-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung
einer Leiterplatte mit einer auf einem Substrat angeordneten leitfähigen Schicht,
bei dem ein Bearbeitungskopf in verschiedenen Raumachsen verfahren
wird und eine nutenförmige
Ausnehmung zur vollständigen
elektrischen Isolierung von Leiterbahnen in die leitfähige Schicht mittels
eines konischen Fräswerkzeugs
eingebracht wird, bei dem Abweichungen der Beschaffenheit der Leiterplatte,
insbesondere der leitfähigen
Schicht, erfasst und daraus ein Korrekturwert für den Abstand des Bearbeitungskopfs
gegenüber
der Leiterplatte bestimmt und der relative Abstand des Bearbeitungskopfs
von der Leiterplatte eingestellt wird.
-
Der
Einsatz von Vorrichtungen zur Herstellung von Prototypen-Leiterplatten
mittels eines Fräswerkzeuges
wird durch mangelhafte Zuverlässigkeit der
bekannten Verfahren eingeschränkt.
Insbesondere ist es zwingend erforderlich, die vollständige elektrische
Isolierung von Leiterbahnen in die leitfähige Schicht, insbesondere
eine Kupferauflage, durch eine nutenförmige Ausnehmung als Fräskanäle einzubringen.
-
Mehrere
Faktoren beeinflussen das Bearbeitungsergebnis negativ. Dazu zählen Unebenheiten der
Leiterplattenoberfläche
ebenso wie Schmutz, Frässtaub
und Späne,
eine schwankende Schichtstärke
der elektrisch leitfähigen
Schicht, die Tiefeneinstellung sowie der Zustand des konischen Fräswerkzeuges.
-
In
der Praxis werden solche Verfahren sowie dementsprechende Vorrichtungen,
durch die solche Fehlereinflüsse
vermieden werden, bereits vielfach eingesetzt. Beispielsweise ist
es bereits gekannt, die Topographie einer Leiterplatte vor der Bearbeitung auf
einem Fräsplotter
zu vermessen. Dazu wird ein elektrisches Feld zwischen der leitfähigen Schicht der
Leiterplatte und dem Fräswerkzeug
angelegt und das Fräswerkzeug
durch Verfahren in der Z-Achse an einer vorbestimmten Anzahl von über die
Fläche
der Leiterplatte verteilten Positionen mit der Leiterplatte in Kontakt
gebracht. Aus der Weginformation der Z-Achse wird die Höhe zu jedem
Punkt erfasst. Durch eine Interpolation wird dann ein angenähertes Profil der
Oberfläche
bestimmt. Während
der Bearbeitung wird der Abstand des Bearbeitungskopfes gegenüber der
Leiterplatte derart eingestellt, dass sich eine einheitliche Eindringtiefe
des Fräswerkzeuges
ergibt.
-
Als
nachteilig erweist sich bei diesem Verfahren, dass Schwankungen
in der Schichtstärke
der leitfähigen
Schicht unberücksichtigt
bleiben und zu Änderungen
in der Breite der nutenförmigen
Ausnehmung führen.
Insbesondere ist die nutenförmige
Ausnehmung umso breiter, je tiefer das konische Fräswerkzeug
in die leitfähige
Schicht eindringt und diese durchdringt. Weiterhin gestattet das
Verfahren keine Aussage über
den Zustand des Fräswerkzeuges,
sodass das Ende der Nutzungsdauer nicht erkannt wird. Außerdem erweist
sich die Vermessung zur Bestimmung der Oberfläche der Leiterplatte insbesondere
bei gewölbten
Leiterplatten als zeitaufwendig und fehlerbehaftet.
-
In
der
WO 99 064 882
A1 wird eine Anordnung und ein Verfahren vorgeschlagen,
bei dem im Vorfeld der eigentlichen Lotpastenhöhenmessung die Durchbiegung
der Leiterplatte bestimmt wird. Das System besteht aus einer senkrecht
angeordneten Videokamera und einem Linienlaser, der im definierten
Winkel zur Senkrechten angeordnet ist. Dabei wird eine Kalibrierplatte
im System arretiert und ausgemessen. Die ermittelten Höhenwerte
werden als Sollwerte gespeichert. Jede zu prüfende Leiterplatte wird vor
der eigentlichen Lotpastenhöhenmessung im
gleichen Raster wie die Kalibrierplatte ausgemessen. Die ermittelten
Höhenwerte
werden mit den abgespeicherten Sollwerten verglichen und als Korrekturwerte
für die
Lotpastenhöhenmessung
verwendet.
