DE3123241C2 - Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Schaltmoduls - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Schaltmoduls

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Abstract

Verfahren zum Herstellen von einem plattenförmigen Schaltungsmodul, das nach seiner Herstellung einen plattenförmigen Träger (T), auf dem entsprechend vorbereiteten Träger (T) mit Lötpaste aufgedruckte, bei Überschreiten der Schmelztemperatur schmelzende Innenanschlüsse (IA) von Leitungen (L), z.B. von in ihrer gesamten Länge zwischen ihrem Außenanschluß (AA) und Innenanschluß (IA) mittels Siebdruck aus Lötpaste gedruckten Leitungen (L), und mindestens einen gehäuselos bleibenden integrierten Halbleiterschaltungskörper (H) ("Chip") mit Zuleitungszungen (I), die ihrerseits zunächst auf die Innenanschlüsse (IA) gelegt und danach, beim Schmelzen der Innenanschlüsse (IA), mit diesen (IA) leitend fest verbunden wurden, wobei die Zuleitungszungen (I) bei dieser Temperatur selber noch nicht durch und durch schmolzen, enthält. In aufeinanderfolgenden Schritten werden a) auf die auf dem Träger (T) mittels Lötpaste aufgedruckten, noch feuchten, mehr oder weniger klebrigen Innenanschlüsse (IA) die Zuleitungszungen (I) berührend oder eintauchend gelegt und b) die Innenanschlüsse (IA), insbesondere erst viel später nach einer Trocknung der Lötpaste, anpreßdruckfrei in einem Ofen, nämlich ohne diese Zuleitungszungen (I) mittels eines heißen Stempels bzw. Bügels auf die hierbei schmelzenden Innenanschlüsse (IA) zu drücken, vorübergehend geschmolzen, wobei die Oberflächenspannung der Lötpaste den Chip in seine richtige Lage zieht, selbst wenn der Chip bei breiter Justiertoleranz im ......

Description

6. Schaltmodul, das nach dem Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
— der Abstand zwischen benachbarten, zu ein und demselben Halbleiterschaltungskörper (H) gehörenden Zuleitungszungen (I), und dementsprechend der Abstand zwischen den zugehörenden Innenanschlüssen (IA), sowie
— die jeweilige Breite dieser benachbarten Zuleitungszungen (I), und dementsprechend die Breite der zugehörenden Innenanschlüsse (IA)
jeweils so klein sind, daß nebeneinander benachbart mindestens 3 Zuleitungszungen (I) pro Millimeter und damit mindestens 3 Innenanschlüsse (IA) pro Millimeter angebracht sind.
7. Schaltmodul nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
— Abstände zwischen den Zuleitungszungen (I) durch mindestens einen Kunststoffstreifen (KS) stabilisiert sind, der
— quer über oder unter den Zuleitungszungen angeordnet ist und
— zwischen einerseits dem Halbleiterschaltungskörper (H) und andererseits solchen Zuleitungszungenenden, die im Schritt c) die Innenanschlüsse (IA) berühren bzw. dann in diese eintauchen, an diese Zuleitungszungen (X/befestigt ist.
Die Erfindung entwickelt das im Oberbegriff angegebene, der DE-OS 21 04 847 sowie den älteren Patentanmeldungen P 30 33 900.5 und P 30 33 881.9 entnehmbare spezielle Verfahren zum Herstellen von einem plattenförmigen Schaltmodul weiter. Ein zumindest ähnlichcs Verfahren ist auch der US-PS 37 57 075 entnehmbiir, das im wesentlichen aber die spezielle Gestaltung der Innenanschlüsse betrifft. Bekannt ist auch das Anlöten der Zuleitungszungen, mittels eines speziellen, rasch stark aufheizbaren Bügels, der auf die Zuleitungszungen gepreßt wird, vgl. z. B. Siemens, bauteile report 16(1978) H. 2, S. 40 bis 44, insbesondere Bild 7 und dessen Beschreibung auf S. 42 sowie Bild 9 und dessen Beschreibung auf S. 43.
