DE19838532B4 - Method and device for placing and remelting solder material fittings - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Platzierung einer Mehrzahl von Lotmaterialformstücken auf
einer eine Mehrzahl von Anschlussflächen aufweisenden Anschlussflächenanordnung
eines Substrats und zum anschließenden Umschmelzen der Lotmaterialformstücke auf
den Anschlussflächen
; gekennzeichnet durch
die Verfahrensschritte:
– Anordnung
einer Schabloneneinrichtung (21, 40, 51, 56, 65, 75) mit einer Mehrzahl
von Schablonenöffnungen
(27, 48, 61, 70) zur Aufnahme von Lotmaterialformstücken (20) gegenüber einem
mit einer Anschlussflächenanordnung (29)
versehenen Substrat (23, 49, 64), derart, dass die Lotmaterialformstücke den
einzelnen Anschlussflächen
(28, 50, 63) zugeordnet sind,
– Abtastung der Schablonenöffnungen
(27, 48, 61, 70) mit einer optischen Abtasteinrichtung (32) zur
Detektierung von Lotmaterialformstücken (20),
– und nachfolgende
Beaufschlagung der in den Schablonenöffnungen (27, 48, 61, 70) aufgenommenen
Lotmaterialformstücke
(20) mit einer rückwärtig zur
Schabloneneinrichtung (21, 40, 51, 56, 65, 75) angeordneten Lasereinrichtung
(39), derart, dass die Lotmaterialformstücke durch die Schabloneneinrichtung
hindurch mit Laserenergie beaufschlagt werden.A method for placing a plurality of Lotmaterialformstücken on a plurality of pads having pad arrangement of a substrate and then remelting the Lotmaterialformstücke on the pads; marked by
the process steps:
- Arrangement of a template device (21, 40, 51, 56, 65, 75) having a plurality of template openings (27, 48, 61, 70) for receiving Lotmaterialformstücken (20) against a provided with a pad arrangement (29) substrate (23 , 49, 64), such that the solder material fittings are assigned to the individual connection surfaces (28, 50, 63),
Scanning the template openings (27, 48, 61, 70) with an optical scanning device (32) for detecting solder material fittings (20),
- And subsequent loading of the in the template openings (27, 48, 61, 70) received Lotmaterialformstücke (20) with a rearward to the template means (21, 40, 51, 56, 65, 75) arranged laser device (39), such that the Lotmaterialformstücke be applied through the template device through with laser energy.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plazierung einer Mehrzahl von Lotmaterialformstücken auf einer eine Mehrzahl von Anschlußflächen aufweisenden Anschlußflächenanordnung eines Substrats und zum anschließenden Umschmelzen der Lotmaterialformstücke auf den Anschlußflächen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.The The present invention relates to a method for placing a Plurality of solder material fittings on a plurality of pads having pad arrangement of a Substrate and to the subsequent Remelting the Lotmaterialformstücke on the pads. Furthermore relates to the present invention for carrying out this Method suitable device.
Verfahren der eingangs genannten Art werden beispielsweise beim sogenannten „Wafer Bumping", bei der Herstellung von sogenannten „Chip-Size-Packages" oder auch bei der Herstellung von „Ball Grid Arrays" eingesetzt. Grundsätzlich geht es bei den vorgenannten Verfahren darum, eine Vielzahl von einheitlich ausgebildeten Anschlußflächen- oder Kontaktmetallisierungen in vorgegebener Verteilungsordnung auf einer Substratoberfläche herzustellen. Hierzu werden bislang Verfahren eingesetzt, bei denen entweder die Plazierung oder Anordnung von Lotmaterialdepots auf den Anschlußflächen in einem Einzelplazierungsverfahren und das nachfolgende Umschmelzen durch eine separate Beaufschlagung der Lotmaterialdepots oder Lotmaterialformstücke mit Wärme energie, beispielsweise Laserenergie, erfolgt, oder bei denen beispielsweise in einem Maskenauftragsverfahren Lotmaterialdepots als pastöses Material aufgetragen werden und das anschließende Umschmelzen in einem Ofen für alle Lotmaterialdepots gleichzeitig durchgeführt wird.method of the type mentioned are, for example, the so-called "wafer Bumping ", at the Production of so-called "chip-size packages" or even in the Production of "Ball Grid Arrays "used. in principle it is in the aforementioned method to a variety of uniformly formed pad or contact metallizations in predetermined Establish distribution order on a substrate surface. To do this hitherto used methods in which either the placement or arrangement of solder material deposits on the pads in a single placement process and subsequent remelting by a separate loading of the solder material depots or Lotmaterialformstücke with Thermal energy, For example, laser energy takes place, or in which, for example in a mask application process, solder material deposits as a pasty material be applied and the subsequent remelting in one Oven for all soldering material deposits are carried out simultaneously.
