DE19807202A1 - Verfahren und Anordnung zum Kontaktieren von elektronischen Bauelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Positio­ nieren von elektronischen Bauelementen, etwa von Bauelemen­ ten der diskreten Schaltungstechnik und/oder Chips, auf ei­ nem Schaltungsträger und zum Kontaktieren der Bauelemente­ anschlüsse mit Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen, die auf dem Schaltungsträger angeordnet sind. Die Erfindung be­ zieht sich weiterhin auf eine Anordnung und deren Ausge­ staltung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Zwang zu immer höherer Integrationsdichte in der Mikro­ elektronik erfordert bei der Herstellung und der Verbindung elektronischer Baugruppen zunehmend Verfahren und Vorrich­ tungen, die eine optimale Ausnutzung der verfügbaren Schal­ tungsträgerflächen ermöglichen. Bei der Bestückung von Schaltungsträgern ist das Verhältnis der zur Verfügung ste­ henden Schaltungsträgerfläche zu der Fläche, die für die Bauelemente benötigt wird, ein Maß der Packungsdichte. In der Regel geht es darum, bei optimaler Packungsdichte den Schaltungsträger mit Leiterzügen zu versehen, die Bauele­ mente an ihrem vorausberechneten Ort auf dem Schaltungsträ­ ger zu plazieren und zu befestigen bzw. die Bauelementean­ schlüsse mit den Leiterzügen zu verbinden.

Soweit das die Handhabung der Bauelemente betrifft, insbe­ sondere deren Transport, Ausrichtung und Positionierung, sind technische Lösungen im Stand der Technik bekannt, de­ ren Grundprinzipien auch bei kleiner werdenden Bauelementen noch weitgehend beibehalten werden können. So wird bei­ spielsweise für die Bestückung von hochpoligen Bauteilen das sogenannte Pick & Place-Verfahren genutzt, bei dem der Bestückungsvorgang den Transport der einzelnen Bauelemente von der Abhol- bis zur Bestückungsposition auf der Leiter­ plattenoberfläche einschließt und bei dem eine genaue Posi­ tionierung möglich ist. Dagegen hat sich bei der Bestückung mit einfachen, etwa zweipoligen Komponenten derzeit das so­ genannte Chip-Shooter-Prinzip durchgesetzt, bei dem die Be­ stückung weniger genau, dafür aber mit höherer Bestückungs­ leistung vorgenommen werden kann. Diese Verfahren sollen hier nicht weiter betrachtet werden.

Das Aufbringen der Leiterbahnen betreffend hat die stetige Forderung nach Erhöhung der Packungsdichte und Komplexität elektronischer Schaltungen von der Einlagen- zur Multilay­ erschaltung geführt, wobei nachteiligerweise allerdings mit wachsender Lagemahl und damit einhergehender höherer Wär­ meabfuhr beim Löten neue Probleme aufgetreten sind.

Die Problemlösung hat zur Micro-Wire-Technik geführt. Hier wird über ein CAD-System eine Verdrahtungsmaschine ange­ steuert, die isolierte Schaltungsdrähte in einem program­ mierten Schaltungsmuster verlegt. Änderungen des Leiterbah­ nenbildes können im CAD-System direkt ausgeführt und als Steuerdaten an die Verlegemaschine weitergegeben werden. Allerdings ist diese Technologie wegen des notwendigerweise recht komplizierten Aufbaus der Verlegemaschine und der Notwendigkeit der mechanischen Fixierung des Drahtes auf den Schaltungsträger recht aufwendig.

In der DE-OS 35 39 781 A1 sind ein "Verfahren und (eine) Vorrichtung zum Herstellen einer elektrisch leitenden Struktur" insbesondere zur Schaffung von Leitermustern auf einer Leiterplatte dargestellt. Dabei ist vorgesehen, die leitende Struktur bzw. das Leitermuster auf die Platine mittels einer sprühbaren Flüssigkeit, die zumindest im ge­ trockneten Zustand elektrisch leitend ist, berührungslos aufzutragen. Zur Ausführung dieses Verfahrens ist eine Vor­ richtung angegeben, die eine Düse zum Erzeugen eines Flüs­ sigkeitsstrahles sowie eine Einrichtung zum Zerlegen dieses Strahles in einzelne Flüssigkeitstropfen aufweist. Die An­ ordnung ist weiterhin mit einer Ablenkeinrichtung versehen, mit der die Strahlungsrichtung der Flüssigkeit beeinflußbar ist. Verfahren und Anordnung sind der Tintenstrahldruck­ technik entlehnt.

Das Aufbringen der Leiterbahnen erfolgt durch Koordinierung des Zusammenwirkens der Spritzeinrichtung mit der Ablen­ keinrichtung einerseits und der Bewegung des Trägermateri­ als, auf den die elektrisch leitfähige Flüssigkeit aufge­ tragen werden soll, andererseits. Dieses Verfahren bildet zwar die Grundlage für eine effektive Herstellung von Lei­ terplatten, es löst jedoch nicht das Problem der einfache­ ren und kostengünstigeren Herstellung eines mit hoher Inte­ grationsdichte bestückten Schaltungsträgers.

