DE2048079A1

DE2048079A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kontak tieren

Info

Publication number: DE2048079A1
Application number: DE19702048079
Authority: DE
Inventors: David Paul Whitehall Pa Ludwig (V St A ) P
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1969-10-02
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1971-04-29
Also published as: US3640444A; BE756631A; CH525402A; DE2048079B2; DE2048079C3; IE34472L; FR2064901A5; SE372846B; GB1308217A; NL7014232A; IE34472B1

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kontaktieren

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Kontaktieren und eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens,

Das Kontaktieren von Trägerplättchen (Chips) für Transistoren und integrierte Schaltungen mit Anschlußbändern auf Metallrauster, die auf Substraten angebracht sind, wird vorzugsweise nach der als "nachgiebiges Kontaktieren" (compliant bonding) bezeichnetenTechnik ausgeführt, wonach.ein verformbares nachgiebiges Bauteil, beispielsweise ein Aluminiumstreifen, zwischen einen festen erwärmten Stempel und die Anschlüsse der Chips gebracht wird, um ein-, sehr gleichmässige Therraokompressior.skontaktierung zwischen den Anschlüssen und den auf dem Substrat befindlichen Metallelementen zu erzielen. Das nachgiebige Kontaktieren bewirkt eine sehr gleichmässige Verteilung der Kontaktkräfte über die Anschlüsse, eine gute Steuerung der seitlichen Kontaktierungskräfte, die eine als "bugging" bekannte Erscheinung herbeiführen, und eine wirkungsvolle Herabsetzung überrnässiger Kontakt ierungskräf te auf die Anschlüsse, die sonst die Festigkeit der Anschlüsse gefährden könnte.

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So wie das Verfahren jetzt ausgeübt wird, besteht jedoch eine Schwierigkeit des nachgiebigen Kontaktierens darin, daß unter manchen Umständen, besonders beim Kontaktieren von Chips integrierter Schaltungen, das Einführen des nachgiebigen Kontaktierteils einen häufig zeitraubenden und schwierigen Verfahrensschritt darstellt. Ein Chips für eine integrierte Schaltung besteht im allgemeinen aus einem Hauptteil aus Silizium oder einem anderen kristallinen Stoff, der im allgemeinen ziemlich spröde ist, und daher kann ein ^nachgiebiges Kontaktierteil nicht unmittelbar auf den Kristall gelegt werden, denn die durch das nachgiebige Teil beim Kontaktieren übertragenen Kräfte würden die spröde Unterlage zerbrechen oder anderweitig beschädigen. Demzufolge werden nachgiebige Kontaktierteile für das Kontaktieren derart spröder Chips mit so grossen öffnungen versehen, daß die Hauptteile der Chips in die öffnungen hineinragen. Wenn die Chips mit einem Substrat kontaktiert werden, müssen sie natürlich in Bezug auf die Metallstrukturen auf dem Substrat sehr genau ausgerichtet werden, und sehr häufig werden mehrere Chips auf ein und dasselbe Substrat gebracht, wodurch die Ausrichtung noch erschwert wird. Es war daher üblich, nachgiebige Kontaktierungsteile zu verwenden, die ein Muster von Öffnungen aufweisen, das mit dem benötigten Muster der Chips auf dem Substrat übereinstimmte.

Es ist auch üblich gewesen, die Chips auf dem Substrat vorzurichten oder an das Substrat zu "heften" und dann ein vorgeformtes, d.h. ein mit öffnungen versehenes nachgiebiges Kontaktierteil über das Gesamtbauteil aus Substrat und aufgehefteten Chips zu legen. Durch Aufdrücken eines geheizten Stempels auf das nachgiebige Kontaktierteil können alle Chips gleichzeitig mit dem Substrat verbunden werden, Natürlich stellen das vorherige Heften der Chips und das genaue Ausrichten des nachgiebigen Teils

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gegenüber dem Substrat eine zeitraubende und kostspielige Herst ellungsniethode dar.

Nach einem ersten Merkmal der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Kontaktieren eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück einen Kontaktierstift auf sowie eine Einrichtung, die einen Abschnitt eines nachgiebigen Kontaktierteils mit diesem Stift vor dem Kontaktieren der beiden Werkstücke zusammen bringt, ferner eine Einrichtung zum Ausrichten des ersten und des zweiten Werkstücks auf einer Kontaktierachse und eine Einrichtung, die den Stift längs dieser Achse bewegt · ™ und den ergriffenen Abschnitt dieses Teils und das erste und das zweite Werkstück zusammendrückt, um einen Kontakt zwischen den Werkstücken herzustellen.

