DE102018002958B4

DE102018002958B4 - Device and method for connecting a semiconductor component to a conductor structure located on a substrate

Info

Publication number: DE102018002958B4
Application number: DE102018002958.2A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Monser
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: DE102018002958A1

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Verbinden eines Halbleiterbauteils (HB) mit einer auf einem Substrat (S) befindlichen Leiterstruktur (LS) umfasst:- eine Substrat-Fördereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, das Substrat (S) mit der Leiterstruktur (LS) und einem auf Anschlussflecken (AF) der Leiterstruktur (LS) ausgerichteten Halbleiterbauteil (HB) in eine Bearbeitungszone (20) der Vorrichtung (100) hinein und heraus zu fördern;- einen Substrat-Auflagebereich (22) und ein Thermoden-Element (30) in der Bearbeitungszone (20), wobei der Substrat-Auflagebereich (22) und das Thermoden-Element (30) dazu eingerichtet sind, das Substrat (S) und das Halbleiterbauteil (HB) gegeneinander zu drücken, die sich zwischen ihnen befinden,- einen Hub-Antrieb (40), um das Thermoden-Element (30) auf den Substrat-Anlagebereich (22) zu und von diesem weg zu bewegen, wobei das Thermoden-Element (30) mittels eines Exzentergetriebes (42) mit dem Hub-Antrieb (40) gekoppelt ist,- einen Stempel (32) des Thermoden-Elements (30), wobei der Stempel (32) dazu eingerichtet ist, in der Bearbeitungszone (20) zumindest abschnittweise mit dem dort befindlichen Halbleiterbauteil (HB) in und außer Eingriff zu kommen; und- eine elektrische Stromquelle, die zum Bestromen des Stempels (32) eingerichtet ist, um diesen zu erwärmen.A device (100) for connecting a semiconductor component (HB) to a conductor structure (LS) located on a substrate (S) comprises: a substrate conveying device which is set up to convey the substrate (S) to the conductor structure (LS) and conveying a semiconductor component (HB) aligned on connection pads (AF) of the conductor structure (LS) into and out of a processing zone (20) of the device (100); - a substrate support area (22) and a thermode element (30) in the processing zone (20), wherein the substrate support area (22) and the thermode element (30) are set up to press the substrate (S) and the semiconductor component (HB), which are located between them, against one another, - a stroke - Drive (40) to move the thermode element (30) towards the substrate contact area (22) and away from it, the thermode element (30) being connected to the lifting drive (42) by means of an eccentric gear (42) 40) is coupled, - a stamp (32) of the thermode element ent (30), wherein the stamp (32) is set up to come into and out of engagement with the semiconductor component (HB) located there at least in sections in the processing zone (20); and - an electrical power source which is set up to energize the stamp (32) in order to heat it.

Description

Hintergrundbackground

Eine Vorrichtung zum Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einer auf einem Substrat befindlichen Leiterstruktur und ein entsprechendes Verfahren dienen zum Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einem Substrat. Eine Komponente dieser Vorrichtung ist ein (Kurzzeit- und Hochtemperatur-)Thermoden-Element, welches das Halbleiterbauteil gegen das Substrat presst. Aspekte der Vorrichtung und des Verfahrens sind sowohl in der Beschreibung, als auch in den Figuren und den Ansprüchen definiert.A device for connecting a semiconductor component to a conductor structure located on a substrate and a corresponding method are used to connect a semiconductor component to a substrate. One component of this device is a (short-term and high-temperature) thermode element which presses the semiconductor component against the substrate. Aspects of the device and the method are defined both in the description and in the figures and the claims.

Um Chipkarten oder RFID(Radio-Frequence-Identification)-Etiketten effizient und gebrauchssicher herzustellen, werden üblicherweise Thermokompressionsverfahren verwendet. Unter Thermokompression ist ein Verbindungsverfahren verstanden, bei dem Komponenten unter einen vorübergehenden Kraft- und Wärmeeintrag miteinander verbunden werden. Derartige Verfahren werden insbesondere zum Verbinden eines Halbleiterbauteils (engl.: „chip“ oder „die“) im Flip-Chip-Design mit einer Leiterstruktur auf dem (Folien-)Substrat aus Kunststoff verwendet. Dabei trägt das Substrat zum Beispiel eine Antennenstruktur aus zum Beispiel kupfer- oder aluminiumhaltigem Metall. Das Halbleiterbauteil wird mechanisch und elektrisch leitend mit der Leiterstruktur auf dem Substrat verbunden.In order to produce chip cards or RFID (Radio Frequency Identification) labels efficiently and safely, thermocompression processes are usually used. Thermocompression is understood to be a connection method in which components are connected to one another with a temporary input of force and heat. Such methods are used in particular to connect a semiconductor component (“chip” or “die”) in flip-chip design with a conductor structure on the (film) substrate made of plastic. The substrate carries, for example, an antenna structure made of, for example, metal containing copper or aluminum. The semiconductor component is mechanically and electrically conductively connected to the conductor structure on the substrate.

Stand der TechnikState of the art

Thermokompressionsverfahren sind beispielsweise in Tag Module Assembly (TMA) Lines eingesetzt, in welchen ein Substrat mit darauf angeordneten elektronischen Bauteilen kontinuierlich zwischen zwei andrückenden Heizschienen bewegt wird. Dabei können Relativbewegungen zwischen den zu verbindenden Komponenten und den Heizschienen auftreten, die Die Positioniergenauigkeit beeinträchtigen können.Thermocompression methods are used, for example, in Tag Module Assembly (TMA) lines, in which a substrate with electronic components arranged on it is continuously moved between two pressing heating rails. Relative movements can occur between the components to be connected and the heating rails, which can impair the positioning accuracy.

Heizstempel-Einheiten zum Einbringen von Kraft und Wärme in die zu verbindenden Komponenten sind beispielsweise aus der EP 2 506 295 A2 und der JP H03- 225 842 A bekannt, bei denen ein Substrat und mehrere darauf angeordnete Halbleiterchips auf einer Halteplatte aufliegen und mittels einer Heizstempel-Einheit verbunden werden. Durch die Heizstempel-Einheit wird zum einen eine Kraft auf die zu verbindenden Komponenten ausgeübt, sodass diese gegen die Halteplatte gepresst werden. Zum anderen erfolgt durch eine in dem Heizstempel umfasste Wärmequelle eine Wärmezufuhr, um einen zwischen dem Substrat und den Halbleiterchips aufgetragenen Klebstoff auszuhärten.Heating stamp units for introducing power and heat into the components to be connected are, for example, from the EP 2 506 295 A2 and JP H03-225 842 A. known in which a substrate and a plurality of semiconductor chips arranged thereon rest on a holding plate and are connected by means of a heating stamp unit. On the one hand, the heating plunger unit exerts a force on the components to be connected, so that they are pressed against the holding plate. On the other hand, a heat source contained in the heating stamp is used to supply heat in order to cure an adhesive applied between the substrate and the semiconductor chips.

Zur Herstellung einer elektronischen Baugruppe mit einer Duroplastschicht zeigen die US 2009 / 0291524 A1 und die WO 2010/095311 A1 Thermokompressionsvorrichtungen mit Heizstempel-Einheiten. Die herzustellenden Baugruppen bestehen aus einem Substrat mit darauf angeordneten Halbleiterbauteilen, über welche sich die Duroplastschicht erstreckt. Die Heizstempel-Einheit setzt die Komponenten der elektronischen Baugruppe einer Kraft- und Wärmeeinwirkung aus, sodass das Substrat und die Halbleiterbauteile durch die darauf angeordnete Duroplastschicht miteinander verbunden werden.To produce an electronic assembly with a thermoset layer, the show US 2009/0291524 A1 and the WO 2010/095311 A1 Thermocompression devices with hot stamp units. The assemblies to be produced consist of a substrate with semiconductor components arranged thereon, over which the thermoset layer extends. The heating stamp unit subjects the components of the electronic assembly to the action of force and heat, so that the substrate and the semiconductor components are connected to one another by the thermoset layer arranged thereon.

Die DE 10 2015 006 981 A1 (Mühlbauer) betrifft eine Thermokompressionsvorrichtung zum Verbinden elektrischer Bauteile mit einem Substrat. Ein Oberwerkzeug und ein Unterwerkzeug mit einer ersten Wärmequelle und einer Auflagefläche dienen zum Auflegen des Substrats mit zumindest einem darauf angeordneten elektrischen Bauteil. Das Oberwerkzeug umfasst ein Anpresselement mit einem Federelement. Das eine Federelement wird bei einer Relativbewegung zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug elastisch verformt und übt dadurch eine Kraft auf ein sich zwischen dem Anpresselement und der Auflagefläche befindliches Substrat mit einem darauf angeordneten elektrischen Bauteil aus. So wird das elektrische Bauteil für die Dauer eines Aushärtevorgangs gegen das auf der Auflagefläche anzuordnende Substrat gepresst. Weiterhin führt die erste Wärmequelle dem zwischen der Auflagefläche und dem Anpresselement anzuordnenden Substrat mit dem elektrischen Bauteil Wärme zu, um ein zwischen dem Substrat und dem zumindest einen elektrischen Bauteil aufgebrachtes Verbindungsmittel auszuhärten.The DE 10 2015 006 981 A1 (Mühlbauer) relates to a thermocompression device for connecting electrical components to a substrate. An upper tool and a lower tool with a first heat source and a support surface are used to place the substrate with at least one electrical component arranged thereon. The upper tool comprises a pressing element with a spring element. One spring element is elastically deformed during a relative movement between the upper tool and the lower tool and thereby exerts a force on a substrate with an electrical component arranged thereon, which is located between the pressing element and the support surface. The electrical component is pressed against the substrate to be arranged on the support surface for the duration of a curing process. Furthermore, the first heat source supplies heat to the substrate with the electrical component to be arranged between the support surface and the pressing element in order to cure a connecting means applied between the substrate and the at least one electrical component.

