[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Die Bonder zur Dosierung und Aufbringung
einer vorbestimmten Menge eines viskosen Klebemittels, mit einer Dispensdüse, welche
einen von einer Wandfläche umgebenen Zuführkanal aufweist, durch den das Klebemittel
zu einer Düsenplatte leitbar ist, in der mindestens eine Austrittsöffnung vorhanden
ist, wobei der Zuführkanal in die mindestens eine Austrittsöffnung mündet und im Mündungsbereich
eine Querschnittsfläche des Zuführkanals grösser ist als eine Querschnittsfläche der
zumindest einen Austrittsöffnung. Ausserdem betrifft die Erfindung eine bestimmte
Verwendung der Vorrichtung.
[0002] In der Technik ist es vielfach erforderlich, eine bestimmte Menge an Flüssigkeit,
zum Beispiel ein viskoses Klebemittel, dosiert abzugeben und gegebenenfalls in einem
bestimmten Muster auf eine Fläche aufzubringen. Ein solcher Anwendungsfall ist beispielsweise
das sogenannte "Die Bonding", bei dem elektronische Bauteile (Chips) auf ein Substrat
geklebt werden. Hierzu wird mit Hilfe einer Dosiervorrichtung eines sogenannten Die
Bonders eine vorbestimmte Menge an Klebemittel auf das Substrat aufgebracht. Anschliessend
setzt eine Handhabungseinrichtung des Die Bonders das elektronische Bauteil auf die
mit dem Klebemittel versehene Klebefläche des Substrates. Beim Hochgeschwindigkeits
- Die Bonding dauert dieser Vorgang weniger als 600 ms.
[0003] Zur Dosierung des zähflüssigen Die Bonding - Klebemittels wird dieses aus einem Vorratsbehälter
in einen mehr oder weniger zylinderförmigen Aufnahmebereich einer sogenannten Dispensdüse
gefördert. Auf einer Abgabeseite der Düse ist mindestens eine Austrittsöffnung vorhanden,
durch die das Klebemittel dosiert abgegeben wird. Es ist oftmals auch vorgesehen,
dass mehrere, in einem bestimmten Muster angeordnete Austrittsöffnungen vorhanden
sind, so dass ein vorbestimmtes Klebemittelmuster aufgebracht werden kann. Um eine
bestimmte Menge des Klebemittels zu dosieren, wird auf das Klebemittel, beispielsweise
im Vorratsbehälter, ein bestimmter Druckpuls aufgebracht. Da zwischen der erforderlichen
Grösse und Dauer des Druckpulses sowie der Viskosität der Flüssigkeit, der Querschnittsfläche
der Austrittsöffnung und anderen Parameter eine Abhängigkeit besteht, kann der erforderliche
Druckpuls im wesentlichen vorbestimmt werden. In diesem Zusammenhang wird auf die
Publikation "Dispensing Technology, The Key to High-quality / High Speed Die Bonding,
ESEC Process Information" verwiesen, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen
wird.
[0004] Es hat sich nun gezeigt, dass es immer wieder zu Diskrepanzen zwischen dem theoretisch
ermittelten und dem tatsächlich erforderlichen Druckpuls kommt. Dies führt dazu, dass
entweder die dosierten Flüssigkeitsmengen nicht mit den erforderlichen Mengen übereinstimmen,
oder dass die Flüssigkeitsmengen nicht schnell genug aufgebracht werden können. Letzteres
kann schliesslich zeitkritisch für den gesamten Prozess des Die Bonding werden und
dadurch den Durchsatz beschränken.
[0005] Ausserdem tropfen vorbekannte Düsen oftmals nach, obwohl der Druckpuls längstens
wieder von der Flüssigkeit genommen ist und die Flüssigkeit eine Fliessgrenze hat,
aufgrund der die Flüssigkeit nicht von selbst fliessen dürfte. Da sich zu diesem Zeitpunkt
die Düse des Die Bonders nicht mehr über dem Substrat befindet, kann die durch das
Nachtropfen ausgestossene Flüssigkeitsmenge nicht zum Verkleben genutzt werden. Im
Gegenteil, durch die nachtropfende Flüssigkeit wird die Arbeitsumgebung verschmutzt,
was regelmässig zu einem Maschinenstop führt.
