DE1591226A1

DE1591226A1 - Vorrichtung zur Formung und zum Aufsetzen von Kontaktbruecken auf elektrische Schaltungen

Info

Publication number: DE1591226A1
Application number: DE19671591226
Authority: DE
Inventors: Lattin Jocelyn Carpenter; Kendall Clark; Theodor Herrmann; John Medwid
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-10-26
Filing date: 1967-10-25
Publication date: 1970-09-24
Also published as: GB1179799A; US3465408A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

703 BDBLINGEN SINDELF INGER ST.RASSE 49 FERNSPHECHER (07031) 6613040

Böblingen, 23, Oktober 1967 wi-oc

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10 504

Amtliches Aktenzeichen; Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 966 017

Vorrichtung zur Formung und zum Aufsetzen von Kontaktbrücken auf elektrische Schaltungen _i ■ '

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formung und zum Aufsetzen von Kontaktbrücken u. ähnl. Elementen auf Trägerplatten für elektrische Schaltungen.

Die Entwicklung von sogenannten hybriden Schaltungen stellt wachsende Anforderungen an die Präzision bei der Fertigung solcher Schaltungseinheiten. Bei dieser Technik werden zunächst die Widerstände, Anschlußstege und sonstigen leitenden Flächen auf die Trägerplatte aufgebracht, beispielsweise mittels Siebdruck, und anschließend erfolgt das Aufsetzen der Transistoren und Dioden in Form von Halbleite rplättchen auf die leitenden Flächen. Die äußerst geringen Abmessungen dieser Einzelelemente sowie die benötigten großen Stückzahlen lassen eine manuelle Fertigung nicht mehr zu; es sind daher weitgehend automatisierte Herstellungsverfahren entwickelt worden, bei denen die einzelnen ■

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ORIGINAL INSPECTED

Arbeitsgänge frei von manuellen Eingriffen ablaufen.

Sowohl bei der Herstellung gedruckter Schaltungen als auch und insbesondere bei hybriden Schaltungen ist es häufig notwendig, zwischen zwei leitenden Flächen bzw. Anschluß Stegen eine Kontaktverbindung herzustellen, wobei ein dazwischenliegender dritter Leitungssteg isoliert bleiben muß. Nach einem bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Überbrückungen wird auf den dazwischenliegenden, zu isolierendervLeiter eine Isolierschicht aufgebracht, auf die sodann der leitende Steg zur Verbindung der beiden benachbarten Leiter aufzusetzen ist. Dieses Verfahren ist jedoch unwirtschaftlich, da es mindestens zwei getrennte Arbeitsgänge und entsprechend aufwendige Einrichtungen erfordert, und insbesondere auch dann nachteilig, wenn das Schaltungsmuster öfters geändert werden muß.

Man kann auch, um dieses Verfahren zu vermeiden, U-förmige Kontaktbrücken herstellen und diese an den gewünschten Stellen der Schaltung einsetzen. Die damit verbünde Sortierungsarbeit sowie das Einsetzen von Hand sind jedoch zeitraubend, und außerdem können auf diese Art die Anforderungen an die Genauigkeit insbesondere in Anbetracht der geringen Abmessungen der einzelnen Teile nicht mehr erfüllt werden.

Bekannte Einrichtungen zum Formen und zum Zusammenbau von Drahtelementen, wie z. B. das Formen und Schweißen von Einzelelementen für

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elektronische Röhren, von Transistorklemmen u. ä., sind zum Formen und genauen Aufsetzen von Kontaktbrücken auf gedruckte und hybride Schaltungen nicht geeignet. Zum einen sind, wie bereits betont, die benötigten Kontaktbrücken außerordentlich klein, und zum anderen ist das · Sortieren und Aufnehmen solcher Elemente für das Einsetzen auf die Schaltung äußerst schwierig zu automatisieren, wenn diese bereits vor dem Zusammenbau hergestellt wurden.

Diese Schwierigkeit kann man grundsätzlich beseitigen, indem man die Kontaktbrücken bzw. die sonstigen benötigten Drahtelemente in ihre erforderliche Form bringt und unmittelbar anschließend auf die Schaltung aufsetzt, ohne daß die Elemente in der Zwischenzeit gelagert werden. In anderenÄnwendungen ist dieses. Verfahren auch schon angewendet worden. So sind beispielsweise durch die USA-Patentschriften 2 605 537'und 2.779 993 Vorrichtungen bekannt, in denen Drahtelemente, wie U-förmige Thermostatelemente, Dioden u, ä. in ihre gewünschte Form gebracht und anschließend eingesetzt bzw. angelötet oder -geschweißt werden.