Aus der DE 10 2012 012 879 B3 ist eine Thermokompressionsvorrichtung zum Verbinden elektrischer Bauteile mit einem Substrat bekannt. Die Vorrichtung weist Walzen auf, über die das Substrat geführt wird. Eine Antriebswalze dient dabei zur schrittweisen Förderung des Substrats. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Auflage für das Substrat auf, eine als Druckband dienende Stahlfolie, sowie Magnete, durch die das Druckband angezogen wird, so dass es die elektrischen Bauteile auf das Substrat drückt. An der Auflage ist eine Heizschiene angebracht. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Hubeinheit auf, an der das Druckband befestigt ist und die dazu eingerichtet ist, relativ zur Auflage angehoben und abgesenkt zu werden. An der Hubeinheit ist ein Heizstrahler angebracht. Im Betrieb wird das Substrat mit einem flüssigen Verbindungsmittel und den elektrischen Bauteilen zwischen die Auflage und das Druckband gefördert. Dann wird die Hubeinheit abgesenkt, so dass das Druckband durch die Wirkung der Magnete die elektrischen Bauteile gegen das Substrat presst. Um das Verbindungsmittel auszuhärten, wird durch die Heizschiene und den Heizstrahler Wärme zugeführt. Die Vorrichtung kann kostengünstig hergestellt werden und die elektrischen Bauteile lassen sich mit definierter Kraft auf das Substrat drücken.From the DE 10 2012 012 879 B3 there is known a thermocompression device for connecting electrical components to a substrate. The device has rollers over which the substrate is guided. A drive roller serves to convey the substrate step by step. Furthermore, the device has a support for the substrate, a steel foil serving as a pressure band, as well as magnets by which the pressure band is attracted so that it presses the electrical components onto the substrate. A heating rail is attached to the support. Furthermore, the device has a lifting unit to which the printing belt is attached and which is set up to be raised and lowered relative to the support. A radiant heater is attached to the lifting unit. During operation, the substrate is conveyed between the support and the printing belt with a liquid connecting agent and the electrical components. Then the lifting unit is lowered so that the pressure belt presses the electrical components against the substrate through the action of the magnets. In order to harden the connecting means, the Heat is supplied to the heating rail and the radiant heater. The device can be manufactured inexpensively and the electrical components can be pressed onto the substrate with a defined force.

Allerdings haben im Betrieb weder die Heizschiene, noch der Heizstrahler direkten Kontakt zu dem Substrat und den elektrischen Bauteilen. Insbesondere gibt der an der Hubeinheit angebrachte Heizstrahler Wärme in Form von Wärmestrahlung ab, die dann erst nach Erreichen des Druckbandes Letzteres erwärmt. Durch die Heizstrahlen dauert es somit eine gewisse Zeit, bis sich das Druckband auf eine bestimmte zur Aushärtung des Verbindungsmittels geeignete Temperatur erwärmt hat. Hierdurch ist der Durchsatz, der mit der Vorrichtung erzielt werden kann, begrenzt.However, neither the heating rail nor the radiant heater have direct contact with the substrate and the electrical components during operation. In particular, the radiant heater attached to the lifting unit emits heat in the form of thermal radiation, which then only heats the latter after it has reached the pressure band. As a result of the radiant heat, it takes a certain time for the printing tape to heat up to a certain temperature suitable for curing the connecting means. This limits the throughput that can be achieved with the device.

Aus der EP 1 780 782 A1 ist eine Vorrichtung zur Chip-Herstellung bekannt, bei der in einem kontinuierlichen Verfahren ein Chip und ein Substrat mittels Druck und Wärmezufuhr verbunden werden. Der Druck wird dabei durch magnetische Kräfte bewirkt. Die Wärmezufuhr erfolgt in Form von heißer Druckluft, die über Düsen auf das Substrat gerichtet abgegeben wird.From the EP 1 780 782 A1 a device for chip production is known in which a chip and a substrate are connected by means of pressure and heat supply in a continuous process. The pressure is brought about by magnetic forces. The heat is supplied in the form of hot compressed air, which is directed towards the substrate via nozzles.

Weiterer technologischer Hintergrund ist der US 6264089 B1 und der US 6436223 B1 zu entnehmen.Another technological background is that US 6264089 B1 and the US 6436223 B1 refer to.

Technisches ProblemTechnical problem

Ausgehend von dieser Situation soll der Durchsatz bei der Montage eines Halbleiterbauteils auf ein Foliensubstrat mit zum Beispiel metallischen Leiterstrukturen verbessert werden.Based on this situation, the throughput when mounting a semiconductor component on a film substrate with, for example, metallic conductor structures should be improved.

Vorgeschlagene LösungSuggested solution

Zur Lösung dieses Problems werden Vorrichtungen oder Verfahren mit den Merkmalen bzw. Schritten der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen.To solve this problem, devices or methods with the features or steps of the independent claims are proposed.

Insbesondere hat eine Vorrichtung zum Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einer auf einem Substrat befindlichen Leiterstruktur eine Substrat-Fördereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, ein Substrat mit einer Leiterstruktur und einem auf Anschlussflecken der Leiterstruktur ausgerichteten Halbleiterbauteil in eine Bearbeitungszone der Vorrichtung hinein und heraus zu fördern. Die Vorrichtung hat einen Substrat-Auflagebereich und ein Thermoden-Element in der Bearbeitungszone, wobei der Substrat-Auflagebereich und das Thermoden-Element dazu eingerichtet sind, ein Substrat und ein Halbleiterbauteil gegeneinander zu drücken, die sich zwischen ihnen befinden. Die Vorrichtung hat des Weiteren einen Hub-Antrieb, um das Thermoden-Element auf den Substrat-Anlagebereich zu und von diesem weg zu bewegen, wobei das Thermoden-Element mittels eines Exzentergetriebes mit dem Hub-Antrieb gekoppelt ist.In particular, a device for connecting a semiconductor component to a conductor structure located on a substrate has a substrate conveying device which is configured to convey a substrate with a conductor structure and a semiconductor component aligned on connection pads of the conductor structure into and out of a processing zone of the device. The device has a substrate support area and a thermode element in the processing zone, the substrate support area and the thermode element being set up to press against one another a substrate and a semiconductor component which are located between them. The device also has a lifting drive to move the thermode element towards and away from the substrate contact area, the thermode element being coupled to the lifting drive by means of an eccentric gear.

Die Vorrichtung hat des Weiteren einen Stempel des Thermoden-Elements, wobei der Stempel dazu eingerichtet ist, in der Bearbeitungszone zumindest abschnittsweise mit einem dort befindlichen Halbleiterbauteil in und außer Eingriff zu kommen. Eine elektrische Stromquelle ist zum Bestromen des Stempels eingerichtet, um diesen zu erwärmen. Der Stempel hat einen ferromagnetischen Abschnitt. Eine Magnetanordnung befindet sich in der Bearbeitungszone auf einer von dem Thermoden-Element abgewandten Seite des Substrat-Anlagebereichs. Dabei ist die Magnetanordnung dazu eingerichtet und ihre Magnetkraft so zu dimensionieren, dass sie zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels magnetisch so anzuziehen in der Lage ist, dass sie ein in der Bearbeitungszone befindliches Halbleiterbauteil auf die Anschlussflecken der Leiterstruktur eines ein in der Bearbeitungszone befindlichen Substrats drückt, wenn sich der Stempel des Thermoden-Elements mit dem Halbleiterbauteil im Eingriff befindet.The device furthermore has a stamp of the thermode element, the stamp being set up to come into and out of engagement with a semiconductor component located there at least in sections in the processing zone. An electrical power source is set up to energize the stamp in order to heat it. The punch has a ferromagnetic section. A magnet arrangement is located in the processing zone on a side of the substrate contact area facing away from the thermode element. The magnet arrangement is set up and its magnetic force is dimensioned in such a way that it is able to magnetically attract at least the ferromagnetic section of the punch in such a way that it presses a semiconductor component located in the processing zone onto the connection pads of the conductor structure of a substrate located in the processing zone when the stamp of the thermode element is in engagement with the semiconductor component.