Der Kontaktierstift kann zu einer Gruppe von Kontaktierstiften gehören, die sich auf einem umlaufenden Kontaktierstempel befinden, und die Vorrichtung kann mit Hilfseinrichtungen ausgestattet sein, die den Stempel schrittweise umlaufend fortschalten, um aufeinanderfolgende Kontaktierstifte auf die Achse zu führen. Vorzugsweise ragt jeder Kontaktierstift von dem Kontakt!erstempel radial nach aussen. Zwischen den Kontaktierstiften kann je- ä weils eine kurze Sprosse radial nach aussen aus dem Stempel hervorstehen, die mit dem Kontaktierteil zusammenw irkt,

Es kann auch eine Einrichtung vorgesehen werden, die das erste Werkstück vor dem Kontaktieren gegen den ergriffenen Abschnitt hält. Die Halteeinrichtung für einen ergriffenen Abschnitt des mit Öffnungen versehenen Kontaktierteils kann als Kanal ausgeführt sein, der diesen oder jeden Kontaktierstift durchsetzt und der mittels Unterdrucks während des Betriebs das erste Werkstück gegen

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den mit öffnungen versehenen ergriffenen Abschnitt hält.

Die Einrichtung, die einen Abschnitt des Kontaktierteils mit dem oder mit jedem Kontaktierstift zusammenbringt, kann auch so ausgebildet sein, daß mindestens eine Kante dieses Abschnitts um mindestens eine zugeordnete l&ite des Stifts gefalzt v?ird.

Die Erfindung umfaßt ferner ein Verfahren zum Kontaktieren eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück, wonach die Werkstücke bezüglich der Kontaktierachse ausgerichtet werden, ein Abschnitt eines nachgiebigen Kontaktierteils vor dem Kontaktieren der Werkstücke von einem Kontaktierstift ergriffen wird und der Kontaktierstift und der ergriffene Abschnitt längs dieser Achse verschoben und ergriffener Abschnitt und Werkstücke zusammengedrückt werden, um eine Kontaktierung zwischen den Werkstücken herbeizuführen.

Nach dem Kontaktieren werden der Stift und der verbrauchte Abschnitt des nachgiebigen Teils von den miteinander verbundenen Werkstücken entfernt, und der verbrauchte Abschnitt des nachgiebigen Teils kann auf der Kontaktierachse durch einen unbenutzten Abschnitt des nachgiebigen Materials ersetzt werden,

Vor dem Kontaktieren kann das erste Werkstück, gegen den ergriffenen Abschnitt gehalten werden. Wenn der ergriffene Abschnitt eine öffnung besitzt, kann das erste Werkstück an dem durchbrochenen ergriffenen Abschnitt durch Druckerniedrigung in einem den Kontaktierstift durchsetzenden Kanal gehalten werden, ,

■ Der Kontaktierstift kann zu einer Mehrzahl derartiger Kontaktierstifte gehören, die von einem umlaufenden Stempel

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radial nach aussen vorstehen, und jeder nachfolgende Abschnitt des Kontaktierteils kann von einem nachfolgenden Kontaktierstift der Serie von Stiften ergriffen werden; der Stempel kann schrittweise umlaufend bewegt werden, so daß jeder der aufeinanderfolgenden Stifte und der von ihm ergriffene Abschnitt des Kontaktierteils auf die Kontaktierachse ausgerichtet wird, um die aufeinanderfolgenden jeweiligen ersten und zweiten Werkstücke miteinander zu verbinden.

Beim Ergreifen des Abschnitts oder der Abschnitte kann mindestens eine Kants des Abschnitts oder der Abschnitte um mindestens eine zugeordnete Kante des Stifts gefalzt werden.

Die Erfindung soll anschliessend an einem Ausführungsbeispiel unter Benutzung der Zeichnungen erläutert werden, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Abschnitt eines nachgiebigen Kontaktierteils, wie es in der Vorrichtung nach Fig_t 1 verwendbar ist;

Fig. 3 eine Ansicht des nachgiebigen Kontaktierteils nach Fig_t 2, ergriffen von dem umlaufenden Stempel der Vorrichtung nach Fig, I;

Fig. H einen Kontaktierstift in grösserem Maßstab beim Zusammendrücken des Kontaktierteils und der Werkstücke zum Herbeiführen der Kontaktierung;

Fig. 5 eine Ansicht der Anordnung zum Ergreifen des nach-

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giebigen Kontaktierteils nach Fig. 1, in zurückgenommener Stellung;

Fig. 6 eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 5 in Arbeitsstellung}

Fig. 7 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 5 längs der Linie 7-7;

Fig. 8 e-inen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 6 längs der Linie 8-8;

Fig. 9 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 5 längs der Linie 9-9;

Fig.10 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 6 längs der Linie 10-10;

Fig.11 eine Stellung zwischen den Stellungen nach den Fig. 9 und 10,

Nach Fig. 1 weist eine insgesamt mit 20 bezeichnete Kont aktiervorrichtung einen insgesamt mit 22 bezeichneten Kontaktierkopf, eine insgesamt mit 24 bezeichnete Haltevorrichtung und eine insgesamt mit 26 bezeichnete Einstellvorrichtung auf.

Die Vorrichtung 20 arbeitet folgendermaßen: Die Einstellvorrichtung 26 wird an das eine Ende ihrer Bahn geschoben, so daß ein Chipteller 28 auf einer durch die Gerade 30 gegebenen Kontaktierachse steht. Die ersten Werkstücke, in diesem Fall Chips 32 mit integrierten Schaltungen,

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und Leiterbahnen, liegen auf dem Chipteller 28. Eine Bedienungsperson benutzt ein insgesamt mit 34 bezeichnetes optisches System, um gleichzeitig einen der Chips 32 und einen Abschnitt eines nachgiebigen Kontaktierteils 36 zu betrachten, das mit einem Kontaktierstift 48 zusammengeführt ist.