Ein
besonderer Vorteil des erstgenannten Verfahrens, das beispielsweise
in der
Ein
weiteres Verfahren zur Anordnung von Lotmaterialdepots auf den Anschlußflächen ist
in der
In
der
Aus
der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bzw. eine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens geeignete Vorrichtung vorzuschlagen, das bzw. die die Plazierung und das nachfolgende Umschmelzen einer Mehrzahl von Lotmaterialformstücken auf Anschlußflächen eines Substrats möglichst kostengünstig und dennoch mit einer möglichst geringen thermischen Substratbeanspruchung ermöglicht.Of the The present invention is based on the object, a method of the type mentioned above or one for carrying out such a method Propose suitable device, the or the placement and the subsequent remelting of a plurality of Lotmaterialformstücken on pads of a Substrate as possible economical and yet with one possible low thermal substrate stress allows.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 oder 14 gelöst.These The object is achieved by a method having the features of the claim 1 or a device with the features of claim 9 or 14 solved.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zunächst die Anordnung einer Schabloneneinrichtung mit einer Mehrzahl von Schablonenöffnungen zur Aufnahme von Lotmaterialformstücken gegenüber einem mit einer Anschlußflächenanordnung versehenen Substrat, derart, daß die Lotmaterialformstücke den einzelnen Anschlußflächen zugeordnet sind, danach eine Abtastung der Schablonenöffnungen mit einer optischen Abtasteinrichtung zur Detektierung von Lotmaterialformstücken erfolgt und nachfolgend eine Beaufschlagung der in den Schablonenöffnungen aufgenommenen Lotmaterialformstücke mit einer rückwärtig zur Schabloneneinrichtung angeordneten Lasereinrichtung, derart, daß die Lotmaterialformstücke durch die Schabloneneinrichtung hindurch mit Laserenergie beaufschlagt werden.at the method according to the invention takes place first the arrangement of a template device with a plurality of stencil apertures for receiving Lotmaterialformstücken over a provided with a pad arrangement Substrate, such that the Lotmaterialformstücke assigned to the individual pads then a scan of the template openings with an optical Scanning device for detecting Lotmaterialformstücken takes place and subsequently an impingement on the template openings recorded Lotmaterialformstücke with a backward to Template device arranged laser device, such that the Lotmaterialformstücke by the stencil device is supplied with laser energy become.
Das erfindungsgemäße Verfahren kombiniert demnach ein zur Durchführung eines besonders zeitsparenden Plazierungsvorgangs geeignetes Schablonenverfahren mit einem für das Substrat hinsichtlich einer thermischen Beanspruchung besonders schonenden Laserumschmelzverfahren.The inventive method combi accordingly defines a template method suitable for carrying out a particularly time-saving placement operation with a laser remelting method which is particularly gentle on the substrate with regard to thermal stress.
Zusätzlich ist es zum einen möglich, Fehlstellen sehr frühzeitig, also noch vor einer etwaigen dem Umschmelzvorgang nachfolgenden Qualitätsprüfung zu erkennen. Zum anderen kann die Lasereinrichtung in Abhängigkeit von dem Vorhandensein des Lotmaterialformstücks auf der betreffenden Anschlußfläche ausgelöst werden, so daß eine thermische Schädigung des Substrats infolge einer unmittelbaren Laserbeaufschlagung der Anschlußfläche ausgeschlossen werden kann.In addition is it is possible, Defects very early, So even before any remelting subsequent Quality inspection too detect. On the other hand, the laser device depending be triggered by the presence of the Lotmaterialformstücks on the relevant pad so that one thermal damage of the substrate due to an immediate laser exposure of the Connection surface excluded can be.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens erfolgt die zur Applikation der einzelnen Lotmaterialformstücke notwendige Vereinzelung in der Schabloneneinrichtung selbst aus einer Menge von in der Schabloneneinrichtung aufgenommenen Lotmaterialformstücken durch eine Befüllung der in einer Lochscheibe der Schabloneneinrichtung angeordneten Schablonenöffnungen. Bei dieser Verfahrensvariante dient die Schabloneneinrichtung selbst als Reservoir für die Lotmaterialformstücke, so daß eine gesonderte Beschickungseinrichtung zur Beschickung der Schabloneneinrichtung mit Lotmaterialformstücken nicht notwendig ist.at a particularly preferred variant of the method is the for the application of the individual pieces of solder material necessary separation in the stencil device itself from a lot of in the stencil device recorded Lotmaterialformstücken through a filling arranged in a perforated disc of the template device Stencil apertures. In this process variant, the template device itself serves as Reservoir for the solder material fittings, so that one separate loading device for feeding the template device with solder material fittings is not necessary.
