DE2624178A1

DE2624178A1 - Verfahren und vorrichtung zum warmpressverbinden einer vielzahl von ebenen gegenstaenden mit einer vielzahl von faehnchenrahmen

Info

Publication number: DE2624178A1
Application number: DE19762624178
Authority: DE
Inventors: John Andrew Burns; Jun Andrew Robert Sivo
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-06-02
Filing date: 1976-05-29
Publication date: 1977-05-05
Also published as: US3941297A; FR2313842A1; JPS51147960A; JPS5426872B2; FR2313842B1; GB1531547A; DE2624178C2; CA1043472A

Description

Pstentanwait DipL-Ing. Walter Jackisch 9 R ? Λ 1 7 Q ZStuttgartN.Menzelstra8e40 έΌέ,Η Ι /0

Western Electric A 35 298

Company, Incorporated

195 Broadway _{9ft M} .

New York, Ii.Y. 10007 *⁰· ^Mai

U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zum WarmpreßverMnden einer Vielzahl von ebenen Gegenständen mit einer Vielzahl von lähnchenrahmen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Heuerdings werden Halbleiterbauelemente vielfach in sogenannter beam-lead-Ieehnik hergestellt, bei welcher in einem Halbleiterplättchen mittels Planartechnik entweder ein einzelnes Halbleiterschaltungselement, wie beispielsweise ein Transistor, oder eine Vielzahl von in geeigneter Weise zu einer monolithisch integrierten Halbleiterschaltung verbundenen Schaltungselementen hergestellt wird. Auf der einen Hauptoberfläche des Plättchens wird während der Herstellung der bzw. des Schaltungselemente(s) eine Vielzahl von Anschlußfähnchen (beam leads), in erster Linie aus Gold, ausgebildet, welche elektrisch mit zugeordneten Bereichen auf dem Halbleiterplättchen verbunden sind und sich nach außen über die Kanten des Plättchens in einer Anordnung parallel zu der Hauptoberfläche des Plattchens erstrecken.

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Die Ausbildung der Anschlußfähnchen kann nach irgendeinem bekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise mittels Elektroplattierung oder mittels einer in der US-PS 3 77 365 beschriebenen Dünnschichtstreifentechnik.

Die Anschlußfähnchen stellen ein Mittel dar, um einen Kontakt zwischen dem Plättchen und den metallisierten Bereichen eines miniaturisierten Keramiksubstrates, eines Grundkörpers einer gedruckten Leiterplatte oder einer zur Befestigung des Schaltungselementes dienenden Bauelementeabdeckung herzustellen. Das Halbleiterbauelement wird auf der Substratoberfläche so angebracht, daß die Anschlußfähnchen auf die metallisierten Bereiche des Substrates ausgerichtet sinde Anschließend werden die Anschlußfähnchen unmittelbar mit den metallisierten Bereichen verbunden, beispielsweise durch Warmpreßverbinden, Ultraschallverbinden oder Schweißen. Auf diese Weise wird das mühsame, fehlerbehaftete und zeitraubende manuelle Einlöten von Anschlußdrahten zwischen den HaIbleiterplättchen und den metallisierten Bereichen der Substrate beseitigt.

Eine Vorrichtung zum Warmpreßverbinden der Anschlußfähnchen eines Halbleiterbauelementes mit einem Substrat ist beispielsweise in der US-PS 3 627 190 beschrieben. Es ist ferner bekannt, die Anschlußfähnchen einer Vielzahl von Halbleiterbauelementetimit einer gleichen Anzahl von metallisierten Leitungsmustern auf der einen Seite eines einzigen Keramiksubstrates gleichzeitig mittels Warmpressung zu

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.γ.

verbinden (US-PS 3 699 640). Sobald die Anschlußfähnchen der Halbleiterbauelemente mit dem PeId der metallisierten Leitungsmuster auf einem Substrat verbunden sind, kann das Substrat weiterverarbeitet werden, um die Vielzahl der miteinander verbundenen Bauelemente und Leitungsmuster in eine gleiche Anzahl von miniaturisierten Keramiksubstraten so zu zerteilen, daß sich die metallisierten Verbindungsstellen neben den Substratkanten befinden. Die Verbindungsstellen jedes miniaturisierten Keramiksubstrates können dann mit einem Fähnchenrahmen zur anschließenden Verschaltung mit anderen Schaltkreisen verbunden werden.

Zur Erhöhung der Produktivität ist es bekannt, einzelne Fähnchenrahmen mit gesonderten Substraten in rascher Folge mittels Warmpressung zu verbinden. Die gängigste Methode zur Durchführung der Warmpreßverbindung besteht darin, die Fähnchenrahmen und die Verbindungsstellen auf dem Substrat sowohl gegenseitig als auch mit den Teilen der Verbindungsstation einer Warmpreßvorrichtung auszurichten und dann eine geheizte Thermoelektrode gegen die Anschlußfähnchen des Fähnchenrahmens mit genügend großer Preßkraft und Temperatur anzupressen, um die Verbindungen herzustellen. Es ist weiterhin bekannt, die erforderliche Wärme für die Warmpreßverbindung über das Substrat den Verbindungsstellen zuzuführen, doch besteht unter solchen Bedingungen die erhöhte - G-efahr von Substratbrüchen, wenn nicht extreme Sorgfalt und

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Kontrolle "bei dem Verbindungsvorgang aufgewendet werden. Aus diesem Grund ist es günstiger, die Thermoelektrode gegen die Ansehlußfähnchen des Fähnchenrahmens zu pressen.

