DE102020206978A1

DE102020206978A1 - Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung, Prüfeinrichtung, Computerprogrammprodukt und Fertigungseinrichtung

Info

Publication number: DE102020206978A1
Application number: DE102020206978.6A
Authority: DE
Inventors: Heiko Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2021-12-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen zwei Elementen (2 bis 4) an einer Baugruppe (1), bei dem ein Stempel (108, 109) unter Zwischenlage einer Trennfolie (5) gegen ein Element (3, 4) der Baugruppe (1) gedrückt wird, um das Element (3, 4) vorzugsweise unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung mit dem anderen Element (2) der Baugruppe (1) zu verbinden, wobei sich die Trennfolie (5) unter Einwirkung des von dem Stempel (108, 109) auf die Trennfolie (5) erzeugten Stempeldrucks optisch verändert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen zwei Elementen einer Baugruppe, wobei die Verbindung zwischen den Elementen vorzugsweise durch einen Sinterprozess unter Einwirkung von Wärme und Druck ausgebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Prüfeinrichtung zur Überprüfung der ausgebildeten Verbindung, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer Prüfeinrichtung.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2017 2016 545 A1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen einer Niedertemperatur-Drucksinterverbindung bekannt, bei der Bauelemente einer Baugruppe mittels wenigstens eines Stempels unter Zwischenlage einer den wenigstens einen Stempel von dem ihm zugewandten Bauelement trennenden Trennfolie miteinander verbunden werden. Die sich beim Herstellprozess plastisch verformende Trennfolie dient dazu, (mechanische) Druckunterschiede zwischen dem Stempel und dem von diesen kraftbeaufschlagten Bauelement beim Verbinden auszugleichen, um beispielsweise Bauteilbeschädigungen zu vermeiden.
Weiterhin ist es aus der DE 1 648 494 A bekannt, einen Prüfkörper mittels eines transparenten Elements an einer Oberfläche plastisch zu deformieren, und anschließend die Deformation mittels einer optischen Einrichtung, insbesondere in Form eines Mikroskops o.ä., zu vermessen, um aus der Größe der Deformation auf die Härte des Prüfkörpers zu schließen.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen zwei Elementen einer Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es auf einfache Art und Weise eine Kontrolle der an einer Baugruppe ausgebildeten Verbindung zwischen zwei Elementen mit relativ geringem konstruktiven Aufwand ermöglicht. Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine optische Änderung der Trennfolie, aufgrund derer auf eine korrekte Verbindung zwischen den Elementen geschlossen werden kann, mittels einer optischen Einrichtung zu erfassen und auszuwerten.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen schlägt daher das erfindungsgemäße Verfahren gemäß des Anspruchs 1 vor, das Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen zwei Elementen einer Baugruppe derart auszubilden, dass zur Ausbildung der Verbindung ein Stempel unter Zwischenlage einer Trennfolie gegen ein Element der Baugruppe gedrückt wird, um das Element vorzugsweise unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung mit einem anderen Element zu verbinden, wobei sich die Trennfolie unter Einwirkung des Stempeldrucks optisch verändert, und wobei die optische Änderung der Trennfolie nach dem Ausbilden der Verbindung mittels einer optischen Einrichtung erfasst wird, indem zumindest der Bereich, in dem sich die Trennfolie optisch verändert hat, ausgewertet wird.
Die Auswertung des Bereichs, in dem sich die Trennfolie optisch verändert hat, lässt einen Rückschluss zu, ob der Stempel an der Trennfolie mit einem entsprechenden Stempeldruck anliegt. Dies wiederum lässt Rückschlüsse auf einen genügend hohen Pressdruck durch den Stempel zu.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Größe und/oder die Form des Bereichs der Trennfolie erfasst und vorzugsweise mit einer Form des Elements verglichen wird, das von dem Stempel unter Zwischenlage der Trennfolie unmittelbar kraftbeaufschlagt wurde.
