DE112005002507T5

DE112005002507T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Tragen und Einspannen eines Substrats

Info

Publication number: DE112005002507T5
Application number: DE112005002507T
Authority: DE
Inventors: Joseph A. Natick Perault; James Uxbridge Lynch
Original assignee: Speedline Technologies Inc
Current assignee: Speedline Technologies Inc
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-10-19
Also published as: IL182463A0; WO2006044767A1; JP2008516804A; GB2433916B; CN101048282A; CN100528562C; DE112005002507B4; GB2433916A; GB0708422D0; KR101289377B1; US20060081138A1; IL182463A; US7121199B2; KR20070083701A

Abstract

Schablonendrucker zum Drucken von viskosem Material auf ein Substrat, aufweisend:
einen Rahmen;
eine mit dem Rahmen gekoppelte Schablone;
einen mit dem Rahmen gekoppelten Druckkopf, um viskoses Material über der Schablone abzugeben und zu drucken; und
eine Substrattrag- und -einspannanordnung zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition, wobei die Substrattrag- und -einspannanordnung aufweist:
mindestens ein Trägerelement, um das Substrat in einer Druckposition zu tragen,
ein Paar von Schienenelementen, die mit dem Rahmen gekoppelt sind und angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen, und
einen mit dem Rahmen gekoppelten Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Substratträgeranordnungen zum Tragen und Stabilisieren eines Substrats in einer Maschine, welche einen Arbeitsvorgang an dem Substrat ausführt, und insbesondere eine Substratträgeranordnung eines Schablonendruckers, die insbesondere ausgelegt ist, um Kanten bzw. Ränder des Substrats während eines Druckvorganges einzuspannen.
2. Erörterung des verwandten Standes der Technik
Bei einem typischen Oberflächenmontage-Leiterplattenherstellungsvorgang wird ein Schablonendrucker verwendet, um Lötpaste auf eine gedruckte Leiterplatte zu drucken. Eine Leiterplatte, allgemein als elektronisches Substrat bezeichnet, welche ein Muster aus (Löt-) Arealen (Pads) oder irgendwelchen anderen leitfähigen Oberflächen aufweist, auf welche Lötpaste abgeschieden wird, wird automatisch in den Schablonendrucker zugeführt. Eines oder mehrere kleine Löcher oder Markierungen auf der Leiterplatte, Bezugszeichen (Fiducials) genannt, werden verwendet, um die Leiterplatte mit der Schablone oder dem Sieb des Schablonendruckers vor dem Drucken der Lötpaste auf die Leiterplatte richtig auszurichten. Sobald eine Leiterplatte richtig mit der Schablone in dem Drucker ausgerichtet ist, wird die Leiterplatte durch einen Substratträger, z. B. einen Tisch mit Stiften, zur Schablone hochgehoben, und mit Bezug auf die Schablone fixiert. Dann wird Lötpaste auf die Schablone abgegeben und ein Wischerblatt oder ein Gummiwischer fährt quer über die Schablone, um die Lötpaste durch in der Schablone gebildete Öffnungen und auf die Platte zu drängen. Wenn der Gummiwischer über die Schablone bewegt wird, neigt die Lötpaste dazu, vor dem Wischerblatt herzurollen, was wünschenswerterweise ein Mischen und Scheren der Lötpaste bewirkt, um so eine gewünschte Viskosität zu erreichen, um das Füllen der Öffnungen im Sieb oder der Schablone zu erleichtern. Die Lötpaste wird typischerweise von einer Standardkartusche auf die Schablone abgegeben. Nach dem Druckvorgang wird die Platte dann freigegeben, von der Schablone weg abgesenkt und zu einer anderen Station in der Leiterplatten-Herstellungslinie transportiert.
