专利名称：将电路部件粘接到电路衬底上的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将电路部件粘接到电路衬底上以便进行特别是高频电路的电路自动组装的方法。
背景技术：
通常，焊接或粘接方法用于将电路部件固定在衬底上。为了将来自于电路部件的热量有效地发散到衬底内，两者之间的粘合剂或焊料层应该尽可能薄，并且没有空穴。对于高频范围的应用来说，特别是用于安装砷化镓MMIC(单片微波集成电路)，公知的是使用具有通常为25mm的焊料层厚度的共晶金锡合金。只能通过X射线检测每个焊接电路部件的焊料层来保证没有空穴。这种方法不仅费事，而且还影响产量，这是由于在焊料层中发现空穴的电路必须被分拣出来，并且有缺陷的焊料层必须随后逐渐修补。
为了在25mm厚的焊料层中有效地实现热传递，在使用例如添加银片以使其导电的环氧树脂的粘合剂时，将电路部件粘接到电路衬底上的粘合剂层的厚度必须显著小于类似的焊料层厚度，这是由于环氧树脂的导热性显著小于金属焊料。这种薄的粘合剂层不能通过在电路衬底或电路部件上分布粘合剂并将两者长时间或强力压靠在一起以实现所需厚度的粘合剂层来简单制成。这会造成粘合剂不受控制地挤出电路部件的边缘，由此显著影响电路部件的性能。
为了防止粘合剂沿着电路部件的边缘挤出并且同时确保电路部件和电路衬底之间的粘合剂层一直延伸到其边缘，所施加的粘合剂必须准确计量，其方式是例如如图1所示在电路衬底2的将要随后放置电路部件1的表面区域上并在特定预定距离内形成具有预定尺寸的粘合剂点3的图案。这里所出现的问题在于电路衬底2和将放置在该衬底上的电路部件的表面之间的平行度越严格，在最终电路中部件1和衬底2之间的粘合剂层的厚度越薄。如果如图1所示，电路部件1通过夹具4相对于电路衬底保持在理想平行状态下并且朝着电路衬底2的表面运动，电路部件1同时接触所有的粘合剂点3，并且以相同的程度压平所有的粘合剂点3，使得电路部件1和电路衬底2之间的空气排出，并且粘合剂点3汇合成具有所需厚度的连续层。
实际上，将要相互固定在一起的电路部件1和电路衬底2的表面之间的平行度无法准确实现。在实际应用状态下，通过夹具4保持在一起的电路衬底2和电路部件1的面对表面如图2A所示形成小锐角。当保持电路部件1的夹具4朝着电路衬底2运动时，这造成电路部件1的横向区域(图2B所示的左侧横向区域)首先与粘合剂点3接触，并且在电路部件1的右侧与粘合剂点接触之前使得粘合剂点压平。如果粘合剂在此形式下固化，空穴5将保留在电路部件1和电路衬底之间。这造成热量不均匀地从电路部件1发散到衬底2，由此在经由其中具有空穴的厚粘合剂层与衬底2分开的区域内造成电路部件1的过热。另外，电路部件1的不同区域在其周围具有不同的有效介电常数，这特别在高频应用中造成变化的衰减，因此造成所安装的电路部件1的性能不能再现。
此问题的一种方法提出有关夹具4相对于电路衬底2表面的取向的非常严格的要求，使得电路衬底2的电路部件1的面对表面之间的平行度误差变小。对于夹具及其驱动机构的严格要求造成成本高，并且始终没有提供此问题的最终解决方法。为了排除电路部件和电路衬底之间的平行度误差造成空穴保留在两者之间的粘合剂层内，必须确保的是电路部件离开电路衬底的相对边缘的距离之间的差别不超过某个极限，该极限取决于粘合剂层的所需厚度。电路部件的所涉及边缘之间的距离越大，最大许可平行度误差变得越小，以便防止空穴形成，即电路部件变得越大，越难以将其准确平行放置成在粘合剂层内不保留空穴。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将电路部件粘接到电路衬底上的方法，该方法可以确保将要粘接的电路部件的整个区域上的粘合剂层具有恒定厚度，因此在粘合剂成内没有空穴，而不对用来将电路部件放置在电路衬底上的夹具的引导机构提出过高要求。
此目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。
此方法的第一步骤与最初描述的传统过程类似，即使用夹具夹紧电路部件，将夹具接近电路衬底表面，直到离开该表面预定目标距离处，该距离根据粘合剂层的所需厚度来预先确定，并且松开电路部件并且去除夹具。在这些第一步骤之后，不排除的是由于电路部件和电路衬底之间的不可避免的平行度误差，空穴保留在粘合剂层的一部分内。按照本发明，为了去除空穴，设置如下步骤，即围绕垂直于电路衬底的表面的轴线转动夹具，将夹具再次运动到目标距离内，并且再次去除夹具。以此方式，在夹具第二次运动到目标距离内时，其下面粘合剂层还相当厚并且可能包括空穴的电路部件的区域通过夹具的一部分压靠，该夹具在第一次朝着电路衬底运动时以及将电路部件的区域压靠电路衬底，并且再次压靠电路衬底。以此方式，电路部件离开电路衬底的相对边缘的距离变得相同，而与电路部件的尺寸无关，并且即使在第一压靠步骤之后还相当远离电路部件的电路部件的区域下面，残留空气也从电路部件和电路衬底之间排出，从而形成没有空穴的粘合剂层。