[0006] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Dispensdüse so weiterzubilden,
dass das Nachtropfverhalten der Düsen sowie die Vorbestimmbarkeit der Parameter der
erforderlichen Druckpulse verbessert werden.
[0007] Diese Aufgabe wird bei einer eingangs erwähnten Vorrichtung dadurch gelöst, dass
im Zuführkanal ein Mittel zur Zwangsführung des viskosen Klebemittels vorgesehen ist,
durch welche eine Front des Klebemittels beim Befüllen der Düse eine vorbestimmte
Strömungsrichtung erhält, so dass das Klebemittel im wesentlichen die gesamte im Zuführkanal
befindliche Luft in Richtung auf die mindestens eine Austrittsöffnung zuführt. Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist unter einer "viskosen" Flüssigkeit
eine Flüssigkeit zu verstehen, deren Viskosität bei Zimmertemperatur mindestens 1
Pas beträgt.
[0008] Im Rahmen der Erfindung hat es sich gezeigt, dass vielfach Gas- bzw. Lufteinschlüsse
für die zuvor erwähnten Nachteile verantwortlich sind. Diese Lufteinschlüsse entstehen
in der Regel während dem (erstmaligen) Befüllen der Düse, da die aus dem Vorratsbehälter
in die Düse einströmende Fliessfront die Düse nur teilweise entlüften kann. Insbesondere
am äusseren Umfangsbereich der Düsenplatte, in welche die Austrittsöffnungen eingebracht
sind, bilden sich oftmals "tote" Nischen (Strömungstotbereiche) aus, in denen die
Flüssigkeit Luft einschliesst. Diese Lufteinschlüsse wirken bei der Aufbringung von
Druckpulsen ähnlich wie ein Stossdämpfer. Zum einen speichern die Einschlüsse aufgrund
der Kompression der Luft einen Teil der Energie, wodurch nicht die gesamte aufgebrachte
Energie zur Ausstossung der Flüssigkeit genutzt werden kann. Zum anderen gibt die
Luft am Ende des bzw. nach Beendigung des Pulses die gespeicherte Energie an die Flüssigkeit
wieder in Form von kinetischer Energie ab. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere
dies eine Ursache für das nachteilige Nachtropfen der Düse ist.
[0009] Bei erfindungsgemässen Dispensdüsen werden derartige Lufteinschlüsse auf eine konstruktiv
unaufwendige Weise verhindert, indem nämlich die Klebemittelfront selbst das in der
Düse befindliche Gas auf die Austrittsöffnungen zuleitet. Im Zusammenhang mit der
Erfindung ist unter "Klebemittelfront" die Oberfläche der Flüssigkeit zu verstehen,
die sich beim Befüllen der Düse ausbildet und in Richtung der Düsenplatte der Düse
bzw. der Austrittsöffnungen strömt. Vorteilhafterweise entlüftet die Klebemittelfront
aufgrund der Zwangsführung die erfindungsgemässe Düse im wesentlichen vollständig.
Selbstverständlich ist es jedoch nicht unbedingt erforderlich, dass der verbleibende
Gasgehalt in der Düse tatsächlich Null ist. Um gegenüber vorbekannten Düsen Vorteile
zu erzielen, ist es ausreichend, wenn die verbleibenden Lufteinschlüsse auf ein Mass
zurückgeführt werden, durch die praxisrelevante Nachteile vermeidbar sind.