-
Als
hinderlich erweist es sich dabei, dass Lotpaste und Lötstoplack
sehr unterschiedliche Reflexions- und Streuungseigenschaften aufweisen können. Auch
aus diesem Grund ist ein zweimaliges Vermessen der Leiterplatte
notwendig, was zur Erhöhung
der Gesamtprüfzeiten
führt.
-
In
der Praxis werden bereits optoelektronische Geräte angeboten, mit denen eine
Kontrolle des Lotpastendruckes möglich
ist. Diese Geräte
erlauben eine zwei- oder dreidimensionale Prüfung des Lotpastendruckes.
Das dreidimensionale Messverfahren liefert einen quantitativen Wert
der Höhe
und des Volumens der Lotpaste auf den einzelnen Pads einer Leiterplatte.
-
Durch
die
DE 102 14 817
A1 ist ein Verfahren zur Höhenmessung eines Lotpastenauftrages
und zur Vermessung von Oberflächenprofilen
mit flächenhaft
unterschiedlichen Reflexionseigenschaften bekannt, welches auf einem
Triangulationsverfahren beruht. Hierzu dient eine Vorrichtung mit
einer Kamera, ein unter einem vorbestimmten Winkel zur Kamera angeordneten
Projektor zur Erzeugung einer Linie auf der zu vermessenden Oberfläche und
ein Auswertesystem. Weiterhin sind ein im gleichen Winkel angeordneter
weiterer Projektor zur Erzeugung eines Lichtpunktes und ein vertikal
gegenüber
der zu vermessenden Oberfläche
verfahrbares Hubelement vorhanden, mit dem die Kamera und die Projektoren fest
verbunden sind. Dadurch ist es möglich,
die Höhenmessung
des Lotpastenauftrages in einem Messgang zu realisieren.
-
Die
DE 43 18 956 A1 betrifft
ferner ein Verfahren und eine Anordnung zur Überprüfung von Leiterplatten, wobei
die zu überprüfenden Leiterplatten mehrfach
kurzzeitig beleuchtet und rasterförmig abgetastet werden. Hierzu
ist die Anordnung mit einer oder mehreren Videokameras, einem Stroboskop oder
einer Blitzlampe, einer Einrichtung zur Bewegung der Leiterplatten
und der Videokamera oder der Videokameras relativ zueinander, und
einer Einrichtung zur Auswertung der Signale der Videokamera oder
der Videokameras ausgestattet. Die Leiterplatten werden optisch
hinsichtlich Leiterbahnaufbau, Bauteilbestückung und Lötstellen überprüft. Dazu werden die Leiterplatten
rasterförmig
mittels Videokameras abgetastet, das Videosignal wird digitalisiert und
in einer Bildverarbeitungseinheit ausgewertet. Eine Möglichkeit
ist das Differenzbildverfahren, bei dem mit einer Videokamera eine
korrekte Leiterplatte aufgenommen wird. Ausgehend von dieser Aufnahme
wird jeweils das Videosignal der zu testenden Leiterplatte subtrahiert.
Auf diese Weise entsteht ein Differenzbild, auf dem nur die Unterschiede
der beiden Bilder zu sehen sind. Eine weitere Möglichkeit ist die Kantendetektion.
Bei diesem Verfahren werden Hell/Dunkelübergänge auf Vorhandensein und korrekte
Lage überprüft.
-
Bei
dem Verfahren ist jedoch während
einer Bewegung der zu überprüfenden Leiterplatte
eine Bildaufnahme nicht möglich.
Deshalb wird die Leiterplatte in einer X-Y-Stufe gehaltert und von
dieser wiederholt in einer Schrittfolgebetriebsart um eine vorgegebene
Distanz versetzt. Von der Videokamera wird dann jeweils bei stillstehender
X-Y-Stufe ein Bild erfasst. Die Beleuchtung der Leiterplatten erfolgt
mittels eines fest montierten Stroboskops oder einer fest montierten
Blitzlampe, deren Licht durch einen oder mehrere Lichtleiter an
die abzutastende Stelle geleitet wird.