当朝着电路衬底的表面第一次运动夹具时，最好在由粘合剂变形造成的并与夹具运动相反的力到达预定值时，认为到达了目标距离。以此方式，可以确保即使粘接有电路部件的表面度随着一个粘接过程到另一粘接过程而不同，在每种情况下也可将粘合剂层压缩到所需程度。
由于粘合剂层在夹具朝着电路衬底第二次运动时已经变形，相反的力不再用作是否达到目标距离的标准。因此，在第一次运动过程中，最好在认为到达目标距离处检测夹具的位置坐标值，并且第二次运动进行到此相同的坐标值。夹具在第一和第二次运动之间转动的角度应该大致是180度，但是如果将被粘接的电路部件具有奇数对称，也可以考虑其它数值。
为了在电路部件和电路衬底之间实现类似于金属焊料层的导热值，粘合剂层应该进行计量，使其形成小于10mm的厚度，最好大约5mm。
可以使用分配器将这种粘合剂层可作为粘合剂点的规则图案预先施加在电路衬底上。
为了确保粘合剂层完全填充电路部件和电路衬底之间的空间，直到电路部件的拐角，有用的是施加另外的单独粘合剂点，与粘合剂点图案相比，这些点更靠近电路部件的拐角，并且因此在压靠电路部件时促进粘合剂进入拐角的过程。
为了形成没有空穴的粘合剂层，同样有利的是将另外的粘合剂点或另外的粘合剂点的排列施加在规则图案区域的中心附近。
为了实施这种方法，特别有利的是夹具具有邻靠被保持的电路部件的远离电路衬底的表面的至少两个相对边缘的邻靠表面。
同样有利的是使用一种夹具，在该夹具中，为了保持和松开电路部件，接触电路部件的部分不必运动，特别是气动夹具，在气动夹具中，为了保持电路部件，将夹具的抽吸开口放置在电路部件之上并且抽吸电路部件。
参考附图，本发明的其它特征和优点将从随后实施例描述中得以明白。
图1是如已经描述那样表示夹具，其中电路部件理想地平行于支承表面保持；图2A、2B如已经描述那样表示用于将电路部件粘接到电路支承件上的传统方法的各个阶段，其中电路部件没有理想地平行于电路支承件保持；图2C-2E表示本发明粘接方法的各个阶段；图3A表示在放置电路部件之前在电路衬底上分布粘合剂点；以及图3B-3D分别表示将电路部件压靠电路衬底的同时以及压靠之后穿过粘合剂层的截面图。
具体实施例方式
在图2A所示的本发明方法的第一阶段中，在将要粘接电路部件1的电路衬底2的区域内，施加粘合剂点3的规则图案以及图2A未示出的某些另外的点，其功能和配置将参考图3A详细描述。粘合剂点3的图案的尺寸及其相互之间的距离进行选择，使得点3在电路衬底2和电路部件1之间压缩时形成大致5mm厚的没有空穴的粘合剂层。
在离开粘合剂点3的距离中，将要粘接的电路部件1表示成通过夹具4保持。夹具4具有邻靠电路部件1的上侧面的邻靠表面6，并且由于不可避免的误差，相对于水平倾斜小角度，该角度在附图中夸大。电路衬底2的表面假设准确水平取向。
邻靠表面6通过连续的凸肋7围绕，凸肋适用于电路部件1的尺寸，并且与其侧面接触。以此方式，不明确地限定电路部件在夹具处的位置，并且电路部件可重复放置，而不必检测其夹具处的位置。从邻靠表面6延伸的抽吸凸缘8具有通过抽吸泵施加其上的负压，由此电路部件1保持在夹具4处。
除了具有连续凸肋7的夹具4之外，如果使用相同的夹具放置具有不同形状的多种部件，可以使用未示出的夹具，该夹具具有抽吸锥管，锥管的窄小边缘压靠将被保持的部件的平表面，使得平表面的边缘延伸超过抽吸锥管的边缘。但是，这种夹具不局限于该部件的某种形状，在这种情况下，夹具处被保持的部件的位置应该进行检测，以便能够控制夹具，使其可重复地将部件放置在电路衬底的所需位置上。
夹具4朝着电路部件1的表面运动，同时连续测量反作用力，该力与向下运动相反。一旦电路部件1接触粘合剂点3并且开始使其变形时，就出现这种力。当反作用力达到预先凭经验适当确定的极限，并且指示粘合剂点3充分变形时，检测夹具4的高度坐标值(即垂直于电路衬底2的表面的方向上的坐标值)。不需要校正连接到夹具4上并用于这种作用的路径传感器。
图2B表示夹具4，其中电路部件1在因此限定的目标距离内。在电路部件1的部分下面，这里是其左手一半处，粘合剂点3汇合成连续层，否则将还存在电路部件1和电路衬底2之间的空穴5。为了松开电路部件1，去除夹具4的抽吸凸缘8处的负压，并且如果需要，产生适当正压。夹具4如图2C所示升高，并且围绕垂直于电路衬底2的表面的轴线A转动180度到达图2D所示的位置。夹具现在相对于水平倾斜角度-a，即相对靠近电路衬底2的表面的邻靠表面6的边缘9现在面向相对远离该表面的电路部件1的边缘10。
如果随后，如图2E所示，夹具4准确降低到在图2B阶段中通过路径传感器检测的目标高度，邻靠表面6的边缘9将电路部件的边缘10压靠电路衬底的表面，其靠近电路衬底的程度与此前压靠相对边缘11的程度相同。电路部件1和电路衬底2之间的粘合剂现在在电路部件1和电路衬底2之间形成连续的没有空穴的层12。