Bei einer ebenfalls sehr vorteilhaften Variante des Verfahrens erfolgt eine Vereinzelung der Lotmaterialformstücke durch die Schabloneneinrichtung durch Entnahme von Lotmaterialformstücken aus einer außerhalb der Schabloneneinrichtung angeordneten Menge von Lotmaterialformstücken, derart, daß bei der Entnahme die in einer Lochscheibe angeordneten Schablonenöffnungen der Schabloneneinrichtung befüllt werden.at a likewise very advantageous variant of the method takes place a separation of the Lotmaterialformstücke by the template device Removal of Lotmaterialformstücken from an outside the stencil device arranged amount of Lotmaterialformstücken, such that in the Removal of the stencil openings arranged in a perforated disk the template device filled become.
Hierbei dient die Schabloneneinrichtung selbst als Entnahmeeinrichtung, so daß eine separate Vorrichtung zur Entnahme und Zuführung von Lotmaterialformstücken zur Schabloneneinrichtung nicht notwendig ist.in this connection serves the template device itself as a removal device, so that one separate device for the removal and feeding of Lotmaterialformstücken for Template device is not necessary.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich auch, wenn die Beaufschlagung der Lotmaterialformstücke mit Laserenergie über die optische Abtasteinrichtung erfolgt, die auch bereits zur Detektierung von Lotmaterialformstücken verwendet wird.When It is also particularly advantageous if the admission the solder material fittings with laser energy over the optical scanning takes place, which also already for detection of solder material fittings is used.
Bei Durchführung der Verfahrensvariante, bei der, wie vorstehend erwähnt, die Schabloneneinrichtung selbst als Reservoir für die Lotmaterialformstücke dient, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Befüllung der in einer Lochscheibe der Schabloneneinrichtung angeordneten Schablonenöffnungen mittels einer über die Lochscheibe hinweg bewegbaren und zur Lochscheibe hin geöffneten Füllkammer erfolgt.at execution the method variant, in which, as mentioned above, the Stencil device itself serves as a reservoir for the Lotmaterialformstücke, it proves to be advantageous when filling the in a perforated disc the template device arranged template openings by means of an over the perforated disc movable away and the perforated disc open filling chamber he follows.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit bei Durchführung der Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Schabloneneinrichtung selbst als Reservoir für die Lotmaterialformstücke dient, besteht darin, die Befüllung der in einer Lochscheibe der Schabloneneinrichtung angeordneten Schablonenöffnungen mittels einer parallel zur Oberfläche der Lochscheibe bewegbaren, um ihre Bewegungsachse rotierenden Flügelradeinrichtung durchzuführen.A further advantageous possibility when performing the variant of the method according to the invention, in which the template device itself serves as a reservoir for the solder material fittings, is the filling the stencil openings arranged in a perforated disk of the stencil device by means of a movable parallel to the surface of the perforated disc, to perform about their axis of motion rotating Flügelradeinrichtung.
Bei Durchführung der vorbeschriebenen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Schabloneneinrichtung selbst als Entnahmeeinrichtung zur Entnahme der Lotmaterialformstücke aus einem Reservoir für Lotmaterialformstücke dient, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Befüllung der in einer Lochscheibe der Schabloneneinrichtung angeordneten Schablonenöffnungen mittels Unterdruck erfolgt.at execution the above-described variant of the method according to the invention, in which the Template device itself as a removal device for removal the Lotmaterialformstücke a reservoir for Lotmaterialformstücke serves, it proves to be advantageous if the filling of in a perforated disc of the template device arranged stencil openings by means of negative pressure.
Unabhängig von den vorbeschriebenen Varianten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in jedem Fall ein auf die in den Schablonenöffnungen aufgenommenen Lotmaterialformstücke ausgeübter Anpressdruck zur Erzeugung eines Berührungskontakts mit den Anschlußflächen mittels eines in der Schabloneneinrichtung ausgebildeten Überdrucks erzeugt werden. Auch ist es möglich, den Berührungskontakt über einen mechanischen Anpressdruck der Schabloneneinrichtung selbst zu erzeugen.Independent of the above-described variants for carrying out the method according to the invention In any case, a contact pressure exerted on the solder material fittings accommodated in the template openings can take place to create a touch contact with the pads by means of a formed in the template device overpressure be generated. It is also possible the touch contact over a generate mechanical contact pressure of the template device itself.