Es gibt eine Anzahl von allgemein bekannten Verfahren zum Einspannen der Leiterplatte, so dass sie während des Druckvorganges stabilisiert ist. Ein solches Verfahren ist im US-Patent Nr. 5 157 438 von Beale offenbart, welches einen Einspannmechansimus offenbart, welcher sehr dünne Folien aufweist, welche über entgegen gesetzte Kanten der Leiterplatte hinausragen, um die Leiterplatte an der Trägeranordnung zu halten. Ein damit verbundener Nachteil bei dieser Methode besteht darin, dass die Folien und der Substratträger dabei versagen, obwohl sie eine Auf- und Abbewegung des Substrats in der Z-Richtung verhindern, eine seitliche Bewegung des Substrats in X- und Y-Richtungen zu verhindern. Obwohl solch eine Bewegung etwas eingeschränkt ist, ist es zwingend notwendig, jegliche Bewegung des Substrats zu beseitigen, so dass Lötpaste genau auf das Substrat abgegeben wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung liefern Verbesserungen von Schablonen-Trägeranordnungen, wie die oben beschriebenen.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist auf einen Schablonendrucker zum Drucken von viskosem Material auf ein Substrat gerichtet. Der Schablonendrucker weist einen Rahmen, eine an den Rahmen gekoppelte Schablone und einen an den Rahmen gekoppelten Druckkopf auf, um viskoses Material über der Schablone abzuscheiden und zu drucken. Der Schablonendrucker weist ferner eine Substrattrag- und -einspannanordnung auf, um ein Substrat in einer Druckposition zu tragen und einzuspannen. Die Substrattrag- und -einspannanordnung weist mindestens ein Trägerelement auf, um das Substrat in einer Druckposition zu tragen, ein Paar von Schienenelementen, die mit dem Rahmen gekoppelt sind und angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen, und einen mit dem Rahmen gekoppelten Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben auf, um mindestens eines der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen. Der Einspannmechanismus weist ferner einen Druckregler auf, um eine Einspannkraft zu steuern, die durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt. Der Schablonendrucker weist ferner ein Substratträgersystem auf, um innere Bereiche des Substrats zu tragen. Bei einem Aspekt der Erfindung weist das Substratträgersystem ein flexibles Trägerelement auf. Bei einem anderen Aspekt der Erfindung weist das Substratträgersystem eine Mehrzahl von Stiften auf, die angepasst sind, um mit der Bodenfläche des Substrats in Eingriff zu gelangen und sie zu tragen. Das mindestens eine Trägerelement ist konstruiert und angeordnet, um das Substrat in die Druckposition zu heben. Die Trag- und Einspannanordnung weist ferner ein Folienelement auf, um eine Bewegung des Substrats in Z-Richtung zu verhindern.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf eine Substrattrag- und -einspannanordnung zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition während eines Druckvorganges eines Schablonendruckers gerichtet. Die Substrattrag- und -einspannanordnung weist mindestens ein Trägerelement auf, um das Substrat in einer Druckposition zu tragen, ein Paar von Schienenelementen, die angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen, und einen Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben auf, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat während eines Druckvorganges zwischen den Schienenelementen einzuspannen. Der Einspannmechanismus weist ferner einen Druckregler auf, um eine Einspannkraft zu steuern, die durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt. Die Substrattrag- und -einspannanordnung weist ferner ein Substratträgersystem auf, um innere Bereiche des Substrats zu tragen. Bei einem Aspekt der Erfindung weist das Substratträgersystem ein flexibles Trägerelement auf. Bei einem anderen Aspekt der Erfindung weist das Substratträgersystem eine Mehrzahl von Stiften auf, die angepasst sind, um mit der Bodenfläche des Substrats in Eingriff zu gelangen und es zu tragen. Das mindestens eine Trägerelement ist konstruiert und angeordnet, um das Substrat in die Druckposition zu heben. Die Trag- und Einspannanordnung weist ferner ein Folienelement auf, um eine Bewegung des Substrats in Z-Richtung zu verhindern.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist auf eine Substrattrag- und -einspannanordnung zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition während eines Druckvorganges eines Schablonendruckers gerichtet. Die Substrattrag- und -einspannanordnung weist Mittel auf, um mit einer Bodenfläche des Substrats in einer Druckposition in Eingriff zu gelangen, und Mittel, um entgegen gesetzte Kanten des Substrats einzuspannen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Mittel zum Einspannen ein Paar von Schienenelementen und einen Kolben auf, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff gelangt, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen. Die Mittel zum Einspannen weisen ferner Mittel zum Steuern einer Einspannkraft auf, die durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt. Die Substrattrag- und -einspannanordnung weist ferner Mittel auf, um das Substrat in die Druckposition zu heben. Die Substrattrag- und -einspannanordnung weist ferner Mittel auf, um eine Bewegung des Substrats in Z-Richtung zu verhindern.
Ein vierter Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition während eines Druckvorganges eines Schablonendruckers gerichtet. Das Verfahren weist das Tragen des Substrats an der Druckposition und das Einspannen entgegen gesetzter Kanten des Substrats auf. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das Verfahren ferner das Steuern einer Einspannkraft auf, mit welcher das Substrat eingespannt wird, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt. Das Verfahren weist ferner das Hochheben des Substrats in die Druckposition auf und das Verhindern einer Bewegung des Substrats in Z-Richtung.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines Arbeitsvorganges an einem elektronischen Substrat gerichtet. Die Vorrichtung weist einen Rahmen, ein an den Rahmen gekoppeltes Modul, um einen Vorgang an dem elektronischen Substrat ausführen, einen mit dem Rahmen gekoppelten Substratträger, um ein Substrat in einer Betriebsposition zu tragen, und eine mit dem Rahmen gekoppelte Substrateinspannanordnung auf. Die Substrateinspannanordnung weist ein Paar von Schienenelementen auf, die mit dem Rahmen gekoppelt sind, wobei die Schienenelemente angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen. Die Einspannanordnung weist ferner einen mit dem Rahmen gekoppelten Einspannmechanismus auf, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben auf, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen. Der Einspannmechanismus weist ferner einen Druckregler auf, um eine Einspannkraft zu steuern, die durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.