Diese Einrichtungen sind aber für das genaue Aufsetzen von kleinsten Kontaktbrücken nicht brauchbar; auch tretai bei der Montage solcher Überbrückungselemente für Kleinstschaltungselemente andere Probleme auf: So müssen die betreffenden Überbrückungselemente, um bis zu der anschließenden Erwärmung des Flußmittels ihre Lage beizubehalten, mit einer gewissen, genau dosierbaren Kraft auf den Träger aufgesetzt werden.

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Außerdem muß die Lage der aufzusetzenden Kontakbrücken relativ zum Schaltungsträger ohne weiteres veränderbar sein, damit die betreffende Vorrichtung für sämtliche vorkommenden Schaltungsmuster eingesetzt werden kann. Diese Veränderungen in der Lage der Schaltungsbrücken erstrecken sich sowohl auf die Ausrichtung in den beiden Koordinaten«, richtungen in der Ebene des Trägers als auch auf die Winkellage der Kontaktbrücken,

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Formung und zum Aufsetzen von Kontaktbrücken auf Trägerplatten für elektrische Schaltungen zu schaffen, die die gestellten Anforderungen vollauf erfüllt, also insbesondere sehr genau justierbar ist, kleinste Drahtelemente verarbeiten kann und das Aufsetzen der Elemente in verschiedenen Stellungen ermöglicht. Man verwendet hierzu in bekannter Weise ein Hubelement, das als Stempel oder als Stößel ausgebildet ist und taktweise über einen entsprechenden Schubstangenantrieb betätigt wird. Von besonderer Bedeutung für die Lösung der gestellten Aufgabe ist, daß die äußerst Ideinen Drahtelemente nach ihrer Verformung zuverlässig durch das Übertragungselement auf die Schaltung aufgesetzt werden und nicht versehentlich, insbesondere bei der Rückstellung des Übertragungselements, wieder abgehoben werden.

Die gestellte Aufgabe ist durch eine Vorrichtung gelöst worden, bei der in dem Stempel ein Stößel längsbewegbar geführt ist, der nach dem Verformen des zugeführten Streifenabschnittes als Auswerfer wii^ksam ist

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. und einen zentralen Leitungskanal aufweist, durch den mittels eines

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taktgesteuerten Ventils für die Dauer des Aufsetzvorganges Vakuum und während des Abhebens des Stößels von der Trägerplatte ein Druckimpuls zugeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Gesamtansicht einer automatischen

Einrichtung zum Einsetzen von Halbleiterplättchen und U-förmigen Kontaktbrücken auf Schaltungsträgerplatten, die mit Hilfe eines Förderbandes durch mehrere Stationen transportiert werden,

Fig. 2 eine schaubildliche Teilansicht einer Sc haltungsplatte mit

aufgesetzten Anschlußstegen, einem Schaltungsplättchen '

und einer Kontaktbrücke in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Biege-und Aufsetzvorrichtung für

Kontaktbrücken,

Fig. 4 eine Teilansicht der Vorrichtung nach Fig. 3 in der Linie

4-4 der Fig. 6, * ■

Fig. 5 eine Ansicßtju^ fäf ^ηί^^τϊ der Fig, 4,

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Fig. 6 eine Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Kopf der Vorrichtung nach Fig. 3

zur Darstellung der verschiedenen Winkelstellungen des Kopfes,

Fig. 8-11 Schnittansichten des Kopfes der Vorrichtung gemäß Fig. 3 W zur Darstellung der verschiedenen Arbeitsphasen beim

Abscheren, Formen und Aufsetzen der Kontaktbrücken,

Fig. 8A eine Schnittansicht in der Linie 8A-8A der Fig. 8 und Fig. 1OA eine Schnittansicht in der Linie IQA-1OA der Fig. 10.

Gemäß Fig. 1 werden eine Anzahl Trägerplatten für Halbleite rschaltungsfc einheiten aufeinanderfolgend mittels eines metallenen Förderbandes 1

durch mehrere Stationen befördert, das über zwei Führungsrollen 2 und 3 geführt ist und eine Vorschubbewegung ausführt, indem der obere Teil des Förderbandes 1 in Richtung des Pfeiles 4, also nach rechts bewegt wird. . ·

Eine Ladevorrichtung 5 ist die erste Station und legt die Trägerplättchen einzeln auf das Förderband 1 auf. In der nächsten Station befindet sich eine Prägevorrichtung 6 mit einer Anzahl Prägestempeln, die bestimmte

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Stellen der Leiterzüge mit Einprägungen versehen, in die später die Enden de-r Kontaktbrücken mittels der Kontakbrüeken-Biege- und -Aufsetzvorrichtung 30 eingesetzt werden.

