DE19520336A1 - Laser-Lötvorrichtung zum qualitätskontrollierten Auflöten von elektronischen Bauelementen auf einen Schaltungsträger und Verfahren zur Qualitätsüberwachung solcher Lötprozesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Laser-Lötvorrichtung zum qualitätskontrollier­ ten Auflöten von elektronischen Bauelementen mit einer Vielzahl von An­ schlußbeinen, insbesondere von Fine-Pitch-Bauelementen mit Rastermaßen unter etwa 0,65 mm, auf einen Schaltungsträger sowie ein Verfahren zur Qualitätsüberwachung solcher Lötprozesse.

Der herrschende Trend zur fortschreitenden Miniaturisierung im gesamten Elektronikbereich hat in den letzten Jahren zur einer starken Verkleine­ rung der Bauelemente bei gleichzeitiger Erhöhung deren Funktionalität ge­ führt. Dies bedingt eine immer größer werdende Anzahl von Anschlußbei­ nen an einem Bauelement, deren Raumbedarf wesentlich die erreichbare Packungsdichte einer elektronischen Schaltung beeinflußt. Trotz exisitie­ render, der Miniaturisierung entgegenkommender, alternativer Packungs­ formen, wie z. B. das sogenannte "Ball-Grid-Array" (BGA) spielt dabei das sogenannte "Quad Flat Package" (QFP) mit quaderförmigem Bauelementkör­ per und an seinen vier Seiten aneinandergereihten Anschlußbeinen weiter­ hin eine dominierende Rolle. Hierbei sollen Rastermaße bis herunter zu 0,2 mm erreicht werden.

Zunehmendes Interesse besteht zur Zeit auch an der Entwicklung von Fer­ tigungstechnologien für räumliche spritzgegossene Schaltungsträger - so­ genannte "3-D MID′s" - wie sie schon im Kraftfahrzeugbereich oder in der Telekommunikation eingesetzt werden.

Für die obenerwähnten engen Rastermaße und die 3D-Anwendungen ist die derzeit bekannte Montagetechnologie noch nicht ausgereift. Defizite beste­ hen vor allem in den Verfahrensschritten Lötdeponierung, Bestücken, Fi­ xieren und Fügen. Die Problemstellung des Fügens kann dabei durch Ein­ satz der Lasertechnik aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften Kräfte­ freiheit, optische Zugänglichkeit und lokale, wohldosierte Wärmezufuhr gelöst werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verfahrenskombination Bestücken und Laserstrahllöten in einem Modul, das leicht in bestehende Bestückungsautomaten integriert werden kann. Einschränkend hierbei ist, daß die bisherigen Laserstrahl-Lötsysteme hinsichtlich ihrer Produktivität und Flexibilität verbesserungsbedürftig sind.

Grundsätzlich ist die Qualität und damit die Zuverlässigkeit von soge­ nannten "Surface Mount"-(SM-)Lötverbindungen bei der erwähnten Prozeß­ folge von Bestücken und anschließendem Laserstrahllöten durch primäre und sekundäre Faktoren bestimmt.

Unter primär qualitätsbeeinflussenden Faktoren sind die maschinenabhän­ gigen Kenngrößen, wie z. B. die Positionier- und Wiederholgenauigkeit, die Maschinen- und Prozeßparameter, wie z. B. Positioniergeschwindigkeit, An­ fahrbeschleunigung, Bestück- bzw. Niederhaltekraft beim Fügen, Laser­ strahlparameter etc., das Layout und die Dimensionsstabilität des Schal­ tungsträgers, das Rastermaß der Bauelemente sowie die Vorbelotung, die Lötbarkeit, die Maßhaltigkeit und die thermophysikalischen Eigenschaften des Schaltungsträgers und der Bauelemente zu verstehen. Die sekundären Faktoren sind überwiegend durch den Menschen sowie durch Umwelteinflüs­ se, wie z. B. Lagerhaltung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc. bestimmt und beeinflussen die erreichbare Qualität der Lötverbindung zusätzlich.

Gerade die Bearbeitung räumlicher Schaltungsträger (3-D MID) stellt nun besonders hohe Anforderungen an die Kinematik zur Manipulation des Schaltungsträgers und/oder an das Bestücksystem. Ein wesentliches Pro­ blem besteht dabei in der hochgenauen Positionierung und Fixierung des Bauelementes auf dem räumlichen Schaltungsträger vor dem Fügeprozeß. Das Lotdepot kann bei der Verarbeitung dieser 3-D MIDs, nach dem der­ zeitigen Stand der Technik, entweder galvanisch oder mit Hilfe eines Dis­ pensers aufgebracht werden. Der Einsatz von galvanischen Lotdepots ver­ langt aber eine Fixierung des Bauelementes entweder vor dem Fügeprozeß mit schnell aushärtendem Kleber oder während des Fügeprozesses durch einen mechanischen Niederhalter. Das Dispensen hat den Vorteil, daß das Bauelement aufgrund der Klebefähigkeit der Lötpaste für den Fügeprozeß bis zu einer gewissen Neigung der Prozeßfläche fixiert ist. Bei Raster­ maßen 065 mm stößt das Dispensen aufgrund rheologischer Phänomene an seine Grenzen. Insofern ist die bisherige Strategie bei der räumlichen Montage bestehend aus Bestücken nach dem Pick-and-Place-System und dem nachfolgenden Reflow-Löten mit Hilfe von Strahlungs-, Konvektions-, Kon­ densations- oder Kombinationsöfen in einer separaten Anlage bei Raster­ maßen 0,65 mm problematisch.

In löttechnischer Hinsicht bietet hier nun das Laserstrahllöten insbeson­ dere zur Kontaktierung von Fine-Pitch-Bauelementen z. B. auf räumlichen Schaltungsträgern gegenüber herkömmlichen Techniken, wie z. B. Bügellö­ ten, erhebliche Vorteile. Diese beruhen auf der lokalen und präzise steu­ erbaren Wärmezufuhr oder der einfachen Anpaßbarkeit an unterschiedliche Bauelementformen durch eine gezielte räumliche Steuerung der Laserlötvor­ richtung.

Die Kontaktierung eines kompletten Bauelementes kann je nach eingesetztem optischen Strahlführungs- und -formungssystem der Laserstrahlung nach verschiedenen Strategien erfolgen. So können beispielsweise die einzelnen Anschlüsse sequentiell durch einen bewegten, nahezu punktförmigen Laser­ strahlfokus gelötet werden. Dies ermöglicht eine vereinfachte Adaption ei­ ner Prozeßregelung an das jeweilige Bauelement. Nachteilig sind dabei allerdings die vergleichsweise geringe Bearbeitungsgeschwindigkeit und das mögliche Verrutschen des Bauelementes beim asymmetrischen Auf­ schmelzen von Lot, falls kein Niederhalter oder fixierender Kleber ver­ wendet wird.

Der vorstehenden Problematik wurde bereits durch Lötsysteme entgegenge­ treten, in denen mehrere Teilstrahlen die parallele Bearbeitung mehrerer Anschlußreihen an den Bauelementseiten erlauben, wie dies in der DE 35 39 933 C2 angegeben ist. Die Relativbewegung des Laserstrahls ge­ genüber den zu verlötenden Anschlußelementen wird dabei durch Galvano­ meterspiegel bewirkt, was z. B. aus dem Fachaufsatz von van Veen "Bau­ elemente mit dem Laser löten" in der Fachzeitschrift "Leiterplattentech­ nik", Nov. 1992, S. 166 bis 169 beschrieben ist. Je nach erforderlicher Positioniergenauigkeit und Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls kann auch mit mechanisch geführten Lichtleitfasern gearbeitet werden, was aus der DE 39 39 812 bekannt ist.

Im Stand der Technik wurde auch bereits beschrieben, eine komplette An­ schlußreihe simultan zu bearbeiten, indem beispielsweise ein einzelner Laserstrahl mehrfach mit hoher Bahngeschwindigkeit mittels Galvanometer­ spiegel an einer Bauelementseite entlangbewegt wird oder indem durch ei­ ne Zylinderoptik ein Linienfokus auf den Anschlüssen erzeugt wird (siehe Fachaufsatz von Suinaga et al "Laser Soldering" in der Fachzeitschrift "Welding International", 1988, No. 3, Seiten 269 bis 276). Dieses Simul­ tanlöten setzt voraus, daß die Bearbeitungsintensität der Laserstrahlung so gewählt werden kann, daß ein Lötvorgang möglich ist, ohne die Sub­ stratbereiche zwischen den Anschlußflächen des Schaltungsträgers zu be­ schädigen.