Entspricht dabei die Form, in deren Bereich sich die Trennfolie optisch verändert der Form des Elements in einem dafür vorgesehenen Anlagebereich für den Stempel, so wird daraus geschlossen, dass der Stempel an dem dafür vorgesehenen Anlagebereich des Elements auf das Element beim Ausbilden der Verbindung eingewirkt hat.
Eine ganz besonders bevorzugte Ausgestaltung des Prüfverfahrens sieht darüber hinaus vor, dass zusätzlich ein Helligkeitsunterschied der Trennfolie im Bereich der optischen Änderung erfasst und ausgewertet wird. Eine derartige Auswertung lässt Rückschlüsse darauf zu, inwieweit der Stempeldruck auf das Element gleichförmig bzw. ungleichförmig erfolgt ist, woraus beispielsweise auf einen schief stehenden bzw. ungleichförmig auf das Element wirkenden Stempel geschlossen werden kann.
Ganz besonders bevorzugt ist es weiterhin, wenn die optische Einrichtung als Kameraeinrichtung zur Auswertung von sichtbarem Licht ausgebildet ist, und dass die Bildauswertung mittels eines Algorithmus einer Auswerteeinrichtung automatisiert erfolgt. Derartige optische Einrichtungen in Form von Kameraeinrichtungen sind auf dem Markt in vielfältiger Art und Weise erhältlich und daher besonders gut für den Einsatzzweck geeignet, da sie auch einen relativ geringen Investitionsbedarf benötigen. Darüber hinaus sind optische Einrichtungen in Form von Kameraeinrichtungen in der Praxis relativ robust ausgebildet und ermöglichen es im Zusammenhang mit einem Algorithmus, die Prüfeinrichtung in eine Fertigungseinrichtung zu integrieren, um eine hundertprozentige Fertigungskontrolle der Baugruppen zu ermöglichen.
Bevorzugt ist es darüber hinaus, wenn als Trennfolie eine Teflonfolie verwendet wird, wobei die Teflonfolie vor dem Ausbilden der Verbindung zwischen den Elementen für sichtbares Licht wenig transparent bzw. undurchsichtig ist, dass die Teflonfolie unter Einwirkung des mechanischen Drucks des Stempels transparent wird, und dass der Transparenzgrad mittels der optischen Einrichtung gegen einen dunklen Hintergrund oder gegen ein Gegenlicht erfasst wird. Insbesondere die Erfassung des Helligkeitsunterschieds der Teflonfolie gegen einen dunklen Hintergrund ermöglicht eine besonders einfache und zuverlässige Auswertung der von der Kameraeinrichtung erfassten Bilder, da dadurch bereits relativ geringe Helligkeitsunterschiede in der Teflonfolie gut erfassbar sind. Alternativ zu dem dunklen Hintergrund kann durch eine rückseitige Beleuchtung der Trennfolie bzw. durch Gegenlicht der Kontrast verstärkt und somit die Erkennung mittels der Kameraeinrichtung vereinfacht bzw. besonders sicher gestaltet werden.
Wie bereits erläutert, wird das erfindungsgemäße Prüfverfahren insbesondere bei Verbindungen angewandt, bei denen die beiden Elemente durch einen Sinterprozess miteinander verbunden werden.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch eine Prüfeinrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Prüfeinrichtung eine optische Einrichtung zur Erfassung einer optischen Änderung der Trennfolie und eine Auswerteeinrichtung mit einem Algorithmus zur Auswertung der optischen Änderung der Trennfolie nach deren Kraftbeaufschlagung durch den Stempel umfasst.
Auch umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere einen Datenträger oder ein Datenprogramm, das dazu ausgebildet ist, wenigstens einen erfindungsgemäßen Verfahrensschritt des Prüfverfahrens auszuführen oder das als Bestandteil einer Prüfeinrichtung dient.
Zuletzt umfasst die Erfindung auch eine Fertigungseinrichtung zum Ausbilden einer Verbindung zwischen zwei Elementen einer Baugruppe mittels eines Stempels im Sinterverfahren in einem ersten Teilbereich der Fertigungseinrichtung. Die erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sich an den ersten Teilbereich der Fertigungseinrichtung ein zweiter Teilbereich zumindest mittelbar anschließt, in dem eine Prüfeinrichtung zur Überprüfung der Verbindung zwischen den beiden Elementen der Baugruppe angeordnet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
Figurenliste