-
Die
DE 33 30 738 A1 betrifft
ein Verfahren und ein Fräswerkzeug
zur Bearbeitung von Leiterplatten mit einer auf einem Substrat angeordneten leitfähigen Schicht,
bei dem ein Bearbeitungskopf in verschiedenen Raumachsen verfahren
wird und eine nutenförmige
Ausnehmung zur vollständigen
elektrischen Isolierung von Leiterbahnen in die leitfähige Schicht
mittels eines konischen Fräswerkzeugs
eingebracht wird. Damit eine unnötige
Verletzung des Substrats verhindert wird, kann über eine separate Mess- und
Steuereinrichtung die Materialstärke
der Leiterplatte erfasst und dadurch die Z-Achse nachgesteuert werden.
-
Die
DE 202 14 413 U1 bezieht
sich auf einen mechanischen Tiefenregler zur gleichmäßigen Eintauchtiefe
von Fräsern
beim Gravieren oder Isolationsfräsen
von Leiterbahnen, die aufgrund ihrer V-förmigen Beschaffenheit bei unterschiedlichen
Frästiefen
verursacht durch Materialunebenheiten zu schmalen und breiten Fräsbahnen
führen.
Auf diese Weise soll eine Fräsbahn
mit konstanter Breite geschaffen werden.
-
Eine
Einrichtung zum Schneiden einer Leiterbahn auf einer gedruckten
Leiterplatte mit einem Laserstrahl gemäß der
DE 44 16 962 A1 ist mit
einer Vorrichtung zum optischen Messen der Formparameter, beispielsweise
der Breite und der Dicke der zu schneidenden Leiterbahn, und einer
Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Strahlparameter des Laserstrahls
abhängig
von den Formparametern, die von der optischen Vorrichtung gemessen
wurden, ausgestattet, sodass die zu schneidende Leiterbahn passend
geschnitten wird.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur automatischen Einstellung der Fräskanalbreite, beispielsweise
nach dem Werkzeugwechsel, zur automatischen Regelung der Fräskanalbreite
bei schwankender Schichtstärke
der leitfähigen
Schicht, bei Unebenheiten in der Materialoberfläche und bei Abnutzung des Fräswerkzeuges
sowie zur Erkennung der Grenznutzungsdauer des Fräswerkzeuges
zu schaffen.
-
Die
vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu
entnehmen.
-
Erfindungsgemäß ist also
ein Verfahren vorgesehen, welches gekennzeichnet ist durch einen optischen
Sensor, durch welchen eine Bearbeitungszone des Fräswerkzeuges
erfasst wird und aufgrund der von dem optischen Sensor erfassten
Beschaffenheit der nutenförmigen
Ausnehmung ein Steuersignal als Korrekturwert bestimmt wird, wobei
mittels des optischen Sensors die Breite der nutenförmigen Ausnehmung
erfasst und aufgrund der erfassten Breite der nutenförmigen Ausnehmung
der relative Abstand des Bearbeitungskopfs von der Leiterplatte eingestellt
wird und zusätzlich
mittels des Sensors unterschiedliche Reflexionseigenschaften der
leitfähigen
Schicht und des Substrats erfasst werden, um so insbesondere aus
dem Helligkeitsunterschied abzuleiten, ob das Fräswerkzeug die leitfähige Schicht in
dem Fräskanal
vollständig
abgetragen hat, und wobei mittels des optischen Sensors die Beschaffenheit
einer die nutenförmige
Ausnehmung begrenzenden Kante erfasst wird, um einen Werkzeugwechsel vorzunehmen.
Hierdurch wird es erstmals möglich, sowohl
Unregelmäßigkeiten
in dem Aufbau der Leiterplatte als auch Verschleißerscheinungen
des Fräswerkzeugs
zugleich zu erfassen, indem hierzu die nutenförmige Ausnehmung des Fräskanals
in der bevorzugt durch eine Kupferschicht gebildeten leitfähigen Schicht
mittels des optischen Sensors im Bereich des Fräswerkzeugs erfasst wird. In überraschend
einfacher Weise kann so mit einem vergleichsweise geringen Aufwand
die Bearbeitung einer Leiterplatte erfolgen, ohne zuvor die Leiterplatte oder
das Fräswerkzeug
zu vermessen. Vielmehr bildet der optische Sensor einen Teil eines
Regelkreises, der selbst dann eine zuverlässige Frästiefe sicherstellt, wenn die
Oberfläche
erhebliche Wölbungen
aufweist, ohne dass die Topografie der Leiterplatte hierzu in dem
Steuerprogramm erfasst werden muss. Insbesondere kann das Steuerprogramm
beispielsweise auf die X-Y-Bewegung des Fräswerkzeugs beschränkt werden,
während
eine selbsttätige Regelung
der Z-Achse als Abstand des Bearbeitungskopfs gegenüber der
Oberfläche
der Leiterplatte erreicht wird. Zur Bearbeitung der Leiterplatte
kann das Fräswerkzeug
an einem in verschiedenen Raumachsen verfahrbaren Bearbeitungskopf
angeordnet sein, welcher hierzu aufgrund einer Unebenheit in der
Oberfläche
der Leiterplatte in Richtung der Z-Achse entsprechend verfahrbar
ist.
