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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
einer Leiterplattenanordnung mit wenigstens einer Trägerplatte
aus elektrisch isolierendem Material.
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Leiterplatten bzw. Leiterplatinen
weisen üblicherweise
eine oder mehrere zu einem Plattenpaket übereinandergestapelte Trägerplatten
aus elektrisch isolierendem Material auf. Die Trägerplatten sind ihrerseits
ein- oder auch beidseitig mit Leiterbahnen versehen, mittels derer
elektrische Signale von daran angeordneten elektronischen Bauteilen übertragen werden.
Um elektrische Signale auch quer durch die jeweiligen Trägerplatten übertragen
zu können,
sind in den Trägerplatten üblicherweise
elektrische Querverbindungen ausgebildet.
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Solche Querverbindungen werden z.
B. dadurch hergestellt, dass in die jeweilige Trägerplatte Löcher gebohrt werden, in welche
unter Herstellung der Querverbindung dann elektrisch leitendes Material
eingebracht wird. So wird z. B. die Wandung der Bohrlöcher mit
einer Kupferschicht versehen und/oder die Bohrlöcher mit einer Metallpaste
ausgefüllt.
Das Bohren der Löcher
stellt sich jedoch aufwendig dar, da in der Regel hunderte von Löchern mit einem
Durchmesser von wenigen zehntel Millimeter zu erstellen sind, wofür hochspezielle
und damit teure Bohrvorrichtungen erforderlich sind. Ferner sind die
Bohrungen vor dem Einbringen des elektrisch leitfähigen Materials
auch in der Regel durch chemische Reinigungsverfahren von Bohrrückständen zu
säubern.
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Aus der
DE 100 62 840 A1 ist es
bekannt Durchkontaktierungen von flexiblen Leiterplatten dadurch
herzustellen, dass ein jeweiliges Kunststoffsubstrat mit einer Spitze
durchstochen wird und das dadurch erzeugte Loch im Substrat mit
einem leitfähigen
Klebematerial ausgefüllt
wird.
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Aus der
DE 694 19 219 T2 ist es
bekannt, elektrische Verbindungen durch eine Isolierplatte hindurch
dadurch herzustellen, dass eine Aluminiumplatte mit elektrisch leitenden
Ausbuchtungen versehen wird, indem stellenweise Aluminiumpaste auf
die Platte aufgebracht und ausgehärtet wird, und dass daraufhin
die Aluminiumplatte auf die Isolierplatte gepresst wird, wobei die
Ausbuchtungen zur Kontaktierung einer auf der anderen Seite der
Isolierplatte angeordneten Kupferschicht durch die Isolierplatte durchgedrückt werden.
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Durch die Erfindung werden ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung mit
wenigstens einer Trägerplatte
aus elektrisch isolierendem Material geschaffen, mit welchen in
einfacher und schneller Weise und damit insgesamt kostengünstig elektrisch
leitende Querverbindungen durch die jeweilige Trägerplatte hindurch erstellbar
sind.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung mit wenigstens einer
Trägerplatte
aus elektrisch isolierendem Material wird wenigstens eine elektrisch
leitende Querverbindung durch wenigstens eine Trägerplatte hindurch dadurch
erstellt, dass ein die Querverbindung bildender elektrisch leitender
Stift, dessen Länge
wenigstens der Dicke der Trägerplatte
entspricht, quer zur Trägerplatte
derart in die Trägerplatte
eingeschossen wird, dass der Stift die Trägerplatte durchdringt und seine
Längsenden
an den Plattenflächen der
Trägerplatte
freigelegt sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung
einer Leiterplattenanordnung mit wenigstens einer Trägerplatte
aus elektrisch isolierendem Material, hat eine Halteeinrichtung
zum Halten von wenigstens einer Trägerplatte und eine Schießeinrichtung
mit wenigstens einer pneumatischen Schießvorrichtung zum Erstellen
wenigstens einer elektrisch leitenden Querverbindung durch wenigstens
eine Trägerplatte
hindurch durch Einschießen
eines elektrisch leitenden Stifts in die Trägerplatte auf.
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Das Einschießen der Stifte gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist schnell und unkompliziert durchzuführen, wobei zusätzliche
Bohrschritte, Bohrungsreinigungsschritte und Entsorgung von chemischem
Reinigungsmaterial entfallen. Das Verfahren kann ferner mit einer
Vorrichtung einfachen Aufbaus, wie zum Beispiel der vorangehend
genannten, erfindungsgemäßen Vorrichtung,
durchgeführt werden.
Der einfache Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich
hierbei auch insbesondere daraus, dass sie mit einer geringen Anzahl
an Komponenten auskommt.
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Als Trägerplatte kann eine wie bisher
in der Leiterplattentechnik übliche
Kunststoffplatte, wie z. B. eine Epoxydharzplatte, herangezogen
werden. Beim Eindringen des Stifts in die Trägerplatte wird deren Material
an der Einschießstelle
durch den Stift verdrängt
und zumindest teilweise derart elastisch verformt, dass der Stift
nach dem Einschießen
fest in der Trägerplatte
aufgenommen ist. Somit wird für
die Erstellung der Querverbindung nur ein einziger Herstellungsschritt
benötigt,
nämlich
das Einschießen des
Stifts, was insgesamt, insbesondere hinsichtlich einer Massenherstellung,
eine erhebliche Zeit- und damit Kostenersparnis mit sich bringt.
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Um zu vermeiden, dass sich der Stift
beim Durchdringen der Platte verformt, wodurch er ggf. teilweise
nicht eng genug am Plattenmaterial anliegen würde, ist das Stiftmaterial
bevorzugt wesentlich härter
als das Trägerplattenmaterial
ist. Als Stiftmaterial kommt hierbei insbesondere Metallmaterial,
wie insbesondere Kupfer, aber auch Stahl oder Aluminium, und jeweils
Legierungen daraus in Frage. Der Stift kann hierbei als reiner,
massiver Metallstift ausgebildet sein. Der Stift kann aber auch
aus einem ohmschen Widerstandsmaterial ausgebildet sein. Des Weiteren kann
in den Stift ein oder mehrere elektronische Bauteile integriert
sein, oder der Stift kann aus Halbleitermaterial sein oder Halbleitermaterial kann
im Stift vorgesehen sein. Auf diese Weise können dem Stift unterschiedliche
elektronische Funktionen zugeordnet werden, wodurch die von ihm
erreichte elektrische Verbindung weit über eine einfache Stromleitung
hinausgeht. Damit kann die Funktionsbauteildichte der Leiterplattenanordnung
weiter erhöht
werden.
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Der Stift hat bevorzugt entweder
eine zylindrische, wie insbesondere kreiszylindrische Form oder verjüngt sich
ausgehend von seinem in Schussrichtung nachlaufenden Ende zum in
Schussrichtung vorlaufenden Ende.
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Indem nach dem Einschießen des
Stifts in die Trägerplatte
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
an der Einschießstelle
kein nach außen
offenes Loch verbleibt, braucht auch eine Lochverfüllung als
Nachbearbeitungsschritt nicht zu erfolgen, wodurch die erfindungsgemäße Erstellung
einer Querverbindung weitergehend zeit- und damit kostensparend
ist.
