WO2018228976A1 - Verfahren zum selbstjustierten bestücken eines anschlussträgers mit einem bauteil, vorrichtung und optoelektronisches bauteil - Google Patents

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Thomas Schwarz
Andreas PLÖSSL
Frank Singer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29105—Gallium [Ga] as principal constituent
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    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
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    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29109—Indium [In] as principal constituent
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    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29111—Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29139—Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29144—Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
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    • H01L2224/29138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29147—Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/32238—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the layer connector connecting to a bonding area protruding from the surface of the item
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    • H01L2224/81002—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus being a removable or sacrificial coating
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    • H01L2224/81815—Reflow soldering
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    • H01L2224/8312—Aligning
    • H01L2224/83143—Passive alignment, i.e. self alignment, e.g. using surface energy, chemical reactions, thermal equilibrium
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    • H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
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    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H01L2224/8381—Soldering or alloying involving forming an intermetallic compound at the bonding interface
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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H01L2224/83815—Reflow soldering
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    • H01L2224/83888—Involving a self-assembly process, e.g. self-agglomeration of a material dispersed in a fluid with special adaptation of the surface of the body to be connected, e.g. surface shape specially adapted for the self-assembly process
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    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body

Definitions

  • the invention relates to a method for self-assembly of a connection carrier with a component.
  • a device is specified by means of this
  • An object to be solved is to provide a reliable method for self-assembling of a
  • connection carrier with a component. Another object to be solved is to provide a device which can be produced by means of this method. Another task to be solved is to
  • Opto-electronic component for such a method
  • the method for the self-assembled loading of a connection carrier with a component comprises a step A) in which a connection carrier is provided.
  • the connection carrier has an upper side. At the top, the connection carrier has a
  • Capture structure for capturing the component and one or more arranged adjacent to the capture structure Connection elements for electrical contacting of the component.
  • the capture structure is preferably initially free at the top of the connection carrier.
  • the capture structure may, for example, be a coating on top of the
  • Connection elements next to the capture structure may initially be exposed at the top or may be from a
  • connection elements of the connection carrier are in normal operation
  • connection elements are preferably formed from metal.
  • One or more connection elements are next to the
  • connection elements are arranged laterally, in the direction parallel to the top, adjacent to the capture structure. These connection elements are preferably arranged at a distance from the capture structure. In particular, these are
  • the method comprises a step B) in which a component is provided.
  • the component comprises a mounting side. On the mounting side, the component has an alignment structure and one or more contact elements arranged next to the alignment structure for electrical connection to the connection elements of the
  • the component is in particular a
  • the component is a
  • the component may be an optoelectronic component, such as an optoelectronic semiconductor chip,
  • the alignment structure is preferably initially free on the mounting side of the component.
  • the alignment structure can be
  • Aligning arranged contact elements may initially be exposed or covered by a layer of material. About the contact elements of the component on the mounting side charge carriers are in the normal operation in the
  • the contact elements are preferably formed of metal.
  • One or more contact elements are in addition to the
  • Aligned structure arranged. That is, these contact elements are arranged laterally, in the direction parallel to the mounting side, adjacent to the alignment structure. These are preferred
  • these contact elements are electrically insulated from the alignment structure, for example by an insulating gap.
  • the method comprises a step C), in which the component is connected to the connection carrier via a wetting liquid.
  • Interfacial energy of a wetting liquid is the
  • the mounting side of the component faces the top of the connection carrier and the capture structure and the alignment structure are with the
  • the capture structure and the alignment structure in step C) are completely wetted by the wetting liquid.
  • the capture structure and the alignment structure are exposed by the top and the mounting side before wetting, evenly with the
  • the wetting of the capture structure and the alignment structure is due to the fact that the interfacial energy between the capture structure and the alignment structure is due to the fact that the interfacial energy between the capture structure and the alignment structure is due to the fact that the interfacial energy between the capture structure and the alignment structure is due to the fact that the interfacial energy between the capture structure and the alignment structure is due to the fact that the interfacial energy between the capture structure and the alignment structure is due to the fact that the interfacial energy between the
  • Interfacial energy between the alignment structure and the wetting liquid is smaller than the surface energy of the wetting liquid. This can be done by choosing the Materials of the capture structure, the alignment structure and the wetting liquid can be achieved.
  • step C a first
  • the wetting material formed on the capture structure.
  • the wetting material may initially be in a solid state
  • Aggregate state be formed on the capture structure. Subsequently, by heating, the wetting material can be liquefied to the wetting liquid. Then the component with the mounting side ahead on the
  • wetting liquid are placed or placed, whereby the wetting liquid wets the alignment structure and it comes to the automatic fixation and alignment of the component.
  • connection elements and contact elements so that the automatic alignment of the component on the
  • Capture structure and the alignment structure is determined.
  • connection carrier the materials exposed before wetting on the upper side of the connection carrier are selected so that in the region of all connection elements arranged next to the capture structure there is no or less wettability with the wetting liquid than in the region of FIG
  • the materials exposed on the mounting side in step B) may be selected such that they are arranged in the region of all adjacent to the alignment structure Contact elements is no or less wettability with the wetting liquid than in the region of the alignment structure.
  • the top of the materials exposed on the mounting side in step B) may be selected such that they are arranged in the region of all adjacent to the alignment structure Contact elements is no or less wettability with the wetting liquid than in the region of the alignment structure.
  • Connection support and / or the mounting side of the component in the entire area outside the capture structure and / or the alignment structure is not or worse with the
  • connection elements or the contact elements is understood to mean, in particular, the entire area that is projected or projected onto the surface
  • Connection elements or contact elements is formed.
  • connection carrier wetting liquid and the material of the connection carrier and / or component in the area adjacent to the capture structure and / or alignment structure, in particular in the field of
  • Connection elements and / or contact elements is, for example, at least five times or ten times or at least 50 times or at least 100 times larger than in the area of the capture structure and / or alignment structure.
  • surface energy or interfacial energy is understood to mean the energy which has to be converted in order to form the interface between the
  • Connection elements is the contact angle between the
  • wetting liquid and the connection carrier for example, greater than 90 °, for example greater than 110 ° or greater than 135 °. The same can apply to the contact angles in the region of the alignment structure and the contact elements arranged next to it.
  • the capture structure and the alignment structure are better wettable with the wetting liquid than the regions of the adjacent connection elements and
  • Capture structure to automatic alignment is preferred in the method
  • wetting liquid are wettable, have their
  • Alignment structure in particular, the geometric shapes of in plan view of the top and mounting side wettable surfaces of the capture structure and the
  • the geometric shape of the alignment structure is adapted to the geometric shape of the capture structure such that the component is automatically aligned in a predetermined position and a predetermined orientation with respect to the connection carrier.
  • the wetting liquid tries to minimize its surface energy and its interfacial energy. Because the
  • the geometric shape of the capture structure and the alignment structure can therefore be predetermined as the component, ie in which position and with which
  • Orientation is aligned with respect to the connection carrier. For example, assign the alignment structure and the
  • the alignment structure is aligned congruent with the capture structure.
  • Connection elements with respect to the capture structure arranged such that after the automatic alignment de
  • connection elements are.
  • a matching to a contact element connection element is a connection element, the intended
  • the contact element is, for example, an anode or a cathode
  • the matching connection element is, for example, an electrode which dissipates or supplies electrons from the component. Opposite one another here and in the following means that seen in plan view
  • wetting liquid between the alignment structure and the capture structure are cured to a wetting material, which then mechanically connects the capture structure with the alignment structure.
  • the method for self-assembly of a connection carrier with a component comprises a step A), in which a connection carrier
  • Capture structure for capturing the component and one or more arranged adjacent to the capture structure
  • a step B) becomes a component
  • the component is connected to the connection carrier via a wetting liquid, wherein the capture structure and the alignment structure are wetted by the wetting liquid and minimizing the surface energy and interfacial energy of the wetting liquid for fixing and automatically aligning the component on the wetting liquid
  • Connection carrier is used. Here are the
  • connection elements are identical to connection elements.
  • the geometric shape of the alignment structure is in this case to the geometric shape of the capture structure
  • connection carrier adapted to automatically align the component in a predetermined position and a predetermined orientation with respect to the connection carrier.
  • connection elements with respect to the capture structure are chosen such that after the automatic
  • the present invention is in particular the object of components, in particular surface mountable
  • Picking method is selected.
  • Prominent variants of automatic placement processes utilize the surface and interfacial tensions of liquids to capture and adjust chips.
  • surface mount Semiconductor chips have all the electrical contact elements on a single side, the mounting side. Also the
  • the proposed method should serve for a more reliable, less error-prone alignment of the chips.
  • This alignment structure does not need to have an electrical function, but should be the correct one
  • Connection elements takes place in a later step.
  • the areas of the arranged next to the alignment structure contact elements and the areas of the next
  • Capture structure arranged connection elements are not intended for capture and alignment and are initially
  • connection elements and connection elements thus play no or a minor role in the alignment of the components on the connection carrier.
  • the connection carrier In particular, the
  • the component has a single, coherent alignment structure.
  • the alignment structure In top view of the mounting side, the alignment structure thus forms a single, coherent and preferably uniform
  • the area is the
  • Alignment structure simply connected. Everywhere outside this area the mounting side is preferably worse or not wettable.
  • the contact angle between the wetting liquid and the mounting side anywhere outside the alignment structure is at least 90 ° or at least 120 ° or at least 150 °.
  • the alignment structure forms, for example, at least 10% or at least 30% or at least 50% and / or at most 80% or at most 60% of the surface of the mounting side in plan view. Using a single alignment structure for each component further reduces the risk of accidental misalignment or registration.
  • each are arranged adjacent to the alignment structure
  • connection carrier To prevent contact elements and / or wetting the connection carrier in the region of these connection elements.
  • the anti-wetting layer may be, for example, an electrically insulating layer.
  • the anti-wetting layer is made of an organic material such as photoresist, or of a polymer or of an oxidized metal or of a base metal such as titanium, or of an inorganic material such as hydrogenated silicon (a-Si: H) or silicon oxide or Silicon nitride or zinc oxide.
  • the anti-wetting layer is selected so that a contact angle between the wetting liquid and the anti-wetting layer is at least 90 ° or at least 120 ° or at least 150 °.
  • the anti-wetting layer is removed again from the contact elements and / or the connection elements. The removal takes place for example by etching.
  • the removal takes place for example by etching.
  • the first contact elements and / or the connection elements takes place for example by etching.
  • Wetting liquid is a liquid metal.
  • the usually high surface energy of liquid metals ensures a particularly precise alignment of the components on the Connection carrier.
  • Possible materials for the wetting liquid may include metal, for example gallium, indium, bismuth, silver, copper, gold or tin, in particular metal alloys of these metals, such as galinstan
  • GalnSn Galn
  • Biln SnAgCu
  • SnCu AuSn
  • Wetting liquid in step C) has a surface energy of at least 150 mJ / m ⁇ or at least 200 mJ / m ⁇ or at least 300 mJ / m ⁇ or at least 400 mJ / m ⁇ on.
  • Surface energy is the interfacial energy of the wetting liquid to a gaseous medium, such as air.
  • the surface and / or interfacial energies are specified here in particular for temperatures above, for example, at 5 ° C. or 10 ° C. or 20 ° C. above the melting temperature or liquidus temperature of the corresponding material.
  • Alignment structure and the capture structure in plan view, that is in plan view of the top or
  • Congruent geometric shapes are concentric geometric shapes with equal side lengths and same area contents, respectively.
  • both the alignment structure and the capture structure have one
  • Alignment structure and the capture structure seen in plan view concentric or congruent.
  • the capture structure covers the alignment structure in FIG.
  • the area of the trapping structure seen in plan view is at most 5% or at most 10% or at most 20% greater than the area of the alignment structure seen in plan view.
  • the area of the trapping structure is at most 20% or at most 10% or at most 5% smaller than that in FIG
  • Top view surface of the alignment structure According to at least one embodiment forms the
  • Alignment structure may also form a exposed on the mounting side of the component, metallic surface.
  • the remaining area of the mounting side is formed by a non-metallic material such as plastic or ceramic.
  • Alignment structure of an exposed at the top and / or the mounting side, metallic surface Alignment structure of an exposed at the top and / or the mounting side, metallic surface.
  • exposed metallic material of the capture structure and / or the alignment structure may include Noble metal, such as gold or silver or platinum or rhodium, or be an alloy of precious metals. But also base metals such as copper are possible. According to at least one embodiment, the
  • Captive structure and / or the alignment structure in plan view seen a geometric shape with an n-count
  • n-fold rotational symmetry is understood to mean that a rotation about a perpendicular to the top
  • n and m are natural numbers with m> 1 and n> 1, the capture structure or the
  • a square has a 4-fold rotational symmetry, a rectangle a 2-fold rotational symmetry, and an equilateral triangle a 3-fold rotational symmetry.
  • An isosceles, but not equilateral triangle has no rotational symmetry or only a 1-fold rotational symmetry.
  • the capture structure and / or the alignment structure have
  • an n 1 or n> 1 or n> 2 or n> 3 count rotational symmetry.
  • the distribution of the connection elements on the connection carrier and / or the distribution of the contact elements on the component one
  • Connection carrier must be contacted electrically, so that the component can take its intended operation.
  • the component can be electrically connected to the connection carrier to accommodate its intended operation.
  • the anode and cathode of the component after each rotation against matching electrodes of the
  • Connection carrier arranged and can be connected to this via a solder material.
  • the component includes on the mounting side a contact group, all for the intended
  • the component can then, for example, n-1 more such
  • Connection carrier corresponding terminal groups have.
  • Connection carrier and / or the component one or more redundant connection elements and / or one or more redundant contact elements.
  • Redundant connection elements or contact elements are here such contact elements or connection elements, which have an identical function as other contact elements or connection elements of the component or the connection carrier, which after the automatic
  • connection carrier Alignment of the component on the connection carrier but not contribute to the electrical contacting of the component.
  • Capture structure and the alignment structure seen in plan view each have a geometric shape without rotational symmetry, so that the component in step C) only exactly one
  • connection carrier can assume predetermined orientation with respect to the connection carrier automatically.
  • the component and / or the connection carrier has, for example, only one of the above-specified contact groups or terminal groups.
  • Connection carrier and / or the component that is, by the capture structure and / or the alignment structure are in intended operation of the component no current or no charge carriers passed.
  • the alignment structure and the capture structure are not used in this case for electrical contacting of the component, but for example only for alignment of the component on the connection carrier.
  • connection element of the connection carrier the capture structure or has a connection element of the connection carrier on the capture structure.
  • a contact element of the component can form the alignment structure or a contact element of the component can have the alignment structure. That is, the capture structure and the alignment structure are in the
  • the alignment structure forms a cathode or an anode of the component.
  • one or more contact elements of the opposite polarity that is to say anodes or cathodes, can then be arranged.
  • the capture structure is formed by an electron-removing or supplying electrode, and the adjoining connection elements have an opposite polarity.
  • Step D) is preferably a separate process step carried out independently of step C). Specifically, in the period after the step C) and before the step D), those adjacent to the alignment structure are arranged
  • connection elements not directly connected to the opposite, adjacent to the capture structure arranged connection elements. This takes place only in step D).
  • the alignment structure remains after step C) preferably with the capture structure over the material of
  • wetting fluid connected.
  • the material of the wetting liquid finally remains between the alignment structure and the capture structure and will not be removed later.
