DE4426809A1 - Verfahren zum Bestücken eines Trägers mit Chips, insbesondere zum Herstellen von Sensoren zur Luftmassenmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein solches Verfahren zum Bestücken eines Trägers mit Chips wird zum Beispiel zum Herstellen von Sensoren zur Luftmassenmessung verwendet. Unter einem Chip wird ein Plätt­ chen aus einem Substrat, z. B. aus Glas oder aus einem Halb­ leiterwerkstoff wie Silizium, verstanden, auf dem die Füh­ lerelemente eines Sensors, elektrische oder elektronische Schaltungen und dergleichen integriert sind. Bei einem Heiß­ filmluftmassenmesser ist das Fühlerelement eine temperatu­ rempfindliche elektrische Widerstandsschicht.

Bei einer üblichen Herstellung von Luftmassenmessersensoren werden Glaschips von Hand auf einen Träger aufgelötet. Dabei müssen folgende Arbeitsgänge durchgeführt werden: Einlegen des Trägers in eine Lötvorrichtung; Dosieren von Lötpaste auf Lötpads, d. h. die zu lötenden Bereiche; Aufsetzen der Chips auf den Träger und Einfahren des Trägers mit den Chips in eine Lötanlage. Dabei können verschiedene Probleme auftreten wie zum Beispiel ein Verwechseln der Chips, ein Verlorengehen der Paarung elektrisch übereinstimmender Chips, eine falsche Lage der Chips auf dem Träger, Fingerabdrücke auf den Chips, usw., die zu einem erhöhten Ausschuß und damit zu hohen Ko­ sten führen.

Bei in höheren Stückzahlen verarbeiteten Bauelementen ist es aus der betrieblichen Praxis auch bekannt, die Chips noch unzertrennt in einem Wafer auf einem Spannband oder Spanntape zu liefern und sie mit einem sog. Die-Sorter von dem Spann­ band abzunehmen. Es handelt sich dabei um einen Automaten, der eine Gut/Schlecht-Erkennung besitzt und die Chips einzeln von dem Spannband abnimmt und sie auf eine Wendeschiene ablegt. Mit dieser werden die Chips umgedreht, von einem weiteren Die-Sorter aufgenommen, ausgerichtet und auf den Träger gesetzt. Der Träger muß mit einem Kleber oder einer Lötpaste versehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstigeres Bestückungsverfahren zu schaffen, mit dem qualitativ hochwertige Produkte herzustellen sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen niedergelegt.

Die Vorteile der Erfindung liegen u. a. darin, daß auf einer Unterlage angelieferte fehlerhafte Chips mit einer einfachen elektrischen Durchgangsprüfung anstelle einer aufwendigen Bilderkennungsanlage ausgeschieden werden können. Durch das gemeinsame Bestücken aus einem Wafer heraus, der mit Wachs auf der Unterlage befestigt ist, wird eine sehr exakte Paral­ lelität der Chips erreicht, die bei Luftmassenmessern sehr wichtig ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Anordnung einer größeren Anzahl Chips auf einem Wafer,

Fig. 2 ein Sensor eines Luftmassenmessers, der mit zwei Chips zu bestücken ist,

Fig. 3 ein Chip und der mit ihm zu bestückende Träger in einer Lötvorrichtung, schematisch dargestellt, und

Fig. 4 der Temperaturverlauf in dem Chip und dem Träger bei dem erfindungsgemäßen Bestückungsverfahren.