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Im Falle der Erstellung einer Querverbindung,
die sich in einer Leiterplattenanordnung über mehr als eine Trägerplatte
geradlinig erstreckt, kann aus Gründen der Zeitersparnis diese
Querverbindung in nur einem einzigen Herstellungsschritt erfindungsgemäß erstellt
werden. Hierbei wird ein Stift quer in die Trägerplatten, die übereinandergestapelt bereitgestellt
sind, derart eingeschossen, dass der Stift die Trägerplatten
vollständig
durchdringt. Dabei ist es notwendig, dass die Länge des Stifts wenigstens der
Gesamtdicke der übereinandergestapelten Trägerplatten
und der ggf. zwischen diesen angeordneten leitfähigen Schichten entspricht.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich die
Stifte zur Herstellung der jeweiligen Querverbindungen durch die
bloße,
das heißt
bislang nicht mit einer leitenden Schicht versehene, Trägerplatte
hindurchzuschießen
und erst anschließend
ein- oder beidseitig der Trägerplatte
auf dieser eine leitfähige
Schicht vorzusehen, z. B. durch Aufwalzen einer Metall- wie insbesondere
einer Kupferfolie oder durch Aufgalvanisieren einer Metall- wie
insbesondere einer Kupferschicht. Aus dieser Metallschicht werden
dann die Leiterbahnen ausgebildet, und zwar insbesondere durch Ätzprozesse.
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Bevorzugt ist gemäß der Erfindung die Trägerplatte
bereits zumindest auf einer Seite mit einer wie oben erwähnten, elektrisch
leitfähigen
Schicht versehen, aus welcher bereits Leiterbahnen ausgebildet sein
können,
welche aber bevorzugt als durchgehende Schicht vorgesehen ist, aus
welcher erst noch Leiterbahnen herauszuformen sind.
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Bei einer lediglich auf der einen
Plattenfläche mit
einer leitenden Schicht bzw. mit Leiterbahnen versehenen Trägerplatte,
wird der jeweilige Stift gemäß der Erfindung
bevorzugt von der anderen Plattenfläche her wenigstens bis in den
elektrisch leitenden Kontakt mit der leitenden Schicht bzw. der
jeweiligen Leiterbahn auf der einen Plattenfläche in die Trägerplatte
eingeschossen. Somit trifft der Stift von innen der Trägerplatte
her auf die leitende Schicht bzw. die entsprechende Leiterbahn.
Dies ist vorteilhaft, da die leitende Schicht bzw. die entsprechende
Leiterbahn durch den Stift bei Ausbildung des elektrisch leitenden
Kontakts nicht zu durchstoßen
werden braucht, wodurch eine Beschädigung der Schicht bzw. der entsprechenden
Leiterbahn sicherer verhindert ist. Bei dieser Vorgehensweise ist
als Unterlage für
die Trägerplatte
nur eine einfache ebene Auflage vorzusehen, von welcher verhindert
wird, dass die leitfähige
Schicht beim Auftreffen des Stifts von der Trägerplatte abgehoben wird.
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Der elektrisch leitende Kontakt zwischen dem
Stift und der Schicht bzw. der jeweiligen Leiterbahn kann lediglich
in Form eines Berührungskontakts
erfolgen. Bevorzugt ist allerdings, dass der Stift beim Einschießen auf
die Schicht bzw. die entsprechende Leiterbahn mit derart großer Wucht
auftrifft, dass mit seinem Aufprall auf die Schicht bzw. auf die jeweilige
Leiterbahn eine stoffschlüssige
Verbindung zwischen Schicht/Leiterbahn und Stift erzielt wird, wie
z. B. von der Art einer Kaltschweißverbindung. Diese Art der
Kontaktierung ist derart mechanisch robust und hat einen bereits
derart ausreichend geringen elektrischen widerstand, dass ein Nachbearbeiten
der Kontaktstelle, z. B. durch anschließendes Aufgalvanisieren von
Metall an der Kontaktstelle, überflüssig ist.
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Gemäß der Erfindung ist es aber
auch möglich,
den jeweiligen Stift durch die Metallschicht durchzuschießen, wobei
dann auch von der mit der leitenden Schicht versehenen Seite her
eingeschossen werden kann.
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Letzteres ist insbesondere sowieso
erforderlich, wenn die Trägerplatte
auf beiden Plattenflächen jeweils
mit einer leitenden Schicht bzw. mit Leiterbahnen bedeckt ist. Hierbei
kann der Stift dann an die andere leitende Schicht von innen her
angeschossen (wie oben beschrieben) oder durch diese ebenfalls hindurchgeschossen
werden.
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Erfindungsgemäß entspricht die Länge des Stifts
wenigstens der Dicke der Trägerplatte.
Bevorzugt ist allerdings, dass die Länge des Stifts länger als
die Dicke der Trägerplatte
ist und der Stift derart in die Trägerplatte eingeschossen wird,
dass der Stift mit seinem in Schießrichtung gesehen nachlaufenden
Ende, falls die Trägerplatte
lediglich an der einen Plattenfläche
mit einer leitenden Schicht bzw. mit Leiterbahnen bedeckt ist, über die
andere Plattenfläche oder,
falls die Trägerplatte
an beiden Plattenflächen jeweils
mit einer leitenden Schicht bzw. mit Leiterbahnen bedeckt ist, über die
vom Stift durchstoßene Schicht
bzw. Leiterbahn vorsteht. Dadurch wird erreicht, dass der Stift
an seinem vorstehenden Ende gegebenenfalls weiterbearbeitbar ist
und von außerhalb
der Trägerplatte
gut kontaktierbar ist.
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Vorstehendes Stiftmaterial kann beispielsweise
mit Hilfe eines Schlagwerkzeugs zu einem Nietkopf verbreitert werden.
Dadurch wird erreicht, dass der Stift nicht in Schießrichtung
durch die Trägerplatte
gedrückt
werden kann. Falls die Trägerplatte
an beiden Plattenflächen
jeweils mit einer leitenden Schicht bzw. mit Leiterbahnen versehen
ist, wird ferner erreicht, dass der elektrische Kontakt zwischen
dem Stift und der durchstoßenen
Schicht bzw. der entsprechenden durchstoßenen Leiterbahn verbessert
wird.
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Es ist auch denkbar den jeweiligen
Stift auf beiden Plattenseiten vorstehen zu lassen und an beiden
Stiftenden einen Nietkopf auszubilden, wodurch der Stift zum einen
sicher in der Platte verankert ist und zum anderen ein besserer
elektrischer Kontakt mit der zugeordneten leitfähigen Schicht erzielbar ist, als
wenn der Stift durch diese hindurch ragte.
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Zur Ausbildung eines Nietkopfes ist
es nach einer Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass das vorstehende Stiftmaterial an
der Schicht bzw. an der entsprechenden Leiterbahn, auf die das in
Schießrichtung
vorauslaufende Ende des Stifts von innen der Trägerplatte her trifft, im Zuge
des Einschießens
des Stifts unter Ausbildung eines Nietkopfs verbreitert wird. Die
Ausbildung des Nietkopfs kann hierbei beispielsweise durch Gegenhalten
an der Einschießstelle
mit Hilfe eines Gesenkwerkzeugs erreicht werden. Hierbei tritt der
Stift nach dem Durchstoßen
der leitfähigen
Schicht bzw. der Leiterbahn in eine Mulde in der Unterlage (=Gesenkwerkzeug)
ein, deren Tiefe kleiner ist als die Länge des vorstehenden Stiftstücks, so
dass letzteres sich der Form der Mulde anpasst und dadurch verbreitert wird.