  • solder material between at least one or all in addition to the
  • Wetting fluid can be increased, for example by
  • step C Removing an anti-wetting layer. If, after step C), the wetting liquid located between the alignment structure and the capture structure was first cured, it can be re-liquefied. The wetting liquid can then provide these contact elements and the appropriate ones Wet connection elements and thus electrically conductive
  • connection carrier Component are additionally pressed onto the connection carrier.
  • the solder material is sandwiched between at least one adjacent the alignment structure
  • the wetting liquid between the capture structure and the alignment structure is cured.
  • the brazing material is refractory with a higher melting temperature than the wetting liquid / wetting material.
  • the brazing material has, for example, a melting temperature of at least 200 ° C.
  • Wetting material is in particular low-melting with a melting temperature of at most 120 ° C.
  • the solder material is already applied to the connection elements and / or the contact elements before step C). For example, that will
  • solder material thereby applied directly to the connection elements and / or contact elements and then with a
  • soldering material on the connection elements and / or the contact elements so
  • solder material completely covers the connection elements and / or the contact elements and each projecting laterally. That is, the area covered by the solder material is larger than the area occupied by the covered terminal or contact element.
  • the solder material is melted after step C), whereby the solder material retracts onto the connection elements and / or the contact elements, so that a lateral expansion of the solder material decreases and an expansion of the solder material increases perpendicular to the top and / or mounting side.
  • connection elements and / or contact elements that during the expansion of the solder material perpendicular to the top and / or mounting side is increased such that the solder wets the contact elements and the associated connection elements, without the set in step C) distance between the component and the
  • connection carrier is changed.
  • the fact that the soldering material retracts onto the connection elements and / or the contact elements can be achieved in that the areas laterally next to the connection elements and / or the contact elements.
  • Connection elements and / or contact elements are worse wetted with the liquefied solder material than the
  • connection elements and / or contact elements are formed by a ceramic material.
  • connection carrier with a plurality of components
  • connection carrier has a separate catching structure for each component, and each component has an alignment structure on a mounting side.
  • step C) the connection carrier and the components become liquid
  • Transport medium such as water or oil or silicone oil or
  • the liquid transport medium allows a free movement of the components within the
  • the components can be distributed within the transport medium along the lateral extent of the connection carrier. For example, this can be achieved by shaking the connection carrier within the
  • Transport medium can be achieved.
  • the transport medium has a density between 0.8 g / cm 2 and 1.2 g / cm 2.
  • the components fall on the connection carrier. Due to the buoyancy within the transport medium, the components but meet only at a low speed on the connection carrier, resulting in a particularly gentle
  • connection carrier Application of the components leads to the connection carrier.
  • step C after step C), the area of the capture structure is increased, so that the wetting liquid increases the area increased
  • the trapping structure is formed by a metal structure which partially precedes step C)
  • Anti-wetting layer is covered.
  • the exposed, uncovered area of the metal structure initially forms the capture structure.
  • Anti-wetting layer are removed, so that the surface of the exposed metal and thus the trapping structure
  • the wetting liquid may then wet the exposed areas of the metal structure.
  • Example is the cured after step C)
  • wetting liquid remelted.
  • wetting liquid but also the whole time
  • Device can be produced in particular by the method described here. That is, all in
  • the device comprises a connection carrier and an electronic component.
  • the connection carrier has on an upper side a catching structure as well as one or more adjacently arranged connection elements.
  • the component has a mounting side on a
  • Alignment structure and one or more arranged next to it Contact elements on.
  • the alignment structure and the capture structure are opposite each other and are
  • Connection elements opposite and are electrically connected to these via a solder material are solder material.
  • the alignment structure and the capture structure seen in plan view, the alignment structure and the capture structure
  • the distribution of the connection elements on the connection carrier and / or the distribution of the contact elements on the mounting side have a corresponding n-fold rotational symmetry, so that each rotation of the component that transfers the alignment structure by itself is m-360 ° / n, with m> 1, would cause all to the intended electrical contact of the
  • the wetting material is brazing material extending from the wetting material
  • wetting material is a low-melting soldering material.
  • Contact elements for example, is high-melting.
  • an optoelectronic component is specified.
  • the optoelectronic component is particularly suitable for use in the method described here. All in
  • this includes
  • Optoelectronic component a mounting side, a
  • Alignment structure for mounting the component and one or more adjacently arranged contact elements for electrical contacting of the component.
  • the component is wettable with a wetting liquid, such as a liquid metal.
  • a wetting liquid such as a liquid metal.
  • the component with the wetting liquid is less wettable than in the region of the alignment structure.
  • Alignment structure in plan view seen a geometric shape with an n-fold rotational symmetry, where n> 1,
  • n 1 or n> 1 or n> 2 or n> 3, applies.
  • the distribution of the contact elements on the mounting side has a corresponding n-fold rotational symmetry, so that each of the alignment structure in itself translating rotation of the component by m-360 ° / n causes all contact elements are converted into functionally identical contact elements.
  • Contact elements which in normal operation the perform the same electrical function.
  • Functionally identical contact elements are, for example, contact elements which have identical polarities and with the same
  • Connection element of a connection carrier can be connected.
  • FIGS. 1A to 2B show various positions in FIG.
  • FIGS. 3A to 3E are plan views of embodiments of the device.
  • FIGS. 4A to 5D show different positions of
  • FIG. 1A shows a position of the method in which a connection carrier 1 and two components 2 are provided.
  • the connection carrier 1 and the components 2 are in Top view of an upper side 13 of the connection carrier 1 and mounting sides 23 of the components 2 shown.
  • connection carrier 1 is parallel to the upper side 13 in a lateral direction in a plurality of connection areas
  • Terminal areas are shown by dashed lines. Each of the connection areas is for mounting a
  • connection carrier 1 In each connection region, the connection carrier 1 has a trapping structure 10 for capturing an electrical component 2 and connecting elements 11, 12 arranged laterally next to it for electrical contacting of the component 2.
  • the trapping structure 10 and the connection elements 11, 12 form a contiguous metallic surface when viewed in plan view.
  • Connecting elements 11, 12 are in the figure 1A at the
  • Capture structure 10 and the connection elements 11, 12 are electrically insulated from each other.
  • the illustrated components 2 are in the present case LED semiconductor chips, in particular so-called flip chips.
  • Each component 2 has a single alignment structure 20 on the mounting side 23 and two contact elements 21, 22 arranged laterally next to it.
  • the alignment structure 20 and the adjacently arranged contact elements 21, 22 form in
  • Alignment structure 20 is electrically insulated from the contact elements 21, 22. Furthermore, it can be seen in FIG. 1A that the capture structure 10 and the alignment structure 20 are adapted to one another
  • both the capture structure 10 and the alignment structure 20 are formed as rectangles that are concentric with one another.
  • FIG. 1B shows a position in the method in which the connection support 1 is in the region of
  • connection elements 11, 12 an anti-wetting layer 4 is applied.
  • the anti-wetting layer 4 is based
  • Wetting material 3 is applied, which completely covers the wetting structure 10 and wets.
  • an anti-wetting layer 4 is also applied.
  • connection carrier 1 and the components 2 in a
  • connection carrier 1 In order to distribute the components 2 laterally, that is to say along the main extension direction of the connection carrier 1, the connection carrier 1, for example, is shaken.
  • FIG. 1D shows a position in the method in which the components 2 are connected to the connection carrier 1 via the
  • wetting liquid 3 are connected. In the process, the wetting liquid 3 wets both the capture structure 10 and the alignment structure 20
  • Connection elements 11, 12 and the contact elements 21, 22 are the connection carrier 1 and the component 2 due to
  • Antioxidant layer 4 is not or only slightly covered with the wetting liquid 3. In particular, a significant wetting of the connection carrier 1 and the
  • Components 2 are given only in the region of the capture structures 10 and the alignment structures 20. That is, the connection between the components 2 and the connection carrier 1 initially takes place only in the region of the capture structures 10 and the alignment structures 20 by means of the wetting liquid 3.
  • Components 2 are automatically positioned and aligned.
  • Solder 5 differs, for example, from the
  • the soldering material 5 can be applied to the connection carrier 1 on the connection elements 11, 12 and / or the contact elements 21, 22 even before the components 2 are applied.
  • soldering material 5 After the anti-wetting layer 4 has been removed, the soldering material 5 has been melted and has wetted the contact elements 21, 22 and the mating opposing connection elements 11, 12. As a result of the hardening of the soldering material 5, the components 2 were then finally fastened to the connection carrier 1 and electrically connected.
  • FIG. 1F the resulting device 100 is shown in plan view.
  • the components 2 are through the
  • connection carrier 1 In each of these
  • the surface and interfacial energy of the wetting liquid 3 is minimized. Furthermore, in each of these orientations, the contact elements 11, 12 of the components 2 are associated with matching connection elements 21, 22.
  • connection carrier 1 The two possible orientations of the components 2 on the connection carrier 1 follows from the 2-fold rotational symmetry of the rectangular shapes of the capture structure 10 and the
  • connection elements 11, 12 on the connection carrier 1 also has a 2-fold rotational symmetry. This ensures that in each of the possible orientations of the component 2 on the Connection carrier 1, the contact elements 11, 12 matching
  • Connection elements 21, 22 opposite.
  • FIG. 2A shows a position of an embodiment of the method which can follow the position shown in FIG. 1D.
  • the cured wetting material 3 is reheated. Since the Antibenetzungsmaterial 4 is removed, the
  • wetting liquid 3 is therefore distributed in the lateral direction and wets the contact elements 21, 22 and
  • Connection elements 11, 12. This can be supported by pressing the components 2 on the connection carrier 1.
  • connection elements 11, 12 with the wetting liquid 3 an electrical contact between the contact elements 21, 22 and the connection elements 11, 12 is produced.
  • FIG. 2B shows an exemplary embodiment of the finished device 100.
  • the component 2 has a
  • Insulation region separates the alignment structure 20 from the contact elements 11, 12.
  • the contact elements 12 are, for example, anodes along the square sides of the component 2 are centered.
  • the contact elements 11 in the corners of the square component 2 form, for example
  • connection carrier 1 has an upper side 13 with matching connection elements 11, 12 and a square trapping structure 10 matching the alignment structure 20.
  • Capture structure 10 is larger in area than the
  • Alignment structure 20 The component 2 is on the
  • Connection carrier 1 is arranged so that the alignment structure 20 and the capture structure 10 are concentric with each other. This orientation of the component 2 with respect to the
  • Terminal support 1 results automatically in the method described here, since in this orientation the
  • Capture structure 10 and the alignment structure 20 arranged wetting liquid 3 is the lowest.
  • the capture structure 10 and the alignment structure 20 have a 4-fold rotational symmetry, so that the component 2 can be aligned automatically in four energy-equivalent, possible orientations on the connection carrier 1.
  • the arrangement of the contact elements 21, 22 on the component 2 has a corresponding 4-fold rotational symmetry, so that each rotation of the component by m-90 °, where m is an integer, the contact elements 21, 22 in the same function
  • the device 100 of Figure 3A is made, for example, as follows.
  • a component 2 provided in the form of a light-emitting diode (LED) in a flip-chip configuration with a square cross-section of 1 mm ⁇ .
  • a square, gilded alignment structure 20 with approximately 0.6 mm side length is arranged.
  • 125 ym wide isolation areas of S13N4 separate the alignment structure 20 from the gold-plated ones
  • the contact elements 21, 22 are, for example, 200 ym long and 75 ym wide. On the
  • Contact elements 21, 22 is about 200 nm thick
  • connection carrier 1 with connection elements 11, 12 and a capture structure 10 is provided.
  • connection elements 11, 12 is a solder 5 in the form of a solderable metal stack
  • the metal stack is a tin-silver stack of about 15 ym thickness.
  • the metal stack covers the connection elements 11, 12 completely.
  • a wetting material 3 of 20 ym thickness is applied in the region of the capture structure 10.
  • the wetting material 3 is a galactic eutectic alloy which is already liquid at room temperature.
  • connection carrier 1 a component 2 capture. Subsequently, the connection carrier 1 with the applied components 2 is removed again from the transport medium 6. Then, the anti-wetting layer 4 is etched off. Subsequently, in a remelting step, the soldering material 5 is liquefied at about 260 ° C. In this case, the melt of the soldering material 5 contracts on the connecting elements 11, 12 and at the same time wets the opposite ones
  • connection carrier 1 After cooling and solidification of the soldering material 5, the component 2 is fixed on the connection carrier 1.
  • FIG. 3B shows a further embodiment of the device 100.
  • the component 2 is, for example, a linear LED picture element with a length of about 0.8 mm and a width of about 0.4 mm.
  • the capture structure 10 and the alignment structure 20 have concentric geometric shapes with a 2-fold rotational symmetry.
  • the connection carrier 1 and the component 2 have connection elements 11, 12 and
  • connection elements 11, 12 are opposite.
  • the device 100 can be manufactured like the device 100 of FIG. 3A.
  • FIG. 3C shows a device 100 in which the capture structure 10 and the alignment structure 20 each have no rotational symmetry or a 1-fold rotational symmetry. That is, the capture structure 10 and the
  • Alignment structure 20 can be mapped congruently only by a rotation of 360 °. Accordingly, the arrangement of the contact elements 21, 22 on the
  • Connection carrier 1 also no rotational symmetry, since in the Minimizing the surface and interfacial energy of the wetting liquid 3 only one possible orientation of the component 2 on the connection carrier 1 can be automatically taken.
  • the component 2 is again an LED picture element comprising a red, a green and a blue illuminated surface.
  • Three of the necessary four contact elements 21, 22 are mounted along the circumference of the component 2. Each of these three contact elements 21 serves, for example, to energize another
  • a fourth contact element 22 which the
  • Connection carrier 1 a matching connection element 12.
  • connection carrier 1 a matching connection element 12.
  • Connection elements 11 are provided on the connection carrier 1.
  • the capture structure 10 and the alignment structure 20 again have a 1-fold rotational symmetry.
  • the device 100 of FIG. 3D is manufactured as follows, for example.
  • As wetting material 3 is a
  • eutectic bismuth-indium alloy used.
  • initially on the trapping structure 10 is a layer of about 2 ym thick bismuth indium alloy with about 20% smaller surface area than the capture structure 10th
  • Connection elements 11 a 1.5 ym high Ti / Pt / Ti stack provided.
  • As the anti-wetting layer 4 a photoresist layer approximately 300 nm thick is used. To melt the wetting material 3, the
  • Components 2 and the connection carrier 1 immersed in ethylene glycol at 90 ° C.
  • the ethylene glycol is incorporated with a reducing agent to prevent it from becoming rich.
  • the anti-wetting layer 4 is removed. Subsequently, the component 2 is pressed at about 200 ° C on the connection carrier 1 to the electrical connection between the contact elements 21 and the matching
  • connection carrier 1 Connecting elements 11 on the melted solder 5 manufacture.
  • the distance of the component 2 to the connection carrier 1 decreases from initially approximately 2 ym to approximately 1.5 ym.
  • FIG 3E is another embodiment of a
  • Device 100 which substantially corresponds to the device 100 of Figure 3D. Unlike in FIG. 3D, the capture structure 10 and the alignment structure 20 are drop-shaped. Even with this geometric shape, the capture structure 10 and the alignment structure 20 have a 1-fold rotational symmetry.
  • the device 100 of Figure 3E is made, for example, as follows.
  • the wetting material 3 used is a tin-silver-copper alloy, which is initially applied to the capture structure 10 with a thickness of approximately 2 ⁇ m and has a surface area approximately 20% larger than the capture structure 10.