-
Weiterhin
kann alternativ oder auch ergänzend
ein auf die Oberfläche
der Leiterplatte wirkender Niederhalter zur Einstellung des Abstands
eingesetzt werden. Dieser kann beispielsweise mit einer ring- oder
gabelförmigen
Auflagefläche
ausgestattet sein, durch welche eine Anpresskraft auf die Leiterplatte übertragbar
ist. Der Niederhalter ist in seiner Höhe motorisch verfahrbar. In
diesem Fall wird der oben beschriebene Regelkreis über die
motorische Z-Verstellung des Niederhalters geschlossen. Aus dem
Abstand zwischen seiner Auflagefläche und der Spitze des Fräswerkzeugs
ergibt sich die Frästiefe.
-
Dabei
wird mittels des optischen Sensors die Breite der nutenförmigen Ausnehmung,
insbesondere die sich aufgrund einer Unebenheit in der Oberfläche der
Leiterplatte in Verbindung mit der konischen Formgebung des Fräswerkzeugs
einstellende veränderte
Breite erfasst und zur Steuerung der Z-Achse oder des Niederhalters
herangezogen. Während
des Fräsvorgangs
wird das Fräsergebnis
in einem geringen räumlichen
Abstand hinter dem Fräswerkzeug kontinuierlich
oder in kurzen zeitlichen Abständen
erfasst. Die so erfasste Breite der nutenförmigen Ausnehmung des Fräskanals
wird mit einer vorbekannten Sollbreite verglichen. Die daraus abgeleitete
Abweichung wird genutzt, um die Eindringtiefe des Fräswerkzeugs
zu regeln. Das optische Verfahren erlaubt es, sowohl Unebenheiten
in der Oberfläche
als auch Schwankungen der Stärke
der leitfähigen Schicht
zu erfassen und auszuregeln und gewährleistet so eine weitgehend
konstante Fräskanalbreite Dadurch
dass mittels des optischen Sensors die Beschaffenheit einer die
nutenförmige
Ausnehmung begrenzenden Kante erfasst wird, erlaubt die Auswertung
des Kantenverlaufs die Einschätzung
des Abnutzungszustandes des Fräswerkzeuges.
Aufgrund des zunehmenden Verschleißes des Fräsers verändert sich der Verlauf an mindestens
einer Kante der nutenförmigen
Ausnehmung des Fräskanals
in einer beschreibbaren, charakteristischen Weise. Durch Festlegung
eines Grenzwertes kann der Zeitpunkt für einen automatischen Werkzeugwechsel
definiert werden und damit eine verschleißbedingte Unterbrechung des
Fräskanals
vermieden werden.
-
Nach
einem Wechsel des Fräswerkzeugs wird
das neue Fräswerkzeug
zunächst
in eine untere Endposition des Eingriffs in die leitfähige Schicht
verfahren und während
der Fräsbearbeitung
des Fräskanals
mittels des Bearbeitungskopfs in Richtung der Z-Achse so lange nach
oben verfahren, bis die von dem Sensor erfasste Breite des Fräskanals einem
Sollwert entspricht. Alternativ kann selbstverständlich durch eine Verfahrbewegung
des Niederhalters die Breite des Fräskanals entsprechend eingestellt
werden.
-
Zusätzlich werden
mittels des Sensors unterschiedliche Reflexionseigenschaften der
leitfähigen Schicht
und des Substrats unterschieden, um so insbesondere aus dem Helligkeitsunterschied
abzuleiten, ob das Fräswerkzeug
die leitfähige
Schicht in dem Fräskanal
vollständig
abgetragen hat, ob also der Nutengrund der Ausnehmung in der leitfähigen Schicht
oder in dem Substrat liegt.
