DE19749909C2 - Vorrichtung zum Herstellen von Verbindungen zwischen jeweils zwei Kontaktelementen mittels Laserenergie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrzahl von Verbindungen zwischen Kon­ taktelementen jeweiliger Kontaktelementpaare mittels Laser­ energie, wobei die Kontaktelementpaare im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind und die zu verbindenden Flächen der Kontaktelemente im wesentlichen parallel zu dieser Ebene sind.

Die vorliegende Erfindung findet beispielsweise Anwendung zum Herstellen von Kontaktierungen im Bereich der SMD-Tech­ nik (SMD = surface mounted device). Ferner ist die vorlie­ gende Erfindung in der TAB-Technologie (TAB = tape automatic bonding = automatisches Filmbonden) zum Bonden innerer und äußerer Anschlußleitungen, dem sogenannten Inner-Lead- und Outer-Lead-Bonden, einsetzbar. Darüberhinaus kann die vor­ liegende Erfindung auch zum Verbinden von feinen Drähten und Bändchen oder dergleichen verwendet werden.

In der US 4845335 ist eine Vorrichtung zum elektrischen Ver­ binden von Kontaktelementen beschrieben, bei der sich auf einem TAB-Band befindende Kontakte mit den Kontakten eines integrierten Schaltkreises verbunden werden. Dabei werden die Kontakte auf dem Band in Überdeckung mit den Kontakten auf dem integrierten Schaltkreis gebracht und nachfolgend mittels Laserstrahlung miteinander verbunden. Um eine gute Reproduzierbarkeit der Verbindungen zu erzielen, muß der Ab­ stand zwischen den zu verbindenden Kontakten minimiert wer­ den. Gemäß einer allgemeinen Regel darf der Abstand nicht größer als ca. 10% der Kontaktelementdicke sein. Mit zuneh­ mender Miniaturisierung werden die Anschlüsse immer kleiner, wobei die Kontaktgeometrien kleinere Abmessungen erhalten, so daß die Erfüllung dieser Anforderungen problematisch wird. Bei der US 4845335 wird zum Andrücken der Kontaktele­ mente ein Gasstrom verwendet, der mittels einer Düse auf die Kontaktelemente gerichtet wird, wobei der zur Verbindung verwendete Laserstrahl und der durch die Düse erzeugte Gas­ strom koaxial liegen.

Die bekannte Vorrichtung ist jedoch zum Verbinden von Kon­ taktelementen mittels Laserenergie nicht optimal, da die zur Verfügung stehende Laserenergie nicht optimal in thermische Energie für die Kontaktverbindung umgewandelt wird.

Aus der DE-A-39 41 558 ist eine zum Punktschweißen, Hartlöten oder Löten geeignete Laser-Verbindungsvorrichtung bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Laserenergie mit­ tels einer Lichtleitfaser zu der Verbindungsstelle geleitet. Dabei wird die Lichtleitfaser in einem als Halter dienenden Werkzeug mit Abstand zur Verbindungsstelle gehalten, wobei über das Werkzeug ein Druck auf die Verbindungsstelle, d. h. die zu verbindenden Kontaktelemente, ausgeübt wird.

In der DE-A-19 58 430 ist eine Vorrichtung zum Verbinden von Kontaktelementen mittels eines Laser-Schweißvorgangs be­ schrieben, die einen Quarzdorn zur Übertragung der Laser­ energie zu der Verbindungsstelle verwendet. Der Quarzdorn dient gleichzeitig zur Ausübung eines Drucks auf die Verbin­ dungsstelle.

In der US 5 565 119 A ist eine Vorrichtung beschrieben, um gleichzeitig mehrere Lötverbindungen zu bewirken. Die Vor­ richtung weist eine Halterung auf, in der eine Mehrzahl von Lötspitzen angeordnet ist, die mittels Laserenergie erwärmt werden. Die Lötspitzen sind mittels Federn in der Halterung gelagert.

Die DE 42 00 492 A1 zeigt eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden von Kontakten. Dabei werden zwei Kontaktelemente in Überdeckung gebracht und mittels einer Laseranordnung verbunden. Ein Faserleiter ist vorgesehen, über den Laser­ strahlung an die zu verbindende Stelle geleitet wird, wobei die zu verbindenden Kontaktelemente beispielsweise durch den Faserleiter selbst aneinandergedrückt werden.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Herstellen von Verbindungen zwischen Kontaktelementen mittels Laserenergie zu schaffen, die die gleichzeitige Her­ stellung von mehreren Verbindungen zwischen Kontaktelementen jeweiliger Kontaktelementpaare unter einer guten Ausnutzung und Umwandlung der Laserenergie ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch Vorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1, 11 und 13 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft Vorrichtungen zur elek­ trischen Verbindung von Kontaktelementen mittels Laserener­ gie, die die gleichzeitige Herstellung von mehreren Verbin­ dungen, bei denen jeweils zwei Kontaktelemente miteinander verbunden werden, gestattet, und welche auch bei kleinsten Kontaktgeometrien eine schnelle und reproduzierbare Verbin­ dungsherstellung ermöglicht, wobei eine gleichmäßig hohe Qualität der hergestellten Verbindungen und eine gute Aus­ nutzung und Umwandlung der Laserenergie gegeben sind. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß eine gute Ausnutzung der Laserenergie erhalten wird, wenn der Druck zum Minimieren des Abstands zwischen den Kontaktele­ menten direkt durch die Lichtleitfasern, durch die die La­ serenergie geleitet wird, auf die Verbindungsstellen, d. h. die Kontaktelemente, ausgeübt wird.

Um beim Herstellen einer Mehrzahl von Verbindungen das An­ einanderdrücken der Verbindungsflächen aller zu verbindenden Kontaktelemente zu gewährleisten, sind gemäß der vorliegen­ den Erfindung Einrichtungen zum Ausgleichen unterschiedli­ cher Abstände zwischen den Lichtleitfaserenden und den Ober­ flächen der zu verbindenden Kontaktelementpaare vorgesehen. Dadurch können gemäß der vorliegenden Erfindung qualitativ hochwertige Verbindungen unter einer guten Ausnutzung der Laserenergie im wesentlichen gleichzeitig hergestellt wer­ den, selbst wenn die den Lichtleitfasern zugewandten Ober­ flächen der zu verbindenden Kontaktelementpaare nicht genau in einer Ebene liegen.

Durch die Lichtleitfasern der erfindungsgemäßen Verbindungs­ vorrichtung, die die Laserstrahlung an die zu verbindenden Stellen leiten, kann die Laserstrahlung optimal in thermi­ sche Energie zum Verbinden, d. h. zum Verschweißen oder zum Verlöten, umgewandelt werden, so daß keine unzureichenden Verbindungsstellen aufgrund zu geringer Wärme und ferner keine Überhitzungen auftreten können, die die Kontakte zer­ stören könnten. Aufgrund der unmittelbaren Kontaktierung der Lichtleitfaserenden mit einer Oberfläche der zu verbindenden Kontaktelemente beeinflussen möglicherweise am Ende einer Lichtleitfaser auftretende Ablagerungen die Einkopplung der Laserenergie zur Umwandlung derselben in thermische Energie, um die Verbindung herzustellen, nicht in dem Maße, wie dies bei der Aufrechterhaltung eines Abstands zwischen dem Ende einer Lichtleitfaser und der Verbindungsstelle der Fall ist. Ferner erhöht sich durch das Aneinanderdrücken der Kontakt­ elemente, das gemäß der vorliegenden Erfindung auch bei der im wesentlichen gleichzeitigen Herstellung einer Mehrzahl von Verbindungen für alle Verbindungen gewährleistet ist, die thermische Ankopplung, wobei die effektive Kontaktfläche zwischen den jeweiligen Kontaktelementen während der Lötzeit schnell zunimmt, was eine optimale thermische Kopplung zu den zu verbindenden Kontaktelementen zur Folge hat.

Die vorliegende Erfindung ist speziell zum Herstellen von Verbindungen zwischen Anschlußleitungen und Lötanschlußflä­ chen auf einem Substrat oder Chip geeignet. Durch die im we­ sentlichen gleichzeitige Kontaktierung einer Mehrzahl von Verbindungsstellen sind durch die vorliegende Erfindung sehr kurze Verarbeitungszeiten pro Bauteil möglich.

Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise zur Herstellung von Verbindungen zwischen Leiterbahnen eines flexiblen Schaltungsträgers und Kontaktstellen eines Substrats oder eines Chips besonders geeignet. Der flexible Schaltungsträ­ ger ist dabei durch eine Folie gebildet, die für die Wellen­ länge der verwendeten Laserstrahlung durchlässig ist, wo­ durch die Laserenergie fast verlustfrei durch die Folie ge­ langt und erst an der Oberfläche der Anschlußleitung (Lead), die beispielsweise aus Kupfer besteht, absorbiert und in Wärme umgesetzt wird. Durch diese Wärme und durch die An­ drückkraft während des Kontaktierungsvorgangs wird eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Leiterbahnen des flexiblen Schaltungsträgers und Kontaktstellen des Substrats oder Chips hergestellt. Weitere Vorteile bestehen darin, daß die Laserenergie erst unterhalb des flexiblen Folienmate­ rials, beispielsweise auf einer Kupferleitbahn, in Wärme um­ gesetzt wird. Demzufolge gibt es keine Probleme mit dem Wär­ meübergangswiderstand und auch keine Probleme mit der Wärme­ leitung der Folie. Ferner kommt es nicht zur Zerstörung der Kleberschichten im flexiblen Schaltungsträger durch zu hohe Temperaturen und Drucke.

Die vorliegende Erfindung kann ferner Mittel zum Koppeln der Laserenergie eines Lasers in die Mehrzahl von Lichtleitfa­ sern aufweisen. Ferner können Einrichtungen zum Überwachen des Verbindungsvorgangs zwischen jeweiligen Kontaktelementen vorgesehen sein. Dadurch können mittels einer Steuervorrich­ tung beispielsweise Verschmutzungen an den Faserendflächen ausgeregelt werden.

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen dargelegt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und Fig. 2 schematische Darstellungen zur Erläute­ rung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur weiteren Erläute­ rung der Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A bis 5D schematische Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung;

Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Einkoppelvorrichtung;

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Lichtleitfaserbündels, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann; und

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Kontrolle der Temperatur an Verbindungsstellen und somit zum Überwachen des Verbindungsvorgangs.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird nachfolgend ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Dabei wird die vorliegende Erfindung am Beispiel des TAB-Verfah­ rens erklärt, wobei es offensichtlich ist, daß die Vorrich­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung auch für andere Ver­ bindungsverfahren geeignet ist.

In Fig. 1 ist eine Laserquelle 10, die eine handelsübliche Laserquelle zum Erzeugen eines Laserlichts mit einer be­ stimmten Wellenlänge sein kann, dargestellt, deren Strahlung mittels einer Abbildungseinrichtung 12 auf die zugewandte Endfläche 14 eines Lichtleiters 16 fokussiert wird. Der Lichtleiter 16 ist mittels eines Faserkopplers 18 mit einer Vielzahl von einzelnen Lichtleitfasern 20 gekoppelt. Alter­ nativ kann der Lichtleiter 16 aus einem Faserbündel beste­ hen, wobei in diesem Fall auf die Verwendung eines Faser­ kopplers 18 verzichtet werden kann.

Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Halter, der allgemein mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnet ist, vorgese­ hen, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung mit einer Mehrzahl von Bohrungen oder Aus­ nehmungen in demselben versehen ist, durch die jeweils eine einzige Lichtleitfaser 20 hindurchgeführt ist. Der Halter weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste und eine zweite Oberfläche auf, die parallel zueinander sind, wobei die Bohrungen mit den eingebetteten Lichtleitfa­ sern 20' senkrecht auf diesen Oberflächen enden. Die Bohrun­ gen in dem Halter sind vorzugsweise entsprechend einer geo­ metrischen Anordnung von Verbindungsstellen, d. h. einem Ver­ bindungsstellenmuster, angeordnet.

Der Halter 22 besteht bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus­ führungsbeispiel aus einem ersten Halterelement 24 aus einem starren Material, einem zweiten Halterelement 26 aus einem elastischen Material und einem dritten Halterelement 28, das aus einem elastischen oder einem starren Material bestehen kann. Die Bohrungen sind ausgerichtet zueinander durch alle drei Halterelemente 24, 26 und 28 gebildet. Das zweite Hal­ terelement 26 ist auf der der Laserquelle 10 abgewandten Oberfläche 24a an dem ersten Halterelement 24 angebracht. Das dritte Halterelement 28 ist auf der dem ersten Halter­ element 24 abgewandten Oberfläche des zweiten Halterelements 26 angebracht. Das dritte Halterelement 28 kann auch als Bü­ gel bezeichnet werden. Die Halterelemente 24, 26 und 28 sind beispielsweise mittels eines Klebers verbunden. Der Bügel 28 dient zur Feinpositionierung der in den Bohrungen angeordne­ ten Lichtleitfasern 20', und insbesondere zur Feinpositio­ nierung der Faserendflächen 30 derselben gemäß dem Verbin­ dungsstellenmuster. Die Höhe des Bügels 28 ist derart ge­ wählt, daß die Faserendflächen 30 zusammen mit der freien Oberfläche des Bügels 28 eine zusammenhängende planare Flä­ che bilden.

Die Lichtleitfasern 20' sind bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sowohl in dem ersten Halterelement 24 als auch dem dritten Halterelement 28 frei führbar, d. h. nicht befe­ stigt. Ferner sind die Lichtleitfasern an dem elastischen Halterelement 26 beispielsweise mittels eines Klebers ange­ bracht. Das Halterelement 24 aus einem starren Material kann in Richtung der Pfeile F mit einer Kraft beaufschlagt wer­ den.

In Fig. 1 ist ferner ein Chip oder ein Substrat 32 darge­ stellt, auf dem eine Mehrzahl von Lötkontaktstellen 34 (Pads, Bumps) angeordnet ist. Auf dem Substrat 32 ist eine TAB-Folie 36 angeordnet, wobei jeweils Anschlußleitungen 38, die an der Folie 36 angebracht sind, mit den Lötkontaktstel­ len 34 auf dem Substrat 32 in Überdeckung gebracht sind. In Fig. 1 ist optional ferner eine weitere Folienschicht 40 aus einem flexiblen Material über der TAB-Folie 36 angeordnet.

Bei der Darstellung von Fig. 1 ist der Halter 22 noch nicht gegenüber den zu verbindenden Kontaktelementen, d. h. den Lötkontaktstellen 34 und den Anschlußleitungen 38, ausge­ richtet und in die Verbindungsstellung gebracht. Zu diesem Zweck ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, die eine handelsübliche Positio­ nierungsvorrichtung sein kann, um den Halter 22 und somit die Lichtleitfaserenden 30 in einer vorbestimmten Beziehung zu den zu verbindenden Kontaktelementen zu positionieren. Dabei wird der Halter 22 mit der in den Fig. 1 und 2 unteren Oberfläche derart gegenüber dem Chip 32 ausgerichtet, daß jede Lichtleitfaser 20' mit ihrem Lichtleitfaserende 30 ge­ nau gegenüber einer Verbindungsstelle zwischen Lötkontakt­ stelle 34 und Anschlußleitung 38 positioniert ist. Danach wird der Halter 22 dem Bauteil, d. h. dem Chip 32, soweit genähert, bis die Lichtleitfaserenden 30 mit den Verbin­ dungsstellen in Kontakt kommen, d. h. bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der flexiblen Folie 40. Dabei wird eine vorbestimmte Bondkraft F auf das erste Halterelement 24 ausgeübt, die über das federartig wirkende zweite Halterele­ ment 26 auf die einzelnen Lichtleitfasern 20' übertragen wird. Somit übt jede einzelne Lichtleitfaser einen vorbe­ stimmten Druck auf die jeweilige Verbindungsstelle zwischen Lötkontaktstelle 34 und Anschlußleiter 38 aus. Dabei wird durch das federartig wirkende zweite Halterelement 26 si­ chergestellt, daß die Kraft gleichmäßig auf alle Lichtleit­ fasern 20' übertragen wird, weshalb bei gleichen geometri­ schen Abmessungen der Lichtleitfaserendflächen 30 gleiche Anpreß- bzw. Bond-Drucke an allen Verbindungsstellen erzeugt werden. Somit ist der Halter 22 in die vorbestimmte Stellung bezüglich des Chips 32 und somit der zu verbindenden Kon­ taktstellen gebracht.