Nach dem Ausrichten eines der Chips 32 und des gewählten Abschnitts des nachgiebigen Kontaktierteils 36, wird das optische System 34 von der Achse 30 weg geschwenkt, der Kontaktierkopf 22 gesenkt und der ausgerichtete Chip gegen das nachgiebige Kontaktierteil 36 geführt und durch

Unterdruck gehalten. ™

Dann wird der Kopf 22 angehoben, das optische System 34 eingeschwenkt und die Einstellvorrichtung in ihre andere Endlage geschoben, so daß eine Substrathalterung 38 in die Achse 30 gestellt ist. Die Bedienungsperson erblickt den ergriffenen Chip 32 und ein zweites Werkstück, in diesem Fall ein Substrat 40 gleichzeitig durch das optische System 34 und verschiebt die Einstelleinrichtung 26 so, daß ein vorgegebener Teil des Substrats 40 richtig gegenüber dem Chip 32 ausgerichtet ist; danach wird der Kopf 22 gesenkt und ein Kontaktierdruck ausgeübt, so daß der Chip 32 nachgiebig mit dem ausgerichteten Abschnitt g

des Substrats 40 kontaktiert wird (vgl. Fig. 4).

Wenn das Kontaktieren vollzogen ist, wird der Kopf 22 angehoben und ein Motor 42 dreht eine Aufwickelrolle 44 ein Stück weit, um das nachgiebige Kontaktierteil 36 ein Stück weiter zu ziehen und dadurch einen Kontaktierstempel, der insgesmt mit 46 bezeichnet ist und mit dem Kontaktierteil 36 zusammenwirkt., zu drehen. Die Drehung der Aufwickelrolle 44 wird fortgesetzt, bis ein weiterer Kontaktierstift 48 des Stempels 46 mit der Kontaktierachse 30 fluchtet.

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Der Motor 42 erzeugt ein praktisch gleichbleibendes Drehmoment, und vorteilhafterweise wird ein üblicher Motor mit konstantem Drehmoment verwendet, d.h. ein Motor, bei dem im blockierten Zustand in der Wicklung Vollaststrom fließt. Wird der Motor auf diese Weise betrieben, so wird er jeglichen Durchhang in dem Teil 36 beseitigen und blockiert sein, wenn das Kontaktierteil gespannt ist. Eine Drehung der Aufwickelrolle 44 tritt somit nur ein, wenn der Stempel 46 aus einer seiner acht fluchtend ausgerichteten Kontaktierstellungen freigegeben ist.

Wenn das Teil 36 besonders zerbrechlich ist, kann der Stempel 46 unmittelbar angetrieben werden, wobei dann der Motor 42 ausschließlich zum Auffangen des Durchhangs benutzt wird.

Auf die Vorratsrolle 50 ist ein Vorrat von nachgiebigem Kontaktierteil 36 gewickelt, so daß jeweils beim Weiterdrehen der Aufwickelrolle 44 aufeinanderfolgende Abschnitte des Teils 36 mit den aufeinanderfolgenden Spitzen 48 zusammenkommen und damit ein unbenutzter Abschnitt des Teils 36 für jeden neuen Kontaktiervorgang geliefert wird, den die Vorrichtung 20 ausführt.

Der Kontaktierkopf 22 wird im einzelnen in Verbindung mit den übrigen Figuren unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben werden. Die Fig. 2 stellt einen Abschnitt des nachgiebigen Kontaktierteils 36 dar, wie es von der Vorratsrolle 50 aufbewahrt wirdj es besteht aus einem fablaufend gelochten Streifen aus einem der verschiedenen dafür brauchbaren Werkstoffe, beispielsweise aus einem Streifen von Aluminium 2024, 0,005 Zoll (0,125 mm) stark,

' Das nachgiebige Kontaktierteil 36 weist zwei Arten von Durchbrechungen auf: Kontaktieröffnungen 5 2 und Transport»-

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öffnungen 54, Die Kontaktieröffnungen 52 haben Rechteckform und können einen in Fig. 4 erkennbaren Hauptteil 53 des Chips 32 aufnehmen..Die Transportöffnungen 54 sind rund und liegen zwischen jeweils zwei Kontaktie-•rungsöffnungen 52; sie bilden einen Teil der Einrichtung, die dazu dienen, mit Hilfe des Kontaktierstempels 4-6 das Teil 46 in eine definierte Lage gegenüber dem Stift 48 zu bringen.

An den Kanten des Teils 36 sind Kerben 56 angebracht,

damit die Kanten leichter um die Kanten des Stifts 48 g

gebogen werden können (Fig. 3).