Zum Stand der Technik ist weiterhin auszuführen, daß ein Laserstrahllö­ ten mit zusätzlicher Ultraschallanregung eines oder aller Fügepartner - also der Bauelemente mit ihren Anschlußbeinen bzw. des Schaltungsträ­ gers - bekannt ist. Damit kann die Benetzung der Anschlußflächen mit Lot während des Aufschmelzprozesses gesteigert werden (siehe Fachaufsatz von Hammond "Laser Ultrasonic Tape Automated Bonding" in der Fachzeitschrift "Surface Mount Technology", Sept. 1990, Seite 25 bis 31). Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich durch Ultraschalleinwirkung zum einen Oxid­ schichten und Verunreinigungen auf den Fügeflächen aufgrund von Kavi­ tation ablösen und somit die Grenzflächenspannung zwischen Lot und Löt­ atmosphäre verringert wird. Außerdem wird das Fließen des aufgeschmol­ zenen Lotes erleichtert, da einerseits über die Temperaturerhöhung in den Randschichten durch Ultraschallabsorption eine Viskositätsverringerung auftritt und andererseits durch die periodischen Auslenkungen der Lot­ oberfläche eine größere Benetzungs- bzw. Wechselwirkungsfläche erzeugt wird. Infolgedessen kommt es zu einer verbesserten Benetzung und zu ei­ ner optimierten Ausbildung der Lotmenisken insbesondere im Fersenbereich der Bauelement-Anschlüsse. Prozeßbegleitend wird das Löten unter Schutz­ gas empfohlen, um Oxidationsprozesse auf den erwärmten Oberflächen zu verhindern. Für eine Verbesserung der Benetzungsfähigkeit des Lotes ist im übrigen eine bestimmte Minimal-Energiedichte des Ultraschalls erforder­ lich. Zur Erhöhung der Effektivität sollte die Ultraschall-Einkopplung möglichst nahe an der Fügestelle erfolgen. Die unmittelbare Einleitung des Schalls über den Bauelement-Niederhalter ist in diesem Zusammenhang be­ sonders effektiv.

Weiterhin ist es grundsätzlich bekannt, akustische Wellen in verschieden­ ster Weise auch zur Qualitätssicherung bei Lötprozessen einzusetzen. So lassen sich akustische Emissionen während des Lötprozesses vom Schal­ tungsträger oder am Bauelement-Niederhalter als Schallsignal abnehmen, was aus der DE 42 34 121 C2 bzw. aus dem Fachaufsatz von van Gastel "ALERT: Advanced Laser Reflow Soldering for surface Mount Technology" in "VDI-Berichte" Nr. 1133, 1994 bekannt ist. Die erwähnten Schallsignale geben Aufschluß über das Aufschmelzverhalten der Werkstoffe an der Löt­ stelle.

Weiterhin ermöglichen verschiedene meßtechnische Verfahren eine sequen­ tielle Qualitätsüberprüfung der Anschlüsse nach dem Lötprozeß. Dabei er­ wärmen Laserpulse mit niedriger Leistungsdichte die Oberflächen der Fü­ gepartner an den Lötstellen kurzzeitig bis maximal auf Temperaturen un­ terhalb der Schmelztemperatur. Hierdurch werden akustische Wellen er­ zeugt, die am Bauelement-Niederhalter oder auf dem Schaltungsträger mit um so größerer Amplitude detektierbar sind, je besser die Fügestelle geo­ metrisch ausgebildet ist. Unzureichende Menisken, Risse oder Einschlüsse in der Lötstelle können mit diesen Verfahren erkannt werden.

Problematisch bei dem vorstehend erörterten akustischen Verfahren ist, daß diese für die Qualitätsüberprüfung von Lötverbindungen an Anschluß­ beinen insbesondere von Fine-Pitch-Bauelementen mit sehr kleinem Raster­ maß etwa < 0,65 mm bis herunter zu 0,2 mm unter Umständen keine genü­ gende örtliche Auflösung aufweisen, um selektiv die einzelnen Lötverbin­ dungen in ihrer Qualität zu überprüfen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist auch der Umstand, daß das Meßsystem bei jeder Layoutänderung neu kalibriert werden muß und die Qualitätsprüfung sequentiell nach dem Fü­ geprozeß erfolgt. Darüber hinaus hat sich dieser Stand der Technik zwar mit einzelnen Aspekten beim Auflöten von vielpoligen Bauelementen mittels Lasertechnik beschäftigt, ein umfassendes Konzept zur rationellen Kontak­ tierung solcher Bauelemente mit der Methode des Simultanlötens in Verbin­ dung mit einer Inline-Qualitätskontrolle aller Lötverbindungen wurde bis­ her jedoch noch nicht realisiert.

Insofern liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Laser-Lötvorrich­ tung anzugeben, mit der eine rationelle Kontaktierung vielpoliger Bauele­ mente mit kleinem Rastermaß unter zerstörungsfreier, lötprozeßbegleiten­ der Qualitätskontrolle der erzeugten Lötverbindungen möglich ist. In ver­ fahrenstechnischer Hinsicht soll ein in dieser Laser-Lötvorrichtung ein­ setzbares Verfahren zur Qualitätsüberwachung von laser-induzierten Löt­ prozessen zwischen Anschlußelementen solcher vielpoliger elektronischer Bauelemente und einem Schaltungsträger angegeben werden.

In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist die Lösung der vorstehenden Auf­ gabe durch eine Laser-Lötvorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspru­ ches 1 gegeben. Daraus ergibt sich das erfindungsgemäße Konzept, wonach in die Laser-Lötvorrichtung als wesentliche Komponenten eine Manipula­ tionseinrichtung zur Aufnahme des Bauelements aus einem Magazin und zu dessen Handhabung während des Kontroll-, Bestückungs- und Füge- bzw. Lötvorganges, eine Geometrie-Erfassungseinrichtung zur Ermittlung der La­ ge und Ausdehnung der Anschlußbeine des Bauelements, zur Kontrolle der Koplanarität der Anschlußbeine und/oder zur Bestimmung der optimalen Bestückungskraft für das Bauelement, eine Laser-Bestrahlungseinrichtung zur Erzeugung eines oder mehrerer für einen Simultan-Füge- bzw. -Lötvor­ gang verwendeter Laserstrahlen, eine Ultraschall-Anregungseinrichtung in der Manipulationseinrichtung zur Ultraschall-Anregung des Bauelementes während des Füge- bzw. Lötvorganges und/oder danach sowie eine Schwingungs-Detektionseinrichtung zur Detektion der durch die Ultra­ schall-Anregung des Bauelementes erzeugten mechanischen Schwingungen der Anschlußbeine integriert sind, wobei die Schwingungen für die Qua­ lität der Füge- bzw. Lötverbindung repräsentativ sind.

Durch die Zusammenfassung dieser Komponenten in der erfindungsgemäßen Laser-Lötvorrichtung wird eine für die Kontaktierung von vielpoligen Bau­ elementen vorteilhafte Prozeßabfolge ermöglicht, die durch folgende Schrit­ te charakterisiert ist:

• - Bestimmung der Lage-Koordinaten jedes einzelnen Anschlußbeines des elektronischen Bauelementes
• - Bestimmung des räumlichen Koplanaritätszustandes der Anschlußbeine relativ zueinander
• - Ermittlung der optimalen Bestück- und Niederhaltekraft in Abhängigkeit davon
• - simultanes Laser-Reflow-Löten
• - Verbesserung der Lotbenetzung der Fügepartner durch Ultraschall-Anre­ gung
• - prozeßintegrierte Qualitätssicherung während des Füge- und Lötprozesses und/oder danach unter Verwendung von Schallanregung.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Laser-Lötvorrichtung und der damit ermöglichten, vorstehend charakterisierten Prozeßabfolge kann ein 3D-fähiges Kontaktierungsverfahren hoher Produktivität und mit dokumentierbarer Qualität der Füge- bzw. Lötverbindungen der einzelnen Anschlußbeine realisiert werden.

Es ist zu ergänzen, daß das Löten im klassischen Sinne nur ein mögliches Fügeverfahren ist, das mit der erfindungsgemäßen Laser-Lötvorrichtung durchführbar ist. Daneben ist beispielsweise eine durch Laserstrahlung induzierte, schnelle Aushärtung von leitfähigen Kunststoffen eine ebenfalls realisierbare Fügetechnik zum Kontaktieren von elektronischen Bauelemen­ ten mit Hilfe der erfindungsgemäßen Laser-Lötvorrichtung.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Geometrie-Erfassungseinrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben. Diese sind teilweise von eigenständi­ ger erfinderischer Bedeutung. Insofern können solche vorteilhaft ausge­ staltete Geometrie-Erfassungseinrichtungen auch unabhängig von den wei­ teren Komponenten der erfindungsgemäßen Laser-Lötvorrichtung eingesetzt werden. Weitere Einzelheiten zu der Ausgestaltung der Geometrie-Erfas­ sungseinrichtung sind der Beschreibung der entsprechenden Ausführungs­ beispiele dazu entnehmbar.

Die Ansprüche 8 und 9 charakterisieren bevorzugte Weiterbildungen der Manipulationseinrichtung. Durch die angegebene Ausgestaltung ist es mög­ lich, sowohl die Aufsetzkraft der Bauelement-Anschlußbeine auf eine Un­ terlage zu bestimmen als auch die Ultraschall-Anregung des Bauelementes zu erzeugen. Im übrigen ist bei der als Vakuumpipette ausgebildeten Ma­ nipulationseinrichtung gemäß Anspruch 19 ein in einer Kugelgelenkanord­ nung gelagertes Kontaktstück vorgesehen, mit dem Orthogonalitätsabwei­ chungen zwischen dem Bauelement und dem Schaltungsträger beim Bestücken auszugleichen sind.

Die nach Anspruch 20 vorgesehenen Prozeßgaskanäle in der Manipulations­ einrichtung dienen zur Zuführung von Schutzgas auf konstruktiv einfache Weise, um eine Oxidation der beloteten Fügeflächen zu unterbinden oder zumindest zu reduzieren, wie dies als solches bereits als Stand der Tech­ nik bekannt ist.

Die Ansprüche 10 bis 18 kennzeichnen vorteilhafte Ausbildungen der ver­ bleibenden Komponenten der erfindungsgemäßen Laser-Lötvorrichtung und die gegenseitige Integration dieser Komponenten. Nähere Einzelheiten hier­ zu sind wiederum der Beschreibung der entsprechenden Ausführungsbei­ spiele entnehmbar.