Im Hinblick auf die Kontaktanbindung von elektronischen Bauelementen beim Aufsetzen auf einen Schaltungsträger ist es beispielsweise von der Chip-Montage her bekannt, den Chip so mit dem Schaltungsträger zu verbinden, daß dessen aktive Seite, also jene, die die Strukturen enthält, zum Schaltungsträger hin ausgerichtet ist. Die Kontaktanbindung erfolgt dann über sogenannte Bumps, die vor der Chipmontage in einem separaten Prozeß auf den Siliziumträger aufge­ bracht worden sind. Diese Bumps können auf der gesamten Chipfläche verteilt sein, oder der Siliziumträger weist ein analog gestaltetes Kontaktstellenmuster in Form von Kon­ takt-Pads oder ebenfalls Bumps auf. Mit dieser als Flip- Chip-Technologie bekannten Verfahrensweise wird vor allem die benötigte Schaltungsträgerfläche reduziert.

Der Nachteil aller bisher dargestellten Technologien be­ steht jedoch darin, daß ein einheitlicher und durchgängiger Prozeß, beginnend bei dem Aufbringen des Leitungsmusters auf den Schaltungsträger über die Zuführung und Positionie­ rung der elektronischen Bauelemente bis hin zur Kontaktan­ bindung der Bauelemente nicht möglich ist, sondern die zu­ grundeliegenden Fertigungstechnologien stets auch örtlich voneinander getrennte Verfahrensschritte und deshalb viel Aufwand für Transport, Einjustierung usw. und auch viel Fertigungszeit erfordern.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazugehörige Anordnung zu schaffen, mit denen eine Reduzierung der Prozeßschritte sowie eine höhere Fertigungsflexibilität und damit eine deutliche Ko­ stenreduzierung bei der Herstellung von bestückten Schal­ tungsträgern erzielbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der vorbeschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen durch Aufspritzen einer flüssigen, nach dem Aufspritzen erstarrenden und zumindest im erstarr­ ten Zustand elektrisch leitenden Substanz auf den Schal­ tungsträger aufgebracht werden und die Kontaktanbindung der elektronischen Bauelemente vorgenommen wird, während sich die auf die Schaltungsträgerfläche aufgespritzte Substanz zumindest im Bereich der Bauelementeanschlüsse noch nicht in erstarrten Zustand befindet. Mit der fortschreitenden Erstarrung der Substanz ergibt sich danach eine elektrisch leitende und zugleich mechanische Verbindung zwischen den Leiterzügen auf dem Schaltungsträger und dem elektronischen Bauelement bzw. dessen Anschlüssen.

Damit ist es vorteilhaft möglich, das Aufbringen der Lei­ terzüge auf den Schaltungsträger, das Zuführen und Positio­ nieren der elektronischen Bauelemente und die Kontaktierung der Bauelementeanschlüsse mit Kontaktflächen und/oder Lei­ terzügen auf dem Schaltungsträger in einem fortlaufenden Prozeß vorzunehmen. Das hat den Vorteil, daß die Gestaltung des Leitungsmusters lediglich von der Ansteuerfunktion für die Einrichtung abhängig ist, durch die das Aufspritzen der elektrisch leitenden Flüssigkeit vorgenommen wird. Auch die Positionierung der elektronischen Bauelemente ist lediglich von der Ansteuerfunktion der Einheit abhängig, die die Zu­ führung und Positionierung des jeweiligen Bauelementes vor­ nimmt. Damit wird die Gestaltung des bestückten Schaltungs­ trägers weitestgehend auf ein Software-Problem reduziert, was eine hohe Fertigungsflexibilität zur Folge hat. Ände­ rungen beispielsweise des Leiterbildes bzw. der Leiterbahn­ führung können schnell und unkompliziert vorgenommen wer­ den. Die Effektivität bei der Herstellung von mit diskreten elektronischen Bauelementen bestückten Leiterplatten und auch von mit Chips versehenen Schaltungsträgern ist damit nicht mehr wie beim Stand der Technik von Stückzahlen ab­ hängig.

In einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Bauelemente vor dem Aufspritzen oder während des Aufspritzens der Substanz positioniert werden und die Substanz unmittelbar bis an die Bauelementeanschlüsse heran und diese kontaktierend auf den Schaltungsträger aufge­ bracht wird. Alternativ hierzu ist es jedoch denkbar, daß die Bauelemente nach dem Aufspritzen der Substanz, jedoch noch vor deren vollständiger Erstarrung, positioniert wer­ den und dabei die Bauelementeanschlüsse auf die noch nicht erstarrte Substanz, gegebenenfalls unter Druck, aufgesetzt werden.

Mit dieser Verfahrensweise wird eine wesentliche Effektivi­ tätserhöhung dadurch erzielt, daß nicht mehr wie bisher in voneinander unabhängigen, zudem noch örtlich getrennten und Transporte erfordernden Verfahrensschritten zunächst die Leiterzüge aufgebracht und in weiteren Schritten dann die elektronischen Bauelemente aufgesetzt und deren Kontakte mit den Leiterbahnen verbunden werden, wozu die Leiterbah­ nen zumindest an den Kontaktstellen nochmals aufgeschmolzen werden müssen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfinderischen Lösung besteht darin, daß mit der elektrischen Kontaktierung die Bauelemente zugleich auch mechanisch haltbar auf dem Schal­ tungsträger befestigt sind. Daraus folgt, daß nicht zwangs­ läufig wiederaufschmelzbare Substanzen zur Kontaktanbindung der Bauelementeanschlüsse bzw. für die Leiterzüge vorgese­ hen sein müssen.