Ein sechster Aspekt der Erfindung ist auf eine Substrateinspannanordnung zum Einspannen eines Substrats in einer Position während eines Vorgangs an einem elektronischen Substrat gerichtet. Die Substrateinspannanordnung weist ein Paar von Schienenelementen auf, welche angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen, und einen Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben auf, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen. Der Einspannmechanismus weist ferner einen Druckregler auf, um eine Einspannkraft zu steuern, die durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein. In den Zeichnungen ist jede identische oder nahezu identische Komponente, die in verschiedenen Figuren dargestellt ist, durch eine gleiche Bezugszahl bezeichnet. Aus Gründen der Klarheit kann nicht jede Komponente in jeder Zeichnung bezeichnet werden. In den Zeichnungen zeigen
1 eine perspektivische Vorderansicht eines Schablonendruckers mit einer Einspannanordnung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische, schematische Draufsicht der Einspannanordnung mit einem Substrat, z. B. einer gedruckten Leiterplatte, welche in einer abgesenkten Vor-Druckposition dargestellt ist;
3A eine vergrößerte Querschnittsansicht der Einspannanordnung längs der Linie 3-3 in 2;
3B eine vergrößerte Querschnittsansicht der Einspannanordnung längs der Linie 3-3 in 2, wobei sich das Substrat in einer angehobenen Position befindet; und
3C eine vergrößerte Querschnittsansicht der Einspannanordnung längs der Linie 3-3 in 2, wobei das Substrat in einer eingespannten Druckposition dargestellt ist.
Detaillierte Beschreibung
Diese Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung von Komponenten beschränkt, die in der folgenden Beschreibung dargelegt sind oder in den Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen in der Lage und dazu, auf verschiedene Arten ausgeübt oder ausgeführt zu werden. Auch dient die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zweck der Beschreibung und sollte nicht als einschränkend betrachtet werden. Die Verwendung von "einschließlich", "aufweisend", "mit", "enthaltend"; "umfassend", und Variationen davon bedeuten, dass die danach aufgeführten Gegenstände und Äquivalente davon sowie zusätzliche Gegenstände umfasst werden sollen.
Zum Zweck der Darstellung werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf einen Schablonendrucker beschrieben, der dazu verwendet wird, Lötpaste auf eine gedruckte Leiterplatte zu drucken. Ein Fachmann wird jedoch verstehen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf Schablonendrucker beschränkt sind, die Lötpaste auf Leiterplatten drucken, sondern vielmehr bei anderen Anwendungen verwendet werden können, die die Abgabe anderer viskoser Materialien erfordern, wie z. B. Klebstoffe und Verkapselungs- bzw. Vergussmaterialien. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zum Beispiel auch bei Spendern, Schmelzöfen, Wellenlötmaschinen und Bestückungsautomaten (Pick-and-Place-Geräten) oder irgendwelchen anderen Vorrichtungen verwendet werden, die dazu benutzt werden, eine Komponente an einem elektronischen Substrat (z. B. einer gedruckten Leiterplatte) während eines Arbeitsvorganges zu befestigen. Ferner sind Schablonendrucker gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf solche beschränkt, die Lötpaste auf Leiterplatten drucken, sondern schließen vielmehr solche ein, die dazu verwendet werden, andere Materialien auf eine Vielfalt von Substraten zu drucken. Die Begriffe Sieb und Schablone können hier austauschbar verwendet werden, um eine Vorrichtung in einem Drucker zu beschreiben, die ein auf ein Substrat zu druckendes Muster definiert.
1 zeigt einen Schablonendrucker, allgemein mit 10 bezeichnet, welcher einen Rahmen 12 einschließt, welcher Komponenten des Schablonendruckers trägt. Die Komponenten schließen zum Teil eine Steuereinrichtung 14, eine Schablone 16 und einen Druckkopf 18 ein, welcher einen Abgabeschlitz (nicht dargestellt) aufweist, aus welchem Lötpaste abgegeben werden kann. Jede dieser Komponenten ist in geeigneter Weise mit dem Rahmen 12 gekoppelt. Der Druckkopf 18 befindet sich an einem Gestell 20, welches es dem Druckkopf ermöglicht, in X-, Y- und Z-Richtungen unter der Steuerung der Steuereinrichtung 14 bewegt zu werden. Wie unten detaillierter beschrieben, wird der Druckkopf 18 über der Schablone 16 angeordnet und über die Schablone bewegt, um das Drucken von Lötpaste auf eine Leiterplatte zu ermöglichen.