Die nächste Station ist ein Flußmittelzuführer, der ein Flußmittel tröpfchenweise auf diejenigen Bereiche der Trägerplatte aufbringt, an denen später die Kontaktbrücken aufgesetzt werden sollen. Um die Höhe der Flußmitteltröpfchen zu verringern, befindet sich an der nächsten Arbeitsstation ein Flußmittelverteiler 15, der mittels eines Gasstrahles die einzelnen Tröpfchen einebnet und so das Flußmittel verteilt.

In der nächsten Station befindet sich eine Zuführvorrichtung 17 zum Aufsetzen der Halbleiterplättchen auf die^rTrägerplatten. In Fig. 1 ist nur eine solche Zuführvorrichtung dargestellt, jedoch werden zweckmäßigerweise mehrere solcher Zuführvorrichtungen vorgesehen, und zwar entsprechend der Zahl der Halbleite rplättchen, die auf jede Trägerplatte aufzubringen sind^ Denn jede der Zuführvorrichtungen 17 setzt ein Halbleiterplättchen an einer bestimmten Stelle des vorgegebenen Schaltungsmusters auf.

Die Trägerplatten werden anschließend vom Förderband 1 einer ä KoniÄktbrücken-Biege- und -Aufsetzvorrichtung 30, im folgenden-mit

Kontaktbrücken-Aufsetzvorrichtung 30 bezeichnet, zugeführt; in Abhängigkeit von der Anzahl der aufzusetzenden Kontaktbrücken können auch hier

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mehrere solcher Aufsetzvorrichtungen 30 angeordnet sein.

Die Trägerplatten gelangen anschließend zu einer Prüfvorrichtung 22, in der jede Trägerplatte daraufhin überprüft wird, ob die erforderliche Anzahl von Halbleiterplättchen und'Kontaktbrücken ordnungsgemäß aufgesetzt wurden. Die einzelnen Trägerplatten werden in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Prüfung automatisch als richtig oder als Ausschuß gekennzeichnet, und diese Kenn zeichnung wird im Speicher der Steuerschaltung festgehalten, bis die betreffende Trägerplatte vom Förderband 1 bis zu einem anschließenden Aussortierer 23 für Nachbearbeitung gefördert worden ist. Den Aussortierer 23 kann man entweder so programmieren, daß alle als richtig bestückt erkannten Trägerplatten vom Förderband abgenommen werden, oder auch so, daß nur die als Ausschuß festgestellten Trägerplatten entnommen werden.

Auf der Trägerplatte S gemäß Fig. 2 befinden sich eine Anzahl Anschluß«, stege L. An den Enden der Anschlußstege L ist ein Halbleiterplättchen C mittels Kugelkontakten B befestigt. Benachbart zum Halbleiterplättchen C ist eine Kontaktbrücke E eingesetzt, die eine elektrische Verbindung zwischen zwei Anschlußstegen L herstellt, zwischen denen sich, isoliert davon, ein dritter Anschlußsteg L befindet. Die Kontaktbrücke E ist aus streifenförmigem, leitendem Material hergestellt, kann aber statt dessen auch aus Draht mit rundem Querschnitt o. ä„ bestehen. Es ist noch zu erwähnen, daß die Trägerplatten S auf dem Förderband 1 in einer definierten

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Lage genau ausgerichtet sind, bevor sie zur Kontaktbrücken-Aufsetzr. vorrichtung 30 gelangen.

Die Arbeitsweise der Kontaktbrücken-Aufsetzvorrichtung 30 ist in den Fig. 8 bis 11 im einzelnen dargestellt. Gemäß Fig. 8 wird ein Streifen 32, bei dem es sich aber, wie erwähnt, auch um einen Draht handeln kann, durch eine Öffnung 33 im Kopf 34 vorgeschoben, bis er an der gegenüberliegenden Wand einer Bohrung 36 anstößt. Ein Stößel 38 wird sodann abwärts¹ bewegt, wobei er auf den mittleren Teil des in der Bohrung 36 befindlichen Abschnittes des Streifens 32 auftrifft. Der Streifen 32 liegt zu dieser Zeit auf einem Matrizenblock 40 auf. Durch einen Kanal 44, der längs durch den Stößel 38 geführt ist, wird Vakuum zugeführt, unter dessen Wirkung der Streifen 32 am Stößel 38 festgehalten wird.