Versuche bei der Anwendung bekannter Verfahren und Vorrichtungen zur Erzielung einer gleichzeitigen Warmpreßverbindung zwischen einer Vielzahl von Fähnohenrahmen und einer gleichen Anzahl von Substraten haben in der Vergangenheit zu zahlreichen Schwierigkeiten geführt, welche für die weitere Entwicklung einer auf Massenfertigung ausgelegten Verbindungsvorrichtung entmutigend waren. Diese Schwierigkeiten betrafen u.a. den Umstand, daß die den Verbindungsstellen auf den Substraten zugeordneten Einzelteile an der gegen die Fähnchen angedrückten, geheizten Thermoelektrode mit äußerster Genauigkeit auf den Fähnchen positioniert werden müssen, um eine richtige Verbindung an jeder Verbindungsstelle herzustellen. Die Einzelteile an der Thermoelektrode dehnen sich jedoch ebenso wie die Thermoelektrode selbst bei der Erwärmung der Thermoelektrode auf eine bestimmte Verbindungstemperatur aus. Es war daher notwendig, den Betrag der für eine bestimmte Thermoelektrode bei einer vorgegebenen Temperatur auftretenden Wärmeausdehnung vorauszuberechnen und dementsprechend die kalte Thermoelektrode herzustellen. Im Falle einer größeren Änderung der Verbindungstemperatur nach oben oder unten mußte daher eine neue Thermoelektrode hergestellt werden. Eine Alternative hierzu bestand

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darin, eine Anordnung von getrennt beheizten Verbindungsspitzen vorzusehen, die gleichzeitig betätigt werden konnten. Bei einer derartigen Vorrichtung treten jedoch andere Probleme auf:

(a) so ist es beispielsweise notwendig, die Abmessungen der zur Betätigung und Steuerung jeder Verbindungsspitze verwendeten Kolben und Zylinderbuchsen vorauszuberechnen, um die durch den Y/ärmetransport zu jedem Teil in Abhängigkeit von seiner lage innerhalb der Gesamt anordnung verursachte unterschiedliche Ausdehnung zu kompensieren;

(b) ferner müssen die zahlreichen Heizelemente einzeln in der Weise gesteuert werden können, daß an jeder Verbindungsspitze der Anordnung die gleiche Temperatur erreicht wird;

(c) und schließlich muß eine Vorrichtung vorgesehen werden, welche die geheizten Verbindungsspitzen gleichzeitig betätigt und einen gleichen, vorbestimmten Druck sämtlichen Verbindungsspitzen zuführt, während die Verbindungsvorrichtung durch die den einzelnen Verbindungsspitzen zugeordneten Heizelemente einer erhöhten Temperatur ausgesetzt ist. Die vorgenannten Schwierigkeiten werden selbstverständlich mit wachsender Anzahl von gleichzeitig zu verbindenden Jahnchenrahmen und Substraten immer unüberwindlicher.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum. gleichzeitigen Warmpreß verbind en einer Vielzahl von im wesentlichen ebenen Gegenständen mit einer Vielzahl von Fähnchenrahmen zu schaffen. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Verbinden der Anschlußfähnchen einer Vielzahl von Fähnchenrahmen mit zugeordneten Verbindungsstellen auf den ersten Oberflächen einer entsprechenden Anzahl von im wesentlichen ebenen Gegenständen.

Die auf die Schaffung eines Verfahrens gerichtete Teilaufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 und 5 gekennzeichnet .

Die auf die Schaffung einer Vorrichtung gerichtete Teilaufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 4 angegebenen Merkmale gelöst=,

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 4 sind in den Ansprüchen 5 bis 8 gekennzeichnet.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird den Fähnohenrahmen jeweils eine gesonderte Verbindungsspitze zugeord-

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net und die Verbindungsstellen auf jedem ebenen Gegenstand werden zusammen mit einem zugeordneten Pähnehenrahmen erfaßt. Die erfaßten Verbindungsspitzen, lähnehenrahmen und ebenen Gegenstände werden dann jeweils gleichzeitig und unabhängig voneinander in eine solche Richtung bewegt, daß die zweite Oberfläche der Gegenstände eine geheizte Thermoelektrode berührt, worauf eine im wesentlichen gleichförmige Verbindungskraft gleichzeitig an sämtliche Ansohlußfähnchen und Verbindungsstellen angelegt wird, um in Massenfertigung eine Verbindung der Fähnchenrahmen mit den zugeordneten Gegenständen herzustellen.

Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen«

lig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verbindung einer Vielzahl von Fähnehenrahmen mit einer gleichen Anzahl von Substraten in Massenfertigung}

Fig« 2 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung nach Figo 1 zur Verbindung eines Fähnchenrahmens mit einem Substrat j

Fig« 3 einen teilweisen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach lig· 1|

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansioht des

unteren Teils der Vorrichtung nach Fig. 1, und

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Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Fähnchenrahmen und

ein Substrat naoh erfolgter Verbindung mittels der Torrichtung nach Fig. 1.