  • Connection elements 11, 12 are gold-plated or made of gold.
  • Alignment structure 20 arranged connection elements 11 and contact elements 21 is not an additional soldering material
  • the contact elements 21 and the connection elements - a - ii next to the alignment structure 20 and the capture structure 10 are coated with a about 100 nm thick anti-wetting layer 4 of PECVD-SiN. For melting the wetting material 3 to the
  • connection carrier 1 and the component 2 are immersed in silicone oil at about 240 ° C.
  • Silicone oil is added with a reducing agent.
  • the Sn melt of the wetting liquid 3 reacts with the Au of the capture structure 10 to form a gold-rich AuSn alloy in which the Ag and Cu are dissolved from the initial wetting material 3.
  • the solidus temperature of this melt is above 320 ° C.
  • the solder 5 between the connection elements 11 and the connection elements 11 is soldered
  • Contact elements 22 is then formed by the material of these depots.
  • a component 2 is provided with an alignment structure 20 and three laterally arranged adjacent to the alignment structure 20 contact elements 21.
  • the alignment structure 20 serves at the same time as a contact element 22, for example as a cathode 22.
  • the adjacently arranged contact elements 21 serve as anodes for different, for example
  • Illuminated areas for example, a first red 24, a second green 25 and a third blue 26 luminous surface of the component. 2
  • FIGS. 4B and 4C show the component 2 in FIG.
  • FIG. 4D shows a position of the method in which a connection carrier 1 is provided.
  • Connection carrier 1 comprises two connection regions which are each provided for catching a component 2. In each
  • Terminal area is a capture structure 10 is provided, which in the present case by a fourth connection element 12 for
  • the first connection element 14 serves, for example, for energizing the first luminous area 24, the second connecting element 15 for energizing the second
  • the capture structure 10 and the alignment structure 20 have a rectangular, ie 2-fold, rotational symmetry.
  • Connection elements 11, 12, 14, 15, 16, which are transferred in a congruent to the capture structure 10 in itself rotation by 180 ° congruent into each other.
  • FIG. 4E shows a position of the method in which the components 2 have already been applied to the connection carrier 1, so that the device 100 is formed. It can be seen that the component 2 with two with respect to the surface and interface energy of the wetting material 3 energetically equivalent orientations are mounted on the connection carrier 1. In each of the orientations, the component 2 can be contacted as intended, so that the luminous surfaces 24, 25, 26 are energized by the matching connection elements 14, 15, 16 on the connection carrier 1.
  • FIGS. 5A to 5D show various positions of the method for producing the device 100 of FIG. 4E in cross-sectional view.
  • wetting material 3 is applied.
  • the wetting material 3 is initially in a solid
  • the wetting material 3 is, for example, a SnAgCu or SnCu or AuSn alloy. Furthermore, both the connection elements 11 on the
  • connection carrier 1 and the contact elements 21 on the component 2 with an anti-wetting layer 4 the wetting with the liquid wetting material 3, that is the Wetting fluid 3, to prevent.
  • Antibenetzungs Mrs 4 consists for example of zinc oxide or silicon oxide. Between the anti-wetting layer 4 and the connecting elements 11, a soldering material 5 is arranged.
  • the soldering material 5 is in particular a metal alloy.
  • the capture structure 10 is defined by the exposed metallic surface of the
  • Connection element 12 is formed. The shape of this
  • the exposed surface differs from the shape of the terminal 12 because some areas of the
  • Connecting element 12 are also covered by the anti-wetting layer 4.
  • the capture structure 10 is therefore formed only by the area of the connection element 12 which is not covered by the anti-impact layer 4. The same applies to the contact element 22 or the alignment structure 20. In the position of Figure 5B is shown how the
  • wetting material 3 has been melted, so that a wetting liquid 3 is formed and the component 2 is mounted on the connection carrier 1.
  • the wetting liquid 3 captures the component 2 and probably wets the alignment structure 20 as well as the capture structure 10.
  • FIG. 5C shows a position of the method in which the anti-wetting layer 4 is removed by etching, for example. The solder 5 on the connecting elements 11 is thereby exposed. Previously, for example, the
  • FIG. 5D shows a position of the method in which, by melting the soldering material 5 and the
  • connection elements 11 are electrically conductively connected to the matching contact elements 21 of the component 2.
  • the electrical contacting of the component 2 is thus produced by the soldering material 5 between the contact elements 21 and the connection elements 11 and by the wetting material 3 between the contact element 22 and the connection element 12.
  • the wetting liquid 3 has spread on the now larger capture structure 10.
  • the thickness of the wetting liquid 3 has been reduced, which has reduced the distance between the connection carrier 1 and component 2 without external force. When the distance has become small enough, the component 2 to the
  • Component 2 has been captured on the connection carrier 1.
  • the component 2 is connected to the connection carrier 1 via the Wetting material 3 connected.
  • the wetting material 3 is cured, for example.
  • the distance between the component 2 and the connection carrier 1 is determined by the volume of
  • Connection elements 11, 12 each have a solder 5
  • the soldering material 5 covers the
  • connection elements 11, 12 each completely and extends beyond the connecting elements 11, 12 laterally.
  • the soldering material 5 is again covered by an anti-wetting layer 4.
  • connection carrier 1 in the area laterally adjacent to the connection elements 11, 12 is smaller than that of the connection elements 11, 12, so that the liquid
  • soldering material 5 has retracted to the connecting elements 11, 12, has correspondingly reduced its lateral extent and for the expansion thereof has increased perpendicular to the upper side 13. As a result, the soldering material 5 has come into contact with the contact elements 21, 22 and has wetted them. So can an electrical connection between the
  • Connection elements 11, 12 are produced without the distance of the components 2 to the connection carrier 1 must be readjusted again.

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Abstract

Das Verfahren umfasst einen Schritt A), in dem ein Anschlussträger (1) bereitgestellt wird, der an einer Oberseite (13) eine Einfangstruktur (10) sowie ein oder mehrere neben der Einfangstruktur (10) angeordnete Anschlusselemente (11, 12) aufweist. In einem Schritt B) wird ein Bauteil (2) bereitgestellt, das an einer Montageseite (23) eine Ausrichtstruktur (20) sowie ein oder mehrere neben der Ausrichtstruktur (20) angeordnete Kontaktelemente (21, 22) aufweist. In einem Schritt C) wird das Bauteil (2) mit dem Anschlussträger (1) über eine Benetzungsflüssigkeit (3) verbunden, wobei die Einfangstruktur (10) und die Ausrichtstruktur (20) von der Benetzungsflüssigkeit (3) benetzt werden und das Bauteil (2) automatisch ausgerichtet wird.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUM SELBS JUSTIERTEN BESTÜCKEN EINES ANSCHLUSSTRÄGERS MIT EINEM BAUTEIL, VORRICHTUNG UND
OPTOELEKTRONISCHES BAUTEIL
Es wird ein Verfahren zum selbstj ustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil angegeben. Darüber hinaus wird eine Vorrichtung angegeben, die mittels dieses
Verfahrens hergestellt werden kann. Ferner wird ein
optoelektronisches Bauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein zuverlässiges Verfahren zum selbstj ustierten Bestücken eines
Anschlussträgers mit einem Bauteil anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, die mittels dieses Verfahrens hergestellt werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein
optoelektronisches Bauteil für ein solches Verfahren
anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch das Verfahren und die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum selbstj ustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil einen Schritt A) , in dem ein Anschlussträger bereitgestellt wird. Der Anschlussträger weist eine Oberseite auf. An der Oberseite weist der Anschlussträger eine
Einfangstruktur zum Einfangen des Bauteils sowie eine oder mehrere neben der Einfangstruktur angeordnete Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils auf .
Die Einfangstruktur liegt bevorzugt an der Oberseite des Anschlussträgers zunächst frei. Die Einfangstruktur kann beispielsweise eine Beschichtung auf der Oberseite des
Anschlussträgers sein. Das eine oder die mehreren
Anschlusselemente neben der Einfangstruktur können an der Oberseite zunächst frei liegen oder können von einer
Materialschicht bedeckt sein. Über die Anschlusselemente des Anschlussträgers werden im bestimmungsgemäßen Betrieb
Ladungsträger in das Bauteil injiziert. Die Anschlusselemente sind bevorzugt aus Metall gebildet. Ein oder mehrere Anschlusselemente sind neben der
Einfangstruktur angeordnet. Darunter wird vorliegend
verstanden, dass diese Anschlusselemente lateral, in Richtung parallel zur Oberseite, neben der Einfangstruktur angeordnet sind. Diese Anschlusselemente sind bevorzugt beabstandet von der Einfangstruktur angeordnet. Insbesondere sind diese
Anschlusselemente von der Einfangstruktur elektrisch
isoliert, zum Beispiel durch einen isolierenden Zwischenraum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B) , in dem ein Bauteil bereitgestellt wird. Das Bauteil umfasst eine Montageseite. An der Montageseite weist das Bauteil eine Ausrichtstruktur sowie ein oder mehrere neben der Ausrichtstruktur angeordnete Kontaktelemente zur elektrischen Verbindung mit den Anschlusselementen des
Anschlussträgers auf.
Bei dem Bauteil handelt es sich insbesondere um ein
oberflächenmontierbares Bauteil, bei dem alle zur Kontaktierung notwendigen Kontaktelemente an einer einzigen Seite, nämlich der Montageseite, angeordnet sind.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Bauteil um einen
Halbleiterchip. Das Bauteil kann ein optoelektronisches Bauteil, wie ein optoelektronischer Halbleiterchip,
insbesondere ein LED-Chip, sein.
Die Ausrichtstruktur liegt bevorzugt an der Montageseite des Bauteils zunächst frei. Die Ausrichtstruktur kann
beispielsweise eine Beschichtung auf der Montageseite des Bauteils sein. Das eine oder die mehreren neben der
Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente können zunächst frei liegen oder von einer Materialschicht überdeckt sein. Über die Kontaktelemente des Bauteils an der Montageseite werden im bestimmungsgemäßen Betrieb Ladungsträger in das
Bauteil aufgenommen oder aus dem Bauteil herausgeführt. Die Kontaktelemente sind bevorzugt aus Metall gebildet.
Ein oder mehrere Kontaktelemente sind neben der
Ausrichtstruktur angeordnet. Das heißt, diese Kontaktelemente sind lateral, in Richtung parallel zur Montageseite, neben der Ausrichtstruktur angeordnet. Bevorzugt sind diese
Kontaktelemente von der Ausrichtstruktur beabstandet
angeordnet. Insbesondere sind diese Kontaktelemente von der Ausrichtstruktur elektrisch isoliert, zum Beispiel durch einen isolierenden Zwischenraum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C) , in dem das Bauteil mit dem Anschlussträger über eine Benetzungsflüssigkeit verbunden wird. Dabei werden die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur von der
Benetzungsflüssigkeit benetzt. Die Minimierung der
Oberflächenenergie und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit wird dabei zur Fixierung und automatischen Ausrichtung des Bauteils auf dem
Anschlussträger ausgenutzt. Das Fixieren und Ausrichten eines Bauteils durch das
Ausnutzen der Minimierung der Oberflächen- und
Grenzflächenenergie einer Benetzungsflüssigkeit ist dem
Fachmann bekannt. Insbesondere erfolgt die Ausrichtung dabei nur durch die Benetzungsflüssigkeit . Externe Kräfte werden für die Ausrichtung nicht eingesetzt.
Nach dem Aufbringen des Bauteils ist die Montageseite des Bauteils der Oberseite des Anschlussträgers zugewandt und die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur sind mit der
Benetzungsflüssigkeit in direktem Kontakt. Durch die
Benetzungsflüssigkeit sind die Einfangstruktur und die
Ausrichtstruktur voneinander beabstandet. Ferner fixiert, das heißt befestigt zumindest vorübergehend, die
Benetzungsflüssigkeit das Bauteil auf dem Anschlussträger.
Bevorzugt werden die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur im Schritt C) vollständig von der Benetzungsflüssigkeit benetzt. Insbesondere sind also die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur durch an der Oberseite und der Montageseite vor der Benetzung freiliegende, gleichmäßig mit der
Benetzungsflüssigkeit benetzbare Flächen gebildet.
Die Benetzung der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur kommt daher, dass die Grenzflächenenergie zwischen der
Einfangstruktur und der Benetzungsflüssigkeit sowie die
Grenzflächenenergie zwischen der Ausrichtstruktur und der Benetzungsflüssigkeit kleiner als die Oberflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit ist. Dies kann durch die Wahl der Materialien der Einfangstruktur, der Ausrichtstruktur und der Benetzungsflüssigkeit erreicht werden.
Beispielsweise wird im Schritt C) zunächst ein
Benetzungsmaterial auf der Einfangstruktur ausgebildet. Das Benetzungsmaterial kann zunächst in einem festen
Aggregatzustand auf der Einfangstruktur ausgebildet sein. Anschließend kann durch Erhitzen das Benetzungsmaterial zu der Benetzungsflüssigkeit verflüssigt werden. Daraufhin kann das Bauteil mit der Montageseite voran auf die
Benetzungsflüssigkeit aufgelegt oder aufgesetzt werden, wodurch die Benetzungsflüssigkeit die Ausrichtstruktur benetzt und es zur automatischen Fixierung und Ausrichtung des Bauteils kommt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen der
Anschlussträger und das Bauteil im Bereich der
Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur eine höhere oder bessere oder stärkere Benetzbarkeit mit der
Benetzungsflüssigkeit auf als im Bereich der daneben
angeordneten Anschlusselemente und Kontaktelemente, sodass die automatische Ausrichtung des Bauteils auf dem
Anschlussträger durch die geometrischen Formen der
Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur bestimmt wird.
Insbesondere sind also die vor der Benetzung an der Oberseite des Anschlussträgers freiliegenden Materialien so gewählt, dass im Bereich aller neben der Einfangstruktur angeordneten Anschlusselemente keine oder eine geringere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit gegeben ist als im Bereich der
Einfangstruktur. Entsprechend können die an der Montageseite im Schritt B) freiliegenden Materialien so gewählt sein, dass im Bereich aller neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente keine oder eine geringere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit gegeben ist als im Bereich der Ausrichtstruktur. Bevorzugt sind die Oberseite des
Anschlussträgers und/oder die Montageseite des Bauteils im gesamten Bereich außerhalb der Einfangstruktur und/oder der Ausrichtstruktur nicht oder schlechter mit der
Benetzungsflüssigkeit benetzbar als im Bereich der
Einfangstruktur und/oder der Ausrichtstruktur. Unter dem Bereich der Anschlusselemente beziehungsweise der Kontaktelemente wird hier insbesondere die gesamte Fläche verstanden, die bei Projektion oder Draufsicht auf die
Oberseite beziehungsweise Montageseite durch die
Anschlusselemente beziehungsweise Kontaktelemente gebildet wird.
