DE10212725A1

DE10212725A1 - Haltevorrichtung für Bauteile auf einer Leiterplatte vor und während eines Lötvorgangs, insbesondere für Lötrahmen

Info

Publication number: DE10212725A1
Application number: DE2002112725
Authority: DE
Inventors: Martina Lennartz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2003-10-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Haltevorrichtung für elektronische Bauteile auf einer Leiterplatte vor und während eines Lötvorgangs, mit einem Tragrahmen, mit Halteelementen und mit Niederhaltern, wobei der Tragrahmen eine Vielzahl von Gewindebohrungen aufweist und die Halteelemente einen oberen Teil, der einen den Gewindebohrungen angepassten Gewindebereich hat, und einen unteren Teil aufweist, die beiden Teile in einer Längsführung gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, zwischen den beiden Teilen eine interne Druckfeder angeordnet ist, die die beiden Teile in die Position eines Endanschlages innerhalb der Längsführung vorbelasten und der untere Teil ein Schraubgewinde hat, an dem ein Niederhalter, der in Kontakt mit einem Bauelement kommt, befestigbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Haltevorrichtung für elektronische Bauteile auf einer Leiterplatte vor und während eines Lötvorgangs.
Bestückungs- und Lötrahmen sind bekannt, sie werden zum maschinellen Löten von Elektronikbauteilen auf Leiterplatten benutzt. Verwiesen wird auf DE 35 26 534 C2, DE 35 25 537 C2, DE 81 30 039 U1 und DE 93 16 126 U1.
Für derartige Lötrahmen sind Lötmasken vorgesehen, die in die Lötrahmen eingesetzt werden. Sie haben Halteelemente, die mindestens einem elektronischen Bauteil zugeordnet sind und diese elastisch so zur Leiterplatte halten, dass das elektronische Bauteil nach dem Lötvorgang eine definierte Position, einschliesslich einer gewünschten Ausrichtung, einnimmt. Lötmasken dieser Art werden im folgenden als Haltevorrichtung bezeichnet.
Die Haltevorrichtungen sollen rasch umrüstbar sein, damit nach Ablauf des Lötvorgangs einer ersten Art von elektronischen Baugruppen rasch eine Umrüstung der Haltevorrichtung auf eine andere, zweite Art von Baugruppen erfolgen kann. Dabei soll die Haltevorrichtung so ausgebildet sein, dass für unterschiedliche elektronische Schaltungen unmittelbar die Halteelemente an den richtigen Positionen eingesetzt werden können, sodass den einzelnen Bauteilen, die eine Abstützung benötigen, rasch und einfach Halteelemente zugeordnet werden können.
Hier setzt nun die Erfindung ein. Sie hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Haltevorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der elektronische Bauelemente in unterschiedlichen Positionen friert werden können und rasch eine Umrüstung auf eine andere Art elektronischer Schaltung möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Haltevorrichtung für elektronische Bauteile auf einer Leiterplatte vor und während eines Lötvorgangs, mit einem Tragrahmen, mit Halteelementen und mit Niederhaltern, wobei der Tragrahmen eine Vielzahl von Gewindebohrungen aufweist und die Halteelemente einen oberen Teil, der einen den Gewindebohrungen angepassten Gewindebereich hat, und einen unteren Teil aufweist, die beiden Teile in einer Längsführung gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, zwischen den beiden Teilen eine interne Druckfeder angeordnet ist, die die beiden Teile in die Position eines Endanschlages innerhalb der Längsführung vorbelasten und der untere Teil ein Schraubgewinde hat, an dem ein Niederhalter, der in Kontakt mit einem Bauelement kommt, befestigbar ist.
Bei dieser Haltevorrichtung sind im Tragrahmen bereits ausreichend viele Gewindebohrungen vorgesehen, die vorzugsweise in einem Rastermass angeordnet sind, wie es üblicherweise bei Leiterplatinen Anwendung findet. Dadurch lassen sich an unterschiedlichsten Stellen die Halteelemente am Tragrahmen anbringen.
