DE4124053A1 - Verfahren zum herstellen einer haftverbindung zwischen wenigstens einem bauteil und einem metallischen substrat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Haftverbindung zwischen wenigstens einem Bauteil, insbe­ sondere elektronischem Bauteil wie Halbleiter-Chip oder der­ gleichen, und einem metallischen Substrat, wobei Bauteile und metallisches Substrat als Partner durch Kleben miteinander verbunden werden.

Auf vielen Gebieten der Technik ist es erforderlich, zwischen einzelnen Bauteilen eine Haftverbindung herzustellen. Dies muß im Rahmen des Fertigungsvorganges geschehen, wobei bei­ spielsweise auf einem metallischen Substrat ein Halbleiter- Chip positionsgenau befestigt werden soll.

Derartige Haftverbindungen können in prinzipiell einfacher Re­ alisierung durch Kleben erreicht werden. Hierzu sind in der Praxis beispielsweise Epoxy-Kleber bekannt, die mit UV-Licht und/oder durch Wärme aushärtbare Komponenten enthalten. Solche Kleber können in einfacher Weise durch Siebdrucken auf metal­ lische Substrate aufgetragen werden.

Ein Anwendungsfall für die vorstehend genannte Verfahrenstech­ nologie ist die Montage von Tintendruckköpfen. Speziell hier muß einerseits eine Leiterplatte und andererseits ein soge­ nanntes Spritzmodul positionsgenau mit einer Aluminiumplatte verklebt werden. Die Leiterplatte realisiert dabei die Schnittstelle zum Rechner für die Generierung der Steuersi­ gnale zwecks Aktivierung des Spritzmoduls. Das Spritzmodul wird durch Bonddrähte elektrisch mit der Leiterplatte ver­ bunden. Die gesamte Baueinheit ist mechanisch mit einem Tintenvorratsgehäuse verbunden, was bisher ebenfalls durch Kleben erfolgt. Dabei ist eine wichtige Nebenbedingung, daß die hergestellte Klebeverbindung tintenbeständig ist und daß keine Tinte mit der Aluminiumplatte in Berührung kommt.

Bisher werden für obiges Problem Klebetechnologien mit Epoxy- Klebern angewandt. Beim bekannten Verfahren werden nach dem Aufbringen des Klebers auf die Aluminiumplatte die Leiterplat­ te und das Spritzmodul positioniert und anschließend die Ver­ klebung aktiviert, was durch Bestrahlen mit UV-Licht und an­ schließendes Aushärten im Temperofen erfolgt.

Das angegebene Verfahren hat sich in der Praxis bewährt. Unbe­ friedigend ist allerdings, daß die beschriebene Montage von Tintendruckköpfen vergleichsweise langwierig ist. Es wird da­ her angestrebt, den Fertigungsvorgang zu beschleunigen. Dabei ergeben sich aber folgende Schwachstellen:

• - Das Fixieren von Leiterplatte und Spritzmodul mit UV-Licht geht seriell in die Taktzeit ein.
• - Die Aushärtezeit im Temperofen benötigt bei herkömmlichen Klebern ca. 30 min, wodurch große Ofenkapazitäten erforder­ lich sind.
• - Die Aushärtezeit unterbricht den Fertigungsfluß und verhin­ dert dadurch sogenannte "just in time"-Prozeßkontrollen.
• - Beim Siebdrucken des lichtempfindlichen Klebers kann die Siebdruckfähigkeit schwanken.
• - Die bekannten Kleber können aufgrund von Qualitätsunter­ schieden in ihrer Topfzeit und im Handling problematisch sein.

Eine Weiterentwicklung geht daher im allgemeinen dahin, daß für den jeweiligen Anwendungsfall ein optimaler Kleber gefun­ den wird, der die Spezifikation erfüllt und in seiner Hand­ habung optimiert ist. Für hohe Stückzahlen ist das beschrie­ bene Fertigungsverfahren aber aus prinzipiellen Gründen nicht hinreichend automatisierungsfreundlich.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren zum Herstellen einer Haftverbindung zu schaffen, das automatisie­ rungsfreundlich ist und sich in optimaler Weise in einen inte­ grierten Fertigungsprozeß einbinden läßt.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Verwendung einer durch Wärme reagierenden Klebefolie zwischen den Klebepartnern gelöst. Eine derartige Folie wird als Heißklebefolie bezeich­ net und ist in der Klebetechnik bekannt. In spezifischer Weise wird die Aufgabe in der Anwendung der Heißklebefolie bei der Montage von Tintendruckköpfen gelöst, wobei die Klebepartner eine Aluminiumplatte als metallisches Substrat und als Bautei­ le eine Leiterplatte einerseits und ein Spritzmodul anderer­ seits sind.