-
Die
zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zur Bearbeitung einer Leiterplatte
mit einer auf einem Substrat angeordneten leitfähigen Schicht zu schaffen,
wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass der Sensor als ein optischer Sensor zur Erfassung
der Bearbeitungszone des Fräswerkzeugs,
der Breite der nutenförmigen
Ausnehmung und der Beschaffenheit einer die nutenförmige Ausnehmung
begrenzenden Kante ausgeführt
ist und aufgrund der erfassten Breite der nutenförmigen Ausnehmung der relative
Abstand des Bearbeitungskopfs von der Leiterplatte einstellbar ist
und zusätzlich
mittels des Sensors unterschiedliche Reflexionseigenschaften der
leitfähigen
Schicht und des Substrats erfassbar sind, um so insbesondere aus
dem Helligkeitsunterschied abzuleiten, ob das Fräswerkzeug die leitfähige Schicht
in dem Fräskanal
vollständig
abgetragen hat. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, wie beim
Stand der Technik zunächst
in einem vorhergehenden Arbeitsschritt die Topographie der Leiterplatte
zu erfassen, sondern es wird erfindungsgemäß während des Bearbeitungsprozesses
aufgrund des Sensors ein Regelkreis realisiert, welcher eine direkte
Anpassung durch Einstellung der Z-Achse, also des Abstands des Bearbeitungskopfs
von der Leiterplatte, gestattet.
-
Die
Vorrichtung zur Anwendung bei dem Verfahren besteht dabei insbesondere
aus einer Spindel mit einer Spannzange für das Fräswerkzeug, dem Fräswerkzeug,
einem Tiefenbegrenzer mit Z-Verstellung, einem optischen Element,
dem Sensor, einer Auswerteelektronik mit einer Verbindung zu einem der
Z-Achse zugeordneten Kontroller und einer Verbindung zu einer Steuereinheit
der Vorrichtung, in welcher auch der Sollwert der nutenförmigen Ausnehmung
des Fräskanals
und ein Grenzwert zur Auslösung
einer Werkzeugswechselprozedur gespeichert sind.
-
Grundsätzlich kann
das Fräswerkzeug
in jede Richtung des durch die X-Achse und die Y-Achse aufgespannten Koordinatensystems
bewegt werden. Eine vorteilhafte optische Erfassung des Fräskanals
wird hingegen dann erreicht, wenn mittels des optischen Sensors
ein Feld in Richtung der Bewegungsbahn hinter dem Fräswerkzeug
erfassbar ist. Im praktischen Anwendungsfall der Vorrichtung zur
Bearbeitung der Leiterplatte wird es dabei oftmals als ausreichend
anzusehen sein, wenn lediglich die Hauptbewegungsrichtungen parallel
zur X-Achse und zur Y-Achse erfasst werden, weil einerseits die Leiterbahnen
vorwiegend parallel zu diesen Achsen verlaufen und andererseits
Unebenheiten und Schwankungen der Schichtstärke der leitfähigen Schicht
in der Praxis nicht sprunghaft auftreten. Weiterhin wird auch der
Grenzwert zur Auslösung
einer Wechselprozedur für
das Fräswerkzeug
nicht plötzlich
erreicht.
-
Bei
einer praxisnahen Ausführung
können alle
Bearbeitungsrichtungen unter Winkeln mit einem ganzzahligen Vielfachen
von 45° erfasst
werden. Bei einer weiteren Variante der Vorrichtung ist der optische
Sensor mittels eines Antriebs in verschiedene Positionen relativ
zu dem Bearbeitungskopf beweglich. Der Sensor wird hierzu motorisch
derart um das Fräswerkzeug
herumgeführt,
dass stets ein Beobachtungsfeld in Abhängigkeit der Bewegungsbahn hinter
dem Fräswerkzeug
erfasst wird.
-
Bei
anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Abwandlung der
Vorrichtung ist der Beobachtungsbereich mittels eines dem optischen
Sensor zugeordneten beweglichen Spiegels variabel. Mittels des Spiegels
wird wahlweise das Abbild einer gewünschten Anzahl von beispielsweise
2 oder 4 Beobachtungsfeldern im Umfeld des Bearbeitungsbereiches
des Fräswerkzeuges
auf den optischen Sensor abgelenkt, der hierzu insbesondere an dem
Bearbeitungskopf angeordnet ist.