Die Grenzflächenenergie an der Grenze zwischen der
Benetzungsflüssigkeit und dem Material des Anschlussträgers und/oder Bauteils im Bereich neben der Einfangstruktur und/oder Ausrichtstruktur, insbesondere im Bereich der
Anschlusselemente und/oder Kontaktelemente, ist zum Beispiel zumindest fünf Mal oder zehn Mal oder zumindest 50 Mal oder zumindest 100 Mal größer als im Bereich der Einfangstruktur und/oder Ausrichtstruktur. Unter Oberflächenenergie oder Grenzflächenenergie wird vorliegend die Energie verstanden, die umgesetzt werden muss, um die Grenzfläche zwischen der
Benetzungsflüssigkeit und einem bestimmten Medium um 1 m^ unter isothermen Bedingungen zu vergrößern. Beispielsweise beträgt ein Kontaktwinkel zwischen der
Benetzungsflüssigkeit und dem Anschlussträger im Bereich der Einfangstruktur weniger als 90° oder weniger als 80° oder weniger als 60° oder weniger als 45°. Im schlechter benetzbaren Bereich der daneben angeordneten
Anschlusselemente ist der Kontaktwinkel zwischen der
Benetzungsflüssigkeit und dem Anschlussträger beispielsweise größer als 90°, zum Beispiel größer als 110° oder größer als 135°. Das Gleiche kann für die Kontaktwinkel im Bereich der Ausrichtstruktur und der daneben angeordneten Kontaktelemente gelten .
Dadurch dass die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur besser mit der Benetzungsflüssigkeit benetzbar sind als die Bereiche der daneben angeordneten Anschlusselemente und
Kontaktelemente, wird die automatische Ausrichtung des
Bauteils auf dem Anschlussträger stärker durch die
geometrischen Formen der Einfangstruktur und der
Ausrichtstruktur bestimmt. Je schlechter die
Benetzungsflüssigkeit die Anschlusselemente und die
Kontaktelemente benetzt, desto stärker ist der Einfluss der geometrischen Formen der Ausrichtstruktur und der
Einfangstruktur auf die automatische Ausrichtung. Bevorzugt wird bei dem Verfahren die automatische Ausrichtung
ausschließlich oder zumindest überwiegend durch die
geometrischen Formen der Einfangstruktur und der
Ausrichtstruktur bestimmt. Da die Anschlusselemente und die Kontaktelemente wenig oder gar nicht mit der
Benetzungsflüssigkeit benetzbar sind, haben deren
geometrischen Formen nur einen geringen oder gar keinen
Einfluss auf die Ausrichtung des Bauteils auf dem
Anschlussträger . Unter den geometrischen Formen der Einfangstruktur und der
Ausrichtstruktur werden insbesondere die geometrischen Formen der in Draufsicht auf die Oberseite und Montageseite benetzbaren Flächen der Einfangstruktur und der
Ausrichtstruktur verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die geometrische Form der Ausrichtstruktur derart an die geometrische Form der Einfangstruktur angepasst, dass das Bauteil automatisch in eine vorbestimmte Position und eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers ausgerichtet wird. Die Benetzungsflüssigkeit versucht ihre Oberflächenenergie und ihre Grenzflächenenergie zu minimieren. Da die
Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur gut benetzbar mit der Benetzungsflüssigkeit sind, versucht die
Benetzungsflüssigkeit die Grenzflächen zu dem Bauteil und dem Anschlussträger in diesen Bereichen möglichst groß
einzustellen, wohingegen die freiliegenden Außenflächen der Benetzungsflüssigkeit geringer eingestellt werden. Durch eine bestimmte Wahl der geometrischen Form der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur kann daher vorbestimmt werden, wie das Bauteil, also in welcher Position und mit welcher
Orientierung, bezüglich des Anschlussträgers ausgerichtet wird. Weisen zum Beispiel die Ausrichtstruktur und die
Einfangstruktur gleiche Geometrien auf, so führt die
Minimierung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie im
Allgemeinen dazu, dass die Ausrichtstruktur deckungsgleich zu der Einfangstruktur ausgerichtet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Kontaktelemente bezüglich der Ausrichtstruktur und die
Anschlusselemente bezüglich der Einfangstruktur derart angeordnet, dass nach der automatischen Ausrichtung de
Bauteils die Kontaktelemente gegenüber passenden
Anschlusselementen liegen. Ein zu einem Kontaktelement passendes Anschlusselement ist dabei ein Anschlusselement, das zur bestimmungsgemäßen
Kontaktierung des Kontaktelements eingerichtet ist. Handelt es sich bei dem Kontaktelement zum Beispiel um eine Anode oder eine Kathode, so ist das dazu passende Anschlusselement zum Beispiel eine Elektrode, die Elektronen aus dem Bauteil abführt oder zuführt. Einander gegenüberliegend bedeutet hier und im Folgenden, dass sich in Draufsicht gesehen das
Kontaktelement teilweise oder vollständig mit dem dazu passenden Anschlusselement überlappt.
Nach dem automatischen Ausrichten kann die
Benetzungsflüssigkeit zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur zu einem Benetzungsmaterial ausgehärtet werden, das dann die Einfangstruktur mit der Ausrichtstruktur mechanisch verbindet. Alternativ kann die
Benetzungsflüssigkeit aber auch dauerhaft, also auch nach Beendigung des Verfahrens, flüssig bleiben. In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zum selbstj ustierten Bestücken eines Anschlussträgers mit einem Bauteil einen Schritt A) , in dem ein Anschlussträger
bereitgestellt wird, der an einer Oberseite eine
Einfangstruktur zum Einfangen des Bauteils sowie ein oder mehrere neben der Einfangstruktur angeordnete
Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils aufweist. In einem Schritt B) wird ein Bauteil
bereitgestellt, das an einer Montageseite eine
Ausrichtstruktur sowie ein oder mehrere neben der
Ausrichtstruktur angeordnete Kontaktelemente zur elektrischen Verbindung mit den Anschlusselementen aufweist. In einem Schritt C) wird das Bauteil mit dem Anschlussträger über eine Benetzungsflüssigkeit verbunden, wobei die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur von der Benetzungsflüssigkeit benetzt werden und die Minimierung der Oberflächenenergie und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit zur Fixierung und automatischen Ausrichtung des Bauteils auf dem
Anschlussträger genutzt wird. Dabei weisen der
Anschlussträger und das Bauteil im Bereich der
Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur eine höhere
Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit auf als im
Bereich der daneben angeordneten Anschlusselemente und
Kontaktelemente, sodass die automatische Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger durch die geometrischen Formen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur bestimmt wird. Die geometrische Form der Ausrichtstruktur ist dabei derart an die geometrische Form der Einfangstruktur
angepasst, dass das Bauteil automatisch in eine vorbestimmte Position und eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers ausgerichtet wird. Die Anordnung der
Kontaktelemente bezüglich der Ausrichtstruktur und die
Anordnung der Anschlusselemente bezüglich der Einfangstruktur sind dabei derart gewählt, dass nach der automatischen
Ausrichtung des Bauteils die Kontaktelemente gegenüber passenden Anschlusselementen liegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Bauteile, insbesondere oberflächenmontierbare
Halbleiterchips, wie Flip-Chips, in einer rationellen Weise auf einem Anschlussträger zu montieren. Ein Ansatz zum
Rationalisieren der Chipmontage versucht viele Chips
gleichzeitig zu montieren, indem ein selbsttätiges
Bestückungsverfahren gewählt wird. Aussichtsreiche Varianten selbsttätiger Bestückungsverfahren nutzen die Oberflächen- und Grenzflächenspannungen von Flüssigkeiten zum Einfangen und Justieren von Chips. Oberflächenmontierbare Halbleiterchips weisen alle elektrischen Kontaktelemente auf einer einzigen Seite, der Montageseite auf. Auch die
mechanischen und thermischen Anschlüsse sind auf der
Montageseite angebracht und oft identisch zu den elektrischen Anschlüssen. Auf der Montageseite wechseln sich somit
metallische Kontaktflächen mit isolierenden Zwischenräumen ab, weshalb im Allgemeinen auch die BenetZungseigenschaften entlang der Montageseite variieren. Sollen die Chips nun über ein flüssigkeitsgestütztes selbststätiges Montageverfahren auf einem Anschlussträger verteilt und angeschlossen werden, bedingen die heterogenen BenetZungseigenschaften der
Montageseite und damit die Reihe lokaler Minima in der
Oberflächen- und Grenzflächenenergien ein großes Risiko, die Chips in falscher Registratur oder falscher Orientierung einzufangen.
Das vorgeschlagene Verfahren soll zu einer zuverlässigeren, weniger fehleranfälligen Ausrichtung der Chips dienen.
Insbesondere wird hier ein mehrstufiger Prozess verwendet, in dem die selbsttätige Bestückung, also das automatische
Verteilen und Ausrichten der Bauteile auf Bestückungsplätzen, getrennt vom Anschließen der Kontaktelemente beziehungsweise der endgültigen Befestigung der Bauteile erfolgt. Dazu wird eine Ausrichtstruktur am Bauteil verwendet, die
ausschließlich oder teilweise zum Einfangen und Ausrichten des Bauteils dient. Diese Ausrichtstruktur braucht keine elektrische Funktion zu haben, soll aber der korrekten
Ausrichtung der Kontaktelemente gegenüber den
Anschlusselementen auf dem Anschlussträger dienen. Die
Kontaktierung zwischen den Kontaktelementen und den
Anschlusselementen erfolgt in einem späteren Schritt. Die Bereiche der neben der Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente und die Bereiche der neben der
Einfangstruktur angeordneten Anschlusselemente dienen nicht zum Einfangen und zur Ausrichtung und sind anfänglich
schlecht von der Benetzungsflüssigkeit benetzbar. Sie
beeinflussen also den Ausrichtprozess der Bauteile auf dem Anschlussträger nicht oder wenig. Die Geometrie der
Kontaktelemente und Anschlusselemente spielt somit für die Ausrichtung der Bauteile auf dem Anschlussträger keine oder eine untergeordnete Rolle. Insbesondere weist die
Montageseite also nicht viele unterschiedliche Bereiche mit guten und schlechten BenetZungseigenschaften auf. Vielmehr gibt es bevorzugt nur einen zusammenhängenden Bereich, nämlich den Bereich der Ausrichtstruktur, in dem die
BenetZungseigenschaften gut sind. In allen anderen Bereichen sind die BenetZungseigenschaften schlechter. Die Gefahr einer falschen Registratur oder Orientierung bei der selbständigen Benetzung ist damit reduziert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauteil eine einzige, zusammenhängende Ausrichtstruktur auf. In Draufsicht auf die Montageseite bildet die Ausrichtstruktur also eine einzige, zusammenhängende und bevorzugt gleichmäßig
benetzbare Fläche. Beispielsweise ist die Fläche der
Ausrichtstruktur einfach zusammenhängend. Überall außerhalb dieser Fläche ist die Montageseite bevorzugt schlechter oder nicht benetzbar. Zum Beispiel beträgt der Kontaktwinkel zwischen der Benetzungsflüssigkeit und der Montageseite überall außerhalb der Ausrichtstruktur zumindest 90° oder zumindest 120° oder zumindest 150°. Die Ausrichtstruktur bildet in Draufsicht gesehen zum Beispiel zumindest 10 % oder zumindest 30 % oder zumindest 50 % und/oder höchstens 80 % oder höchstens 60 % der Fläche der Montageseite. Durch die Verwendung einer einzigen Ausrichtstruktur für jedes Bauteil ist die Gefahr einer versehentlichen falschen Orientierung oder falschen Registratur weiter reduziert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden vor dem Schritt C) jedes neben der Ausrichtstruktur angeordnete
Kontaktelement und/oder jedes neben der Einfangstruktur angeordnete Anschlusselement mit einer Antibenetzungsschicht bedeckt, um ein Benetzen des Bauteils im Bereich dieser
Kontaktelemente und/oder ein Benetzen des Anschlussträgers im Bereich dieser Anschlusselemente zu verhindern.
Bei der Antibenetzungsschicht kann es sich beispielsweise um eine elektrisch isolierende Schicht handeln. Zum Beispiel ist die Antibenetzungsschicht aus einem organischen Material, wie Photolack, oder aus einem Polymer oder aus einem oxidierten Metall oder aus einem unedlen Metall, wie Titan, oder aus einem anorganischen Material, wie hydrogeniertes Silizium (a- Si:H) oder Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder Zinkoxid. Insbesondere ist die Antibenetzungsschicht so gewählt, dass ein Kontaktwinkel zwischen der Benetzungsflüssigkeit und der Antibenetzungsschicht zumindest 90° oder zumindest 120° oder zumindest 150° beträgt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt C) die Antibenetzungsschicht wieder von den Kontaktelementen und/oder den Anschlusselementen entfernt. Das Entfernen erfolgt beispielsweise durch Ätzen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Benetzungsflüssigkeit ein flüssiges Metall. Die üblicherweise hohe Oberflächenenergie von flüssigen Metallen sorgt für eine besonders präzise Ausrichtung der Bauteile auf dem Anschlussträger. Als mögliche Materialien für die Benetzungsflüssigkeit können Metall, zum Beispiel Gallium, Indium, Wismut, Silber, Kupfer, Gold oder Zinn, insbesondere Metalllegierungen aus diesen Metallen, wie Galinstan
(GalnSn) , Galn, Biln, SnAgCu, SnCu, AuSn, verwendet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Benetzungsflüssigkeit im Schritt C) eine Oberflächenenergie von zumindest 150 mJ/m^ oder zumindest 200 mJ/m^ oder zumindest 300 mJ/m^ oder zumindest 400 mJ/m^ auf. Die
Oberflächenenergie ist dabei die Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit zu einem gasförmigen Medium, wie Luft. Die Oberflächen- und/oder Grenzflächenenergien werden hier insbesondere für Temperaturen oberhalb, zum Beispiel bei 5 °C oder 10 °C oder 20 °C oberhalb der Schmelztemperatur oder Liquidustemperatur des entsprechenden Materials angegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform haben die
Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur in Draufsicht, das heißt in Draufsicht auf die Oberseite beziehungsweise
Montageseite gesehen, konzentrisch oder kongruente
geometrische Formen.
Konzentrische geometrische Formen sind gleichartige
geometrische Formen mit zum Beispiel gleichen Winkeln und gleichen Seitenverhältnissen. Legt man die Schwerpunkte konzentrischer geometrischer Formen aufeinander, so verlaufen die Konturen beider Formen in einem konstanten Abstand zueinander. Kongruente geometrische Formen sind konzentrische geometrische Formen mit gleichen Seitenlängen beziehungsweise gleichen Flächeninhalten. Beispielsweise haben sowohl die Ausrichtstruktur als auch die Einfangstruktur eine
quadratische oder rechteckige oder dreieckige oder elliptische oder tropfenartige geometrische Form in
Draufsicht gesehen. Nach dem automatischen Ausrichten des Bauteils auf dem Anschlussträger überlappen die
Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur in Draufsicht gesehen konzentrisch oder deckungsgleich. Insbesondere überdeckt die Einfangstruktur die Ausrichtstruktur in
Draufsicht gesehen nach der automatischen Ausrichtung
vollständig . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur konzentrisch
geometrische Formen auf, wobei die in Draufsicht gesehene Fläche der Einfangstruktur höchstens 5 % oder höchstens 10 % oder höchstens 20 % größer als die in Draufsicht gesehene Fläche der Ausrichtstruktur ist. Alternativ ist in Draufsicht gesehen die Fläche der Einfangstruktur höchstens 20 % oder höchstens 10 % oder höchstens 5 % kleiner als die in
Draufsicht gesehene Fläche der Ausrichtstruktur. Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die
Einfangstruktur vor dem Schritt C) eine an der Oberseite des Anschlussträgers freiliegende, metallische Fläche. Die
Ausrichtstruktur kann ebenfalls eine an der Montageseite des Bauteils freiliegende, metallische Fläche bilden.
Beispielsweise ist während des Schritts C) der übrige Bereich der Montageseite durch ein nichtmetallisches Material, wie Kunststoff oder Keramik, gebildet.