Erfindungsgemäß kann trotzdem vorgesehen sein, die Bauele­ mente zusätzlich mit Hilfe eines elektrisch nichtleitenden Klebstoffes auf dem Schaltungsträger zu befestigen. Damit erhöht sich die Funktionssicherheit und die Lebensdauer von bestückten Schaltungsträgern, die einer höheren thermischen bzw. mechanischen Dauerbelastung ausgesetzt sind.

Im Rahmen der Erfindung liegt ein Verfahren zum Positionie­ ren von elektronischen Bauelementen auf einem Schaltungs­ träger sowie zur elektrischen Verbindung der Anschlüsse verschiedener, auf ein- und demselben Schaltungsträger an­ geordneter Bauelemente untereinander. Dabei werden in einem ersten Schritt zunächst die Bauelemente positioniert und danach die Leiterzüge, die die Bauelementeanschlüsse nach einem vorgegebenen Leitungsmuster miteinander verbinden, auf den Schaltungsträger aufgebracht. So ist die Herstel­ lung eines Schaltungsträgers, der mit mehreren elektroni­ schen Bauelementen bestückt ist, in einem fortlaufenden technologischen Prozeß möglich.

Der Effektivitätszuwachs ergibt sich daraus, daß der Schal­ tungsträger bzw. die unbestückte Platine nur einmal trans­ portiert und in eine Position ausgerichtet werden muß, in der sowohl die Leiterbahnen als auch die elektronischen Bauelemente aufgebracht werden können. Alle noch beim Stand der Technik erforderlichen Zwischenschritte zum Weiter­ transportieren, Ablegen und Neupositionierung der Platine in der Bestückungseinrichtung entfallen.

Eine weiterhin sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung sieht vor, daß zunächst eine oder auch mehrere Leiter­ züge auf den Schaltungsträger aufgebracht werden und eine erste Leiterebene bilden. Diese Leiterzüge werden nun ins­ gesamt oder je nach Bedarf abschnittsweise mit einem elek­ trisch nichtleitenden, eine dünne Isolierschicht bildenden Material überdeckt. Danach werden über diese Isolierschicht weitere, die Leiterzüge unter der Isolierschicht gegebenen­ falls kreuzende Leiterzüge aufgebracht, die auf diese Weise eine zweite Leiterebene bilden.

Damit ist es auf einfache technologische Weise und auch platzsparend möglich, mehrere Leiterzug- bzw. Leiterbahne­ benen übereinander auf einem Schaltungsträger anzuordnen, wobei der Vorteil der bereits genannten Flexibilität des erfinderischen Verfahrens erhalten bleibt. Das abwechselnde Aufbringen von Leiterbahnen und Isolierschichten kann so oft erfolgen, bis eine vorgegebene Anzahl von n Leiterebe­ nen mit jeweils einer dazwischenliegenden Isolierschicht übereinander angeordnet sind.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß das Aufbrin­ gen der Isolierschicht durch Aufspritzen eines elektrisch nichtleitenden, während des Aufspritzens flüssigen, nach dem Aufspritzen erstarrenden und dann fest auf dem Unter­ grund haftenden Materials erfolgt. Außerdem ist es bei ent­ sprechender Modifizierung der Verfahrensschritte möglich, sich kreuzende Leiterzüge aus unterschiedlichen Leiterebe­ nen elektrisch zu verbinden, indem an der gewünschten Posi­ tion kein Isoliermaterial aufgespritzt wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht weiterhin darin, daß nach dem Aufbringen der Leiterzüge in einer oder mehre­ ren Leiterebenen und/oder nach der Kontaktanbindung der Bauelemente, also nach der Fertigstellung der elektroni­ schen Schaltungsanordnung, über die Leiterbahnen und/oder über die Bauelemente ein Schutzüberzug aus einem elektrisch nichtleitenden, nach dem Aufspritzen erstarrenden Material, etwa aus einem transparenten Kunststoff, aufgebracht wird.

Hier ergibt sich wiederum eine Erhöhung der Effektivität dadurch, daß zum Aufbringen des Schutzüberzuges die bereits bestückte Platine in der Position verbleiben kann, in der die Bestückung mit den Bauelementen bzw. das Aufbringen der Leiterzüge erfolgt ist. Damit entfallen weitere aufwendige Schritte zur Handhabung, beispielsweise zum Wiederausrich­ ten in unterschiedlichen Fertigungsstationen, wie sie nach dem Stand der Technik bisher zum Aufbringen von Schutzüber­ zügen erforderlich gewesen sind.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anordnung zum Herstellen von Schaltungsträgern, die mit elektronischen Bauelementen, wie Chips oder Wafern, bestückt sind, wobei die Bauelementeanschlüsse mit Kontaktflächen und/oder Lei­ terbahnen, die ebenfalls auf dem Schaltungsträger anzuord­ nen sind, in elektrisch leitender Verbindung stehen.

