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Dokumentenidentifikation DE102004022430A1 01.12.2005
Titel Verfahren zum maschinellen Vereinzeln von Schaltungsträgern aus einem Leiterplattennutzen
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Münch, Thomas, Dr., 93164 Laaber, DE
DE-Anmeldedatum 06.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004022430
Offenlegungstag 01.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse H05K 3/00
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zum maschinellen Vereinzeln von Schaltungsträgern (2) aus einem Leiterplattennutzen (1) beschrieben, bei dem ein flächiges Trägermaterial mit einer Mehrzahl an Schaltungsträgern (2) bereitgestellt wird, das mit einer Mehrzahl an ersten zueinander beabstandeten Trennlinien (3) und einer Mehrzahl an zweiten zueinander beabstandeten Trennlinien (4) versehen ist, die die ersten Trennlinien (3) kreuzen. Es erfolgt ein maschinelles Trennen des Nutzens (1) längs der ersten Trennlinien (3) in eine Mehrzahl an Leadframes (11), von denen jeder eine Mehrzahl an in einer Reihe angeordneten Schaltungsträgern (2) aufweist. Anschließend werden zumindest zwei Leadframes (11) einem Trennwerkzeug gleichzeitig zugeführt und ausgerichtet. Das Durchtrennen der dem Trennwerkzeug zugeführten Leadframes (11) längs jeweiliger zweiter Trennlinien (4) erfolgt gleichzeitig, wodurch eine flexible und hohe Werkzeugauslastung erzielbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Vereinzeln von Schaltungsträgern aus einem Leiterplattennutzen.

Bei der Herstellung sind Schaltungsträger in der Regel in einem Leiterplattennutzen angeordnet, um eine kostengünstige und effiziente Herstellung zu ermöglichen. Das Trägermaterial des Leiterplattennutzens und damit der Schaltungsträger ist vielfach ein nicht organisches Material, z.B. eine Keramik. Das Vereinzeln der im Nutzen vorliegenden Schaltungsträger erfolgt häufig durch einen manuellen Brechvorgang längs erster bzw. zweiter Trennlinien, die sich kreuzen und die Größe sowie Randgestaltung jedes der Schaltungsträger definieren. Die Trennlinien sind dabei in der Form von Ritzmustern auf der oder den Außenlagen des Trägermaterials ausgebildet.

Beim Vereinzeln der im Nutzen vorliegenden Schaltungsträger kann es zu unkontrollierten Rissbildungen, vor allem im Bereich der Kreuzungspunkte der Ritzungen, kommen. Rissbildungen können zu unerwünschten Problemen führen, insbesondere wenn es sich bei den Schaltungsträger um ein sogenanntes Mehrlagenprodukt handelt, bei dem eine Mehrzahl an Metallisierungsschichten im Inneren des Trägermaterials ausgebildet ist. Der Rissverlauf kann bei solchen Schaltungsträgern in den Bereichen von metallisierten Innenlagen visuell nicht inspiziert werden, so dass eine optische Kontrolle nicht möglich ist.

Das Vereinzeln muss deshalb mit einem Verfahren erfolgen, das solche Beschädigungen der Schaltungsträger vermeidet.

Das Vereinzeln der Schaltungsträger aus einem Leiterplattennutzen erfolgt überwiegend von Hand. Das Trennen von Hand schließt jedoch nicht aus, dass die Oberflächenqualität der Schaltungen trotz aller Vorsicht beeinträchtigt werden kann und einen Qualitätsverlust bedeutet, der eventuell den Ausschuss eines Schaltungsträgers erfordert.