1 zeigt in einer vereinfachten Ansicht eine Fertigungseinrichtung zum Ausbilden von elektronischen Baugruppen mit einer Prüfeinrichtung und
2 einen Ausschnitt auf ein von einer optischen Prüfeinrichtung gemäß der 1 aufgenommenes Bild.

Ausführungsformen der Erfindung
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist eine Fertigungseinrichtung 100 zum Herstellen von (elektronischen) Baugruppen 1 stark vereinfacht dargestellt. Bei den Baugruppen 1 handelt es sich rein beispielhaft, und nicht einschränkend, um Schaltungsträger 2 als erstes Element, auf deren Oberseite bzw. Oberfläche im Niedertemperatur-Sinterverfahren (elektronische) Bauelemente 3, 4 als zweite Elemente angeordnet werden. Dadurch lassen sich zwischen den Bauelementen 3, 4 und dem Schaltungsträger 2 im Bereich von leitenden Strukturen wie Leiterbahnen o.ä. elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Bauelementen 3, 4 und dem Schaltungsträger 2 herstellen.
Das Herstellen der Verbindungen zwischen den Bauelementen 3, 4 und dem Schaltungsträger 2 findet beispielhaft in einem ersten Teilbereich 101 der Fertigungseinrichtung 100 statt. Der erste Teilbereich 101 umfasst ebenfalls rein beispielhaft ein Werkzeug 105, bestehend aus einem Werkzeugunterteil 106 und einem Werkzeugoberteil 107, das in Richtung des Werkzeugunterteils 106 beweglich angeordnet ist. Das Werkzeugunterteil 106 dient der Positionierung eines Schaltungsträgers 2 zum Werkzeugoberteil 107.
In einem vorgelagerten, nicht dargestellten Fertigungsschritt sind beispielsweise die Bauelemente 3, 4 an den dafür vorgesehenen Stellen an der Oberseite des Schaltungsträgers 2 positioniert worden. Im Bereich des Werkzeugs 105 werden nunmehr beispielhaft zwei Stempel 108, 109, die mit dem Werkzeugoberteil 107 verbunden sind, unter Zwischenlage einer Trennfolie 5 gegen die Oberseiten der Bauelemente 3, 4 gedrückt, um unter Einwirkung von Wärme und Druck die mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Schaltungsträger 2 und den Bauelementen 3, 4 zu erzeugen. Die Trennfolie 5 wird innerhalb der Fertigungseinrichtung 100 durch nicht gezeigte, an sich bekannte Fördereinrichtungen transportiert. Vorzugsweise ist die Form der Stempel 108, 109 auf der den Bauelementen 3, 4 zugewandten (Unter-) Seite der Form der Bauelemente 3, 4 angepasst, d.h., dass in den Bereichen der Bauelemente 3, 4, die dafür vorgesehen sind, entsprechende Druckkräfte aufzunehmen, die Stempel 108, 109 beispielsweise eben ausgebildet sind.
Bei der Trennfolie 5 handelt es sich um eine Teflonfolie 6, die als endlose Folienbahn ausgebildet ist. Die Teflonfolie 6 ist durch eine entsprechende chemische Behandlung bzw. eine entsprechende Materialverarbeitung in dem Zustand, in dem noch Druck durch die Stempel 108, 109 auf die Teflonfolie 6 ausgeübt wird, für optisches Licht nichttransparent bzw. undurchsichtig ausgebildet, indem diese eine milchige Farbe aufweist. Beim Einbringen von Druck und unter Temperatureinwirkung auf die Oberfläche der Teflonfolie 6 durch die Stempel 108, 109 verändert sich die Teflonfolie 6 optisch derart, dass diese transparent wird. Der Transparenzgrund kann insbesondere auch von der Höhe des Drucks auf die Teflonfolie 6 abhängen. Eine derartige Teflonfolie mit der Bezeichnung/Zusammensetzung PTFE virgin weist typischerweise eine Dicke zwischen 0,05mm und 0,2mm auf.
An den ersten Teilbereich 101 der Fertigungseinrichtung 100 schließt sich ein zweiter Teilbereich 102 an, der eine Prüfeinrichtung 10 umfasst. Die Prüfeinrichtung 10 weist eine optische Einrichtung 12 in Form einer Kameraeinrichtung 14 auf, die dazu ausgebildet ist, für menschliches Auge wahrnehmbare Wellenlängen zu erfassen. Die optische Einrichtung 10 ist beispielhaft über eine Ausgangsleitung 16 mit einer Auswerteeinrichtung 18 verbunden, die ein Bildauswerteprogramm in Form eines Algorithmus 20 aufweist. Insbesondere kann der Algorithmus 20 in Form eines Datenprogramms bzw. eines Datenträgers ausgebildet sein.
Das Sichtfeld 22 der Kameraeinrichtung 14 ist in Richtung der Teflonfolie 6 gerichtet, die vorzugsweise in einem konstanten Abstand unterhalb der Kameraeinrichtung 14 nach dem Ausbilden der Verbindungen zwischen den Bauelementen 3, 4 und dem Schaltungsträger 2 im Bereich der Prüfeinrichtung 10 positioniert wird. Insbesondere ist die Teflonfolie 6 zwischen der Kameraeinrichtung 14 und einem aus dunklem Material bestehenden Element 24 angeordnet, das beispielhaft in Form einer dunklen Platte ausgebildet ist. Alternativ kann auch ein Gegenlicht verwendet werden, das die Teflonfolie 6 von der der Kameraeinrichtung 14 abgewandten Seite beleuchtet (nicht dargestellt).
Die Prüfeinrichtung 10 dient dazu, den Bereich der Teflonfolie 6 mittels der Kameraeinrichtung 14 aufzunehmen, der zuvor im ersten Teilbereich 101 der Fertigungseinrichtung 100 in Wirkverbindung mit den Stempeln 108,109 gelangt ist. Die von der Kameraeinrichtung 14 aufgenommenen Bilder werden der Auswerteeinrichtung 18 zugeführt, die mittels des Algorithmus 20 ein beispielhaft in der 2 dargestelltes Bild auswertet.
In dem Bild ist erkennbar, dass die Bereiche 30, 31, in denen zuvor die Stempel 108, 109 gegen die Teflonfolie 6 gedrückt worden sind, gegenüber den übrigen Bereichen der Teflonfolie 6 transparent bzw. heller erscheinen. Die Auswerteeinrichtung 18 bzw. der Algorithmus 20 analysiert die Bereiche 30, 31 nicht nur hinsichtlich ihrer Form bzw. Größe, sondern auch hinsichtlich ihres Transparenzgrads bzw. ihrer Helligkeit, um daraus schließen zu können, ob die Stempel 108, 109 beispielsweise vollflächig plan auf den dafür vorgesehenen Bereichen der Bauelemente 3, 4 aufgelegen haben, um den Fügedruck auf die Bauelemente 3, 4 zu erzeugen. Insbesondere können mittels der Prüfeinrichtung 10 auch Verkippungen bzw. zu geringe oder aber zu hohe Stempeldrücke der Stempel 108, 109 erfasst werden, um daraus ggf. auf qualitativ potentiell schlecht ausgebildete Verbindungen bzw. Bauteilvorschädigungen schließen zu können.
Die Prüfeinrichtung 100 ermöglicht eine 100%-Kontrolle der in dem ersten Teilbereich 101 ausgebildeten Verbindungen zwischen den Bauelementen 3, 4 und dem Schaltungsträger 2.
Die soweit beschriebene Prüfeinrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 1020172016545 A1 [0002]
DE 1648494 A [0003]

