DE69005444T2

DE69005444T2 - Verfahren und vorrichtung zur fixierung eines elektronischen schaltungssubstrates auf einem träger.

Info

Publication number: DE69005444T2
Application number: DE69005444T
Authority: DE
Inventors: Pierre Coques; Pascal Deneau
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-01-25
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2010-01-25
Also published as: FR2642224B1; EP0455658A1; WO1990009090A1; DE69005444D1; EP0455658B1; US5157828A; FR2642224A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Fixieren eines ebenen Elektronikschaltungs- Substrates auf einem ebenen Träger parallel zu dem letzteren, durch Aufbringen eines Kleberprodukts in viskosem Zustand auf einer der aneinander zu fixierenden Flächen des Substrats oder des Trägers.
Elektronische Geräte besitzen derzeit Schaltungen aus aktiven und/oder passiven Bauelementen, die über ein isolierendes Substrat verteilt sind, auf welchem Leiterbahnen gebildet sind, die die verschiedenen Bauelemente gemäß einem vorgegebenen Verdrahtungsplan miteinander verknüpfen. Schaltungen dieser Art müssen gegen Umwelteinflüsse geschützt werden, und zu diesem Zweck sind sie oft in Gehäusen eingeschlossen, die einen mechanischen Schutz für sie bilden. Diese Substrate haben die Form einer starren oder halbstarren Platine, die mit Baueleinenten ausgestattet ist, wobei diese Platine häufig einfach dadurch festgemacht wird, dar sie an eine Innenfläche einer Wand des Gehäuses angeklebt wird. Zu diesem Zweck wird herkömmlicherweise ein Kleberfilm mittels eines Siebdruckvorganges oder unter Verwendung einer Rakel auf einer Fläche der Platine aufgetragen, und diese beschichtete Fläche wird von Hand auf die Fläche der inneren Gehäusewand gelegt, an der sie zu fixieren ist. Eine gewisse Verteilung des Klebers zwischen den gegenüberliegenden, mit Kleber versehenen Flächen wird dadurch erreicht, dar diese beiden Flächen relativ zueinander gleitend verschoben werden. Gemäß einer anderen Technik werden ein oder mehrere Klebertropfen in der Mitte der zusammenzufügenden Teile aufgetragen, und das Zusammenfügen erfolgt einfach dadurch, dar diese Teile gegeneinander gedrückt werden.
Eine Vorrichtung zum Auftragen einer Schicht aus Kleber auf einem ebenen Träger, an dem eine Halbleitervorrichtung zu befestigen ist, ist aus dem Dokument DE-U 86 01 294 bekannt. Der Kleber wird über der Oberfläche des Trägers mit einem Schaber verteilt; es steht jedoch kein Mittel zur Verfügung, um das Vorhandensein von Luftblasen in der Kleberschicht zu vermeiden. Im übrigen erfordert das Zusammenfügen durch Andrücken des Substrats gegen die Oberfläche des Gehäuses - beispielsweise mit den Fingern einer Bedienungsperson - das Aufbringen von manchmal hochkonzentrierten Kräften auf der die Bauelemente tragenden Fläche des Substrats, was diese Bauelemente oder sogar die auf dem Substrat gebildete Schaltung bestätigen kann.
Man konnte als Folgen dieser Nachteile beobachten, daß (1) sich während des Wärmeübergangs zwischen dein Substrat und einem Wärmedissipator wie z.B. einer Wärmequelle oder einem mit Rippen versehenem Gehäuse heiße Stellen bilden, (2) beim Zusammenbau durch das Ultraschallverfahren schädliche Schwingungen auftreten, insbesondere beim Anschließen von Drähten usw., und (3) das Substrat sich löst, wenn die Umweltbedingungen ungünstig sind und beispielsweise das Substrat Wärmezyklen ausgesetzt ist, wie dies insbesondere in der Kraftfahrzeugelektronik der Fall ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Fixieren eines Substrats an einem Träger anzugeben, das diese Nachteile nicht besitzt und das insbesondere die Möglichkeit bietet, das Substrat auf dem Träger durch eine Kleberschicht zu fixieren, die frei von Luftblasen ist, eine gleichmäßige Dicke hat und reproduzierbar ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner, ein Verfahren dieser Gattung anzugeben, bei dem sich das Aufbringen konzentrierter Kräfte auf der Fläche des Substrats, das eine Schaltung und elektronische Bauelemente trägt, vermeiden lädt.
Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen in der Schaffung eines Verfahrens dieser Gattung, das für eine weitgehende Automatisierung geeignet ist, und einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Diese Ziele der Erfindung sowie weitere Ziele, die im Laufe der folgenden Beschreibung noch deutlich werden, werden erreicht durch ein Verfahren zum Fixieren eines ebenen Elektronikschaltungs-Substrats auf einem ebenen Träger, der parallel zu dem letzteren ist, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß eine schleifenförmige Linie des Kleberprodukts auf einer der Flächen aufgebracht wird, diese Flächen einander gegenüberliegend angeordnet werden, um einen Raum zu bilden, der von der Kleberlinie und den innerhalb der Linie liegenden Bereichen der einander gegenüberliegenden Flächen definiert wird, ein Unterdruck an diesen Raum angelegt wird, um die Kleberlinie zwischen den zusammenzufügenden Flächen zusammenzupressen und dadurch den viskosen Kleber in einer Schicht im wesentlichen konstanter Dicke zu verteilen, und die auf diese Weise gebildete Schicht getrocknet wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ferner die Schaffung einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, mit einer Einrichtung zur Aufnahme einer Einheit aus einem ebenen Träger und einem Substrat, die durch eine schleifenförmige Linie eines viskosen Kleberproduktes getrennt sind, wobei der ebene Träger oder das Substrat von mindestens einer Öffnung durchdrungen ist, die sich durch dessen Dicke erstreckt und in dern Raum mündet, der von der Kleberlinie und den innerhalb der Kleberlinie befindlichen gegenüberliegenden Bereichen des Trägers und des Substrats definiert ist, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dar die Vorrichtung Saugmittel aufweist, die an dieser Öffnung angeschlossen sind, um an diesen Raum einen Unterdruck relativ zur Umgebung anzulegen, damit sich das viskose Kleberprodukt in einer gleichförmigen Schicht verteilt, indem die Kleberlinie zwischen dem Substrat und dem Träger zusammengepreßt wird.
In der lediglich beispielhaft gegebenen beigefügten Zeichnung sind:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung in Fig. 1.
Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, die eine wesentliche Zwischenphase des Fixierungsverfahrens gemäß der Erfindung darstellen. Das Ziel dieses Verfahrens ist es, ein Substrat 1 auf einem Träger 2 mittels einer gleichmäßig verteilten dazwischen angeordneten Kleberschicht zu fixieren. Als die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel kann das Substrat das einer dickschichtigen Hybridschaltung sein; in diesem Fall besteht es aus Aluminiumoxid, Glas, Berylliumoxid, emailliertem Blech, eloxiertem Aluminium usw.. Ein Netz aus Leitern und Widerständen, die Teil einer elektronischen Schaltung bilden, wird auf einem Substrat dieser Art durch ein Siebdruckverfahren aufgebracht. Die Schaltung wird durch am Substrat befestigte aktive und passive Bauelemente vervollständigt. Eine Hybridschaltung dieser Art steht entweder im Rohzustand oder in einem Kunstharz eingebettet oder aber in einem Keramik-, Metall- -oder Kunststoffgehäuse eingeschlossen zur Verfügung. Im etzteren Fall kann sie an einer Innenwand des Gehäuses durch Kleben befestigt werden, wobei diese Wand des Gehäuses dann den Träger 2 bildet, der das Substrat 1 aufnimmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Fixierung dieses Substrats auf einem Träger dieser Art eine schleifenförmige Linie 3 aus einem Kleberprodukt in viskosem Zustand entweder auf einer Seite des Substrats oder auf der Seite des Trägers, die dem Substrat zugewandt sein soll, aufgetragen. Diese Flächen werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist, aufeinandergelegt, um einen Raum 4 zu bilden, der von der Linie 3 und den innerhalb der Linie 3 liegenden Bereichen der gegenüberliegenden Seiten von Substrat und Träger definiert wird, und ein Unterdruck wird an den Raum 4 angelegt, um die Linie 3 zwischen den zusammenzufügenden Flächen zusammenzupressen und dadurch den Kleber zwischen diesen Flächen zu verteilen. Schließlich wird die auf diese Weise gebildete Schicht getrocknet.