In zunehmendem Maße sollen deshalb voll automatisierte Trennwerkzeuge eingesetzt werden, um eine gleichbleibende Qualität zu erzielen. Es existieren sogenannte vollautomatische Nutzentrenner, die auf dem Prinzip des mechanischen Bruchs basieren. Bei diesen wird der Leiterplattennutzen mit den Schaltungsträgern, der mit einer Mehrzahl an ersten zueinander beabstandeten Trennlinien und einer Mehrzahl an zweiten zueinander beabstandeten Trennlinien versehen ist, welche die ersten Trennlinien kreuzen, mit einer der ersten Trennlinien so in dem Trennwerkzeug positioniert, dass dieses mittels Druck ein sogenanntes Leadframe, der eine Mehrzahl an in einer Reihe angeordneten Schaltungsträgern aufweist, vom Leiterplattennutzen ablöst. Durch mehrfaches Wiederholen dieses Vorgehens wird der Leiterplattennutzen in eine Vielzahl an Leadframes zertrennt. Jedes der so vereinzelten Leadframes wird nachfolgend wiederum dem Trennwerkzeug zugeführt und in einzelne Schaltungsträger zertrennt. Bei großen Leiterplattennutzen, die zunächst in eine Vielzahl an jeweiligen Leadframes zertrennt werden, ist die beschriebene Vorgehensweise jedoch zeitintensiv und unwirtschaftlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Vielzahl an in einem Leiterplattennutzen vorliegende Schaltungsträger auf einfachere Weise zuverlässig getrennt werden können.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum maschinellen Vereinzeln von Schaltungsträgern aus einem Leiterplattennutzen umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen eines flächigen Trägermaterials mit einer Mehrzahl an Schaltungsträgern, das mit einer Mehrzahl an ersten zueinander beabstandeten Trennlinien und einer Mehrzahl an zweiten zueinander beabstandeten Trennlinien versehen ist, die die ersten Trennlinien kreuzen; maschinelles Trennen des Nutzens längs der ersten Trennlinien in eine Mehrzahl an Leadframes, von denen jeder eine Mehrzahl an in einer Reihe angeordneten Schaltungsträgern aufweist; Ausrichten und gleichzeitiges Zuführen zumindest zweier Leadframes in ein Trennwerkzeug; und gleichzeitiges Durchtrennen der dem Trennwerkzeug zugeführten Leadframes längs jeweiliger zweiter Trennlinien.

Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Leadframes dem Trennwerkzeug nacheinander zugeführt werden, sieht die Erfindung vor, zumindest zwei oder gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung alle aus einem Nutzen erzeugten Leadframes gleichzeitig zur weiteren Vereinzelung der Schaltungsträger aus jedem der Leadframes der Trennvorrichtung zuzuführen. Mit einem einzigen weiteren Arbeitsvorgang werden damit gleichzeitig eine der Anzahl dem Trennwerkzeug zugeführten Leadframes entsprechende Anzahl an Schaltungsträger gebrochen bzw. vereinzelt. Auf diese Weise erhöht sich der Maschinendurchsatz des Trennwerkzeuges um ein Vielfaches bei gleicher Taktzahl des Trennwerkzeuges, wenn die Leadframezuführung mehrzeilig erfolgt. Die Erfindung ermöglicht damit die flexible Anpassung des Durchsatzes des Trennwerkzeuges, wodurch sich Investitionskosten für dieses senken lassen.

Das maschinelle Trennen des Nutzens längs der ersten Trennlinie in eine Mehrzahl an Leadframes kann sequentiell, d.h. aufeinander folgend, erfolgen. Sofern das Trennwerkzeug entsprechend ausgestaltet ist, kann das Zertrennen in die Mehrzahl an Leadframes auch gleichzeitig erfolgen.

Üblicherweise weist jeder Leadframe die gleiche Anzahl an Schaltungsträgern auf, da die Schaltungsträger in einem regelmäßigen Raster in dem Leiterplattennutzen vorgesehen sind. Die Erfindung lässt sich jedoch auch bei solchen Leadframes anwenden, die eine unterschiedliche Anzahl an Schaltungsträgern aufweisen, die jeweils in einer Reihe angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise erfolgt beim Zuführen der Mehrzahl an Leadframes in das Trennwerkzeug eine Ausrichtung der Leadframes derart, dass die zweiten Trennlinien der Leadframes in einer Linie angeordnet sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Vereinzeln der Schaltungsträger ausschließlich im Bereich der dafür vorgesehenen Trennlinien erfolgt und keine aktive Geometrien oder Bauelemente beinhaltenden Bereiche des Schaltungsträgers beschädigt werden.