Bei der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeigneten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Schabloneneinrichtung mit einem Aufnahmebehälter zur Aufnahme einer Menge von Lot materialformstücken vorgesehen, wobei der Aufnahmebehälter eine als Lochscheibe ausgebildete Behälterwandung zur Übergabe von Lotmaterialformstücken auf die Anschlußflächenanordnung aufweist, und die Lochscheibe mit einer Vereinzelungseinrichtung versehen, derart, daß aus der Menge von Lotmaterialformstücken vereinzelte und einzelnen Anschlußflächen der Anschlußflächenanordnung zugeordnet in Schablonenöffnungen der Lochscheibe aufgenommene Lotmaterialformstücke exponiert angeordnet werden deren Vorhandensein mittels einer Detektiereinrichtung einzeln erfaßbarr und die mittels einer Lasereinrichtung rückwärtig mit Laserenergie beaufschlagbar sind.at the one to carry the method according to the invention Particularly suitable device according to the invention is a template device with a receptacle provided for receiving a lot of solder material fittings, wherein the receptacle designed as a perforated disc container wall for transfer of solder material fittings on the pad assembly has, and the perforated disc with a singulator provided, such that from the amount of Lotmaterialformstücken isolated and individual pads of the pad assembly assigned in template openings the perforated disc recorded Lotmaterialformstücke be exposed their presence by means of a detection device individually detectable and which can be acted upon by laser energy by means of a laser device are.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Vereinzelungseinrichtung über die Lochscheibe hinweg bewegbar ausgebildet. Dabei kann die Vereinzelungseinrichtung als eine über die Lochscheibe hinwegbewegbare und zur Lochscheibe hin geöffnete Füllkammer ausgebildet sein. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, die Vereinzelungseinrichtung als eine über die Lochscheibe hinweg bewegbare Flügelradeinrichtung mit von Flügeln eines Flügelrades der Flügelradeinrichtung begrenzten, radial offenen Transportkammerabteilungen auszubilden. According to an advantageous embodiment, the separating device is designed to be movable over the perforated disk. In this case, the singling device can be moved as a movable over the perforated disc and towards the perforated disc be formed open filling chamber. A further advantageous possibility consists in designing the singling device as a vane wheel device movable over the perforated disk and with radially open transport chamber sections delimited by vanes of an impeller wheel of the impeller device.
Wenn die Vereinzelungseinrichtung unabhängig von ihrer Ausbildung in einem durch die Schabloneneinrichtung gebildeten abgeschlossenen Raum aufgenommen ist, dessen der Lochscheibe gegenüberliegend angeordnete Rückwand transparent ausgeführt ist, ist es möglich, der Applikation der vereinzelten Lotmaterialformstücke auf die Anschlußflächen der Anschlußflächenanordnung des Substrats oder auch den Umschmelzvorgang mit einem Überdruck zu überlagern. Besonders vorteilhaft erweist es sich in diesem Zusammenhang, wenn zur Erzeugung des Überdrucks eine Schutzgasatmosphäre verwendet wird.If the separating device regardless of their training in a closed space formed by the stencil device is received, the perforated disc opposite arranged rear wall transparent accomplished is, is it possible the application of the isolated Lotmaterialformstücke the pads of the Pad arrangement of the substrate or the remelting with an overpressure to overlay. It proves particularly advantageous in this context if for generating the overpressure a protective gas atmosphere is used.
Bei einer alternativen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Schabloneneinrichtung selbst als Vereinzelungseinrichtung ausgebildet und weist ein Gehäuse mit einer Lochscheibe auf, die mit einer Mehrzahl von Schablonenöffnungen zur Aufnahme von Lotmaterialformstücken versehen ist, und gegenüberliegend der Lochscheibe eine transparente Rückwand aufweist, und die mit einer Detektiereinrichtung zur Erfassung der einzelnen Lotmaterialformstücke und einer Lasereinrichtung zur rückwärtigen Beaufschlagung der Lotmaterialformstücke versehen ist.at an alternative embodiment the device according to the invention is the template device itself as a singulator formed and has a housing with a perforated disc, which with a plurality of template openings for Inclusion of solder material fittings is provided, and opposite the perforated disc has a transparent rear wall, and with a detection device for detecting the individual pieces of solder material and a laser device for backward loading the solder material fittings is provided.