Der Schablonendrucker 10 weist auch ein Fördersystem mit Schienen 22, 24 auf, um eine Leiterplatte 26 in eine Druckposition im Schablonendrucker zu transportieren. Der Schablonendrucker 10 hat eine Anordnung, allgemein mit 28 bezeichnet, um die gedruckte Leiterplatte 26 (oder das "Substrat") zu tragen und einzuspannen, welche, wie detaillierter unten beschrieben wird, die gedruckte Leiterplatte anhebt und einspannt, so dass sie während eines Druckvorganges stabil ist. Die Substrattrag- und -einspannanordnung 28 weist ferner ein Substratträgersystem 30 auf, z. B. eine Mehrzahl von Stiften oder flexibler Werkzeugbestückung, die unter der Leiterplatte 26 angeordnet sind, wenn die Leiterplatte sich in der Druckposition befindet. Das Substratträgersystem 30 wird zum Teil dazu verwendet, die inneren Bereiche der Leiterplatte 26 zu tragen, um ein Durchbiegen oder Verwinden der Leiterplatte während des Druckvorgangs zu verhindern.
Der Druckkopf 18 ist konfiguriert, um mindestens eine Lötpastenkartusche 32 aufzunehmen, welche dem Druckkopf während des Druckvorganges Lötpaste liefert. Obwohl in 1 nicht dargestellt, ist die Lötpastenkartusche 32 mit einem Ende eines pneumatischen Luftschlauches gekoppelt, während das andere Ende des pneumatischen Luftschlauches an einem Kompressor befestigt ist, der unter Steuerung der Steuereinrichtung 14 Druckluft an die Kartusche liefert, um Lötpaste aus der Kartusche in den Druckkopf 18 und auf die Schablone 16 zu drängen. Mechanische Vorrichtungen, wie z. B. ein Kolben, können zusätzlich verwendet werden, oder an Stelle von Luftdruck, um die Lötpaste aus der Kartusche 32 in den Druckkopf 18 zu drängen. Die Steuereinrichtung 14 wird implementiert unter Verwendung eines Personalcomputers mit einem Microsoft DOS- oder Windows XP-Betriebssystem mit anwendungsspezifischer Software zur Steuerung des Betriebs des Schablonendruckers 10.
Der Schablonendrucker 10 arbeitet wie folgt. Eine Leiterplatte 26 wird in den Schablonendrucker 10 unter Verwendung der Förderschienen 22, 24 geladen. Die Trag- und Einspannanordnung 28 hebt die Leiterplatte 26 in eine Druckposition und spannt sie ein. Der Druckkopf 18 wird dann in der Z-Richtung abgesenkt, bis Rakel des Druckkopfes die Schablone 16 kontaktieren. Der Druckkopf 18 wird dann in der X-Richtung über die Schablone 16 bewegt. Der Druckkopf 18 scheidet Lötpaste aus dem Abgabeschlitz des Druckkopfes durch Öffnungen in der Schablone 16 und auf die Leiterplatte 26 ab. Sobald der Druckkopf 18 die Schablone 16 vollständig überquert hat, wird die Leiterplatte 26 losgelassen, zurück auf die Förderschienen 22, 24 abgesenkt und aus dem Drucker 10 transportiert, so dass eine zweite Leiterplatte in den Drucker geladen werden kann. Um auf die zweite Leiterplatte zu drucken, wird der Druckkopf 18 über die Schablone 16 in der Richtung bewegt, welche zu der für die erste Leiterplatte verwendeten entgegen gesetzt ist. Alternativ könnte ein Gummiwischerarm (nicht dargestellt) einwärts geschwenkt werden, um die Lötpaste im Druckkopf 18 zu halten, und der Druckkopf kann dann in der Z-Richtung angehoben werden und in seine Ausgangsposition zurückbewegt werden, um einen Druckvorgang an der zweiten Leiterplatte unter Verwendung eines ähnlichen Richtungsweges durchzuführen.