Nachfolgend wird eine von der Laserquelle 10 erzeugte Laser­ strahlung bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Abbildungsvorrichtung 12, den Lichtleiter 16 und den Fa­ serkoppler 18 in die einzelnen Lichtleitfasern 20 eingekop­ pelt. Das Laserlicht kann dabei in einem Dauer-Betrieb oder in einem gepulsten Betrieb erzeugt werden. Das Laserlicht wird von den Lichtleitfasern 20 durch die Bohrungen geleitet und zu den Verbindungsstellen geführt. An den Verbindungs­ stellen wird das Laserlicht von zumindest einem der zwei Kontaktelemente absorbiert. Die flexiblen Folien 36 und 40 sind dabei für das Laserlicht der verwendeten Wellenlänge transparent. Aufgrund der durch die Absorption entstehenden Wärmeentwicklung, d. h. der Temperatur, und des herrschenden Anpreßdrucks erfolgt die Verbindungsherstellung zwischen den Kontaktelementen. Durch die Bereitstellung einer Mehrzahl von Lichtleitfasern 20, deren Enden 30 bezüglich einer Mehr­ zahl von zu verbindenden Kontaktelementen ausgerichtet sind, können somit mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung an vielen Verbindungsstellen unter gleichen und reproduzierba­ ren Bedingungen hinsichtlich des Drucks und der Temperatur Verbindungen von je zwei Kontaktelementen mit reproduzierba­ rer Qualität hergestellt werden.

Wie im folgenden insbesondere bezugnehmend auf die Fig. 4A bis 5D ausführlicher beschrieben wird, ermöglicht die vor­ liegende Erfindung einen Ausgleich unterschiedlicher Höhen der zu verbindenden Kontaktelementpaare durch die gefederte Halterung der Lichtleitfasern in dem Halter. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Ausgleich durch das Vorsehen einer optionalen zusätzlichen elastischen Folie 40 unterstützt. Jedoch ist die elastische Folie, sowohl die TAB-Folie 36 als auch die zusätzliche Fo­ lie 40, kein erforderliches Merkmal der vorliegenden Erfin­ dung. Wie oben beschrieben wurde, sind die Lichtleitfasern 20' nur an dem zweiten Halterelement 26 aus dem elastischen Material, das beispielsweise aus Schaumstoff bestehen kann, angebracht. Alternativ können die Lichtleitfasern zusätzlich federartig in den Bohrungen des ersten Halterelements 24 an­ gebracht sein, beispielsweise mittels eines elastischen Kle­ bers.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Zwischenräume zwischen den Lichtleitfaserenden und der dem Substrat zugewandten Oberfläche des ersten Halter­ elements 24 mit einem elastischen Material 26 und einem Bü­ gel 28 aufgefüllt. Das elastische Material kann beispiels­ weise aus einem elastischen Kunststoff bestehen. Dieses ela­ stische Material ist dabei schichtförmig auf die Oberfläche des ersten Halterelements 24 derart aufgebracht, daß zum ei­ nen die Lichtleitfasern aus der elastischen Materialschicht herausragen, und zwar alle Lichtleitfasern um dieselbe Län­ ge, und zweitens die Lichtleitfasern innerhalb der Material­ schicht vollständig von dem elastischen Material umgeben sind. Dies verbessert die mechanische Stabilität und damit die Lebensdauer der Lichtleitfaserendstücke 20'. Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bügel 28 ist optional, wobei der­ selbe bei einem alternativen Ausführungsbeispiel weggelassen sein kann. Der Bügel 28 ist auf die Materialschicht 26 auf­ gebracht und kann aus demselben Material wie die Material­ schicht 26 bestehen. Alternativ kann der Bügel 28 aus einem sehr harten Material bestehen, da dieses dritte Halterele­ ment 28 die Funktion hat, die einzelnen Lichtleitfasern 20' in ihrer Position so zu korrigieren, daß die geometrischen Abstände der Lichtleitfasern sehr genau mit dem Verbindungs­ stellenmuster auf dem Chip 32 übereinstimmen. Durch die Boh­ rungen in dem ersten Halterelement 24 und die Anbringung der Lichtleitfasern 20' in dem zweiten Halterelement 26 ist in der Regel nur eine grobe Vorjustage gegeben. Dadurch beding­ te Ungenauigkeiten können durch das Aufbringen des Bügels 28, der zur Feinjustage für die Positionen der Lichtleitfa­ sern dient, korrigiert werden. Vorzugsweise weist das Mate­ rial für den Bügel 28 einen sehr kleinen und isotropen Tem­ peraturausdehnungskoeffizienten auf, damit auch beim Kontakt mit einer sehr heißen Oberfläche während des Kontaktierungs­ vorgangs die genaue Positionierung der Fasern gewährleistet ist. Der Bügel 28 kann in separaten Schritten entsprechend dem Verbindungsstellenmuster strukturiert und/oder geätzt werden, beispielsweise aus einem Siliziumsubstrat. Dadurch sind die geometrischen Abmessungen der Ausnehmungen in dem Bügel 28 entsprechend dem Verbindungsstellenmuster sehr ge­ nau herstellbar. Bei üblicherweise verwendeten Lichtleitfa­ sern mit einem zylindrischen Außenmantel werden die Ausneh­ mungen in dem Bügel 28 vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, wobei einerseits die durch eine derartige "Bohrung" geführte Lichtleitfaser sehr genau in der vorbestimmten Lage positio­ niert wird und andererseits die Faser in der Bohrung noch so viel Spiel hat, daß die Reibung zwischen der zylindrischen Bohrungsinnenwand des Bügels und der Faser vergleichsweise gering ist, so daß eine nahezu reibungsfreie Relativbewegung zwischen dem Bügel und den Lichtleitfasern möglich ist. Wie bereits erwähnt, kann der Bügel beispielsweise mittels eines Klebers auf der Oberfläche des zweiten Halterelements 26 be­ festigt werden. Die Höhe des zweiten Halterelements 26 und des dritten Halterelements 28 wird bevorzugt so gewählt, daß die Gesamthöhe derselben genau mit der Länge der Lichtleit­ faserendstücke 20' übereinstimmt, so daß die Faserendflächen 30 in einer planaren Fläche mit der unteren Oberfläche des Bügels 28 liegen.

Das Anordnen der Faserendflächen und der unteren Oberfläche des Bügels 28 in einer planaren Fläche weist mehrere Vortei­ le auf. So wird beim Kontaktierungsvorgang von Verbindungs­ stellen durch eine Folie hindurch, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, die Folie nicht nur an den Verbindungsstellen angedrückt, sondern auch auf der gesamten Fläche außerhalb der Verbindungsstellen. Dadurch wird gleichzeitig mit der Verbindungsherstellung der Kontaktelemente auch eine Plana­ risierung der Folienoberfläche bewirkt. Durch den durch die Lichtleitfasern ausgeübten Druck und die Materialverschmel­ zung der Kontaktelemente tritt an den Verbindungsstellen ei­ ne Volumenreduktion auf, was eine Eindellung der Folie an den Verbindungsstellen bewirkt. Diese Eindellungen werden durch das gleichzeitige Andrücken außerhalb der Verbindungs­ stellen vermindert, wodurch eine weitestgehende Planarisie­ rung erreicht wird.

Der oben beschriebene Effekt wird insbesondere erreicht, wenn als Material für den Bügel ein im Vergleich zu der Fo­ lie wesentlich härteres und steiferes Material verwendet wird, wie dies etwa bei einem Siliziumbügel der Fall ist. Entsprechendes gilt für Ausführungsformen, bei denen anstel­ le der Folie ein anderes Material als Kontaktpartner vor­ liegt.

Beim Vorliegen der planaren Oberfläche kann gleichzeitig mit dem Ausüben des Drucks auf die Verbindungspartner durch die Lichtleitfasern außerhalb der Verbindungsstellen ein Klebe­ vorgang ausgeführt werden. Somit können in einem einzigen Schritt viele Verbindungen an den Verbindungsstellen herge­ stellt werden, beispielsweise durch Löten, während gleich­ zeitig in den anderen Bereichen Klebevorgänge zwischen Mate­ rialien, beispielsweise zwischen einer Folie und der darun­ terliegenden Schichtoberfläche, durchgeführt werden können.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel hat zusätzlich den Vor­ teil, daß durch die Wahl der Materialien für das zweite Hal­ terelement und das dritte Halterelement, insbesondere durch die Wahl des elastischen Materials für das zweite Halterele­ ment, der Druck auf die Flächen außerhalb der Verbindungs­ stellen in weiten Grenzen einstellbar ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Material des Bügels 28 das Laserlicht gut absorbiert oder reflektiert, da dann durch eine Störfall oder durch eine Beschädigung der Faser aus den Lichtleitfa­ sern entwichenes Laserlicht nicht auf die Oberflächenberei­ che zwischen den Verbindungsstellen des Bauteils gelangen kann. Somit können in diesen Oberflächenbereichen keine Schädigungen des Bauteils infolge thermischer Überbelastun­ gen durch Laserlicht entstehen. Gleiches gilt für eine zwi­ schen dem Bügel 28 und dem Bauteil angeordnete elastische Folie bzw. unter derselben angeordnete Schichten.