Hierbei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine relativ zum Schaltungsträger bewegliche Aufspritzeinrichtung für eine flüssige, nach dem Aufbringen erstarrende und die Kon­ taktflächen bzw. Leiterbahnen bildende Substanz vorhanden und mit einem ersten Antrieb gekoppelt ist. Weiterhin ist eine Positioniereinrichtung für die Bauelemente vorgesehen und mit einem zweiten Antrieb gekoppelt, wobei beide An­ triebe mit einer Ansteuereinheit zur Vorgabe von Bewegungen für die Aufspritzeinrichtung beim Aufbringen der Substanz und zur Vorgabe von Bewegungen für die Positionierung der Bauelemente verbunden sind.

Dazu ist in der Ansteuereinheit mindestens eine Rechen­ schaltung zur zeitlichen und räumlichen Abstimmung der Be­ wegungen der Aufspritzeinrichtung und der Bewegungen zur Positionierung der Bauelemente aufeinander vorgesehen.

Mit dieser Anordnung ist es vorteilhaft möglich, in Abhän­ gigkeit von einer beispielsweise mit Hilfe eines CAD- Systems entworfenen Schaltungsvariante sowohl die Positio­ nierung der Bauelemente als auch die Aufbringung der Lei­ terbahnen bzw. Leiterzüge vorzunehmen.

In Ausgestaltungsvarianten der Erfindung kann dabei vorge­ sehen sein, daß die von der Ansteuereinheit ausgegebenen Bewegungsvorgaben für die Aufspritzeinrichtung und für die Positionierung der Bauelemente so zueinander koordinierbar sind, daß die Positionierung eines Bauelementes wahlweise unmittelbar vor oder nach dem Aufbringen der Substanz er­ folgt.

Damit ist es möglich, in Abhängigkeit von der gewählten Fertigungstechnologie zunächst die Leiterzüge aufzuspritzen und in unmittelbarer Folge, d. h. noch bevor die elektrisch leitende flüssige Substanz ausgehärtet ist, das Bauelement auf die Kontaktflächen aufzusetzen. Alternativ hierzu ist es möglich, zunächst die Bauelemente zu positionieren und dann die Kontaktierung der Bauelementeanschlüsse durch Auf­ spritzen der elektrisch leitenden Substanz in den Bereich zwischen die Anschlußflächen am Bauelement und die Kontakt­ flächen am Schaltungsträger vorzunehmen bzw. die Leiterzüge aufzuspritzen, ausgehend von den Kontaktflächen eines Bau­ elementes bis hin zu den Kontaktflächen eines zweiten oder dritten Bauelementes.

Zu diesem Zweck kann erfindungsgemäß die Aufspritzeinrich­ tung mit einer Vorrichtung zur Änderung der Neigung α der Spritzrichtung relativ zum Schaltungsträger gekoppelt sein. Damit ist es möglich, ohne Positionsänderung des Schal­ tungsträgers die Spritzrichtung so zu wählen, daß diese beispielsweise rechtwinklig auf den Schaltungsträger ge­ richtet ist, etwa zum Aufbringen von Leiterzügen, oder auch (während des Aufspritzvorganges) geändert werden kann, so daß der fertigungstechnische Übergang vom Aufspritzen eines Leiterzuges zum Einspritzen der Substanz in einen Bereich zwischen einem Bauelementeanschluß und dem Schaltungsträger unmittelbar vorgenommen werden kann.

So ist es beispielsweise denkbar, die Spritzrichtung um ei­ nen Winkel α von 45° zu neigen, um die elektrisch leitende Flüssigkeit in einen Raum einbringen zu können, der zwi­ schen dem Schaltungsträger und einem senkrecht über dem Schaltungsträger positionierten Bauelementeanschluß ausge­ bildet ist.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung liegt es, daß die Aufspritzeinrichtung einen mit der elektrisch leitenden Substanz in flüssigem Zustand gefüllten Vorratsbehälter, mindestens eine Dosierpumpe zur Förderung der Substanz, ei­ nen Antrieb für jede Dosierpumpe, mindestens eine Spritzdü­ se zum Ausbringen der Substanz sowie Transportkanäle für die flüssige Substanz vom Vorratsbehälter zur jeweiligen Spritzdüse umfaßt. Vor allem unter dem Gesichtspunkt der Ansteuerbarkeit ist es vorteilhaft, wenn ein piezoelektri­ scher Antrieb für die Dosierpumpe vorgesehen ist und dieser mit einem Generator zur Erzeugung von Ansteuerimpulsen in Verbindung steht. Die Ansteuerimpulse bewirken dabei die Förderung der flüssigen Substanz vom Vorratsbehälter zur Spritzdüse und schließlich die Ausgabe der Substanz aus der Spritzdüse in Form von Tropfen. Beispielhaft kann mit jedem Ansteuerimpuls die Ausgabe eines Tropfens der Substanz ver­ anlaßt werden.

Bei entsprechender Konfiguration der Aufspritzeinrichtung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß als Substanz ein elektrisch leitfähiger, unter UV-Strahlung aushärtender Kunststoff vorgesehen und die Aufspritzeinrichtung mit ei­ ner auf die aufgespritzte Substanz gerichteten UV- Strahlungsquelle gekoppelt ist. Damit ist es beispielsweise möglich, eine nichtwiederaufschmelzbare Substanz zu verwen­ den, deren Aushärtung nach Aufsetzen des Bauelementes mit der Einschaltung der UV-Strahlungsquelle eingeleitet wird. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, als Sub­ stanz einen elektrisch leitfähigen Lack vorzusehen, der un­ ter Raumtemperatur aushärtet. Dann ist das Aufbringen der Leiterzüge und das Aufsetzen der elektronischen Bauelemente zeitlich so aufeinander abzustimmen, daß die Kontaktanbin­ dung vor Aushärtung des Lackes erfolgt.