Mehrere Arten von Chips werden auf einem Wafer 1 (Fig. 1), d. h. auf einem Substrat in Form eines Glas- oder Halbleiter­ plättchens nach allgemein bekannten Verfahren, die hier nicht erläutert werden, gefertigt. Ein Beispiel einer Anordnung von Chips eines ersten Typs A und eines zweiten Typs B auf dem Wafer 1 ist aus Fig. 1 ersichtlich. Üblich sind aber auch drei oder mehr unterschiedliche Arten von Chips auf einem Wafer. Wird der Träger, auf dem die Chips anzubringen sind, entsprechend der Anordnung der jeweiligen Chips A und B (und gfs. C, usw.) auf dem Wafer 1 ausgelegt, so muß die Lage der Chips über alle Arbeitsgänge des Verfahrens nicht verändert werden und es werden dann auch nur elektrisch zueinander passende Chips auf einem Träger befestigt. Soll zum Beispiel ein Träger 2 in Form des Sensors eines Luftmassenmessers (Fig. 2) mit zwei Chips B und A bestückt werden, deren Löt­ flächen 3, 4 bzw. 5, 6 einen Abstand x voneinander aufweisen, während die beiden Chips in einem Abstand y voneinander auf dem Wafer angeordnet sind, so müssen die Kontaktfahnen 3*, 4*, 5* und 6* des als Träger 2 vorgesehenen Sensors in den gleichen Abständen x und y angeordnet sein.

Die Bestückung eines als Träger 2 vorgesehenen Luftmassenmes­ ser-Sensors wird in folgenden Verfahrensschritten oder Ar­ beitsgängen durchgeführt:

• - Eine Mehrzahl von Chips der Typen A und B und gegebenen­ falls weiterer Typen, die noch durch den Glaswafer 1, auf dem sie hergestellt worden sind, miteinander verbunden sind, werden auf ihrer Unterseite mit einem geeigneten Wachs oder wachsartigen Masse 7 besprüht und dann auf eine Unterlage 8 (Fig. 3), die hier als Glasplatte ausgebildet ist, gepreßt, wobei ein Vakuum angelegt wird. Damit wird eine gut haftende Verbindung der Chips mit der Unterlage 2 erreicht.
• - Anschließend werden die einzelnen Chips durch Sandstrahlen oder auch durch Sägen voneinander getrennt, wobei Trennfugen 9 entstehen, bleiben aber auf der Unterlage 8 befestigt.
• - Die Lötstellen 3 bis 6 der Chips werden in einem Tauchbad verzinnt.
• - Die Lötfahnen 3* bis 6* des Trägers 2 werden mit einem Flußmittel benetzt.
• - Der Träger wird umgedreht und auf die Unterlage mit den daran haftenden Chips gelegt und auf diesen durch Punktlö­ ten, oder auch durch Kleben, befestigt.
• - Die Chips werden durch Anlegen einer elektrischen Spannung getestet. Die dabei erzeugte Verlustwärme erweicht das Wachs und erleichtert das Abtrennen der Chips.
• - Der Träger wird zusammen mit den auf ihm befestigten Chips von der Unterlage abgenommen.

Um den Träger 2 mit den Chips A, B zu verlöten, drücken kalte Lötstempel 10 die vier aus Bronze bestehenden Lötfahnen 3, 4, 5 und 6 auf die verzinnten Lötflächen der Chips. Die Bügel und die Lötfahnen haben keinen elektrischen Kontakt. Danach wird durch zwei in der Zeichnung nicht dargestellte Prüfspit­ zen in einem den Träger 2 haltenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Oberteil ein Prüfstrom seriell durch die beiden anliegenden Chips geschickt. Findet kein Stromdurchgang statt, so wird das Oberteil angehoben und ein ebenfalls nicht dargestellter Bestückungstisch, auf dem die Chips angeordnet sind, führt die nächste Bestückungsposition an. Diese sehr einfache elektrische Erkennung fehlerhafter Teile wird da­ durch erreicht, daß Chips, die bei der üblichen Prüfung, die nach ihrer Herstellung auf einem Wafer durchgeführt wird, als fehlerhaft festgestellt worden sind, an einer ihrer Lötstel­ len mit einem isolierendem Lackpunkt versehen werden. Es ist auch möglich, eine stromführende Bahn mit einem Trimmlaser oder mechanisch durchzutrennen. Damit wird das übliche sehr aufwendige Aussortieren fehlerhafter Chips mit einer Bilder­ kennungsanlage vermieden.