Die Leiterstruktur auf dem Substrat kann zum Beispiel eine Spulen-, Mikrostreifenleiter-, oder dergl. Antenne eines RFID-, NFC-, oder dergl. Moduls, zum Beispiel mit einer Schleifenantenne gemäß ISO/IEC 10373-7 aus Kupfer, Aluminium oder leitfähiger Tinte sein. Das Substrat kann eine kontaktlose Chipkarte gemäß ISO/IEC 14443 , ISO/IEC 10536 , ISO/IEC 15693 , ISO/IEC 7816 oder dergl. sein.The conductor structure on the substrate can, for example, be a coil, microstrip, or similar antenna of an RFID, NFC, or similar module, for example with a loop antenna according to FIG ISO / IEC 10373-7 Be made of copper, aluminum, or conductive ink. The substrate can be a contactless chip card according to ISO / IEC 14443 , ISO / IEC 10536 , ISO / IEC 15693 , ISO / IEC 7816 or the like.

Die hier vorgestellte Vorrichtung bietet eine technische Lösung für die Anforderungen an ein klebstoff-basiertes Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einer auf einem Substrat befindlichen Leiterstruktur mit einem hohen Durchsatz von 50.000 Verbindungsvorgängen und mehr pro Stunde. Dabei ist das Thermoden-Element sehr einfach zu gestalten und auch deutlich preiswerter als bisher verwendete Thermoden. Dieses Thermoden-Element kann auf Grund seines geringen Platzbedarfes auch in bestehende Vorrichtungen einfach integriert werden.The device presented here offers a technical solution for the requirements for an adhesive-based connection of a semiconductor component with a conductor structure located on a substrate with a high throughput of 50,000 connection processes and more per hour. The thermode element is very easy to design and also significantly cheaper than previously used thermodes. Due to its small footprint, this thermode element can also be easily integrated into existing devices.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Vorrichtungen und der Verfahrensweisen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the devices and the procedures emerge from the subclaims.

Schnell härtende Klebstoffe erlauben eine sichere feste Verbindung insbesondere um eine Baugruppe aus einem Halbleiterbauteil und dem Substrat mit der Leiterstruktur herzustellen. Auf diese Weise lassen sich die feinen Strukturen des Halbleiterbauteils und der Antenne vor mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen schützen. Vielfach werden hierbei einkomponentige Epoxidharz-Klebstoffe eingesetzt, die warmhärtend sind und mittels Thermoden kurze Aushärtezeiten haben. Das Aufkleben des Halbleiterbauteils auf das Substrat mittels NC- und AC-Klebstoffen (NCA = non-conductive adhesives), (ACA = anisotropic conductive adhesives) bietet sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Verbindung des Halbleiterbauteils mit der Antenne. Bei der Flip-Chip-Technik wird das Halbleiterbauteil mit Kontakthöckern auf dessen strukturierter aktiver Seite ausgestattet und mit den Kontakthöckern seiner aktiven Seite zum Substrat hin in die auf dem Substrat befindliche metallische Antennenstruktur gedrückt.Fast-curing adhesives allow a secure, fixed connection, in particular to produce an assembly from a semiconductor component and the substrate with the conductor structure. In this way, the fine structures of the semiconductor component and the antenna can be protected from mechanical loads and environmental influences. One-component epoxy resin adhesives are often used here are used, which are heat-curing and have short curing times by means of thermodes. The gluing of the semiconductor component to the substrate by means of NC and AC adhesives (NCA = non-conductive adhesives), (ACA = anisotropic conductive adhesives) offers both a mechanical and an electrical connection of the semiconductor component to the antenna. In flip-chip technology, the semiconductor component is equipped with contact bumps on its structured active side and pressed with the contact bumps on its active side towards the substrate into the metallic antenna structure on the substrate.

Anisotrop leitfähige Klebstoffe (ACA) enthalten elektrisch leitfähige Partikel in niedriger Konzentration und sind in flüssigem Zustand in der Regel nicht leitfähig. Der Klebstoff wird flächig auf die Klebefläche des Substrates aufgetragen, danach wird das Flip-Chip- Halbleiterbauteils abgesetzt und mit einer Thermode mit Druck und Temperatur ausgehärtet. Beim Absetzen des Halbleiterbauteils werden die leitfähigen Partikel zwischen den Kontakthöckern des Halbleiterbauteils und der auf dem Substrat befindlichen Antennenstruktur eingeklemmt. Dabei bilden die leitfähigen Partikel eine elektrische Verbindung der Kontakthöcker mit der Antennenstruktur.Anisotropically conductive adhesives (ACA) contain electrically conductive particles in low concentration and are generally non-conductive in a liquid state. The adhesive is applied flat to the adhesive surface of the substrate, then the flip-chip semiconductor component is deposited and cured with a thermode with pressure and temperature. When the semiconductor component is deposited, the conductive particles are clamped between the contact bumps of the semiconductor component and the antenna structure located on the substrate. The conductive particles form an electrical connection between the contact bumps and the antenna structure.

Bei der Verwendung eines nicht leitfähigen Klebstoffs (NCA) zur Verbindung der Kontakthöcker des Halbleiterbauteils auf der Antennenstruktur wird die Kontaktierung durch Einpressen der Kontakthöcker in die Kontaktfläche der Antennenstruktur hergestellt. Der Klebstoff fixiert das Halbleiterbauteil in dieser Position.When using a non-conductive adhesive (NCA) to connect the contact bumps of the semiconductor component to the antenna structure, the contact is established by pressing the contact bumps into the contact area of the antenna structure. The adhesive fixes the semiconductor component in this position.

NCA- und ACA-Klebstoffe ermöglichen kurze Taktzeiten einen hohen Bauteil-Durchsatz und stellen eine wirtschaftliche Variante zur Verbindung des Halbleiterbauteils und der Antennenstruktur dar.NCA and ACA adhesives enable short cycle times, high component throughput and represent an economical variant for connecting the semiconductor component and the antenna structure.

Die Substrat-Fördereinrichtung kann eine unmittelbare Komponente der Vorrichtung sein. Da die Substrate einer Reihe von Bearbeitungsschritten in aufeinander folgenden Stationen unterworfen sind, kann die Substrat-Fördereinrichtung auch Teil einer übergeordneten Förderanordnung oder einer der hier in Rede stehenden Vorrichtung vor- oder nachgelagerten Station sein. Die Substrat-Fördereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, das Substrat zeitlich und räumlich kontrolliert, kontinuierlich oder getaktet in die Bearbeitungszone hinein und heraus zu fördern.The substrate conveyor can be a direct component of the apparatus. Since the substrates are subjected to a series of processing steps in successive stations, the substrate conveying device can also be part of a higher-level conveying arrangement or a station upstream or downstream of the device in question here. The substrate conveying device can be set up to convey the substrate into and out of the processing zone in a temporally and spatially controlled manner, continuously or in a clocked manner.

In einer Variante der Vorrichtung hat das Thermoden-Element wenigstens einen mit Strom aus der Stromquelle erwärmbaren Heizabschnitt zum Erwärmen des Stempels. Des Weiteren kann das Thermoden-Element dazu eingerichtet sein, mit seinem Stempel das Halbleiterbauteil und das Substrat mit der Leiterstruktur zeitlich und räumlich kontrolliert gegen den Substrat-Anlagebereich drücken, während sich das Substrat in der Bearbeitungszone befindet oder die Substrat-Fördereinrichtung das Substrat in die Bearbeitungszone hinein und heraus fördert.In a variant of the device, the thermode element has at least one heating section, which can be heated with current from the current source, for heating the stamp. Furthermore, the thermode element can be set up to press the semiconductor component and the substrate with the conductor structure against the substrate contact area in a temporally and spatially controlled manner with its stamp while the substrate is in the processing zone or the substrate conveying device is pushing the substrate into the Processing zone in and out.

Der Stempel kann in Richtung auf den Substrat-Anlagebereich hin durch entsprechende Formgebung und/oder Materialwahl zumindest teilweise nachgiebig gestaltet sein. Der Stempel kann auch in Richtung auf den Substrat-Anlagebereich hin zumindest teilweise mit einer thermischen Abschirmung ausgestattet sein.The stamp can be designed to be at least partially flexible in the direction of the substrate contact area by appropriate shaping and / or choice of material. The stamp can also be at least partially equipped with a thermal shield in the direction of the substrate contact area.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorichtung kann der Stempel des Thermoden-Elements auf eine Oberfläche des jeweiligen Halbleiterbauteils zur Wärmeleitung in ein in der Bearbeitungszone befindliches Halbleiterbauteil hinein angepasst sei, mit dem der Stempel in Eingriff kommt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Stempel an seiner dem Substrat-Anlagebereich zugewandten Seite so gestaltet sein, dass er zur Wärmestrahlung um das in der Bearbeitungszone befindliche Halbleiterbauteil herum angepasst ist, mit dem der Stempel in Eingriff kommt.In a further embodiment of the device, the stamp of the thermode element can be adapted to a surface of the respective semiconductor component for heat conduction into a semiconductor component located in the processing zone with which the stamp engages. As an alternative or in addition to this, the side of the stamp facing the substrate contact area can be designed in such a way that it is adapted to heat radiation around the semiconductor component located in the processing zone with which the stamp comes into engagement.

