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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Führung eines linear bewegbaren Werkzeuges, wo- bei das Werkzeug gegebenenfalls in einem Werkzeugaufnehmer angeordnet ist und das Werkzeug bzw. der Werkzeugaufnehmer in einer Halterung gelagert ist, wobei die Lagerung des Werkzeuges bzw. des Werkzeugaufnehmers in der Halterung als Festkörperlagerung ausgeführt ist und die
Festkörperlagerung aus mindestens einer Feder besteht.
Derartige Werkzeuge, beispielsweise Saugnadeln, werden zum Befestigen von elektronischen
Schaltungen, beispielsweise von Chips, auf einer Leiterplatte, Keramiksubstrat od. dgl. eingesetzt.
Zur Befestigung an sich werden verschiedene Kleber verwendet, unter anderem auch Kleber geringer Viskosität.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der US 5 547 537 A bekannt. Bei diesem be- kannten Verfahren wird der Kleber auf die Leiterplatte oder das Keramiksubstrat aufgebracht und dann dem Chip entsprechend positioniert.
Es wird also das Chip mit einem in einem Werkzeug- oder Toolaufnehmer gelagerten Saugtool zu der Klebestelle auf der Leiterplatte angeliefert und dort gegen die mit Kleber benetzte Leiterplat- te gedrückt. Der Werkzeug- oder Toolhalter gewährt der Saugnadel bzw. dem Saugtool dabei mindestens drei Bewegungsfreiheiten, nämlich in x, y und z-Richtung. Je mehr Bewegungsfreihei- ten das Saugtool aufweist, desto qualitativ hoch stehender erfolgt die Positionierung des Chips.
Ein wichtiger Punkt beim Positionieren elektronischer Schaltungen, beispielsweise Chips, auf einer Leiterplatte, Keramiksubstrat od. dgl. ist, dass der mit Kleber ausgefüllte Spalt zwischen Chip und Substrat eine genau definierte und konstante Fügespaltdicke aufweist. Diese konstante Fü- gespaltdicke wird dadurch erreicht, dass der Chip mit einer konstanten Bondkraft über einen kon- stanten Zeitraum auf die Leiterplatte gedrückt wird.
Es ist bekannt, dass konstante Bondkräfte dadurch erzielt werden, dass das in eine Linearfüh- rung eingespannte Saugtool, das den Chip gegen die Leiterplatte drückt, mit einer Spiralfeder relativ zum Toolaufnehmer vorgespannt wird. Nachteilig bei dieser Einrichtung ist, dass die Lager- reibung der Linearführung einen unkontrollierten Einfluss auf die Gleichmässigkeit der Bondkraft hat. Dieser Einfluss wirkt sich umso stärker aus, je geringer die benötigten Bondkräfte sind.
Aus der US 3 727 900 A ist eine Aufhängung einer Welle mittels einer Feder bekannt, wobei durch die Änderung der effektiven Länge der Feder bei der Bewegung der Welle das Federverhal- ten verändert wird. Ebenso sind Ausgestaltungen des Federaufbaus aufgezeigt, wie ein möglich erwünschtes, nichtlineares Verhalten erzielt wird.
Ferner ist aus der US 4 948 026 A eine Einrichtung zur Bestückung bzw. Löten von Leiterplat- ten bekannt, bei der eine Saugnadel Verwendung findet, die drei Freiheitsgrade aufweist. Femer wird eine vor geformte Biegefeder verwendet, die vor allem in der x/y-Ebene instabil ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die obigen Nachteile vermeidet, also die Lagerreibung minimiert und die auch einen konstruktiven einfachen Aufbau aufweist.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die einstückig, scheiben- förmig ausgebildete Blattfeder mindestens zwei Schenkel und mindestens zwei Biegeachsen aufweist, wobei die zur Einspannung vorgesehenen Schenkel über einen die U-förmigen Teile der Blattfeder umschliessenden Ring miteinander verbunden sind, der zur Befestigung in der Halterung dient, und an mindestens einer Schenkelverbindung der Schenkel das Werkzeug bzw. der Werk- zeugaufnehmer befestigt ist.
Mit dieser Erfindung ist es erstmals möglich, den Einfluss der Lagerreibung auf die Bondkraft praktisch zu eliminieren. Damit wird die Verwendung von Klebern mit geringer Viskosität zum Befestigen von Chips auf einer Leiterplatte wirtschaftlich. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass sehr geringe, gleichmässige und konstante Bondkräfte gewährleistet werden. Damit werden aber auch vorteilhafterweise die Anforderungen an die gestellten Qualitätsnormen erfüllt.