[0010] In Abhängigkeit von der Anzahl der Austrittsöffnungen und/oder der Verteilung der
Austrittsöffnungen an der Düsenplatte kann die Zwangsführung unterschiedlich gestaltet
sein. Es hat sich jedoch als zweckmässig erwiesen, wenn die Zwangsführung eine in
dem Zuführkanal gegenüber der Düsenplatte angeordnete Schikane aufweist. Unter "Schikane"
ist ein Strömungsleitelement zu verstehen, mit dem die für den Durchfluss des Klebemittels
nutzbare Querschnittsfläche des Zuführkanals verringert wird. Mit der Schikane kann
das Klebemittel in der Zwangsführung zumindest abschnittsweise eine Strömungsrichtung
erhalten, die von jener Strömungsrichtung abweicht, die das Klebemittel in der Zwangsführung
ohne Schikane hätte.
[0011] Für viele Anwendungsfälle hat es sich als günstig erwiesen, wenn aufgrund der Zwangsführung
die Flüssigkeitsfront zunächst in den Bereichen auf die Düsenplatte trifft, die den
grössten Abstand zu einer Längsachse der Düsenplatte aufweisen. Anschliessend leitet
die Zwangsführung das Klebemittel auf eine zentrale Längsachse bzw. die Mitte der
Düsenplatte zu. Hierdurch ist es möglich, die beim Auftreffen des Klebemittels auf
der Düsenplatte insgesamt im Zuführkanal noch vorhandene Luft durch das Klebemittel
zu umschliessen und zu mindestens einer der Austrittsöffnungen zu leiten. Das Klebemittel
kann dadurch eine Strömungsrichtung erhalten, die eine Komponente orthogonal zur Längsachse
der Düsenplatte aufweist.
[0012] Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
[0013] Die Erfindung wird anhand den in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert; es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Teildarstellung eines Die Bonders;
- Fig. 2
- eine Schnittdarstellung eines Teils einer vorbekannten Dispensdüse;
- Fig. 3
- eine teilweise geschnitten dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung;
- Fig. 4
- eine Schnittdarstellung eines Teils der erfindungsgemässen Vorrichtung aus Fig. 3;
- Fig. 5
- eine Schnittdarstellung entlang der Linie V - V aus Fig. 4;
- Fig. 6, 7
- weitere erfindungsgemässe Vorrichtungen.
[0014] In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Die Bonder 1 gezeigt, an dem erfindungsgemässe
Dispensdüsen eingesetzt werden können. Bei der an dem Die Bonder gezeigten Dispensdüse
2" handelt es sich um eine an sich vorbekannte Düse mit einer einzigen Auslassöffnung.
In die Dispensdüse 2" wird aus einem Vorratsbehälter 3 ein Klebemittel eingeführt.
Ein dazu erforderlicher Druck wird durch einen zeitlich und in seiner Amplitude vorbestimmten
Druckluftstoss im Vorratsbehälter 3 auf das Klebemittel ausgeübt. Die hierfür benötigte
Luftmenge wird über eine Leitung 4 zugeführt.
[0015] Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine in Fig. 2
näher dargestellte Dispensdüse 2' erläutert, in die aus einem nicht dargestellten
Vorratsbehälter ein Klebemittel 5' eingeführt wird. Die Dispensdüse weist einen im
Querschnitt kreisrunden und sich zu einer Düsenplatte 6' hin erweiternden Zuführkanal
7' auf, der durch eine im wesentlichen konische Wandfläche 8' eines Einsatzes 9' der
Dispensdüse 2' gebildet wird. Der Zuführkanal 7' endet abgabeseitig an der Düsenplatte
6'. In der Düsenplatte 6' sind innerhalb einer Kreisfläche insgesamt siebzehn Austrittsöffnungen
10' eingebracht, von denen in der Darstellung von Fig. 2 sieben zu erkennen sind.
In den Austrittsöffnungen 10' ist jeweils ein Dispensröhrchen 11' angeordnet.