Des Weiteren kann der Stempel des Thermoden-Elements als bandförmiger Heizdraht ausgestaltet sein, dessen Enden jeweils in einer Einspannung aufgenommen sind, welche in einer Führung auf den Substrat-Anlagebereich hin und von diesem weg bewegbar ist.Furthermore, the stamp of the thermode element can be designed as a band-shaped heating wire, the ends of which are each held in a clamp, which can be moved towards and away from the substrate contact area in a guide.

Die Magnetanordnung in der Bearbeitungszone kann als Permanentmagnetanordnung oder als Elektromagnetanordnung ausgestaltet sein, welche zu dem Stempel des Thermoden-Elements fluchtend ausgerichtet sein kann. Um mit der Magnetanordnung zusammen zu wirken kann zumindest der ferromagnetische Abschnitt des Stempels eisen-, nickel-, kobalt- oder eisen-nickelhaltiges Material aufweisen.The magnet arrangement in the processing zone can be designed as a permanent magnet arrangement or as an electromagnet arrangement, which can be aligned with the stamp of the thermode element. In order to interact with the magnet arrangement, at least the ferromagnetic section of the punch can have material containing iron, nickel, cobalt or iron-nickel.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein Hub-Antrieb dazu eingerichtet, zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels in der Bearbeitungszone auf den Substrat-Auflagebereich zu und von diesem weg zu bewegen. Der Substrat-Anlagebereich kann eine thermisch isolierende Abdeckung mit einer keramik-, glas-, oder dergl. haltigen Schicht aufweisen.In a further embodiment of the device, a lifting drive is set up to move at least the ferromagnetic section of the punch in the processing zone towards and away from the substrate support area. The substrate contact area can have a thermally insulating cover with a ceramic, glass or similar layer.

Der Hub-Antrieb kann dazu eingerichtet sein, zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels etwa 1 Millimeter bis etwa 4 Millimeter auf den Substrat-Anlagebereich zu und von diesem weg zu bewegen. Dieser Hub ist so bemessen, dass der Stempel von der Oberfläche eines in der Bearbeitungszone befindlichen Halbleiterbauteils sicher freikommt, andererseits aber nur so kurz ist, dass der Stempel den Hubweg in sehr kurzer Zeit zurücklegt. In einer Variante der Vorrichtung kann der Hub-Antrieb einen Exzenter-Antrieb aufweisen, um zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels zum Beispiel die vorstehend beschriebenen etwa 1 Millimeter bis etwa 4 Millimeter auf den Substrat-Anlagebereich zu und von diesem weg zu bewegen.The lifting drive can be set up to move at least the ferromagnetic section of the stamp about 1 millimeter to about 4 millimeters towards and away from the substrate contact area. This stroke is dimensioned in such a way that the stamp is reliably released from the surface of a semiconductor component located in the processing zone, but on the other hand is only so short that the stamp covers the stroke in a very short time. In a variant of the device, the lifting Drive have an eccentric drive in order to move at least the ferromagnetic section of the stamp, for example the above-described approximately 1 millimeter to approximately 4 millimeters, towards and away from the substrate contact area.

Die Bewegung des Hub-Antriebs ist mit der Bewegung der Substrat-Fördereinrichtung und der Erwärmung des Stempels sowie ggf. der Bestromung der Elektromagnetanordnung in einer mit entsprechenden Sensoren ausgestatteten Steuerung zu koordinieren.The movement of the lifting drive is to be coordinated with the movement of the substrate conveying device and the heating of the stamp and, if necessary, the energization of the electromagnet arrangement in a controller equipped with appropriate sensors.

Des Weiteren kann in einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung der Hub-Antrieb dazu eingerichtet sein, zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels mit einer Kraft gegen die Oberfläche des Halbleiterbauteils zu drücken, die etwa 5% bis etwa 30% der Kraft beträgt, die die Magnetanordnung auf den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels ausübt um das Halbleiterbauteil gegen die Leiterstruktur zu drücken. Darüber hinaus kann der Hub-Antrieb - mit der Steuerung der Vorrichtung - dazu eingerichtet sein, zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels für eine Zeitdauer von etwa 30 Millisekunden bis etwa 1200 Millisekunden gegen die Oberfläche des Halbleiterbauteils zu drücken.Furthermore, in a further embodiment of the device, the lifting drive can be set up to press at least the ferromagnetic section of the punch against the surface of the semiconductor component with a force that is approximately 5% to approximately 30% of the force exerted by the magnet arrangement exercises the ferromagnetic section of the punch in order to press the semiconductor component against the conductor structure. In addition, the lifting drive - with the control of the device - can be set up to press at least the ferromagnetic section of the stamp for a period of about 30 milliseconds to about 1200 milliseconds against the surface of the semiconductor component.

Die elektrische Stromquelle kann in einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung - im Zusammenwirken mit der Steuerung der Vorrichtung - dazu eingerichtet sein, den Stempel des Thermoden-Elements zeitlich und/oder hinsichtlich der Temperatur des Leiters gesteuert zu bestromen. Dabei kann die Stromquelle auch dazu eingerichtet sein, mit dem erwärmbaren Heizabschnitt den Stempel auf eine Temperatur von etwa 70 Grad Celsius bis etwa 550 Grad Celsius zu erwärmen.In a further embodiment of the device, the electrical power source can - in cooperation with the control of the device - be set up to energize the stamp of the thermode element in a time-controlled manner and / or with regard to the temperature of the conductor. The power source can also be set up to use the heatable heating section to heat the stamp to a temperature of approximately 70 degrees Celsius to approximately 550 degrees Celsius.

In einer Variante erfolgt wird ein Erwärmen des Stempels auf etwa 500 Grad Celsius und ein Anpressen für etwa 40 Millisekunden.In one variant, the stamp is heated to around 500 degrees Celsius and pressed on for around 40 milliseconds.

Ein Verfahren zum Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einer auf einem Substrat befindlichen Leiterstruktur umfasst die Schritte: Fördern eines Substrats mit einer Leiterstruktur und einem auf Anschlussflecken der Leiterstruktur ausgerichteten Halbleiterbauteil in eine Bearbeitungszone hinein; Ausrichten des Substrats mit der Leiterstruktur und dem auf den Anschlussflecken der Leiterstruktur ausgerichteten Halbleiterbauteil zwischen einem Substrat-Auflagebereich und einem Thermoden-Element in der Bearbeitungszone, wobei der Substrat-Auflagebereich und das Thermoden-Element dazu eingerichtet sind, das Substrat und das Halbleiterbauteil gegeneinander zu drücken, wenn sich diese zwischen ihnen befinden; Bewegen des Thermoden-Elements auf den Substrat-Auflagebereich zu und von diesem weg, mit einem Hub-Antrieb, der mittels eines Exzentergetriebes mit dem Thermoden-Element gekoppelt ist; zumindest abschnittsweises In-Eingriff-Bringen eines Stempels des Thermoden-Elements mit einem in der Bearbeitungszone befindlichen Halbleiterbauteil; Bestromen des Stempels mittels einer elektrischen Stromquelle, um diesen zu erwärmen; magnetisches Anziehen zumindest eines ferromagnetischen Abschnitts des Stempels mittels einer in der Bearbeitungszone auf einer von dem Thermoden-Element abgewandten Seite des Substrat-Anlagebereichs angeordneten Magnetanordnung, wobei die Magnetanordnung dazu eingerichtet und ihre Magnetkraft so dimensionieren ist, zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels magnetisch so anzuziehen, dass sie ein in der Bearbeitungszone befindliches Halbleiterbauteil auf die Anschlussflecken der Leiterstruktur eines ein in der Bearbeitungszone befindlichen Substrats drückt, wenn sich der Stempel des Thermoden-Elements mit dem Halbleiterbauteil im Eingriff befindet.A method for connecting a semiconductor component to a conductor structure located on a substrate comprises the steps of: conveying a substrate having a conductor structure and a semiconductor component aligned on connection pads of the conductor structure into a processing zone; Alignment of the substrate with the conductor structure and the semiconductor component aligned on the connection pads of the conductor structure between a substrate support area and a thermode element in the processing zone, the substrate support area and the thermode element being set up so that the substrate and the semiconductor component face one another press when they are between them; Moving the thermode element towards and away from the substrate support area, with a lifting drive which is coupled to the thermode element by means of an eccentric gear; at least in sections, bringing a stamp of the thermode element into engagement with a semiconductor component located in the processing zone; Energizing the stamp by means of an electrical power source in order to heat it; Magnetic attraction of at least one ferromagnetic section of the stamp by means of a magnet arrangement arranged in the processing zone on a side of the substrate contact area facing away from the thermode element, the magnet arrangement being set up and its magnetic force dimensioned so as to magnetically attract at least the ferromagnetic section of the stamp that it presses a semiconductor component located in the processing zone onto the connection pads of the conductor structure of a substrate located in the processing zone when the stamp of the thermode element is in engagement with the semiconductor component.