Das Material des Bügels kann abhängig von den Oberflächenma­ terial des Bauteils außerhalb der Verbindungsstellen so aus­ gewählt werden, daß beim Kontaktierungsvorgang das Bügelma­ terial mit dem Oberflächenmaterial des Bauelements keine chemische und/oder physikalische Bindung eingeht. Zu diesem Zweck kann der Bügel auch mit einem entsprechenden Material beschichtet sein. Insbesondere muß eine Benetzung des Bügels durch das Oberflächenmaterial, das beispielsweise ein Lotma­ terial sein kann, ausgeschlossen sein, damit eine Reinigung der Kontaktierungsflächen des Bügels nach dem Kontaktie­ rungsvorgang entfällt.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die auf den Halter beaufschlagte Kraft F fast aus­ schließlich auf die Endflächen 30 der Lichtleitfasern 20 und nur zu einem vernachlässigbaren Anteil auf die mit den Fa­ serendflächen 30 in einer Ebene liegende Bügeloberfläche weitergeleitet. Dies bewirkt, daß während des Kontaktie­ rungsvorgangs die Lichtleitfasern 20 auf die jeweiligen Kon­ taktelemente gedrückt sind, während die Bügeloberfläche in­ folge der Elastizität insbesondere des zweiten Halterele­ ments "zurückweicht". Bei einer vorbestimmten Kraft auf den Halter und einem vorgegebenen Mindestbonddruck, d. h. einem Mindestanpreßdruck einer Lichtleitfaser auf das dazugehörige Kontaktelementpaar, sind umso mehr Verbindungsstellen gleichzeitig herstellbar, je elastischer das zweite und mög­ licherweise das dritte Halterelement sind.

In Fig. 3 ist ein vergrößerter, nicht maßstäblicher Aus­ schnitt aus Fig. 2 mit dem ersten Halterelement 24, dem zweiten Halterelement 26 und dem dritten Halterelement 28 sowie einer Folie 42 gezeigt. In Fig. 3 ist veranschauli­ chend dargestellt, daß bei einer Materialschrumpfung an der Stelle 44, die eine Folge der Verbindung der zwei Kontakt­ elemente ist, das entsprechende Lichtleitfaserendstück auto­ matisch der Eindellung in der Folie 42 gefolgt ist, wobei der Kontakt zur Folie und somit die Ausübung des Drucks auf die Kontaktelemente aufrechterhalten wird. Somit wird die Bondkraft an einer Verbindungsstelle reproduzierbar auf­ rechterhalten und ein Austreten von Laserstrahlung verhin­ dert, was infolge der Erhitzung des umliegenden, absorbie­ renden Materials zu einer Zerstörung des Chips bzw. Schal­ tungsträgers führen könnte. Auf diese Art und Weise wird die Koplanarität beim Bonden gewährleistet, insbesondere werden Unebenheiten beispielsweise in der Folie oder ein leicht winkliges Ausrichten des Halters gegenüber der Folienober­ fläche ausgeglichen.

Bezugnehmend auf die Fig. 4A bis 5D wird nachfolgend erläu­ tert, wie gemäß der vorliegenden Erfindung Unebenheiten der dem Halter zugewandten Oberflächen von Kontaktelementpaaren ausgeglichen werden. In Fig. 4C ist ein fertiger Halter 122 dargestellt, während die Fig. 4A und 4B Schritte zur Her­ stellung desselben zeigen. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, wird zunächst ein erstes Halterelement 124 aus einem starren Ma­ terial sowie ein drittes Halterelement 128, das ebenfalls aus einem starren Material besteht, vorgesehen. Die Halter­ elemente 124 und 126 weisen zueinander ausgerichtete Bohrun­ gen 129 auf. Dazu werden vorzugsweise zunächst die platten­ artigen Elemente mit den entsprechenden Bohrungen versehen.

Die Halterelemente 124 und 128 werden beispielsweise in ei­ nem geeigneten Träger in der in Fig. 4A gezeigten Art ange­ ordnet. Nachfolgend werden, wie in Fig. 4B gezeigt ist, Lichtleitfasern 20 durch die Bohrungen 129 in dem ersten Halterelement 124 und die Bohrungen 131 in dem dritten Hal­ terelement 128, deren Muster und Durchmesser mit denen der Bohrungen 129 übereinstimmt, geführt. Es ist dabei vorteil­ haft, daß der Faserdurchmesser nur geringfügig kleiner ist als die Bohrungsdurchmesser. Die Fasern werden in den Boh­ rungen nicht befestigt. Nachfolgend wird, wie in Fig. 4C ge­ zeigt ist, der Zwischenraum zwischen dem ersten Halterele­ ment 124, dem dritten Halterelement 128 und den Lichtleit­ fasern 20 mit einem flexiblen Material 126, beispielsweise einem Kunststoff oder einem Kleber, ausgefüllt. Bei dem be­ züglich der Fig. 4A bis 5D beschriebenen Ausführungsbeispiel ragen die Fasern 20 dabei auf der dem flexiblen Material 126 abgewandten Seite des Bügels 128 aus dem Bügel heraus, wie in Fig. 4C zu sehen ist. Die Lichtleitfasern 20 führen ande­ rerseits, wie in den Fig. 4B bis 5D nicht dargestellt ist, an dem anderen Ende derselben wiederum beispielsweise über diverse optische Führungs- und Abbildungssysteme, wie bei­ spielsweise in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, zu einer Laserquelle.

Fig. 5A entspricht Fig. 4C mit dem Unterschied, daß das Hal­ terelement 124 mit einer Bondkraft F beaufschlagt ist. In Fig. 5B ist ein Substrat 132 mit Verbindungskontaktelementen 134 dargestellt, deren obere Oberflächen nicht planar sind. Zur Verdeutlichung sind in Fig. 5B stark unplanare Oberflä­ chen der Verbindungskontaktelemente 134 dargestellt.

In Fig. 5C ist das Substrat 132 auf einem Träger 135, bei­ spielsweise einem Tisch, angeordnet. Die Halteranordnung 122 ist derart in Beziehung zu dem Substrat 132 angeordnet, daß die Lichtleitfaserenden der Lichtleitfasern 20 jeweils mit den Verbindungskontaktelementen ausgerichtet sind und einen Druck auf dieselben ausüben. Die Verbindungskontaktelemente 134 stellen dabei in den Fig. 5B und 5C jeweils ein Kontakt­ elementpaar dar. Es ist hierbei nicht erforderlich, eine elastische Folie zwischen den Kontaktelementpaaren und den Lichtleitfaserenden anzuordnen, wobei dies jedoch optional der Fall sein kann, wie etwa beim TAB-Bonden. In der schema­ tischen Darstellung von Fig. 5C ist zu sehen, wie durch das elastische Material 126 und die federartige Fixierung der Lichtleitfasern 20 an dem elastischen Material 126, d. h. die federartige Fixierung der Fasern in der Halteranordnung 122, die Unplanarität der Verbindungskontaktelemente 134 ausge­ glichen wird. Wie durch die bauchige Deformation des elasti­ schen Materials 126 verdeutlicht wird, trägt das elastische Material im wesentlichen zu diesem Ausgleich der Unplanari­ tät bei.

In Fig. 5D ist zur Veranschaulichung dieses Ausgleichs die Halteranordnung nach der Kontaktierung nochmals separat dar­ gestellt, wobei offensichtlich ist, daß nach dem Abheben der Halteranordnung 122 von dem Substrat 132 die Fasern in der Halteranordnung wieder die in den Fig. 4C und 5A dargestell­ ten Positionen einnehmen würden. Die Fig. 5D dient lediglich dazu, die Verschiebungsfähigkeit der einzelnen Fasern durch die federartige Anbringung derselben in der Halteranordnung zu verdeutlichen.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Hal­ teranordnung, die gleichzeitig eine Ausgleichsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung liefert, dargestellt. Fig. 6 zeigt jedoch nur einen Ausschnitt einer solchen Halteran­ ordnung. Ein Halterelement 200 aus einem starren Material ist mit einer Durchgangsöffnung 202 versehen. Es ist offen­ sichtlich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein solches Halterelement 200 mit einer Mehrzahl der Durchgangsöffnungen 202 versehen ist, um das federartige Halten einer Mehrzahl von Glasfasern zu ermöglichen. In der Durchgangsöffnung 202 ist ein röhrenförmiges Halterelement 204 aus einem flexiblen Material in der dargestellten Form angeordnet. Das röhren­ förmige Halterelement 204 ist dabei mittels eines Flansches 206 und einer Klemmvorrichtung 208, die, wie in Fig. 6 ge­ zeigt ist, beispielsweise durch eine Schraube gebildet sein kann, in der Durchgangsöffnung 202 angebracht. In dem röh­ renförmigen Halterelement 204 ist eine Glasfaser 20' ange­ ordnet, die nicht mit dem Halterelement 204 verbunden ist. Die Glasfaser ist durch das Einwirken der Klemmvorrichtung 208 auf das flexible röhrenförmige Halterelement 204 in der Durchgangsöffnung 202 angebracht. Wie dargestellt ist, steht das Glasfaserende 30 der Glasfaser 20' am unteren Ende 210 des röhrenförmigen flexiblen Halterelements 204, das abge­ schrägt ausgebildet sein kann, vor. Das Glasfaserende 30 ist dabei das Ende, das beim Durchführen einer Verbindung einen Druck auf das Kontaktelementpaar ausübt.