Wird ein Stromdurchgang festgestellt, so werden die Lötstem­ pel 10 gemäß folgendem Heizschema (Fig. 4) erwärmt, wobei sie außer den Lötfahnen auch die Mittelbereiche der Chips aufheizen: sie werden zu erst auf eine Temperatur erhitzt, die über der-Schmelztemperatur T₂ des Zinns liegt. Dabei wird der Träger 2 mit den Chips A und B verlötet. Anschließend wird der Lötstempel 10 auf eine Temperatur abgekühlt, die unter der Temperatur T₂ aber über der Schmelztemperatur T₁ des Wachses liegt. Zu diesem Zeitpunkt wird kein Druck auf die Lötstempel 10 ausgeübt. Das erwähnte Oberteil zieht den Träger 2 samt Chips A, B nach oben, so daß sie von der Unter­ lage 8 abgehoben werden, sobald das Wachs schmilzt. Je nach Haftkraft des Wachses, kann der Chip auch ohne Schmelzen des Wachses von der Unterlage 8 getrennt werden. Beim Abheben wird der Heizvorgang beendet.

Die noch im Eingriff befindlichen Prüfspitzen messen in Ver­ bindung mit einer dritten Prüfspitze überschlagsmäßig die elektrischen Werte der Chips und überprüfen auch den paarwei­ sen Abgleich.

Bei Verwendung eines im Handel erhältlichen rückstandsfrei verdampfenden Wachses ist es nicht nötig, die an dem Chip haftenden Wachsreste in einem Reinigungsbad zu entfernen, da sie bei der im Betrieb des Luftmassenmessers erfolgenden Erwärmung verdampfen.

Da die Chips, mit denen ein Träger bestückt wird, in ein und demselben Herstellungsprozeß auf demselben Substrat herge­ stellt worden sind, stimmen sie in ihren elektrischen Eigen­ schaften exakt miteinander überein. Das sogenannte Tracking, d. h. eine Abweichung oder ein Offset einer elektrischen Größe ist jeweils beiden Chips gemeinsam. Da durch das hier be­ schriebene Verfahren gewährleistet ist, daß immer zusammenge­ hörende Chips auf einem Träger befestigt werden, bewirken die übereinstimmenden Abweichungen eine einwandfreie Funktion des Trägers, z. B. des Sensors für einen Luftmassenmesser.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bestücken eines Trägers mit Chips, insbe­ sondere zum Herstellen von Sensoren zur Luftmassenmessung, dadurch gekennzeichnet,

• - daß mehrere Chips, in einer Anordnung, die der auf dem Träger vorgesehenen Anordnung entspricht, auf einer Unter­ lage mit einer wachsartigen Masse befestigt werden,
• - daß die Chips verzinnt werden,
• - daß der Träger mit einem Flußmittel benetzt wird,
• - daß der Träger auf die Unterlage mit den daran haftenden Chips gelegt wird und die Chips durch Punktlöten oder Kle­ ben auf dem Träger befestigt werden,
• - daß die Chips durch Anlegen einer Spannung getestet werden und durch die dabei erzeugte Verlustwärme die wachsartige Masse erweicht wird,
• - daß der Träger mit den auf ihm befestigten Chips von der Unterlage abgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einem Träger aufzubringenden Chips in ihren elektrischen Kennwerten aufeinander abgestimmt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger und der Wafer, auf dem die Chips hergestellt werden, in ihrem Layout aufeinander abgestimmt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Glasplättchen, auf dem eine größere Anzahl Chips herge­ stellt worden sind, ein rückstandsfrei verdampfendes Wachs aufgebracht wird, daß dieses Glasplättchen mit dem Wachs auf der Unterlage befestigt wird, und daß die einzelnen Chips durch Sandstrahlen voneinander getrennt werden, ohne ihre Lage auf der Unterlage zu verändern.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Lötfahne eines beim Prüfen als fehlerhaft erkannten Chips ein elektrisch isolierender Lackpunkt aufgebracht wird.