Gemäß einer Variante des Verfahrens wird das Substrat zeitlich und räumlich kontrolliert, kontinuierlich oder getaktet in die Bearbeitungszone hinein und heraus gefördert.According to a variant of the method, the substrate is conveyed into and out of the processing zone in a temporally and spatially controlled manner, continuously or in a clocked manner.

Gemäß einer Variante des Verfahrens wird ein erwärmbarer Heizabschnitt des Thermoden-Elements mit Strom aus der Stromquelle erwärmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Thermoden-Element mit seinem Stempel das Halbleiterbauteil und das Substrat mit der Leiterstruktur zeitlich und räumlich kontrolliert gegen den Substrat-Anlagebereich drücken, während sich das Substrat in der Bearbeitungszone befindet oder die Substrat-Fördereinrichtung das Substrat in der Bearbeitungszone hinein und heraus fördert. Des Weiteren kann der Stempel in Richtung auf den Substrat-Anlagebereich hin zumindest teilweise nachgeben.According to a variant of the method, a heatable heating section of the thermode element is heated with electricity from the power source. Alternatively or additionally, the thermode element with its stamp can press the semiconductor component and the substrate with the conductor structure against the substrate contact area in a temporally and spatially controlled manner while the substrate is in the processing zone or the substrate conveyor device in and out of the processing zone promotes out. Furthermore, the stamp can at least partially yield in the direction of the substrate contact area.

Der Stempel des Thermoden-Elements kann auf einen Oberfläche des jeweiligen Halbleiterbauteils zur Wärmeleitung in ein in der Bearbeitungszone befindliches Halbleiterbauteil hin ein in Eingriff kommen. Alternativ oder zusätzlich kann der Stempel Wärmestrahlung um das in der Bearbeitungszone befindliche Halbleiterbauteil herum abgeben.The stamp of the thermode element can come into engagement on a surface of the respective semiconductor component for heat conduction into a semiconductor component located in the processing zone. Alternatively or additionally, the stamp can emit thermal radiation around the semiconductor component located in the processing zone.

Die Magnetanordnung kann in der Bearbeitungszone als Permanentmagnetanordnung oder als Elektromagnetanordnung zu dem Stempel des Thermoden-Elements fluchtend ausgerichtet werden.The magnet arrangement can be aligned in the processing zone as a permanent magnet arrangement or as an electromagnet arrangement in alignment with the stamp of the thermode element.

Gemäß einer Variante des Verfahrens bewegt ein Hub-Antrieb zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels in der Bearbeitungszone auf den Substrat-Auflagebereich zu und von diesem weg. Dabei kann der Hub-Antrieb zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels etwa 1 Millimeter bis etwa 4 Millimeter auf den Substrat-Anlagebereich zu und von diesem weg bewegen.According to a variant of the method, a lifting drive moves at least the ferromagnetic section of the punch in the processing zone towards and away from the substrate support area. The lifting drive can at least cover the ferromagnetic section of the punch approximately 1 Move millimeters to about 4 millimeters towards and away from the substrate abutment area.

In einer weiteren Variante des Verfahrens kann der Hub-Antrieb zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels mit einer Kraft gegen die Oberfläche des Halbleiterbauteils drücken, die etwa 5% bis etwa 30% der Kraft beträgt, die die Magnetanordnung ferromagnetischen Abschnitt des Stempels ausübt um das Halbleiterbauteil gegen die Leiterstruktur zu drücken. Des weiteren kann vorgesehen sein, dass der Hub-Antrieb zumindest den ferromagnetischen Abschnitt des Stempels für eine Zeitdauer von etwa 30 Millisekunden bis etwa 1200 Millisekunden gegen die Oberfläche des Halbleiterbauteils drückt.In a further variant of the method, the stroke drive can press at least the ferromagnetic section of the punch against the surface of the semiconductor component with a force that is approximately 5% to approximately 30% of the force that the magnet arrangement exerts on the ferromagnetic section of the punch around the semiconductor component to press against the ladder structure. Furthermore, it can be provided that the lifting drive presses at least the ferromagnetic section of the punch for a period of approximately 30 milliseconds to approximately 1200 milliseconds against the surface of the semiconductor component.

Gemäß einer Variante des Verfahrens findet ein Bestromen des Stempels des Thermoden-Elements statt, durch die elektrische Stromquelle zeitlich und/oder hinsichtlich der Temperatur des Leiters gesteuert. Damit kann die Stromquelle mit dem erwärmbaren Heizabschnitt den Stempel auf eine Temperatur von etwa 70 Grad Celsius bis etwa 550 Grad Celsius erwärmen.According to a variant of the method, the stamp of the thermode element is energized, controlled by the electrical power source in terms of time and / or with regard to the temperature of the conductor. In this way, the power source with the heatable heating section can heat the stamp to a temperature of approximately 70 degrees Celsius to approximately 550 degrees Celsius.

Hier sind Abmessungen / Formen / Lagen von Vorrichtungsteilen (z.B. Substrat-Anlagebereich, ferromagnetischer Abschnitt des Stempels, etc.) auch auf Größen / korrespondierende Formen des Halbleiterbauteils oder des Substrats bezogen. Obwohl das Halbleiterbauteil und das Substrat nicht Teil der Vorrichtung sind, stehen ihre Dimensionen und Formen mit der Vorrichtung bei deren Dimensionierung und Gestalt sowie der Verwendung der Vorrichtung in Beziehung. Ein Halbleiterbauteil der hier in Rede stehenden Art kann in seiner Form, Größe, oder Ausstattung in gewissem Maß standardisiert sein, da es sich zum Beispiel um Halbleiterbauteile mit definierter Bauform, siehe zum Beispiel www.JEDEC.org etc. handeln kann.Here dimensions / shapes / positions of device parts (e.g. substrate contact area, ferromagnetic section of the stamp, etc.) are also related to sizes / corresponding shapes of the semiconductor component or the substrate. Although the semiconductor device and the substrate are not part of the device, their dimensions and shapes are related to the device in its dimensioning and shape as well as in the use of the device. A semiconductor component of the type in question here can be standardized to a certain extent in terms of its shape, size or equipment, since it can be, for example, semiconductor components with a defined design, see, for example, www.JEDEC.org etc.

Aber auch Substrate/Hlbleiterbauteile, die keiner oder geringerer Standardisierung unterliegen, sind hier klar einbezogen, da sich die aus der Form, Größe, oder Ausstattung des Substrats ergebenden Einschränkungen für die Vorrichtung unmittelbar ergeben, so dass in der Definition der Vorrichtung oder des Verfahrens die genauen Abmessungen oder Ausstattung des Substrats nicht enthalten sein müssen. Auch eine Definition einer expliziten Kombination aus Substrat und Vorrichtung ist hier nicht erforderlich.But also substrates / semiconductor components that are subject to no or less standardization are clearly included here, since the restrictions for the device resulting from the shape, size or equipment of the substrate result directly, so that in the definition of the device or the method the exact dimensions or features of the substrate do not have to be included. A definition of an explicit combination of substrate and device is also not necessary here.

Die hier vorgestellten Vorrichtungs- und Verfahrens-Varianten sind im Vergleich zum Stand der Technik kostengünstiger und bieten einen vergleichsweise höheren Durchsatz an Substraten.The device and method variants presented here are more cost-effective than the prior art and offer a comparatively higher throughput of substrates.

FigurenlisteFigure list

Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile, Zweckmäßigkeiten der Vorrichtung und der Verfahrensweisen sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen. Auch mögliche Abwandlungen werden für einen Fachmann anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich, in der auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Dabei zeigt die Fig. schematisch die hier erörterten Vorrichtung.Further features, properties, advantages, expediencies of the device and the procedures can be found in the following description in conjunction with the drawing. Possible modifications will also become clear to a person skilled in the art on the basis of the description below, in which reference is made to the accompanying drawing. The figure shows schematically the device discussed here.

Hierbei zeigt

1 in einer schematischen seitlichen Ansicht eine Vorrichtung zum Verbinden eines Halbleiterbauteils mit einer auf einem Substrat befindlichen Leiterstruktur, und
2 in einer schematischen Draufsicht den Mittelbereich des Stempels des Thermoden-Elements.

Here shows

1 in a schematic side view a device for connecting a semiconductor component to a conductor structure located on a substrate, and
2 in a schematic plan view the central area of the stamp of the thermode element.