Die nachstehende Bezugnahme auf eine für Massenfertigung geeignete Verbindungsvorrichtung mit an den Schnittstellen von Zeilen und Spalten eines Matrixfeldes angeordneten Verbindungsbereichen ist lediglich beispielhaft und soll die Erfindung erläutern, ohne den Schutzumfang einzuschränken. Der Erfindungsgedanke kann vielmehr auf jede zur massenweisen Verbindung geeignete Konstruktion gleichermaßen angewandt werden, wobei die einer Zeile des Matrixfeldes zugeordneten Bauteile gleichermaßen einer Spalte des Matrixfeldes oder irgend einem anderen Feld innerhalb der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung zugeordnet werden können.

Die in Fig. 1 dargestellte, in Massenfertigung arbeitende Verbindungsvorrichtung 10 ist in der "Lage, eine Vielzahl von Fähnchenrahmen gleichzeitig mit den Verbindungsstellen einer gleichen Anzahl von ebenen Gegenständen, beispielsweise von Substraten, mittels Warmpressung zu verbinden. Die Verbindungsvorrichtung 10 umfaßt einen unteren Teil 12, einen während des massenweisen VerbindungsVorganges unmittelbar über dem unteren Teil 12 angeordneten oberen Teil 14 sowie einen strichpunktiert dargestellten Verbindungseinechub 16, der an dem unteren Teil 12 gleitend befestigt ist. Zur Er-

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leichterung der routinemäßigen Wartungsarbeiten für die unteren und oberen Teile 12 bzw. 14 ist es günstig, wenn der obere Seil 14 von dem unteren Teil 12 entfernt werden kann. Im dargestellten Beispielsfalle ist der obere Teil 14 an dem unteren Teil 12 mittels eines L-förmigen Winkels 18 angelenkt, der durch einen Drehzapfen 19 an dem unteren Teil 12 befestigt ist. Zum leichteren Wegklappen und Zurücklappen des oberen Teils 14 aus der bzw. in die Arbeitsstellung ist ein Handgriff 20 vorhanden. Die Wahl anderer konstruktiver Lösungen für die Entfernung und die Rückführung des oberen Teils 14 steht selbstverständlich im Belieben des Fachmanns.

Die dargestellte, bevorzugte Ausführungsform für den Innenaufbau des unteren Teils 12, des oberen Teils 14 und des Yerbindungseinschubs 16 ist am besten aus den Fign. 2 und 3 ersichtlich. Wie hieraus hervorgeht, umfaßt der Verbindungseinschub 16 (a) einen Block 30 mit einer Vielzahl von Öffnungen 32 (von denen nur eine Öffnung veranschaulicht ist), die an jeder Schnittstelle zwischen den Zeilen und Spalten eines den Verbindungsflächen der Vorrichtung 10 entsprechenden Matrixfeldes vorhanden sind, (b) eine Vielzahl von gesonderten Stempeln 34 (von denen nur ein Stempel veranschaulicht ist), die zur Ausführung einer unabhängigen Achsialbewegung in der jeweils zugeordneten Öffnung 32 angeordnet sind, und (c) eine Vielzahl von Yerbindungsspitzen 36, die

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sich vom Ende des jeweilig zugeordneten Stempels 34 bis in die Nähe des zugeordneten Fähnchenrahmens 22 und des damit zu verbindenden Substrates 24 erstrecken. Der Block 30 umfaßt im dargestellten Beispielsfalle eine erste Platte 40 und eine zweite, derart an der Unterseite der ersten Platte 40 befestigte Platte 42, daß die Längsachsen des Matrixfeldes der Öffnungen 32 in der ersten und zweiten Platte 40 bzw. 42 in fluchtender Ausrichtung stehen.

Die öffnungen 32 in dem Block 30 und die zugeordneten Stempel 34 können eine beliebige Form, besitzen, sofern diese eine unabhängige Bewegung jedes Stempels 34 in dessen Längsachse zuläßt. Im dargestellten Beispielsfalle besitzt jeder Stempel 34 eine abgestufte Zylinderform mit einem I-förmigen Längsschnitt. Die Öffnungen 32 in dem Block 30 besitzen jeweils eine zweistufige Form mit einer Seitenwand 44 in der oberen Stufe der ersten Platte 40 und einer Seitenwand 46 in der zweiten Platte 42, wodurch die Bewegung des zugeordneten Stempels bzw. Kolbens in dessen Längsachse begrenzt wird. Die Seitenwand 48 jeder Öffnung 32 in der unteren Stufe der ersten Platte 40 umgrenzt zusammen mit der unteren Platte 42 und dem zugeordneten Stempel 34 eine Kammer 50. Sämtliche Kammern 50 des Blocks 30 sind durch Kanäle 52 miteinander verbunden, welche ihrerseits mit einer Mündungsöffnung 54 in Verbindung stehen. Die Mündungsöffnung ist für den AnschluiB einer nicht dargestellten, externen

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Vakuumquelle ausgebildet.