Gemäß Fig. 9 wird nun ein Stempel 42 abwärts bewegt, der den Streifen 32 abschert und die beiden Enden um den Matrizenblock 40 biegt. Die so entstandene U»förmige Kontaktbrücke E wird weiterhin durch das im Kanal 44 wirksame Vakuum am unteren Ende des Stößels 38 festgehalten, wodurch das genaue Aufsetzen auf den Anschlußsteg L der Trägerplatte S (Fig. 2) gewährleistet ist. Der Matrizenblock 42 wird dann, wie aus den Fig. 10 und 1OA ersichtlich, aus dem Weg des Stößels 38 ausgeschwenkt. Jetzt setzen der Stößel 38 und der Stempel 42 ihre Abwärtsbewegung um einen gewissen Betrag fort,

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Nun wird, wie Fig. 11 zeigt, der Stempel 42 angehalten und nur noch der Stößel 38 weiter abwärts bewegt, um die Kontaktbrücke E aus dem Stempel 42 herauszudrücken und in die vorgeschriebene Stellung auf der Trägerplatte S aufzusetzen. Auch während dieses Aufsetzvorganges wird eine Veränderung der Lage der Kontaktbrücke E am Stößel 38 durch das weiterhin durch den Kanal 44 wirksame Vakuum verhindert; die Unterseite des Stößels 38 ist zu diesem Zweck außerdem mit einer der Form der Kontaktbrücke E entsprechenden Nut versehen.

Das Aufsetzen der Kontakt)rücke E auf die Anschlußstege L erfolgt unter einer bestimmten Kraft, unter deren Wirkung die Schenkelenden der Kontaktbrücke E etwas deformiert werden, so daß ihre Lage auf den Anschlußstegen L stabilisiert ist. Nun wird die Kontaktbrücke E durch einen durch den Kanal 44 zugeführten Druckimpuls abgestoßen. Der Flußmittelfilm auf den Anschlußstegen L sorgt für ein kurzzeitiges Festhalten der Kontaktbrücke E. Der Stempel 42 sowie der Stößel 38 werden jetzt in ihre Ausgangsstellung zurückbewegt, während die Trägerplatte S in eine Wärmekammer (nicht gezeigt) vorgeschoben wird, in der sowohl die Kontaktbrücke E als auch die Anschlüsse des Halbleite rplättchens C angeschmolzen werden.

Gemäß Fig. 3 ist -die Kontaktbrücken-Aufsetzvorrichtung 30 in einem Rahmen 50 gelagert, der in einer entsprechenden Stellung zu derahier mit T bezeichneten Förderband angeordnet ist, das über eine Platte 51

(gestrichelt gezeichnet) geführt wird. Die Grundplatte des Rahmens 50 mittels Schrauben (nicht gezeigt) in den beiden Koordinatenrichtungen

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ihrerEbene verstellbar. Durch diese Maßnahme kann die Position, ih welche die Kontaktbrücken E einzusetzen sind, jeweils genau eingestellt werden. Im Rahmen 50 ist der Kopf 34 um eine vertikale Achse über der Trägerplatte S drehbar gelagert. Mittels dieser Einstellbarkeit des Kopfes 34 in verschiedene Winkelstellungen, die in Fig. 7 durch strichpunktierte Linien angedeutet sind, kann die Kontaktbrücke E in verschie«= denen Winkellagen auf die Trägerplatte S aufgesetzt werden. Ein gegen Federkraft lösbarer Bolzen 52 (Fig. 3) arretiert den Kopf 34 in der jeweiligen Winkellage. Im unteren Teil des Rahmens 50 ist eine Antriebswelle 54 gelagert, die mit dem Antrieb der Gesamtanlage gemäß Fig. 1 gekuppelt ist und Nockenscheiben 56, 58, 60 und 62 trägt; die Funktion dieser Nockenscheiben wird später noch beschrieben werden.

Wie ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich ist, befindet sich der Vorrat für den Streifen 32 auf einer Spule 64, die in einem am Kopf 34 befestigten Gehäuse 65 untergebracht ist. Der Streifen 32 läuft von der Spule 64 zwischen zwei Rollen 66 und 68 (Fig. 4) hindurch, die als Antrieb für den Vorschub des Streifens 32 wirksam sind. Hierzu ist, wie Fig. 3 zeigt, die Rolle 66 mit einem Schaltrad 70 gekuppelt, in dessen Zähne eine an einem Schaltarm 71 befindliche Schaltklinke 72 eingreift. Eine Sperrklinke 73 verhindert die Rückdrehung des Schaltrades 70. Auf dem Umfang der Nockenscheibe 62 liegt eine Nockenfolge rolle 74 auf, welche die durch die Nockenscheibe 62 erzeugten Hubbewegungen auf eine

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Schubstange 75 (vgl. auch Fig. 6) überträgt, die ihrerseits den Schaltarm 71 betätigt und dadurch die Rolle 66 schrittweise antreibt. Der Vorschubweg für den Streifen 32 bei jedem Antriebs schritt ist so be« messen, daß das vordere Ende des Streifens 32, wie bereits erwähnt, gerade an die gegenüberliegende Wand der Bohrung 36 anstößt.