Um an den Raum 4 einen Unterdruck relativ zum umgebenden atmosphärischen Druck anzulegen, schlägt die Erfindung vor, in dem Träger 2 oder in dem Substrat 1 mindestens eine Öffnung vorzusehen, die den Raum 4 mit der anderen Seite des Trägers 2 bzw. des Substrats 1 verbindet. Dieser kaum wird im Bereich dieser Öffnung an Saugmitteln angeschlossen, die einen Teil der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung bilden. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Öffnung 5 in dem Träger 2 gebildet. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) wird die Öffnung in dem Substrat gebildet.
Die Saugmittel umfassen zusätzlich zu einer Unterdruckquelle (nicht gezeigt) mindestens eine Leitung 6 mit Anschlußmitteln wie z.B. einem Saugnapf 7. Zwei Leitungen 6, 6' in Verbindung mit Saugnäpfen 7 bzw. 7' sind in der Zeichnung so dargestellt, dar sie an Öffnungen 5 bzw. 5' im Träger 2 (oder an entsprechenden Öffnungen im Substrat 1) befestigt sind, um eine gleichförmige Verteilung des Unterdrucks im Raum 4 innerhalb der Linie 3 sicherzustellen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung bilden die Saugnäpfe 7, 7' sowohl Mittel zur Aufnahme des Trägers 2 in der Klebeposition wie auch Mittel zum Anschließen der Öffnungen 5, 5' an den Saugmitteln.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise auch Mittel zum Positionieren der Öffnungen 5, 5, und der Saugnäpfe 7, 7' während des Einbaues des Trägers 2 in der Vorrichtung im Hinblick auf die Klebevorgänge umfassen.
Die für den Zusammenbau erforderliche Kleberlinie 3 kann entweder auf dem Substrat oder auf dem Träger 2 gebildet werden. Als die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel kann als für diesen Zweck geeignetes Kleberprodukt beispielsweise der Kleber DAW CORNING Q 19233 verwendet werden. Unabhängig davon, ob diese Kleberlinie auf dem Substrat oder auf dem Träger gebildet wird, wurde beobachtet, daß, falls das zu verklebende Substrat eine rechteckige Form hat, eine gleichmäßigere Verteilung des Klebers erzielbar ist, wenn der Linie die in Fig. 2 gezeigte Form verliehen wird. Hierbei folgt die Linie einer näherungsweise kissenförmigen Kontur, die die gleichen Symmetrieachsen wie das Substrat 1 hat, das an dem Träger 2 zu fixieren ist. Die Kleberlinie 3 kann auf dem Substrat oder dem Träger durch irgendein bekanntes Auftragungsverfahren, beispielsweise durch ein Siebdruckverfahren, aufgebracht werden.
Während dieser Kleber noch fließfähig ist, wird das Substrat 1 in Position in der in Fig. 1 gezeigten Lage auf den Träger 2 gelegt. Durch Anlassen der Vakuumquelle wird dann ein Unterdruck in dem Raum 4 erzeugt, und der umgebende atmosphärische Druck übt dann einen gleichförmigen Druck auf den innerhalb der Linie 3 liegenden Bereich des Substrats 1 aus; hierdurch wird die Kleberlinie 3 zwischen dem Substrat und dem Träger zusammengepreßt, was den Kleber in einer Schicht gleichförmiger Dicke zwischen dem Träger und dem Substrat verteilt. Vorteilhafterweise verteilt sich der Kleber zwischen dem Substrat und dem Träger, bis er die Öffnungen 5 und 5' verschließt, was automatisch gleichzeitig zur Folge hat, das kein Druck mehr auf das Substrat 1 ausgeübt wird. Der Kleber ist dann in einer Schicht gleichförmiger Dicke über der gesamten Oberfläche der gegenüberliegenden Bereiche des Substrats und des Trägers verteilt. Das Trocknen der Klebeschicht kann dann durchgeführt und die Anordnung somit vervollständigt werden.