Jede Verbindungsspitze 36 ist in einer Vertiefung 56 an der Oberseite des zugeordneten Stempels 34 befestigt und steht darüber hervor. Die Verbindungsspitzen 56 bestehen vorzugsweise aus einem Material, wie beispielsweise Zirkoniumoxid, das gute thermische Isolationseigensohaften und eine ausreichende Festigkeit gegenüber den bei dem Verbindungsvorgang auftretenden Temperaturen und Drucken besitzt. Die Verbindungsspitzen 36 jeder Zeile des Matrixfeldes werden in den Vertiefungen.56 ihrer zugeordneten Stempel 34 mittels eines gesonderten Streifens 58 in genauer Position gehalten. Jeder Streifen 58 ist mit Öffnungen 60 versehen, welche der genauen Lage jeder Verbindungsspitze 36 in der zugeordneten Zeile des Matrixfeldes entsprechen, wobei jede Öffnung 60 eine solche Form besitzt, daß sie wenigstens einen Teil der Seitenwände der zugeordneten Verbindungsspitze 36 berührt. Jeder Streifen 58 dient somit zur genauen Positionierung und Führung der zugeordneten Verbindungsspitzen 36 und wird dabei im Mittelbereioh der zugeordneten Verbindungsspitzen 36 ausgelenkt, um der Bewegung der Verbindungsspitzen 36 während des Verbindungsvorganges zu folgen.

In der betriebsbereiten Stellung bildet ein in jeder Verbindungsspitze 36 und dem zugeordneten Stempel 34 ausgebildeter Kanal 62 einen Durchlaß zwischen der Oberseite der Verbindungsspitze 36 und der zugeordneten Kammer 50. Zu Be-

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ginn eines BetriebsZyklus ruht jeder Stempel 34 auf der oberen Stufe 64 der zugeordneten Öffnung 32, wobei sich die Unterseite jedes Stempels 34 praktisch auf einer Ebene mit der Unterseite der zweiten Platte 42 des Blocks 30 befindet. Vorzugsweise ist eine Unterlagscheibe 66 auf jeder oberen Stufe 64 befestigt, um bei der Aufwartsbewegung der Stempel 34 während des Verbindungsvorganges eine vergrößerte Leckage der Kammer 50 zu vermeiden.

Der Verbindungseinschub 16 ist so ausgebildet, daß er aus seiner Stellung zwischen dem unteren Teil 12 und dem oberen Teil 14 in erster linie zum Beladen mit und Entladen von Fähnchenrahmen 22 und ebenen Gegenständen 24 (die nachfolgend als Substrate bezeichnet werden sollen) sowohl vor als auch nach einem VerbindungsVorgang und in zweiter Linie zur Erleichterung der Wartung herangezogen werden kann. Vorteilhaft sind Einrichtungen vorgesehen, um die Anzahl der Anschlußfähnchen 22 mit den zugeordneten Verbindungsspitzen 36 genau zu erfassen. Eine solche Einrichtung zur exakten Befestigung und zum Erfassen der in der Nähe der zugeordneten Verbindungsspitzen 36 befindlichen Fähnchenrahmen 22 ist in den Fign. 2 und 3 veranschaulicht. Wie hieraus hervorgeht, sind^eabstandete Metalleisten 70 auf der ersten Platte 40 parallel zu jeder Seite jeder Zeile von Verbindungsspitzen 36 befestigt. Auf jedem Paar beabstandeter Metalleisten 70 befindet sich ein Fähnchenrahmenstreifen mit einer Anzahl von Fähnchenrahmen 22, deren ge-

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genseitiger Abstand dem Abstand zwischen den Verbindungsspitzen 36 jeder Zeile des Matrixfeldes entspricht. Justierstifte 72, die jede Metalleiste 70 durchsetzen, greifen in die an jeder Kante eines Fähnchenrahmenstreifens ausgebildeten Bezugsöffnungen 74, um die ffähnchenrahmen 22 mit den zugeordneten Yerbindungsspitzen 36 in einer Zeile der Vorrichtung 10 in Beziehung zu setzen. Längs der Oberseite der Metalleiste 50 ist ein Streifen 76 aus magnetisiertem Material eingelegt, der zusammen mit einer über jeder Kante eines Fähnchenrahmenstreifens angeordneten Leiste 78 aus magnetischem Material den Fähnchenrahmenstreifen in seiner Bezugslage hält.

Der untere Teil 12 der Vorrichtung 10 umfaßt u.a. einen aus zahlreichen Abschnitten zur leichteren Yfartung bestehenden Block 100 und eine Vielzahl von öffnungen 102, die teilweise in dem Block 100 an den Schnittstellen zwischen den Zeilen und Spalten eines Matrixfeldes verlaufen, wobei diese Schnittstellen den Orten der Öffnungen 32 in dem Matrixfeld des Verbindungseinschubs 16 entsprechen. In jeder Öffnung 102 ist ein gesonderter Kolben 104 gleitend angeordnet, wobei jeder Kolben 104 vorzugsweise einen vergrössteren Basisabschnitt 106 zur Erzielung einer Druckverstärkung zwischen der Unterseite des Basisabschnittes 106 und der Oberseite des Kolbens 104 aufweist» Der Basisabschnitt 106 jedes Kolbens 104 ist so ausgebildet, daß er die Ober-

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seite einer gemeinsamen Membran 108 "berührt. In dem Block 100 ist unterhalb der Membran 108, welche die die Basisabschnitte 106 der Kolben 104 umfassende Fläche bedeckt, eine Kammer 110 ausgebildet, die über einen Kanal 112 mit einer Mündungsöffnung 114 verbunden ist. Die liündungsöffnung ist für einen Anschluß an eine nicht dargestellte, regelbare Druckmittelq.uelle ausgebildet, mittels welcher der Druck unterhalb der Membran 108 erhöht und die Kolben 104 angehoben oder der Druck unterhalb der Liembran 108 verringert und die Kolben 104 abgesenkt werden kann . Die Kammer 110 kann in beliebiger Weise, beispielsweise als serpentinenförmiger Kanal oder Hohlraum mit oder ohne Tragorgane für die Membran 108 ausgebildet werden. Ein Vorspannorgan 116 ist vorzugsweise vorgesehen, um zu gewährleisten, daß sich der Basisabschnitt 106 jedes Kolbens 104 in ständigem Kontakt mit der Membran 108 befindet und um die Rückstellung der Kolben 104 in ihre Ausgangslage zu unterstützen. Das Vorspannorgan 116 kann in beliebiger Weise, beispielsweise als gesonderte, jeden Kolben 104 umgebende Feder ausgebildet v/erden (Figo 2 und 3).