Mit Bezug auf 2 wird die Konstruktion der Trag- und Einspannanordnung 28 gemäß einer Ausführungsform detaillierter dargestellt. Wie gezeigt, hat die gedruckte Leiterplatte 26 einen dünnen rechteckigen Körper mit vier Kanten 34, 36, 38 und 40, von welchen zwei (34, 38) während eines Druckvorganges eingespannt werden. Die Leiterplatte 26 weist eine Oberfläche 42 mit einer Mehrzahl von (Löt-) Arealen (Pads) 44 auf, welche angepasst sind, dass während des Druckvorganges Lötpaste auf ihnen abgeschieden wird. Die Unterseiten- oder Bodenfläche 46 der gedruckten Leiterplatte 26 wird zum Teil vom Substratträgersystem 30 getragen, welches verhindert, dass die gedruckte Leiterplatte sich während des Druckvorganges durchbiegt oder verwindet. Nur zu Darstellungszwecken sind zwei Trägersysteme 30 in 2 gezeigt. Auf der linken Seite der 2 trägt ein flexibles Trägersystem, z. B. Gelwerkzeug 48, die gedruckte Leiterplatte 26. Solch ein Trägersystem ist in der US-Patentanmeldung Nr. 10/175 131 mit dem Titel "Method and Apparatus for Supporting a Substrate" und in der US-Patentanmeldung Nr. 10/394 814 mit dem gleichen Titel, welche beide Eigentum der Anmelderin der vorliegenden Erfindung sind und durch Bezugnahme aufgenommen werden, offenbart. Das flexible Trägersystem 48 ist angepasst, um der Bodenfläche 46 der gedruckten Leiterplatte 26 zu entsprechen, um die Leiterplatte in einer gleichmäßigen Weise zu tragen. Auf der rechten Seite der 2 weist das Trägersystem 30 eine Mehrzahl von Stiften 50 zum Tragen der gedruckten Leiterplatte 26 auf, welche in der Schablonendruckertechnik allgemein bekannt sind, und in einem geringeren Ausmaß in der Spendertechnik. Bei anderen Ausführungsformen kann ein Trägersystem verwendet werden, um die gesamte Leiterplatte von unten zu tragen.
Mit Bezug auf 3A-3C und insbesondere auf 3A und 3B, werden Leiterplatten durch eine Bandtransferanordnung, welche konfiguriert ist, um die Unterseite der Platte im Bereich der Kanten 34, 38 einer Leiterplatte 26 zu tragen, in die Trag- und Einspannanordnung 28 hinein und aus ihr heraustransportiert. Die Bandtransferanordnung ist Teil des oben beschriebenen Fördersystems und wirkt mit den Schienen 22, 24 zusammen, um die Leiterplatten 26 in den Schablonendrucker 10 hinein und aus ihm heraus zu überführen. Die Bandtransferanordnung weist insbesondere ein Band 51 auf, welches von mindestens einer Rolle (nicht dargestellt) angetrieben wird. Wie dargestellt, fährt die Kante 34 der Leiterplatte 26 auf der Oberseite des Bandes 51.
Die Substrattrag- und -einspannanordnung 28 enthält ein Paar von Plattenträgerelementen (ein Plattenträgerelement 52 ist in 3A-3C) dargestellt, welche die Bodenfläche 46 der gedruckten Leiterplatte 26 längs den Kanten 34, 38 der gedruckten Leiterplatte in Eingriff nehmen und tragen. Die Plattenträgerelemente (einschließlich des Plattenträgerelements 52) haben eine längliche Gestalt und erstrecken sich längs der Länge der Kante (34 und 38) der gedruckten Leiterplatte 26, um einen Träger längs der gesamten (oder nahezu gesamten) Kante der Leiterplatte zu liefern. Wie dargestellt, ist ein Montageblock 54 an dem Plattenträgerelement 52 befestigt und gleitbar mit dem Rahmen 12 des Schablonendruckers 10 durch mindestens eine im Rahmen gebildete Führungsbahn 56 gekoppelt.
Ein Hubmechanismus hebt jedes Plattenträgerelement 52 und die Leiterplatte 26 von einer Vor-Druckposition (3A) in eine angehobene Druckposition (3B) längs der Führungsbahn 56. Insbesondere ein Tisch 58, welcher mechanisch mit dem Rahmen 12 gekoppelt ist, wird angehoben, um mit einer Bodenkante jedes Plattenträgerelements 52 in Eingriff zu gelangen, um die gedruckte Leiterplatte 26 vom Band 51 in der in 3B dargestellten Weise abzuheben. Das Gewicht der Trag- und Einspannanordnung 28 spannt die Trägerelemente 52 in der Vor-Druck- oder abgesenkten Position vor. Die Steuereinrichtung 14 ist angepasst, um die Bewegung der Leiterplatte 26 zwischen der Vor-Druckposition, in welcher die Leiterplatten in und aus dem Schablonendrucker 10 durch die Bandtransferanordnung hin- und herbewegt werden, und den angehobenen und Druckpositionen, in welchen der Druckvorgang an der Leiterplatte ausgeführt wird, zu steuern.