-
Weiterhin
wird eine besonders Erfolg versprechende Abwandlung dann erreicht,
wenn der optische Sensor ortsfest angeordnet ist, wobei zumindest
zwei Spiegel vorgesehen sind, wobei ein erster Spiegel ausschließlich in
Richtung einer ersten Raumachse entsprechend der Position des Bearbeitungskopfes
beweglich ist und der zweite Spiegel in Richtung von zwei Raumachsen
entsprechend der Position des Bearbeitungskopfes beweglich ist.
Hierdurch kann der optische Sensor auch dann in erfindungsgemäßer Weise
eingesetzt werden, wenn eine Anordnung des Sensors unmittelbar an
dem Bearbeitungskopf nicht möglich
oder nicht erwünscht
ist. Hierzu wird der erste Spiegel gegenüber der durch die Z-Achse und die X-Achse
oder die Z-Achse und die Y-Achse aufgespannten Ebene um 45° geneigt und
der zweite Spiegel gegenüber
der durch die X-Achse und die Y-Achse aufgespannten Ebene um 45° geneigt
angeordnet. Selbstverständlich
können auch
weitere Spiegel vorgesehen sein, um unterschiedliche Beobachtungsfelder
insbesondere in Abhängigkeit
der Bewegungsbahn des Fräswerkzeuges beobachten
zu können.
-
Weiterhin
kann die Vorrichtung mit einer Prismenanordnung derart ausgestattet
sein, dass zugleich mehrere, beispielsweise vier Beobachtungsfelder,
die das Fräswerkzeug
einschließen,
auf ein jeweiliges Feld des optischen Sensors gelenkt werden. Aufgrund
des die Bewegungsbahn festlegenden Steuerprogrammes wird jeweils
das Beobachtungsfeld ausgewertet, welches sich in Bewegungsrichtung
hinter dem Fräswerkzeug
befindet.
-
Als
optischer Sensor kann eine schwarz-weiß Kamera verwendet werden.
Eine besonders Erfolg versprechende Variante wird auch dadurch realisiert,
dass der optische Sensor eine Kamera, insbesondere eine CCD- oder
eine CMOS-Kamera hat. Weiterhin kann zumindest eine Zeilenkamera
eingesetzt werden, die beispielsweise unter einem Winkel von 45° zu den Hauptbearbeitungsrichtungen
angeordnet ist, um die Fräskanäle in zwei rechtwinklig
zueinander stehenden Arbeitsrichtungen zu erfassen.
-
Ebenfalls
besonders sinnvoll ist eine Ausführungsform,
bei der die Vorrichtung eine insbesondere monochromatische Beleuchtungseinrichtung
für die Bearbeitungszone
aufweist, wobei die Beleuchtung gepulst ausgeführt und diese Pulse mit der
Bildaufnahme synchronisiert werden können Die Erfindung lässt verschiedene
Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in
-
1a eine
Seitenansicht einer Vorrichtung zur Bearbeitung einer Leiterplatte
in mehreren Arbeitspositionen;
-
1b eine
Draufsicht auf die in 1 gezeigte Leiterplatte;
-
2 eine
weitere Vorrichtung zur Bearbeitung einer Leiterplatte mit einem
ortsfesten optischen Sensor in einer Draufsicht.
-
Die 1a und 1b zeigen
eine Vorrichtung 1 zur Bearbeitung einer Leiterplatte 2 in
einer Seitenansicht sowie in einer Draufsicht. Die Vorrichtung 1 dient
dabei insbesondere dem Einbringen einer nutenförmigen Ausnehmung 3 als
Fräskanal
in eine leitfähige
Schicht 4 der Leiterplatte 2 zur Herstellung von
gegeneinander elektrisch isolierten Leiterbahnen entlang einer vorbestimmten
Bewegungsbahn. Hierzu hat die Vorrichtung 1 ein konisches Fräswerkzeug 5 mit
dem die auf einem Substrat 6 angeordnete leitfähige Schicht 4 abgetragen
wird. Zur Bearbeitung der Leiterplatte 2 ist das Fräswerkzeug 5 an
einem in verschiedenen Raumachsen verfahrbaren Bearbeitungskopf 7 angeordnet.