Anspruch 21 betrifft ein Verfahren zur Qualitätsüberwachung von Laser­ induzierten Füge- bzw. Lötprozessen zwischen Anschlußelementen vielpoli­ ger elektronischer Bauelemente und einem Schaltungsträger, das in vor­ teilhafter Weise in der erfindungsgemäßen Laser-Lötvorrichtung realisiert werden kann. Wesentlich dabei ist die Kombination einer Ultraschall-Anre­ gung des Bauelementes während des oder nach dem Laser-Füge- bzw. -Löt­ prozeß mit einer optischen Erfassung der durch die Ultraschall-Anregung hervorgerufenen Schwingungen der Anschlüsse des elektronischen Bauele­ mentes. Durch diese optische Erfassung der akustisch angeregten Schwin­ gungen der Anschlüsse des Bauelementes wird eine selektive Qualitätskon­ trolle einzelner, sehr eng stehender Anschlüsse gerade von Bauelementen mit sehr kleinem Rastermaß möglich.

In verfahrenstechnischer Hinsicht besonders vorteilhaft ist es, wenn ge­ mäß Anspruch 22 die Anschlüsse des zu fügenden bzw. zu verlötenden Bauelementes in einem von den Füge- bzw. Lötflächen beabstandeten Be­ reich, also insbesondere im Schulterbereich der Anschlußbeine von Fine-Pitch-Bauelementen, beleuchtet werden. Diese Stellen sind für das optische System besonders gut zugänglich und weisen zudem ein für die Qualität der Füge- bzw. Lötverbindung sehr charakteristisches Schwin­ gungsverhalten aufgrund der Ultraschall-Anregung des Bauelementes auf. Als charakteristische Größen des detektierten Meßsignals können dabei dessen Amplitude, Frequenz, und/oder Phase erfaßt werden (Anspruch 23).

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nach­ folgenden Beschreibung entnehmbar, in der Ausführungsbeispiele der er­ findungsgemäßen Laser-Lötvorrichtung und des darin zum Einsatz kommen­ den Qualitätsüberwachungsverfahrens anhand der beigefügten Figuren nä­ her erläutert werden:

Fig 1 eine schematische Perspektivdarstellung einer Laser-Lötvorrichtung,

Fig. 2 eine teilweise schematisierte Perspektivdarstellung der Geometrie-Erfassungseinrichtung der Laser-Lötvorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 Seitenansichten des Details III nach Fig. 2 in unterschiedlichen Aufsetzpositionen eines Anschlußbeines,

Fig. 4, 6, 8, 10 und 12 Seitenansichten unterschiedlicher Ausführungs­ formen der Geometrie-Erfassungseinrichtung,

Fig. 5, 7, 9, 11 und 13 Draufsichten auf die Lichtquellen der Geometrie-Erfassungseinrichtungen gemäß den Fig. 4, 6, 8, 10 und 12,

Fig. 14 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Geometrie-Erfassungseinrichtung,

Fig. 15 eine ausschnittsweise, schematische Perspektivdarstellung der La­ ser-Lötvorrichtung mit zu kontaktierendem Bauelement im Anfahr­ zustand relativ zu einem Schaltungsträger,

Fig. 16 eine Seitenansicht der Manipulationseinrichtung der Laser-Lötvor­ richtung mit integrierter Laser-Bestrahlungs- und Schwingungs-Detektionseinrichtung,

Fig. 17 eine teilweise geschnittene Detail-Seitenansicht des Mundstückes der Vakuumpipette der Manipulationseinrichtung,

Fig. 18 einen Horizontalschnitt durch die Vakuumpipette entlang der Schnittlinie XVIII-XVIII nach Fig. 17,

Fig. 19 einen ausschnittsweisen Vertikalschnitt durch eine Strahlführungs- und -formungseinheit der Laser-Bestrahlungseinrichtung,

Fig. 20 einen Vertikalschnitt durch die Strahlführungs- und -formungsein­ heit entlang der Schnittlinie XX-XX nach Fig. 19 mit integrierter Schwingungs-Detektionseinrichtung,

Fig. 21 und 22 Draufsichten auf unterschiedliche Anordnungsformen von Strahlführungs- und -formungseinheiten mit integrierten Schwin­ gungs-Detektionseinrichtungen aus Pfeilrichtung XXI gem. Fig. 16.

Fig. 1 zeigt einen Überblick über die Grundstruktur einer Laser-Lötvor­ richtung gemäß der Erfindung, die zum qualitätskontrollierten Fügen bzw. Löten von elektronischen Bauelementen mit einer Vielzahl von Anschlußbei­ nen, wie z. B. einem Fine-Pitch-Bauelement 1 mit Rastermaßen R (Fig. 15 bzw. 18) unter 0,65 mm - also beispielsweise 0,25 mm - auf einen plana­ ren Schaltungsträger 2 dient. Statt auf den planaren Schaltungsträger 2 kann durch die Laser-Lötvorrichtung auch ein Fügen bzw. Löten auf räumlich geformte Schaltungsträger stattfinden.

Ein Kernstück der Laser-Lötvorrichtung ist eine Manipulationseinrichtung 3, wie sie von ihrer grundsätzlichen Bauweise her aus üblichen Pick-and-Place-Systemen bekannt ist. Diese weist eine Vakuumpipette 4 auf, mittels der durch Unterdruck das Bauelement 1 angesaugt und gehalten wird. Die Manipulationseinrichtung 3 selbst ist über nicht näher dargestellte Füh­ rungen und Antriebe in der Horizontalebene in X- bzw. Y-Richtung ver­ schiebbar. Zudem ist die Vakuumpipette 4 mit ihren noch näher zu erläu­ ternden Anbauten an einem Kopf 5 der Manipulationseinrichtung 3 karda­ nisch gelagert, sowie in der vertikalen Z-Richtung verschiebbar und um ihre Längsachse drehbar.

Die Manipulationseinrichtung 3 dient zur Aufnahme des Bauelementes 1 aus einem Magazin 6, bei dem es sich beispielsweise um ein auf Führungs­ schienen 7 verschiebbares Tablett 8 handeln kann.

Weiterhin weist die in Fig. 1 gezeigte Laser-Lötvorrichtung eine als gan­ zes mit 9 bezeichnete Geometrie-Erfassungseinrichtung auf, die zur Ermitt­ lung der Lage und Ausdehnung der Anschlußbeine des Bauelementes 1, zur Kontrolle deren Koplanarität und zur Bestimmung der optimalen Bestückungskraft für das Bauelement dient. Wesentliche Bauteile der Geometrie-Erfassungseinrichtung sind eine Beleuchtungseinrichtung 10, deren Ausge­ staltung noch näher beschrieben wird, und eine CCD-Kamera 11 mit Objek­ tiv 12.

Als weitere Station weist die gezeigte Laser-Lötvorrichtung eine als gan­ zes mit 13 bezeichnete Laser-Bestrahlungseinrichtung auf, die aus den separat ansteuerbaren Laserquellen 14, einem Bündel von Lichtleitfasern 15 und an der Vakuumpipette 4 angeordneten, in Fig. 1 durch einen Ge­ häusekasten 16 schematisch angedeuteten Strahlführungs- und -formungs­ einheiten besteht. Durch die von den Laserquellen 14 über die Lichtleit­ fasern 15 zu den noch näher zu erläuternden Strahlführungs- und -for­ mungseinheiten zugeführte Laserstrahlung werden die für einen Simultan-Füge- bzw. -Lötvorgang verwendeten Laserstrahlen erzeugt.

Weiterhin ist in die Vakuumpipette 4 eine Ultraschall-Anregungseinrichtung für das Bauelement 1 während des Füge- bzw. Lötvorganges bzw. danach integriert.

Weiterhin ist eine noch näher zu erläuternde optische Schwingungs-Detek­ tionseinrichtung im Gehäusekasten 16 vorgesehen, die die durch die Ultraschallanregung des Bauelementes 1 erzeugten mechanischen Schwingungen der Anschlußbeine detektiert.

Die gesamte Laser-Lötvorrichtung wird über eine Steuer- und Auswerteein­ richtung 17 gesteuert, bei der es sich beispielsweise um einen Personal­ computer handeln kann. Diese Steuer- und Auswerteeinrichtung 17 steht über Steuer- und Signalleitungen 18 mit den einzelnen Komponenten der Laser-Lötvorrichtung in Verbindung. Von diesen Leitungen 18 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 1 nur ein kleinerer Teil gezeigt.