Die Fig. 1, 2 und 3 verdeutlichen die Beziehungen zwischen dem Teil 46 und dem Kontaktierstempel 46. Die Stifte 48 sind schmäler als das Teil 36, und die Kerben 56 sind gerade so tief, daß ihre innenliegenden Begrenzungen an den äusseren Rändern der Stifte 48 liegen. Die Abschnitte des Teils 36 zwischen den Kerben 56 bilden Lappen 57, die um die Kanten der Stifte 48 gebogen werden können. (Fig. 3),

Die Fig. I₁ 2 und 3 verdeutlichen die Beziehungen zwischen dem Teil 36 und dem Kontakt ieidtempel 46. Die Stifte f 48 sind schmäler als das Teil 36, und die Kerben 56 sind gerade so tief, daß ihre innenliegenden Begrenzungen an den äusseren Rändern der Stifte 48 liegen. Die Abschnitte des Teils 36 zwischen den Kerben 56 bilden Lappen 57, die um die Kanten der Stifte 48 gebogen werden können.

Aus dem Kontaktierstempel 46 vorstehende Sprossen 60 greifen in jeweils eine der Transportöffnungen 54 ein. Der Winkelabstand zwischen den Sprossen 60 und der lineare Abstand zwischen den verschiedenen öffnungen bewirken, daß die Kontaktieröffnungen 52 zentrisch gegenüber

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den Kontaktierstiften 48 in X-Richtung (Fig. 3) ausgerichtet sind.

Eine genaue Ausrichtung jedes Stifts 48 gegenüber der Kontaktierachse 30 ist für das Arbeiten des Kontaktierkopfs 22 ausserordentlich wichtig und wird einerseits durch Anbringen des Stempels 64 auf einer Welle 64 bewirkt, die in üblichen, nicht gezeichneten Präzisionslagerungen aufgenommen wird. Ausserdem wird die Drehbewegung des Stempels 46 auf genau definierte Schritte

^ von 45 begrenzt.

Die genaue Ausrichtung in Y-Richtung (Fig. 3) wird durch das Falzen der Lappen 57 des Kontaktierteils 36 um die Kanten des Stifts 48 herbeigeführt. Die gefalzten Lappen 57 halten das Teil 36 sehr genau in seiner Lage.

Die Kombination von Falzung der Lappen 57 und Führung der Transportöffnungen 54 hat zur Folge, daß jede Kontaktierungsöffnung während des Kontaktiervorgangs genau in der Kontaktierachse liegt.

Der dargestellte spezielle Kontaktierstempel 46 besitzt acht um 45° gegeneinander versetzte Kontaktierstifte 48 j die Fig, 5 und 6 zeigen, daß nacheinander jeder Abschnitt des Kontaktierteils 36 an einen zugeordneten Kontaktierstift 48 geführt wird, wenn dieser sich in der 3-Uhr-Stellung befindet. Eire Greifanordnung 6 2 bewegt sich am Ende jedes Drehvorgangs der Aufwickelrolle 44 einwärts und legt die Lappen 57 um die Kanten des Stifts 48 und drückt ferner eine der Transportöffnungen 54 auf eine Sprosse 60, Wenn der in 3-Uhr-Stellung befindliche Stift 48 schließlich bis in eine Stellung auf der Kontaktierachse 30 geschaltet ist, wird das Teil 36 wirkungsvoll auf dem Stift gehalten und ist genau darauf ausgerichtet.

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Der Stempel 4:6 kauri sich frei drehen, wenn ein Schaltstift 7 2 vorübergehend von einer Schaltplatte 74 abgehoben wird,, indem momentan Druckluft in einen üblichen Arbeitszylinder 76 mit Federvorbelastung geleitet wird, der-den Stift 72 von der Platte 74 entfernt. Die Schaltplatte 74 weist acht genau gebohrte Löcher 78 auf, die in ihrem Winkelabstand gtnau mit den Mittellinien der Stifte 48 übereinstimmen.

Nachdem der Stift 72 aus einem der Löcher 78 herausgenommen ist, beginnt der Stempel 46 sich unter der auf ihn von dem Kontaktierteil 36 ausgeübten Kraft zu drehen. ™

Die Platte 74; ist mit der Welle 64 starr verbunden, so daß die Platte sich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit dreht wie der Stempel 46. Da der Druckluftzylinder 76 nur momentan beaufschlagt worden ist,- wird der Stift 72 bald wieder unter der Wirkung der in dem Zylinder befindlichen Feder gegen die Platte 74 gedrückt ,mwenn sich die nächste Bohrung 78 zu der Stelle bewegt, an der sich ein Stift 72 befindet, greift der Stift in das Loch ein und stoppt die Drehung des Stempels 46 ab.

Der Stempel 46 wird durch Wärmeübertragung von einem Heizkragen 80 erhitzt, der an der Übergangsfläche 81 durch ä Federkraft in Kontakt mit dem Stempel gehalten wird. Der Heizkragen 80 wird mittels üblicher Heizpatronen 8 2 auf der gewünschten Temperatur gehalten.