Die Erfindung wurde an sich insbesondere zum Herstellen von gehäuselosen senkrecht steckbaren flachen CODEC-Schaltmodulen für Fernsprech-Vermittlungssystemc entwickelt; sie ist aber auch in anderen Bereichen einsetzbar.
Zur Erläuterung der Aufgabe der Erfindung wird ein Ausschnitt aus einem Herstellungsverfahrensbeispiel schematisch in Γ ig. 1 der vorliegenden Schrift gezeigt: Der mit den Leitungen und Innenanschlüssen bedruckte Träger T liegt mit engen räumlichen Toleranzen auf dem Tisch des Arbeitsplatzes PX justiert z. B. mittels des Anschlages AS sowie einer Leiste dieses Tisches P 3.
Am benachbarten Tisch P3a werden aus einer Vorratseinriclitung MR die Halblciterschallungskörper H entnommen, z. B. aus einem Chips FO mit Ziileilungs-
zungen tragenden Band mittels des Stempels 57" gestanzt und geformt Der Halbleiterschaltungskörper H wird dann auf dem bedruckten Träger T am Arbeitsplatz P3, z. B. mittels des Armes RA des Manipulators RO, mit engen Toleranzen justiert und anschließend verlötet, z. B. mittels eines erhitzten An jireßbügels, welcher die Zuleitungszungen des Halbleiterschaltungskörpcrs H auf die dabei schmelzenden Innenanschlüsse gepreßt
Die Toleranzen für die Innenanschlüsse und Zuleitungszunger; müssen umso enger sein, je schmaler diese Zuleitungszungen bzw. die Innenanschlüsse sind und je enger benachbart solche Zuleitungszungen bzw. Innenanschlüsse sind. Es addieren sich nämlich die Fehler der Toleranzen von
— der Justierung des Trägers auf dem Tisch ^3,
— der Genauigkeit des Drückens der Lötpaste der Innenanschlüsse auf dem Träger T,
— der justierung des Auflegemechanismus RO/RA beim Auflegen des Halbleiterschaltungskörpers H auf die gedruckten Innenanschlüsse,
— des nachträglichen Verrutscheiis des aufgelegten Halbleiterschaltungskörpers H, vor allem wenn die die Innenanschlüsse bildenden Lötpastenanhäufungen steilwandig und inzwischen relativ hart geworden sind, besonders beim Andrücken eines zunächst noch kalten Lötbügels, sowie
— der endgültigen Breite bzw. Form der nach dem Schmelzen wiedererstarrten Innenanschlüsse, wobei diese endgültige Form auch z. B. von der Lötj>astenmenge, Löttemperatur, Wackeltoleranzen des Lötbügels und Verschmutzung des Lötbügels mit Lötpastenresten, also auch von schwer beherrschbaren Imponderabilien abhängt.
Die Summe dieser Toleranzen begrenzt die Anzahl der möglichen Z:ileitungszungen pro Millimeter Kantenlänge des Halbleiterschaltungskörpers H.
Die Aufgabe der Erfindung ist, mit möglichst kleinem Aufwand ganz enge Toleranzen für die Innenanschlüsse und Zuleitungszungen einhalten zu können, also ausschußarm und aufwandsarm bei Bedarf sogar eine hohe Anzahl von Zuleitungszungen pro Millimeter Kantenlänge eines Clip zulassen zu können. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Bei der Erfindung wird der Halbleiterschaltungskörper nach diesem Auflegen während des Anlölens der Zuleitungszungen an die Innenanschlüsse selbsttätig durch die Oberflächenspannung vor allem der geschmolzenen Lötpaste hinsichtlich seiner Lage auf dem Träger nachjustiert, indem diese Oberflächenspannung die Achsen der Zuleitungszungen mehr oder weniger in die Mitte der Innenanschlüsse zieht.