Die Halteelemente haben eine interne Druckfeder, die aufgrund ihrer Anordnung vor Verschmutzungen usw. geschützt ist. Dadurch wird vermieden, dass die Verschiebbarkeit der beiden Teile des Halteelementes gegeneinander irgendwie beeinträchtigt oder blockiert werden kann. Die beiden Teile der Halteelemente sind in einer Längsführung gegeneinander verschiebbar angeordnet, diese Längsführung wird durch die beiden Teile selbst gebildet. Es ist ein Anschlag vorgesehen, der verhindert, dass die Teile auseinandergezogen werden können. Auch in Gegenrichtung, gegen die Rückstellkraft der Feder, ist ein Anschlag vorgesehen. Die Halteelemente sind in der Lage, eine vorbestimmte Andruckkraft auf die einzelnen elektronischen Bauelemente auszuüben, denen sie zugeordnet sind. Die Haltevorrichtung kann von oben auf eine bestückte Leiterplatte aufgesetzt werden, die einzelnen elektronischen Bauelemente werden dann von den Halteelementen, insbesondere Niederhaltern, ergriffen und in die richtige Position gebracht. Auf diese Weise ist eine vollautomatische Fertigung auch hinsichtlich des Haltens der elektronischen Bauelemente erreichbar. Durch die Niederhalter können die elektronischen Bauelemente in unterschiedlichsten Positionen, Winkelausrichtungen usw. positioniert werden. Die elektronischen Bauelemente behalten ihre einmal vorgegebene Anordnung bei, sobald der Lötvorgang abgeschlossen ist. Die Halteelemente haben an ihren beiden Endbereichen ein Gewinde. Vorzugsweise hat der obere Teil ein Aussengewinde, das den Gewindebohrungen des Tragrahmens angepasst ist. Der untere Teil hat vorzugsweise ein Innengewinde. Wenn auch der Niederhalter mit einem Innengewinde ausgerüstet ist, kann über eine Madenschraube, also ein kurzes Stück Gewindestange, eine Verbindung in einfacher Weise erfolgen.
In bevorzugter Ausbildung ist zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil des Halteelements eine Verdrehsicherung vorgesehen. Diese ist vorzugsweise so ausgeführt, dass von einem Teil ein Stift vorspringt, der in ein Langloch des anderen Teils eingreift. Dadurch ist zugleich auch der Bewegungshub begrenzbar. Halteelemente mit Verdrehsicherung haben den grossen Vorteil, dass an ihnen befestigte Niederhalter sich nicht relativ zum Tragrahmen unterschiedlich einstellen können, also verdrehen können. Für drehsymmetrische Niederhalter ist eine Verdrehsicherung nicht notwendig, wohl aber für Niederhalter mit einer gewünschten Ausrichtung, beispielsweise einer Schulter, einer Schräge usw..
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ein Niederhalter vorgesehen, der von mehr als einem Halteelement getragen wird. Diese Ausbildung eignet sich insbesondere für eine Vielzahl von genau zu positionierenden elektronischen Bauelementen, beispielsweise eine Zeile Leuchtdioden. Der Niederhalter stellt sicher, dass die einzelnen Bauelemente ihre exakte Position einnehmen. Durch die mindestens zwei Halteelemente ist sichergestellt, dass der Niederhalter gut gegenüber dem Tragrahmen abgestützt ist, wobei eine grössere Entfernung zwischen den beiden Halteelementen eine präzise Positionierung des Niederhalters zur Folge hat. Eine derartige präzise Positionierung ist beispielsweise mit einem einzigen Halteelement, das eine Verdrehsicherung hat, im allgemeinen nicht zu erreichen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Gewindebohrungen des Tragrahmens durchgehende Bohrungen sind. Dies hat den Vorteil, dass von der dem Halteelement gegenüberliegenden Seite des Tragrahmens gearbeitet werden kann, beispielsweise ein Vielkantschlüssel angesetzt werden kann.
In bevorzugter Ausführung sind die Halteelemente in unterschiedlichen Gesamtlängen ausgeführt. Vorzugsweise werden zwei, drei oder vier unterschiedliche Gesamtlängen angeboten. Damit lässt sich den Erfordernissen einzelner Leiterplatten gut entsprechen.
Vorzugsweise gibt es auch Halteelemente mit Federn, deren Federstärken variieren. Dadurch können unterschiedliche Kräfte, die der Niederhalter auf ein elektronisches Bauelement ausübt, ausgewählt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übr igen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung in Form eines perspektivischen Montagebildes einer bestückten Leiterplatine, die in einem Lötrahmen angeordnet ist und der eine Haltevorrichtung nach der Erfindung zugeordnet ist,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Halteelementes nach der Erfindung,