Aus Fig. 2 wird der grundsätzliche Aufbau der Geometrie-Erfassungsein­ richtung 9 deutlich. Deren Beleuchtungseinrichtung 10 weist eine gläserne, lichtdurchlässige Aufsetzplatte 19 in optischer Qualität zum Aufsetzen des Bauelementes 1 mit seinen Anschlußbeinen 20 mittels der Vakuumpipette 4 sowie eine darunter angeordnete Lichtquelle 21 zur Beleuchtung der An­ schlußbeine 20 auf. Die Lichtquelle 21 ist auf der dem Bauelement 1 ab­ gewandten Seite der Aufsetzplatte 19 angeordnet. Zwischen letzterer und der Lichtquelle 21 ist ein teildurchlässiger Umlenkspiegel 22 in einem Winkel von 45° zur Senkrechten angeordnet, der das von den Anschlußbei­ nen 20 beim Beleuchten reflektierte Streulicht 23 in Richtung der CCD-Kamera 11 ablenkt. Deren Bildsignale werden in einer in die Steuer- und Auswerteeinrichtung 17 integrierten Bildverarbeitungseinrichtung zur Er­ mittlung der Koordinaten und Koplanarität der Anschlußbeine 20 verarbei­ tet. Dabei werden vor und während des für den kompletten Meßvorgang notwendigen Aufsetzens des Bauelementes 1 auf die Aufsetzplatte 19 die Projektionen der Anschlußbeine 20 auf die CCD-Ebene erfaßt, so daß über Segmentierungsalgorithmen die genauen Anschlußkoordinaten sowie eventu­ elle Verdrehungen der Anschlüsse bestimmt werden können. Durch bestimm­ te, noch näher zu beschreibende Beleuchtungsvarianten ist es zusätzlich möglich, die räumliche Fußgeometrie aus den Grauwertverteilungen inner­ halb der segmentierten Anschlußbereiche zu rekonstruieren und daraus op­ timale Aufsetzparameter abzuleiten.

In Fig. 3 ist im Detail ein Anschlußbein 20 und das Verhalten des Streu­ lichtes in Abhängigkeit des Aufsetzen des Anschlußbeines 20 auf die Auf­ setzplatte 19 gezeigt. Daraus ist erkennbar, daß bei einer Schrägstellung der Lötfläche 24 am Ende des Anschlußbeines 20 das Streulicht 23 in ei­ nem spitzen Winkel zum einfallenden Licht reflektiert wird. Bei einem zu­ nehmenden Niederfahren des Bauelementes 1 wird das Streulicht 23 mit im­ mer kleiner werdenden Winkel reflektiert, bis es bei einer planen Auflage der Lötfläche 24 auf der Aufsetzplatte 19 parallel zum einfallenden Licht 25 reflektiert wird. Dieses Reflektionsverhalten kann von der CCD-Kamera 11 detektiert und daraus selektiv für jedes Anschlußbein 20 auf die Lage der Lötfläche 24 im Raum geschlossen werden.

Im übrigen können in Abhängigkeit von der Bauelement-Gehäusegröße und dem notwendigen Abbildungsmaßstab bei gegebenem Arbeitsabstand zur Mi­ nimierung des Parallaxenfehlers vier CCD-Kameras und/oder telezentrische Optiken eingesetzt werden.

Anhand der Fig. 4 bis 14 werden sechs unterschiedliche Varianten für die Lichtquellen 21 der Geometrie-Erfassungseinrichtung 9 erläutert.

In einer ersten Alternative gemäß den Fig. 4 und 5 werden vier in Draufsicht (Fig. 5) im Quadrat angeordnete Beleuchtungszeilen 26 einge­ setzt, die jeweils etwa parallel zu den Gehäusekanten 27 des Bauelementes 1 stehen und die die Anschlußbeine 20 von unten beleuchten. Die sich un­ terhalb des Umlenkspiegels 22 befindenden Beleuchtungszeilen 26 sind zur Anpassung der Beleuchtungsverhältnisse an die Bauelementgröße und -form um ihre Längsachse 28 jeweils drehbar gelagert. In Abhängigkeit vom Bauelement 1 werden die Beleuchtungszeilen 26 mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Antriebes automatisch in eine entsprechende Position ge­ dreht. Bei Bauelementen, die die Größe des von den Beleuchtungszeilen 26 gebildeten Quadrates überschreiten, werden letztere nach außen, für dem­ gegenüber kleinere Bauelemente die Beleuchtungszeilen 26 nach innen ge­ kippt.

Als Beleuchtungsquelle für die einzelnen Beleuchtungszeilen 26 können z. B. einfarbige LED-Zeilen 29 mit Strahlformungsoptiken in Form von z. B. Zylinderlinsen 30 benutzt werden. Die Verwendung von Einzel-LEDs mit in­ tegrierten Kollimatorlinsen in Zeilenanordnung ist ebenfalls möglich.

Entsprechend der monochromen Beleuchtung durch die einfarbigen LED-Zei­ len 29 kommt eine Schwarz/weiß-(S/W)-CCD-Kamera 11 zum Einsatz.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Beleuchtungsvariante entspricht im Aufbau im wesentlichen der Variante gemäß den Fig. 4 und 5. Im Unter­ schied dazu werden lediglich drei zueinander geneigte 1-ED-Zeilen 29r, 29g, 29b mit den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen rot/grün/blau ihres Lichtes eingesetzt. Die Strahlformung erfolgt wiederum über Zylin­ derlinsen 30. Auch die Verwendung von Einzel-LEDs mit integrierten Kolli­ matorlinsen ist wiederum möglich.

Die Beleuchtung in drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen sowie die entsprechende Verwendung einer Rot/grün/blau-(RGB-)CCD-Kamera 11 er­ möglichen es, bereits bei einer Einzelaufnahme eine Aussage über die Ko­ planarität der Lötflächen 24 der Anschlußbeine 20 zu treffen.

Bei der in Fig. 8 und 9 gezeigten Beleuchtungsvariante dient als Licht­ quelle eine einfarbige LED-Matrix 32, die sich unterhalb des teildurchläs­ sigen Umlenkspiegels 22 befindet. Die Strahlformung kann mit einer Fres­ nellinse 31 erfolgen. Auch ist wiederum die Verwendung von Einzel-LEDs mit je einer Kollimatorlinse bei der LED-Matrix 32 möglich. Entsprechend der monochromen Beleuchtung kommt eine S/W-CCD-Kamera zum Einsatz.

Bei der in den Fig. 10 und 11 gezeigten Variante kommt eine mehrfarbige LED-Matrix 32 mit den Wellenlängen-Bereichen rot/grün/blau zum Einsatz. Die LEDs 33r bzw. 33g bzw. 33b gleicher Wellenlänge werden dabei seg­ mentartig, symmetrisch angeordnet, wie dies aus Fig. 11 deutlich wird.

Die Strahlformung kann wiederum zum Beispiel mit einer Fresnellinse 31 oder je LED mit einer Kollimatorlinse erfolgen. Die Beleuchtung in drei Wellenlängenbereichen sowie die entsprechende Verwendung einer RGB-CCD-Kamera 11 ermöglichen - wie bereits oben erwähnt - bei dieser Variante, bereits bei einer Einzelaufnahme eine Aussage über die Koplanarität der Lötflächen 24 der Anschlußbeine 20 zu treffen.

Bei der Variante gemäß den Fig. 12 und 13 werden vier wiederum im Quadrat angeordnete Beleuchtungszeilen 26 eingesetzt, die wie bei der Variante gemäß den Fig. 4 und 5 zur Anpassung der Beleuchtung an die Bauelement-Größen drehbar gelagert sind. Als Lichtquelle werden Kalt­ lichtquellen mit entsprechender Einspeisung über Lichtleitfasern 34 ver­ wendet. Vor dem lichtaustrittseitigen Ende der Lichtleitfasern 34 sind rot/grün/blau-Farbfilter 34′ und Zylinderlinsen 30 gesetzt. Alternativ kann eine Strahlformungsoptik mit integriertem Farbfilter (rot/grün/blau) zum Einsatz kommen. Die Kamera ist wiederum eine polychrome RGB-CCD-Kamera 11. Wiederum kann bereits bei einer Einzelaufnahme eine Aussage über die Koplanarität der Bauelement-Anschlüsse getroffen werden.

Die letzte Variante für eine optische Meßeinrichtung innerhalb der Geo­ metrie-Erfassungseinrichtung 9 ist in Fig. 14 dargestellt. Hierbei wird eine Kaltlicht-Lampe 35 eingesetzt, deren Beleuchtungsgeometrie durch eine Fresnellinse 31 (oder eine diffraktive Optik) eingestellt wird. Zwischen Fresnellinse 31 und Umlenkspiegel 22 ist ein rot/grün/blau-Farbfilter 34′ eingesetzt, durch den eine Aufteilung des Lichtstromes in drei Wellenlängenbereiche erfolgt. Entsprechend wird wiederum eine RGB-CCD-Kamera 11 verwendet. Bei Verwendung einer S/W-CCD-Kamera kann dagegen auf den Farbfilter verzichtet werden. Bei der polychromen Beleuchtung kann wie­ derum bereits bei einer Einzelaufnahme eine Aussage über die Koplanari­ tät der Lötflächen 24 der Anschlußbeine 20 des Bauelementes 1 getroffen werden.

Alternativ zu den vorstehend erörterten optischen Meßmethoden kann die Erfassung der Geometriedaten der Bauelement-Anschlüsse auch mit Hilfe eines orts- und zeitauflösenden Detektors z. B. einem Drucksensor, erfol­ gen. Dieser Detektor würde anstelle der Glasplatte eingesetzt werden. Da­ bei wird das Bauelement mit konstanter Geschwindigkeit auf dem Detektor aufgesetzt. In festgesetzten Zeitabständen werden die Detektorsignale der matrixförmigen Anordnung aufgenommen, deren Auswertung eine Aussage über das lokale Aufsetzen der Bauelement-Anschlüsse ermöglicht. Dadurch lassen sich mit Hilfe spezieller Auswertealgorithmen ebenfalls die genauen Anschlußkoordinaten, eine eventuelle Verdrehung der Anschlüsse sowie die optimale Bestückkraft ermitteln.

