PL225757B1 - Urządzenie do wykonywania połączeń elektrycznych na podłożach miękkich - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wykonywania połączeń elektrycznych na podłożach miękkich.

Wielowarstwowe układy elektroniczne wykonane w technologii ceramiki współspiekanej (LTCC) składają się z wielu warstw podłoży ceramicznych, na których naniesiona jest mozaika ścieżek przewodzących oraz drukowanych elementów biernych. Poszczególne warstwy złożone w pakiet są odpowiednio prasowane i wypalane, końcowych efektem jest wielowarstwowy układ elektroniczny. Technologia ta jest szeroko stosowana do wytwarzania wytrzymałych układów elektronicznych stosowanych w przemyśle samochodowym w modułach ABS oraz Airbag, powietrznym w układach żyr oskopowych i medycznym w modułach biosensorycznych. Stosowanie technologii wielowarstwowych układów hybrydowych na podłożach ceramicznych umożliwia zwiększenie skali integracji oraz niezawodności modułów elektronicznych.

Amerykański opis patentowy US 4802945 przedstawia stanowisko do wykonywania połączeń elektrycznych pomiędzy warstwami przez wypełniania otworów materiałem przewodzącym w podłożach LTCC pastą przewodzącą za pomocą rakli. Podłoże mocowane jest do sitodrukarki, następnie porcja pasty przewodzącej przeciskana jest przez otwór w podłożu za pomocą rakli. Nadmiar pasty zbierany jest z powierzchni podłoża przez przesuwającą się raklę.

Opis patentowy US 5927193 przedstawia stanowisko do wykonywania połączeń elektrycznych pomiędzy warstwami przez wypełniania otworów materiałem przewodzącym w podłożach z ceramiki współspiekanej techniką sitodruku. Podłoże umieszcza się na porowatym stoliku próżniowym stale odsysającym powietrze z pod podłoża oraz z otworów. Następnie precyzyjnie pozycjonuje się szablon lub sito za pomocą kołków. Na szablon nakłada się pastę przewodzącą i rozprowadza się ją za pomocą rakli.

Wadami tych stanowisk jest skomplikowany sposób zamocowania delikatnego podłoża, duże ciśnienie wywierane przez przesuwającą się raklę. W trakcie tych czynności często dochodzi do uszkodzenia delikatnego podłoża. Kolejną wadą jest duża średnica otworów VIA podyktowana duża lepkością pasty. Gęsta pasta musi zostać wciśnięta w otwór i wypełnić go całkowicie, im większy otwór tym łatwiej osiągnąć całkowite wypełnienie przy danym ciśnieniu.

W opisie patentowym US 6708873 przedstawione jest urządzenie do wykonywania połączeń elektrycznych pomiędzy warstwami przez wypełniania otworów materiałem przewodzącym za pomocą przesuwnej głowicy ciśnieniowej. Głowica przyciskana jest do podłoża dużym ciśnieniem w celu uszczelnienia szczelin pomiędzy podłożem a stołem urządzenia oraz pomiędzy głowicą i podłożem. Głowica przesuwa się po podłożu, a kiedy dysza głowicy znajdzie się nad otworem następuje wtrysk pasty pod dużym ciśnieniem. Pasta podawana jest stale pod ciśnieniem.

Wadą tego sposobu jest wywierania dużych nacisków na delikatne podłoże, co sprzyja jego deformacjom. Duże siły ścinające w trakcie posuwu głowicy narzucają ograniczenia projektowe podłoży pod względem ilości i rozmieszczenia otworów. Budowa głowicy narzuca również kształt i rozmiar podłoża, jakie może być wykorzystane.

W amerykańskim opisie US 6579139 B1 przedstawiono urządzenie to nanoszenia substancji płynnej - tuszu na układ półprzewodnikowy wykonany z metalu lub stopu metalicznego. Opisany jest układ pozycjonujący wykorzystujący kamerę do precyzyjnego umieszczenia głowicy drukującej w danym miejscu.

W japońskim opisie JPS 63200041 przedstawione jest urządzenie to nanoszenia substancji płynnej - tuszu na układ półprzewodnikowy wykonany z metalu lub stopu metalicznego. Opisany jest układ pozycjonujący wykorzystujący kamerę do precyzyjnego umieszczenia głowicy drukującej w danym miejscu.