Im Rahmen der Erfindung liegt es weiterhin, daß als elek­ trisch leitfähige Substanz eine leicht schmelzbare Metall- Legierung vorgesehen und der Vorratsbehälter mit einer Hei­ zungseinrichtung verbunden ist, die das Aufschmelzen der Substanz bewirkt, wodurch die Substanz im flüssigen Zustand bereitgestellt wird.

In einer weiteren sehr bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, daß die Aufspritzeinrichtung über mehrere separat ansteuerbare, mit getrennten Spritzdüsen verbundene Dosierpumpen verfügt, wobei die Spritzrichtungen der Spritzdüsen so aufeinander abgestimmt sind, daß die von den einzelnen Spritzdüsen auf den Schaltungsträger ausgebrach­ ten Tropfen einander überlappen. Damit ist es möglich, je nach Anzahl der in Betrieb gesetzten Spritzdüsen die Aus­ dehnung eines Leiterzuges beispielsweise in seiner Breite zu beeinflussen. Je mehr nebeneinander angeordnete Spritz­ düsen angesteuert und dadurch in Betrieb gesetzt werden, um so breiter wird die Leiterbahn aufgebracht, etwa zur Aus­ bildung von Anschluß- oder Kontaktflächen.

In diesem Zusammenhang ist es außerdem denkbar, daß die Aufspritzeinrichtung mit mehreren Spritzdüsen versehen ist, deren geometrische Anordnung an der Aufspritzeinrichtung beispielsweise der Anordnung der Anschlüsse an einem Chip entspricht. Damit ist jedem Anschluß eine Spritzdüse zuge­ ordnet, und alle Anschlüsse dieses Chips können bei An­ steuerung der Spritzdüsen gleichzeitig mit dem Schaltungs­ träger kontaktiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Aufspritzeinrichtung über mindestens eine se­ parat ansteuerbare, mit einem getrennten Vorratsbehälter und einer getrennten Spritzdüse verbundenen Dosierpumpe ausgestattet ist, wobei der Vorratsbehälter mit einem elek­ trisch nichtleitenden, während des Aufspritzens flüssigen, nach dem Aufspritzen erstarrenden und dann fest haftenden und so eine Isolierschicht bildenden Material gefüllt ist. Damit ist unmittelbar nach dem Aufbringen einer leitenden Substanz auch das Aufbringen einer nichtleitenden Substanz möglich, beispielsweise zur Schaffung von Isolierschichten zwischen mehreren Leiterbahnebenen oder zum Aufbringen ei­ ner abschließenden Schutzschicht.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeich­ nungen zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung

Fig. 2 die Ansicht A aus Fig. 1

In Fig. 1 ist in einer Prinzipskizze eine Anordnung zur Aus­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein Schaltungsträger 1 ist an seiner Oberseite 2 mit einem elektronischen Bauelement 3 sowie mit Leiterbahnen 4 zu versehen, wobei die Bauelementeanschlüsse 5 und 6 mit den Leiterbahnen 4 zu kontaktieren sind.

Dazu ist eine relativ zum Schaltungsträger 1 in den Koordi­ naten X, Y, Z bewegliche Aufspritzeinrichtung 7 für eine leicht schmelzbare Metallegierung vorgesehen und mit einem Antrieb 8 gekoppelt, der zur Erzeugung der Relativbewegun­ gen zwischen dem Schaltungsträger 1 und der Aufspritzein­ richtung 7 ausgebildet ist.

Des weiteren ist eine Positioniereinrichtung 9 vorhanden und mit einem zweiten Antrieb 10 gekoppelt. Beide Antriebe 8,10 sind über Signalleitungen 11, 12 mit Ausgängen einer Ansteuereinheit 13 verbunden, die ihrererseits mit einem beispielsweise mit einem CAD-System ausgestatteten Computer 14 in Verbindung steht.

Die Aufspritzeinrichtung 7 ist mit mehreren Spritzdüsen 15 (vgl. auch Fig. 2) zum Ausbringen der flüssigen Metallegie­ rung versehen. Außerdem umfaßt die Aufspritzeinrichtung 7 einen mit der schmelzbaren Metallegierung im flüssigen Zu­ stand gefüllten Vorratsbehälter, Dosierpumpen zur Förderung der flüssigen Metallegierung, wobei die Anzahl der Dosier­ pumpen der Anzahl an Spritzdüsen 15 entspricht, gesonderte Antriebe für jeweils eine der Dosierpumpen sowie Transport­ kanäle, die innerhalb der Aufspritzeinrichtung 7 zur Lei­ tung der aufzuspritzenden Flüssigkeit vom Vorratsbehälter zu den Spritzdüsen 15 dienen.