Detaillierte Beschreibung von Varianten der Vorrichtungen und der VerfahrensweisenDetailed description of variants of the devices and the procedures

1 zeigt eine Vorrichtung 100, bei der eine Substrat-Fördereinrichtung 10 zwei über Steuersignale G, H aus einer Steuerung ECU angetriebene Förderwalzen 10', 10" hat. Die beiden Förderwalzen 10', 10" transportieren eine Papier- oder Kunststoff-Bahn als Substrat S, auf der einzelne Leiterstrukturen LS in Form von RIFD-Antennen in eine Bearbeitungszone 20 der Vorrichtung 100 hinein und heraus. Die Leiterstrukturen LS haben jeweilige Anschlussflecken AF für ein Kontakthöcker KH eines Halbleiterbauteils HB. Die Substrat-Fördereinrichtung 10 ist - gesteuert durch die Steuerung ECU dazu eingerichtet, das Substrat S zeitlich und räumlich kontrolliert, kontinuierlich oder getaktet in die Bearbeitungszone 20 hinein und heraus zu fördern. 1 shows an apparatus 100 , in which a substrate conveyor 10 two via control signals G , H conveyor rollers driven by a control unit ECU 10 ' , 10 " Has. The two conveyor rollers 10 ' , 10 " transport a paper or plastic web as a substrate S. , on the individual conductor structures LS in the form of RIFD antennas in a processing zone 20th the device 100 in and out. The ladder structures LS have respective connection pads AF for a contact hump KH of a semiconductor component HB . The substrate conveyor 10 is set up - controlled by the control unit ECU - the substrate S. Temporally and spatially controlled, continuously or clocked in the processing zone 20th to promote in and out.

In der Bearbeitungszone 20 hat die Vorrichtung 100 einen Substrat-Auflagebereich 22 und ein Thermoden-Element 30. Der Substrat-Auflagebereich 22 hat eine thermisch isolierende Abdeckung mit einer keramik-, glas-, oder dergl. haltigen Schicht. Das Thermoden-Element 30 ist mit einem Hub-Antrieb 40 mittels eines Exzentergetriebes 42 gekoppelt, um das Thermoden-Element 30 auf den Substrat-Auflagebereich 22 zu und von diesem weg zu bewegen. So drücken das Thermoden-Element 30 und der Substrat-Auflagebereich 22 das Substrat S und das Halbleiterbauteil HB gegeneinander, die sich zwischen ihnen befinden.In the processing zone 20th has the device 100 a substrate support area 22nd and a thermode element 30th . The substrate support area 22nd has a thermally insulating cover with a ceramic, glass or similar layer. The thermode element 30th is with a lift drive 40 by means of an eccentric gear 42 coupled to the thermode element 30th on the substrate support area 22nd to move to and from this. So press the thermode element 30th and the substrate support area 22nd the substrate S. and the semiconductor device HB against each other that are between them.

Hierzu hat das Thermoden-Element 30 einen Stempel 32, der dazu eingerichtet ist, in der Bearbeitungszone 20 mit einem dort befindlichen Halbleiterbauteil HB in und außer Eingriff zu kommen.The thermode element has for this purpose 30th a stamp 32 that is set up for this in the processing zone 20th with a semiconductor component located there HB to get in and out of engagement.

Eine der Steuerung ECU zugeordnete elektrische Stromquelle ist über Anschlüsse C und D mit dem Stempel 32 verbunden, um diesen zu bestromen, damit sich dieser erwärmen kann.
Das Thermoden-Element 30 drückt mit seinem Stempel 32 das Halbleiterbauteil HB und das Substrat S mit der Leiterstruktur LS - durch die Steuerung ECU koordiniert - zeitlich und räumlich kontrolliert gegen den Substrat-Auflagebereich 22, während sich das Substrat S in der Bearbeitungszone 20 befindet.An electrical power source assigned to the control ECU is via connections C. and D. with the stamp 32 connected to energize it so that it can heat up.
The thermode element 30th presses with his stamp 32 the semiconductor component HB and the substrate S. with the ladder structure LS - Coordinated by the control ECU - controlled in terms of time and space against the substrate support area 22nd while the substrate S. in the processing zone 20th is located.

Der Stempel 32 hat einen ferromagnetischen Abschnitt 34, der mit einer in der gezeigten Variante ein weichmagnetisches Eisenjoch und eine zugehörige Erregerwicklung aufweisenden Magnetanordnung 50 in der Bearbeitungszone 20 zusammenwirkt. Genauer gesagt ist auf der von dem Thermoden-Element 30 abgewandten Seite des Substrat-Anlagebereichs 22, eine Elektromagnetanordnung angeordnet, die von der Steuerung ECU über Anschlüsse A und B zu de/aktivieren ist. Die Magnetanordnung 50 ist in der Bearbeitungszone 20 zu dem Stempel 32 des Thermoden-Elements 30 fluchtend ausgerichtet.The Stamp 32 has a ferromagnetic section 34 , with a magnet arrangement having a magnetically soft iron yoke and an associated excitation winding in the variant shown 50 in the processing zone 20th cooperates. More precisely, it is on that of the thermode element 30th remote side of the substrate contact area 22nd , an electromagnet arrangement arranged, which is controlled by the control ECU via connections A. and B. to be enabled / disabled. The magnet arrangement 50 is in the processing zone 20th to the stamp 32 of the thermode element 30th aligned.

Der Stempel 32 des Thermoden-Elements 30 ist als bandförmiger, ferromagnetischer Heizdraht ausgestaltet, dessen Enden jeweils in einer Einspannung aufgenommen sind, welche in einer Führung 46 auf den Substrat-Auflagebereich 22 hin und von diesem weg bewegbar ist. Der Hub-Antrieb 40 bewegt den ferromagnetischen Abschnitt 34 des Stempels 32 etwa 1 Millimeter bis etwa 4 Millimeter auf den Substrat-Auflagebereich 22 zu und von diesem weg.The Stamp 32 of the thermode element 30th is designed as a band-shaped, ferromagnetic heating wire, the ends of which are each held in a clamp which is in a guide 46 on the substrate support area 22nd is movable to and from this. The lift drive 40 moves the ferromagnetic section 34 of the stamp 32 about 1 millimeter to about 4 millimeters on the substrate support area 22nd to and from this away.

Das Thermoden-Element 30 hat zwei mit Strom aus der Stromquelle erwärmbare Heizabschnitte 36a, 36b zum Erwärmen des Stempels 32. Der Stempel 32 ist an Anschlüssen zu den Heizabschnitten 36a, 36b hin mit S-förmig gekrümmten Leiterabschnitten 38 versehen, um in Richtung auf den Substrat-Auflagebereich 22 hin nachgiebig zu sein. Das Thermoden-Element 30 ist mit Strom aus der Stromquelle gesteuert zu beschicken zum Erwärmen des Stempels 32. In einer weiteren Variante ist der Stempel permanent bestromt.The thermode element 30th has two heating sections that can be heated with electricity from the power source 36a , 36b for heating the stamp 32 . The Stamp 32 is at connections to the heating sections 36a , 36b towards with S-shaped curved conductor sections 38 provided in the direction of the substrate support area 22nd to be compliant. The thermode element 30th is to be charged with electricity from the power source in a controlled manner to heat the stamp 32 . In a further variant, the stamp is permanently energized.

Der ferromagnetische Abschnitt 34 des Stempels 32 enthält in der hier veranschaulichten Variante eisen-nickelhaltiges Material.The ferromagnetic section 34 of the stamp 32 In the variant illustrated here, it contains material containing iron and nickel.

In einer nicht näher veranschaulichten Weise ist bei Varianten des Stempels 32 dieser in Richtung auf den Substrat-Auflagebereich 22 hin teilweise mit einer thermischen Abschirmung ausgestattet, um die Wärme konzentriert auf das Halbleiterbauteil HB zu richten.In a manner not illustrated in more detail, there is a variant of the stamp 32 this in the direction of the substrate support area 22nd partly equipped with a thermal shield to concentrate the heat on the semiconductor component HB to judge.

In einer weiteren nicht näher veranschaulichten Variante ist der Stempel 32 als elektrisch nicht leitendes Wärmespeicherelement (keramisches Element) ausgebildet, welches durch zwei mit Strom aus der Stromquelle erwärmbare Heizabschnitte 36a, 36b erwärmt wird.In a further variant, which is not illustrated in more detail, is the stamp 32 designed as an electrically non-conductive heat storage element (ceramic element), which is heated by two heating sections that can be heated with electricity from the power source 36a , 36b is heated.

Das Wärmespeicherelement ist mit einer Einspannung mittels eines Federelements verbunden. Der Hub-Antrieb 40 bewegt die Einspannung auf den Substrat-Auflagebereich 22 zu und von diesem weg. Um das Halbleiterbauteil HB nicht zu beschädigen, wird das Federelement zwischen der Einspannung und dem Wärmespeicherelement beim Kontaktieren des Halbleiterbauteils HB komprimiert.The heat storage element is connected to a restraint by means of a spring element. The lift drive 40 moves the clamp onto the substrate support area 22nd to and from this away. To the semiconductor component HB not to damage, the spring element between the restraint and the heat storage element when contacting the semiconductor component HB compressed.