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Im Falle dass die Kontaktstifte durch
die leitfähige
Schicht hindurchgeschossen werden und von dieser hervorstehen, kann
die Trägerplatte
wahlweise auch mit einem elektrisch leitenden Material zusatzbeschichtet
werden, zumindest in jenem Bereich der Trägerplatte, in welchem Stifte
vorliegen.
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Dadurch wird eine noch bessere elektrische Verbindung
zwischen dem jeweiligen Stift und der elektrisch leitenden Schicht
erreicht.
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Der jeweilige Stift kann an beiden
Enden stumpf ausgebildet sein. Nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Stift an seinem in Schießrichtung nachlaufenden Ende
verjüngt, insbesondere
zugespitzt vorgesehen, wobei der Stift hierbei derart eingeschossen
wird, dass dieses nachlaufende Ende von der Trägerplatte vorsteht. Das spitze,
vorstehende Ende der Stifte bietet, wie später noch im Detail beschrieben,
Vorteile hinsichtlich des Verpressens von mehreren Trägerplatten
zu einem Plattenpaket. Die spitzen Stiftenden eignen sich nämlich gut
dazu, um unmittelbar durch das Verpressen der Trägerplatten mit Kontaktstellen
der gegenüberliegenden
Trägerplatte
eine elektrische Verbindung zu erzielen, indem sie in diese Kontaktstellen gepresst
werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird
die Trägerplatte
während
des Einschießvorgangs
beheizt, sodass sie etwas erweicht, wodurch die Stifte einfacher
durch sie hindurch dringen können.
Dies ist insbesondere bei z. B. aus Harzgemischen gebildeten Trägerplatten
möglich.
Das Beheizen kann hierbei z. B. einfach mit einer beheizten Auflage
erfolgen. Im Falle des Erweichens und erneuten Erhärtens der
Platte werden die Stifte geradezu mit in die Platte eingegossen,
wodurch eine noch festere mechanische Verbindung erzielt wird.
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Die Stifte können z. B. bereits vorgefertigte, einzelne
Stücke
sein, die einzeln oder aus einem Magazin einer Schießvorrichtung
zugeführt
werden. Bevorzugt werden die Stifte im Rahmen des Schussvorgangs
vor dem Einschießen
in die Trägerplatte
von Strangmaterial abgetrennt. Dies hat den Vorteil, dass die Schießvorrichtung
in einfacher Weise mit sehr großem
Schussmaterialvorrat ausgestattet werden kann. Das Strangmaterial
ist entsprechend dem oben genannten Stiftmaterial vorgesehen.
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Der Stift kann gemäß der Erfindung
einfach drallfrei in die Trägerplatte
geschossen werden. Nach einer anderen Ausführungsform wird der Stift beim Einschießen mit
Drall um seine Längsachse
versehen. Dadurch wird erreicht, dass am Stift beim Durchdringen
der Trägerplatte
aufgrund von Reibung eine hohe Wärmeentwicklung
entsteht, wodurch das Trägerplattenmaterial
lokal schmelzen kann und dadurch der Stift leichter in die Trägerplatte
eindringen kann. Außerdem
verbessert der Drall des Stifts die Ausbildung der Schweißverbindung
zwischen dem Stift und der Schicht bzw. der entsprechenden Leiterbahn,
wenn der Stift beim Einschießen
von innen der Trägerplatte
her auf die Schicht bzw. die entsprechende Leiterbahn trifft. Der
Drall gibt dem Stift auch eine Eigenstabilität hinsichtlich seiner Schussbahn beim
Verlassen der Schießvorrichtung.
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Erfindungsgemäß kann der Stift eine glatte Oberfläche haben.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
weist die Oberfläche
des Stifts mindestens eine schraubenförmige Umfangsrille auf, so
dass der Stift beim Verlassen der Schießvorrichtung und beim Eindringen
in die Trägerplatte
mit Drall um seine Längsrichtung
versehen wird.
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Gemäß der Erfindung wird vorteilhaft
bereits unmittelbar nach dem Einschießen des Stifts eine Prüfung der
Qualität
der elektrisch leitenden Querverbindung durchgeführt, bevor mit derselben Schießvorrichtung
der nächstfolgende
Stift eingeschossen wird. Dadurch wird erreicht, dass sofort nach
Fertigstellung einer Querverbindung deren Qualität überprüft wird, wodurch sich die Möglichkeit der
sofortigen Nachbearbeitung oder der sofortigen Aussonderung der
Trägerplatte
als Ausschuss ergibt. Ferner können
fehlerhafte Querverbindungen zu einem möglichst frühen Zeitpunkt erkannt werden
und eine Trägerplatte
muss nicht erst komplett hergestellt werden, bevor eine Aussonderung
als Ausschuss vorgenommen werden kann.
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Falls eine Leiterplattenanordnung
mit mindestens zwei Trägerplatten
hergestellt wird, werden bevorzugt jeweilige mit den erforderlichen
elektrisch leitenden Querverbindungen versehene Trägerplatten
unter Ausbildung einer Leiterplattenanordnung miteinander verpresst.
Hierbei wird gemäß der Erfindung
bevorzugt derart vorgegangen, dass einseitig mit elektrisch leitendem
Material beschichtete Trägerplatten
herangezogen werden, durch diese die Stifte derart durchgeschossen
werden, dass sie auf der nicht beschichteten Plattenfläche hervorstehen und
dort bevorzugt zugespitzt sind, wobei dann beim Verpressen jeweils
jene Plattenflächen
der Trägerplatten,
die mit einer leitenden Schicht versehen sind, und jene Plattenflächen, die
nicht mit einer leitenden Schicht versehen sind, einander zugewandt
sind. Mit dem Verpressen der Trägerplatten
werden dann elektrische Verbindungen zwischen den hervorstehenden
Stiften und dem diesen jeweils zugewandten, elektrisch leitenden
Schichtmaterial erzielt. Vor dem Verspressen wird allerdings aus
dem leitenden Schichtmaterial die Leiterbahnstruktur ausgeformt. Als
Abschluss eines solchen Trägerplattenpakets
ist bevorzugt eine beidseitig mit einer elektrisch leitfähigen Schicht
versehene Trägerplatte
vorgesehen sein.
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Falls die Trägerplatten jeweils entweder
auf einer der beiden Plattenflächen
oder auf beiden Plattenflächen
mit Leiterbahnen bedeckt sind und mit den erforderlichen elektrisch
leitenden Querverbindungen versehenen sind, werden die Trägerplatten
bevorzugt auch derart verpresst, dass eine erste Trägerplatte,
die auf beiden Plattenflächen
Leiterbahnen aufweist, und die anderen Trägerplatten, die lediglich an
der einen Plattenfläche
Leiterbahnen aufweisen, derart gestapelt, dass diese Plattenflächen der
anderen Trägerplatten
der einen Trägerplatte
abgewandt angeordnet sind. Da sich dadurch keine Leiterbahnen im
Inneren der Leiterplattenanordnung beim Stapeln der Trägerplatten
berührend
kreuzen, sind zusätzliche
Isolierschichten zwischen den einzelnen Trägerplatten zur Vermeidung von
Kurzschlüssen nicht
notwendig. Wie oben erläutert
können ggf.
zugespitzte Stiftenden dazu beitragen, dass beim Verpressen der
Trägerplatten
ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen den freiliegenden Stiftenden
und den ihnen beim Verpressen zugewandten Leiterbahnen erreicht
wird.