Insbesondere bestehen die Einfangstruktur und/oder die
Ausrichtstruktur aus einer an der Oberseite und/oder der Montageseite freiliegenden, metallischen Fläche. Das
freiliegende, metallische Material der Einfangstruktur und/oder der Ausrichtstruktur kann zum Beispiel ein Edelmetall, wie Gold oder Silber oder Platin oder Rhodium, aufweisen oder eine Legierung aus Edelmetallen sein. Aber auch unedle Metalle wie Kupfer sind möglich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n-zähligen
Drehsymmetrie auf, sodass das Bauteil im Schritt C) n
unterschiedliche Orientierungen bezüglich des
Anschlussträgers automatisch einnehmen kann. Das heißt, die Oberflächen- und Grenzflächenenergie der
Benetzungsflüssigkeit nimmt in jeder dieser n
unterschiedlichen Orientierungen ein lokales Energieminimum ein. Insbesondere sind all diese n unterschiedlichen
Orientierungen im Hinblick auf die Grenz- und
Oberflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit gleichwertig.
Unter einer n-zähligen Drehsymmetrie wird dabei verstanden, dass eine Drehung um eine senkrecht zur Oberseite
beziehungsweise Montageseite verlaufende Symmetrieachse um m-360°/n, wobei n und m natürliche Zahlen mit m > 1 und n > 1 sind, die Einfangstruktur beziehungsweise die
Ausrichtstruktur in sich selbst überführt. Beispielsweise weist ein Quadrat eine 4-zählige Drehsymmetrie, ein Rechteck eine 2-zählige Drehsymmetrie und ein gleichseitiges Dreieck eine 3-zählige Drehsymmetrie auf. Ein gleichschenkliges, aber nicht gleichseitiges Dreieck weist keine Drehsymmetrie beziehungsweise nur eine 1-zählige Drehsymmetrie auf. Die Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur weisen
beispielsweise eine n = 1 oder n > 1 oder n > 2 oder n > 3 zählige Drehsymmetrie auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Verteilung der Anschlusselemente auf dem Anschlussträger und/oder die Verteilung der Kontaktelemente auf dem Bauteil eine
entsprechende n-zählige Drehsymmetrie auf, sodass in jeder der n unterschiedlichen Orientierungen die zur
bestimmungsgemäßen Kontaktierung notwendigen Kontaktelemente des Bauteils entsprechenden Anschlusselementen des
Anschlussträgers gegenüberliegen. Unter allen notwendigen Kontaktelementen ist eine beliebige Gruppe von
Kontaktelementen zu verstehen, die mindestens über den
Anschlussträger elektrisch kontaktiert werden muss, damit das Bauteil seinen bestimmungsgemäßen Betrieb aufnehmen kann.
Insbesondere führt also eine die Ausrichtstruktur oder die Einfangstruktur in sich selbst überführende Drehung des
Bauteils oder des Anschlussträgers dazu, dass die
Kontaktelemente oder Anschlusselemente in funktionell
identische Kontaktelemente oder Anschlusselemente überführt werden. In jeder der n unterschiedlichen Orientierungen kann das Bauteil an den Anschlussträger elektrisch angeschlossen werden, um seinen bestimmungsgemäßen Betrieb aufzunehmen. Insbesondere sind also Anoden und Kathoden des Bauteils nach jeder Drehung gegenüber von passenden Elektroden des
Anschlussträgers angeordnet und können mit diesem über ein Lotmaterial verbunden werden.
Beispielsweise umfasst das Bauteil dazu an der Montageseite eine Kontaktgruppe, die alle zur bestimmungsgemäßen
Kontaktierung des Bauteils notwendigen Kontaktelemente, was insbesondere zumindest zwei Kontaktelemente sind, umfasst. Das Bauteil kann dann zum Beispiel n-1 weitere solcher
Kontaktgruppen aufweisen, sodass jede Drehung des Bauteils um m-360°/n die n Kontaktgruppen deckungsgleich ineinander überführt. Alternativ oder zusätzlich kann der
Anschlussträger entsprechende Anschlussgruppen aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Anschlussträger und/oder das Bauteil ein oder mehrere redundante Anschlusselemente und/oder ein oder mehrere redundante Kontaktelemente auf. Redundante Anschlusselemente oder Kontaktelemente sind hier solche Kontaktelemente oder Anschlusselemente, die eine identische Funktion wie andere Kontaktelemente oder Anschlusselemente des Bauteils oder des Anschlussträgers haben, die nach der automatischen
Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger aber nicht zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils beitragen. Die redundanten Anschlusselemente und/oder redundanten
Kontaktelemente liegen nach der automatischen Ausrichtung insbesondere keinem Kontaktelement oder keinem
Anschlusselement gegenüber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur in Draufsicht gesehen jeweils eine geometrische Form ohne Drehsymmetrie auf, sodass das Bauteil im Schritt C) nur genau eine
vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers automatisch einnehmen kann. In diesem Fall weist das Bauteil und/oder der Anschlussträger beispielsweise jeweils nur eine der oben spezifizierten Kontaktgruppen oder Anschlussgruppen auf .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur elektrisch isoliert von elektrisch funktionellen Komponenten des
Anschlussträgers und/oder des Bauteils. Das heißt, durch die Einfangstruktur und/oder die Ausrichtstruktur werden im bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils kein Strom oder keine Ladungsträger hindurchgeführt. Die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur dienen in diesem Fall nicht zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils, sondern zum Beispiel lediglich zur Ausrichtung des Bauteils auf dem Anschlussträger.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet ein
Anschlusselement des Anschlussträgers die Einfangstruktur oder weist ein Anschlusselement des Anschlussträgers die Einfangstruktur auf. Entsprechend kann ein Kontaktelement des Bauteils die Ausrichtstruktur bilden oder ein Kontaktelement des Bauteils die Ausrichtstruktur aufweisen. Das heißt, die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur tragen im
bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils zur elektrischen Kontaktierung, insbesondere zur Bestromung des Bauteils bei. Über die Einfangstruktur und die Ausrichtstruktur wird also im bestimmungsgemäßen Betrieb Strom geleitet. Insbesondere kann dann im bestimmungsgemäßen Betrieb Strom zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur über das Material der Benetzungsflüssigkeit geleitet werden.
Beispielsweise bildet die Ausrichtstruktur eine Kathode oder eine Anode des Bauteils. Neben der Ausrichtstruktur können dann eine oder mehrere Kontaktelemente der entgegengesetzten Polarität, also Anoden oder Kathoden, angeordnet sein.
Entsprechend wird zum Beispiel die Einfangstruktur durch eine Elektronen abführende oder zuführende Elektrode gebildet und die daneben angeordneten Anschlusselemente weisen eine entgegengesetzte Polarität auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Schritt C) in einem Schritt D) die neben der Ausrichtstruktur
angeordneten Kontaktelemente mit den gegenüberliegenden passenden Anschlusselementen mit einem Lötmaterial elektrisch leitend verbunden.
Der Schritt D) ist bevorzugt ein separater und unabhängig vom Schritt C) durchgeführter Verfahrensschritt. Insbesondere sind in dem Zeitraum nach dem Schritt C) und vor dem Schritt D) die neben der Ausrichtstruktur angeordneten
Kontaktelemente nicht unmittelbar mit den gegenüberliegenden, neben der Einfangstruktur angeordneten Anschlusselementen verbundenen. Dies erfolgt erst im Schritt D) .
Die Ausrichtstruktur bleibt nach dem Schritt C) bevorzugt mit der Einfangstruktur über das Material der
Benetzungsflüssigkeit verbunden. Insbesondere verbleibt das Material der Benetzungsflüssigkeit endgültig zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur und wird später nicht entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird als Lötmaterial zwischen zumindest einem oder allen neben der
Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelementen und den dazu passenden Anschlusselementen die Benetzungsflüssigkeit beziehungsweise das Benetzungsmaterial verwendet. Dazu kann insbesondere vor dem Schritt D) die Benetzbarkeit des Bauteils und des Anschlussträgers im Bereich dieser
Kontaktelemente und Anschlusselemente mit der
Benetzungsflüssigkeit erhöht werden, zum Beispiel durch
Entfernen einer Antibenetzungsschicht . Wenn nach dem Schritt C) die zwischen der Ausrichtstruktur und der Einfangstruktur befindliche Benetzungsflüssigkeit zunächst ausgehärtet wurde, kann sie wieder verflüssigt werden. Die Benetzungsflüssigkeit kann dann diese Kontaktelemente und die passenden Anschlusselemente benetzen und so elektrisch leitend
verbinden. Um diesen Prozess zu unterstützen, kann das
Bauteil zusätzlich auf den Anschlussträger aufgedrückt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Lötmaterial zwischen zumindest einem neben der Ausrichtstruktur
angeordneten Kontaktelement und einem dazu passenden
Anschlusselement durch ein von dem Benetzungsmaterial
verschiedenes Lötmaterial gebildet. Vorteilhafterweise wird dazu vor dem Schritt D) die Benetzungsflüssigkeit zwischen der Einfangstruktur und der Ausrichtstruktur ausgehärtet. Das Lötmaterial ist beispielsweise hochschmelzend mit einer höheren Schmelztemperatur als die Benetzungsflüssigkeit / als das Benetzungsmaterial . Das Lötmaterial hat zum Beispiel eine Schmelztemperatur von zumindest 200 °C. Das
Benetzungsmaterial ist insbesondere niedrigschmelzend mit einer Schmelztemperatur von höchstens 120 °C.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Lötmaterial bereits vor dem Schritt C) auf die Anschlusselemente und/oder die Kontaktelemente aufgebracht . Zum Beispiel wird das
Lötmaterial dabei direkt auf die Anschlusselemente und/oder Kontaktelemente aufgebracht und dann mit einer
Antibenetzungsschicht überzogen
Gemäß zumindest eine Ausführungsform wird das Lötmaterial auf die Anschlusselemente und/oder die Kontaktelemente so
aufgebracht, dass das Lötmaterial die Anschlusselemente und/oder die Kontaktelemente vollständig überdeckt und jeweils lateral überragt. Das heißt, die von dem Lötmaterial überdeckte Fläche ist größere als die von dem überdeckten Anschlusselement oder Kontaktelement eingenommene Fläche. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt C) das Lötmaterial aufgeschmolzen, wobei sich das Lötmaterial dabei auf die Anschlusselemente und/oder die Kontaktelemente zurückzieht, sodass eine laterale Ausdehnung des Lötmaterials abnimmt und eine Ausdehnung des Lötmaterials senkrecht zur Oberseite und/oder Montageseite zunimmt.
Vor dem Aufschmelzen des Lötmaterials sind die
Anschlusselemente und die zugehörigen Kontaktelemente
bevorzugt noch nicht elektrisch miteinander verbunden. Erst durch das Aufschmelzen des Lötmaterials und der damit
einhergehenden Zunahme dessen Ausdehnung senkrecht zur
Oberseite und/oder Montageseite kommt es zur elektrischen Verbindung zwischen den Elementen durch das Lötmaterial.
Insbesondere wird also so viel Lötmaterial auf die
Anschlusselemente und/oder Kontaktelemente aufgebracht, dass beim Aufschmelzen die Ausdehnung des Lötmaterials senkrecht zur Oberseite und/oder Montageseite derart vergrößert wird, dass das Lötmaterial die Kontaktelemente und die zugehörigen Anschlusselemente benetzt, ohne dass der im Schritt C) eingestellte Abstand zwischen dem Bauteil und dem
Anschlussträger verändert wird. Dass sich das Lötmaterial auf die Anschlusselemente und/oder die Kontaktelemente zurückzieht, kann dadurch erreicht werden, dass die Bereiche lateral neben den
Anschlusselementen und/oder Kontaktelementen schlechter mit dem verflüssigten Lötmaterial benetzbar sind als die
Anschlusselemente und/oder Kontaktelemente. Beispielsweise sind diese Bereiche durch ein keramisches Material gebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei dem Verfahren der Anschlussträger mit einer Mehrzahl von Bauteilen
bestückt. Dazu weist der Anschlussträger für jedes Bauteil eine eigene Einfangstruktur auf und jedes Bauteil weist an einer Montageseite eine Ausrichtstruktur auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt C) der Anschlussträger und die Bauteile in ein flüssiges
Transportmedium, wie Wasser oder Öl oder Silikonöl oder
Ethylenglykol , eingebracht. Das flüssige Transportmedium erlaubt eine freie Bewegung der Bauteile innerhalb des
Transportmediums. Anschließend können die Bauteile innerhalb des Transportmediums entlang der lateralen Ausdehnung des Anschlussträgers verteilt werden. Beispielsweise kann dies durch Rütteln des Anschlussträgers innerhalb des
Transportmediums erreicht werden.
Das Transportmedium weist beispielsweise eine Dichte zwischen einschließlich 0,8 g/crn-^ und 1,2 g /cm^ auf. Innerhalb des Transportmediums fallen die Bauteile auf den Anschlussträger. Aufgrund des Auftriebs innerhalb des Transportmediums treffen die Bauteile aber nur mit einer geringen Geschwindigkeit auf den Anschlussträger, was zu einer besonders schonenden
Aufbringung der Bauteile auf dem Anschlussträger führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Schritt C) die Fläche der Einfangstruktur vergrößert, sodass die Benetzungsflüssigkeit die vergrößerte Fläche der
Einfangstruktur benetzt und dadurch der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Anschlussträger automatisch reduziert wird.
Zum Vergrößern der Fläche der Einfangstruktur wird
beispielsweise eine Antibenetzungsschicht entfernt. Zum Beispiel wird die Einfangstruktur durch eine Metallstruktur gebildet, die vor dem Schritt C) teilweise von einer
Antibenetzungsschicht überdeckt ist. Der freiliegende, nicht überdeckte Bereich der Metallstruktur bildet zunächst die Einfangstruktur. Nach dem Schritt C) kann die
Antibenetzungsschicht entfernt werden, sodass die Fläche des freiliegenden Metalls und somit der Einfangstruktur
vergrößert wird. Die Benetzungsflüssigkeit kann dann die freigelegten Bereiche der Metallstruktur benetzen. Zum
Beispiel wird dazu die nach dem Schritt C) ausgehärtete
Benetzungsflüssigkeit erneut aufgeschmolzen. Alternativ kann die Benetzungsflüssigkeit aber auch die ganze Zeit seit
Durchführung des Schrittes C) flüssig geblieben sein. Wenn sich die Benetzungsflüssigkeit auf eine größere Fläche verteilt, sprich auf die vergrößerte Einfangstruktur, wird die Dicke der Benetzungsflüssigkeit zwischen dem Bauteil und dem Anschlussträger reduziert. Es wird also automatisch der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Anschlussträger
reduziert.