通常，如上所述压靠两次足以在电路部件1和电路衬底2之间的整个粘接区域上实现均匀厚度的粘合剂层3。在需要的情况下，转动并压靠夹具4可重复多次。
特别是，在第二次压靠同时，可以检测达到目标高度时出现的反作用力，并且如果它超过用来限定第一次压靠时的目标高度的反作用力的极限值的给定百分比，夹具将再次转动180度，并且运动到目标高度，以便再次压靠。
图3A是电路衬底2的表面的顶视图，其中粘合剂点3的图案形成在该表面上。将被放置的电路部件1的轮廓表示成虚线矩形。除了矩形之外，粘合剂点3形成线和柱的规则矩形图案，并且在排列图案的拐角处，在每个点3之上施加朝着电路部件1的拐角移位的另外的点13。另外的点14(在当前实例中三个点)沿着电路部件1的纵向中心线放置。
在开始将电路部件1压靠电路衬底2并由此将粘合剂点压平时，首先另外的点13、14开始与规则图案的相邻点3汇合，并且如图3B所示分布。因此在图案的中心首先形成较大的连续粘合剂区域，并且点13朝着电路部件1的拐角分布。电路部件1越接近衬底，连续粘合剂区域越从中心分布，并且逐一包围点3的环，如图3C所示。最后，如图3D所示，获得连续的没有空穴的粘合剂层12，该层在电路部件1的整个底部侧面上延伸，并且略微延伸超过其边缘，其伸出的程度通过计量所施加的粘合剂量以及粘合剂层的厚度来控制，即通过认为到达目标距离的力的极限数值来控制。
权利要求
1.一种用于将电路部件(1)粘接到电路部件(2)上的方法，包括如下步骤a)使用夹具(4)夹紧电路部件(1)；b)朝着电路衬底(2)将夹具(4)运动到离开该表面的目标距离处，施加在电路部件(1)和电路衬底(2)之间的粘合剂(3)在该表面处被压靠；c)松开电路部件(1)，并且从电路部件(1)去除夹具(4)；其特征在于如下步骤d)围绕垂直于电路衬底(2)的表面的轴线(A)转动夹具(4)；e)将夹具(4)再次运动到目标距离内，以及f)再次去除夹具(4)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，检测与夹具(4)的运动相反的反作用力，并且在当力到达预定数值时到达目标距离。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，检测目标距离的局部坐标，并且在步骤c)中，夹具运动到相同的局部坐标。
4.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中转动的角度是180度。
5.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，粘合剂(3)进行计量，以便形成小于10mm厚度的粘合剂层(12)，最好是大约5mm厚。
6.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，粘合剂(3)作为粘合剂点(3)的规则图案预先施加在电路衬底(2)上。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，施加其它的另外粘合剂点(13)，该点比图案的点相比更加靠近电路部件(1)的拐角。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在规则图案的区域中心施加另外的粘合剂点或一排粘合剂点(14)。
9.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使用夹具(4)，夹具具有邻靠表面(6)，邻靠表面邻靠背向电路衬底(2)的电路部件(1)的表面的至少两个相对边缘(10、11)。
10.如上述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，为了保持电路部件(1)，夹具(4)的抽吸开口放置在电路部件(1)上，以便保持，并且抽吸电路部件(1)。
全文摘要
一种用于将电路部件(1)粘接到电路部件(2)上的方法，包括如下步骤a)使用夹具(4)夹紧电路部件(1)；b)朝着电路衬底(2)将夹具(4)运动到离开该表面的目标距离处，施加在电路部件(1)和电路衬底(2)之间的粘合剂(3)在该表面处被压靠；c)松开电路部件(1)，并且从电路部件(1)去除夹具(4)；d)围绕垂直于电路衬底(2)的表面的轴线(A)转动夹具(4)；e)将夹具(4)再次运动到目标距离，以及f)再次去除夹具(4)。
文档编号H05K13/04GK1871700SQ200480031289
公开日2006年11月29日 申请日期2004年10月21日 优先权日2003年10月22日
发明者W·康拉特, H·施梅尔歇尔, K·肖尔, U·穆勒 申请人:马科尼通讯股份有限公司