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Die erfindungsgemäßen pneumatischen Schießvorrichtungen
zum Erstellen von Querverbindungen durch Trägerplatten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
relativ zur Halteeinrichtung feststehend sein. Bevorzugt ist, dass
eine Bewegungseinrichtung vorgesehen ist, von welcher die Schießvorrichtungen
wenigstens zweidimensional, vorzugsweise dreidimensional, geführt relativ
zur Halteeinrichtung bewegbar sind. Damit können automatisch gesteuert
die Schießvorrichtungen
sehr schnell und sehr genau zu den vorgesehenen Einschießstellen
an der Trägerplatte
bewegt werden. Bevorzugt ist hierbei der Einsatz mehrerer Schießvorrichtungen,
die unabhängig
voneinander gesteuert über
der Trägerplatte
bewegbar sind, so dass mehrere Querverbindungen gleichzeitig erstellt
werden. Die Verwendung von Strangmaterial als Stiftausgangsmaterial
bietet hierbei auch den Vorteil, dass die Vorrichtung je nach Bedarf
die gewünschte Stiftlänge bereitstellt,
um z. B. Stiftverbindungen durch eine oder mehrere Platten zu erzielen.
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Zum Abtrennen der Stifte vom Strangmaterial
sind verschiedene Abtrennwerkzeuge denkbar. Bevorzugt ist gemäß der Erfindung
eine Trennzange als Abtrennwerkzeug. Der Vorteil des Einsatzes der Trennzange
ist, dass sie mechanisch einfach aufgebaut und robust ist. Die Trennzange
wird vorteilhaft auch für
den Vorschub des Strangmaterials verwendet, indem sie das Strangmaterial
zunächst
nur leicht ergreift, um es dem pneumatischen Schussmechanismus zuzuführen, worauf
sie dann das Strangmaterial abschneidet.
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In den Vorschub von Strangmaterial
ist bevorzugt eine Schneideinrichtung, wie z. B. eine Schneidkluppe,
eingeschaltet, welche in das Strangmaterial eine schraubenförmige, d.h.
gewindeförmige,
Rille mit hoher Steigung einschneidet. Die Rille bewirkt beim nachfolgenden
Schuss des zugehörigen
Stifts wie oben erwähnt,
dass der Stift eine Rotation um seine Längsachse erfährt.
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Die Stiftausführöffnung der Schießvorrichtung
kann eine glatte Innenwandung haben. Bevorzugt ist, dass die Stiftausführöffnung an
ihrer Innenwandung mindestens eine schraubenförmige Umfangsrille aufweist,
so dass der Stift beim Passieren der Stiftausführöffnung mit Drall um seine Längsrichtung
versehen wird. Damit wird erreicht, dass der Stift mit einer schraubenförmigen Bewegung
die Trägerplatte
und gegebenenfalls deren Schichten durchdringen kann.
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Die jeweilige Schießvorrichtung
ist bevorzugt an ihrem der Leiterplattenanordnung zugewandten Ende
mit einem elektrischen Prüfkontaktabschnitt versehen,
der im Anschluss an das Einschießen des Stifts an diesen herangeführt werden
kann, um die elektrische Verbindung bzw. ihre elektrische Funktion zu
prüfen.
Vorteilhaft ist, wenn die Schießvorrichtung einfach
derart metallisch ausgebildet ist, dass die Prüfung durchführbar ist, ohne dass die Schießvorrichtung
noch eine größere Bewegung
erfahren muss. Hierzu kann beispielsweise einfach die Wandung, der
Stiftausführöffnung sowie
sich daran anschließende
Komponenten aus Metall sein. Um auf der anderen Seite der Schießvorrichtung
einen Prüfkontakt
mit dem durchgeschossenen Stift zu erzielen, kann beispielsweise
einfach die Trägerplattenauflage
der Trägerplattenhalterung
metallisch sein.
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Nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Schießvorrichtung
ist die Wandung der Druckkammer in einem Druckzylinder aus elektrisch
leitendem Material ausgebildet, so dass mit dem Druckzylinder und
einer daran angeschlossenen Prüfeinrichtung
nach dem Einschießen
des Stifts die Prüfung
der Qualität
der jeweiligen Querverbindung durchführbar ist, bevor der nächstfolgende
Stift eingeschossen wird. Dadurch wird erreicht, dass die Schießvorrichtung
auch zur Qualitätsprüfung einsetzbar
ist.
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Druckgas zum Antreiben der Schießvorrichtung
kann derart vorgewärmt
der Schießvorrichtung zugeführt werden,
dass sich auf Grund von Entspannungsvorgängen des Druckgases ein Einfrieren
der Schießvorrichtung
nicht einstellen kann. Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung ist die Schießvorrichtung
jedoch beheizbar ausgeführt,
z. B. mit einer elektrischen Heizung versehen, um ein derartiges
Einfrieren der Schießvorrichtung
unterbinden zu können.
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Die Halteeinrichtung ist nach einer
Ausführungsform
der Erfindung mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet, von welcher die Trägerplatten
beheizbar sind. Hierbei werden bevorzugt solche Trägerplatten verwendet,
deren Viskosität
durch Wärmezufuhr
herabsetzbar ist und welche nach anschließendem Erkalten wieder erhärten. Die
Heizung kann einfach in Form einer beheizbaren Auflage vorgesehen
sein; es können
aber auch auf die in der Halteeinrichtung gehaltene Trägerplatte
gerichtete Wärmestrahler,
wie z. B. Infrarotstrahler, vorgesehen sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1a bis 1c Schnittdarstellungen von
Momentaufnahmen des erfindungsgemäßen Einschießens eines
Stifts in eine Trägerplatte
zur Erstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Querverbindung,
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1d eine
Schnittdarstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung,
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1e eine
Schnittdarstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung,
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1f eine
Schnittdarstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung,
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1g eine
Schnittdarstellung einer fünften bevorzugten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung,
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1h eine
Schnittdarstellung einer sechsten bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung,
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2a und 2b Schnittdarstellungen von Etappen
der Herstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung,
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3 eine
Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schießvorrichtung,
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4a bis 4e Schnittdarstellungen von Etappen
der Erstellung der erfindungsgemäßen Querverbindung
mittels der bevorzugten Ausführungsform
aus 3 und
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5 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung.