Durch die Erfindung wird nicht nur der Aufwand für das Aufpressen irgendeines Bügels auf die Zuleitungszungen beim Anlöten derselben eingespart. Auch alle Anteile der Toleranzen, die auf das Anpressen dieses Bügels beruhen, werden vermieden. Zwar werden bei der Erfindung die Zuleitungszungen mit noch recht großer Toleranz auf die noch ungeschmolzenen Innenanschlüsse aufgelegt, nämlich nur so, daß diese Zulcitungszungen die zugeordneten Innenanschlüsse mindestens berühren, aber noch picht einen elektrischen Kurzschluß zwischen zwei Penachbarten Innenanschlüssen bilden. Durch die Erfindung wird aber vor allem auch vermieden, daß
— die Justierungsungenauigkeit, welche beim Auflegen des Halbleiterschaitungskörpei s auf die !nnenanschlüsse besteht, auch noch nach dem Anlöten in den Übergangswiderstand erhöhender, und die Fesügkeit beeinträchtigender Weise weiter besteht,
— ein nachträgliches Verrutschen des aufgelegten Halbleiterschaltungskörpers aus einer vorläufigen Lage, besonders beim Beginn des Andrückens eines noch kalten Bügels, überhaupt auftritt, und
die endgültige Breite bzw. Form der nach dem Schmelzen wiedererstarrten Innenanschlüsse verschlechtert wird, z. B. wegen des Bügels, nämlich durch Zerquetschen der Innenanschlüsse-Lötpaste, ungleichmäßiger Lötpastenmenge, Wackeltoleranzen des Lötbügels und/oder Verschmutzung des Bügels.
Sogar Ungenauigkeiten der Lage des Trägers beim Drucken der Lötpaste und beim Justieren des Trägers auf dem Tisch beim Auflegen des Halbleiterkörpers, auch Justiertoleranzen des Auflegemechanismus selber werden durch die bei der Erfindung ausgenutzte Oberflächenspannung der Lötpaste selbsttätig kompensiert. Die Oberflächenspannung der geschmolzenen, teilweise bereits der ungeschmolzenen. Lötpaste zieht also den Halbleiterkörper in seine endgültige richtige Lage, selbst wenn er mit großer Justiertoleranz im Schritt c). warum auch immer, nur ungenau aufgelegt war. Daher kann bei der Erfindung auch die Anzahl der Zuleitungszungen pro Millimeter Kantenlänge des Halbleiterkörpers erhöht werden bzw. bei unveränderter Zuleitungszungendichte die Ausschußquote, insbesondere im Vergleich zu mit Bügeln angepreßten Zuleitungszungen, vermindert werden.
Die in den Unteransprüchen angegebenen weiteren Maßnahmen gestatten zusätzliche bzw. verstärkte Vorteile. So gestattet die Maßnahme gemäß Patentanspruch
2. ein besonders rasches Arbeiten bei besonders kleinem Zwischenlager;
3. eine besonders geringe Ausschußquote bei der Herstellung des Schaltmoduls;
4. neben einer induktivitätsarmen Erdung des Substrats gleichzeitig ein Ansaugen des Substrats auf den Träger während des Schmelzvorganges, und eine größere Robustheit des fertigen Schaltmoduls gegen mechanische Erschütterungen, sowie eine verbesserte Kühlung des Substrats über seinen Innenanschluß beim späteren Betrieb;
5. eine größere Robustheit des Schaltmoduls gegen mechanische Erschütterungen;
6. eine Vergrößerung der Anzahl der Zuleitungszungen pro Halbleiterschaltungskörpcr und
7. eine weitere erhebliche Vergrößerung der Anzahl der dann besonders dicht angebrachten, schmalen Zuleitungszungen.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anbo hand der in den F i g. 1 bis 5 schematisch gezeigten Beispiele weiter erläutert, wobei
Fig. 1 wie bereits erläutert, das von einem Roboter bzw. i\lanipulator durchgeführte Auflegen des aus einer Filmrolle ausgestanzten Halbleiterschaltungskörpers br> auf den bedruckten Träger,
F i g. 2 einen aus der Filmrolle ausgestanzten Halbleiterschaltungskörper zusammen mit seinen auf richtige Länge und Durchbiegung gestanzten Zuleituneszuneen.