Durch die Erfindung ergeben sich vergleichsweise kurze Pro­ zeßzeiten im Rahmen einer integrierten Fertigung, da die Kle­ bepartner schnell auf die Klebetemperatur gebracht werden kön­ nen. Ein Nachtempern der Klebeverbindung ist nicht notwendig. Die Endfestigkeit wird unmittelbar nach dem Abkühlen erreicht.

Zum Erwärmen der Klebepartner zwecks Herstellen der Klebever­ bindung wird im Rahmen der Erfindung das metallische Substrat erwärmt. Vorzugsweise kann das metallische Substrat berüh­ rungsfrei, insbesondere durch Hochfrequenzinduktion erwärmt werden. Eine solche Erwärmung erfolgt vorteilhafterweise gere­ gelt, d. h. mit exakter Einstellung auf eine für die spezifi­ sche Klebefolie geeignete Temperatur.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich Heißklebefolien verwenden, deren Polymerisation durch Einwirkung von Hochfrequenzenergie beschleunigt werden. Derartige Heißklebefolien bestehen bei­ spielsweise aus einem Gemisch von Phenolharz und Nitril-Kau­ tschuk und können als dünne Folien, insbesondere mit einer Stärke unter 30 µm realisiert werden. Solche Folien lassen sich in einfacher Weise, beispielsweise durch Kaschieren auf das metallische Substrat aufbringen, welches für die Klebung nur noch fettfrei gemacht werden muß. Bei dieser Anordnung er­ gibt sich aufgrund der dünnen Folie ein besonders guter Wärme­ übergang vom Bauteil auf das Metallsubstrat.

Insgesamt bringt der Einsatz von Heißklebefolien im Vergleich mit bekannten Epoxy-Klebern den Vorteil einer erheblich bes­ seren Handhabbarkeit mit sich. Insbesondere die Montage von Tintendruckköpfen wird dadurch automatisierungsfreundlicher.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die beiden Figuren zeigen in der Auf­ sicht und im Schnitt längs der Linie II-II eine automatisie­ rungsgerechte Produktgestaltung eines Tintendruckkopfes, bei dem die Montage von Leiterplatte und Spritzmodul durch Kleben erfolgt. Beide Figuren werden zusammen beschrieben.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Aluminiumplatte mit 1 bezeich­ net. Auf die Aluminiumplatte werden mittels einer Heißklebefo­ lie 2 eine Leiterplatte 3 und ein Spritzmodul 4 aufgeklebt. Die Leiterplatte ist Schnittstelle zwischen einem Rechner zur Ansteuerung des Tintendruckkopfes und weist sogenannte Kon­ taktierpads auf. Für die automatisierte Herstellung von Bond­ verbindungen ist daher eine exakte Lage der Leiterplatte 3 mit den Kontaktierpads erforderlich, was durch die Klebung er­ reicht ist. In diesem Zustand können Bondverbindungen 5 zwi­ schen Leiterplatte 3 und Spritzmodul 4 hergestellt, getestet und vergossen werden. Es ergibt sich somit unmittelbar eine komplette Funktionsbaugruppe zur weiteren Montage des Tinten­ druckkopfes.

Die fertigmontierte Funktionsbaugruppe gemäß Fig. 1 wird durch Heißnieten auf dem nicht-dargestellten Tintengehäuse befestigt. Ein O-Ring dichtet die Tinte zum Gehäuse und zur Aluminiumplatte 1 hin ab. Ein zusätzliches Verkleben der Alu­ miniumplatte 1 mit dem Tintengehäuse kann dann entfallen.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß sich die Funk­ tionsbaugruppe innerhalb einer Induktorschleife 10 befindet. Durch Hochfrequenzinduktion über die Induktorschleife 10 läßt sich die Aluminiumplatte 1 geregelt erwärmen, wobei zur Tem­ peraturmessung an der Aluminiumplatte 1 ein geeigneter (nicht dargestellter) Sensor angebracht ist.