Eine weitere mechanisch/optische Meßmethode besteht darin, die Aufsetz­ platte aus einem elastischen Werkstoff zu fertigen, wobei die lokale Aus­ lenkung der Platte aufgrund des Aufsetzens der Anschlußbeine 20 des Bauelementes interferometrisch nach Art eines Michelson-Interferometers mit einer CCD-Kamera und unter Beleuchtung mittels kohärentem Licht detek­ tiert wird.

Aus den Fig. 15 und 16 wird der grundsätzliche Aufbau der Manipulati­ onseinrichtung 3 mit der Vakuumpipette 4 und dem Gehäusekasten 16 deut­ lich, in den sogenannte BSD-Module 36 (Beleuchtungs-/Strahlführungs- und -formungs-/Detektions-Modul) integriert sind. Letztere werden im folgenden noch näher beschrieben.

Wie aus Fig. 16 deutlich wird, ist die Vakuumpipette 4 an einem Kreuzge­ lenk 37 im Kopf 5 um zwei horizontal und rechtwinklig zueinander ange­ ordnete Schwenkachsen 38, 39 kardanisch gelagert. Für die Verschwenk­ bewegung innerhalb der kardanischen Lagerung sind zwei Drehantriebe 40, 41 vorgesehen. Weiterhin ist in den Kopf 5 ein Rotationsantrieb 41′ integriert, mittels dem die Vakuumpipette 4 gemeinsam mit dem Gehäuseka­ sten 16 um die Längsachse 42 der Vakuumpipette 4 drehbar ist. Ergänzt wird der Aufbau durch einen weiteren Antrieb 43 innerhalb des Gehäuse­ kastens 16, mittels dem die Vakuumpipette 4 relativ zum Gehäusekasten 16 um ihre Längsachse 42 drehbar und in deren Richtung (Z-Richtung) ver­ schiebbar ist. Es handelt sich bei dem Antrieb 43 also um einen kombi­ nierten Translations- und Rotationsantrieb, der z. B. aus Getriebe, DC-Mo­ tor und Encoder bestehen kann.

Am unteren Ende der Vakuumpipette 4 ist ein auswechselbares Mundstück 44 angebracht, das an die jeweilige Bauelementform speziell angepaßt ist. Wie aus Fig. 17 und 18 deutlich wird, ist zentral in die Vakuumpipette ein Unterdruckkanal 45 eingeformt, der mit einer steuerbaren Vakuumquel­ le (nicht dargestellt) in Verbindung steht. Ferner sind im radial äußeren Bereich des Querschnittes der Vakuumpipette 4 über den Umfang verteilte, parallel zur Längsachse 42 verlaufende Prozeßgaskanäle 46 zur Zuführung von Schutzgas zu dem zu fügenden bzw. zu lötenden Bauelement 1 einge­ formt. Das ausströmende Schutzgas ist in den Fig. 17 und 18 durch Pfeile 47 angedeutet.

Am unteren Ende der Vakuumpipette 4 ist ein sogenannter Ringaktor 48 mit integriertem Kraftsensor angeordnet, an dem starr ein kegeliges End­ stück 49 angebracht ist. Weiterhin münden die Prozeßgaskanäle 46 in ein­ zelne Auslaßstutzen 50, die von Dichtlippen 51 umgeben sind.

Wie aus Fig. 17 deutlich wird, weist das auswechselbare Mundstück 44 eine konische Innenbohrung 52 auf, mit der es kraftschlüssig, jedoch lös­ bar mit dem kegeligen Endstück 49 der Vakuumpipette 4 zu verbinden ist. Im Grundkörper 53 des Mundstückes 44 sind Leitkanäle 54 für das Schutz­ gas vorgesehen, die über die Dichtlippen 51 mit den Prozeßgaskanälen 46 in der Vakuumpipette 4 verbindbar sind. Die Leitkanäle 54 weisen eine an das jeweils zu verlötende Bauelement angepaßte Gestaltung hinsichtlich ihrer Auslaßöffnung 55 und ihres Querschnittes auf, um eine optimale Be­ aufschlagung der Fügebereiche an den Anschlußbeinen 20 des Bauelementes 1 mit Schutzgas zu erreichen. Durch die Dichtlippen 51 wird dabei ein Ansaugen von Luft vermieden.

In die bauelementseitige Unterseite 56 des Grundkörpers 53 ist eine ku­ gelkalottenförmige Lageröffnung 57 eingebracht, in der ein kugelsegment­ förmiges Kontaktstück 58 sitzt. Die Sicherung dieses Kontaktstückes 58 er­ folgt über eine Halteplatte 59 an der Unterseite 56 des Grundkörpers 53. Das Kontaktstück 58 weist wie der Ringaktor 48 und das kegelige End­ stück 49 eine mit dem Unterdruckkanal 45 fluchtende, zentrische Bohrung 60 auf. Das Kontaktstück 58 ist schwenkbar im Grundkörper 53 gelagert, aber um die Längsachse 42 nicht drehbar. Beim Aufsetzen des Kontakt­ stückes 58 auf dem Bauelement 1 wird dieses durch den im Unterdruckka­ nal 45 herrschenden Unterdruck angesaugt und festgehalten. Falls Vaku­ umpipette 4 und Bauelement 1 nicht orthogonal zueinander stehen, erfolgt ein entsprechender Ausgleich durch die kugelgelenkartige Lagerung des Kontaktstückes 58 im Grundkörper 53. Damit erfolgt ein kardanischer Ausgleich beim Bestücken des Schaltungsträgers 2 mit einem Bauelement 1 mittels der Vakuumpipette 4.

Der weiter oben erwähnte Ringaktor 48 mit integriertem Kraftsensor dient einerseits zur Ultraschall-Anregung des Bauelementes 1 während des Füge- bzw. Lötvorganges, indem der Ringaktor das Mundstück 44 und damit das daran festgehaltene Bauelement in mechanische Schwingungen im Ultra­ schallbereich versetzt. Andererseits dient der in den Ringaktor 48 inte­ grierte Kraftsensor (nicht separat dargestellt) zur Erfassung der Aufsetz­ kraft, mit der das Bauelement 1 mittels der Manipulationseinrichtung 3 auf die Aufsetzplatte 19 der Geometrie-Erfassungseinrichtung 9 bzw. auf den Schaltungsträger 2 aufgesetzt wird. Damit läßt sich die optimale Auf­ setzkraft im Zusammenspiel mit der Geometrie-Erfassungseinrichtung 9 er­ mitteln und anschließend Bauelement 1 mit dieser ermittelten Kraft defi­ niert auf den Schaltungsträger 2 aufsetzen.

Im Zusammenhang mit Fig. 16 wurde das BSD-Modul 36 im Gehäusekasten 16 erwähnt. Es sind vier dieser Module 36 im Quadrat in diesem Gehäuse­ kasten 16 eingebaut, wie dies anhand der Fig. 21 und 22 noch näher er­ läutert wird.

Wie aus Fig. 19 und 20 deutlich wird, weist jedes dieser BSD-Module 36 eine zentrale Strahlführungs- und -formungseinheit (SFF-Einheit) 61, eine auf der einen Seite der SFF-Einheit 61 angeordnete Beleuchtungseinheit 62 sowie eine auf der anderen Seite des SFF-Einheit 61 angeordnete Detekti­ onseinheit 63 auf. Die SFF-Einheit 61 ist der Laser-Bestrahlungseinrich­ tung 13 zugeordnet und weist einen mehrteiligen Grundkörper 64 auf. In diesen münden eine Vielzahl der erwähnten Lichtleitfasern 15, die mit den separat ansteuerbaren Laserquellen 14 in Verbindung stehen. Vor dem lichtaustrittseitigen Ende jeder Lichtleitfaser 15 sitzt in einer Durch­ gangsbohrung 65 eine Kollimierlinse 66. Am Ende der Durchgangsbohrung 65 sitzt für alle Lichtleitfasern 15 und Kollimierlinsen 66, die sich linear aneinanderreihen, eine gemeinsame Zylinderlinse 67, die von einer für die Laserstrahlung transmissiven Schutzglasplatte 68 abgedeckt und damit vor Verschmutzung durch z. B. Kondensat von Flußmittelkomponenten geschützt ist. Zur Minimierung der Kondensationsbildung ist die Schutzglasplatte 68 beheizbar und zudem leicht austauschbar.

Die Anzahl der Lichtleitfasern 15 ist von dem zu verarbeitenden Spektrum von Bauelementen abhängig. Mit Hilfe der Kollimier- und Zylinderlinsen 66, 67 - anstelle derer auch Kollimier- und Fokussieroptiken mit diffrak­ tiven Elementen oder Linsenarrays eingesetzt werden können - wird ein extrem elliptischer Fokus z. B. der Abmessung 40 × 0,5 mm² in der Bear­ beitungsebene mit annähernd konstanter Intensitätsverteilung längs der großen Halbachse und gaussförmiger Verteilung senkrecht dazu erzeugt. Die Länge des Fokus kann zur Anpassung an die Seitenlängen unter­ schiedlicher Bauelemente durch Abschalten einzelner Laserdioden in der Laserquelle 14 variiert werden. Da alle Laserquellen einzeln angesteuert werden können, ist somit auch die Bearbeitung von Packungsformen mög­ lich, bei denen Bauelement-Anschlußbeine auf einer, zwei oder drei Seiten liegen.