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In den Figuren sind für gleiche
Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
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In 1a bis 1c sind Momentaufnahmen des erfindungsgemäßen Einschießens eines
Stifts 10 von oben her in eine Trägerplatte 1, die lediglich
an deren Unterseite 5 mit einem unteren Leiterbahnabschnitt 4 bedeckt
ist, zur Erstellung einer Querverbindung 3 gezeigt. Obwohl
in den 1a–1c aus Gründen der Übersicht nur das Anschießen des
Stifts 10 an einen fertig ausgebildeten Leiterbahnabschnitt 4 dargestellt
ist, ist von Vorteil die Stifte 10 an eine durchgehende,
elektrisch leitende Schicht anzuschießen und erst anschließend die
Leiterbahnen 4 auszubilden. In den 1a und 1b ist
der Stift 10 während
des Eindringens gezeigt, wobei die Bewegung des Stifts 10 jeweils
durch einen Pfeil angedeutet ist. Bei der in 1a gezeigten Momentaufnahme befindet
sich der Stift 10 von oben her kommend kurz vor der Trägerplatte 1.
Bei der in 1b gezeigten Momentaufnahme
ist der Stift 10 bis etwa zur Hälfte in die Trägerplatte 1 eingedrungen.
Bei der in 1c gezeigten
Momentaufnahme ist der Einschießvorgang
beendet und der Stift 10 steckt in der Trägerplatte 1 diese
vollständig
durchdringend. Der Einschießvorgang
wird dadurch beendet, dass der Stift 10 auf den unteren
Leiterbahnabschnitt 4 prallt, wobei der Stift 10 vollständig abgebremst
wird. Um beim Auftreffen des Stifts 10 zu Verhindern, dass
sich die Leiterbahn 4 bzw. die entsprechende leitfähige Schicht
von der Trägerplatte 1 löst, ist
eine nicht dargestellte Gegenhalter-Unterlage vorgesehen, auf der die
Trägerplatte 1 mit
ihrer leitfähigen
Schicht bzw. mit den daraus ausgebildeten Leiterbahnen 4 fest aufliegt.
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Die in 1c gezeigte
Ausführungsform
ist eine erste bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung 3.
Der Stift 10 hat in Schießrichtung gesehen ein nachlaufendes
Ende 11, das spitz ausgebildet ist. Ferner ist die Länge des Stifts 10 um
die Erstreckung des spitzen Endes 11 in Stiftlängsrichtung
länger
als die Trägerplatte
dick ist. Dadurch wird erreicht, dass der Stift 10 bei
vollständiger
Durchdringung der Trägerplatte 1 mit
seinem spitzen Ende 11 an der oberen Plattenfläche vorsteht,
wodurch der Stift 10 von oben her leicht mechanisch kontaktierbar
ist.
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Außerdem hat der Stift in Schießrichtung
gesehen ein vorlaufendes Ende 12, das stumpf ausgebildet
ist. Beim Einschießen
des Stifts 10 in die Trägerplatte 10 prallt
der Stift 10 mit seinem stumpfen Ende 12 mit großer Wucht
auf den unteren Leiterbahnabschnitt 4. Indem beim Aufprall
mit Hilfe des nicht gezeigten Gegenhalters am unteren Leiterbahnabschnitt 4 plan
gegengehalten wird, kann der Stift 10 den unteren Leiterbahnabschnitt 4 nicht durchstoßen. Somit
wird durch den Aufprall der Stift 10 an seinem stumpfen
Ende 12 gestaucht und zwischen dem Stift 10 und
dem unteren Leiterbahnabschnitt 4 wird eine elektrisch
leitende Schweißverbindung
ausgebildet. Dadurch, dass das vorlaufende Ende 12 stumpf
ausgebildet ist, wird die Schweißverbindung großflächig ausgebildet,
die somit einen geringen elektrischen Widerstand und eine hohe mechanische
Robustheit hat. Die Stifte haben i.d.R. einen Umfangsdurchmesser
von wenigen zehntel Millimeter, so dass sie, auch ohne am in Schussrichtung vorlaufenden
Ende angespitzt zu sein, das Material der Trägerplatte 1 beim Einschuss
seitlich verdrängen
können.
Die Stifte sind jedoch vorteilhaft auch am in Schussrichtung vorlaufenden
Ende zugespitzt.
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1d zeigt
eine zweite bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung 3,
die der in 1c gezeigten
ersten Ausführungsform ähnlich ist.
Die Trägerplatte 1 weist
im Gegensatz zur ersten Ausführungsform
eine Oberseite 8 auf, die mit einem oberen Leiterbahnabschnitt 7 bedeckt
ist. Bevorzugt ist auch hier die Leiterbahn 7 erst nach
dem Durchschießen
des Stifts 10 durch die leitende Schicht aus dieser auszubilden;
aus Gründen der Übersicht
ist jedoch nur der bereits fertig ausgebildete Leiterbahnabschnitt 7 dargestellt.
Beim Einschießen
des Stifts 10 in die Trägerplatte 1 durchstößt der Stift 10 mit
seinem stumpfen Ende 12 zuerst den oberen Leiterbahnabschnitt 7,
bevor er auf den unteren Leiterbahnabschnitt 4 unter Ausbildung
eines elektrisch leitenden Kontakts prallt. Im eingeschossenen Zustand
steckt der Stift 10 mit seinem spitzen Ende 11 im
oberen Leiterplattenabschnitt 7, wodurch ein elektrisch
leitender Kontakt zwischen dem oberen Leiterplattenabschnitt 7 und
dem Stift 10 ausgebildet ist. Somit ist der untere Leiterplattenabschnitt 4 über den
Stift 10 mit dem oberen Leiterbahnabschnitt 7 elektrisch
leitend verbunden. Die in 1d gezeigte
Querverbindung wird vorteilhaft auch dadurch erstellt, dass zunächst eine
Querverbindung wie in 1c gezeigt
erstellt wird und anschließend
die freiliegende Plattenfläche 8 mit
einem elektrisch leitfähigen
Material beschichtet wird, aus welchem die Leiterbahnen 7 ausgeformt
werden. Dies hat den Vorteil einer sichereren Kontaktierung der
spitzen Enden 11. Im Falle des Durchschießens der
Stifte 10 durch die Leiterbahnabschnitte 7 bzw. durch
deren Material, falls die Leiterbahnen 7 erst anschließend ausgebildete
werden, ist es ggf. erforderlich eine Zusatzbeschichtung der durchschossenen leitfähigen Materialschicht
vorzunehmen, um eine ausreichende Kontaktierung zwischen leitfähiger Schicht
und Stift 10 zu erzielen.
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Dadurch, dass die Erstreckung des
spitzen Endes 11 in Stiftlängsrichtung länger als
der obere Leiterbahnabschnitt 7 dick ist, steht die Spitze
des spitzen Endes 11 vom oberen Leiterbahnabschnitt 7 vor,
wodurch der Stift 10 von oben her leicht mechanisch kontaktierbar
ist.
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1e zeigt
eine dritte bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung 3,
die der in 1c gezeigten
ersten Ausführungsform ähnlich ist.
Der Stift 10 weist im Gegensatz zur ersten Ausführungsform
einen Nietkopf 16 auf, der vom unteren Leiterbahnabschnitt 4 vorsteht.