Durch die erfindungsgemässe Verwendung von Blattfedern ist auch gewährleistet, dass ge- wichtsmässig eine leichte Bauweise dieses Maschinenelementes gegeben ist. Wie ja an sich be- kannt, soll das Werkzeug mit der Werkzeughalterung eine so geringe Masse wie möglich aufwei- sen, da beim Aufsetzen des Chip die kinetische Energie der bewegten Massen, also der Werk- zeugaufnehmer, das Werkzeug selbst und der Chip, abgebaut werden muss. Aufsetzkraftspitzen werden somit vermieden. Durch den Ring kann vorteilhafterweise eine definierte Einspannung der
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Blattfeder erfolgen.
Durch die einstückig, scheibenförmige Ausbildung der Blattfeder wird sichergestellt, dass der
Versatz in der Aufsetz- bzw. x/y-Ebene fast null ist. Dieser Versatz entsteht bei der durch das
Andrücken des Chips auf die Leiterplatte bedingten Eintauchbewegung der Saugnadel. Ein gerin- ger Versatz erhöht vorteilhafterweise die Qualität der Fertigung. Ferner sind durch die einstückige
Ausbildung der Blattfeder nicht nur fertigungstechnische Rationalisierungen bei der Herstellung der
Blattfeder gegeben, sondern es ist auch sichergestellt, dass die Qualität der Feder homogen und deren Funktionsweise gewährleistet ist.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung weist die Blattfeder eine Meanderform mit vier
Schenkeln und drei Biegeachsen auf, wobei die äusseren Schenkel mit dem Ring verbunden sind.
Damit wird gewährleistet, dass die Bewegungsachse des Werkzeuges praktisch exakt mit der z-
Richtung in Deckung gebracht werden kann. Um dies zu erreichen müssen nur die Längen der
Schenkel entsprechend gewählt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Blattfeder in ihrer Draufsicht aus zwei nebeneinander angeordneten, in die gleiche Richtung weisenden, U-förmigen Teilen, wobei die äusseren Schenkel mit dem Ring verbunden sind und die inneren Schenkel über die Schenkel- verbindung miteinander verbunden sind. Diese aller Voraussicht nach in der Praxis verwendete
Form der Blattfeder vereinigt alle Vorteile in sich. Diese derart geformte Blattfeder hat ein geringes Gewicht und weist auch eine hohe Linearität der Rückstellkraft-Charakteristik auf.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist an der Schenkelverbindung ein parallel zu den Schenkeln gerichteter Steg vorgesehen, der zur Befestigung des Werkzeuges bzw. des Werk- zeugaufnehmers dient. Über die Anordnung und Länge dieses Steges kann die Bewegungsachse des Werkzeuges justiert werden.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Schenkel der U-förmigen Teile etwa gleich lang. Dadurch ist der Vorteil gegeben, dass ein kaum erfassbarer x/y-Versatz zu errei- chen ist.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die äusseren Schenkel zu den inne- ren Schenkel der U-förmigen Teile unterschiedliche Länge auf. Bei nicht gleich langen Schenkeln kann der x/y-Versatz durch entsprechend unterschiedliche Breite bzw. Dicke der Teile weitgehenst kompensiert und praktisch gleich null gehalten werden. Durch die Breite bzw. Dicke wird die Stei- figkeit beeinflusst, womit sich die Schenkel unterschiedlich durchbiegen und dadurch der Versatz abgestimmt wird.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist der Steg etwa gleich lang wie die Schenkel der U- förmigen Teile. Auch über die Länge dieses Steges kann in Zusammenwirken mit der Länge der Schenkel der x/y-Versatz auf ein Minimum reduziert werden.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist das Werkzeug eine Saugnadel und der Werkzeugaufnehmer eine Saugnadelhalterung. Wie bereits erwähnt, hat sich diese Lagerung beim Chip-Bonden bestens bewährt. Mit dieser Erfindung kann die Fügespaltdicke, auch BLT bzw. bond line thickness genannt, genau konstant gehalten bzw. genau definiert werden.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Saugnadel zum Auftragen eines, insbe- sondere eine geringe Viskosität aufweisenden, Klebers auf einen Chip oder eine Leiterplatte, Keramiksubstrat od. dgl. vorgesehen. Derartige Kleber heben die Qualität der Befestigung eines Chips auf einer Leiterplatte an. Den Qualitätsanforderungen kann so leichter nachgekommen werden.
Nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die Halterung in einem Handhabungs- system angeordnet, die der Saugnadel mindestens drei Bewegungsfreiheiten, nämlich in x, y und z-Richtung, gegebenenfalls vier Bewegungsfreiheiten mit Drehen, gewährt. Mit der erfindungsge- mässen Werkzeuglagerung können natürlich auch die heute modernsten Systeme der Chipfertigung ausgestattet werden. Die gestellten Qualitätsanfoderungen sowohl an das Produkt, als auch an die Fertigungsstrasse können damit wirtschaftlich erfüllt werden.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
Fig. 1 a und 1 b zeigen schematisch ein Festkörperlager für ein Werkzeug und Fig. 2 eine Blatt- feder mit dem Werkzeug.