Der Kopf 22 ist so eingerichtet, daß an eine Vakuumöffnung 9 3,_; die sich am Ende jedes Stifts 48 befindet. Unterdruck gelegt werden kann. Die Öffnungen 93 sind durch radiale Kanäle 94 mit einem (nicht gezeichneten) Mittelkanal verbunden, der die Welle 64 der Länge nach durchsetzt. Eine (nicht gezeichnete) Vakuumquelle ist mit der

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Welle 64 über ein übliches Anschlußstück 95 verbunden. Durch Anschalten der Vakuumquelle wird an alle Öffnungen 93 Unterdruck gelegt. Soll der Unterdruck nur an bestimmten Öffnungen 9 3 erscheinen, so ist an der Welle eine mit entsprechenden Bohrungen versehene Hülse anzubringen.

Ein mit dem Stift 72 verbundener Nocken 88 betätigt einen Schalter 90, wenn der Schaltstift in eines der Löcher in der Platte 74 einspringt. Der Schalter steuert ein (nicht gezeichnetes) Ventil, welches Druckluft auf einen Zylinder 9 2 gibt, der die Greifanordnung 6 2 in Betrieb setzt.

Es ist zu beachten, daß eine Seite des Teils 36, wenn sie benutzt wurde, nicht noch einmal verwendet werden kann, jedoch lassen sich mit der anderen Seite des Kontaktierteils brauchbare nachgiebige Kontaktierungen herstellen. Nach der Verwendung einer vollständigen Lage von der Vorratsrolle 50 kann daher die Aufwickelrolle 44 als Vorrat verwendet werden, und die andere Seite des nachgiebigen Teils läßt sich für die Herstellung einer weiteren Serie nachgiebiger Kontaktierungen benutzen, so daß das Kontaktierteil 36 vollständig ausgenützt wird.

Anschliessend soll ein vollständiger Arbeitszyklus der Vorrichtung in seinen Einzelheiten beschrieben, werden.

Nach Fig. 1 ist der Kontaktierkopf 22 angehoben, und die Einstellvorrichtung 26 ist ausgerichtet* so daß der Chipteller 28 sich auf der Kontaktierachse 30 befindet. Die Einstellvorrichtung 26 wird von der Bedienungsperson an einem Handgriff 96 verstellt, und einer der auf dem Chipteller befindlichen Chips 32 wird gegenüber der Kontaktier öffnung 52 in dem Abschnitt di-s nach, ^i- L^n

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BADORIGtNAL

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Teils 36 ausgerichtet, der von dem Stift 48 in der 6-Uhr-Stellung gehalten wird.

Die Bedienungsperson beobachtet den Chip 32 und die Öffnung 5 2 gleichzeitig mit Hilfe des optischen Systems 34, in dem sich ein üblicher Strahlenteiler 97 befindet, der gleichzeitig ein Bild der Öffnung 52 in der 6-Uhr-Steilung und den auf der Kontaktierachse 30 befindlichen Chip 32 projiziert, wobei beide Bilder mittels eines nicht gezeichneten üblichen Mikroskops, das auf den

Strahlenteiler eingestellt ist, betrachtet werden können, d

Die Bedienungsperson verlagert den Chip gegenüber der Kontaktierachse 30 durch geeignete Verstellungen der Einstellvorrichtung 26 mittels des Handgriffs 96, Nach erfolgter Ausrichtung wird das optische System herausgescnwenkt, so daß der Weg zwischen dem Kopf 22 und dem Chipteller 28 frei ist; der Kontaktierkopf 22 wird nun von der Bedienungsperson abgesenkt. Der gesamte Kontaktierkopf 22 gleitet bei seiner Auf- und Abbewegung an Gleitführungen 98.

Wenn aas in 6-Uhr-Stellung befindliche nachgiebige Kontaktierteil 36 den in der Kontaktierachse 30 stehenden ™ Chip 32 berührt, wird über das Anschlußstück 95 Unterdruck an die Öffnungen 9 3 gelegt und dadurch der Chip 32 eng an das Teil 36 gelegt; dann wird der Kopf 22 wieder in die in Fig, 1 angegebene Lage gehoben.

IJun bewegt die Bedienungsperson die Einstellvorrichtung 26 nach links, so daß die Substrathalterung 38 in der Kontaktierungsachse 30 liegt, und das optische System 34 wird in die Kontaktierungsachse 30 geführt} nun können gleichzeitig der aufgenommene Chip 32 und aas Substrat betrachtet w^rcen,. und mittels des Handgriffs 96 kann

BAD ORtGfNAL

das Substrat 40 genau gegenüber dein aufgenommenen Cnip 32 ausgerichtet werden, Nach genauer Ausrichtung wird das optische System 34 wieder herausgeschwenkt.

Jetzt wird der Kopf 22 wieder abgesenkt, bis die Anschlußbahnen 100 des Chips 32 ein leitendes Element 102 des Substrats 40 berühren (Fig. 4); dann wird auf den Kopf 22 eine Kontaktierkraft ausgeübt, indem eine Düsenanordnung 104 betätigt wird, die mit genau geregeltem Luftdruck einen Arm 106 bewegt, welcher die Kontakfe tierkraft auf eine Nabe 108 des Stempels 46 übertragen kann. Durch Ausüben der Kontaktierkraft auf die Habe wirkt die Kraft fast genau in Richtung der Kontaktierachse 30, dadurch werden vorteilhafter:-eise mechanische Verbiegungen innerhalb des Kopfs 22 klein gehalten, wodurch wiederum der Chip 32 genauer auf das Substrat 40 fracht und die Kontaktierung gleichmässiger ausgeführt werden kann.