Auf dem Block 100 des unteren Teils 12 der Vorrichtung 10 ist eine Einrichtung sowohl zur Befestigung des Verbindungseinschubs 16 an dem Block 100 als auch zur Beziehung des Matrixfeldes der Stempel 34 in dem Verbindungseinschub 16 auf das zugeordnete Matrixfeld der Kolben 104 in dem unteren

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Teil 12 vorgesehen. Die Befestigung^- und Bezugseinrichtung kann in beliebiger Weise, beispielsweise in Form von zwei parallel zueinander längs der Oberseite auf gegenüberliegenden Seiten des Blocks 100 verlaufenden Vorsprüngen 120 und eines längs der rückwärtigen Oberseite des Blocks 100 verlaufenden Anschlags 122 ausgebildet werden (fign. 1 und 3). In der einwärts gerichteten Oberfläche jades Vor Sprungs 20 ist ein Schlitz 124 ausgebildet, wobei die Schlitze 124 einen der Breite des Einschubs 16 entsprechenden Abstand und eine derartige Lage aufweisen, daß die Spalten des Matrixfeldes der Stempel 54 in dein Einschub 16 in Beziehung mit den entsprechenden Spalten des Matrixfeldes der Kolben 104 in dem unteren Teil 12 gesetzt werden. Der Anschlag ist an dem Block 100 befestigt, um die Zeilen des Matrixfeldes der Stempel 34 in dem Einschub 16 in Beziehung mit den entsprechenden Zeilen des Matrixfeldes der Kolben 104 in dem unteren Teil 12 zu setzen, wenn der Verbindungseinschub 116 in den Schlitzen 124 befestigt ist und gegen den Anschlag 122 anliegt.

Der obere Teil 14 der Vorrichtung 10 umfaßt (a) eine oberhalb des Verbindungseinschubs 16 befindliche Thermoelektrode 150,(b) Heizelemente 152, deren konstruktive Ausgestaltung beispielsweise in Form von Heizpatronen im Belieben des Fachmannes liegt, und (c) ein Matrixfeld von Vorsprüngen 154, die aus der Thermoelektrode 150 hervorstehen und auf

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das Matrixfeld der Stempel 34 und Kolben 104 des Einschubs 16 bzw. des unteren Teils 12 bezogen sind. Vorzugsweise ist zwischen der Thermoelektrode 150 und dem übrigen Bereich des oberen Teils 14 ein ziemlich widerstandsfähiges Isoliermaterial 156 von vorbestimmter Dicke angeordnet, um den Wärmeverlust der Thermoelektrode 150 in Richtung des oberen Teils 14 wesentlich zu verringern. Eine Vielzahl von I-förmigen Winkeln 158 drückt die Thermoelektrode 150 gegen das Isoliermaterial 156, sobald die Vorspitifig· 154 der Thermoelektrode 150 in Beziehung zu dem Matrixfeld der Stempel und der Kolben 104 des Verbindungseinschubs 16 bzw. des unteren Teils 12 gesetzt sind.

Zur Verringerung der Möglichkeit einer Beeinflussung der Funktion der Kolben 104 in den Öffnungen 102 des unteren Teils 12 durch die Wärme der Thermoelektrode 150 ist vorteilhaft eine Einrichtung vorgesehen, welche einen Wärmestrahlungs-Reflexionsschirm 130 umfaßt (Fign. 2 und 3), der in einer Vertiefung 132 an der Oberseite des den Bereich der öffnungen 102 umgebenden Blocks 100 befestigt ist und öffnungen 134 aufweist, welche dem Ort der öffnungen 102 in dem Block 100 entsprechen. Der Reflexionsschirm 130 kann in unmittelbarem Berührungskontakt mit der Vertiefung 132 in dem Block 100 befestigt sein (Fig. 2) oder er kann auf Kühlwicklungen oder Untersätzen 130 befestigt sein, um einen Luftspalt zwischen dem Schirm 130 und der Vertie-

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fung 152 frei zu lassen (Pig. 3). In ähnlicher Weise können Wärmestrahlungs-Reflexionsschirme 138 an den Seitenwänden des Ir-förmigen Winkels 18 und des unteren Teils 12 befestigt sein (Mg. 1 und 3)» um die Wärmebelastung der Rahmenteile des unteren und oberen Teils 12 bzw. 14 aus Sicherheitsgründen wesentlich zu verringern.