Die Ausrichtung der Mehrzahl an Leadframes kann vorteilhafterweise durch ein Vorschubwerkzeug erfolgen. Beispielsweise wird hierfür die in vollautomatischen Nutzentrennern vorgesehene Rakel verwendet, die gegebenenfalls in ihrer Form zur mehrzeiligen Zuführung von Leadframes angepasst werden muss.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden jeweils zwei benachbarte Leadframes parallel und mit einem Abstand zueinander ausgerichtet, um dann dem Trennwerkzeug zugeführt zu werden. Der Abstand dient dazu, benachbarte Leadframes nicht aneinander „reiben" zu lassen, um keine Beschädigung im Randbereich hervorzurufen. Beschädigungen können bereits durch leichtes gegeneinander Stoßen hervorgerufen werden. Dies könnte beispielsweise im Moment des Zertrennens der Schaltungsträger aus dem Leadframe passieren. Beschädigungen können sich dabei durch die bei einem Bruch prinzipbedingt nicht vollständig glatten Kanten der Leadframes ergeben. In der Regel unsichtbare Verletzungen werden beispielsweise dann begünstigt, wenn zwei Leadframes zueinander benachbart werden, die aus unterschiedlichen Nutzen stammen oder nicht zueinander benachbarten Zeilen des Leiterplattennutzens entstammen.

Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen zwei Leadframes wenigstens die Hälfte der Dicke des Trägermaterials. Ein Abstand in der Größenordnung zwischen 0,2 und 0,3 mm hat sich als ausreichend erwiesen. Der Abstand kann beispielsweise durch in einer Grundplatte des Trennwerkzeuges eingelassene und versenkbare kegelförmige Spitzen gewährleistet werden, die darüber hinaus zur Ausrichtung jedes einzelnen Leadframes in dem Trennwerkzeug dienen.

Zweckmäßigerweise werden die Leadframes vor dem gleichzeitigen Trennvorgang unter Verwendung einer Fixiervorrichtung fixiert. Bevorzugt erfolgt das Fixieren durch Erzeugen eines Vakuums unterhalb zumindest eines aus einem Leadframe zu trennenden Schaltungsträgers. Denkbar sind natürlich auch andere mechanische Fixiereinrichtungen, die z.B. während des Trennvorganges einen Druck auf die Leadframes ausüben, um diese auf die Grundplatte zu pressen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Vielzahl an Schaltungsträgern in einem Leiterplattennutzen,

2 den Verfahrensschritt des Vereinzelns eines Leadframes längs einer ersten Trennlinie,

3 eine Mehrzahl an voneinander beabstandeten Leadframes in einer Anordnung, wie sie einem Trennwerkzeug zur weiteren Vereinzelung der Schaltungsträger zugeführt werden können,

4 den Verfahrensschritt eines gleichzeitigen Abtrennens von Trägermaterial an mehreren Leadframes, und

5 den Verfahrensschritt des gleichzeitigen Vereinzelns jeweils eines Schaltungsträgers aus jedem dem Trennwerkzeug zugeführten Leadframe.

In den nachfolgenden Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die dargestellte Anzahl an Schaltungsträgern in einem Leiterplattennutzen sowie die dargestellte Anzahl an Leadframes, die einem gleichzeitigen Vereinzelungsschritt unterzogen werden, sind lediglich beispielhaft und können dem Gedanken der Erfindung gemäß beliebig variiert werden. Ebenso sind die dargestellten Größen des Leiterplattennutzens bzw. der darin ausgebildeten Schaltungsträger als beispielhaft zu betrachten.

1 zeigt einen Leiterplattennutzen 1 mit insgesamt 7 × 6 = 42 ausgebildeten Schaltungsträgern 2. Die Schaltungsträger sind regelmäßig in dem Leiterplattennutzen 1 in Zeilen 1 bis 6 sowie Spalten A bis G ausgebildet. Die Abmaße bzw. die Größe der Schaltungsträger 2 ist durch in der Figur waagrecht verlaufende erste Trennlinien 3 und senkrecht verlaufende zweite Trennlinien 4 ausgebildet. Die Trennlinien 3, 4 können z.B. durch Einbringen kleiner Ausnehmungen mittels eines Lasers erzeugt sein. Alternativ ist es auch üblich, die Trennlinien durch ein mechanisches Bearbeitungswerkzeug auszubilden.