Nach dem Kontaktieren der Leiter 100 auf die Leiterelemente 102 wird der Kopf 22 wieder in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung gehoben. Der Hebelarm 106 steht in der gehobenen Lage unter Federdruck, so daß zwischen ^ ihm und der Nabe 108 ein geringer Zwischenraum verbleibt. Dadurch werden Berührungswiderstände vermieden, die anderenfalls während der Drehung des Stempels 46 eine unerwünschte zusätzliche Spannung in dem nachgiebigen Kontaktierteil 36 hervorrufen könnten,

Dann zieht der Zylinder 76 den Stift 72 aus der Bohrung 78, in der er steckt, und der Motor 42 wird frei und treibt die Rolle 44 an, die natürlich das nachgiebige Teil 36 mitzieht, welches seinerseits den Stempel 46 in Drehung versetzt. Die. Rolle 50 ist mit einer (nicht

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gezeichneten) üblichen Bremsvorrichtung versehen, Lim in dem Teil 36 eine vorgesehene Spannung aufrecht zu erhalten. Die Drehung schreitet fort j bis der Stift 72 in das nächste Loch 78 fällt; jetzt befindet sich der nächste Stift 48 auf der Kontaktierachse 30 in der 6-Uhr-Stellung.

Durch das Eingreifen des Stifts 72 in das Loch 78 wird der Schalter 90 betätigt, der seinerseits den Zylinder 92 auslöst, wodurch die Greifvorrichtung 6 2 die ihr zukömmenden Funktionen ausübt; einen Abschnitt des nachgiebigen Teils 36 in der 3-Uhr-Stellung mit dem Stempel 46 in Verbindung zu bringen.

Eine genaue Beschreibung der Arbeitsweise der Greifvorrichtung 6 2 wird nun an Hand der Fig. 5 bis 11 gegeben. Die auf einem Träger 109 angebrachte Greifvorrichtung 6 2 besteht aus einer insgesamt mit 110 bezeichneten, mit einem Stift zusammenwirkenden und einer insgesamt mit 112 bezeichneten, mit einer Sprosse zusammenwirkenden Vorrichtung. Unter der Wirkung des Zylinders 9 2 bewegt sich die Vorrichtung 110 einwärts in Richtung auf den Stift 48, der in der 3-Uhr-Stellung steht.

Die mit dem Stift zusammenwirkende Vorrichtung 110 weist zwei seitlich stehende Organe HU und ein mittleres Organ 116 auf. Das mittlere Organ 116 läßt sich in Längsrichtung bezüglich der seitlichen Organe 114 gegen die Wirkung einer Feder 118 bewegen.

Fig. 9 zeigt die Vorrichtung 110 in vollständig zurückgenommener Lage. In dieser Stellung haben die Enden der beiden seitlichen Organe 114 und des mittleren Organs 116 praktisch gleichen Abstand von dem Stift 48.

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Fig. 11 stellt die Phase dar, in der die Vorrichtung 110 die Zusammenführungsbewegung beginnt. Das mittlere Organ 116 führt das nachgiebige Teil 36 gegen die Spitze 48, aber die Feder 118 ist noch gestreckt. Mit der Fortsetzung der Bewegung der Vorrichtung 110 wird das Mittelorgan 116 angehalten, aber die Seitenorgane 114 bewegen sich weiter und greifen die Lappen 57 des biegsamen Teils 36 an, die an dem Stift 48 überstehen, und klappen sie um die Kanten des Stifts (Fig. 10), Ein Abstandshalter 119 begrenzt den Weg der Seitenorgane 114 und überträgt die Kraft des Zylinders 9 2 auf das Mittelorgan 116, Die Seitenorgane besitzen eine ausgeformte Öffnung, die das Gleiten über die Lappen 57 erleichtert.

Zugleich mit der Einwärtsbewegung der mit dem Stift zusammenwirkenden Vorrichtung 110 drückt die mit den Sprossen zusammenwirkende Vorrichtung 112 einen Abschnitt des nachgiebigen Teils 36, in dem sich eine der Transportöffnungen 54 befindet, über eine der Sprossen 60. Die Vorrichtung 112 besteht aus einem Block aus Tetrafluoräthylen oder einem ähnlichen Kunststoff, in dem ein seitlicher Kanal 120 ausgespart ist, der gerade so breit ist, daß er das nachgiebige Teil 36 "der Breite nach aufnehmen kann.