Die vorstehend erläuterte Vorrichtung arbeitet in der Weise, daß eine Vielzahl von Fähnchenrahmen 22 mit den metallisierten Bereichen einer Vielzahl von Substraten 24 gleichzeitig mittels Warmpressung verbunden wird. Im einzelnen arbeitet die Vorrichtung 10 wie folgt:

Zunächst wird bei herausgezogenem Einschub 10 eine Vielzahl von vorzugsweise streifenförmigen Fähnchenrahmen zueinander in Beziehung gesetzt und in der Hahe der entsprechenden Verbindungsspitzen 36 jeder Zeile des Verbindungsspitzen-Matrixfeldes befestigt. Die metallisierten Verbindungsstellen auf den Substraten 24 werden dann miteinander in Beziehung gesetzt und in Berührung mit den entsprechenden Fähnchen des zugeordneten Fähnchenrahmens 22 gebracht. Daraufhin wird die MÜndungsöffnung 54 und damit die Kanäle 52, die Kammern 50 und die Öffnungen 62 sowohl in den Stempeln 34 als auch in den Verbindungsspitzen 36 von einer nicht dargestellten Vakuumquelle selektiv mit Unterdruck beaufschlagt, um die Substrate 24 in ihrer Bezugslage zu halt en.

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Nach diesen Vorarbeiten wird der Einschub 16 in die Schlitze 124 der "beanstandeten Vorsprünge 120 auf dem unteren Teil 12 und in Berührung mit dem hinteren Anschlag 122 gebracht. In dieser Stellung stehen die Substrate 24, die Fähnchenrahmen 22, die Yerbindungsspitzen 36 und die Stempel 34 des Einschubs .16 in Beziehung zu den zugeordneten Kolben 104 im unteren Teil 12 und zu den Vorsprüngen 151- der Thermo elektrode 150 im oberen Teil 14.

Zur Verringerung der Gefahr einer Bewegung der Substrate 124 aus ihrer Bezugslage infolge der Kontaktierung mit den Vorsprüngen 154 der Thermoelektrode 150 während des Binführens des Einschubs 16 in die Schlitze 124 ist vorzugsweise eine Einrichtung vorgesehen, mittels welcher der Einschub 16 ein gutes Stück unterhalb der Vorsprünge 154 eingeführt und dann dicht an die Vorsprünge 154 heranbewegt werden kann, sobald der Einschub 16 in Berührung mit dem hinteren Anschlag 122 gelangt. Eine derartige Einrichtung umfaßt (a) einen Schalter 180 (Mg. 1), (b) ein Organ 182 zur Längsbewegung zweier beabstandeter und miteinander verbundener HOckenstangen 184, die unter den betreffenden, beabstandeten Vorsprüngen 120 des unteren Teils 12 angeordnet sind, (c) Stößel 186, die den Kockenoberflachen 190 der Ήοckenstangen 184 folgen und die Vorsprünge 120 des unteren Teils 12 heben und senken, und (d) Stifte 188 zur Begrenzung der seitlichen Bewegung der Vorsprünge 120 bei deren Auf-

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und Abwärtsbewegung (Mg₀ 4). Für jeden Vorsprung 120 sind zumindest zwei Stößel 186 und zugeordnete Uockenflachen 190 vorgesehen, um eine Parallelbewegung der Vorsprünge 120 beim Heben und Senken zu gewährleisten. Der Schalter 180 befindet sich bei herausgezogenem Einschub 16 normalerweise in Ruhestellung. Bei der Berühung des Einschubs 16 mit dem hinteren Anschlag 122 gelangt der Schalter 180 in die Arbeitsstellung und veranlaßt das Organ 182, die Nockenstangen 184 in die in Fig. 4 mit einem Pfeil angedeutete Richtung zu bewegen. Infolge dieser Bewegung der Nockenstangen 184 bewegen sich die Stößel 186 in Richtung des in !ig. 4 dargestellten Pfeils, wobei sie den Hockenoberflachen 190 der Uockenstangen 184 folgen. Die Aufwärtsbewegung der Stößel 186 bewirkt eine Hebung der Vorsprünge 120 und damit eine Anhebung der Substrate 24 auf dem Einschub 16 in unmittelbarer Nähe der betreffenden Vorsprünge 154 der Thermoelektrode 150, Das Organ 182 kann in beliebiger Weise, z.B. in Form eines druckluftbetätigten Kolbens oder einer elektrischen Spule ausgebildet sein.

Sobald sich der Einschub 16 in der angehobenen Stellung befindet, wird die Mündungsöffnung 114 des unteren Teils 12 selektiv von einem Strömungsmittel mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt. Das Strömungs- bzw. Druckmittel gelangt über den Kanal 112 in die Kammer 110 und hebt die Membran 108, wodurch gleichzeitig und unabhängig voneinander jeder Kolben 104 angehoben wird. Die Beaufschlagung der Mündungs-

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öffnung 114 mit dem Druckmittel kann selbstverständlich auf vielfältige Weise erfolgen. Beispielsweise kann ein zweiter Schalter 192 am oberen Teil 14 angeordnet werden (Figo 1), der betätigt wird, sobald der Einschub 16 seine höchste Stellung einnimmt, wodurch ein nicht dargestelltes Ventil zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zu der Mündungsöffnung 114 geöffnet wird.