Claims

Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen zwei Elementen (2 bis 4) einer Baugruppe (1), bei dem ein Stempel (108, 109) unter Zwischenlage einer Trennfolie (5) gegen ein Element (3, 4) der Baugruppe (1) gedrückt wird, um das Element (3, 4) vorzugsweise unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung mit dem anderen Element (2) der Baugruppe (1) zu verbinden, wobei sich die Trennfolie (5) unter Einwirkung des von dem Stempel (108, 109) auf die Trennfolie (5) erzeugten Stempeldrucks optisch verändert, und wobei die optische Änderung der Trennfolie (5) nach dem Ausbilden der Verbindung mittels einer optischen Einrichtung (12) erfasst wird, indem zumindest der Bereich (30, 31), in dem sich die Trennfolie (5) optisch verändert hat, ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und/oder die Form des Bereichs (30, 31) der Trennfolie (5) erfasst und vorzugsweise mit einer Form des Elements (3, 4) verglichen wird, das von dem Stempel (108, 109) unter Zwischenlage der Trennfolie (5) unmittelbar kraftbeaufschlagt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Helligkeitsunterschied der Trennfolie (5) im Bereich der optischen Änderung der Trennfolie (5) erfasst und ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (12) als Kameraeinrichtung (14) zur Auswertung von sichtbarem Licht ausgebildet ist, und dass die Bildauswertung mittels eines Algorithmus (20) einer Auswerteeinrichtung (18) automatisiert erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennfolie (5) eine Teflonfolie (6) verwendet wird, dass die Teflonfolie (6) vor dem Ausbilden der Verbindung zwischen den Elementen (2 bis 4) für sichtbares Sicht wenig transparent bzw. undurchsichtig ist, dass die Teflonfolie (6) unter Einwirkung des mechanischen Drucks des Stempels (108, 109) transparent wird, und dass der Transparenzgrad mittels der optischen Einrichtung (12) gegen einen dunklen Hintergrund oder gegen Gegenlicht erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den beiden Elementen (2 bis 4) durch einen Sinterprozess ausgebildet wird.
Prüfeinrichtung (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine optische Einrichtung (12) zur Erfassung einer optischen Änderung der Trennfolie (5) und einer Auswerteeinrichtung (18) mit einem Algorithmus (20) zur Auswertung der optischen Änderung der Trennfolie (5).
Prüfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element (24) zur Ausbildung eines dunklen Hintergrunds vorgesehen ist, und dass die Trennfolie (5) zwischen der optischen Einrichtung (12) und dem Element (24) angeordnet ist.
Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger oder Datenprogramm, das dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Verfahrensschritt des Prüfverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen oder als Bestandteil einer Prüfeinrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8 ausgebildet ist.
Fertigungseinrichtung (100) zum Ausbilden einer Verbindung zwischen zwei Elementen (2 bis 4) einer Baugruppe (1) mittels eines Stempels (108, 109) im Sinterverfahren in einem ersten Teilbereich (101) der Fertigungseinrichtung (100), dadurch gekennzeichnet, dass sich an den ersten Teilbereich (101) ein zweiter Teilbereich (102) zumindest mittelbar anschließt, in dem eine Prüfeinrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8 angeordnet ist.