Sobald die Leiterplatte 26 in den Schablonendrucker 10 geladen, in der Trag- und Einspannanordnung 28 (3A) positioniert und in ihre Druckposition (3B) angehoben ist, wird die Leiterplatte eingespannt, um jegliche seitliche Bewegung der Leiterplatte längs der Ebene der Leiterplatte während des Druckvorgangs zu verhindern. Die Trag- und Einspannanordnung 28 weist insbesondere ein Folien- bzw. Blattelement 60 auf, um eine Bewegung der Leiterplatte 26 in der Z-Richtung zu verhindern. Wie dargestellt, ist die Folie 60 mit einem fixierten Element 62 verbunden, wobei die Folie positioniert ist, um die Kante 34 der Leiterplatte 26 zu überlappen.
Die Trag- und Einspannanordnung 28 weist ferner ein Paar von Schienenelementen (nur ein Schienenelement 64 ist in 3A-3C dargestellt) auf, welche positioniert sind, um mit den entgegen gesetzten Kanten 34, 38 der Leiterplatte 26 in Eingriff zu gelangen. Das in 3A-3C dargestellte Schienenelement 64 ist in der unten beschriebenen Weise beweglich, wobei das Schienenelement, welches nicht in den Zeichnungsfiguren dargestellt ist, fixiert ist. Bei einer anderen Ausführungsform sind beide Schienenelemente beweglich, um die Leiterplatte in einer sicheren Position einzuspannen, um einen Druckvorgang zu ermöglichen. Wie dargestellt, ist eine nach innen gerichtete Oberfläche 66 des Schienenelements 64 nahe zur Kante 34 der Leiterplatte 26 positioniert, wenn die Leiterplatte in den Schablonendrucker 10 geladen wird. Das andere (fixierte) Schienenelement hat eine ähnliche nach innen weisende Oberfläche, welche der Oberfläche 66 des beweglichen Schienenelements 64 gegenüberliegt.
Wie in 3C dargestellt, bewegt ein Einspannmechanismus 68 das bewegliche Schienenelement 64 gegen die Kante 34 der Leiterplatte 26, um die Leiterplatte zwischen den Schienenelementen zu sichern. Der Einspannmechanismus 68 beinhaltet mindestens einen Kolben, und vorzugsweise sind zwei oder mehr Kolben längs der Länge des beweglichen Schienenelements 64 vorgesehen, um das Schienenelement zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von der Kante 34 der Leiterplatte 26 entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit der Kante des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während des Druckvorgangs einzuspannen. Es sollte klar sein, dass ein Durchschnittsfachmann mit der Hilfe dieser Offenbarung einen unterschiedlichen Mechanismus anwenden kann, um das Schienenelement 64 gegen die Kante 34 der gedruckten Leiterplatte 26 zu bewegen, und noch in den Rahmen der jetzigen Erfindung fallen kann. Zum Beispiel kann ein Nockenmechanismus angewendet werden, um die Bewegung des Schienenelements 64 zwischen seiner ersten und zweiten Position zu erreichen.
Ferner ist ein Druckregler 70 vorgesehen, um den vom Einspannmechanismus 68 an das Schienenelement angelegten Druck zu überwachen und zu regeln. Der Druckregler 70 kommuniziert mit der Steuereinrichtung 14 sowie mit dem Einspannmechanismus 68, so dass eine Bedienperson des Schablonendruckers 10 die Einspannkraft an einer Leiterplatte steuern kann. Die vom Schienenelement 64 an die Leiterplatte 26 angelegte Einspannkraft liegt zwischen 1 und 35 Pound, und vorzugsweise zwischen 8 und 15 Pound, und bevorzugter beträgt die Einspannkraft ungefähr 12 Pound. Der durch den Einspannmechanismus 68 angelegte Druck muss ausreichend sein, um die Leiterplatte fest zwischen den Schienenelementen zu sichern, aber nicht zu viel, so dass die Leiterplatte sich aufgrund des übermäßigen Drucks verwindet. Es sollte beachtet werden, dass die Einspannkraft für größere Leiterplatten höher sein kann als der bevorzugte Bereich und für kleinere Leiterplatten niedriger als der bevorzugte Bereich. Die vom Einspannmechanismus 68 beaufschlagte Kraftmenge steht außerdem im Zusammenhang mit der Dicke der gehaltenen Leiterplatte. Je dicker die Leiterplatte ist, um so größer ist insbesondere die Einspannkraft. Umgekehrt gilt, je dünner die Leiterplatte ist, desto kleiner ist die Einspannkraft.
Es sollte klar sein, dass ein Durchschnittsfachmann mit Hilfe dieser Offenbarung einen unterschiedlichen Mechanismus anwenden kann, um die vom Einspannmechanismus 68 aufgewendete Kraft auf das Schienenelement zu überwachen und zu regeln, wie z. B. einen Sensor.