[0016] Wie in dieser Darstellung zu erkennen ist, ist die Front 12' des Klebemittels bereits
auf das Zentrum der Düsenplatte 6', d.h. auf die mit Austrittsöffnungen 10' versehene
Kreisfläche der Düsenplatte 6', aufgetroffen. Da jedoch der Teil der Front 12', welcher
sich zwischen den Austrittsöffnungen 10' und der Wandfläche 8' befindet, noch nicht
vollständig aufgetroffen ist, hat die Front 12' bereits zwischen den Austrittsöffnungen
10' und der Wandfläche 8' Luft 15' eingeschlossen. Auch beim Weiterströmen der Front
12' kann diese Luft 15' nicht mehr entweichen und bleibt im Bereich zwischen der von
der Düsenplatte 6' und der Wandfläche 8' gebildeten Kante 16' und den Austrittsöffnungen
10' eingeschlossen. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, werden diese Lufteinschlüsse
umso grösser sein, wie der Abstand der Austrittsöffnungen 10' zur Kante 16' zunimmt.
[0017] Bei dem in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Vorrichtung, ist in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 17 einer Dispensdüse
2 ein Einsatz 9 angeordnet, in dem ein Zuführkanal 7 ausgebildet ist. Oberhalb des
Zuführkanals 7 befindet sich ein mit einem Klebemittel 5 gefüllter Vorratsbehälter
3. In diesem ist ein Druckkolben 18 angeordnet, der durch eine nicht näher dargestellte
Steuerung sowie durch einen entsprechenden Mechanismus des Die Bonders 1 betätigt
wird. Damit ist es möglich, mit dem Kolben 18 innerhalb einer bestimmten Zeit einen
bestimmten Hub auszuführen, wodurch eine vorbestimmte Menge des Klebemittels 5 in
Richtung der Dispensdüse 2 gefördert werden kann.
[0018] Den Fig. 3 und 4 ist weiter -zu entnehmen, dass der Zuführkanal 7 der Dispensdüse
2 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist. In die - in bezug auf
die Fliessrichtung des Klebemittels 5 - am Ende des Zuführkanals 7 angeordnete, ebenfalls
kreisrunde Düsenplatte 6, sind mehrere Austrittsöffnungen 10 eingebracht, die in einem
in etwa symmetrischen Muster zueinander angeordnet sind (vgl. auch Fig. 5). In den
Austrittsöffnungen 10 befindet sich jeweils ein zylinderförmiges Dispensröhrchen 11.
Insbesondere Fig. 4 und Fig. 5 verdeutlichen, dass der Zuführkanal 7 unmittelbar vor
den Austrittsöffnungen 10 eine Querschnittsfläche aufweist, die weit grösser ist als
eine Querschnittsfläche von jeweils einer Austrittsöffnung.
[0019] Im Zuführkanal 7 ist entlang dessen Längs- und Symmetrieachse 20 eine Schikane 21
angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schikane 21 im wesentlichen
als im Zuführkanal 7 konzentrisch angeordneter Kegel ausgebildet, der sich zur Düsenplatte
6 hin verbreitert. Wie insbesondere in Fig. 5 zu erkennen ist, ist die Schikane mit
drei Streben 22 auf der Düsenplatte 6 befestigt.
[0020] Somit bildet sich zwischen der Schikane 21 und der Wandfläche 8 des Zuführkanals
7 einerseits sowie der Schikane 21 und der Düsenplatte 6 andererseits eine Zwangsführung
für das Klebemittel aus. Diese Zwangsführung der Dispensdüse 2 weist einen im wesentlichen
ringförmig in sich geschlossenen ersten Abschnitt 23 auf, der sich durch den Abstand
zwischen den Wandflächen 8 des Zuführkanals 7 und der Mantelfläche der Schikane 21
ergibt. Ein zweiter Abschnitt 24 der Zwangsführung resultiert aus dem Abstand der
Düsenplatte 6 zur Grundfläche 25 der Schikane 21. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine Breite B des ersten und des zweiten Abschnittes 23, 24 der Zwangsführung
im wesentlichen konstant und gleich gross.