Von den vorgenannten Baugruppen der Aufspritzeinrichtung 7 sind in Fig. 1 und Fig. 2 lediglich die Spritzdüsen 15 darge­ stellt. Der prinzipielle Aufbau der Aufspritzeinrichtung 7 kann beispielsweise der Veröffentlichung "Three-dimensional micro forming using metal jet", Katsumi at all, Nagoya Uni­ versity, Furo-Cho, Chikusa-ku, Nagoya, 464-01 Japan, ent­ nommen werden.

Erfindungsgemäß sind die Spritzdüsen 15 mit einer Kippvor­ richtung 16 gekoppelt, die eine Änderung der Aufspritzrich­ tung um einen Winkel ±Δα relativ zur Oberseite 2 des Schal­ tungsträgers 1 ermöglicht. Innerhalb der Aufspritzeinrich­ tung 7 sind die Dosierpumpen mit piezoelektrischen Antrie­ ben (ebenfalls nicht dargestellt) verbunden, die gesondert mit einem pulsförmigen Taktsignal angesteuert werden, wobei jeder Ansteuerimpuls die Förderung eines Tropfens der flüs­ sigen Metallegierung vom Vorratsbehälter zur zugeordneten Spritzdüse 15 und das Ausbringen dieses Tropfens aus der Spritzdüse 15 auf die Oberseite 2 des Schaltungsträgers 1 bewirkt. In Abhängigkeit von der Impulsfrequenz werden Tropfen in zeitlicher Aufeinanderfolge und aufgrund der Vorschubgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung der Aufsprit­ zeinrichtung 7 einander überlappend und eine Leiterbahn 4 bildend auf die Oberfläche des Schaltungsträgers 1 ausge­ bracht.

Zur Aufschmelzung der Metallegierung ist der Vorratsbehäl­ ter innerhalb der Aufspritzeinrichtung 7 mit einer Heizein­ richtung verbunden.

Die Positioniereinrichtung 9 ist mit einer Haltevorrichtung 17 für das Bauelement 2 ausgestattet. Die Haftung des Bau­ elementes 2 an der Haltevorrichtung 17 kann beispielsweise durch einen Saugunterdruck bewirkt werden. Positionierein­ richtung 9 und Haltevorrichtung 17 können konstruktiv so ausgestaltet sein, daß ein oder mehrere Bauelemente aufge­ nommen, transportiert und in der gewünschten Position über dem Schaltungsträger 1 positioniert werden können.

Das Betreiben der dargestellten Anordnung erfolgt beispiel­ haft in der Weise, daß nach Festlegung der Positionen des Bauelementes bzw. der Bauelemente und nach dem Entwurf des Leiterbildes mit Hilfe des CAD-Programmes im Computer 14 über die Ansteuereinheit 13 die Positioniereinrichtung 9 angesteuert wird und die Abholung der Bauelemente aus einem Speicher, den Transport zum Schaltungsträger sowie die Po­ sitionierung über dem Schaltungsträger 1 vornimmt. Sodann fährt, von der Ansteuereinheit 13 entsprechend dem Layout für die Leiterbahnen 4 veranlaßt, die Aufspritzeinrichtung 7 die Strecke der Leiterbahnführung ab, wobei durch An­ steuerung der Dosierpumpen einer oder mehrerer ausgewählter Spritzdüsen 15 das tropfenförmige Ausspritzen der flüssigen Metallegierung aus diesen Spritzdüsen 15 erfolgt.

Das Aufbringen der Metallegierung kann am Bauelementean­ schluß 5 beginnen, wobei die Spritzdüsen 15 bzw. die Auf­ spritzrichtung, wie in Fig. 1 anhand einer angedeuteten Auf­ spritzeinrichtung 7 dargestellt, mit Hilfe der Kippvorrich­ tung 16 um einen Winkel -Δα von etwa 45° gegen die Ober­ seite 2 des Schaltungsträgers 1 geneigt wird, wodurch die flüssige Metallegierung in den freien Raum zwischen dem Bauelementeanschluß 5 und der Oberseite 2 eingebracht wer­ den kann.

Das Aufbringen der flüssigen Metallegierung auf die Ober­ seite 2 wird dem programmierten Bewegungsablauf entspre­ chend fortgesetzt, wobei während des Aufspritzens die Auf­ spritzrichtung in einen rechten Winkel zur Oberseite 2 ein­ gestellt wird. Dieser Arbeitsschritt wird fortgesetzt, bis die Leiterbahn den Rand des Schaltungsträgers 1 erreicht oder, was auch denkbar ist, den Bauelementeanschluß eines weiteren über dem Schaltungsträger 1 positionierten, aber noch nicht kontaktierten Bauelementes erreicht. Dann er­ folgt eine Verstellung der Aufspritzrichtung mit Hilfe der Kippvorrichtung 16 um den Winkel +Δα ≈ 45°, wodurch auch hier die flüssige Metallegierung in den Raum zwischen dem Bauelementeanschluß und der Oberseite 2 eingebracht werden kann.

Auf diese Weise ist es möglich, die Anschlüsse aller auf dem Schaltungsträger 1 angeordneten (in der Zeichnung nicht dargestellten) Bauelemente entsprechend der vorausberechne­ ten Leiterbahnführung miteinander zu verbinden.