Jeder der Schaltungsträger 2 weist einen mit dem Bezugszeichen 5 versehenen aktiven Bereich und einen diesen umgebenden passiven Bereich 6 auf. Mit dieser Unterscheidung soll zum Ausdruck gebracht werden, dass lediglich in dem aktiven Bereich 5 funktionale Geometrien vorgesehen sind und in diesem Bereich keine Verletzung des Trägermaterials des Schaltungsträgers erlaubt ist. Hingegen sind in dem passiven Bereich 6 Mikrorisse erlaubt, da in diesen Bereichen keinerlei Bauelemente auf- oder eingebracht oder elektrischen Leitungen geführt sind.

Die in den Spalten E bis G angeordneten Schaltungsträger 2 sind von sogenannten Durchgangsöffnungen 7 im Bereich der Kreuzungspunkte der Trennlinien 3 und 4 umgeben. Die Durchgangsöffnungen 7 sind optional und dienen dazu, den Rissverlauf bei einem mechanisch ausgelösten Bruch, der mit einer Energiewelle inter- oder intrakristallin fortschreitet, zu stoppen. Die Durchgangsöffnungen 7 lassen die Energiewelle beim Vereinzeln durch ein Brechen längs der Trennlinie gezielt enden, so dass unerwünschte Rissverläufe in lateraler Richtung unterbunden werden können. Damit kann sichergestellt werden, dass das Vereinzeln der Schaltungsträger aus dem Leiterplattennutzen 1, unabhängig von der endgültigen Form der Schaltungsträger, ausschließlich durch einen einfachen, kostengünstigen und zuverlässigen Brechvorgang bewerkstelligt werden kann. Die Durchgangsöffnungen 7 kommen bevorzugt dann zum Einsatz, wenn die ersten und zweiten Trennlinien 3, 4 in einem nicht-orthogonalen Winkel aufeinander treffen. Da dies beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht der Fall ist, könnte auf die Durchgangsöffnungen 7 auch verzichtet werden.

In den 2 bis 5 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum maschinellen Vereinzeln der Schaltungsträger 2 aus dem Leiterplattennutzen 1 der 1 dargestellt. Der in 1 dargestellte Leiterplattennutzen 1 wird einem Trennwerkzeug (nicht dargestellt) zugeführt, das auf dem Prinzip des mechanischen Bruches basiert. Der Leiterplattennutzen 1 wird dabei zunächst längs seiner ersten Trennlinien 3 vereinzelt. Mit dem Bezugszeichen 9 ist dabei die Hublinie des Trennwerkzeuges bezeichnet, wobei diese im Moment des Zertrennens mit der jeweiligen ersten Trennlinie 3 übereinstimmt. Das Trennwerkzeug ist in der Lage, in einem Verarbeitungsgang ein Brechen längs jeweils einer Trennlinie vorzunehmen. Um den Leiterplattennutzen 1 in Leadframes 11 zu zerteilen, sind somit im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt sieben Trennvorgänge notwendig. Der Leiterplattennutzen 1 wird in der mit dem Bezugszeichen 13 gekennzeichneten Vorschubrichtung dem Trennwerkzeug, z.B. einem Schlagmesser, zugeführt. Der Vorschub kann z.B. mittels einer Rakel erfolgen.

Der Leiterplattennutzen wird also zunächst, wie dies auch beim Stand der Technik üblich ist, in eine der Anzahl der Zeilen des Leiterplattennutzens entsprechende Anzahl an Leadframes zerteilt. Dies geht besser aus der 3 hervor, wobei lediglich beispielhaft noch vier Leadframes dargestellt sind. Zur weiteren Bearbeitung werden die Leadframes 11 jeweils mit einem Abstand 12 zueinander angeordnet. Der Abstand 12 kann durch in dem Trennwerkzeug vorgesehene Vorrichtungen erzeugt werden. Möglich wäre dies durch kegelförmige Stifte 16 (5), die in einer Grundplatte des Trennwerkzeuges beweglich gelagert sind. Der Durchmesser der kegelförmigen Stifte 16 bestimmt dann den Abstand 12.