[0021] Um die anfänglich leere Dispensdüse 2 mit Klebemittel aufzufüllen, wird dieses durch
eine Betätigung des Druckkolbens 18 in den Zuführkanal 7 eingeführt. Sobald das Klebemittel
auf die Schikane 21 auftrifft, gelangt das Klebemittel 5 in die Zwangsführung, wodurch
sich die geometrische Gestalt der Fliessfront 12 verändert. Das Klebemittel 5 strömt
nun in den ersten Abschnitt 23 der Zwangsführung - und dort vor allem in unmittelbarer
Nähe der kegelförmig geneigten Wandfläche-8 der Dispensdüse 2 - auf die Düsenplatte
6 zu. Am Ende des ersten Abschnittes 23 trifft das Klebemittel 5 zunächst vor allem
in unmittelbarer Nähe der Wandfläche 8 des Zuführkanals 7 im Bereich des äusseren
Umfangs auf die Düsenplatte 6, wodurch ein Lufteinschluss zwischen der Wandfläche
8 und dem Klebemittel 5 zumindest weitestgehend vermieden werden kann. Wie in Fig.
4 zu erkennen ist, ist der Übergang von der Wandfläche 8 zur Düsenplatte 6 aufgrund
eines Radiusses 14 im wesentlichen stetig. Dies trägt dazu bei, an dieser Stelle die
Ausbildung eines "Strömungs-Totbereiches" zu verhindern, da hierdurch das Klebemittel
in den zweiten Abschnitt 24 geleitet wird.
[0022] Nachdem genügend weiteres Klebemittel nachgeflossen ist, bildet sich im zweiten Abschnitt
24 der Zwangsführung eine ringförmig geschlossene Strömungsfront aus, die sowohl an
der Düsenplatte 6 als auch an der Grundfläche 25 der Schikane 21 anliegt. Diese Front
strömt an allen Stellen im wesentlichen gleichmässig von aussen nach innen auf die
Längsachse 20 der Düsenplatte 6 zu. Mit anderen Worten, die Strömungsrichtung der
Front 12 verläuft orthogonal bzw. radial in bezug auf die Längsachsen der Austrittsöffnungen
10. Hierbei schiebt die Front 12 die restliche noch in der Düse 2 befindliche Luft
15 auf die Austrittsöffnungen 10 zu.
[0023] Damit eine vollständige Entlüftung der Düse durch Austritt der Luft 15 aus den Austrittsöffnungen
stattfinden kann, sollte die Zwangsführung so gestaltet sein, dass sich die ringförmige
Front 12 direkt über, jedoch zumindest im Bereich einer der Austrittsöffnungen 10,
schliesst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel schliesst sich die Front über der Austrittsöffnung
10a, die entlang der Längsachse 20 der Düse 2 verläuft. In diesem Zusammenhang ist
unter "Schliessen" zu verstehen, dass sowohl eine Oberseite der Düsenplatte 6 als
auch die Grundfläche 25 im wesentlichen vollständig benetzt sind. Sobald sich das
Klebemittel in sämtlichen Dispensröhrchen 11 befindet, ist der Die Bonder einsatzbereit.
[0024] Selbstverständlich kann die Ausgestaltung der Schikane von der im zuvor dargestellten
Ausführungsbeispiel abweichen, beispielsweise aufgrund einer anderen Verteilung der
Austrittsöffnungen an der Düsenplatte oder zur Erzielung bestimmter Strömungsverhältnisse.
So ist in Fig. 6 eine weitere mögliche erfindungsgemässe Variante gezeigt. Ein wesentlicher
Unterschied zu dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass hier
die Schikane 21 in Form einer Scheibe ausgebildet ist. Da sich hier sämtliche Austrittsöffnungen
10 ausserhalb des Zentrums der Düsenplatte 6 befinden, weist die Zwangsführung in
der Schikane 21 entlang der Längsachse 20 ausserdem einen zusätzlichen zentralen dritten
Abschnitt 26 auf. Dieser ist in Form einer durchgehenden Ausnehmung ausgebildet, durch
die das Klebemittel ebenfalls zur Düsenplatte gelangt. Somit bilden sich beim Befüllen
dieser Dispensdüse zwei Strömungsfronten 12 aus, sobald das Klebemittel auf die Schikane
21 trifft.