Wie oben festgestellt, können, obwohl nur ein Schienenelement zum Einspannen der Leiterplatte konfiguriert ist, beide Schienenelemente betätigt werden, um den Einspannvorgang auszuführen. Es sollte auch beachtet werden, dass die Schienenelemente aus jedem geeigneten Material hergestellt werden können, um die Leiterplatte zu befestigen, z. B. Stahl.
Es sollte klar sein, dass die hier offenbarte Trag- und Einspannanordnung 28 bei anderer Herstellausrüstung für gedruckte Leiterplatten als bei Schablonendruckern implementiert werden kann. Zum Beispiel können, wie oben festgestellt, die hier offenbarten Prinzipien leicht auf Spender angewendet werden, die zur Abgabe viskoser Materialien bei der Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet werden, auf Wellenlötmaschinen, Schmelzöfen und Bestückungsautomaten (Pick-and-Place-Geräten).
Mit der Beschreibung verschiedener Aspekte von mindestens einer Ausführungsform dieser Erfindung, wird man verstehen, dass einem Fachmann verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen leicht offenbar werden. Solche Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen sollen Teil dieser Offenbarung sein und sollen in den Umfang dieser Erfindung fallen. Folglich sind die vorstehende Beschreibung und Zeichnungen nur Beispiele.
Zusammenfassung
Ein Schablonendrucker (10) zum Drucken von viskosem Material auf ein Substrat (26) beinhaltet einen Rahmen (12), eine mit dem Rahmen (12) gekoppelte Schablone (16), und einen mit dem Rahmen (12) gekoppelten Druckkopf (18), um viskoses Material über der Schablone (16) abzugeben und zu drucken. Der Schablonendrucker (10) enthält ferner eine Substrattrag- und einspannanordnung, um ein Substrat in einer Druckposition zu tragen und einzuspannen. Die Substrattrag- und einspannanordnung (28) enthält mindestens ein Trägerelement zum Tragen des Substrates in einer Druckposition, ein Paar mit dem Rahmen gekoppelter Schienenelemente (22, 24), welche angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrates (26) in Eingriff zu gelangen, und einen mit dem Rahmen gekoppelten Einspannmechanismus (68), um mindestens eines der Schienenelemente (22, 24) gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat (26) einzuspannen. Der Einspannmechanismus (68) beinhaltet mindestens einen Kolben, um das mindestens eine der Schienenelemente (22, 24) zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement (22, 24) von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats (26) entfernt ist und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement (22, 24) mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats (26) in Eingriff ist, um das Substrat (26) zwischen den Schienenelementen (22, 24) während eines Druckvorganges einzuspannen. Der Einspannmechanismus (68) beinhaltet ferner einen Druckregler (70), um eine Einspannkraft zu steuern, die durch den Kolben an dem Schienenelement (22, 24) gegen die Kante des Substrats (26) angelegt ist. Ferner ist ein Verfahren zum Tragen und Einspannen eines Substrats (26) in einer Druckposition offenbart.

Claims

Schablonendrucker zum Drucken von viskosem Material auf ein Substrat, aufweisend: einen Rahmen; eine mit dem Rahmen gekoppelte Schablone; einen mit dem Rahmen gekoppelten Druckkopf, um viskoses Material über der Schablone abzugeben und zu drucken; und eine Substrattrag- und -einspannanordnung zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition, wobei die Substrattrag- und -einspannanordnung aufweist: mindestens ein Trägerelement, um das Substrat in einer Druckposition zu tragen, ein Paar von Schienenelementen, die mit dem Rahmen gekoppelt sind und angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen, und einen mit dem Rahmen gekoppelten Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen.
Schablonendrucker nach Anspruch 1, wobei der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben aufweist, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrates entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen.
Schablonendrucker nach Anspruch 2, wobei der Einspannmechanismus ferner einen Druckregler aufweist, um eine Einspannkraft, welche durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, zu steuern.
Schablonendrucker nach Anspruch 3, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.
Schablonendrucker nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Substratträgersystem zum Tragen innerer Bereiche des Substrats.
Schablonendrucker nach Anspruch 5, wobei das Substratträgersystem ein flexibles Trägerelement aufweist.
Schablonendrucker nach Anspruch 5, wobei das Substratträgersystem eine Mehrzahl von Stiften aufweist, die angepasst sind, um mit der Bodenfläche des Substrats in Eingriff zu gelangen und diese zu tragen.
Schablonendrucker nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Trägerelement konstruiert und angeordnet ist, um das Substrat in die Druckposition zu heben.
Schablonendrucker nach Anspruch 1, wobei die Trag- und Einspannanordnung ferner ein Folienelement aufweist, um eine Bewegung des Substrats in Z-Richtung zu vermeiden.