Alternativ zu der vorstehend geschilderten Konstruktion kann jede SFF-Einheit auch eine Lichtleitfaser und eine anamorphotische Strahlformungs­ optik (z. B. eine Rasterlinsen-Linienoptik) zur Erzeugung einer kastenför­ migen Intensitätsverteilung in Längsrichtung - zur Erzeugung eines Li­ nienfokus also - mit konstanter Breite zum Einsatz kommen. Über diese einzelne Lichtleitfaser wird die Laserstrahlung von einer ansteuerbaren Laserdiode, die Bestandteil der Laserquelle 14 ist, mit entsprechender Leistung zugeführt. Die Länge des Fokus kann zur Anpassung an die Sei­ tenlängen unterschiedlicher Bauelemente z. B. mit Hilfe einer verstellbaren Blende oder einer zusätzlichen, verschiebbaren Linsengruppe variiert wer­ den. Auch hier werden die Strahlformungsoptiken durch Laser-, insbeson­ dere IR-transmissive, beheizbare und leicht austauschbare Glasplatten ge­ schützt.

Es ist auch möglich, als Strahlquelle vorzugsweise eine ansteuerbare La­ serdiode entsprechender Leistung direkt an das BSD-Modul anzuflanschen. Ansonsten gelten die Ausführungen zur vorstehend erörterten Variante der SFF-Einheit.

Die erwähnte Beleuchtungs- 62 und Detektionseinheit 63, wie sie aus Fig. 20 hervorgehen, bilden eine in die Manipulationseinrichtung 3 integrierte Schwingungs-Detektionseinrichtung. Mittels der Beleuchtungseinheit 62 wer­ den nämlich die Anschlußbeine 20 des Bauelementes 1 bei der Ultraschall-Anregung mit Hilfe des Ringaktors 48 beleuchtet und das währenddessen von den ultraschallangeregten Anschlußbeinen 20 reflektierte Licht von der Detektionseinheit 63 erfaßt.

Die Beleuchtungseinheit 62 weist einen Grundkörper 69 auf, in dem eine Laserdiode 71 als Beleuchtungsquelle angeordnet ist. Deren Spannungsver­ sorgung erfolgt über eine Leitung 71. Vor der Laserdiode 70 sitzt eine Zylinderlinse 72, die wiederum von einem für die Laserstrahlung trans­ missiven, beheizbaren und leicht austauschbaren Schutzglas 73 abgedeckt ist. Die Zylinderlinse 72 erzeugt einen Linienfokus im Bereich der An­ schlußbeine 20.

Auf die vorstehend erörterte Beleuchtungseinheit kann im übrigen verzich­ tet werden, wenn die Beleuchtung direkt mit der SFF-Einheit 61 unter Einstellung einer geringeren Laserleistung erfolgt. Bei dieser Variante ist eine Qualitätssicherung nur nach dem eigentlichen Füge- bzw. Lötprozeß möglich.

Die Detektionseinheit 63 setzt sich aus einem Sensor 74 in Matrixanord­ nung, z. B. einem mehrzeiligen CCD-Sensor, einer entsprechenden Abbil­ dungsoptik mit einer Zylinderlinse 75 und einem transmissiven, beheiz­ baren und leicht austauschbaren Schutzglas 76 zusammen, die analog der Beleuchtungseinheit 63 in einem Grundkörper 77 angeordnet sind. Letzterer ist starr mit der SFF-Einheit 61 verbunden.

Die optischen Achsen 78, 79 des Strahlenganges bei der Beleuchtungs- 62 und Detektionseinheit 63 sind zueinander geneigt und schneiden sich im Bereich der Schärfentiefe zur Ausbildung einer gemeinsamen Fokallinie FL im Meßraum, die im Bereich der Anschlußbeine 20 des Bauelementes 1 liegt. Ein Nachführen der Vakuumpipette in Z-Richtung zum Höhenaus­ gleich ist dabei möglich.

Erfolgt die Beleuchtung direkt mit der SFF-Einheit 61, wie vorstehend als Alternative angegeben wurde, so müssen sich auch hier die optische Ach­ sen des Strahlenganges dieser SFF-Einheit 61 und des Strahlenganges der Detektionseinheit 63 im Bereich der Schärfentiefe zur Ausbildung einer gemeinsamen Fokallinie schneiden.

Wie aus Fig. 21 deutlich wird, sind vier BSD-Module 36 quadratisch an­ geordnet und um die Längsachsen 80 der SFF-Einheiten 61 jeweils drehbar in Lagerflanschen 81 im Gehäusekasten 16 drehbar gelagert. Es ist jeweils ein Drehantrieb 82 für die BSD-Module 36 vorgesehen. Jeder Drehantrieb 82 besteht z. B. aus einem Getriebe, einem DC-Motor und einem Encoder. Durch die Drehbewegung der BSD-Module 36 und einen zum Gehäusekasten 16 relativen Hub der Vakkumpipette 4 in Z-Richtung erfolgt die Anpassung der Stellung der BSD-Module an unterschiedliche Formen der Bauelemente 1.

Bei Verwendung einer externen Zentrierstation für die Bauelemente können die jeweils gegenüberliegenden BSD-Module 36 mechanisch über Zahnräder 83 miteinander zwangsgekoppelt und von einer Antriebseinheit 84, z. B. bestehend aus Getriebe, DC-Motor und Encoder, angetrieben werden. Diese Alternative ist in Fig. 22 dargestellt. Die mechanische Kopplung zwischen gegenüberliegenden BSD-Modulen 36 ist so ausgelegt, daß durch die An­ triebseinheit 84 jeweils eine gegenläufige Schwenkbewegung der beiden ei­ nander zugeordneten BSD-Module 36 um den gleichen Winkelbetrag stattfin­ det.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Laser-Lötvorrichtung im Zusam­ menhang dargestellt:

In einem ersten Schritt wird ein Bauelement 1 von der Manipulationsein­ richtung 3 vom Tablett 8 übernommen. Auf diesem Tablett 8 wird eine Vielzahl von Bauelementen bereitgestellt, die für die Bestückung des Schaltungsträgers 2 bestimmt sind. Durch einen Drucksensor in der nicht dargestellten Unterdruckleitung der Vakuumpipette 4 wird, die ordnungsge­ mäße Aufnahme des Bauelementes 1 überwacht.

Der vorstehende Ablauf erfolgt bei Position A gemäß Fig. 1. Anschließend wird das Bauelement 1 in Position B gemäß Fig. 1 überführt und oberhalb der Aufsetzplatte 19 der Geometrie-Erfassungseinrichtung 9 im Bereich der Schärfentiefe der CCD-Kamera 11 positioniert. Hier erfolgt die Erfassung der Lage und Ausdehnung der einzelnen Anschlußbeine 20 des Bauelementes 1 im Bereich deren Lötflächen 24 in einer zur Bestückungsebene parallelen Ebene mit Hilfe von Segmentierungsalgorithmen des Bildverarbeitungsystems. Falls die ermittelte Ist-Geometrie der Anschluß­ beine 20 hinsichtlich Rastermaß, Breite und Winkelabweichung der An­ schlußbeine 20 in der Kontaktebene um mehr als ein festgelegtes Maximal­ maß von der Soll-Geometrie abweicht, wird das Bauelement ausgesondert.

Aus den ermittelten Schwerpunktkoordinaten und Ausdehnungen der einzel­ nen Anschlußbeine 20 wird der Schwerpunkt des gesamten Bauelementes 1 bestimmt. Unter Zuhilfenahme des bekannten Ursprunges des Koordinaten­ systems der CCD-Kamera und der Kontaktfläche zwischen dem Mundstück 44 der Vakuumpipette 4 können der relative translatorische Versatz und der relative rotatorische Versatz des Bauelement-Schwerpunktes gegenüber der Vakuumpipette 4 berechnet werden. Mit diesen Geometriedaten kann wiede­ rum die von der Manipulationseinrichtung 3 einzunehmende Position beim Aufsetzen des Bauelements 1 auf den Schaltungsträger 2 (Position C in Fig. 1) berechnet werden.

Für bedrahtete Bauelemente, sogenannte "Through Hole Devices" oder kurz THDs, die im Gegensatz zu SMDs keine quaderförmige, sondern zylindri­ sche Anschlüsse aufweisen, kann eine entsprechende Positionsbestimmung des Bauelementes vorgenommen werden. THDs, die für den Bestückvorgang mit einer Orientierung ihrer Anschlußbeine 20 nach unten aus einem Ma­ gazin übernommen werden, werden im Bereich der Schärfentiefe der CCD-Kamera 11 positioniert und anschließend werden, wie oben beschrieben, der rotatorische und translatorische Versatz der Drahtanschlüsse relativ zur Manipulationseinrichtung 3 bestimmt.

Insbesondere für vielpolige Bauelemente mit einem Anschlußraster 0,65 mm, erfolgt im nächsten Schritt mittels der Geometrie-Erfassungs­ einrichtung 9 eine Koplanaritätsmessung der Anschlußbeine 20. Dies ge­ schieht durch ein Aufsetzen des Bauelementes 1 mit seinen Anschlußbeinen 20 auf die Aufsetzplatte 19, wie dies in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Der in den Ringaktor 48 integrierte Kraftsensor ermöglicht dabei die Bestim­ mung des Kraft-Weg-Verlaufes beim Aufsetzen. In festgelegten Zeitinterval­ len, Positionsinkrementen oder Kraftwerten werden nun über die CCD-Ka­ mera 11 Bilder des winkelabhängigen, reflektierten Streulichtes aufgenom­ men, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Auswertung dieser Bilder er­ möglicht eine Aussage über den momentanen Aufsetzzustand der Anschluß­ beine 20 auf der Aufsetzplatte 19. Die erhaltenen Grauwertverteilungen in­ nerhalb der durch Segmentierung bestimmten Anschlußbereiche - also der Lötflächen 24 - werden mit üblichen Bildverarbeitungsalgorithmen - z. B. Bildung von Grauwertsummen oder lokalen Helligkeitsgradienten unter Ein­ beziehung der vorher bestimmten Schwerpunkte - zu einem Maß für die Koplanarität der Lötflächen 24 der Anschlußbeine 20 aufbereitet. Es wird die sogenannte Koplanaritätsfunktion K erhalten.