Fig. 3 das Halteelement gemäss Fig. 2, jedoch sind nunmehr teilweise schnittbildlich, wodurch auch innenliegende Teile und Bearbeitungen kenntlich gemacht sind,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Halteelementes mit Verdrehsicherung,
Fig. 5 das Halteelement nach Fig. 4, nunmehr mit Darstellung des inneren Aufbaus, wie Fig. 3,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines länglichen Niederhalters mit zwei Halteelementen,
Fig. 7 ein Schnittbild eines Niederhalters mit Einfangtrichter,
Fig. 8 ein Schnittbild eines Niederhalters mit elastischem Kissen und
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Niederhalters mit einer Schrägfläche.
Ein Lötrahmen 20, wie er aus den eingangs genannten Vorveröffentlichungen bekannt ist und hier nur prinzipiell angedeutet ist, nimmt eine Leiterplatte 22, auch Platine genannt, auf, die ansich bekannt und auch hier nur angedeutet ist. Auf ihr befindet sich ein elektronisches Bauelement 24, das hier als Widerstand ausgeführt ist. Oberhalb und mit dem Lötrahmen verbindbar ist eine Haltevorrichtung angeordnet. Sie hat einen Tragrahmen 26, der mit dem Lötrahmen 20 in bekannter Weise lösbar verbindbar ist. Sie hat weiterhin ein Halteelement 28 und einen Niederhalter 30.
Der Tragrahmen 26 hat eine Vielzahl von Gewindebohrungen, die vorzugsweise in einem Raster angeordnet sind. Gezeigt ist in Fig. 1 als Beispiel nur eine einzige Gewindebohrung 32, die anderen sind baugleich ausgeführt. Die Gewindebohrungen 32 sind Durchgangsbohrungen, sie sind von beiden Seiten des plattenförmigen Tragrahmens 26 zugänglich.
Der Tragrahmen ist im Beispiel eine Platte, kann aber auch ein Gittergerüst, eine Anordnung von Stäben usw. sein. Aufgabe des Tragrahmens 26 ist es lediglich, die Gewindebohrungen 32 auszubilden und damit die Halteelemente 28 aufzunehmen.
Im folgenden wird näher auf die Halteelemente 28 eingegangen. Wie aus Fig. 1, aber auch aus den Fig. 2 bis 5 ersichtlich ist, haben sie ein oberes Teil 34 und ein unteres Teil 36. Beide Teile bilden eine Längsführung aus. Innerhalb der Längsführung können die beiden Teile 34, 36 über eine vorgegebene Strecke gegeneinander verschoben werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind beide Teile 34, 36 jeweils rund, sie sind Drehteile. Dies ist aber grundsätzlich nicht erforderlich, die Teile 34, 36 können beliebige Form haben, solange die Relativbewegung innerhalb der Längsführung möglich ist und die Befestigung am unteren und oberen Ende, auf die im folgenden eingegangen wird, realisiert ist.
Für die Befestigung hat das obere Teil 34 einen Gewindebereich 38, der hier als Aussengewinde ausgeführt ist und der der Gewindebohrung 34angepasst ist. Das untere Teil 36 hat ein Schraubgewinde 40, das hier als Innengewinde ausgeführt ist. Innerhalb des Gewindebereiches 38 befindet sich ein Innensechskant 42. Dadurch kann das Halteelement 28 bequem ein- und ausgeschraubt werden, das entsprechende Sechskantwerkzeug kann dabei von der Seite des Tragrahmens 26 angesetzt werden, die dem Halteelement 28 gegenüber liegt.
Zwischen dem oberen Teil 34 und dem unteren Teil 36 ist eine Druckfeder 44 vorgesehen, die hier als Schraubendruckfeder ausgebildet ist. Andere elastische Mittel, beispielsweise auch gummielastische Körper, sind möglich. Die Druckfeder 44 ist geschützt innerhalb des oberen Teil 34 untergebracht, sie ist von aussen nicht erkennbar. Auf diese Weise wird vermieden, dass Schmutz, Lötpartikel und dergleichen den Bewegungsbereich der beiden Teil 34, 36 gegeneinander beeinträchtigen können.
In das Schraubgewinde 40 des unteren Teils 36 wird eine Madenschraube 46 mit Innenvielkant eingeschraubt, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Sie wird nur soweit eingeschraubt, dass sie noch ausreichend weit aus dem unteren Teil 36 herausragt und so die Verbindung mit einem Niederhalter 30 ermöglicht. Dieser Niederhalter kann eine beliebige Form annehmen, hierzu wird noch im folgenden unter der Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 8 eingegangen werden. In Fig. 1 dargestellt ist ein im wesentlichen quaderförmiger Niederhalter, der in seinem oberen Bereich einen Gewindeabschnitt 50 hat, hier ausgeführt als Innengewinde. An seiner Unterfläche hat der Niederhalter eine V-förmige Rinne 52, die dem zur positionierenden und auszurichtenden elektronischen Bauelement 24 angepasst ist. Sie umgreift den Widerstand, der hier das elektronische Bauelement 24 darstellt, seitlich und positioniert und fixiert ihn, bis die Lötung erfolgt ist.