Eine zufriedenstellende Betriebsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung hängt davon ab, dar in dem Bereich der Linie 3 keine Leckstellen vorhanden sind, wenn an den Raum 4 ein Unterdruck angelegt wird. Um irgendwelche Schwierigkeiten in dieser Hinsicht zu vermeiden, kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung ausgerüstet werden mit Mitteln zum dessen des Stroms des Gases, das eingesaugt wird, wenn ein Unterdruck an den Raum 4 angelegt wird, sowie mit Mitteln, die auf die Größe des Gasstroms ansprechen, um ein Leck im Bereich der Kleberlinie 3 zu signalisieren. Manuelle oder automatische Korrekturmaßnahmen können dann zum Unterdrücken dieses Lecks ergriffen werden. In diesem Zusammenhang ist zu beobachten, daß, falls das Substrat 1 ein ausreichendes Gewicht hat, das Zusammenpressen der Linie 3 unter dem Einfluß des Gewichts des Substrats 1, wenn das letztere auf dem Träger 2 liegt, normalerweise ausreichend ist, um das Entstehen solcher Leckstellen zu vermeiden.
Wegen der Gleichförmigkeit des atmosphärischen Drucks, der während der Betätigung der Saugmittel auf das Substrat 1 ausgeübt wird, wird der Kleber in einer kontinuierlichen Schicht sehr gleichförmiger Dicke verteilt, was die Parallelität des Substrats und des Trägers sicherstellt. Wegen dieser Parallelität und der Kontinuität der Schicht an den gegenüberliegenden Bereichen des Substrats und des Trägers erfolgt der Wärmeübergang, der zum Kühlen der von dem Substrat getragenen Bauelemente erforderlich ist, ohne heiße Stellen, die die von dem Substrat getragene Schaltung schädigen könnten. Die Gleichförmigkeit dieses Wärmeübergangs wird zusätzlich durch die Tatsache verbessert, daß der Unterdruck irgendwelche Luftblasen in der durch das erfindungsgemäße Verfahren verteilten Kleberschicht entfernt, wobei diese Blasen während der Betätigung der Saugmittel durch die Leitungen 6 und 6' abgesaugt werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht somit den Zusammenbau eines Substrats und eines Trägers unter Verwendung einer Kleberschicht gleichförmiger Dicke, beispielsweise in der Größenordnung eines Zehntel Millimeter. Falls die Dicke dieser Schicht präzise festgeiegt werden soll, können entweder mit dem Träger oder mit dem Substrat Anschlagmittel wie z.B. Abstandsblöcke vorgegebener Dicke kombiniert werden.
Gute Parallelität zwischen Substrat und Träger und Kontinuität sowie Gleichmäßigkeit der zwischen diesen verteilten Kleberschicht, die durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden, bringen folgende Vorteile mit sich:
1) keine heißen Stellen beim Wärmeübergang zwischen dem Substrat und dem Träger, wie oben erläutert, wobei das Fehlen heiter Stellen durch thermographische Fotografien bestätigt wurde;
2) keine schädlichen Schwingungen bei Ultraschall-Schweißvorgängen an der Schaltung, die von dem Substrat getragen wird;
3) verbesserte Widerstandsfähigkeit des Substrats gegen Lösen in entsprechender Umgebung wie z.B. der Kraftfahrzeugelektronik;
4) Unversehrtheit der von dem Substrat getragenen Schaltung als Folge des Fehlens von Kraftkonzentrationen, wenn das Substrat gegen den Träger gepreßt wird.
Zusätzlich zu der Qualität und Betriebssicherheit der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Anordnung sei darauf hingewiesen, daß sie für eine weitgehende Automatisierung geeignet ist.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt, die lediglich als Beispiel gegeben wurde. Insbesondere ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Fixierung eines Substrats, das eine dickschichtige Hybridschaltung trägt. Ganz im Gegenteil umfaßt die Erfindung die Fixierung an einem Träger irgendeiner elektronischen Schaltung wie z.B. einer dünnschichtigen Hybridschaltung oder selbst einer gedruckten Schaltung.