Die Vorrichtung 1 ist weiterhin mit einem als eine Kamera
ausgeführten
optischen Sensor 8 ausgestattet, um so eine aufgrund einer
Unebenheit in der Oberfläche
der Leiterplatte 2 und des konischen Fräswerkzeuges 5 auftretende
schwankende Breite b zu erfassen und entsprechend zur Einhaltung
einer konstanten Breite b der nutenförmigen Ausnehmung 3 an
der Unterseite der leitfähigen
Schicht 4 den Bearbeitungskopf 7 in Richtung der
Z-Achse zu verfahren. Während
des Fräsvorgangs
wird das Fräsergebnis
in einem geringen räumlichen
Abstand hinter dem Fräswerkzeug 5 kontinuierlich
oder in kurzen zeitlichen Abständen
erfasst. Dabei wird durch den optischen Sensor 8 neben
der Breite b der Ausnehmung 3 zusätzlich auch basierend auf den
unterschiedlichen Reflexionseigenschaften der leitfähigen Schicht 4 und
des Substrats 6 der vollständige Abtrag der leitfähigen Schicht 4 in
einem Nutengrund 9 erfasst. Darüber hinaus wird zusätzlich auch
die Beschaffenheit einer die nutenförmige Ausnehmung 3 begrenzenden
Kante 10 zur Bestimmung des Verschleißzustands des Fräswerkzeugs 5 erfasst.
Die erfasste Breite b der nutenförmigen
Ausnehmung 3 des Fräskanals
wird mit einer vorbekannten Sollbreite verglichen. Auf diese Weise wird
an der Unterseite der leitfähigen
Schicht 4 eine konstante, im Bereich B gestrichelt dargestellte
Breite b sichergestellt, während
es demgegenüber
an der Oberseite der leitfähigen
Schicht 4 zu einer Verbreiterung der nutenförmigen Ausnehmung 3 kommt. Der
Bearbeitungskopf 7 wird zu diesem Zweck in Richtung der
Z-Achse im Bereich B entsprechend dem Verlauf der Materialanhäufung der
leitfähigen Schicht 4 nach
unten bewegt und im Anschluss daran im Bereich C auf das dem Bereich
A entsprechende Ursprungsniveau nach oben bewegt. Um den optischen
Sensor 8 in jeder Phase des Bearbeitungsprozesses auf eine
in Bewegungsrichtung des Bearbeitungskopfs 7 hinter dem
Fräswerkzeug 5 angeordnete
Bearbeitungszone richten zu können,
ist der optische Sensor 8 an einer Aufnahme 12 mittels
eines nicht gezeigten Antriebs in verschiedene Positionen relativ
zu dem Bearbeitungskopf 7 in Pfeilrichtung 13 um
die Z-Achse herum schwenkbeweglich angeordnet.
-
In
der 2 ist eine weitere Vorrichtung 14 zur
Bearbeitung der Leiterplatte 2 in einer Draufsicht dargestellt,
bei der ein als Kamera ausgeführter
optischer Sensor 15 ortsfest angeordnet ist. Hierbei hat die
Vorrichtung 14 zwei Spiegel 16, 17, wobei
ein erster Spiegel 16 ausschließlich in Richtung der X-Achse
und der zweite Spiegel 17 in Richtung der X-Achse und der Y-Achse
entsprechend der Position des Bearbeitungskopfes 7 beweglich
ist. Der erste Spiegel 16 ist gegenüber einer durch die Z-Achse
und die X-Achse sowie einer durch die Z-Achse und die Y-Achse aufgespannten
Ebene um 45° geneigt,
und der zweite Spiegel 17 gegenüber der durch die X-Achse und
die Y-Achse aufgespannten Ebene um 45° geneigt angeordnet. Ausgehend
von einer Bearbeitungszone des Fräswerkzeuges 5 wird
so das Bild mittels des an dem Bearbeitungskopf 7 angeordneten
zweiten Spiegels 17 zunächst
ausgehend von einer Beobachtungsrichtung in Richtung der durch die X-Achse
und die Y-Achse
aufgespannten Ebene als Teilstrahl 18 abgelenkt. Dieser
Teilstrahl 18 wird anschließend an dem ersten Spiegel 16 in
derselben Ebene als Teilstrahl 19 in Richtung der X-Achse
abgelenkt und trifft so unabhängig
von der jeweiligen Position des Bearbeitungskopfes 7 auf
den ortsfesten optischen Sensor 15.