Die Ausbildung des Nietkopfs 16 kann z. B. dadurch bewerkstelligt
werden, dass im Gegensatz zur ersten Ausführungsform beim Einschießen des
Stifts 10 am unteren Leiterbahnabschnitt 4 nicht
plan gegengehalten wird, sondern am unteren Leiterbahnabschnitt 4 mit Hilfe
eines Gesenkwerkzeugs (nicht gezeigt) derart gegengehalten wird,
dass der Stift 10 beim Aufprall des unteren Leiterbahnabschnitts 4 diesen
durchstößt und am
stumpfen Ende 12 mittels des Gesenkwerkzeugs der Nietkopf 16 ausgebildet
wird. Damit wird erreicht, dass der Stift 10 mit dem unteren
Leiterbahnabschnitt 4 mechanisch und elektrisch leitend verbunden
ist. Außerdem
ist der Nietkopf 16 von unten her leicht mechanisch kontaktierbar.
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1f zeigt
eine vierte bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung 3,
die der in 1d gezeigten
zweiten Ausführungsform ähnlich ist.
Im Gegensatz zur zweiten Ausführungsform
wurde das spitze Ende 11 des Stifts 10 nach dem
Einschießen
des Stifts 10 in die Trägerplatte 1 derart
geplättet,
dass es in das beim Durchstoßen
des Stifts 10 des oberen Leiterbahnabschnitt 7 entstandenen
Lochs hineingedrückt
ist. Dadurch wird ein noch besserer Berührkontakt zwischen dem Stift 10 und
dem oberen Leiterplattenabschnitt 7 erreicht.
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1g zeigt
eine fünfte
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung 3,
die der in 1e gezeigten
dritten Ausführungsform ähnlich ist.
Im Gegensatz zur dritten Ausführungsform
wurde das spitze Ende 11 des Stifts 10 nach dem
Einschießen
des Stifts 10 in die Trägerplatte 1 derart
bearbeitet, dass an ihm ein Nietkopf ausgebildet ist. Dadurch wird
erreicht, dass der Stift 10 als Doppelniet ausgebildet
ist und somit in beide Längsrichtungen
in der Trägerplatte 1 verankert
ist.
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1h zeigt
eine sechste bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Querverbindung 3,
die der in 1f gezeigten
vierten Ausführungsform ähnlich ist.
Im Gegensatz zur vierten Ausführungsform
wurde der Abschnitt des spitzen Endes 11 des Stifts 10,
das vom oberen Leiterplattenabschnitt 7 vorsteht, nach
dem Einschießen
des Stifts 10 in die Trägerplatte 1 derart
bearbeitet, dass an ihm ein Nietkopf ausgebildet ist.
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In 2a ist
ein Stapel von sechs Trägerplatten 1 gezeigt,
der zu einer erfindungsgemäßen Leiterplattenanordnung
verpressbar ist. Die Trägerplatten 1 sind
mit allen erforderlichen Querverbindungen versehen. Die oberste
Trägerplatte 20 ist
an ihrer Oberseite 8 mit oberen Leiterbahnabschnitten 7 und an
ihrer Unterseite 5 mit unteren Leiterbahnabschnitten 7 ausgestattet.
Ferner sind die darunter liegenden Trägerplatten 21 jeweils
nur an ihrer Unterseite 5 mit unteren Leiterbahnabschnitten 4 ausgestattet. Dadurch
wird verhindert, dass sich im Stapel Leiterbahnabschnitte 4 und 7 zwischen
den einzelnen Trägerplatten 1 berührend kreuzen,
wodurch zwischen den einzelnen Trägerplatten 1 keine
zusätzlichen
Isolierschichten zur Kurzschlussvermeidung notwendig sind.
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Die Querverbindungen 3 der
oberen Trägerplatte 20 sind
gemäß der in 1f gezeigten vierten Ausführungsform
ausgeführt,
und die Querverbindungen 3 der darunter liegenden Trägerplatten 21 sind
gemäß der in 1c gezeigten ersten Ausführungsform
ausgeführt.
Die Stifte 10 der Querverbindungen 3 sind vertikal
fluchtend mit den ihnen zugeordneten, darüber liegenden unteren Leiterbahnabschnitten 4 angeordnet,
so dass die über
den Stiften 10 angeordneten unteren Leiterbahnabschnitten 4 von
den Stiften 10 mit deren spitzen Enden 11 kontaktierbar
sind.
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In 2b ist
der in 2b dargestellte
Stapel Trägerplatten 1 zu
einer Leiterplattenanordnung 2 verpresst gezeigt. Die spitzen
Enden 11 der Stifte 10 sind in die darüber liegenden,
unteren Leiterbahnabschnitte 4 der darüber liegenden Trägerplatten 1 eingedrückt. Dadurch
liegt ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Stiften 10 und
den darüber
liegenden unteren Leiterbahnabschnitten 4 der darüber liegenden
Trägerplatten 1 vor.
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Die in 2b rechts
angeordneten Stifte 10 der Leiterplattenanordnung 2 sind
unmittelbar übereinanderliegend
und zueinander vertikal fluchtend angeordnet. Dadurch wird erreicht,
dass diese Stifte 10 eine Querverbindungsreihe 14 bilden,
mittels derer die obere Trägerplatte 20 und
die untere Trägerplatte 25 elektrisch
leitend verbunden sind.
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Um das verpresste Plattenpaket nach 2 vor einem Auseinanderfallen
zu sichern, kann ein Stift (nicht gezeigt), dessen Länge größer als
die Dicke des Plattenpakets ist, durch das Plattenpaket insgesamt
hindurchgeschossen werden. Durch anschließendes Ausbilden von Nietköpfen an
den Enden dieses lediglich als Haltestift dienenden Stift kann das
Plattenpaket sicher zusammenhalten werden.
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In 3 ist
eine bevorzugte Ausführungsform
einer pneumatischen Schießvorrichtung 23 gemäß der Erfindung
zur Erstellung von Querverbindungen in Trägerplatten gezeigt.
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Die Schießvorrichtung 23 weist
eine Trennzange 24 auf, zu der Strangmaterial 22 (bevorzugter Durchmesser
0,2 mm bis 1 mm) über
eine Vorschubeinrichtung 26 geführt ist. Vom Strangmaterial 22 sind
mittels der Trennzange 24 Stifte 10 abtrennbar.
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Durch den Vorschub des Strangmaterials 22, der
mittels der Vorschubeinrichtung 26 steuerbar ist, ist die
Länge der
Stifte festlegbar. Dadurch kann je nach Dicke der zu beschießenden Trägerplatte
die erforderliche Länge
der Stifte gewählt
werden. Die Vorschubeinrichtung 26 kann z. B. ein elektrisch
angetriebenes Antriebsrad sein, das im Rollkontakt mit dem Strangmaterial
steht und dieses gesteuert antreibt. Außerdem kann die Vorschubeinrichtung 26 z. B.
eine Schneidkluppe sein, die unter Schneiden mindestens einer schraubenförmigen Umfangsrille
mit vorbestimmter Steigung in das Strangmaterial 22 dieses über die
Schneidgeschwindigkeit gesteuert antreibt. Mit Hilfe der dabei in
das Strangmaterial 22 geschnittenen Umfangsrille werden
dann die vom Strangmaterial abgetrennten Stifte beim Verlassen der
Schießvorrichtung
und beim Eindringen in die Trägerplatte
mit Drall versehen.