F i g. 3 den Halbleiterschaltungskörper vor dem Auflegen auf den bedruckten Träger,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die auf die noch feuchten Innenanschlüsse gelegten Zuleitungszungen vor deren Verlötung, und
F i g. 5 den in F i g. 4 gezeigten Querschnitt nach der Verlötung zeigen.
Erfindungsgemäß werden also am Arbeitsplatz P3 in aufeinander folgenden Schritten
10
— auf die auf dem Träger T mittels Lötpaste aufgedruckten, noch feuchten, mehr oder weniger klebrigen Innenanschlüsse IA, vgl. Fig. 1, 3 und 4, die Zuleitungszungen / berührend oder eintauchend gelegt und danach r,
— die Innenanschlüsse IA, /.. B. erst viel später nach einer Trocknung der Lötpaste, anpreßdruckfrei in einem Ofen, nämlich ohne diese Zuleitungszungen / mittels eines heißen Bügels auf die hierbei schmelzenden Innenanschlüsse IA zu drücken, vorübergehend geschmolzen und auf diese Weise leitend fest mit den Zuleitungszungen /, und hier im Beispiel damit auch mit den an der Schaltmodulkante angebrachten Außenanschlüssen AA, verbunden.
25
Es genügt, vgl. den Querschnitt in Fig.4, daß die Zuleitungszungen / beim Auflegen irgendwie die noch feuchte, mehr oder weniger klebrige Lötpaste der Innenanschlüsse IA berühren oder mehr oder weniger in diese Lötpaste IA eintauchen. Wegen der Oberflächenspannung der Lötpaste IA — insbesondere später in deren geschmolzenem Zustand — werden die Achsen der Zuleitungszungen /. vgl. F i g. 5. jedenfalls tendenziell, nachträglich in die Mitte der Innenanschlüsse IA gezogen, wobei selbsttätig, ohne zusätzliche äußere |u-Stiermittel, alle genannten Toleranzen beim Auflegen des Halbleiterkörpers H nachträglich ausgeglichen werden.
Es zeigte sich, daß dieser nachträgliche Ausgleich besonders gut ist. daß also die Zuleitungszungen / im allgemeinen, durch die Oberflächenspannung der Lötmasse, genau in die Mitte der Innenanschlüsse IA gezogen wurden, wenn im Schritt d) das Eigengewicht des Halbleiterschaltungskörpers H voll von den Zuleitungszungen / auf die Innenanschlüsse IA übertragen wird. Dies ist erreichbar, indem beim Ausstanzen bzw. beim Zuschneiden, vgl. den Tisch P3a in Fig. 1, die Zulcitungszungen / des Halbleiterschaltungskörpers H so verdrückt werden, daß diese Zuleitungszungen /. nach dem Auflegen gemäß dem Schritt c), federnd den dann zwisehen den Zuleitungsznngen / brückenähnlich schwebenden Halbleiterschaltungskörper /-/tragen.
Dieses Zurecht-Drücken der Zuleitungszungen / kann gleichzeitig mit dem Zurecht-Schneiden der Länge der Zuleitungszungen bei dem in F i g. 1 gezeigten Beispiel dadurch erreicht werden, daß die vielen zunächst mit zu langen Zuleitungszungen ausgestatteten Halbleiterschaltungskörper hintereinander, vgl. die Teile FO, auf einem aufgerollten Filmstreifen MR fest angebracht sind, vgL auch z. B. die bereits zitierte Druckschrift Sie- ω mens, bauteile report. Bild 5, 7, 8 und 9. sowie DE-PS 24 14 297 und elektronik Industrie 9-1976 (13. Oktober 1976) S. 227. Aus diesem Filmstreifen MR werden die Halbleiterschaltungsmodule /-/, mit richtiger Länge und Verbiegung/Verdrückung der Zuleitungszungen /, mittels des Stanzstempels ST herausgestanzt, so daß im Filmstreifen MR nach dem Ausstanzen die leeren Fenster F zurückbleiben. Der Arm RA des Roboters RO transportiert also in diesem Falle Halbleiterschaltungskörper H, deren Zuleitungszungen /, vgl. F i g. 1, jeweils etwas nach unten vom Stanzstempel ST gedrückt sind, damit das Halbleitersubstrat des Halbleiterschaltungskörpers H nachher auf den Innenanschlüssen IA brükkenähnlich von den jeweils etwas nach unten gebogenen Zuleilungszungen /getragen wird.