In Fig. 2 ist in der Ansicht A aus Fig. 1 zu erkennen, daß die Aufspritzeinrichtung 7 über mehrere Spritzdüsen 15 ver­ fügt, wovon jede wie bereits dargelegt über separate Do­ sierpumpen ansteuerbar ist. Die Aufspritzrichtungen der Spritzdüsen 15 sind dabei parallel zueinander ausgerichtet; die Abständer der einzelnen Spritzdüsen 15 zueinander sind so gewählt, daß sich jeweils die aus zwei benachbarten Spritzdüsen 15 ausgebrachten Flüssigkeitstropfen nach dem Auftreffen auf die Oberseite 2 überlappen. Damit ist es möglich, durch Ansteuerung mehrerer nebeneinander liegender Spritzdüsen 15 die Breite der Leiterbahn 4 auch während des Aufspritzvorganges zu verändern. Das ist beispielhaft dann nützlich, wenn der Endabschnitt einer Leiterbahn 4 zum Ran­ de des Schaltungsträgers 1 hin in einer Kontaktfläche mit der Breite b auslaufen soll.

Außerdem ist es denkbar, die Aufspritzeinrichtung 7 mit mindestens einer Spritzdüse 18 auszustatten, die wie die Spritzdüsen 15 über eine separate Dosierpumpe ansteuerbar ist, aber außerdem auch mit einem getrennten Vorratsbehäl­ ter in Verbindung steht, in welchem ein zunächst flüssiger, elektrisch nichtleitender und nach dem Aufspritzen auf den Schaltungsträger 1 unter Raumtemperatur aushärtender Lack gespeichert ist.

Bei Ansteuerung dieser Spritzdüse 18 anstelle der Spritzdü­ sen 15 erfolgt das tropfenweise Ausbringen des Lackes, bei­ spielsweise zum Zweck des Aufbringens einer Isolierschicht über die Leiterbahnen 4 oder auch zum Zweck des Aufbringens einer isolierenden Schutzschicht über die Bauelementean­ schlüsse.

Bezugszeichenliste

1

Schaltungsträger

2

Oberseite

3

elektronisches Bauelement

4

Leiterbahnen

5

,

6

Bauelementeanschlüsse

7

Aufspritzeinrichtung

8

erster Antrieb

9

Positioniereinrichtung

10

zweiter Antrieb

11

,

12

Signalwege

13

Ansteuereinheit

14

Computer

15

Spritzdüse

16

Kippvorrichtung

17

Haltevorrichtung

18

Spritzdüse

Claims (17)

1. Verfahren zum Positionieren von elektronischen Bauele­ menten (3), wie Chips oder Wafer, auf einem Schaltungs­ träger (1) und zur elektrischen Kontaktierung der Bau­ elementeanschlüsse (5, 6) mit auf dem Schaltungsträger (1) angeordneten Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen durch Aufspritzen einer flüssigen, nach dem Aufspritzen erstarrenden und zumindest im erstarr­ ten Zustand elektrisch leitenden Substanz auf den Schaltungsträger aufgebracht werden und die Kontaktie­ rung vorgenommen wird, während sich die aufgespritzte Substanz zumindest im Bereich der Bauelementeanschlüsse (5, 6) noch nicht im erstarrten Zustand befindet, wonach sich mit fortschreitender Erstarrung der Substanz eine elektrisch leitende und adhäsive Verbindung zwischen Schaltungsträger (1), Bauelement (3) und Kontaktflächen bzw. Leiterbahnen (4) ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (3) vor dem Aufspritzen oder während des Aufspritzens der Substanz so positioniert werden, daß sich die Bauelementeanschlüsse (5, 6) auf oder nahe der Schaltungsträgeroberseite (2) befinden und danach die Substanz unmittelbar bis an die Bauelementean­ schlüsse (5, 6) heran und diese kontaktierend auf den Schaltungsträger (1) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Substanz auf den Schaltungsträger (1) auf­ gespritzt wird und danach, jedoch noch vor dem voll­ ständigen Erstarren der Substanz, die Bauelemente (3) positioniert und dabei die Bauelementeanschlüsse (5, 6) auf die noch nicht erstarrte Substanz aufgesetzt wer­ den.

4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (3) zusätz­ lich mit Hilfe eines elektrisch nichtleitenden Kleb­ stoffes auf dem Schaltungsträger (1) befestigt werden.

5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei jedoch auf einem Schaltungsträger (1) mehrere Bauele­ mente (3) anzuordnen und deren Anschlüsse untereinander elektrisch leitend zu verbinden sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zunächst die Bauelemente (3) positioniert und danach Leiterbahnen (4) durch Aufspritzen der Sub­ stanz auf den Schaltungsträger (1) aufgebracht werden, wobei die Substanz bis unmittelbar an die Bauelemente­ anschlüsse (5, 6) heran und diese kontaktierend aufge­ bracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zunächst eine oder mehrere Leiterbahnen (4), eine erste Leiterebene bildend, auf den Schaltungsträger (1) aufgebracht werden, diese Lei­ terbahnen (4) zumindest abschnittsweise mit einem elek­ trisch nichtleitenden, eine Isolierschicht bildenden Material überdeckt werden und danach über die Isolier­ schicht eine oder mehrere weitere Leiterbahnen, die Leiterbahnen (4) unter der Isolierschicht kreuzend und eine zweite Leiterebene bildend, aufgebracht werden, wobei das abwechselnde Aufbringen von Leiterbahnen (4) und Isolierschichten so oft erfolgt, bis eine vorgege­ bene Anzahl von n Leiterebenen mit jeweils einer dazwi­ schenliegenden Isolierschicht übereinander angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Isolierschicht durch Aufspritzen ei­ nes elektrisch nichtleitenden, während des Aufspritzens flüssigen, nach dem Aufspritzen erstarrenden und dann auf dem jeweiligen Untergrund haftenden Materials er­ folgt.