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Die Schießvorrichtung 23 weist
ferner einen Druckzylinder 28, der eine Druckkammer 30,
in dem die Trennzange 24 verschiebbar in Längsrichtung des
Druckzylinders 28 aufgenommen ist. In 3 ist die obere Position der Trennzange 24i der
Druckkammer 30 gezeigt. Außerdem weist der Druckzylinder 28 eine
Stiftausführöffnung 32 der
Vorschubeinrichtung 26 gegenüberliegend zum Ausführen der Stifte
aus dem Druckzylinder 28 in Längsrichtung des Druckzylinders 28 auf.
Durch diese Anordnung weist die Schießvorrichtung 23 eine
kompakte Bauweise auf, die flexibel auch bei beengten Platzverhältnissen einsetzbar
ist.
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Die Schießvorrichtung 23 weist
außerdem ein
Druckgaseintrittsventil 34, an dem eine Druckgasquelle
(nicht gezeigt) angeschlossen ist, zum Zuführen von Druckgas in der Druckkammer 30 auf. Das
Druckgaseintrittsventil 34 weist seinerseits eine Druckgaseintrittsöffnung 36 im
Druckzylinder 28 in dessen Radialrichtung und einen Kolben 38 auf,
der in Längsrichtung
des Druckzylinders 28 verschiebbar mit der Trennzange 24 gekuppelt
in der Druckkammer 30 aufgenommen ist. Der Kolben 38 und
die Trennzange 24 sind relativ zueinander so angeordnet,
dass der Kolben 38 die Druckgaseintrittsöffnung 36 nur
dann schließt,
wenn die Trennzange 24 nach oben verschoben ist, wie in 3 gezeigt. Ist dagegen die
Trennzange 24 nach unten verschoben, so ist die Druckgaseintrittsöffnung 36 nicht
mehr durch den Kolben 38 geschlossen und Druckgas strömt von der Druckgasquelle
durch die Druckgaseintrittsöffnung 36 in
die Druckkammer 30 des Druckzylinders 28. Im Kolben 38 sind
Durchgangslöcher 40 in
Längsrichtung
des Druckzylinders 28 vorgesehen, wodurch sich Druckgas
in der ganzen Druckkammer 30 des Druckzylinders 28 ausbreiten
kann.
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Im Druckzylinder 28 ist
eine Druckgasaustrittsöffnung 42 am
Austritt der Stiftausführöffnung 32 zum
Abführen
von Druckgas aus der Druckkammer 30 des Druckzylinders 28 vorgesehen.
Dadurch wird erreicht, dass erst an der Öffnungsmündung nach außen der
Stiftausführöffnung 32 der
Druckzylinder 28 von Druckgas entlüftet wird und dadurch Druckgas von
der Druckkammer 30 durch die Stiftausführöffnung 32 strömen kann.
In diesem Falle ist die Druckgasaustrittsöffnung 42 in Form
von Schlitzen ausgeführt,
die am austrittseitigen Stirnende des Druckzylinders 28 ausgehend
von dessen Stiftausführöffnung 32 radial
bis nach außen
verlaufen.
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Ferner weist der Druckzylinder 28 eine Trennzangenführung 44 zum Öffnen und
zum Schließen
der Trennzange 24 auf, wobei die Trennzangenführung 44 mit
der Trennzange 24 über
an der Trennzange 24 ausgebildete Profilführungen 46 gekuppelt ist.
Die Profilführungen 46 verlaufen
in Längsrichtung des
Druckzylinders derart konisch, dass, wenn wie in 3 gezeigt die Trennzange 24 in
der oberen Position ist, die. Trennzange 24 geöffnet ist.
Ist dagegen die Trennzange 24 in ihrer unteren Position
(nicht in 3 gezeigt),
so ist die Trennzange 24 geschlossen. Dabei nimmt der Öffnungsgrad
der Trennzange 24 mit deren Abstand zur Stiftausführöffnung 32 zu. Durch
entsprechenden Vorschub des Strangmaterials 22 durch die
Vorschubeinrichtung 26 ist bei nach unten Verschieben der
Trennzange 24 ein Stift vom Strangmaterial 22 durch
die Trennzange 24 abtrennbar. Dieser Mechanismus ist mechanisch
einfach aufgebaut, robust und daher unanfällig gegen Störungen.
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Außerdem weist die Schießeinrichtung 23 in der
Druckkammer 30 des Druckzylinders 28 eine Druckfeder 48 auf.
Die Druckfeder 48 ist einerseits am Kolben 38 und
andererseits an einer druckzylinderseitigen Schulter 50 abgestützt. Die
Druckfeder 48 spannt den Kolben 38 in Längsrichtung
des Druckzylinders 28 weg von der Stiftausführöffnung 32 vor.
Dadurch wird erreicht, das mittels der Druckfeder 48 die
Trennzange 24 in die obere Position getrieben wird, in
welcher die Trennzange 24 geöffnet ist und in welcher der
Kolben 38 die Druckgaseintrittsöffnung 36 verschließt, wie
in 3 gezeigt.
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Die Vorschubeinrichtung 26 ist
mit dem Kolben 38 und der Trennzange 24 gekuppelt,
so dass sie zusammen relativ zum Druckzylinder 28 in dessen Längsrichtung
unter Vorspannung mittels der Druckfeder 48 verschiebbar
sind. Durch nach unten Verschieben der Vorschubeinrichtung 26,
des Kolbens 38 und der Trennzange 24 kann die
Schießvorrichtung 23 zum
Einschießen
eines Stifts in eine Trägerplatte
betätigt
werden. Dieser Aufbau ist mechanisch robust und unanfällig gegen
Störungen.
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In 4a bis 4e sind Schritte zur Erstellung einer
erfindungsgemäßen Querverbindung
mittels der Schießvorrichtung 23 gezeigt.
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Der in 4a gezeigte
Zustand der Schießvorrichtung 23 entspricht
dem der in 3 gezeigten Schießvorrichtung 23.
Mittels der Druckfeder 48 wird der Kolben 38 nach
oben gegen den Druckzylinder 28 vorgespannt, wobei die
Druckgaseintrittsöffnung 36 durch
den Kolben 38 geschlossen ist, so dass Druckgas von einer
an der Druckgaseintrittsöffnung 36 angeschlossenen
Druckgasquelle (nicht gezeigt) nicht in die Druckkammer 30 des
Druckgaszylinder 28 strömen
kann. Ferner befindet sich die mit dem Kolben 38 gekuppelten
Trennzange 24 in ihrer oberen Position, wobei die Trennzange 24 vollständig geöffnet ist.
Das Strangmaterial 22 ist über die Vorschubeinrichtung 26 zur
Trennzange 24 geführt.
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Beim in 4b gezeigten Zustand der Schießvorrichtung 23 ist
diese, ausgehend vom Zustand in 4a,
unmittelbar über
der Trägerplatte 1, die
lediglich an ihrer Unterseite 5 mit unteren Leiterbahnabschnitten 4 bedeckt
ist, so positioniert, dass die Stiftausführöffnung 32 an jener
Stelle angeordnet ist, an welcher unter Erstellen einer Querverbindung ein
Stift in die Trägerplatte 1 einzuschießen ist.
Außerdem
ist mittels der Vorschubeinrichtung 26 das Strangmaterial 22 der
Trennzange 24 derart zugeführt, dass das Strangmaterial 22 über die
Trennzange 24 hinaus um die Länge des einzuschießenden Stifts
vorsteht. Dabei taucht das Strangmaterial 22 in die Stiftausführöffnung 32 mit
seinem Ende ein. Der Außendurchmesser
des Stangenmaterials 22 ist nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser
der Stiftausführöffnung 32.