Der Stößel 38 wird über einen Kipphebel 78 betätigt, der seinerseits von der Nockenscheibe 58 über eine Nockenfolge rolle 82 und einen Stößel 80 angetrieben wird. Hierzu ist der Stößel 38 mit einem Bund 84 versehen, der mit seiner Unterseite mit dem Ende des Kipphebels 78 und mit seiner Oberseite mit einer Blattfeder 86 zusammenwirkt. Die Blattfeder 86 dient zur Sicherung gegen eine Beschädigung der Teile, wenn die Bewegung des Stößels 38, etwa durch eine falsch eingesetzte Trägerplatte, behindert werden sollte.· Sie sorgt außerdem für das feste Aufsetzen der Kontaktbrücke E auf die Trägerplatte S, auch wenn deren Dicke im einzelnen Fall unterschiedlich sein sollte.

Wie aus den Fig. 3 und 6 erkennbar, ist der Kanal 44 am oberen Ende des Stößels 38 mit einem Schlauch 88 verbunden; dieser führt zu einem Ventil 90 (Fig_# 3), das über die Nockenscheibe 56 gesteuert wird und dafür sorgt, daß dem Kanal 44 über die Leitung 88 wechselweise Vakuum und Druckluft zugeführt werden.

Der Stempel 42 ist in einer Gleitführung im Kopf 34 gelagert und hat

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gemäß Fig. 3 nahe seinem oberen Ende eine Ringnut 91, in die das gegabelte Ende eines weiteren Kipphebels 92 eingreift. Der Kipphebel 92 wird über einen Stößel 93 und eine Nockenfolge rolle 94 von der Nockenscheibe 60 angetrieben. Die Stellung der einzelnen Nocken«, scheiben 56, 58, 60 und 62 zueinander ist so, daß ihre Funktionen entsprechend dem vorher anhand der Fig. 8 bis 11 beschriebenen .Arbeitsablauf wirksam werden.

Aus Fig. 5 kann man ersehen, daß der Matrizenblock 40 am Kopf 34 auf einem Bolzen 35 drehbar gelagert ist. Eine Blattfeder 96 hält den Matrizenblock 40 in seiner wirksamen Stellung (in der er in den Fig. 8 und BA gezeigt ist). Am Matrizenblock 40 befindet sich ein Arm 97, der mittels einer im Kopf 34 gelagerten Schubstange 98 betätigt wird. Ein Stößel 99 am Stempel 42 (Fig. 3) dient zur Betätigung der Stoßstange 98, Der zwischen dem Stößel 99 und dem oberen Ende der Schubstange 98 erkennbare Abstand bewirkt eine gewisse Verzögerung des Ausschwenkens des Matrizenblocks 40 aus seiner wirksamen Stellung, nämlich bis der Stempel 42 seine in Fig, 10 dargestellte Lage erreicht hat, in der die Schenkel des Streifens 32 bereits umgebogen sind. Sobald die U-Form der Kontaktbrücke E hergestellt ist, trifft der Stößel 99 auf die Schubstange 98 auf, und der Matrizenblock 40 wird aus seiner wirk-. * samen Stellung herausgeschwenkt (vgl, Fig. 10A),- so daß nunmehr in der bereits beschriebenen Weise der Stößel 38 die Kontaktbrücke E auf die Trägerplatte S absetzen kann.

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Claims

14 -■ 23 . Oktober ί9(Γ7 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Formung und zum Aufsetzen von Kontaktbrücken u. ähnl. Elementen auf Trägerplatten für elektrische Schaltungen mittels eines Hubelements, beispielsweise eines Stempels oder Stößels, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stempel (42) ein Stößel (38) längsbewegbar geführt ist, der nach dem Verformen des zugeführten Streifenabschnittes (32) als Auswerfer wirksam ist und einen' zentralen Leitungskanal (44) aufweist, durch den mittels eines taktgesteuerten Ventils (90) für die Dauer des Aufsetzvorganges Vakuum und während des Abhebens des Stößels (38) von der ... Trägerplatte (S) ein Druckimpuls zugetihrt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Unterseite des Stößels (38) eine Nut zur Aufnahme des Streifenelements (Kontaktbrücke E) befindet.

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