Wadą tych rozwiązań jest naprzemienna możliwość obserwacji miejsca druku i druku w tym miejscu. Nie jest możliwa jednoczesna obserwacja miejsca nałożenia tuszu i jednoczesne nakładanie substancji. Nie ma również możliwości obserwacji procesu formowania się kropli na głowicy drukującej podczas druku. Układ kamery i głowicy nie pozwala na kontrolę procesu wysychania kropli. Nie ma możliwości wykorzystania pomiarowego sprzężenia zwrotnego parametrów formowania się kropli, oderwania, lotu, naniesienia na podłoże, rozpływania oraz wysychania tuszu. Nie ma również możliwości wykorzystania urządzenia przy druku materiałami o zmiennych parametrach zwłaszcza na podłożach o niejednorodnych właściwościach.

PL 225 757 B1

Celem wynalazku jest opracowanie stanowiska do wykonywania połączeń elektrycznych podłożach z ceramiki współspiekanej techniką druku strumieniowego, charakteryzującego się mniejszymi ograniczeniami technologicznymi w stosunku do innych istniejących technik.

Urządzenie do wykonywania połączeń elektrycznych na podłożach miękkich techniką druku strumieniowego według wynalazku składa się z ruchomej w trzech osiach głowicy wystrzeliwującej kropelki materiału przewodzącego w formie tuszu na podłoże znajdujące się bezpośrednio pod nią w niewielkiej odległości, przy czym głowica nie ma kontaktu z podłożem. Proces wystrzeliwania kropel jest kontrolowany przez kamerę z oświetlaczem stroboskopowym zamocowaną przy głowicy, a proces nanoszenia materiału przewodzącego w formie tuszu na podłoże kontrolowany jest przez drugą kam erę zamocowaną pod głowicą. Urządzenie wyposażone jest w stolik roboczy o kontrolowanej temperaturze z możliwością grzania lub chłodzenia próbki. Kamera obserwuje kroplę w świetle stroboskopowym w trakcie procesu.

W porównaniu z istniejącymi rozwiązaniami urządzenie do wykonywania połączeń elektrycznych podłożach z ceramiki współspiekanej techniką druku strumieniowego, charakteryzuje się brakiem kontaktu elementów drukarki z powierzchnią podłoża i nie wywiera nacisku ani sił ścinających na podłoże. Usuwa to ograniczenia projektowe układów elektronicznych pod względem ilości oraz rozmies zczenia otworów. Nie ma też potrzeby stosowania stolika porowatego ani szablonów lub sit. Mała lepkość tuszu oraz precyzyjne pozycjonowanie pozwala na znaczą redukcję średnicy otworu i zwiększenie skali integracji wytwarzanego układu. Zastosowanie dwóch kamer umieszczonych przy głowicy pozwala na kontrolę procesu w trakcie nanoszenia druku bez przerwy.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który stanowi schemat stanowiska.

Urządzenie do wykonywania połączeń elektrycznych na podłożach z ceramiki współspiekanej techniką druku strumieniowego składa się z ruchomej w trzech osiach głowicy 1 wystrzeliwującej kropelki materiału przewodzącego 2 w formie tuszu na podłoże miękkie 3 znajdujące się bezpośrednio pod nią w niewielkiej odległości. Głowica 1 nie ma kontaktu z podłożem miękkim 3. Proces wystrzeliwania kropel jest kontrolowany przez kamerę 4 z oświetlaczem stroboskopowym 5 zamocowaną przy głowicy 1. Proces nanoszenia materiału przewodzącego 2 w formie tuszu na podłoże miękkie 3 kontrolowany jest przez drugą kamerę 6 zamocowaną pod głowicą 1. Urządzenie wyposażone jest w stolik roboczy 7 o kontrolowanej temperaturze z możliwością grzania lub chłodzenia podłoża miękkiego 3.

Claims (1)

1. Urządzenie do wykonywania połączeń elektrycznych podłożach miękkich techniką druku strumieniowego składające się z ruchomej w trzech osiach względem stolika roboczego (7) głowicy (1) wystrzeliwującej kropelki materiału przewodzącego (2) w formie tuszu na podłoże miękkie (3) znajdujące się bezpośrednio pod głowicą (1) na stoliku roboczym (7), przy czym głowica (1) nie ma kontaktu z podłożem (3) oraz jest wyposażone w kamerę zamocowaną pod głowicą (1), znamienne tym, że poniżej głowicy (1) i pod kątem prostym w stosunku do osi głowicy umieszczona jest kamera (4), w osi której ustawiony jest oświetlacz stroboskopowy (5) do kontrolowania procesu wystrzeliwania kropel, a obok głowicy (1) nad podłożem miękkim (3) umieszczona jest druga kamera (6) kontrolująca proces nanoszenia materiału przewodzącego (2) w formie tuszu na podłoże miękkie (3), ponadto stolik roboczy (7) ma kontrolowaną temperaturę z możliwością grzania lub chłodzenia podłoża (3).