In der in 3 gezeigten Weise werden die Leadframes 11 dem gleichen oder einem weiteren Trennwerkzeug zugeführt, mit welchem die Vereinzelung des Leiterplattennutzens 1 in Leadframes 11 erfolgte. Durch eine Ausrichtung, gemäß der die zweiten Trennlinien 4 jedes der Leadframes 11 in einer Linie angeordnet sind, kann mit einem einzigen Verarbeitungsschritt das Vereinzeln jeweils eines Schaltungsträger aus jedem der Leadframes 11 erfolgen. Zunächst wird dabei der nicht benötigte Abschnitt des Handlingrahmens 8 abgetrennt (4). Durch einen Vorschub längs der gegenüber der Vorschubrichtung 13 um 90° gedrehten Vorschubrichtung 14 sämtlicher Leadframes 11 in dem Bearbeitungswerkzeug kann dann das Vereinzeln der Substrate 2 erfolgen. Die Hublinie 10 entspricht dabei dem Verlauf der zweiten Trennlinie 4 im Moment des Trennvorganges. Mit einem einzigen Arbeitsvorgang wird gleichzeitig aus jedem der Leadframes jeweils ein Schaltungsträger vereinzelt.

Um zu verhindern, dass die Leadframes im Moment des Kontaktes des Trennwerkzeuges mit dem Trägermaterial in unerwünschter Weise verrutschen, werden die Leadframes fixiert. Dies geschieht durch Erzeugen eines Vakuums unterhalb zumindest eines Schaltungsträgers eines jeden Leadframes 11. Die zur Erzeugung des Vakuums in der Grundplatte des Trennwerkzeuges vorgesehene Öffnung 15 ist dabei nach Möglichkeit möglichst nah zu der Hublinie 10 angeordnet. Sofern notwendig oder sinnvoll könnte auch unter mehreren Schaltungsträgern eines jeweiligen Leadframes ein Vakuum erzeugt werden. Auf diese Weise werden die Leadframes in dem Trennwerkzeug solange vorgeschoben, bis sämtliche Schaltungsträger 2 vereinzelt sind.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem jeder Leadframe insgesamt sieben Schaltungsträger aufweist, müssen insgesamt acht Trennvorgänge (einschließlich dem Abtrennen der Abschnitte des Handlingrahmens) durchgeführt werden. Gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich hierdurch ein erhöhter Maschinendurchsatz bei gleicher Hubzahl des Trennwerkzeuges.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum maschinellen Vereinzeln von Schaltungsträgern (2) aus einem Leiterplattennutzen (1), mit den Schritten:

    – Bereitstellen eines flächigen Trägermaterials mit einer Mehrzahl an Schaltungsträgern (2), das mit einer Mehrzahl an ersten zueinander beabstandeten Trennlinien (3) und einer Mehrzahl an zweiten zueinander beabstandeten Trennlinien (4) versehen ist, die die ersten Trennlinien (3) kreuzen;

    – maschinelles Trennen des Nutzens (1) längs der ersten Trennlinien (3) in eine Mehrzahl an Leadframes (11), von denen jeder eine Mehrzahl an in einer Reihe angeordneten Schaltungsträgern (2) aufweist;

    – Ausrichten und gleichzeitiges Zuführen zumindest zweier Leadframes (11) in ein Trennwerkzeug; und

    – gleichzeitiges Durchtrennen der dem Trennwerkzeug zugeführten Leadframes (11) längs jeweiliger zweiter Trennlinien (4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zuführen der Mehrzahl an Leadframes (11) in das Trennwerkzeug eine Ausrichtung derart erfolgt, dass die zweiten Trennlinien (4) der Leadframes in einer Linie angeordnet sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Mehrzahl an Leadframes (11) durch ein Vorschubwerkzeug erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei benachbarte Leadframes (11) parallel und mit einem Abstand (12) zueinander ausgerichtet werden, um dann dem Trennwerkzeug zugeführt zu werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (12) zwischen zwei Leadframes (11) wenigstens die Hälfte der Dicke des Trägermaterials beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leadframes (11) vor dem gleichzeitigen Trennvorgang unter Verwendung einer Fixiervorrichtung fixiert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixieren durch Erzeugen eines Vakuums unterhalb zumindest eines aus einem Leadframe (11) zu trennenden Schaltungsträger (2) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle aus einem Nutzen (1) erzeugten Leadframes (11) gleichzeitig zur weiteren Vereinzelung eines Schaltungsträgers aus jedem der Leadframes (11) der Trennvorrichtung zugeführt werden.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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