In einer weiteren Variante ist die Einspannung an einer oberhalb des Substrat-Auflagebereich 22 angeordneten Aufnahme verschiebbar gelagert ist und wird von dem Hub-Antrieb 40 entlang der Führung 46 auf den Substrat-Auflagebereich 22 zu und von diesem weg bewegt. In a further variant, the clamping is on one above the substrate support area 22nd arranged receptacle is slidably mounted and is of the lifting drive 40 along the guide 46 on the substrate support area 22nd moved to and from this.

Wie in 2 veranschaulicht, ist der Stempel 32 des Thermoden-Elements 30 auf die Oberfläche des jeweiligen Halbleiterbauteils HB zur Wärmeleitung in das Halbleiterbauteil hinein angepasst. Genauer gesagt ist der Mittelbereich des Stempels 32 des Thermoden-Elements 30 so dimensioniert, dass er die Oberfläche des jeweiligen Halbleiterbauteils HB an allen Seiten geringfügig überragt. Damit lässt sich auch der unter dem Halbleiterbauteil HB befindliche Klebstoff gezielt rasch aushärten.As in 2 Illustrates is the stamp 32 of the thermode element 30th on the surface of the respective semiconductor component HB adapted for heat conduction into the semiconductor component. More precisely, it is the central area of the punch 32 of the thermode element 30th dimensioned so that it covers the surface of the respective semiconductor component HB Slightly protruded on all sides. This also allows the one under the semiconductor component HB Quickly cure the existing adhesive in a targeted manner.

In einer Variante ist der Stempel 32 des Thermoden-Elements 30 an seiner dem Substrat-Auflagebereich zugewandten Seite so gestaltet, dass er zur Wärmestrahlung um das in der Bearbeitungszone 20 befindliche Halbleiterbauteil HB herum angepasst ist. Damit lässt sich auch der um das Halbleiterbauteil HB herum befindliche Klebstoff gezielt rasch aushärten.In a variant is the stamp 32 of the thermode element 30th designed on its side facing the substrate support area so that it is exposed to heat radiation around the in the processing zone 20th located semiconductor component HB is adjusted around. This also allows the semiconductor component HB cure the adhesive around it quickly and in a targeted manner.

Die Elektromagnetanordnung ist dazu eingerichtet und ihre Magnetkraft ist so zu dimensionieren, dass sie in der Lage ist den ferromagnetischen Abschnitt 34 des Stempels 32 magnetisch anzuziehen. Damit ist die Elektromagnetanordnung 50 im Zusammenspiel mit dem ferromagnetischen Abschnitt 34 des Stempels 32 in der Lage, ein in der Bearbeitungszone 20 befindliches Halbleiterbauteil HB auf die Anschlussflecken AF der Leiterstruktur LS eines ein in der Bearbeitungszone 20 befindlichen Substrats S zu drücken, wenn sich der Stempel 32 des Thermoden-Elements 30 mit dem Halbleiterbauteil HB im Eingriff befindet.The electromagnet arrangement is set up for this and its magnetic force is to be dimensioned such that it is capable of the ferromagnetic section 34 of the stamp 32 to attract magnetically. So that is the electromagnet assembly 50 in interaction with the ferromagnetic section 34 of the stamp 32 able to get one in the machining zone 20th located semiconductor component HB on the connection pads AF the ladder structure LS one in the processing zone 20th located substrate S. to press when the stamp is up 32 of the thermode element 30th with the semiconductor component HB is engaged.

Um das Halbleiterbauteil HB nicht zu beschädigen, ist der Hub-Antrieb 40 dazu eingerichtet, den Stempel 32 mit einer Kraft gegen die Oberfläche des Halbleiterbauteils HB zu drücken, die etwa 5% bis etwa 30% der Kraft beträgt, die die Magnetanordnung auf den ferromagnetischen Abschnitt 34 des Stempels 32 ausübt um das Halbleiterbauteil HB gegen die Leiterstruktur LS auf dem Substrat S zu drücken.To the semiconductor component HB The lifting drive is not to be damaged 40 set up the stamp 32 with a force against the surface of the semiconductor component HB to push, which is about 5% to about 30% of the force that the magnet assembly on the ferromagnetic section 34 of the stamp 32 exercises around the semiconductor device HB against the ladder structure LS on the substrate S. to press.

Der Hub-Antrieb 40 mit dem Exzenter-Antrieb kann den ferromagnetischen Abschnitt 34 des Stempels 32 für eine Zeitdauer von etwa 30 Millisekunden bis etwa 1200 Millisekunden gegen die Oberfläche des Halbleiterbauteils HB drücken.The lift drive 40 with the eccentric drive can the ferromagnetic section 34 of the stamp 32 for a period of about 30 milliseconds to about 1200 milliseconds against the surface of the semiconductor component HB to press.

Wie in 1 veranschaulicht, wird auf eine Leiterstruktur LS in einem ersten Schritt zunächst ein Depot aus Klebstoff KS aus einem Klebstoff-Reservoir KR aufgebracht. In einem nachfolgenden Schritt erfolgt das Abgeben eines Halbleiterbauteils HB, so dass dessen Kontakthöcker KH mit den jeweiligen Anschlussflecken AF der Leiterstrukturen LS fluchten und das Halbleiterbauteil HB in dem Depot aus Klebstoff KS über den Anschlussflecken AF der Leiterstrukturen LS sitzt. Nun wird das Halbleiterbauteils HB über den Anschlussflecken AF der Leiterstrukturen LS sitzend in die Bearbeitungszone 20 der Vorrichtung 100 hinein gefördert.As in 1 illustrated is on a ladder structure LS in a first step, a deposit of adhesive KS from an adhesive reservoir KR upset. In a subsequent step, a semiconductor component is released HB so that its contact bumps KH with the respective connection points AF of the ladder structures LS align and the semiconductor component HB in the glue depot KS over the connection patch AF of the ladder structures LS sits. Now the semiconductor component becomes HB over the connection patch AF of the ladder structures LS sitting in the processing zone 20th the device 100 promoted into it.

Der Hub-Antrieb 40 mit dem Exzenter-Antrieb drängt nun leicht den Stempel 32 des Thermoden-Elements für eine Zeitdauer von zum Beispiel etwa 40 Millisekunden gegen die Oberfläche des Halbleiterbauteils HB, während der ferromagnetische Abschnitt 34 des Stempels 32 durch Bestromen auf zum Beispiel etwa 500 Grad Celsius erwärmt wird. Anschließend zieht die Magnetanordnung den ferromagnetischen Abschnitt 34 des Stempels 32 in Richtung des Substrat-Auflagebereichs. Nachdem der Klebstoff KS ausgehärtet ist, hebt der Hub-Antrieb 40 den Stempel 32 des Thermoden-Elements 30 von der Oberfläche des Halbleiterbauteils HB ab und das Substrat S wird so weit aus der Bearbeitungszone 20 der Vorrichtung 100 heraus gefördert, dass die nächsten Leiterstrukturen LS mit ihrem Halbleiterbauteil HB darauf in die Bearbeitungszone 20 eingeführt werden.The lift drive 40 with the eccentric drive now pushes the punch slightly 32 of the thermode element for a period of, for example, about 40 milliseconds against the surface of the semiconductor component HB while the ferromagnetic section 34 of the stamp 32 is heated to about 500 degrees Celsius by energizing, for example. The magnet assembly then pulls the ferromagnetic section 34 of the stamp 32 in the direction of the substrate support area. After the glue KS is hardened, the lifting drive lifts 40 the stamp 32 of the thermode element 30th from the surface of the semiconductor device HB off and the substrate S. gets so far out of the processing zone 20th the device 100 promoted out that the next ladder structures LS with their semiconductor component HB then into the processing zone 20th to be introduced.

Die Leiterstrukturen LS sind in einer anderen Variante nicht auf eine Reihe begrenzt. Außerdem können mehrere Halbleiterbauteile HB gleichzeitig getaktet verbunden werden.The ladder structures LS are not limited to a number in another variant. In addition, several semiconductor components HB connected at the same time clocked.

In einer Variante der Vorrichtung kann die Vorrichtung dazu mehrere in Transportrichtung des Substrats in Reihe angeordnete oder mehrere in Reihen und Spalten angeordnete Thermoden-Elemente 30 aufweisen. Entsprechend können optional jedem Thermoden-Element 30 (eine Magnetanordnung 50 und) ein Substrat-Auflagebereich 22 zugeordnet sein.
Die vorangehend beschriebenen Varianten der Vorrichtung sowie deren Aufbau- und Betriebsaspekte dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind teilweise schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Vorgehensweise zuzuordnen sind.In a variant of the device, the device can for this purpose a plurality of thermode elements arranged in a row in the transport direction of the substrate or a plurality of thermode elements arranged in rows and columns 30th exhibit. Correspondingly, each thermode element can optionally be used 30th (a magnet arrangement 50 and) a substrate support area 22nd be assigned.
The above-described variants of the device as well as their construction and operating aspects serve only to provide a better understanding of the structure, the functionality and the properties; they do not restrict the disclosure to the exemplary embodiments. The figures are partly schematic, with essential properties and effects in some cases being shown clearly enlarged in order to clarify the functions, operating principles, technical configurations and features. Any mode of operation, any principle, any technical design and any feature that is / are disclosed in the figures or in the text, with all claims, each feature in the text and in the other figures, other modes of operation, principles, Technical configurations and features that are contained in this disclosure or result from it, can be freely and arbitrarily combined, so that all conceivable combinations can be assigned to the procedure described.