Die -Vorrichtung 112 läßt sich auf zwei Tragzapfen 122 verschieben, Aus jeder Seite der Seitenorgane 114 stehen Stiftnocken 124 nach oben vor. In der Vorrichtung 112 sind Öffnungen 126 vorgesehen, die diese Stif£n,pcken: 124 aufnehmen. Wenn die Seitenorgane 114 sich in der Waagerechten bewegen, übertragen die Stifte 124 eine horizontale Kraftkomponente auf die Vorrichtung 112, Die Tragzapfen 122 stehen während der Tätigkeit der Greifvorrichtung 6 2 unter dem gleichen Winkel zur Kontaktierachse 30 »wie die Sprossen 60, Eine auf die Vorrichtung 112 ausge-

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übte Horizontalkraft läßt daher die Vorrichtung eine Bahn durchlaufen, die parallel zu der Richtung der Sprossen 60 liegt, mit denen sie zusammenarbeitet. Die Vorrichtung 112 läuft so weit hinunter auf die Sprossen 60, daß die Transportöffnung vollständig auf die Sprosse geschoben wirdj ein Abstandsstück 119 begrenzt die Bewegung, und das nachgiebige Teil 36 nimmt eine praktisch tangeniiale Endstellung ein. Eine übermässige Bewegung der Vorrichtung 112 nach innen würde das nachgiebige Teil 36 unzulässig hohl liegen lassen. Eine Ausnehmung 127 gestattet der Sprosse 60 ein Eintauchen mit Spiel in die Vorrich- μ

tung 112, ™

Mit dem Zurücklaufen des Zylinders 92 kehren die Vorrichtungen 110 und 112 unter der Wirkung der Federn 118 und 128 in ihre Ausgangslage zurück. Wenn die Greifvorrichtung 6 2 wieder in der Ausgangslage ist, kann der Stempel 46 sich, durch die Vorrichtung 62 unbehindert, frei drehen.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung 20 ist unter der Voraussetzung beschrieben worden, daß einzelne Chips 32 mit integrierten Schaltungen mit einem nachgiebigen Teil 36 unmittelbar vor dem Kontaktieren mit dem Substrat 40 verbun- f den werden sollen. Man kann aber auch die Chips 32 an dta * nachgiebigen Teil 36 anbringen, bevor dieses auf die Vorratsrolle 50 gewickelt wird. In diesem Fall würde mit jeder Drehbewegung des Stempels 46 einer der Chips 32 in Kontaktierlage sein, und es wäre nur eine Ausrichtung zwischen dem Chip und dem Substrat 40 erforderlich.

Da das nachgiebige Teil 36 zwischen dein Chip 32 und dem Stift 48 steht, veranlaßt es einen Wärmeübergang, wodurch die Chip-Temperatur unter der Stift-Temperatur liegt. Zwar

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sollte die Stift-Temperatur so hoch wie möglich liegen, die Chip-Temperatur sollte jedoch 370⁰C nicht überschreiten.

Beim Thermokompr ess ions -Kontaktieren liegt im allgemei- ■' nen die sogenannte Grenzschichttemperatur, d.h. die Temperatur, die sich in den Anschlußbahnen ergibt, die zwischen dem nachgiebigen Teil und dem Substrat beim nachgiebigen Kontaktieren gepreßt werden (sowie zwischen einem Kontaktieretift und dem Substrat im Falle fe des üblichen hard-tip-Kontaktierens) vorzugsweise im Bereich von 24-0 bis 300⁰C. Es wurde auch festgestellt, daß beim hard-tip-Kontaktieren eine Temperatur des Stifts von etwas unter 37O°C, die für den Halbleiterchip maximal zulässige Temperatur, nicht zum Erreichen der erforderlichen Grenzschichttemperatur ausreicht, und daß es daher erforderlich ist, entweder ausser dem Stift auch das Substrat zu erwärmen, um ausreichende Wärmeenergie zur Aufrechterhaltung einer zweckmässigen Grenzschichttemperatur bereitzustellen, oder mit ausserordentlich hoher Kontaktierungspressung zu arbeiten, um diese nötige Grenzschichttemperatur zu erreichen.

Wenn das nachgiebige Teil 36 an den Stift 48 herangebracht wird, kann die Stifttemperatur über 37O°C erhöht werden, denn weil das Teil 36 als wärmeabführendes Element wirkt, bleibt die Chip-Temperatur unter der kritischen Grenze von 37O°C. Wird der Stift 48 auf das Substrat 40 mit zwischenliegendem Teil 36 gedrückt, läßt sich die erforderliche Grenzschichttemperatur ohne zusätzliche Erwärmung des Substrats 40 und ohne übermässige Kontaktierungspressung erzielen.

Die Erfindung wird vorzugsweise für keramische oder

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Glas-Substrate angewandt. Derartige Substrate sind sehr empfindlich gegenüber»Erwärmung und übermässigen Druck.

Ferner ist darauf hinzuweisen, daß das Falzen der Lappen 57 um den Stift ein Kontaktieren erlaubt, wenn auf einem Substrat mehrere Chips eng nebeneinanderliegen. Das nachgiebige Teil, das in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich leicht in einem üblichen Stanzvorgang herstellen, weil zwisch-n der Kontaktieröffnung 52 und dem Aussenrand des nachgiebigen Streifens 36 ausreichend Material, mehr als 0,015 Zoll (0,4 mm), stehen bleibt.