Darüber hinaus wird eine Vorrichtung angegeben. Die
Vorrichtung kann insbesondere mit dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Das heißt, sämtliche in
Verbindung mit dem Verfahren offenbarten Merkmale sind auch für die Vorrichtung offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Anschlussträger und ein elektronisches Bauteil. Der Anschlussträger weist an einer Oberseite eine Einfangstruktur sowie ein oder mehrere daneben angeordnete Anschlusselemente auf. Das Bauteil weist an einer Montageseite eine
Ausrichtstruktur sowie eine oder mehrere daneben angeordnete Kontaktelemente auf. Die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur liegen einander gegenüber und sind
miteinander über ein Benetzungsmaterial verbunden. Die
Kontaktelemente des Bauteils liegen den dazu passenden
Anschlusselementen gegenüber und sind mit diesen über ein Lötmaterial elektrisch leitend verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen in Draufsicht gesehen die Ausrichtstruktur und die Einfangstruktur
konzentrische geometrische Formen mit einer n-zähligen
Drehsymmetrie auf, wobei n > 1, insbesondere n = 1 oder n > 1 oder n > 2 oder n > 3, gilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Verteilung der Anschlusselemente auf dem Anschlussträger und/oder die Verteilung der Kontaktelemente an der Montageseite eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie auf, sodass jede die Ausrichtstruktur in sich selbst überführende Rotation des Bauteils um m-360°/n, mit m > 1, dazu führen würde, dass alle zur bestimmungsgemäßen elektrischen Kontaktierung des
Bauteils notwendigen Kontaktelemente passenden
Anschlusselementen gegenüberliegen .
Mit den in sich selbst überführenden Rotationen des Bauteils um m-360°/n ist vorliegend gemeint, dass bei einer solchen Rotation der Anschlussträger nicht mitrotiert wird, sondern fixiert bleibt. Nur das Bauteil soll rotiert werden.
Gemäß zumindest eine Ausführungsform handelt es sich bei dem Benetzungsmaterial um Lötmaterial, das sich von dem
Lötmaterial zwischen den Anschlusselementen und den
Kontaktelementen unterscheidet. Insbesondere ist das
Benetzungsmaterial ein niedrigschmelzendes Lötmaterial. Das Lötmaterial zwischen den Anschlusselementen und
Kontaktelementen ist beispielsweise hochschmelzend.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauteil angegeben. Das optoelektronische Bauteil ist insbesondere zur Verwendung in dem hier beschriebenen Verfahren geeignet. Alle im
Zusammenhang mit dem Verfahren offenbarten Merkmale sind daher auch für das optoelektronische Bauteil offenbart und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauteil eine Montageseite, eine
Ausrichtstruktur zur Montage des Bauteils und ein oder mehrere daneben angeordnete Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils. Im Bereich der Ausrichtstruktur ist das Bauteil mit einer Benetzungsflüssigkeit , wie einem flüssigen Metall, benetzbar. Im Bereich der neben der
Ausrichtstruktur angeordneten Kontaktelemente ist das Bauteil mit der Benetzungsflüssigkeit schlechter benetzbar als im Bereich der Ausrichtstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Ausrichtstruktur in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n-zähligen Drehsymmetrie auf, wobei n > 1,
insbesondere n = 1 oder n > 1 oder n > 2 oder n > 3, gilt. Die Verteilung der Kontaktelemente an der Montageseite weist eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie auf, sodass jede die Ausrichtstruktur in sich selbst überführende Rotation des Bauteils um m-360°/n dazu führt, dass alle Kontaktelemente in funktionsgleiche Kontaktelemente überführt werden.
Funktionsgleiche Kontaktelemente sind dabei solche
Kontaktelemente, die im bestimmungsgemäßen Betrieb die gleiche elektrische Funktion erfüllen. Funktionsgleiche Kontaktelemente sind beispielsweise Kontaktelemente, die identische Polaritäten aufweisen und mit demselben
Anschlusselement eines Anschlussträgers verbunden werden können.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren, eine hier beschriebene Vorrichtung sowie ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauteil unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche
Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1A bis 2B verschiedene Positionen in
Ausführungsbeispielen des Verfahrens,
Figuren 3A bis 3E Draufsichten auf Ausführungsbeispiele der Vorrichtung,
Figuren 4A bis 5D verschiedene Positionen von
Ausführungsbeispielen des Verfahrens,
Figuren 6A und 6B verschiedene Positionen in einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens. In Figur 1A ist eine Position des Verfahrens gezeigt, in der ein Anschlussträger 1 und zwei Bauteile 2 bereitgestellt sind. Der Anschlussträger 1 und die Bauteile 2 sind in Draufsicht auf eine Oberseite 13 des Anschlussträgers 1 und auf Montageseiten 23 der Bauteile 2 gezeigt.
Der Anschlussträger 1 ist in lateraler Richtung parallel zur Oberseite 13 in eine Mehrzahl von Anschlussbereiche
unterteilt, wobei die Grenzen zwischen benachbarten
Anschlussbereichen durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Jeder der Anschlussbereiche ist zur Montage eines
Bauteils 2 vorgesehen. In jedem Anschlussbereich weist der Anschlussträger 1 eine Einfangstruktur 10 zum Einfangen eines elektrischen Bauteils 2 sowie lateral daneben angeordnete Anschlusselemente 11, 12 zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils 2 auf. Die Einfangstruktur 10 und die Anschlusselemente 11, 12 bilden in Draufsicht gesehen jeweils eine zusammenhängende metallische Fläche. Die Einfangstruktur 10 und die
Anschlusselemente 11, 12 liegen in der Figur 1A an der
Oberseite 13 des Anschlussträgers 1 also frei. Die
Einfangstruktur 10 und die Anschlusselemente 11, 12 sind voneinander elektrisch isoliert.
Bei den dargestellten Bauteilen 2 handelt es sich vorliegend um LED-Halbleiterchips, insbesondere sogenannte Flip-Chips. Jedes Bauteil 2 weist auf der Montageseite 23 eine einzige Ausrichtstruktur 20 sowie zwei lateral daneben angeordnete Kontaktelemente 21, 22 auf. Die Ausrichtstruktur 20 und die daneben angeordneten Kontaktelemente 21, 22 bilden in
Draufsicht gesehen jeweils zusammenhängende, metallische Flächen, die an der Montageseite 23 frei liegen. Die
Ausrichtstruktur 20 ist von den Kontaktelementen 21, 22 elektrisch isoliert. Ferner ist in Figur 1A zu erkennen, dass die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 aneinander angepasste
geometrische Formen aufweisen. Vorliegend sind sowohl die Einfangstruktur 10 als auch die Ausrichtstruktur 20 als zueinander konzentrische Rechtecke ausgebildet.
In der Figur 1B ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem auf den Anschlussträger 1 im Bereich der
Anschlusselemente 11, 12 eine Antibenetzungsschicht 4 aufgebracht ist. Die Antibenetzungsschicht 4 basiert
beispielsweise auf Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder einem Polymer. Auf die Einfangstruktur 10 ist ein
Benetzungsmaterial 3 aufgebracht, das die Einfangstruktur 10 vollständig bedeckt und benetzt.
Auf die Kontaktelemente 21, 22 der Bauteile 2 ist ebenfalls eine Antibenetzungsschicht 4 aufgebracht.
In der Figur IC ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem der Anschlussträger 1 und die Bauteile 2 in ein
Transportmedium 6, zum Beispiel Wasser oder Öl, eingebracht sind. Innerhalb des Transportmediums 6 fallen die Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 hinunter. Durch die Auftriebskraft innerhalb des Transportmediums 6 fallen die Bauteile 2 dabei so langsam auf den Anschlussträger 1, dass sie beim
Auftreffen nicht beschädigt werden. Um die Bauteile 2 lateral, das heißt entlang der Haupterstreckungsrichtung des Anschlussträgers 1, zu verteilen, wird beispielsweise der Anschlussträger 1 gerüttelt.
Zusätzlich wird innerhalb des Transportmediums 6 das
Benetzungsmaterial 3 auf den Einfangstrukturen 10 soweit aufgeheizt, bis es sich verflüssigt. Auf den Einfangstrukturen 10 bildet sich also eine
Benetzungsflüssigkeit 3, die die Einfangstrukturen 10 benetzt . In Figur 1D ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem die Bauteile 2 mit dem Anschlussträger 1 über die
Benetzungsflüssigkeit 3 verbunden sind. Dabei benetzt die Benetzungsflüssigkeit 3 sowohl die Einfangstruktur 10 als auch die Ausrichtstruktur 20. Im Bereich der
Anschlusselemente 11, 12 und der Kontaktelemente 21, 22 sind der Anschlussträger 1 und das Bauteil 2 aufgrund der
Antibenetzungsschicht 4 nicht oder nur unwesentlich mit der Benetzungsflüssigkeit 3 bedeckt. Insbesondere ist eine signifikante Benetzung des Anschlussträgers 1 und der
Bauteile 2 nur im Bereich der Einfangstrukturen 10 und der Ausrichtstrukturen 20 gegeben. Das heißt, die Verbindung zwischen den Bauteilen 2 und dem Anschlussträger 1 erfolgt anfangs nur im Bereich der Einfangstrukturen 10 und der Ausrichtstrukturen 20 mittels der Benetzungsflüssigkeit 3.
Beim Hinunterfallen der Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 werden die Bauteile 2 durch die Benetzungsflüssigkeit 3 eingefangen und die Ausrichtstrukturen 10 werden von der Benetzungsflüssigkeit 3 benetzt. Das Bestreben der
Benetzungsflüssigkeit 3, ihre Oberflächen- und
Grenzflächenenergie zu minimieren, führt dazu, dass die
Bauteile 2 automatisch positioniert und ausgerichtet werden.
In der Figur IE ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem die Anschlusselemente 11, 12 mit den passenden
Kontaktelementen 21, 22 über ein Lötmaterial 5 verbunden sind. Dazu wurden zuvor die Antibenetzungsschichten 4 von den Anschlusselementen 11, 12 und Kontaktelementen 21, 22 abgelöst. Über das Lötmaterial 5 sind die Bauteile 2
elektrisch mit dem Anschlussträger 1 verbunden. Das
Lötmaterial 5 unterscheidet sich beispielsweise von dem
Material der Benetzungsflüssigkeit 3.
Das Lötmaterial 5 kann schon vor dem Aufbringen der Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 auf den Anschlusselementen 11, 12 und/oder den Kontaktelementen 21, 22 aufgebracht sein.
Nachdem die Antibenetzungsschicht 4 entfernt wurde, wurde das Lötmaterial 5 aufgeschmolzen und hat die Kontaktelemente 21, 22 und die passenden gegenüberliegenden Anschlusselemente 11, 12 benetzt. Durch das Aushärten des Lötmaterials 5 wurden die Bauteile 2 dann endgültig auf dem Anschlussträger 1 befestigt und elektrisch angeschlossen.
In der Figur 1F ist die so entstandene Vorrichtung 100 in Draufsicht gezeigt. Die Bauteile 2 sind durch die
gestrichelten Linien dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Bauteile 2 in zwei unterschiedlichen Orientierungen auf dem Anschlussträger 1 angeordnet sind. In jeder dieser
Orientierungen ist die Oberflächen- und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit 3 minimiert. Ferner sind in jeder dieser Orientierungen die Kontaktelemente 11, 12 der Bauteile 2 dazu passenden Anschlusselementen 21, 22 zugeordnet.
Die zwei möglichen Orientierungen der Bauteile 2 auf dem Anschlussträger 1 folgt aus der 2-zähligen Drehsymmetrie der Rechteckformen der Einfangstruktur 10 und der
Ausrichtstruktur 20. Die Anordnung der Anschlusselemente 11, 12 auf dem Anschlussträger 1 weist ebenfalls eine 2-zählige Drehsymmetrie auf. Dadurch ist sichergestellt, dass in jeder der möglichen Orientierungen des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 die Kontaktelemente 11, 12 passenden
Anschlusselementen 21, 22 gegenüberliegen.
In der Figur 2A ist eine Position eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens gezeigt, die auf die in der Figur 1D gezeigte Position folgen kann. Nach dem Entfernen der
Antibenetzungsschicht 4 von den Anschlusselementen wird das ausgehärtete Benetzungsmaterial 3 erneut erhitzt. Da das Antibenetzungsmaterial 4 entfernt ist, kann die
Benetzungsflüssigkeit 3 nun auch die Kontaktelemente 21, 22 und die Anschlusselemente 11, 12 benetzen. Die
Benetzungsflüssigkeit 3 verteilt sich daher in lateraler Richtung und benetzt die Kontaktelemente 21, 22 und
Anschlusselemente 11, 12. Dies kann durch Aufdrücken der Bauteile 2 auf den Anschlussträger 1 unterstützt werden.
Durch das Benetzen der Kontaktelemente 21, 22 und der
Anschlusselemente 11, 12 mit der Benetzungsflüssigkeit 3 wird ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktelementen 21, 22 und den Anschlusselementen 11, 12 hergestellt.
Eine darauffolgende Position des Verfahrens nach dem
Aushärten der Benetzungsflüssigkeit 3 ist in der Figur 2B gezeigt. Die Figur 2B zeigt ein Ausführungsbeispiel der fertigen Vorrichtung 100.
In der Figur 3A ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 in Draufsicht gezeigt. Das Bauteil 2 weist einen
quadratischen Querschnitt auf. Im Zentrum ist eine
quadratische Ausrichtstruktur 20 positioniert. Ein
Isolationsbereich trennt die Ausrichtstruktur 20 von den Kontaktelementen 11, 12. Bei den Kontaktelementen 12 handelt es sich zum Beispiel um Anoden, die entlang der Quadratseiten des Bauteils 2 zentriert sind. Die Kontaktelemente 11 in den Ecken des quadratischen Bauteils 2 bilden zum Beispiel
Kathoden . Der Anschlussträger 1 weist eine Oberseite 13 mit passenden Anschlusselementen 11, 12 sowie eine zu der Ausrichtstruktur 20 passende quadratische Einfangstruktur 10 auf. Die
Einfangstruktur 10 ist flächenmäßig größer als die
Ausrichtstruktur 20. Das Bauteil 2 ist derart auf dem
Anschlussträger 1 angeordnet, dass die Ausrichtstruktur 20 und die Einfangstruktur 10 konzentrisch übereinander liegen. Diese Orientierung des Bauteils 2 bezüglich des
Anschlussträgers 1 ergibt sich bei dem hier beschriebenen Verfahren automatisch, da in dieser Orientierung die
Oberflächen- und Grenzflächenenergie der zwischen der
Einfangstruktur 10 und der Ausrichtstruktur 20 angeordneten Benetzungsflüssigkeit 3 am geringsten ist.
Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 weisen eine 4-zählige Drehsymmetrie auf, sodass das Bauteil 2 in vier energetisch gleichwertigen, möglichen Orientierungen auf dem Anschlussträger 1 automatisch ausgerichtet werden kann. Die Anordnung der Kontaktelemente 21, 22 auf dem Bauteil 2 weist eine entsprechende 4-zählige Drehsymmetrie auf, sodass jede Rotation des Bauteils um m-90°, wobei m eine ganze Zahl ist, die Kontaktelemente 21, 22 in funktionsgleiche
Kontaktelemente überführt. Nach jeder dieser Drehungen sind zur Kontaktierung des Bauteils 2 notwendige Kontaktelemente 21, 22 gegenüber passenden Anschlusselementen 11, 12
angeordnet.
Die Vorrichtung 100 der Figur 3A wird beispielsweise wie folgt hergestellt. In einem ersten Schritt wird ein Bauteil 2 in Form einer Lumineszenzdiode (LED) in Flip-Chip- Konfiguration mit einem quadratischen Querschnitt von 1 mm^ bereitgestellt. Im Zentrum der Montageseite 23 ist eine quadratische, vergoldete Ausrichtstruktur 20 mit zirka 0,6 mm Seitenlänge angeordnet. 125 ym breite Isolationsbereiche aus S13N4 trennen die Ausrichtstruktur 20 von den vergoldeten
Kontaktelementen 21, 22. Die Kontaktelemente 21, 22 sind zum Beispiel 200 ym lang und 75 ym breit. Auf den
Kontaktelementen 21, 22 ist eine zirka 200 nm dicke
Antibenetzungsschicht 4 aus hydrogeniertem amorphem Silizium (a-Si:H) aufgebracht.