Das Bauelement 1 wird dabei solange rechtwinklig in Z-Richtung zur Auf­ setzplatte 19 zugestellt, bis entweder der Gradient dK/dz der ortsabhängi­ gen Koplanaritätsfunktion gleich Null ist oder eine vorgegebene Maximal­ kraft bzw. ein Maximalweg erreicht sind. Liegt der maximale Funktions­ wert der Koplanaritätsfunktion nicht in einem durch Technologieuntersu­ chungen festgelegten Toleranzbereich oder liegen trotz hoher Niederhalte­ kraft nicht alle Lötflächen 24 der Anschlußbeine 20 plan auf der Aufsetz­ platte 19 auf, so wird das Bauelement 1 ausgesondert.

Während des vorstehend erläuterten Aufsetzvorganges wird zusätzlich der durch den integrierten Kraftsensor erfaßte Kraftverlauf aufgezeichnet, der durch das Feder- und Gleitverhalten der Anschlußbeine 20 auf der Auf­ setzplatte 19 bestimmt wird. Durch eine Korrelation mit dem Verlauf der Koplanaritätsfunktion K wird daraus die optimale Bestückkraft abgeleitet, die eine maximal erreichbare Kontaktfläche zwischen den einzelnen An­ schlußbeinen 20 und einer idealen Anschlußebene gewährleistet. Hierbei ist zu ergänzen, daß die Koplanaritätsfunktion K in der Regel mit einer experimentell ermittelten Korrekturfunktion zu multiplizieren ist, um die topographischen und tribologischen Zustände der realen Lötflächen des Schaltungsträgers 2 im Vergleich zur gläsernen Aufetzplatte 19 zu be­ rücksichtigen. Der Wert der optimalen, korrigierten Kraft dient als Steu­ ergröße für das definierte Aufsetzen des Bauelemente 1 auf den Schal­ tungsträger 2.

In einem möglichen weiteren Schritt kann eine Vermessung der Topographie von z. B. im HAL-Verfahren vorverzinnten Anschlußflächen 24′ mit Hilfe ei­ nes Laser-Triangulations- oder Autofokussensors erfolgen, um bestehende Höhenunterschiede durch eine Anpassung der Aufsetzkraft zu kompensieren, sofern es der Verlauf der Koplanaritätsfunktion K erlaubt. Liegt die Hö­ hentoleranz der Kontaktflächen innerhalb eines engen Toleranzbereiches, wie dies z. B. bei galvanisch aufgebrachten SnPb-Schichten der Fall ist, ist dieser Vermessungsvorgang nicht notwendig.

Nach der vorstehend beschriebenen Erfassung der Geometriedaten für die Lage der Anschlußbeine 20 und deren Koplanarität erfolgt der Transport des Bauelementes 1 zum Schaltungsträger 2 (Pos. C in Fig. 1). Dabei wird das Bauelement 1 durch eine Rotation der Vakuumpipette 4 um ihre Längsachse 42 in seine Soll-Lage gedreht. Aus seiner Ist-Lage an der Vakuumpipette 4 und den entsprechenden Geometrie-Daten der Anschlußbei­ ne 20 erfolgt die Ermittlung der notwendigen Drehstellung der vier qua­ dratisch angeordneten BSD-Module 36 bezüglich ihrer Rotation um die Längsachsen 80 für die nachfolgende Lageerkennung der Anschlußflächen 24′ auf dem Schaltungsträger 2 sowie für den anschließenden Füge- bzw. Lötprozeß und die prozeßbegleitende Qualitätssicherung.

Es ist zu erwähnen, daß die Lageerkennung des Bauelementes 1 bzw. des­ sen Anschlußbeine 20 relativ zur Vakuumpipette 4 bzw. relativ zu den BSD-Modulen 36 auch während des Transports des Bauelementes 1 von Po­ sition B zu Position C erfolgen kann. Zu diesem Zweck werden die BSD-Module 36 in eine Position gedreht, in der die Anschlußbeine 20 durch die Beleuchtungseinheit 62 der BSD-Module 36 bestrahlt werden können. Über die Auswertung der durch Rückreflektion auf die Detektionseinheit 63 er­ zeugten Signale kann ebenfalls die Ist-Lage des Baulement-Schwerpunktes relativ zur Vakuumpipette 4 bzw. zu dem Gehäusekasten 16 mit den BSD-Modulen 36 sowie im günstigen Fall sogar die projizierte Ist-Lage der Bauelement-Anschlußbeine 20 bestimmt werden. Auch aus diesen Daten las­ sen sich die Drehwinkel der BSD-Module 36 um ihre Längsachse 80 für die nachfolgende Lageerkennung der Anschlußflächen 24′ auf dem Schaltungs­ träger 2 sowie für den anschließenden Füge- bzw. Lötprozeß bestimmen. Daran schließt sich dann die Drehung der Vakuumpipette 4 um ihre Längsachse 42 um einen entsprechenden Winkel an, damit das Bauelement 1 parallel zu den vier quadratisch angeordneten BSD-Modulen 36 ausge­ richtet ist.

Für vielpolige Fine-Pitch-Bauelemente erfolgt im nächsten Schritt die Lageerkennung der Anschlußflächen 24′ (Fig. 15) auf dem Schaltungsträ­ ger 2, mit denen die Lötflächen 24 der Anschlußbeine 20 verbunden wer­ den sollen. Zu diesem Zweck wird das Bauelement 1 in einer Höhe von ca. 2 mm über der Oberfläche des Schaltungsträgers 2 positioniert. Die BSD-Module 36 werden soweit nach außen gedreht, bis die Beleuchtungs- 62 und Detektionseinheit 63 nicht mehr die Anschlußbeine des Bauelementes 1, sondern die von den Anschlußflächen 24′ ausgehenden Rückreflektionen er­ faßt.

Aus der Ist-Lage von Vakuumpipette 4 und Bauelement 1 einerseits sowie der Ist-Lage des Schaltungsträgers 2 mit seinen Anschlußflächen 24′ an­ dererseits werden die notwendigen Positionsdaten für das Aufsetzen des Bauelementes 1 auf den Schaltungsträger 2 berechnet. Durch eine Ansteue­ rung der entsprechenden Positioniersysteme wird der Überdeckungsfehler minimiert.

Mit Hilfe der ermittelten geometrischen Daten erfolgt anschließend das positionsgenaue Aufsetzen des Bauelementes 1 auf den Schaltungsträger 2 durch ein Absenken der Vakuumpipette 4 nach unten. Durch das erwähnte kugelsegmentförmige Kontaktstück 58 am Mundstück 44 der Vakuumpipette 4 wird dabei - wie bereits erwähnt - eine eventuelle Nichtorthogonalität zwischen Bauelement 1 und Schaltungsträger ausgeglichen. Während des Aufsetzens und Niederhaltens bzw. Fixieren des Bauelementes 1 während des Füge- bzw. Lötprozesses wird über den im Ringaktor 48 integrierten Kraftsensor die jeweils aktuelle Aufsetzkraft erfaßt und das Niederfahren der Vakuumpipette 4 entsprechend gesteuert. Das Aufsetzen erfolgt also während des gesamten Prozesses mit der von der Geometrie-Erfassungsein­ richtung 9 ermittelten optimalen Aufsetzkraft.

Nach dem Aufsetzen des Bauelementes 1 werden die BSD-Module 36 entspre­ chend der Bauelement-Ist-Lage um ihre Längsachse 80 so in Position ge­ dreht, daß die Anschlußbeine 20 im Bereich ihrer Lötflächen 24 durch den von der SFF-Einheit 61 emittierten Laserstrahl beaufschlagt werden. Auf­ grund des Linienfokus dieses Laserstrahles werden alle Anschlußbeine an einer Seite des Bauelementes 1 gleichzeitig erhitzt und gefügt bzw. ge­ lötet. Hierbei ist zu erwähnen, daß bei der Verwendung von THDs mit speziellen, geometrieangepaßten Lotdepots gearbeitet werden muß.

Während des Füge- bzw. Lötprozesses wird über das Bauelement 1 in die Fügestelle zwischen Löt- 24 und Anschlußflächen 24′ zusätzlich zur La­ serstrahlung Ultraschallenergie mittels des Ringaktors 48 an der Vakuum­ pipette 4 eingeleitet. Durch diese Anregung der Fügezone wird - wie wei­ ter oben ausführlich erörtert - die Fügeverbindung qualitativ verbessert. Zur weiteren Perfektionierung wird durch die Prozeßgaskanäle 46 Schutz­ gas zugeführt.