8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß auf die mit Bauelementen (3) bestückte und mit Leiterbahnen (4) und Kontaktflächen versehene Oberseite (2) des Schaltungsträgers (1) ein Schutzüberzug aus einem elektrisch nichtleitenden Mate­ rial, bevorzugt einem transparenten Kunststoff, aufge­ spritzt wird.

9. Anordnung zum Herstellen von mit elektronischen Bauele­ menten (3), wie Chips oder Wafern, bestückten Schal­ tungsträgern (1), bei denen die Anschlüsse (5, 6) der Bauelemente (3) mit auf dem Schaltungsträger (1) ange­ ordneten Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen (4) in elektrisch leitender Verbindung stehen, dadurch gekenn­ zeichnet,

• 1. daß eine relativ zum Schaltungsträger (1) bewegliche Aufspritzeinrichtung (7) für eine flüssige, nach dem Aufspritzen erstarrende, die Kontaktflächen und/oder die Leiterbahnen (4) bildende Substanz sowie ein erster Antrieb (8) zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen Schaltungsträger (1) und Aufspritzeinrichtung (7) vor­ gesehen sind,
• 2. daß eine Positioniereinrichtung (9) für die Bauelemente (3) vorgesehen und mit einem zweiten Antrieb (10) ge­ koppelt ist,
• 3. daß die beiden vorgenannten Antriebe (9, 10) mit einer Ansteuereinheit (13) zur Vorgabe von Relativbewegungen zwischen der Aufspritzeinrichtung (7) und dem Schal­ tungsträger (1) während des Aufspritzens der Substanz und von Bewegungen der Positioniereinrichtung (9) zum Zweck der Positionierung der Bauelemente (3) verbunden sind und
• 4. daß in der Ansteuereinheit (13) mindestens eine Rechen­ schaltung zur zeitlichen und räumlichen Abstimmung der Bewegungen zum Aufspritzen der Substanz mit den Bewe­ gungen zur Positionierung der Bauelemente (3) vorgese­ hen ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen so zueinander koordinierbar sind, daß die Positionierung eines Bauelementes (3) wahlweise unmit­ telbar vor oder nach dem Aufspritzen der Substanz er­ folgt.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufspritzeinrichtung (7) mit einer Vor­ richtung (16) zur Änderung der Aufspritzrichtung rela­ tiv zur Schaltungsträgeroberseite (2) um einen Winkel ±Δα gekoppelt ist.

12. Anordnung einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufspritzeinrichtung (7) einen mit der Substanz in flüssigem Zustand gefüllten Vorratsbe­ hälter, mindestens eine Dosierpumpe zur Förderung der Substanz, einen Antrieb für die Dosierpumpe, mindestens eine Spritzdüse (15) zum Ausbringen der Substanz sowie Transportkanäle für die flüssige Substanz vom Vorrats­ behälter zur Spritzdüse umfaßt.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezoelektrischer Antrieb für die Dosierpumpe vor­ gesehen und dieser mit einem Generator zur Erzeugung von Ansteuerimpulsen verbunden ist, wobei die An­ steuerimpulse die tropfenweise Förderung der flüssigen Substanz vom Vorratsbehälter zur Spritzdüse (15) und die tropfenweise Ausgabe der Substanz aus der Spritzdü­ se (15) bewirken.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Substanz ein elektrisch leitfä­ higer, unter UV-Strahlung aushärtender Kunststoff vor­ gesehen und die Aufspritzeinrichtung (17) mit einer auf die aufgespritzte Substanz gerichteten UV- Strahlungsquelle gekoppelt ist oder als Substanz ein elektrisch leitfähiger, unter Raumtemperatur aushärten­ der Lack vorgesehen ist.

15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbehälter beheizbar und als Substanz eine in­ nerhalb des Temperaturbereiches bis zu 250°C schmelzba­ re Metall-Legierung vorgesehen ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspritzeinrichtung (7) mit mehreren, über separate Dosierpumpen ansteuerbare Spritzdüsen (15) ausgestattet ist, wobei die Spritz­ richtungen der Spritzdüsen (15) so zueinander ausge­ richtet sind, daß die von den verschiedenen Spritzdüsen (15) auf die Schaltungsträgeroberseite (2) ausgebrach­ ten Tropfen einander überlappen.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, die Aufspritzeinrichtung (7) mit minde­ stens einer über eine separate Dosierpumpen ansteuerba­ ren und mit einem getrennten Vorratsbehälter verbundene Spritzdüse (18) ausgestattet und der Vorratsbehälter mit einem flüssigen, elektrisch nichtleitenden, nach dem Aufspritzen erstarrenden, dann fest auf dem Unter­ grund haftenden und eine Isolierschicht bildenden Mate­ rial gefüllt ist.