[0025] Die eine Strömungsfront gelangt durch den hier ebenfalls vorhandenen ersten Abschnitt
23 zwischen der Wandfläche 8 des Zuführkanals und der Schikane 21 in den zweiten Abschnitt
24, in dem sie ringförmig geschlossen in Richtung auf das Zentrum der Düsenplatte
6 zuströmt. Die zweite Strömungsfront gelangt durch den dritten Abschnitt 26 auf die
Düsenplatte 6 und fliesst dann im zweiten Abschnitt 24 vom Zentrum der Düsenplatte
ausgehend radial nach aussen der anderen Strömungsfront entgegen.
[0026] Eine besonders einfache Konstruktion der Dispensdüse 2 ist in der Fig. 7 dargestellt.
Das Gehäuse 17 besteht aus einem oberen Gehäuseteil 17a und der Düsenplatte 6. Das
Gehäuseteil 17a schliesst die formbestimmende Funktion des Einsatzes 9 mit ein. Das
Gehäuseteil 17a weist vier Vertiefungen 30 auf, in die Nocken 31 der Schikane 21 eingreifen.
Damit ist die Lage der Schikane 21 bezüglich des Gehäuseteils 17a und damit auch die
Breite der Zwangsführung im Abschnitt 23 eindeutig definiert.
[0027] Um eine ausreichende Dichtung zwischen dem Gehäuseteil 17a und der Düsenplatte 6
zu erzielen, ist ein Dichtungsring 32 mit einer dem Radius 14 (Fig. 4) entsprechenden
konkaven Oberfläche 33 vorgesehen. Der Dichtungsring 32 ist beispielsweise aus Gummi.
Zur Befestigung der Düsenplatte 6 am Gehäuseteil 17a ist bevorzugt ein Verschlussstück
34 mit einem Bajonettverschluss vorgesehen, damit, nach dem Einlegen der Schikane
21, des Dichtungsringes 32 und der Düsenplatte 6 in das Gehäuseteil 17a, das Verschlussstück
34 mittels einer Drehung am Gehäuseteil 17a befestigt werden kann. Damit die Breite
der Zwangsführung auch im Abschnitt 24 eindeutig definiert ist, weist die Schikane
21 vier Zapfen 35 auf, gegen die die Düsenplatte 6 im montierten Zustand drückt.
1. Dispensdüse (2) zum Auftragen eines viskosen Klebemittels auf ein Substrat, mit einem
Zuführkanal (7), durch den das Klebemittel zu einer mit mindestens einer Austrittsöffnung
(10; 10a) versehenen Düsenplatte (6) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zuführkanal (7) so ausgestaltet ist, dass die sich beim Befüllen der Dispensdüse (2)
ausbildende Klebemittelfront (12) die in der Dispensdüse (2) vorhandene Luft der mindestens
einen Austrittsöffnung (10; 10a) zuführt.
2. Dispensdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuführkanal (7) eine
die Richtung der Klebemittelfront beeinflussende Schikane (21) vorhanden ist.
3. Dispensdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemittelfront
(12) beim Befüllen der Dispensdüse (2) zunächst im Bereich des Randes der Düsenplatte
(6) auf die Düsenplatte (6) auftrifft und danach in Richtung des Zentrums der Düsenplatte
(6) strömt.
4. Dispensdüse nach Anspruch 1 oder 2, mit mindestens zwei Austrittsöffnungen (10), dadurch
gekennzeichnet, dass die Klebemittelfront (12) beim Befüllen der Dispensdüse (2) zunächst
sowohl im Bereich des Randes der Düsenplatte (6) als auch im Zentrum der Düsenplatte
(6) auf die Düsenplatte (6) auftrifft und danach in Richtung der Austrittsöffnungen
(10) strömt.
5. Dispensdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal
(7) im Bereich des Randes der Düsenplatte (6) konkav ausgebildet ist.