Die Fig. 2 veranschaulicht, daß mittels des in Fig. 1 gezeigten Stanzstempels ST die Zuleitungszungen / längs der Linien SZ. auf richtige Länge geschnitten werden, also die überschüssigen Längen AF dieser Zuleitungszungen als Abfall abgeschnitten werden. Der evtl. angebrachte, in F i g. 4 gezeigte Kunststoffstreifen KS, der hier ringsum den Halbleiterkörper H einrahmt, wird weiter unten erläutert.
Es ist unnötig, vor dem Verlöten zu warten, bis die Lötpaste IA nach dem Schritt c) getrocknet ist, also hart geworden ist. Eine trockene harte Lötpaste gestattet zwar, mit vergleichsweise geringer Vorsicht bzw. mechanischer Stöße den belegten Träger Γ zu einem Ofen zu befördern. Dadurch, daß man, bei einer gewissen Vorsicht bez. mechanischer Stöße, den Schritt d) durchführt, bevor die Lötpaste IA getrocknet bzw. hart geworden ist. wird eine Zwischenlagerung des belegten Trägers T zur Trocknung der Lötpaste eingespart, sowie der Zeitaufwand zwischen den Schritten c) und d) entsprechend verkürzt.
Damit das Substrat des Halbleiterschaltungskörpers H später an ein separat zugeleitetes Ruhepotential gelegt werden kann, kann man vor dem Schritt c) unter dem Substrat auf dem Träger Γ zusätzlich einen schmelzbaren Innenanschluß IA für das Ruhepotential anbringen, wobei im Schritt c) das Substrat, diesen noch feuchten zusätzlichen Innenanschluß IA berührend, aufgelegt wird sowie dann im Schritt d) dieser zusätzliche Innenanschluß IA an das Substrat mit angeschmolzen wird. Dieser zusätzliche, noch flüssige Innenanschluß IA saugt zudem wegen seiner Oberflächenspannung das Substrat beim Anlöten gegen den Träger Γ mit niedriger Reibungskraft, was das Eintauchen der Zuleitungszungen in die Innenanschlüsse verstärkt, vgl. F i g. 4 und 5, und verbessert zudem später im Betrieb die Stoßfestigkeit und die Kühlung der Schaltung auf dem Substrat.
Ähnliche Saugwirkungen, Stoßfestigkeitsverbesserung und manchmal auch Kühlungsverbesserung ist dadurch erreichbar, daß vor dem Schritt c) unter dem Substrat des Halbleiterschaltungskörpers H zusätzlich ein Klebstofffleck auf dem Träger T angebracht wird, wenngleich die durch F i g. 4 und 5 illustrierte Saugkraft, welche die Zuleitungszungen in die Mitte der geschmolzenen Innenanschlüsse saugt, in ihrer Wirkung teilweise kompensiert wird, falls der Klebstoff in der Hitze zu schnell aushärten würde.
Durch die Verbesserung der Toleranzen aufgrund der durch die Oberflächenspannung der geschmolzenen Innenanschlüsse IA erreichten Selbstjustierung der Zuleitungszungen / kann zugelassen werden, daß der Abstand z. B. 100 bis 150 μηη zwischen benachbarten, zu ein und demselben Halbleiterschaltungskörper //gehörenden Zuleitungszungen / beträgt und daß der Abstand zwischen den zugehörenden Innenanschlüssen IA entsprechend klein ist. Ferner kann durch die Erfindung zugelassen werden, daß die jeweilige Breite dieser benachbarten Zuleitungszungen Iz. B. 100 bis 150 μπι beträgt und daß die Breite der zugehörenden Innenanschlüsse IA ebenfalls entsprechend klein ist. Diese Maße können also jeweils so klein sein, daß nebeneinander
benachbart mindestens 3 Zuleilungszungen / pro Millimeter, also 5 Zuleitungszungen / pro Millimeter, und damit mindestens 3 Innenanschlüsse IA pro Millimeter, auf dem Schaltungsmodul angebracht sind. Die Erfindung eignet sich also auch für komplizierte Chips H mit vielen Zuleitungszungen /.
