavity ( 18 ) via an output ( 24 ) with air / compressed air and the glass fibers ( 22 ) are arranged in alignment with the channels ( 12 ),
    • a) a vacuum generating device, and
    • b) a device for generating pulsed laser radiation.
2. Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen und Umschmelzen einer Mehrzahl von Lotkugeln (30) auf ein Substrat (32), mit folgenden Schritten:
  • - Ansaugen der Lotkugeln (34) mittels eines Vielfach- Sauggreifers nach Anspruch 1,
  • - Bewegen des Vielfach-Sauggreifers zum Substrat (32) und Absetzen der Lotkugeln (30) auf der Oberfläche des Substrats (32), und
  • - Aufschmelzen der Lotkugeln (30) durch gepulste Laser­ strahlung, welche durch die im Vielfach-Sauggreifer integrierten Glasfasern (22) zugeführt wird.
2. A method for simultaneously applying and remelting a plurality of solder balls ( 30 ) to a substrate ( 32 ), comprising the following steps:
  • - Suction of the solder balls ( 34 ) by means of a multiple suction pad according to claim 1,
  • - Moving the multiple suction pad to the substrate ( 32 ) and depositing the solder balls ( 30 ) on the surface of the substrate ( 32 ), and
  • - Melting of the solder balls ( 30 ) by pulsed laser radiation, which is supplied by the glass fibers ( 22 ) integrated in the multiple suction pads.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Lotkugeln (30) aus einem Lotkugelreservoir (28) angesaugt werden.3. The method according to claim 2, wherein the solder balls ( 30 ) are sucked out of a solder ball reservoir ( 28 ). 4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem während des Schmelzens der Lotkugeln (30) ein Inertgas durch die Ka­ näle denselben zugeführt wird.4. The method according to claim 2 or 3, wherein during the melting of the solder balls ( 30 ) an inert gas through the channels is fed to the same. 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem nach dem Schritt des Ansaugens kontrolliert wird, ob an jedem Kanal (12) eine Lotkugel (30) fixiert wurde.5. The method according to any one of claims 2 to 4, wherein after the suction step is checked whether a solder ball ( 30 ) has been fixed to each channel ( 12 ). 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem nach dem Aufsetzen der Lotkugeln (30) eine Kraft auf dieselben ausgeübt wird.6. The method according to any one of claims 2 to 5, in which a force is exerted thereon after the solder balls ( 30 ) have been placed on them.
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