Eine derartig ausgebildete Schabloneneinrichtung kann mit Unterdruck beaufschlagt selbst als Vereinzelungs- und/oder Entnahmeeinrichtung zur Entnahme von Lotmaterialformstücken aus einem Reservoir von Lotmaterialformstücken dienen, wobei dann sich aufgrund der Entnahme der Lotmaterialformstücke aus dem Reservoir eine durch die Unterdruckbeaufschlagung ermöglichte, selbsttätige Befüllung der Schablonenöffnungen ergibt.A such trained stencil device can with negative pressure acts as a separation and / or withdrawal facility for the removal of Lotmaterialformstücken from a reservoir of solder material serve, in which case due to the removal of the Lotmaterialformstücke the reservoir was made possible by the negative pressure, automatic filling the template openings results.
Wenn die in der Lochscheibe ausgebildeten Schablonenöffnungen im Durchmesser kleiner sind als der kleinste Durchmesser der Lotmaterialformstücke, ist es möglich, bei einer Unterdruckbeaufschlagung die Lotmaterialformstücke gegen die Öffnungsquerschnitte der Schablonenöffnungen zu saugen, so daß sich gleichzeitig mit der Vereinzelung auch eine exponierte Anordnung der Lotmaterialformstücke ergibt, die es ermöglicht, die Lotmaterialformstücke über die Schabloneneinrichtung mechanisch gegen die Anschlußflächen der Anschlußflächenanordnung zu drücken.If the stencil openings formed in the perforated disc smaller in diameter are as the smallest diameter of the Lotmaterialformstücke is it is possible with a negative pressure against the Lotmaterialformstücke against the opening cross sections the template openings to suck, so that simultaneously with the separation also an exposed arrangement the solder material fittings that makes it possible the Lotmaterialformstücke on the Template device mechanically against the pads of the Pad arrangement to press.
Wenn die in der Lochscheibe ausgebildeten Schablonenöffnungen im Durchmesser größer sind als der größte Durchmesser der Lotmaterialformstücke und ein zwischen der Lochscheibe und der Rückwand ausgebildete Abstand kleiner ist als der kleinste Durchmesser der Lotmaterialformstücke, ist es möglich, die Lotmaterialformstücke unter Aufrechterhaltung der vereinzelten Anordnung im Innern der Schabloneneinrichtung anzuordnen, um den nachfolgenden Umschmelzvorgang weitestgehend innerhalb der Schablonenenrichtung durchführen zu können.If the template openings formed in the perforated disc are larger in diameter than the largest diameter the solder material fittings and a clearance formed between the perforated disc and the rear wall is smaller than the smallest diameter of the Lotmaterialformstücke is it is possible the solder material fittings while maintaining the isolated arrangement inside the Template device to order the subsequent remelting to perform as far as possible within the template direction can.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Lochscheibe und/oder Seitenwände der über die Lochscheibe hinwegbewegbaren Füllkammer einen quer zur Flächenausdehnung der Lochscheibe flexiblen Wandaufbau aufweisen. Hierdurch ist es möglich, auch bei etwaiger unebener Ausbildung der Substratoberfläche eine weitestgehend sich an die Substratoberfläche anschmiegende Ausbildung der Lochscheibe zu erreichen.When it proves particularly advantageous if the perforated disc and / or side walls the over the perforated disc movable away Füllkammer a transverse to the surface extent the perforated disc have flexible wall construction. This is it possible, even with any uneven formation of the substrate surface a largely conforming to the substrate surface training to reach the perforated disc.
Hierzu kann der Wandaufbau zumindest drei Schichten mit einer zwischen zwei verschleißfest ausgeführten Oberflächenschichten angeordneten und nachgiebig ausgebildeten Kompressionsschicht aufweisen. Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die Kompressionsschicht aus einem Kunststoff und die Oberflächenschichten aus Metall ausgebildet sind.For this The wall construction can be at least three layers with one between two wear-resistant surface layers arranged and yieldingly formed compression layer. It proves to be particularly advantageous if the compression layer made of a plastic and the surface layers of metal are.
Nachfolgend werden bevorzugte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie dabei zum Einsatz kommende bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following are preferred variants of the method according to the invention and thereby to Use coming preferred embodiments of Device according to the invention closer to the drawings explained. Show it:
Die
Lochscheibe
Wie
aus
Zur
Durchführung
des Umschmelzvorgangs ist, wie in
Obwohl
aus Gründen
der vereinfachten Darstellung in
Zur
Durchführung
des Umschmelzvorgangs erfolgt, ausgelöst durch den Lotmaterialdetektor
Unterhalb
der in
Wie
Dieser
Vorgang ist in
Die
in
Abweichend
von der in den
Um
zu verhindern, daß vor
Anordnung der Schabloneneinrichtung
In
den
In
den
In
der in
In
den
Im
Zusammenwirken weisen die derart aufgebauten Seitenwände
Insbesondere
bei einer Beaufschlagung der Lotmaterialformstücke
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