Die Abstände zwischen den Zuleitungszungen / können durch mindestens einen Kunststoffstreifen KS stabilisiert werden, vgl. F i g. 2 der, insbesondere vor dem Schritt c), quer über oder unter den Zuleitungszungen angeordnet ist und der, insbesondere vor dem Schritt c), zwischen einerseits dem Halbleiterschaltungskörper H und andererseits solchen Zuleitungszungenenden, die im Schritt c) die Innenanschlüsse IA berühren bzw. dann in diese eintauchen, an diese Zuleitungszungen / befestigt wurde. Ein solcher Kunststoffstreifen KS kann auch z. B., vgl. F i g. 2, zur weiteren Erhöhung der Stabilität rahmenartig den Chip H umgeben und beim Ausstanzen mittels des Stanzstempels STaus dem Filmstreifen MR miterzeugt sein, vgl. dazu auch den in Verbindung mit dem Filmstreifen MR angegebenen Stand der Technik.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines plattenförmigen Schaltmoduls, insbesondere zum Herstellen von gehäuselosen senkrecht steckbaren flachen CO-DEC-Schaltmodulen für Fernsprechvermittlungssysteme, bei dem
a) auf einen entsprechend vorbereiteten plattenförmigen Träger mit einer Lötpaste schmelzbare Innenanschlüsse auf die Verbinoungsleitungen aufgedrückt werden und
b) mindestens ein gehäuseloser integrierter Halbleiterschaltungskörper mit seinen Zuleitungszungen auf die Innenanschlüsse gelegt und durch einen Schmelzvorgung mit diesen leitend verbunden wird,
dadurch gekennzeichnet, daß in aufeinanderfolgenden Schritten
c) der Halbleiterschaltungskörper (H) mit seinen Zuleitungszungen (I) auf die noch feuchten, mehr oder weniger klebrigen Innenanschlüsse (IA) berührend oder eintauchend gelegt wird und
d) die Innenanschlüsse (IA) anpreßdruckfrei in einem Ofen vorübergehend geschmolzen werden.
30
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
— der Schritt d) noch vor dem Trocknen der Lötpaste durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
— im Schritt d) das Eigengewicht des Halbleiter-Schaltungskörpers (H), der dann zwischen den Zuleitungszungen (I) brückenähnlich schwebt, voll von den Zuleitungszungen (I) auf die I nnenanschlüsse (IA) übertragen wird, indem vor dem Schritt c) beim Ausstanzen bzw. Zuschneiden des vorher mit zu großen Zuleitungszungen (I) ausgestatteten Halbleiterschaltungskörpers (H) die Zuleitungszungen so gebogen werden, daß diese Zuleitungszungen (I) nach dem Schritt c) federnd den Halbleiterschaltungskörper (H) tragen.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
55
— neben den mit den Zuleitungszungen (I) zu verbindenden Innenanschlüssen (IA) zusätzlich ein schmelzbarer Innenanschluß (IA)Iw das Ruhepotential auf dem Träger ("^angebracht wird,
— im Schrit c) das Substrat des Halbleiterkörpers bo (H) auch auf diesen noch feuchten Innenanschluß (IA) beruh rend gelegt wird, und
— im Schritt d) dieser zusätzliche Innenanschluß (IA)an das Substrat mit angeschmolzen wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
— vor dem Schritt c) unter dem Substrat des Halbleiterschaltungskörpers (H) zusätzlich ein Klebstoff fleck auf dem Träger (T) angebracht wird.
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