Im unteren Bereich von Fig. 6 ist eine Schnittansicht ent­ lang der Linie A-A dargestellt. Bei dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel sind zwei Fasern 20' und 20'' in dem röh­ renförmigen flexiblen Halterelement 204 frei geführt. Es ist jedoch offensichtlich, daß es ferner möglich ist, nur eine Faser oder eine andere Anzahl von Fasern pro röhrenförmigem Halterelement zu führen. Die bezugnehmend auf Fig. 6 be­ schriebene Halter- und Ausgleichs-Einrichtung liefert eine ausreichende Flexibilität, um Unebenheiten der den Glasfa­ sern zugewandten Oberflächen von Kontaktelementpaaren auszu­ gleichen. Dieser Ausgleich findet durch die Flexibilität des röhrenförmigen Halterelements sowie die Flexibilität der Glasfasern selbst statt.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel werden folglich auf dem Substrat vorhandene oder durch Kontaktie­ rung entstandene Unebenheiten durch eine elastische Deforma­ tion bzw. eine Durchbiegung der Glasfasern unterhalb der Einspannstelle derselben ausgeglichen. Dadurch wird gewähr­ leistet, daß die zur Kontaktierung verwendete Glasfaser wäh­ rend des Bondprozesses ständig auf die Kontaktstelle ge­ drückt wird. Dabei werden auch durch die Verringerung des Volumens einer optional verwendeten Folie während des Bond­ prozesses bedingte Unebenheiten ausgeglichen, die zu einer Verringerung der Bondkraft auf den Kontaktstellen führen können, wenn nicht alle Fasern gleichzeitig an dem Bondpro­ zeß beteiligt sind, wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird.

In Fig. 7 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfin­ dung dargestellt. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind Glasfasern 20 fest in einer starren Hal­ teranordnung 220 angebracht. Die Halteranordnung 220 kann dabei wiederum eine plattenartige Form mit Durchgangslöchern durch dieselbe aufweisen. In Fig. 7 ist ferner ein Bauteil 222 mit Kontaktflächen 224 dargestellt, die mit Anschlußlei­ tungen 226 auf einem flexiblen Substrat 228 zu verbinden sind.

Um die Verbindung zu realisieren, wird die starre Halteran­ ordnung 220 mit den Glasfasern 20 derart gegenüber den Kon­ taktelementpaaren 224, 226 angeordnet, daß jeweils Glasfa­ serenden den Kontaktelementpaaren gegenüberliegen und einen Druck auf dieselben ausüben. Nachfolgend wird Laserenergie durch die Glasfasern 20 und das flexible Substrat 228 auf die Kontaktelementpaare geleitet, so daß durch Umwandlung der Laserenergie in thermische Energie eine Verbindung der­ selben bewirkt wird. Das flexible Substrat 228 muß dabei für die Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung transparent sein. Bei dem flexiblen Substrat kann es sich beispielsweise um ein Foliensubstrat handeln. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel wirkt das Foliensubstrat ferner als Ausgleichseinrich­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Fasern starr in dem Halter 220 befestigt sind.

Bei der derartigen Verwendung einer Folie, um beispielsweise eine Flip-Chip-Kontaktierung durchzuführen, muß die Wellen­ länge des verwendeten Laserlichts so auf das Folienmaterial abgestimmt sein, daß die Folie möglichst wenig Laserlicht­ energie absorbiert und somit fast die gesamte Energie zu ei­ nem diese Energie absorbierenden Kontaktelement gelangt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden demnach die Endflächen der Lichtleitfasern, welche von der zweiten Oberfläche des Hal­ ters ausgehen, mit der Folie in Kontakt gebracht, derart, daß das die Folie durchdringende Laserlicht genau auf eine darunterliegende Verbindungsstelle trifft. Für viele bekann­ te Folienmaterialien sind Wellenlängen von ca. 800 nm bis ca. 1.100 nm geeignet, wobei immer leistungsstärkere Dioden­ laser in diesem Wellenlängenbereich zur Verfügung stehen.

Zurückkehrend zu Fig. 7 ist bei dem dort dargestellten Aus­ führungsbeispiel das Faserbündel, das die Lichtleitfasern 20 aufweist, von der Unterseite her in einer entsprechenden Halterung fixiert. Die Halterung 220 kann dabei ein festste­ hender Tisch sein. Nachfolgend werden die Folie 228, oder das flexible Substrat, derart auf den Glasfaserenden ange­ ordnet, daß die Glasfaserenden jeweils den Kontaktelementen der Folie gegenüberliegen. Nachfolgend können beispielsweise mittels einer Pick-And-Place-Vorrichtung Bauteile auf der oberhalb der Glasfaserenden befindlichen, beispielsweise mit Leiterbahnen 226 versehenen Folie positioniert und gegen diese Leiterbahnen und damit gegen die darunter befindlichen Glasfaserendflächen gepreßt werden. Nachfolgend wird wiede­ rum Laserenergie mittels einer entsprechenden Vorrichtung in die einzelnen Glasfasern eingekoppelt, so daß alle auf der Anordnung befindlichen Kontaktstellen in einem Arbeitsgang kontaktiert werden können.

Alternativ zu dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbei­ spiel können auch in diesem Fall die Glasfasern federartig in dem Halter 220 angebracht sein, um beispielsweise den Ausgleich von Unebenheiten zu unterstützen.

Wie in den Fig. 1 und 2 der vorliegenden Anmeldung darge­ stellt ist, kann das von einem Laser austretende Laserlicht mittels einer Kopplungseinrichtung 18 in die Mehrzahl von einzelnen Lichtleitfasern 20 eingekoppelt werden. Zur Abbil­ dung des vom Laser austretenden Laserlichts auf die einzel­ nen, dem Laser zugewandten Lichtleitfaserendflächen des Fa­ serbündels kommen vorzugsweise optische oder optisch-mecha­ nische oder elektrooptische Vorrichtungen und Verfahren in Betracht. Vorzugsweise kann dabei eine optische Kollima­ tionsoptik verwendet werden, etwa eine Linse, die durch me­ chanisches Verschieben und Positionieren in einer Ebene senkrecht zu der Laserstrahlrichtung derart bewegt wird, daß zeitlich nacheinander in jede der einzelnen Lichtleitfasern das Laserlicht eingekoppelt wird. Es handelt sich dabei um ein zeitlich sequentielles Einkopplungsverfahren.

In Fig. 8 ist schematisch eine Laserquelle 10 dargestellt, deren Laserstrahlung 230 mittels einer senkrecht zur Laser­ strahlrichtung beweglichen Linse 232 zeitlich nacheinander in jede einzelne Faser 234 eines Lichtleitfaserleiters 236 einkoppelbar ist. Der Lichtleitfaserleiter kann dabei dem in Fig. 1 dargestellten Lichtleiter entsprechen, wobei durch das Vorliegender einzelnen Fasern 234, die direkt in die Lichtleitfasern 20 übergehen, der Faserkoppler 18 überflüs­ sig ist. Vielmehr ist bei dem in Fig. 8 dargestellten Aus­ führungsbeispiel der Koppler bereits oberhalb des Lichtlei­ ters 16, Fig. 1, angeordnet.

Alternativ zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Laserlicht auf den gesamten Querschnitt der Endfläche des Faserbündels abgebildet und somit gleichzeitig in alle ein­ zelnen Lichtleitfasern eingekoppelt werden. Um dabei den Einkopplungswirkungsgrad zu steigern ist es vorteilhaft, die einzelnen Lichtleitfasern des Bündels räumlich möglichst na­ he beieinander anzuordnen und/oder zusammenzuspleißen, um letztendlich den Anteil der Fläche, auf die zwar ein Laser­ licht abgebildet wird, die jedoch nicht zur Einkopplung in eine der Lichtleitfasern beiträgt, zu vermindern. Dabei kann das Laserlicht mittels einer Kollimationsoptik gleichzeitig, d. h. optisch parallel, auf die einkopplungsfähige Endfläche jeder der Lichtleitfasern abgebildet werden. Da dabei eine Abbildung auf nicht-einkopplungsfähige Flächen unterbleibt, wird ein hoher Kopplungswirkungsgrad erreicht.

Eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Endfläche eines der­ art geeigneten Faserbündels 240 ist in Fig. 9 dargestellt. Das Faserbündel 240 weist eine Mehrzahl von Lichtleitfasern 242 auf, wobei in dem Ausschnitt von Fig. 9 32 Lichtleitfa­ sern 242 gezeigt sind. Die Lichtleitfasern sind jeweils mit einer Kupferummantelung 244 versehen, wobei sowohl der Außendurchmesser der Lichtleitfasern 242 als auch die Dicke der Kupferschicht 244 auf diesen Fasern sehr genau bekannt ist. Die einzelnen Fasern 242 sind über die Kupferbeschich­ tungen 244 fest aneinander gelötet. Daraus resultiert eine starre Verbindung aller Lichtleitfasern, die äußerst unemp­ findlich gegenüber mechanischen Erschütterungen ist. Zudem sind die geometrischen Abmessungen und Positionen jeder ein­ zelnen Faser 242 sehr genau festgelegt und bekannt. Durch die feste Lötverbindung der Fasern untereinander sind diese Faserpositionen auch langzeitstabil, was letztlich zu sehr definierten und guten Laserlichteinkopplungen führt.

Wie in Fig. 9 dargestellt ist, kann die Stabilität der Fa­ seranordnung durch ein eingebrachtes Verbindungsmaterial 246 gesteigert sein. Durch die Kupferummantelung 244 wird ferner bei einer Fehlabbildung des Laserlichts, beispielsweise auf den Rand der Faser, die dort entstehende Wärme schnell abge­ leitet. Die überschüssige Wärme ist bereits in einem Abstand von ca. 10 cm von der Endfläche an die Umgebung abgeführt. Durch diese Wärmeableitung ist eine Beschädigung der Faser­ anordnung im Bereich der Endfläche durch "fehlgeleitetes" Laserlicht verhindert. Die von Natur aus geringe Lichtab­ sorption, ca. 4%, von Kupfer kann durch Polieren der Kupfer­ außenfläche noch weiter verringert werden. Ferner ist Kupfer ein sehr robustes Material, wobei die starre Fixierung aller Lichtleitfasern ein schnelles Reinigen und Polieren der End­ fläche der Faseranordnung ermöglicht. Somit können sehr glatte Faserendflächen erhalten werden, was zu einer weite­ ren Steigerung der Lichteinkopplung führt.

In Fig. 10 ist eine Vorrichtung dargestellt, die zur Über­ wachung des Verbindungsvorgangs zwischen je zwei Kontaktele­ menten verwendet werden kann. Für eine derartige Überwachung spielt die Temperatur eine herausragende Rolle, da sich mit der Änderung der Temperatur das Absorptionsverhalten der Kontaktflächen ändert. Die Absorption ist eine materialspe­ zifische Größe, die im allgemeinen von der Wellenlänge und der Intensität des Laserlichts sowie der Temperatur T ab­ hängt, wobei mögliche Verluste durch Reflexion und Transmis­ sion bestimmt werden können. Bei der in Fig. 10 dargestell­ ten Vorrichtung, die zum Überwachen der mittels der erfin­ dungsgemäßen Verbindungsvorrichtung erstellten Verbindungen verwendet werden kann, wird die Temperatur bzw. das Absorp­ tionsverhalten über die von den Kontaktelementen reflektier­ te Infrarot-Laserstrahlung erfaßt.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, und oben bereits bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 erläutert wurde, wird die von einer La­ serquelle erzeugte Laserstrahlung 300 beispielsweise mittels einer Sammellinse 302 in ein Lichtleitfaserbündel 304 abge­ bildet. Der weitere Verlauf des Lichtleitfaserbündels, das in den Lichtleitfasern endet, die beispielsweise in einer Halteranordnung angebracht sind, ist in Fig. 10 nicht darge­ stellt.

Beim Verbindungsvorgang wird von den Kontaktelementpaaren Infrarot-Laserstrahlung reflektiert. Diese reflektierte Strahlung ist durch gestrichelte Linien 306 in Fig. 10 dar­ gestellt. Diese reflektierte Strahlung 306 trifft auf einen halbdurchlässigen Spiegel 308, wird von diesem Spiegel re­ flektiert und gelangt über eine weitere Sammellinse 310 zu einem Infrarot-Detektor 312. Der Infrarot-Detektor ist mit einer Steuervorrichtung 314, beispielsweise einem Computer, verbunden. In der Steuervorrichtung sind vordefinierte Soll­ kennlinien 318 für den Temperaturverlauf des Lötvorgangs ge­ speichert, mit denen der erfaßte Temperaturverlauf vergli­ chen wird. Die Steuervorrichtung 314 ist ferner mit der La­ serquelle 10 verbunden, so daß die Laserparameter gesteuert werden können. Die Steuervorrichtung 314 kann an Anschlüssen 320 ferner mit weiteren Sensoren verbunden sein.

Die bezugnehmend auf Fig. 10 beschriebene Vorrichtung ist beispielsweise geeignet, um beispielsweise eine Erhöhung der Absorption an den Faserstirnflächen durch eine Verschmutzung derselben auszuregeln. Ferner kann mittels der genannten Vorrichtung beispielsweise ein Verschleiß am Ende einer der Lichtleitfasern festgestellt werden, woraufhin entsprechende Mängel mittels geeigneter Maßnahmen, beispielsweise durch Schneid- oder Schleif-Werkzeuge, beseitigt werden können.

Bei den weiteren Sensoren, die bei 320 mit der Steuervor­ richtung verbunden und zur Prozeßsteuerung bzw. Überwachung vorgesehen sein können, kann es sich beispielsweise um einen Kraft- und eine Weg-Aufnehmer sowie einen Ultraschalldetek­ tor handeln, die Informationen über das Absenken der Kon­ taktelemente, die Schichtdicke des Lötzinns und den Schmelz­ vorgang der Lötstelle zu der Steuerungsvorrichtung 314 lie­ fern. Auf der Basis dieser Größen kann eine weitere Steue­ rung bzw. Regelung des Verbindungsverfahrens erfolgen. Mit­ tels der Steuervorrichtung können ferner unterschiedliche Kontaktierungen auf einem Substrat oder Träger durch Spei­ chern von Kontaktierungsparametern, wie z. B. dem Druck, der Laserenergie, der Pulsbreite oder dergleichen, individuell realisiert werden.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise zum Kontaktieren von Gold-Anschlußleitungen auf verzinnte Löt­ anschlußflächen verwendet, kann beispielsweise ein Neodym- JAG-Laser einer Wellenlänge von 1,06 µm verwendet werden, um das Gold zu erwärmen und an die verzinnten Lötanschlußflä­ chen zu löten. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Druck zum Zusammendrücken der Kontaktelemente bei emp­ findlichen Substratmaterialien so weit reduziert werden, daß er nur zur Überwindung der Biegesteifigkeit der Elemente und zur Beseitigung des Spalts zwischen den zu verbindenden Kon­ taktelementen dient. Es ist dabei auch möglich, abhängig von den vorgewählten Randbedingungen Kontaktierungen auch ohne Lötkontakthügel direkt auf dem Substrat bzw. dem Halbleiter­ element mit einer Lötmetallisierung durchzuführen. Die Lichtleitfasern bestehen vorzugsweise aus einem Quarzmate­ rial mit einer Schmelztemperatur von ca. 1.880 Kelvin, so daß eine Störung aufgrund einer thermischen Belastung der Fasern nicht auftritt.

Wie bereits erwähnt wurde, muß, wenn eine Folie zwischen den Faserendflächen und den zu verbindenden Kontaktelementen verwendet wird, die Folie für die Wellenlänge der verwende­ ten Laserenergie durchlässig sein. Trifft das Laserlicht je­ doch nach dem Austritt aus einer Lichtleitfaserendfläche di­ rekt auf die Kontaktelemente, ohne vorher eine Folie durch­ dringen zu müssen, kann die Auswahl der Wellenlänge des La­ serlichts flexibler gestaltet werden. In diesem Fall kann bei der Wahl der Laserenergie verstärkt eine möglichst hohe Absorption des Laserlichts durch zumindest eines der Kontaktelemente sowie die Handhabbarkeit und Größe der La­ serlichtquelle berücksichtigt werden.

Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er­ findung können die Lichtleitfasern 20 ebenfalls mit einer Kupferummantelung versehen sein, wobei erhältliche Multi­ mode-Lichtleitfasern typische Außendurchmesser von ca. 200 µm bis 400 µm und eine Kupferschichtdicke von etwa 10 µm bis 40 µm aufweisen. Durch diese Metallisierung werden die Lichtleitfasern mechanisch verstärkt und damit steifer und weniger bruchgefährdet, was insbesondere für die Lichtleit­ faserendstücke von wesentlicher Bedeutung ist. Die Kupferme­ tallisierung der Fasern kann noch durch eine aufgebrachte Nickelschicht verstärkt sein. Dabei kann diese Vernickelung vorzugsweise im Bereich der Lichtleitfaserendstücke von der Endfläche bis zum federartigen Fixierungspunkt in dem Halter vorgenommen sein.

Die oben genannte Nickelschicht auf einer verkupferten Faser kann an der Stelle, an der die Faser im Halter federartig fixiert ist, ringförmig um die Faser stärker ausgebildet sein und somit einen Federteller bilden. Das federnde Mate­ rial der federartigen Fixierung ist dann neben und in Kon­ takt mit dem Federteller angeordnet und weist die Form eines Kleber- oder eines elastischen Kunststoff-Schlauchs auf, welcher die Faser zumindest in diesem Bereich umschließt. Sobald nun eine Endfläche eines Lichtleitfaserendstücks ge­ gen die Verbindungsstelle gedrückt wird, wird auch der Fe­ derteller gegen das federnde Material gedrückt. Tritt nun infolge der Verbindungsherstellung eine lokale Volumenreduk­ tion des Kontaktelementmaterials auf, schiebt das federnde Material über den Federteller das Lichtleitfaserendstück so weit nach, daß die lokale Volumenreduktion ausgeglichen wird, wodurch der Kontakt zwischen der Faserendfläche und der Verbindungsstelle erhalten bleibt.

Bei einem nicht gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Faserbündel an einer Seitenfläche des Halters angebracht sein, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß infolge notwendiger Krümmungen der Lichtleitfasern im Halter keine oder zumindest keine allzugroßen optischen Ver­ luste auftreten. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß die gesamte erste Oberfläche des Halters für die Beaufschlagung des Halters mit der Bondkraft zur Verfügung steht, was insbesondere bei Haltern mit kleinen geometri­ schen Abmessungen vorteilhaft ist. Ferner ist diese Ausfüh­ rungsform für die Kontaktierung von sehr kleinen Chips vor­ teilhaft, da durch die bei dieser Ausführungsform äußerst gleichmäßige Kraftbeaufschlagung die geforderte Gleichmäßig­ keit und Stabilität der Bonddrucke an den Faserendflächen gewährleistet werden kann.

Es ist für Fachleute offensichtlich, daß die Anzahl und die Position der Lichtleitfasern, die von der Halteranordnung gehalten werden, wählbar ist. Zum Beispiel können die Anzahl und die Position der Lichtleitfasern bei einem Ausführungs­ beispiel mit der Anzahl und den Positionen der Kontaktele­ mentpaare, d. h. der Verbindungsstellen, übereinstimmen. Je­ doch kann auch eine größere Anzahl von Lichtleitfasern vor­ gesehen sein als Verbindungsstellen vorliegen. In diesem Fall ist eine Einrichtung vorgesehen, die es gestattet, das Laserlicht in denjenigen Lichtleitfasern abzuschalten, die nicht zur Herstellung einer Verbindung verwendet sind. Eine derartige Einrichtung kann auch dort eingesetzt werden, wo zwar eine einer Lichtleitfaser zugeordnete Verbindungsstelle existiert, diese aber nicht erwärmt werden soll. Es können ferner Vorrichtungen vorgesehen sein, die das Ein- und Aus- Schalten des Laserlichts in jeder einzelnen Lichtleitfaser ermöglichen. Auf diese Art und Weise sind mit einer einzigen Halter- und Lichtleitfaser-Anordnung sehr viele verschiedene Verbindungsstellenmuster einfach und schnell einstellbar. Dabei kann das Ein- und Aus-Schalten vorzugsweise über pro­ grammierbare Steuerungen und/oder mittels einer Rechnerun­ terstützung realisiert werden. Das Ein- und Aus-Schalten ist vorzugsweise an der Stelle realisiert, an der das Laserlicht aus der Laserlichtquelle auf die Endfläche eines Faserbün­ dels, das wie oben beschrieben mehrere Lichtleitfasern auf­ weist, abgebildet wird. Zu einer derartigen Vorrichtung zählt die oben genannte Ablenkeinrichtung, mittels derer das Laserlicht zeitlich nacheinander auf jede der einzelnen Fa­ sern abgebildet und somit in dieselbe eingekoppelt werden kann. Die Ablenkeinrichtung wird dann derart angesteuert, daß die Einkopplung des Laserlichts nur in die gewünschten Lichtleitfasern erfolgt. Das Ein- und Aus-Schalten kann fer­ ner durch Einrichtungen bewirkt werden, die die Absorption des Laserlichts für oder in einer bestimmten Lichtleitfaser stark ändern.

Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er­ findung kann die Zahl der im Halter geführten Lichtleitfa­ sern kleiner sein als die Anzahl der Verbindungsstellen. Auch hier können die oben genannten Einrichtungen zum Ein- und Aus-Schalten des Laserlichts in den einzelnen Fasern eingesetzt werden. Wenn das Verbindungsstellenmuster eine gewisse Ordnung oder Symmetrie aufweist, ist es durch örtli­ ches Verschieben des Halters und die Durchführung mehrerer zeitlich nacheinander ablaufender Kontaktierungsvorgänge möglich, an allen Verbindungsstellen die Kontakte zwischen den Kontaktelementen herzustellen. Eine für ein solches Ver­ fahren besonders geeignete Ordnung der Verbindungsstellen ist beispielsweise gegeben, wenn der Abstand zwischen be­ nachbarten Verbindungsstellen ein Vielfaches eines Mindest­ abstands ist. Das oben genannte Mehrfach-Kontaktierungsver­ fahren ist auch dann anwendbar, wenn der Abstand zwischen je zwei benachbarten Verbindungsstellen kleiner ist als der doppelte Außendurchmesser der Lichtleitfasern, deren typi­ scher Außendurchmesser etwa 200 µm bis 400 µm beträgt. In diesem Fall können die Fasern nicht so nahe zueinander ange­ ordnet werden, daß zwei benachbarte Verbindungsstellen gleichzeitig kontaktiert werden können. In diesem Fall wer­ den daher an einem ersten Teil der Verbindungsstellen die Kontakte in einem ersten Kontaktierungsvorgang hergestellt, beispielsweise an jeder zweiten oder übernächsten Verbin­ dungsstelle. Nachfolgend wird der Halter örtlich verschoben und neu ausgerichtet, woraufhin ein zweiter Kontaktierungs­ vorgang durchgeführt wird. Dies kann wiederholt werden, bis alle gewünschten Kontakte hergestellt sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Halteranordnung für die Lichtleitfasern mittels beliebiger bekannter Posi­ tionierungsvorrichtungen in die beschriebene Position bezüg­ lich der Kontaktelementpaare gebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, die Halteranordnung starr anzuordnen, wobei Positionierungsvorrichtungen vorgesehen sind, um die bei­ spielsweise auf einem Substrat angeordneten Kontaktelement­ paare in die beschriebene Stellung bezüglich der Halteran­ ordnung zu bringen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch den mittels der Lichtleitfaserendflächen ausgeübten Druck sowohl ein Spalt zwischen den zu verbindenden Kontaktelementen beseitigt als auch eine bessere Wärmeleitung ermöglicht. Zu diesem Zweck wird der Halter der Lichtleitfasern oder alternativ ein Trä­ ger der Kontaktelementpaare mit einer Kraft beaufschlagt, woraufhin das Laserlicht während einer definierten Zeitspan­ ne durch die Lichtleitfasern zu den Verbindungsstellen ge­ leitet wird, um durch Umwandlung der Laserenergie in thermi­ sche Energie die Verbindung herzustellen. Nach dem Abschal­ ten der Laserenergie können die Faserenden jeweils so lange in der vorbestimmten Stellung bezüglich der Kontaktelement­ paare bleiben, bis die Lötstelle abgekühlt ist. Dadurch kann die Abkühlung beschleunigt werden, was eine höhere Geschwin­ digkeit des gesamten Lötvorgangs zur Folge hat.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrzahl von Verbin­ dungen zwischen Kontaktelementen (34, 38) jeweiliger Kontaktelementpaare, die im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind, wobei die zu verbindenden Flächen der Kontaktelemente (34, 38) im wesentlichen parallel zu dieser Ebene sind, mittels Laserenergie, mit folgenden Merkmalen:
einer Halteranordnung (22; 122) zum Halten einer Mehr­ zahl von Lichtleitfasern (20) mit jeweiligen Lichtleit­ faserenden (30), wobei die Halteranordnung (22; 122) ein Halterelement (24; 124) aus einem starren Material und ein flexibles Bauteil (26; 126) aufweist, wobei ei­ ne Mehrzahl von Durchgangslöchern (129) des Halterele­ ments (24; 124) aus einem starren Material mit Durch­ gangslöchern eines flexiblen Bauteils (26; 126), das mit dem Halterelement (24; 124) aus einem starren Ma­ terial verbunden ist, ausgerichtet sind, wobei die Lichtleitfasern (20) in den Durchgangslöchern angeord­ net und mit dem flexiblen Bauelement (26; 126) verbun­ den sind;
einer Einrichtung zum Positionieren der Halteranordnung (22; 122) und der Kontaktelementpaare (34, 38) in einer vorbestimmten Stellung zueinander, in der jeweils ein Lichtleitfaserende (30) einem Kontaktelementpaar zuge­ ordnet ist, wobei die Verbindungsflächen der Kontakt­ elemente des Kontaktelementpaars durch einen von der Lichtleitfaser (20) ausgeübten Druck aneinander ge­ drückt werden; und
wobei das flexible Bauteil (26; 126) der Halteranord­ nung (22; 122) zum Ausgleichen unterschiedlicher Ab­ stände zwischen den Lichtleitfaserenden (30) und der den Lichtleitfaserenden (30) zugewandten Oberflächen der zugeordneten Kontaktelementpaare, derart, daß die Verbindungsflächen der Kontaktelemente aneinander ge­ drückt werden, wirksam ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Lichtleitfa­ serenden (30) im wesentlichen bündig mit der von dem Halterelement (24; 124) aus dem starren Material abge­ wandten Oberfläche des flexiblen Bauelements (26; 126) angeordnet sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Halteranord­ nung (22; 122) ferner einen Haltebügel (28; 128) mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern (131) aufweist, der mit dem flexiblen Bauelement (26; 126) derart ver­ bunden ist, daß die Durchgangslöcher derselben ausge­ richtet zueinander sind, und daß das flexible Bauele­ ment (26; 126) zwischen dem Halterelement (24; 124) aus dem starren Material und dem Haltebügel (28; 128) ange­ ordnet ist, wobei die Lichtleitfasern (20) in den Durchgangslöchern des Haltebügels (28; 128) nicht befe­ stigt sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der die Lichtleit­ faserenden (30) im wesentlichen bündig mit der dem fle­ xiblen Bauelement (26; 126) abgewandten Oberfläche des Haltebügels (28; 128) enden.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der der Haltebügel (28) aus einem flexiblen Material besteht.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der der Haltebügel (28; 128) aus einem starren Material besteht.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der der Haltebügel (128) aus einem starren Material besteht, wobei die Lichtleitfaserenden aus der dem flexiblen Bauelement (126) abgewandten Oberfläche des Haltebügels (128) vor­ stehen.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Lichtleitfasern (20) in den Durchgangslöchern (129) des Halterelements (24; 124) aus dem starren Material nicht befestigt sind.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Lichtleitfasern (20) in den Durchgangslöchern (129) des Halterelements (24; 124) aus dem starren Material flexibel angebracht sind.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Einrichtung zum Ausgleichen ferner eine für die Wellenlänge der verwendeten Laserenergie durchlässige flexible Folie (36; 40) aufweist, die zwischen den Lichtleitfaserenden (30) und den denselben zugewandten Oberflächen der Kontaktelementpaare angeordnet ist.

11. Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrzahl von Verbin­ dungen zwischen Kontaktelementen jeweiliger Kontaktele­ mentpaare, die im wesentlichen in einer Ebene angeord­ net sind, wobei die zu verbindenden Flächen der Kon­ taktelemente im wesentlichen parallel zu dieser Ebene sind, mittels Laserenergie, mit folgenden Merkmalen:
einer Halteranordnung (200, 204) zum Halten einer Mehr­ zahl von Lichtleitfasern (20) mit jeweiligen Lichtleit­ faserenden (30), wobei die Halteranordnung ein Halter­ element (200) aus einem starren Material und röhrenför­ mige elastische Faserhalter (204), von denen jeder in einem einer Mehrzahl von Durchgangslöchern (202) des Halterelements (200) aus einem starren Material ange­ bracht ist und die in Richtung der Kontaktelementpaare aus dem Halterelement (200) aus einem starren Material vorstehen, aufweist, wobei in den röhrenförmigen ela­ stischen Faserhaltern (204) jeweils zumindest eine Lichtleitfaser (20) geführt ist, deren Lichtleitfaser­ ende (30) aus dem den Kontaktelementpaaren zugewandten Ende (210) des röhrenförmigen elastischen Faserhalters (204) vorsteht;
einer Einrichtung zum Positionieren der Halteranordnung (22; 122; 200, 204; 220) und der Kontaktelementpaare (34, 38; 224, 226) in einer vorbestimmten Stellung zu­ einander, in der jeweils ein Lichtleitfaserende (30) einem Kontaktelementpaar zugeordnet ist, wobei die Ver­ bindungsflächen der Kontaktelemente des Kontaktelement­ paars durch einen von der Lichtleitfaser (20) ausgeüb­ ten Druck aneinander gedrückt werden; und
wobei die elastischen Faserhalter (204) zum Ausgleichen unterschiedlicher Abstände zwischen den Lichtleitfaser­ enden (30) und der den Lichtleitfaserenden (30) zuge­ wandten Oberflächen der zugeordneten Kontaktelementpaa­ re, derart, daß die Verbindungsflächen der Kontaktele­ mente aneinander gedrückt werden, wirksam sind.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die röhrenförmi­ gen elastischen Faserhalter (204) mittels Klemmvorrich­ tungen (208) in den Durchgangslöchern (202) des Halter­ elements (200) angebracht sind.

13. Vorrichtung zum Herstellen einer Mehrzahl von Verbin­ dungen zwischen Kontaktelementen (224, 226) jeweiliger Kontaktelementpaare, die im wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind, wobei die zu verbindenden Flächen der Kontaktelemente (224, 226) im wesentlichen parallel zu dieser Ebene sind, mittels Laserenergie, mit folgenden Merkmalen:
einer Halteranordnung (220) zum Halten einer Mehrzahl von Lichtleitfasern (20) mit jeweiligen Lichtleitfaser­ enden (30), wobei die Lichtleitfasern (20) starr in der Halteranordnung (220) angebracht sind;
einer Einrichtung zum Positionieren der Halteranordnung (220) und der Kontaktelementpaare (224, 226) in einer vorbestimmten Stellung zueinander, in der jeweils ein Lichtleitfaserende (30) einem Kontaktelementpaar zuge­ ordnet ist, wobei die Verbindungsflächen der Kontakt­ elemente des Kontaktelementpaars durch einen von der Lichtleitfaser (20) ausgeübten Druck aneinander ge­ drückt werden; und
einer Einrichtung (228) zum Ausgleichen unterschiedli­ cher Abstände zwischen den Lichtleitfaserenden (30) und der den Lichtleitfaserenden (30) zugewandten Oberflä­ chen der zugeordneten Kontaktelementpaare, derart, daß die Verbindungsflächen der Kontaktelemente aneinander gedrückt werden, wobei die Einrichtung (228) zum Aus­ gleichen durch eine für die Wellenlänge der verwendeten Laserenergie durchlässige flexible Folie (228) zwischen den Lichtleitfaserenden und den denselben zugewandten Oberflächen der Kontaktelementpaare gebildet ist.

14. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Halteranordnung (220) fest positioniert ist, und bei der die Einrichtung zum Positionieren der Halteran­ ordnung und der Kontaktelementpaare in einer vorbe­ stimmten Stellung zueinander eine Einrichtung zum Posi­ tionieren der Kontaktelementpaare ist.

15. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Kontaktelementpaare fest positioniert sind, und bei der die Einrichtung zum Positionieren der Halteranord­ nung (22; 122; 200, 204) und der Kontaktelementpaare in einer vorbestimmten Stellung zueinander eine Einrich­ tung zum Positionieren der Halteranordnung ist.