Das beschriebene Verfahren unter Verwendung der Heißklebefolie ist in hohem Maße automatisierungsfreundlich: Durch das schnelle Aufheizen mittels Hochfrequenz und anschließendes Ab­ kühlen der Klebepartner ergeben sich kurze Taktzeiten im Be­ reich von 5 bis 10 sec. Ein Nachtempern der Klebeverbindung ist nicht mehr notwendig: Die Endfestigkeit wird sofort nach dem Abkühlen erreicht.

Besonders vorteilhaft ist, daß nach dem Herstellen der Klebe­ verbindung die Funktionsbaugruppe vor der eigentlichen Endmon­ tage mit dem Tintengehäuse getestet werden können. Fehlerhafte Teile werden somit rechtzeitig ausgesondert bzw. repariert. Durch eine "just in time"-Qualitätskontrolle wird die Montage defekter Funktionsgruppen zum Aufbau des Tintendruckkopfes un­ terbunden.

Die mit dem neuen Herstellverfahren geschaffene Funktionsgrup­ pe hat eine geringe Bauhöhe und eine günstige Grundfläche. Dadurch ist ein einfaches, platzsparendes Puffern in "diamaga­ zin"-ähnlichen Behältern möglich.

Bei den mit dem neuen Verfahren hergestellten Tintendruck­ köpfen besteht eine gute Wärmeableitung vom Spritzmodul auf die Aluminiumplatte durch die definiert dünne Klebefolie. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch eine Verlagerung der Zentrierbohrungen, die sich bisher auf dem Tintenbehälter be­ fanden, auf die Aluminiumplatte: Die Funktionsbaugruppe muß nicht mehr exakt zum Gehäuse positioniert werden, da letzteres nur noch die Funktion der Tintenbereitstellung hat.

Geeignete Heißklebefolien für obigen Anwendungszweck sind auf der Basis von Phenolharz und Nitril-Kautschuk aufgebaut. Sie sind in Stärken unter 30 µm, beispielsweise mit 25 µm, erhält­ lich und gewährleisten einen guten Wärmeübergang. Vorteilhaft ist bei diesen Folien, daß speziell durch Hochfrequenzenergie die Polymerisation des organischen Materials beschleunigt werden kann.

Von der beschriebenen Montage von Tintendruckköpfen abgesehen, kann das angegebene Verfahren, bei dem also die bisherigen Epoxy-Kleber durch dünne definierte Heißklebefolien ersetzt sind, auch bei anderen in der Praxis auftretenden Problemen zur Herstellung von Haftverbindungen eingesetzt werden. In allen Fällen ergibt sich die verbesserte Handhabbarkeit und damit die Möglichkeit zur automatisierten Fertigung.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen einer Haftverbindung zwischen we­ nigstens einem Bauteil, insbesondere elektronischem Bauteil wie Halbleiter-Chip oder dergleichen, und einem metallischen Substrat, insbesondere zur Montage von Tintendruckköpfen, wo­ bei Bauteile und metallisches Substrat als Partner durch Kle­ ben miteinander verbunden werden, gekennzeich­ net durch die Verwendung einer durch Wärme reagie­ renden Klebefolie (Heißklebefolie) zwischen den Klebepartnern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet in der Anwendung bei der Montage von Tintendruckköpfen, wobei die Klebepartner eine Aluminiumplatte als metallisches Sub­ strat und als Bauteile eine Leiterplatte einerseits und ein Spritzmodul andererseits sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen der Klebe­ verbindung das metallische Substrat erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das metallische Substrat berührungs­ frei, insbesondere durch Induktion erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des metalli­ schen Substrates geregelt erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Heißklebefolie verwendet wird, deren Polymerisation durch Ein­ wirkung von Hochfrequenzenergie beschleunigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Heißklebefolie aus einem Gemisch von Phenolharz und Nitril-Kautschuk verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Heißklebefolie eine definiert dünne Folie verwendet wird, insbesondere mit einer Stärke unter 30 µm.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß vor dem Auf­ bringen der Heißklebefolie auf die Klebepartner das metalli­ sche Substrat fettfrei gemacht wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heißklebe­ folie im Rahmen einer integrierten Fertigung vorab mit dem me­ tallischen Substrat verbunden wird, beispielsweise durch Ka­ schieren von Aluminiumstreifen.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Form der Klebefolie durch nachträg­ liches Ausstanzen erhalten wird.