Die Ausbildung des Halteelementes 28, wie es im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eingesetzt ist, ist aus den Fig. 2 und 3 näher ersichtlich. Es wird erkennbar, dass das obere Teil 34 im wesentlichen eine Hülse ist, die oben mit dem Gewindebereich 38 abgeschlossen ist, der Innensechskant 42 ist in diesem Gewindebereich 34 innen ausgebildet. Im zylindrischen Innenraum ist die Druckfeder 44 angeordnet. Sie stützt sich an einer Schulter des oberen Teils 34 ab.
Der zylindrische Innenraum ist nach unten offen, verjüngt aber in einer Stufe seinen Durchmesser. Dort wird das untere Teil 36 aufgenommen, das nach unten vorragt. Auch dies ist ein Drehteil. Es endet oben in einem Tellerbereich, der in dem Zylinderraum grösserem Durchmesser positioniert ist und ein Herausziehen des unteren Teils 36 verhindert.
Von diesem Teller kann ein zentrischer Stift nach oben vorspringen, der mechanisch den Weg des unteren Teils nach oben begrenzt. Es kann aber auch auf einen derartigen Stift verzichtet werden und die Bewegung der beiden Teile 34, 36 zueinander dadurch begrenzt werden, dass die Druckfeder 44 vollständig komprimiert ist.
Das untere Teil 36 hat das Schraubgewinde 40, in das eine beliebige Schraube, beispielsweise die Madenschraube 46, eingeschraubt werden kann.
Das Halteelement 28 gibt es in unterschiedlichen Gesamtlängen, ebenso die Feder 44 in unterschiedlichen Federstärken. Das untere Teil 34 ragt nur soweit aus dem oberen Teil 34 nach unten vor, wie an Länge des Führungsbereiches der Längsführung Bedarf besteht oder sogar weniger als der Weg der Längsführung. Typischerweise liegt der Aussendurchmesser des inneren Teils zwischen 4 und 5 mm, der Aussendurchmesser des äusseren Teils zwischen 6 und 7 mm. Die anderen Abmessungen ergeben sich aus der Zeichnung anhand dieser Angaben.
Das Halteelement 28, wie bisher beschrieben, ermöglicht keine Verdrehsicherung. Das untere Teil 36 kann gegenüber dem oberen Teil 34 verdreht werden. Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 hat eine Verdrehsicherung. Eine derartige Verdrehsicherung ist beispielsweise bei dem Einsatz gemäss Fig. 1 notwendig, jedenfalls gewünscht, weil sichergestellt werden muss, dass die Rinne 52 immer in derselben Ausrichtung zu einer Randlinie des Tragrahmens 26 steht.
Für die Verdrehsicherung kommen mehrere Möglichkeiten in Betracht, beispielsweise genügt es, die beiden Teile 34, 36 im Bereich ihrer Längsführung unrund zu gestalten. Die Verdrehsicherung im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 verwendet einen Stift 54, der weg vom unteren Teil 36 nach aussen vorspringt und in ein Langloch 56 greift, das parallel zur Längsführung verläuft.
Im folgenden wird nun auf den Niederhalter 30 im Einzelnen eingegangen. Fig. 6 zeigt eine Ausführung eines quaderförmigen, relativ länglichen Bauteils. Es wird von zwei Niederhaltern 30 gemäss Fig. 2 und 3 getragen, die parallel zueinander gerichtet sind. Der Niederhalter 30 hat an seiner Unterfläche eine Vielzahl von einzelnen Bohrungen 58, die entsprechende Bauteile positionieren, beispielsweise wird eine Zeile von Leuchtdioden positioniert.
Der Niederhalter nach Fig. 7 ist ein Drehteil, er hat eine trichterförmige Zentrierung 59 an seiner Unterseite. Dadurch lassen sich grössere Bauelemente, wie beispielsweise Elektrolytkondensatoren positionieren und zentrieren.
Der Niederhalter nach Fig. 7 verwendet ein elastisches Kissen 60, mit dem er auf dem zu fixierenden Bauelement aufliegt.
Der Niederhalter nach Fig. 9 hat eine Schräge 62, die bewirkt, dass ein elektronisches Bauelement in diese Schräge gedrückt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise ein grösseres Bauteil schräg positioniert werden, um zu vermeiden, dass es im Bewegungsbereich eines anderen Teils ist.