In einem weiteren Schritt wird ein Anschlussträger 1 mit Anschlusselementen 11, 12 und einer Einfangstruktur 10 bereitgestellt. Auf die Anschlusselemente 11, 12 ist ein Lötmaterial 5 in Form eines lötbaren Metallstapels
aufgebracht. Bei dem Metallstapel handelt es sich um einen Zinn-Silber-Stapel von zirka 15 ym Dicke. Der Metallstapel bedeckt die Anschlusselemente 11, 12 vollständig. Auf dem Anschlussträger 1 ist im Bereich der Einfangstruktur 10 ein Benetzungsmaterial 3 von 20 ym Dicke aufgebracht. Bei dem Benetzungsmaterial 3 handelt es sich um eine eutektische Galn-Legierung, die bereits bei Zimmertemperatur flüssig ist.
In einem nächsten Schritt werden mehrere der Bauteile 2 und der Anschlussträger 1 in ein Transportmedium 6 in Form von
Propylenglykol eingetaucht, das mit Flussmittel versetzt ist, um dem Vergrätzen der Galn-Schmelze entgegenzuwirken.
Agitation lässt in kurzer Zeit jede Einfangstruktur 10 des
Anschlussträgers 1 ein Bauteil 2 einfangen. Anschließend wird der Anschlussträger 1 mit den aufgebrachten Bauteilen 2 wieder aus dem Transportmedium 6 herausgenommen. Daraufhin wird die Antibenetzungsschicht 4 abgeätzt. Anschließend wird in einem Umschmelzschritt das Lötmaterial 5 bei zirka 260 °C verflüssigt. Dabei zieht sich die Schmelze des Lötmaterials 5 auf die Anschlusselemente 11, 12 zusammen und benetzt gleichzeitig die gegenüberliegenden
Kontaktelemente 21, 22. Nach dem Abkühlen und Erstarren des Lötmaterials 5 ist das Bauteil 2 auf dem Anschlussträger 1 fixiert .
In der Figur 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 gezeigt. Das Bauteil 2 ist zum Beispiel ein lineares LED-Bildelement mit einer Länge von zirka 0,8 mm und einer Breite von zirka 0,4 mm. Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 haben konzentrische geometrische Formen mit einer 2-zähligen Drehsymmetrie. Der Anschlussträger 1 und das Bauteil 2 weisen Anschlusselemente 11, 12 und
Kontaktelemente 21, 22 auf, die mit einer ebenfalls 2- zähligen Drehsymmetrie angeordnet sind. Auf diese Weise ist wiederum erreicht, dass in jeder energetisch gleichwertigen, möglichen Orientierung des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 die zum bestimmungsgemäßen Betrieb des Bauteils 2
notwendigen Kontaktelemente 21, 22 passenden
Anschlusselemente 11, 12 gegenüberliegen. Die Vorrichtung 100 kann wie die Vorrichtung 100 der Figur 3A hergestellt werden. In der Figur 3C ist eine Vorrichtung 100 gezeigt, bei der die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 jeweils keine Drehsymmetrie beziehungsweise eine 1-zählige Drehsymmetrie aufweisen. Das heißt, die Einfangstruktur 10 und die
Ausrichtstruktur 20 können nur durch eine Drehung von 360° deckungsgleich ineinander abgebildet werden. Entsprechend weist die Anordnung der Kontaktelemente 21, 22 auf dem
Bauteil 2 und der Anschlusselemente 11, 12 auf dem
Anschlussträger 1 auch keine Drehsymmetrie auf, da bei der Minimierung der Oberflächen- und Grenzflächenenergie der Benetzungsflüssigkeit 3 nur eine mögliche Orientierung des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 automatisch eingenommen werden kann.
In der Figur 3D ist weiteres Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung 100 in Draufsicht gezeigt. Bei dem Bauteil 2 handelt es sich wieder um ein LED-Bildelement, das eine rote, eine grüne und eine blaue Leuchtfläche umfasst. Drei der nötigen vier Kontaktelemente 21, 22 sind entlang des Umfangs des Bauteils 2 angebracht. Jedes dieser drei Kontaktelemente 21 dient beispielsweise zur Bestromung einer anderen
Leuchtfläche. Ein viertes Kontaktelement 22, das den
Gegenkontakt zu den drei anderen Kontaktelementen 21 bildet, bildet gleichzeitig die Ausrichtstruktur 20 des Bauteils 2. Entsprechend bildet die Einfangstruktur 10 des
Anschlussträgers 1 ein passendes Anschlusselement 12. Zu den übrigen drei Kontaktelementen 21 sind passende
Anschlusselemente 11 auf dem Anschlussträger 1 vorgesehen. Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 haben wiederum eine 1-zählige Drehsymmetrie.
Die Vorrichtung 100 der Figur 3D wird beispielsweise wie folgt hergestellt. Als Benetzungsmaterial 3 wird eine
eutektische Wismut-Indium Legierung verwendet. Dazu wird zunächst auf die Einfangstruktur 10 eine zirka 2 ym dicke Schicht aus der Wismut-Indium-Legierung mit zirka 20 % geringerem Flächeninhalt als die Einfangstruktur 10
aufgebracht. Als Lötmaterial 5 ist auf den übrigen
Anschlusselementen 11 ein zirka 1,5 ym hoher Ti/Pt/Ti-Stapel vorgesehen. Als Antibenetzungsschicht 4 wird eine zirka 300 nm dicke Photolackschicht verwendet. Zum Aufschmelzen des Benetzungsmaterials 3 werden die
Bauteile 2 und der Anschlussträger 1 in Ethylenglykol bei 90 °C eingetaucht. Dem Ethylenglykol ist ein Reduktionsmittel beigemengt, um ein Vergrätzen zu verhindern. Nach dem
automatischen Einfangen und Ausrichten des Bauteils 2 auf dem Anschlussträger 1 wird die Antibenetzungsschicht 4 entfernt. Anschließend wird das Bauteil 2 bei zirka 200 °C auf den Anschlussträger 1 aufgepresst, um die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen 21 und den passenden
Anschlusselementen 11 über das aufgeschmolzene Lötmaterial 5 herzustellen. Dabei verringert sich der Abstand des Bauteils 2 zu dem Anschlussträger 1 von anfangs zirka 2 ym zu zirka 1 , 5 ym. In der Figur 3E ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung 100 gezeigt, die im Wesentlichen der Vorrichtung 100 der Figur 3D entspricht. Anders als in Figur 3D sind die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 tropfenförmig ausgebildet. Auch mit dieser geometrischen Form weisen die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 eine 1-zählige Drehsymmetrie auf.
Die Vorrichtung 100 der Figur 3E wird beispielsweise wie folgt hergestellt. Als Benetzungsmaterial 3 wird eine Zinn- Silber-Kupfer-Legierung verwendet, die zunächst mit zirka 2 ym Dicke auf die Einfangstruktur 10 aufgebracht ist und einen zirka 20 % größeren Flächeninhalt als die Einfangstruktur 10 aufweist. Die Kontaktelemente 21, 22 und die
Anschlusselemente 11, 12 sind vergoldet oder bestehen aus Gold. Auf die neben der Einfangstruktur 10 und
Ausrichtstruktur 20 angeordneten Anschlusselemente 11 und Kontaktelemente 21 ist kein zusätzliches Lötmaterial
aufgebracht. Die Kontaktelemente 21 und die Anschlusselemente - as - ii neben der Ausrichtstruktur 20 und der Einfangstruktur 10 sind mit einer zirka 100 nm dicken Antibenetzungsschicht 4 aus PECVD-SiN überzogen. Zum Aufschmelzen des Benetzungsmaterials 3 zu der
Benetzungsflüssigkeit 3 werden der Anschlussträger 1 und das Bauteil 2 in Silikonöl bei zirka 240 °C getaucht. Dem
Silikonöl ist ein Reduktionsmittel beigemengt. Dabei reagiert die Sn-Schmelze der Benetzungsflüssigkeit 3 mit dem Au der Einfangstruktur 10 zu einer goldreichen AuSn-Legierung, in der das Ag und Cu aus dem anfänglichen Benetzungsmaterial 3 gelöst sind. Die Solidustemperatur dieser Schmelze liegt oberhalb von 320 °C. Nach dem automatischen Einfangen und Ausrichten des Bauteils 2 wird das Antibenetzungsschicht 4 entfernt und das Bauteil 2 auf zirka 300 °C erhitzt, um AuSn-Depots auf der
Einfangstruktur 10 beziehungsweise der Ausrichtstruktur 20, die seitlich über die Einfangstruktur 10 beziehungsweise Ausrichtstruktur 20 hinaus ragen, aufzuschmelzen. Diese
Depots ballen sich dann zusammen und benetzen die neben der Einfangstruktur 10 und Ausrichtstruktur 20 angeordneten
Anschlusselemente 11 und Kontaktelemente 21, so wie es beispielsweise in den Figuren 2A und 2B dargestellt ist. Das Lötmaterial 5 zwischen den Anschlusselementen 11 und den
Kontaktelementen 22 wird also dann durch das Material dieser Depots gebildet.
In Figur 4A ist wieder eine Position eines
Ausführungsbeispiels des Verfahrens gezeigt, bei dem ein Bauteil 2 mit einer Ausrichtstruktur 20 und drei lateral neben der Ausrichtstruktur 20 angeordneten Kontaktelementen 21 bereitgestellt ist. Die Ausrichtstruktur 20 dient gleichzeitig als ein Kontaktelement 22, beispielsweise als Kathode 22. Die daneben angeordneten Kontaktelemente 21 dienen beispielsweise als Anoden für unterschiedliche
Leuchtflächen, beispielsweise einer ersten roten 24, einer zweiten grünen 25 und einer dritten blauen 26 Leuchtfläche des Bauteils 2.
Die Figuren 4B und 4C zeigen das Bauteil 2 in
Querschnittsansicht. Zu erkennen ist, dass die Anoden 21 jeweils mit einer Antibenetzungsschicht 4 überzogen sind. Im Bereich der Einfangstruktur 20 ist die Kathode 22 dagegen frei von der Antibenetzungsschicht 4.
In der Figur 4D ist eine Position des Verfahrens gezeigt, bei dem ein Anschlussträger 1 bereitgestellt ist. Der
Anschlussträger 1 umfasst zwei Anschlussbereiche, die jeweils zum Einfang eines Bauteils 2 vorgesehen sind. In jedem
Anschlussbereich ist eine Einfangstruktur 10 vorgesehen, die vorliegend durch ein viertes Anschlusselement 12 zur
Injektion von Elektronen in das Bauteil 2 gebildet ist.
Ferner sind lateral benachbart zu der Einfangstruktur 10 drei gegenpolige Anschlusselemente 11, nämlich ein erstes 14, ein zweites 15 und ein drittes 16 Anschlusselement, vorgesehen, die zur Aufnahme von Elektronen aus dem Bauteil 2
eingerichtet sind. Das erste Anschlusselement 14 dient beispielsweise zur Bestromung der ersten Leuchtfläche 24, das zweite Anschlusselement 15 zur Bestromung der zweiten
Leuchtfläche 25 und das dritte Anschlusselement 16 zur
Bestromung der dritten Leuchtfläche 26.
Die Einfangstruktur 10 und die Ausrichtstruktur 20 weisen eine rechteckige, also 2-zählige, Drehsymmetrie auf.
Entsprechend findet sich zu der zur Kontaktierung des Bauteils 2 notwendigen Gruppe aus Anschlusselementen 11, 12, 14, 15, 16 eine funktionsgleiche Gruppe von
Anschlusselementen 11, 12, 14, 15, 16, die bei einer die Einfangstruktur 10 in sich selbst überführenden Rotation um 180° deckungsgleich ineinander überführt werden.
Die Figur 4E zeigt eine Position des Verfahrens, bei dem die Bauteile 2 bereits auf den Anschlussträger 1 aufgebracht sind, sodass die Vorrichtung 100 gebildet ist. Zu sehen ist, dass das Bauteil 2 mit zwei hinsichtlich der Oberflächen- und Grenzflächenenergie des Benetzungsmaterials 3 energetisch gleichwertigen Orientierungen auf dem Anschlussträger 1 montiert werden. In jeder der Orientierungen ist das Bauteil 2 bestimmungsgemäß kontaktierbar, sodass die Leuchtflächen 24, 25, 26 von den passenden Anschlusselementen 14, 15, 16 auf dem Anschlussträger 1 bestromt werden.
In den Figuren 5A bis 5D sind verschiedene Positionen des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung 100 der Figur 4E in Querschnittsansicht gezeigt.
In der Figur 5A ist zunächst zu sehen, dass auf die
Einfangstruktur 10 des Anschlussträgers 1 ein
Benetzungsmaterial 3 aufgebracht ist. Beispielsweise liegt das Benetzungsmaterial 3 zunächst in einem festen
Aggregatzustand vor. Bei dem Benetzungsmaterial 3 handelt es sich beispielsweise um eine SnAgCu- oder SnCu- oder AuSn- Legierung . Ferner sind sowohl die Anschlusselemente 11 auf dem
Anschlussträger 1 als auch die Kontaktelemente 21 auf dem Bauteil 2 mit einer Antibenetzungsschicht 4 versehen, die ein Benetzen mit dem flüssigen Benetzungsmaterial 3, sprich der Benetzungsflüssigkeit 3, verhindern soll. Die
Antibenetzungsschicht 4 besteht beispielsweise aus Zinkoxid oder Siliziumoxid. Zwischen der Antibenetzungsschicht 4 und den Anschlusselementen 11 ist ein Lötmaterial 5 angeordnet. Bei dem Lötmaterial 5 handelt es sich insbesondere um eine Metalllegierung .
Ebenso ist in Figur 5A zu erkennen, dass die Einfangstruktur 10 durch die freiliegende metallische Fläche des
Anschlusselements 12 gebildet ist. Die Form dieser
freiliegenden Fläche unterscheidet sich aber von der Form des Anschlusselements 12, weil einige Bereiche des
Anschlusselements 12 ebenfalls von der Antibenetzungsschicht 4 überdeckt sind. Die Einfangstruktur 10 ist also nur durch den nicht von der Antibenetzungsschicht 4 überdeckten Bereich des Anschlusselements 12 gebildet. Entsprechendes gilt für das Kontaktelement 22 beziehungsweise die Ausrichtstruktur 20. In der Position der Figur 5B ist gezeigt, wie das
Benetzungsmaterial 3 aufgeschmolzen wurde, so dass sich eine Benetzungsflüssigkeit 3 bildet und das Bauteil 2 auf dem Anschlussträger 1 montiert ist. Die Benetzungsflüssigkeit 3 fängt das Bauteil 2 ein und benetzt wohl die Ausrichtstruktur 20 als auch die Einfangstruktur 10. Durch die Minimierung der Oberflächen -und Grenzflächenenergie der
Benetzungsflüssigkeit 3 wird das Bauteil 2 auf dem
Anschlussträger 1 ausgerichtet. Die Kontaktelemente 21 und Anschlusselemente 11 neben der Ausrichtstruktur 20 und der Einfangstruktur 10 bleiben aufgrund der Antibenetzungsschicht 4 von der Benetzungsflüssigkeit 3 unbenetzt. In der Figur 5C ist eine Position des Verfahrens gezeigt, bei der die Antibenetzungsschicht 4 beispielsweise durch Ätzen entfernt ist. Das Lötmaterial 5 auf den Anschlusselementen 11 ist dadurch freigelegt. Zuvor wurde beispielsweise die
Benetzungsflüssigkeit 3 wieder ausgehärtet.