Claims

Verfahren zum Fixieren eines ebenen Elektronikschaltungs-Substrates (1) auf einem ebenen Träger (2) parallel zu dem letzteren, durch Aufbringen eines Kleberprodukts in viskosem Zustand auf einer der aneinander zu fixierenden Flächen des Substrats oder des Trägers, dadurch gekennzeichnet, daß

eine schleifenförmige Linie (3) des Kleberprodukts auf einer der Flächen aufgebracht wird;

(b) diese Flächen einander gegenüberliegend angeordnet werden, um einen Raum (4) zu bilden, der von der Kleberlinie und den innerhalb der Linie liegenden Bereichen der einander gegenüberliegenden Flächen definiert wird;

(c) ein Unterdruck an diesen Raum (4) angelegt wird, um die Kleberlinie (3) zwischen den zusammenzufügenden Flächen zusammenzupressen und dadurch den viskosen Kleber in einer Schicht im wesentlichen konstanter Dicke zu verteilen, und

die auf diese Weise gebildete Schicht getrocknet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dar der Strom des eingesaugten Gases gemessen wird, um die Dichtigkeit der Kleberlinie auf Leckstellen zu kontrollieren, und dar die Positionierung der gegenüberliegenden Flächen gegebenenfalls korrigiert wird, um diesen Strom aufzuheben und somit die Beaufschlagung des Raums (4) mit Unterdruck relativ zur Umgebung sicherzustellen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein rechteckiges Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberlinie in einer kissenförmigen Kontur aufgebracht wird, die die gleichen Symmetrieachsen wie das Substrat hat.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zur Aufnahme einer Einheit aus einem ebenen Träger (2) und einem Substrat (1), die durch eine schleifenförmige Linie (3) eines viskosen Kleberproduktes getrennt sind, wobei der ebene Träger oder das Substrat von mindestens einer Öffnung (5,5') durchdrungen ist, die sich durch dessen Dicke erstreckt und in dem Raum (4) mündet, der von der Kleberlinie (3) und den innerhalb der Kleberlinie befindlichen gegenüberliegenden Bereichen des Trägers und des Substrats definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dar die Vorrichtung Saugmittel (6,6'; 7,7') aufweist, die an dieser Öffnung angeschlossen sind, um an diesen Raum einen Unterdruck relativ zur Umgebung anzulegen, damit sich das viskose Kleberprodukt in einer gleichförmigen Schicht verteilt, indem die Kleberlinie (3) zwischen dem Substrat und dem Träger zusammengepreßt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, die auf den Strom des eingesaugten Gases ansprechen, um das Auftreten eines Lecks in dem Bereich der Kleberlinie zu signalisieren.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlagmittel zwischen dem Substrat und dem Träger angeordnet sind, um die Enddicke der verteilten Kleberschicht festzulegen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Beschichten einer der zusammenzufügenden Flächen mit einer schleifenförmigen Linie (3) eines Kleberprodukts, eine Einrichtung zum Übereinanderlegen des Substrats und des Trägers zu beiden Seiten der Linie und eine Einrichtung (7,7') zum Anschließen der auf diese Weise gebildeten Einheit an den Saugmitteln.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußeinrichtung (7,7') zugleich eine Einrichtung zur Aufnahme des Trägers (2) in der Zusammenbauposition bildet.