Durch die gleichzeitige und unabhängige Aufwärtsbewegung der Kolben 104 im unteren Teil 12 werden gleichzeitig und unabhängig die Stempel 34 und Verbindungsspitzen 36 im Einschub 16 sowie die Pähnchenrahmen 22 und die Substrate 24 derart angehoben, daß die den metallisierten Verbindungsstellen gegenüberliegende Oberfläche der Substrate 24 die zugeordneten, geheizten Vorsprünge 154 der Thermoelektrode 150 berührt, wodurch die erforderliche Verbindungstemperatur durch ;jedes Substrat 24 hindurch den jeweiligen Verbindungsstellen vermittelt wird, während eine überall gleiche Verbindungskraft gegen die Mhnchenrahmen 22 und zugeordneten Verbindungsstellen auf den Substraten 24 ausgeübt wird» Nach erfolgtem Verbindungsvorgang wird der Druck an der Mündungsöffnung 114 verringert, um die Membran 108 und damit die Stempel 34 und Kolben 104 abzusenkenj ferner wird das Organ 182 veranlaßt, die Nockenstangen 184 entgegen der in Fig. 4 dargestellten Richtung zu bewegen, wodurch die Vorrichtung 10 in ihre anfängliche Betriebsstellung gelangt,

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as*

bevor der Einschub 16 herausgezogen und entladen wird. Fig. 5 zeigt einen ffähnchenrahmen 22, der mit den metallisierten Verbindungsstellen auf einem Substrat 24 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden wurde.

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung 10 bietet zahlreiche Vorteile gegenüber den Verbindungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik. Ein ohne weiteres ersichtlicher Vorteil besteht in der erhöhten Produktivität, woraus sich zusätzliche Vorteile ergeben. Selbst wenn z.B. eine Verbindungstemperatur von 300° an jeder Verbindungsstelle erforderlich ist, werden die jeweils nur einen Fähnchenrahmen verbindenden Vorrichtungen nach dem Stand der Technik generell bei einer hohen Temperatur, beispielsweise 500⁰C bis 700⁰C betrieben, um zur Erzielung einer maximalen Produktionsleistung jede Verbindungsstelle schnell aufzuheizen« Durch die gleichzeitige Verbindung von beispielsweise 120 Fähnchenrahmen mit 120 Substraten in einem Matrixfeld mit 10 Zeilen und 12 Spalten kann die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung 10 mit einem Verbindungszyklus gefahren werden, der wesentlich langer, beispielsweise 25 Sekunden, ist als der bei den bekannten Vorrichtungen vorgesehene Verbindungszyklus und dennoch ist die G-esamtproduktionsleistung um ein Vielfaches höher. Der verlängerte Verbindungszyklus erlaubt die Verwendung geringerer Thermoelektrodentemperaturen, wie beispielsweise von 35O⁰C, wodurch wiederum eine Oxidation der ^hermoelektrode, wie sie bei

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höheren Thermoelektrodentemperaturen zu beobachten ist, oder die Notwendigkeit für die Verwendung eines den höheren Temperaturen angepaßten Thermoelektrodenmaterial praktisch beseitigt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden vor dem Verbindungsvorgang die einander zugeordneten Verbindungsspitzen 36, Fähnehenrahmen 22 und Substrate 24 in der Bezugslage ohne Zufuhr von Wärmejgehalten, wodurch Probleme, wie beispielsweise eine Wärmeausdehnung des Fähnchenrahmenstreifens, vermieden werden. Zusätzlich wird ständig Luft zwischen den Verbindungsspitzen 36 und den zugeordneten Substraten 24 in den Bereich zwischen den Fähnchen der Fähnehenrahmen 22 hindurchgeleitet, und zwar aufgrund der Unterdruckbeaufsehlagung der Kammern 50 und öffnungen 62 in den Verbindungsspitzen 36, wodurch sowohl vor als auch während des Verbindungsvorgangs ein Kühleffekt erzeugt wird, während gleichzeitig die Substrate 24 in ihrer Bezugslage gehalten werden. Die magnetische Leiste 78 und der Metallstreifen 70 tragen ebenfalls dazu bei, die Kanten der Fähnehenrahmen 22 gekühlt zu halten, um Verbiegungen der Fähnehenrahmen während des VerbindungsVorganges zu verhindern.

Während des Verbindens führt die Aufwärtsbewegung der Kolben 104 im unteren Teil 12, der Stempel 34 im Einschub 16 und der Verbindungsspitzen 36 aufgrund der Druckmittelbeaufschlagung der Kammer 110 unter der Membran 108 zu einer

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Verklemmung der in der Bezugslage befindlichen Fähnchenrahmen 22 und Substrate 24 zwischen den Verbindungsspitzen 56 und den Vorsprüngen 154 der Thermoelektrode 150 kurz vor dem Beginn eines größeren Temperaturanstiegs in den Fähnchenrahmen 22. Da sich die Fähnchenrahmen 22 und Substrate 24 in ihrer aufeinander ausgerichteten Lage befinden, bevor die Substrate 24 die Vorsprünge 154 berühren und da tatsächlich nur eine unbedeutende Zeitspanne vor der Beaufschlagung der Verbindungsstellen auf den Substraten 24 mit dem Verbindungsdruck verstreicht, wird eine Erfassung der Fähnchenrahmen 22 zusammen mit den zugeordneten metallisierten Verbindungsstellen auf den Substraten 24 tatsächlich gewährleistet, wodurch Probleme der Fähnchenrahmenausdehnung usw. vermieden werden.