Claims

A device (100) for connecting a semiconductor component (HB) to a conductor structure (LS) located on a substrate (S) comprises: - A substrate conveying device which is set up to transport the substrate (S) with the conductor structure (LS) and a semiconductor component (HB) aligned on connection pads (AF) of the conductor structure (LS) into a processing zone (20) of the device (100) to promote in and out; - A substrate support area (22) and a thermode element (30) in the processing zone (20), wherein the substrate support area (22) and the thermode element (30) are set up to support the substrate (S) and the To press against each other the semiconductor component (HB) that are located between them, - A stroke drive (40) to move the thermode element (30) towards and away from the substrate contact area (22), the thermode element (30) with the stroke by means of an eccentric gear (42) -Drive (40) is coupled, - A stamp (32) of the thermode element (30), the stamp (32) being set up to come into and out of engagement with the semiconductor component (HB) located there at least in sections in the processing zone (20); and - An electrical power source which is set up to energize the stamp (32) in order to heat it.

The device according to Claim 1 which further comprises: - a ferromagnetic portion (34) of the punch (32).

The device according to Claim 2 which further comprises: - a magnet arrangement (50) in the processing zone (20) on a side of the substrate contact area (22) facing away from the thermode element (30), the magnet arrangement (50) being set up for this and its magnetic force being dimensioned in this way is that they are at least the ferromagnetic Section (34) of the stamp (32) is able to be magnetically attracted in such a way that it attaches a semiconductor component (HB) located in the processing zone (20) to the connection pads (AF) of the conductor structure (LS) of a one in the processing zone (20) located substrate (S) presses when the stamp (32) of the thermode element (30) is in engagement with the semiconductor component (HB).

The device according to one of the Claims 1 - 3 - The substrate conveying device is set up to convey the substrate (S) in a temporally and spatially controlled, continuous or clocked manner into and out of the processing zone (20).

The apparatus of any preceding claim, wherein - The thermode element (30) has at least one heating section (36a, 36b) which can be heated with current from the current source for heating the stamp (32), and / or - The thermode element (30) is set up to press the semiconductor component (HB) and the substrate (S) with the conductor structure (LS) against the substrate support area (22) in a temporally and spatially controlled manner with its stamp (32), while the substrate (S) is in the processing zone (20) or the substrate conveying device is conveying the substrate (S) in and out of the processing zone (20); - The stamp (32) is designed to be at least partially flexible in the direction of the substrate support area (22); and or - The stamp (32) is at least partially equipped with thermal shielding in the direction of the substrate support area (22); and or - The stamp (32) of the thermode element (30) is adapted to a surface of the respective semiconductor component (HB) for heat conduction into a semiconductor component (HB) located in the processing zone (20) with which the stamp (32) engages comes; and or - The stamp (32) is designed on its side facing the substrate support area (22) in such a way that it is adapted to heat radiation around the semiconductor component (HB) located in the processing zone (20) with which the stamp (32) in Intervention comes; and or - The stamp (32) of the thermode element (30) is designed as a band-shaped heating wire, the ends of which are each held in a clamp that can be moved towards and away from the substrate support area (22) in a guide.

Device according to one of the preceding claims, wherein - The magnet arrangement (50) in the processing zone (20) is designed as a permanent magnet arrangement or as an electromagnet arrangement which is aligned with the stamp (32) of the thermode element (30); and or - At least the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) has iron, nickel, cobalt or iron-nickel-containing material.

The apparatus of any preceding claim, wherein - The lifting drive (40) is set up to move at least the ferromagnetic section (34) of the punch (32) in the processing zone (20) towards and away from the substrate support area (22); and or - The substrate support area (22) has a thermally insulating cover with a ceramic or glass-containing layer.

The apparatus of the preceding claim, wherein - The lifting drive (40) is set up to move at least the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) about 1 millimeter to about 4 millimeters towards and away from the substrate support area (22); and or - The lifting drive (40) has an eccentric drive in order to move at least the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) about 1 millimeter to about 4 millimeters towards and away from the substrate support area (22); and or - The lifting drive (40) is set up to press at least the ferromagnetic section (34) of the punch (32) against the surface of the semiconductor component (HB) with a force which is approximately 5% to approximately 30% of the force, which the magnet arrangement (50) exerts on the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) in order to press the semiconductor component (HB) against the conductor structure (LS); and or - The lifting drive (40) is set up to press at least the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) against the surface of the semiconductor component (HB) for a period of about 30 milliseconds to about 1200 milliseconds.

The apparatus of any preceding claim, wherein - The electrical power source is set up to energize the stamp (32) of the thermode element (30) in a controlled manner in terms of time and / or with regard to the temperature of the conductor; and or - The power source is set up to use the heatable heating section (36a, 36b) to heat the stamp (32) to a temperature of approximately 70 degrees Celsius to approximately 550 degrees Celsius.

A method for connecting a semiconductor component (HB) to a conductor structure (LS) located on a substrate (S) comprises the steps: conveying the substrate (S) with the conductor structure (LS) and the connection pads (AF) Conductor structure (LS) aligned semiconductor component (HB) into a processing zone (20); - Alignment of the substrate (S) with the conductor structure (LS) and the semiconductor component (HB) aligned on the connection pads (AF) of the conductor structure (LS) between a substrate support area (22) and a thermode element (30) in the processing zone (20), wherein the substrate support area (22) and the thermode element (30) are set up to press the substrate (S) and the semiconductor component (HB) against one another when they are located between them; - Moving the thermode element (30) towards the substrate support area (22) and away from it, with a lifting drive (40) which is coupled to the thermode element (30) by means of an eccentric gear (42), - at least in sections, bringing a stamp (32) of the thermode element (30) into engagement with the semiconductor component (HB) located in the processing zone (20); - energizing the stamp (32) by means of an electrical power source in order to heat it; - Magnetic attraction of at least one ferromagnetic section (34) of the stamp (32) by means of a magnet arrangement (50) arranged in the processing zone (20) on a side of the substrate contact area (22) facing away from the thermode element (30), wherein the Magnet arrangement (50) is set up and its magnetic force is dimensioned so that at least the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) is magnetically attracted so that it attaches the semiconductor component (HB) located in the processing zone (20) to the connection pads (AF) of the The conductor structure (LS) of a substrate (S) located in the processing zone (20) presses when the stamp (32) of the thermode element (30) is in engagement with the semiconductor component (HB).

The procedure after Claim 10 - The substrate (S) is conveyed into and out of the processing zone (20) in a temporally and spatially controlled manner, continuously or in a clocked manner.

The procedure after Claim 10 or 11 , wherein - a heatable heating section (36a, 36b) of the thermode element (30) is heated with current from the power source, and / or - the thermode element (30) with its stamp (32), the semiconductor component (HB) and the The substrate (S) with the conductor structure (LS) presses against the substrate support area (22) in a temporally and spatially controlled manner while the substrate (S) is in the processing zone (20) or the substrate conveyor device the substrate (S) in the Conveying processing zone (20) in and out; - The stamp (32) yields at least partially in the direction of the substrate support area (22); and / or - the stamp (32) of the thermode element (30) comes into engagement on a surface of the respective semiconductor component (HB) for heat conduction into a semiconductor component (HB) located in the processing zone (20); and / or - the stamp (32) emits thermal radiation around the semiconductor component (HB) located in the processing zone (20).

The method according to any one of the preceding method claims, wherein - The magnet arrangement (50) in the processing zone (20) as a permanent magnet arrangement or as an electromagnet arrangement is aligned with the stamp (32) of the thermode element (30).

The method according to any one of the preceding method claims, wherein - The lifting drive (40) moves at least the ferromagnetic section (34) of the punch (32) in the processing zone (20) towards and away from the substrate support area (22).

The method of the preceding claim, wherein - The lifting drive (40) moves at least the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) about 1 millimeter to about 4 millimeters towards and away from the substrate support area (22); and or - The lifting drive (40) presses at least the ferromagnetic section (34) of the punch (32) against the surface of the semiconductor component (HB) with a force which is approximately 5% to approximately 30% of the force exerted by the magnet arrangement (50 ) exerts a ferromagnetic section of the punch (32) in order to press the semiconductor component (HB) against the conductor structure (LS); and or - The lifting drive (40) presses at least the ferromagnetic section (34) of the stamp (32) for a period of about 30 milliseconds to about 1200 milliseconds against the surface of the semiconductor component (HB).

The method according to any one of the preceding method claims, wherein - The electrical power source supplies the stamp (34) of the thermode element (30) with current in a controlled manner in terms of time and / or with regard to the temperature of the conductor; and or - The power source with the heatable heating section (36a, 36b) heats the stamp (32) to a temperature of about 70 degrees Celsius to about 550 degrees Celsius.