Einführend sei festgehalten, dass in den Ausführungsbeispielen gleiche Teile mit gleichen
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Bezugszeichen bzw. mit gleichen Bauteilbezeichnungen versehen sind, wobei in der gesamten
Beschreibung enthaltene Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschrei- bung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich, usw. auf die unmittelbar beschriebe- nen sowie dargestellten Figuren bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale und Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
Gemäss der Fig. 1a und 1bist eine Einrichtung zur Führung eines linear bewegbaren Werkzeu- ges 4, wie es zum Befestigen von elektronischen Schaltungen, also insbesondere Chips 1, auf einer Leiterplatte 2 oder einem Substrat, vorzugsweise Keramiksubstrat, mit einem Kleber 3, verwendet wird, aufgezeigt.
Entsprechend der Fig. 1a wird der Chip 1 mit einem Werkzeug 4, beispielsweise einer Saug- nadel oder einem Saugtool, über der mit Kleber 3 benetzten, genau definierten Stelle der Leiter- platte 2 positioniert. Das Werkzeug 4 bzw. die Saugnadel ist in einem Werkzeugaufnehmer 8 angeordnet und dieser ist mittels eines Festkörperlagers 5 in einer Halterung 6 derart gelagert, dass das Werkzeug 4 nur vertikale Bewegungen relativ zur Halterung 6 ausführen kann. Die Halterung 6 gewährt dem Werkzeug 4, insbesondere der Saugnadel, dabei mindestens drei Bewegungsfreihei- ten, nämlich in x, y und z-Richtung. Die Halterung 6 kann dem Werkzeug 4 auch vier Bewegungs- freiheiten gewähren, wenn eine Drehbewegung eingeschlossen ist.
Vorzugsweise kommen als Festkörperlagerung 5 mindestens eine, in der Praxis jedoch vor- aussichtlich zwei oder mehrere Blattfedern 7 zum Einsatz. Die Blattfedern 7 sind derart geformt, dass einerseits eine definierte Rückstellkraft bei Bewegungen der Saugnadel relativ zur Halterung 6 gewährleistet ist, andererseits der x/y-Versatz bei der gleichen Bewegung minimiert wird.
In der einfachsten Form kann die Blattfeder 7 eine V- oder U-Form aufweisen, wobei ein gera- der Teil eingespannt wird und der zweite Teil zur Befestigung des Werkzeuges 4 dient.
Gemäss einer speziellen Ausgestaltung sind die Blattfedern 7 justierbar angeordnet, so dass die Bewegungsachse des Festkörperlagers 5 exakt mit der z-Richtung in Deckung gebracht werden kann.
Entsprechend der Fig. 1bwird der zur Verklebung vorgesehene Chip 1, vorzugsweise durch Absenken der Halterung 6, mit dem Werkzeug 4, also mit der Saugnadel zur Verklebung mit der Leiterplatte 2 gebracht. Die definierte Zeit, die die Halterung 6 abgesenkt bleibt, bestimmt zusam- men mit der mittels Blattfedern 7 aufgebrachten Bondkraft die erreichbare Fügespaltdicke.
Gemäss der Fig. 2 weist die Blattfeder 7 in ihrer Draufsicht eine Meanderform auf. Die Blattfeder 7 besteht aus zwei nebeneinander angeordneten U-förmigen Teilen 9, die beide in die gleiche Richtung weisen. Die äusseren Schenkel 10 dieser U-förmigen Teile 9 sind mit einem die meander- förmigen Teile 9 umschliessenden Ring 11 miteinander verbunden. Dieser Ring 11 dient zur Befes- tigung in der Halterung 6. Die inneren Schenkel 12 der U-förmigen Teile 9 sind über eine Schen- kelverbindung 13 miteinander verbunden. An der Schenkelverbindung 13 ist ein parallel zu den Schenkeln 12,13 verlaufender Steg 14 vorgesehen, der zur Befestigung des Werkzeuges 4, insbesondere der Saugnadel, dient.
Über die Auslegung der Längen, sowohl der äusseren Schenkel 10 zu den inneren Schenkel 12, als auch der Länge des Steges 14 zu den Schenkeln 11,12 kann der x/y-Versatz beeinflusst werden.
Bevorzugt wird eine derartige Blattfeder 7 einstückig hergestellt.
Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen einzelne Teile unproportional vergrössert bzw. schematisch dargestellt sind, um das Verständnis der erfindungsgemässen Lösung zu verbessern. Des weiteren können auch einzelne Teile der zuvor beschriebenen Merkmalskombinationen der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit ande- ren Einzelmerkmalen eigenständige, erfinungsgemässe Lösungen bilden.
Vor allem können die einzelnen, in den Fig. 1a, 1b und 2 gezeigten Ausführungen den Gegens- tand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungs- gemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.