Die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gegebene Möglichkeit der Verwendung einer Thermoelektrodentemperatur knapp oberhalb der für die Durchführung der Verbindung erforderlichen Temperatur erlaubt die Wärmezufuhr zu den Verbindungsstellen über das Substrat selbst, anstatt, wie nach bevorzugten, bekannten Verfahren die Wärme über die verbundenen Fähnchen zuzuführen. Die Verwendung von niedrigeren Thermoelektrodentemperaturen gestattet ferner die Erwärmung der Substrate auf eine viel gleichmäßigere Temperatur, wodurch Spannungen in den Substraten vermieden werden und eine Endtemperatur erreicht wird, die eine Überhitzung der Sub-

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strate und der darauf befindlichen Schaltkreise ausschließt,,

Es versteht sich, daß die vorstehend erläuterte Ausführungsform lediglich beispielhaft für die Verwirklichung des Erfindungsgsdankens ist und daß zahlreiche Ausgestaltungen und Änderungen durch den Fachmann möglich sind, ohne den Erfindungsgedanken und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentanwalt

Dipl.-lng. Waiter Jackisch 9 R 9 / 17 0

ZStuttgartN. Menzelstraße40 £0 Z, H \ f Ό

Western Electric A 35 298

Company, Incorporated

Broadway 28. Mai 1976

New York, N.T. 10007 ^W'°

U.S.A.

Patentansprüche

.J Verfahren zum Warmpreßverbinden einer Vielzahl von ebe nen Gegenständen mit einer Vielzahl von Fähnchenrahmen, bei dem

(a) ein Fähnchenrahmen in Beziehung zu einer gesonderten VerMndungsschiene gebracht wird und

(b) die Verbindungsstellen auf einer ersten Oberfläche des Gegenstandes in Beziehung zu dem zugeordneten Fähnchenrahmen gebracht werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte (a) und (b) bei einer Vielzahl von Gegenständen (24), Verbindungsschienen (36) und Fähnchenrahmen (22) durchgeführt werden und daß folgende weitere Verfahrensschritte vorgesehen sind:

(c) einer zweiten,der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche jedes Gegenstandes wird ebenso wie den Anschlußfähnchen in der Sähe der Kante jedes Gegenstandes gleichzeitig Wärme zugeführt, während

(d) gleichzeitig mit jeder Verbindungsschiene ein ausreichender Verbindungsdruck angelegt wird, um jedes Anschlußfähnchen der Fähnchenrahmen mit den zugeord-

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neten Verbindungsstellen auf den G-egenständen zu verbinden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Fähnchenrahmen (22), zugeordnete Verbindungsspitzen (36) und die Gegenstände (24) in einer Ebene bewegt v/erden, die senkrecht zu der Ebene einer geheizten Shermoelektrode (150) einer Warmpreßvorrichtung (10) orientiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß vor Durchführung einer Verbindung sämtliche Verbindungsspitzen (36) gleichzeitig mit den darauf befindlichen, in Beziehung zueinander gebrachten Fähnchenrahmen (22) und ebenen Gegenständen (24) in einer ersten Richtung bis in unmittelbare Nähe der Ihermoelektrode (150) bewegt werden.

4. Vorrichtung zum gleichzeitigen Verbinden der Anschlußfähnchen einer Vielzahl von Fähnchenrahmen mit zugeordneten Verbindungsstellen auf der ersten Oberfläche von ebenen Gegenständen unter Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

(a) eine Vielzahl von unabhängig voneinander bewegbaren Verbindungsspitzen (36), von denen jeweils eine Verbindungsspitze für einen Fähnchenrahmen (22) vorgesehen ist und welche in einer vorbestimmten

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Anordnung angebracht sowie zur Anlage gegen die Anschlußfähnchen der zugeordneten Fähnchenrahmen ausgebildet sind;

(Td) eine Thermo elektrode (150), die zur gleichzeitigen Anlage gegen die zweiten Oberflächen sämtlicher Gegenstände (24) und zur Erwärmung auf die Verbindungstemperatur ausgebildet ist, und

(c) eine Betätigungseinrichtung (108), die zur gleichzeitigen und gegenseitig unabhängigen Bewegung jeder bzw. jedes der zugeordneten Verbindungsspitzen, Fähnchenrahmen und ebenen Gegenstände ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß jede Verbindungsspitze (36) an einem gesonderten Kolben (104) befestigt ist, wobei sämtliche Kolben (104) für eine voneinander unabhängige Achsialbewegung in einer Ebene angebracht sind, die senkrecht zu der Ebene der Anschlußstellen auf dem zugeordneten Gegenstand (24) orientiert ist und daS die Kolben (104) unabhängig voneinander durch die für sämtliche Kolben gemeinsame Betätigungseinrichtung (108) in Längsrichtung bewegbar sind.

6c Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinrichtung (78) zum Erfassen jedes Fähnchenrahmens (22) mit der zugeordneten Verbindungsspitze (36) und den Verbindungsstellen

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an dem zugeordneten ebenen Gegenstand (24).

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Betätigungseinrichtung (108) ein durch Strömungsmitteldruck ausdehnbares Organ aufweist, das in ständiger Berührung mit den einen Enden sämtlicher Kolben (104) steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Kolben (104) einen vergrößerten Basisabschnitt (106) zur Erzielung einer Druckverstärkung zwischen dem einen Ende des Kolbens

Ende

und dem einen/des Basisabschnitts während des Yerbindungsvorgänges aufweist.

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