Dadurch wird erreicht, dass das Stangenmaterial 22 die
Stiftausführöffnung 32 so gut
wie verstopft, jedoch in der Stiftausführöffnung 32 noch bewegbar
ist.
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Beim in 4c gezeigten Zustand der Schießvorrichtung 23 ist
diese mit ihrem Druckzylinder 28 vertikal nach unten in
Anlage gegen die Trägerplatte 1 gedrückt, wobei
der Kolben 38 relativ zum Druckzylinder 28 entgegen
der Federkraft noch weiter nach unterbewegt wird. Hierbei werden,
ausgehend vom Zustand in 4b,
die Vorschubeinrichtung 26, der Kolben 38 und
die Trennzange 24 derart nach unten in Richtung der Trägerplatte 1 unter
Vorspannung der Druckfeder 48 verschoben, wobei der Druckzylinders 28 seine
Position behaltend auf die Trägerplatte 1 drückt, dass
mittels der Trennzange 24, die über die Trennzangenführung 44 und
die Profilführungen 46 geschlossen
wird, das überstehende Strangmaterial
als Stift 10 abgetrennt wird. Dadurch, dass durch den Kolben 38 die
Druckgaseintrittsöffnung 36 geöffnet wird,
strömt
oberhalb des Kolbens 38 in die Druckkammer 30 des
Druckzylinders 28 Druckgas von der an der Druckgaseintrittsöffnung 36 angeschlossenen
Druckquelle (nicht gezeigt) ein. Über die im Kolben 38 vorgesehenen
Durchgangslöcher 40 ist
das Druckgas vollständig
in der Druckkammer 30 verteilt. Dadurch, dass der Stift 10 die Stiftsaustrittsöffnung 32 so
gut wie verstopft, herrscht in der Druckkammer 30 des Druckzylinders 28 ein Überdruck.
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Beim in 4d gezeigten Zustand der Schießvorrichtung 23 ist,
ausgehend vom Zustand in 4c,
der Stift 10 in die Stiftausführöffnung des Druckzylinders 28 gedrückt, wobei
der Stift auf die Oberseite 8 der Trägerplatte 1 aufgetroffen
ist. Dadurch, dass die Druckkammer 30 des Druckzylinders 28 vollständig mit
Druckgas beaufschlagt ist, und am Austritt der Stiftausführöffnung 32 über die
Druckgasaustrittsöffnung 42 Umgebungsdruck
vorherrscht, bildet sich entlang des Stifts 10 beim Passieren
der Stiftausführöffnung 32 eine
Druckdifferenz aus, die zu einer Beschleunigung des Stifts 10 in
der Stiftausführöffnung 32 führt. Dadurch
ist der Stift 10 mit großer Wucht auf die Oberseite 8 der
Trägerplatte 1 geprallt.
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Beim in 4e gezeigten Zustand der Schießvorrichtung 23 ist,
ausgehend vom Zustand in 4d,
der Stift 10 von der Oberseite 8 her in die Trägerplatte 1 eingedrungen
und auf den unteren Leiterbahnabschnitt 4 geprallt. Mit
Hilfe eines Gegenhaltwerkzeugs 52 ist am unteren Leiterbahnabschnitt 4 plan
gegengehalten. Dadurch durchstößt der Stift 10 den
unteren Leiterbahnabschnitt 4 nicht und der Stift 10 bildet mit
dem unteren Leiterbahnabschnitt 4 eine elektrisch leitende
Schweißverbindung
aus. Da der Stift 10 die Stiftausführöffnung 32 verlassen
hat und somit diese nicht mehr verstopft ist, ist das Druckgas in
der Druckkammer 30 des Druckzylinders 28 über die
Druckgasaustrittsöffnungen 42 entwichen.
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Durch anschließendes Anheben der Schießvorrichtung 23 stellt
sich der in 4a gezeigte
Zustand der Schießvorrichtung 23 ein.
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Die in 5 schematisch
gezeigte Vorrichtung 100 zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung
hat eine Halteeinrichtung 102 in Form einer Auflageplatte 104,
die ihrerseits auf ein Förderband 106 aufgelegt
ist, welches in Pfeilrichtung A bewegbar ist. Auf der Auflageplatte 104 liegt
eine zu bearbeitende Trägerplatte 1 aus
Isoliermaterial auf, die auf der der Halteplatte 104 zugewandten
Plattenfläche 5 mit
einer elektrisch leitfähigen
Schicht 4 versehen ist. Die Trägerplatte 1 kann durch
nicht dargestellte Greifmittel an der Auflageplatte 104 gehalten
sein. Mittels des Förderbands 106 können der
Herstellvorrichtung 100 laufend neu zu bearbeitende Trägerplatten
zugeführt werden.
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Die Herstellvorrichtung 100 hat
mehrere pneumatische Schießvorrichtungen 23 (drei
nach dieser Ausführungsform),
die jeweilig wie z. B. die vorangehend beschriebene Schießvorrichtung 23 ausgebildet
sein können.
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Die Schießvorrichtungen 23 sind
mittels einer Bewegungsvorrichtung 108 separat voneinander dreidimensional
geführt über der
Trägerplatte 1 bewegbar.
Die Bewegungsvorrichtung 108 weist hierzu drei separate
Bewegungsgestelle 110, 112 und 114 auf,
die einer jeweiligen Schießvorrichtung
zugeordnet sind. Im folgenden wird nur das Bewegungsgestell 114 näher erläutert; die
anderen sind diesem entsprechend aufgebaut. Das Bewegungsgestell 114 hat
einen vertikal bewegbaren, ersten Arm 116 an dem die Schießvorrichtung 23 angebracht
ist. Der vertikal bewegbare, erste Arm 116 ist seinerseits
an einen zweiten Arm 118 angeschlossen, der in einer erste
Richtung horizontal bewegbar ist, wobei der erste Arm 116 hierbei
entsprechend horizontal mitbewegt wird. Der zweite Arm 118 ist
an einen dritten Arm 120 angeschlossen, der in eine von
der ersten horizontalen Richtung verschieden, zweite horizontale
Richtung bewegbar ist, wobei der zweite Arm 118 und der
erste Arm 116 hierbei entsprechend der zweiten horizontalen
Richtung horizontal mitbewegt werden. Damit ist kann die Schießvorrichtung über jeden
Punkt auf der Trägerplatte 1 bewegt
werden und zum Auslösen
des Schusses abgesenkt werden. Im Falle dass die Schießvorrichtung
nicht durch Aufdrücken
auf die Platte auszulösen
ist, kann die Vertikalbewegung auch entfallen.
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Gesteuert wird die Bewegungseinrichtung 108 über eine
elektronische Steuereinrichtung 150, die über Datenleitungen 152 mit
nicht näher
dargestellten Stellantrieben der bewegten Teile in Verbindung steht.
Damit können
in der Trägerplatte
nach einem vorbestimmten Plan automatisch die gewünschten
elektrischen Querverbindungen durch entsprechendes Einschießen der
Stifte erlangt werden.