Zwar ist die Erfindung an Hand eines Beispiels beschrieben, bei dem nur jeweils ein Chip koniäctiert wurde; es können jedoch auch Stifte vorgesehen werden, mit denen Abschnitte von nachgiebigen Streifen mit mehr als einer Kontaktieröffnung behandelt werden. Diese Mehrfachöffnungen könnten dann mit einer Mehrzahl von Chips besetzt werden und alle Chips könnten gleichzeitig mit einem einzigen Hub des Kontaktierkopfs kontaktiert werden.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

Vorrichtung zum nachgiebigen Kontaktieren eines ersten Werkstücks auf ein zweites Werkstück, mit einem Kontaktierstift, einer Einrichtung zum Ausrichten des ersten und des zweiten Werkstücks auf einer Kontaktier- W achse, einer Einrichtung, die den Stift längs dieser

Achse führt und ihn auf das erste und das zweite Werkstück preßt, um eine Kontaktierung zwischen diesen Werkstücken zu bewirken,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (62) vorgesehen ist, die einen Abschnitt eines nachgiebigen Kontaktierteils (36) mit dem Stift (48) zusammenbringt, bevor dieser längs der Kontaktierachse (30) bewegt wird, um die Werkstücke (32, 40) miteinander zu kontaktieren.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktierstift (48) zu einer Gruppe von Kontaktierstiften gehört, die an einem drehbaren Kontaktierstempel (46) angeordnet sind, und daß eine Einrichtung (42, 72, 74, 76) vorgesehen ist, die den Stempel schrittweise weiterdreht, um nacheinander Kontaktierstifte (4C) auf die Kontaktierachse (30) zu führen.

3, Vorrichtung nach Ar^pruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kontaktierstifte (48) von dem Kontaktierstempel (46) aus radial nach aussen vorstehen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Kontaktierstiften (48) eine • Sprosse (60) aus dem Stempel radial herausragt, um. mit dem Kontaktierteil (36) zusammenzuarbeiten.

5, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Buteil (9 3), das das erste Werkstück (32) vor dem Kontaktieren an den ergriffenen Abschnitt des Kontaktierteils (36) hält. "

Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der ergriffene Abschnitt des Kontaktierteils (36) eine Öffnung (52) aufweist, und daß das haltende Bauteil (9 3) einen mindestens einen Kontaktierstift (48) durchsetzenden Kanal (9 4) besitzt, der beim Herstellen eines Unterdrucks in dem Kanal das erste Werkstück (32) gegen den durchbrochenen ergriffenen Kontaktierteilabschnitt zieht.

7, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (62), die einen Abschnitt des Kontaktierteils (36) mit dem Stift oder den Stiften (48) zusammenbringt, auch mindestens einen Lappen (57) des Kontaktierteilabschnitts um mindestens eine Kante des Stifts (48) zu falzen vermag.

. Verfahren zum nachgiebigen Kontaktieren eines ersten Werkstücks auf ein zweites Werkstück, die miteinander bezüglich einer Kontaktierachse ausgerichtet sind, dadurch

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gekennzeichnet, daß ein Abschnitt eines nachgiebigen Kontaktierteils (36) mit einem Kontaktierstift (48) zusammengebracht wird, bevor die beiden Werkstücke kontaktiert werden, und daß der Kontaktierstift (48) und der ergriffene Abschnitt längs der Achse (30) geführt werden, um den Abschnitt und die Werkstücke (32, 40) aufeinandergedrückt werden, um eine Kontaktierung zwischen den Werkstücken zu bewirken.

9, Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Werkstück (32) vor dem Kontaktieren auf den ergriffenen Abschnitt des Kontaktierteils (36) gesetzt wird.

10, Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ergriffene Abschnitt des Kontaktierteils (36) durchbrochen (5 2) ist, und daß das erste Vörkstück (32) gegen den ergriffenen ersten Abschnitt des Kontaktierteils (36) gehalten wird, indem der Druck in einem den Kontaktierstift (48) durchsetzenden Kanal (94) und dessen Ausmündung (9 3) an der Stiftspitze erniedrigt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktierstift (48) zu einer Gruppe von Kontaktierstiften gehört, die von einem drehbaren Stempel (46) aus radial nach aussen vorspringen, daß ferner jeder der aufeinanderfolgenden Abschnitte -des Kontaktierteils (36) mit jeweils einem der aufeinanderfolgenden Kontaktierstifte (48) zusammengeführt wird, und daß der Stempel (46) schrittweise vorwärtsgedreht wird, um

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jede der aufeinanderfolgenden Kontaktierspitzen und den mit ihr zusammengeführten Abschnitt des Kontaktierteils (36) auf die Kontaktierachse (30) zu bringen, damit die aufeinanderfolgenden ersten Werkstücke (32) mit jeweils einem der aufeinanderfolgenden zweiten Werkstücke C+0) kontaktiert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Er^eifen des oder jedes Ab- " Schnitts mindestens ein Lappen des oder der Abschnitte um mindestens eine zugeordnete Kante des Kontaktierstifts (4-8) gefalzt wird.

13, Erste und zweite Werkstücke, kontaktiert nach einem Verfahren, wie es in einem der Ansprüche 8 bis 12 definiert ist.

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