Substrattrag- und -einspannanordnung zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition während eines Druckvorgangs eines Schablonendruckers, wobei die Substrattrag- und -einspannanordnung aufweist: mindestens ein Trägerelement zum Tragen des Substrats in einer Druckposition; ein Paar von Schienenelementen, die angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen; und einen Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 10, wobei der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben aufweist, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrates entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 11, wobei der Einspannmechanismus ferner einen Druckregler aufweist, um eine Einspannkraft, welche durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, zu steuern.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 12, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 10, ferner aufweisend ein Substratträgersystem zum Tragen innerer Bereiche des Substrats.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 14, wobei das Substratträgersystem ein flexibles Trägerelement aufweist.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 14, wobei das Substratträgersystem eine Mehrzahl von Stiften aufweist, die angepasst sind, um mit der Bodenfläche des Substrats in Eingriff zu gelangen und diese zu tragen.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 10, wobei das mindestens eine Trägerelement konstruiert und angeordnet ist, um das Substrat in die Druckposition zu heben.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 10, wobei die Trag- und Einspannanordnung ferner ein Folienelement aufweist, um eine Bewegung des Substrats in Z-Richtung zu vermeiden.
Substrattrag- und -einspannanordnung zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition während eines Druckvorganges eines Schablonendruckers, wobei die Substrattrag- und -einspannanordnung aufweist: Mittel, um mit einer Bodenfläche des Substrats in einer Druckposition in Eingriff zu gelangen; und Mittel zum Einspannen entgegen gesetzter Kanten des Substrats.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 19, wobei die Mittel zum Einspannen ein Paar von Schienenelementen und einen Kolben aufweisen, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrates entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 20, wobei die Mittel zum Einspannen ferner Mittel zum Steuern einer Einspannkraft, welche durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, aufweisen.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 21, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 19, ferner Mittel aufweisend, um das Substrat in die Druckposition zu heben.
Substrattrag- und -einspannanordnung nach Anspruch 19, ferner Mittel aufweisend, um eine Bewegung des Substrats in Z-Richtung zu vermeiden.
Verfahren zum Tragen und Einspannen eines Substrats in einer Druckposition während eines Druckvorganges eines Schablonendruckers, wobei das Verfahren aufweist: Tragen des Substrats in der Druckposition; und Einspannen entgegen gesetzter Kanten des Substrats.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner aufweisend das Steuern einer Einspannkraft, mit welcher das Substrat eingespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner aufweisend das Anheben des Substrats in die Druckposition.
Verfahren nach Anspruch 25, ferner aufweisend das Verhindern einer Bewegung des Substrats in Z-Richtung.
Vorrichtung zur Durchführung eines Arbeitsvorganges an einem elektronischen Substrat, aufweisend: einen Rahmen; ein mit dem Rahmen gekoppeltes Modul, um einen Arbeitsvorgang an dem elektronischen Substrat durchzuführen; einen mit dem Rahmen gekoppelten Substratträger, um ein Substrat in einer Betriebsposition zu tragen; und eine mit dem Rahmen gekoppelte Substrateinspannanordnung, aufweisend: ein Paar von Schienenelementen, die mit dem Rahmen gekoppelt sind, wobei die Schienenelemente angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen, und einen mit dem Rahmen gekoppelten Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben aufweist, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrates entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Einspannmechanismus ferner einen Druckregler aufweist, um eine Einspannkraft, welche durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.
Substrateinspannanordnung zum Einspannen eines Substrats in einer Position während eines Arbeitsvorgangs an einem elektronischen Substrat, aufweisend: ein Paar von Schienenelementen, die angepasst sind, um mit entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff zu gelangen; und einen Einspannmechanismus, um mindestens eines der Schienenelemente gegen das Substrat zu bewegen, um das Substrat einzuspannen.
Substrateinspannanordnung nach Anspruch 34, wobei der Einspannmechanismus mindestens einen Kolben aufweist, um das mindestens eine der Schienenelemente zwischen einer ersten Position, in welcher das Schienenelement von einender entgegen gesetzten Kanten des Substrates entfernt ist, und einer zweiten Position zu bewegen, in welcher das Schienenelement mit einer der entgegen gesetzten Kanten des Substrats in Eingriff ist, um das Substrat zwischen den Schienenelementen während eines Druckvorganges einzuspannen.
Substrateinspannanordnung nach Anspruch 35, wobei der Einspannmechanismus ferner einen Druckregler aufweist, um eine Einspannkraft, welche durch den Kolben an das Schienenelement gegen die Kante des Substrats angelegt wird, zu steuern.
Substrateinspannanordnung nach Anspruch 36, wobei die Einspannkraft zwischen 1 und 35 Pound beträgt.