Claims

1. Haltevorrichtung für elektronische Bauteile auf einer Leiterplatte (22) vor und während eines Lötvorgangs, mit einem Tragrahmen (26), mit Halteelementen (28) und mit Niederhaltern (30), wobei der Tragrahmen (26) eine Vielzahl von Gewindebohrungen (32) aufweist und die Halteelemente (28) einen oberen Teil, der einen den Gewindebohrungen (32) angepassten Gewindebereich hat, und einen unteren Teil (36) aufweist, die beiden Teile in einer Längsführung gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, zwischen den beiden Teilen (34, 36) eine interne Druckfeder (44) angeordnet ist, die die beiden Teile (34, 36) in die Position eines Endanschlages innerhalb der Längsführung vorbelasten und der untere Teil (36) ein Schraubgewinde (40) hat, an dem ein Niederhalter (30), der in Kontakt mit einem Bauelement (24) kommt, befestigbar ist.

2. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubgewinde (40) des unteren Teils (36) ein Innengewinde ist.

3. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem oberen Teil (34) und dem unteren Teil (36) des Halteelements (28) eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, insbesondere von einem Teil ein Stift vorspringt, der in ein Langloch (56) des anderen Teils eingreift.

4. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (34, 36) im wesentlichen zylindrisch ausgeführt sind.

5. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Teil (34) das untere Teil (36) zumindest teilweise übergreift.

6. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Niederhalter (30) aufweist, der mit mehr als einem Halteelement (28) verbindbar ist.

7. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gewindebereiches des oberen Teils (34) ein Innenvielkant ausgebildet ist.

8. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebohrungen (32) des Tragrahmens (26) durchgehende Bohrungen sind.

9. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (28) in unterschiedlichen Gesamtlängen ausgeführt sind.

10. Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (30) eine Zentrieröffnung, eine Schräge (62) und/oder ein elastisches Kissen (60) aufweist.