Durch das Entfernen der Antibenetzungsschicht 4 wird die Fläche der Einfangstruktur 10 vergrößert. Die vom
Benetzungsmaterial 3 bedeckte Fläche der Einfangstruktur 10 ist daher deutlich kleiner als die Einfangstruktur 10.
In der Figur 5D ist eine Position des Verfahrens gezeigt, bei dem durch Aufschmelzen des Lötmaterials 5 und des
Benetzungsmaterials 3 die Anschlusselemente 11 mit den passenden Kontaktelementen 21 des Bauteils 2 elektrisch leitend verbunden sind. Die elektrische Kontaktierung des Bauteils 2 ist also durch das Lötmaterial 5 zwischen den Kontaktelementen 21 und den Anschlusselementen 11 und durch das Benetzungsmaterial 3 zwischen dem Kontaktelement 22 und dem Anschlusselement 12 hergestellt. Durch das Aufschmelzen des Benetzungsmaterials 3 hat sich die Benetzungsflüssigkeit 3 auf der nun größeren Einfangstruktur 10 ausgebreitet. Die Dicke der Benetzungsflüssigkeit 3 hat sich dabei reduziert, was den Abstand zwischen Anschlussträger 1 und Bauteil 2 ohne äußere Krafteinwirkung reduziert hat. Als der Abstand klein genug geworden ist, konnte das Bauteil 2 an den
Kontaktelementen 21 von dem flüssigen Lötmaterial 5 benetzt werden . In den Figuren 6A und 6B sind zwei Positionen in einem
Ausführungsbeispiel des Verfahrens gezeigt, nachdem das
Bauteil 2 auf dem Anschlussträger 1 eingefangen wurde. Das Bauteil 2 ist mit dem Anschlussträger 1 über das Benetzungsmaterial 3 verbunden. Das Benetzungsmaterial 3 ist zum Beispiel ausgehärtet. Der Abstand zwischen dem Bauteil 2 und dem Anschlussträger 1 ist durch das Volumen des
Benetzungsmaterials 3 vorgegeben.
In der Figur 6A ist zu erkennen, dass auf den
Anschlusselementen 11, 12 jeweils ein Lötmaterial 5
aufgebracht ist. Das Lötmaterial 5 überdeckt die
Anschlusselemente 11, 12 jeweils vollständig und überragt die Anschlusselemente 11, 12 lateral. Das Lötmaterial 5 ist jeweils wieder von einer Antibenetzungsschicht 4 überzogen.
In der Figur 6B ist die Antibenetzungsschicht 4 entfernt. Zudem ist das Lötmaterial 5 aufgeschmolzen. Vorliegend ist die Benetzbarkeit des Anschlussträgers 1 im Bereich lateral neben den Anschlusselementen 11, 12 kleiner als die der Anschlusselemente 11, 12, sodass sich das flüssige
Lötmaterial 5 auf die Anschlusselemente 11, 12 zurückgezogen hat, entsprechend seine laterale Ausdehnung verringert hat und dafür dessen Ausdehnung senkrecht zur Oberseite 13 zugenommen hat. Dadurch ist das Lötmaterial 5 in Kontakt zu den Kontaktelementen 21, 22 gekommen und hat diese benetzt. So kann eine elektrische Verbindung zwischen den
Kontaktelementen 21, 22 und den zugehörigen
Anschlusselementen 11, 12 hergestellt werden, ohne dass der Abstand der Bauteile 2 zu dem Anschlussträger 1 nochmal nachjustiert werden muss.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2017 113 094.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugs zeichenliste
1 Anschlussträger
2 Bauteil
3 Benetzungsflüssigkeit/Benetzungsmaterial
4 Antibenetzungsschicht
5 Lötmaterial
10 Einfangstruktur
11 Anschlusselement
12 Anschlusselement
13 Oberseite
14 Anschlusselement
15 Anschlusselement
16 Anschlusselement
20 Ausrichtstruktur
21 Kontaktelement
22 Kontaktelement
23 Montageseite
24 Leuchtfläche
25 Leuchtfläche
26 Leuchtfläche
100 Vorrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum selbstj ustierten Bestücken eines
Anschlussträgers (1) mit einem Bauteil (2), umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen eines Anschlussträgers (1), der an einer Oberseite (13) eine Einfangstruktur (10) zum Einfangen des Bauteils (2) sowie ein oder mehrere neben der Einfangstruktur (10) angeordnete Anschlusselemente (11, 12) zur elektrischen Kontaktierung des Bauteils (2) aufweist;
B) Bereitstellen eines Bauteils (2), das an einer
Montageseite (23) eine Ausrichtstruktur (20) sowie ein oder mehrere neben der Ausrichtstruktur (20) angeordnete
Kontaktelemente (21, 22) zur elektrischen Verbindung mit den Anschlusselementen (11, 12) aufweist;
C) Verbinden des Bauteils (2) mit dem Anschlussträger (1) über eine Benetzungsflüssigkeit (3) , wobei die
Einfangstruktur (10) und die Ausrichtstruktur (20) von der Benetzungsflüssigkeit (3) benetzt werden und die Minimierung der Oberflächenenergie und Grenzflächenenergie der
Benetzungsflüssigkeit (3) zur Fixierung und automatischen Ausrichtung des Bauteils (2) auf dem Anschlussträger (1) genutzt wird; wobei
- der Anschlussträger (1) und das Bauteil (2) im Bereich der Einfangstruktur (10) und der Ausrichtstruktur (20) eine höhere Benetzbarkeit mit der Benetzungsflüssigkeit (3) aufweisen als im Bereich der daneben angeordneten
Anschlusselemente (11, 12) und Kontaktelemente (21, 22), sodass die automatische Ausrichtung des Bauteils (2) auf dem Anschlussträger (1) durch die geometrischen Formen der
Einfangstruktur (10) und der Ausrichtstruktur (20) bestimmt wird, - die geometrische Form der Ausrichtstruktur (20) derart an die geometrische Form der Einfangstruktur (10) angepasst ist, dass das Bauteil (2) automatisch in eine vorbestimmte Position und eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des Anschlussträgers (1) ausgerichtet wird,
- die Anordnung der Kontaktelemente (21, 22) bezüglich der Ausrichtstruktur (20) und die Anordnung der
Anschlusselemente (11, 12) bezüglich der Einfangstruktur (10) derart gewählt sind, dass nach der automatischen
Ausrichtung des Bauteils (2) die Kontaktelemente (21, 22) gegenüber passenden Anschlusselementen (11, 12) liegen,
- vor dem Schritt C) jedes neben der Ausrichtstruktur (20) angeordnete Kontaktelement (21, 22) und/oder jedes neben der Einfangstruktur (10) angeordnete Anschlusselement (11, 12) mit einer Antibenetzungsschicht (4) bedeckt wird, um ein Benetzen des Bauteils (2) im Bereich dieser
Kontaktelemente (21, 22) und/oder ein Benetzen des
Anschlussträgers (1) im Bereich dieser Anschlusselemente (11, 12) zu verhindern.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei das Bauteil (2) eine einzige, zusammenhängende
Ausrichtstruktur (20) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- nach dem Schritt C) die Antibenetzungsschicht (4) wieder von den Kontaktelementen (21, 22) und/oder den
Anschlusselementen (11, 12) entfernt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Benetzungsflüssigkeit (3) ein flüssiges Metall ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Benetzungsflüssigkeit (3) im Schritt C) eine
Oberflächenenergie von zumindest 150 mJ/m^ aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) in Draufsicht konzentrische oder kongruente geometrische Formen aufweisen.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) konzentrische geometrische Formen aufweisen und die in
Draufsicht gesehene Fläche der Einfangstruktur (10) höchstens 20 % größer oder höchstens 20 % kleiner als die Fläche der Ausrichtstruktur (20) ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Einfangstruktur (10) und/oder die Ausrichtstruktur (20) in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n- zähligen Drehsymmetrie aufweisen, sodass das Bauteil (2) im Schritt C) n unterschiedliche Orientierungen bezüglich des Anschlussträgers (1) automatisch einnehmen kann,
- die Verteilung der Anschlusselemente (11, 12) auf dem
Anschlussträger (1) und/oder die Verteilung der
Kontaktelemente (21, 22) auf dem Bauteil (2) eine
entsprechende n-zählige Drehsymmetrie aufweisen, sodass in jeder der n unterschiedlichen Orientierungen die zur
bestimmungsgemäßen Kontaktierung notwendigen Kontaktelemente (21, 22) des Bauteils (2) passenden Anschlusselementen (11, 12) des Anschlussträgers (1) gegenüberliegen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei - der Anschlussträger (1) und/oder das Bauteil (2) eine oder mehrere redundante Anschlusselemente (11, 12) und/oder eine oder mehrere redundante Kontaktelemente (21, 22) aufweisen,
- die redundanten Anschlusselemente (11, 12) und/oder die redundanten Kontaktelemente (21, 22) nach der automatischen Ausrichtung keinem Kontaktelement oder Anschlusselement gegenüberliegen .
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Einfangstruktur (10) und die Ausrichtstruktur (20) in Draufsicht jeweils eine geometrische Form ohne
Drehsymmetrie aufweisen, sodass das Bauteil (2) im Schritt C) nur genau eine vorbestimmte Orientierung bezüglich des
Anschlussträgers (1) automatisch einnehmen kann.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einfangstruktur (10) und/oder die Ausrichtstruktur (20) elektrisch isoliert sind von elektrisch funktionellen Komponenten des Anschlussträgers (1) und des Bauteils (2) .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei
- ein Anschlusselement (11, 12) des Anschlussträgers (1) die Einfangstruktur (10) bildet oder aufweist,
- ein Kontaktelement (21, 22) des Bauteils (2) die
Ausrichtstruktur (20) bildet oder aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Schritt C) in einem Schritt D) die neben der Ausrichtstruktur (20) angeordneten Kontaktelemente (21, 22) mit den gegenüberliegenden, passenden Anschlusselementen (11, 12) über ein Lötmaterial (5) elektrisch leitend verbunden werden .
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei das Lötmaterial (5) zwischen zumindest einem neben der Ausrichtstruktur (20) angeordneten Kontaktelement (21) und einem dazu passenden Anschlusselement (11) durch ein von der Benetzungsflüssigkeit (3) verschiedenes Lötmaterial (5) gebildet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei
- das Lötmaterial (5) bereits vor dem Schritt C) auf die Anschlusselemente (11, 12) und/oder die Kontaktelemente (21, 22) aufgebracht wird,
- das Lötmaterial (5) so aufgebracht wird, dass es die
Anschlusselemente (11, 12) und/oder die Kontaktelemente (21, 22) vollständig überdeckt und jeweils lateral überragt, - nach dem Schritt C) das Lötmaterial (5) aufgeschmolzen wird, wobei sich das Lötmaterial (5) dabei auf die
Anschlusselemente (11, 12) und/oder die Kontaktelemente (21, 22) zurückzieht, sodass eine laterale Ausdehnung des
Lötmaterials (5) abnimmt und eine Ausdehnung des Lötmaterials (5) senkrecht zur Oberseite (13) und/oder Montageseite (23) zunimmt .
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Anschlussträger (1) mit einer Mehrzahl von
Bauteilen (2) bestückt wird, wobei
- der Anschlussträger (1) für jedes Bauteil (2) eine eigene Einfangstruktur (10) aufweist,
- jedes Bauteil (2) an einer Montageseite (23) eine
Ausrichtstruktur (20) aufweist,
wobei im Schritt C)
- der Anschlussträger (1) und die Bauteile (2) in ein
flüssiges Transportmedium (6) eingebracht werden, welches eine freie Bewegung der Bauteile (2) innerhalb des Transportmediums (6) zulässt,
- die Bauteile (2) innerhalb des Transportmediums (6) entlang der lateralen Ausdehnung des Anschlussträgers (1) verteilt werden.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- nach dem Schritt C) die Fläche der Einfangstruktur (10) vergrößert wird, sodass die Benetzungsflüssigkeit (3) die vergrößerte Fläche der Einfangstruktur (10) benetzt und dadurch der Abstand zwischen dem Bauteil (2) und dem
Anschlussträger (1) automatisch reduziert wird.
18. Vorrichtung (100), umfassend
- einen Anschlussträger (1);
- ein elektronisches Bauteil (2), wobei
- der Anschlussträger (1) an einer Oberseite (13) eine
Einfangstruktur (10) sowie ein oder mehrere daneben
angeordnete Anschlusselemente (11, 12) aufweist,
- das Bauteil (2) an einer Montageseite (23) eine
Einfangstruktur (10) sowie ein oder mehrere daneben
angeordnete Kontaktelemente (21, 22) aufweist,
- die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) einander gegenüberliegen und miteinander über ein
Benetzungsmaterial (3) verbunden sind,
- die Kontaktelemente (21, 22) den dazu passenden
Anschlusselementen (11, 12) gegenüberliegen und mit diesen über ein Lötmaterial (5) elektrisch verbunden sind,
- als Lötmaterial (5) das Benetzungsmaterial (3) verwendet ist,
- die Ausrichtstruktur (20) und die Einfangstruktur (10) in Draufsicht gesehen konzentrische geometrische Formen mit einer n-zähligen Drehsymmetrie aufweisen, wobei n > 1 gilt, - die Verteilung der Anschlusselemente (11, 12) auf dem
Anschlussträger (1) und/oder die Verteilung der
Kontaktelemente (21, 22) an der Montageseite (23) eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie aufweisen, sodass jede die Ausrichtstruktur (20) in sich selbst überführende
Rotation des Bauteils (2) um m-360°/n dazu führen würde, dass alle zur bestimmungsgemäßen elektrischen Kontaktierung des Bauteils (2) notwendigen Kontaktelemente (11, 12) passenden Anschlusselementen (21, 22) gegenüberliegen.
19. Optoelektronisches Bauteil (2), umfassend
- eine Montageseite (23), eine Ausrichtstruktur (20) zur Montage des Bauteils (2) und ein oder mehrere daneben
angeordnete Kontaktelemente (21, 22) zur elektrischen
Kontaktierung des Bauteils (2), wobei
- das Bauteil (2) im Bereich der Ausrichtstruktur (20) mit einer Benetzungsflüssigkeit (3) benetzbar ist,
- das Bauteil (2) im Bereich der neben der Ausrichtstruktur (20) angeordneten Kontaktelemente (21, 22) mit der
Benetzungsflüssigkeit (3) schlechter benetzbar ist als im Bereich der Ausrichtstruktur (20), wobei dazu auf die
Kontaktelemente (21, 22) eine Antibenetzungsschicht (4) aufgebracht ist.
20. Optoelektronisches Bauteil (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- die Ausrichtstruktur (20) in Draufsicht gesehen eine geometrische Form mit einer n-zähligen Drehsymmetrie
aufweist, wobei n > 1,
- die Verteilung der Kontaktelemente (21, 22) an der
Montageseite (23) eine entsprechende n-zählige Drehsymmetrie aufweisen, sodass jede die Ausrichtstruktur (20) in sich selbstüberführende Rotation des Bauteils (2) um m-360°/n dazu führt, dass alle Kontaktelemente (21, 22) in funktionsgleiche Kontaktelemente (21, 22) überführt werden.
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