Während des Füge- bzw. Lötprozesses - oder auch danach - erfolgt eine Überwachung der Qualität der Fügeverbindung. In die Laser-Lötvorrich­ tung ist also eine Qualitätssicherung integriert. Das entsprechende Ver­ fahren zur Qualitätsüberwachung von laser-induzierten Füge- bzw. Lötpro­ zessen zwischen Anschlußelementen vielpoliger elektronischer Bauelemente und einem Schaltungsträger beruht dabei auf der Erkenntnis, daß sich das Schwingungsverhalten der einzelnen, durch Ultraschall angeregten Bauelement-Anschlußbeine 20 während des Fügens bzw. Lötens durch die Aufschmelz- und Benetzungsprozesse und nach dem Fügen bzw. Löten im erstarrten Zustand signifikant unterscheidet. Dabei können die lokale Dämpfung und das zeitliche Abklingen der Elongation vor allem im Bereich der Schulter der Anschlußbeine 20 als Maß für die Qualität der Füge- bzw. Lötverbindung herangezogen werden.

Entsprechend wird unmittelbar das Bauelement 1 während des Füge- bzw. Lötprozesses mit Ultraschallenergie beaufschlagt, was durch den erwähnten Ringaktör 48 erfolgt. Zusätzlich werden die Anschlußbeine 20 in einem von den Lötflächen 24 beabstandeten Bereich, optimalerweise im Schulterbereich 85 jeweils mit Hilfe der zugeordneten Beleuchtungseinheit 62 beleuchtet. Durch diese Ultraschallanregung werden die Anschlußbeine 20 in eine os­ zillierende Bewegung versetzt, infolge derer das im Schulterbereich 85 der Anschlußbeine 20 jeweils auftreffende, emittierte Licht der Beleuchtungs­ einheit 62 in einen bestimmten Raumwinkelbereich reflektiert wird. Dieses reflektierte Licht wird orts- und zeitaufgelöst von der jeweils zugeord­ neten Detektionseinheit 63 erfaßt. Dabei ist die Dämpfung dieses angereg­ ten Systems abhängig von den Aggregatzuständen im Fügevolumen - also des Lotes - sowie von der Benetzung der Löt- 24 und Anschlußflächen 24′ der Fügepartner. Die vorstehenden Parameter beeinflussen direkt das Schwingungsverhalten der Anschlußbeine 20 und somit die Amplitude, Fre­ quenz und Phase des detektierten Meßsignals. Die zeitliche Veränderung dieser Kennwerte gibt somit direkte Auskunft über die Aggregatzustände, das Auftreten von Phasenübergängen, deren zeitliche Dauer sowie - gege­ benenfalls - die unzureichende Benetzung einzelner Bauelement-Anschluß­ beine. Daraus kann direkt auf die Qualität der geschaffenen Füge- bzw. Lötverbindung geschlossen werden.

Zusätzlich oder alternativ kann das vorstehende Anregungs- und Meßprin­ zip zur Qualitätssicherung gegebenenfalls mit anderen Testparametern - nämlich Amplitude, Frequenz und Tastverhältnis der Anregung - auch nach dem Füge- bzw. Lötprozeß zur Qualitätsüberwachung der Kontaktie­ rung eingesetzt werden. In diesem Fall kann die Beleuchtung des Schul­ terbereiches 85 der Anschlußbeine 20 auch direkt mit den SFF-Einheiten 61 unter Einstellung einer geringeren Laserleistung erfolgen, die nicht zu Phasenübergängen - also nicht zum Aufschmelzen der Füge- bzw. Lötver­ bindung - führt. Die Dämpfung der einzelnen Anschlußbeine 20 ist abhän­ gig von der geometrischen Meniskus-Ausbildung an der Füge- bzw. Löt­ stelle und beeinflußt somit ebenfalls die Größe des detektierten Signals des reflektierten Lichtes. Der zeitliche Verlauf des Signals gibt somit direkt Auskunft über die Qualität der Füge- bzw. Lötstelle im erstarrten Zustand.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind wie folgt kurz zusammen­ zufassen:

• - Das aus Vakuumpipette 4 und Gehäusekasten 16 mit den BSD-Modulen 36 bestehende Bestück- und Lötmodul kann auf einfache Weise in einen üb­ lichen kartesischen Bestückautomaten nach dem Pick-and-Place-System integriert werden. Dabei können die entsprechenden Freiheitsgrade zur räumlichen Manipulation dieses Moduls bzw. des Bauelements selbst in Abhängigkeit von der Bestückaufgabe und der technischen Ausstattung des Bestückautomaten realisiert werden. Letzterer kann z. B. mit einer Zentrierstation zur geometrischen Ausrichtung und und Teststation zur Messung der physikalischen Größen, Widerstand, Kapazität und Indukti­ vität sowie zur Ermittlung der Stromdurchgangsrichtung ausgestattet sein.
• - Die Erfassung der räumlichen Geometriedaten der Bauelement-Anschlüsse bzw. die Ermittlung der optimalen Bestückkraft gewährleisten einen op­ timalen Kontaktbereich zwischen den Löt- 24 und Anschlußflächen 24′, ohne daß diese während des Bestückvorganges beschädigt werden. Die erreichbare optimierte thermomechanische Kopplung zwischen den Füge­ partnern ist dabei eine Grundvoraussetzung zur Verbesserung des Füge­ ergebnisses beim Laserstrahllöten, bei dem gerade mit Blick auf kurze Fügezeiten mit hohen Energiedichten gearbeitet werden soll.
• - Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der zulässige Toleranzbereich der Koplanarität der Lötflächen 24 vergrößert werden kann, was sich in ei­ ner verringerten Ausschußquote bei den Bauelementen bemerkbar macht. Hierbei kann die Fehlerquote nochmals verringert werden, indem die Laser-Bestrahlungseinrichtung 13 auch zum Richten der Bauelement-An­ schlüsse mit Hilfe des sogenannten Laserstrahl-Mikrobiegens eingesetzt wird. Dies ist beispielsweise aus dem Fachaufsatz von Rebhahn et al "Präzisionsbiegen und -richten von Mikrobauteilen per Laser" in EPP (1994) Nr. 9, Seiten 22 bis 23 bekannt.
• - Weiterhin ist von Vorteil, daß neben der Verarbeitung von oberflächen­ montierten Bauelementen speziell mit Anschlüssen in sogenannter "Gull­ wing-Form" auch Bauelemente mit Anschlüssen in J-Form sowie passive Bauelemente, wie Widerstände und Chipkondensatoren bestückt werden können. Eine Koplanaritätsmessung bei der J-Form ist ebenfalls möglich. Durch den Einsatz des auswechselbaren Mundstücks an der Vakuumpipet­ te können auch SMDs (Surface Mount Devices) in sogenannter "TAB-(Tape Automated Bonding)-Packungsform" und THDs (Through Hole Devices) verarbeitet werden.
• - Weiterhin kann die Laser-Lötvorrichtung für die Verarbeitung sowohl von planaren als auch von räumlichen Schaltungsträgern eingesetzt werden. Zudem ist die mit der Laser-Lötvorrichtung erreichbare Fügezeit aufgrund des Simultanfügens aller Bauelementanschlüsse nahezu unab­ hängig von der Anschlußzahl.

Claims (23)

1. Laser-Lötvorrichtung zum qualitätskontrollierten Auflöten von elek­ tronischen Bauelementen (1) mit einer Vielzahl von Anschlußbeinen (2), insbesondere von Fine-Pitch-Bauelementen mit Rastermaßen unter etwa 0,65 mm, auf einen Schaltungsträger mit:

• - einer Manipulationseinrichtung (3), insbesondere einer in drei Raum­ richtungen verschiebbar und drehbar angetrieben gelagerten Vakuumpi­ pette (4), zur Aufnahme des Bauelementes aus einem Magazin (6) und zu dessen Handhabung während des Kontroll-, Bestückungs- und Füge- bzw. Lötvorganges,
• - einer Geometrie-Erfassungseinrichtung (9) zur Ermittlung der Lage und Ausdehnung der Anschlußbeine (20) des Bauelementes (1), zur Kontrolle der Koplanarität der Anschlußbeine und/oder zur Bestimmung der opti­ malen Bestückungskraft für das Bauelement (1),
• - einer Laser-Bestrahlungseinrichtung (13) zur Erzeugung eines oder meh­ rerer, für einen Simultan-Füge- bzw. -Lötvorgang verwendeter Laser­ strahlen,
• - einer Ultraschall-Anregungseinrichtung (48) in der Manipulationseinrich­ tung (3) zur Ultraschall-Anregung des Bauelementes (1) während des Füge- bzw. Lötvorganges und/oder danach, und
• - einer Schwingungs-Detektionseinrichtung (62, 63) zur Detektion der durch die Ultraschall-Anregung des Bauelementes (1) an dessen An­ schlußbeinen (20) erzeugten mechanischen Schwingungen, die für die Qualität der Füge- bzw. Lötverbindung repräsentativ sind.

2. Laser-Lötvorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geometrie-Erfassungseinrichtung (9) aufweist

• - eine lichtdurchlässige Aufsetzplatte (19) zum Aufsetzen des Bauelementes (1) mit seinen Anschlußbeinen (20) mittels der Manipulationseinrichtung (3)
• - eine Lichtquelle (21) zur Beleuchtung der Anschlußbeine (20), die auf der dem Bauelement (1) abgewandten Seite der Aufsetzplatte (19) ange­ ordnet ist,
• - einen teildurchlässigen Umlenkspiegel (22) zwischen Aufsetzplatte (19) und Lichtquelle (21), der das von den Anschlußbeinen (20) reflektierte Licht der Lichtquelle (21) seitlich ablenkt,
• - eine Kamera (11) zur Erfassung des vom Umlenkspiegel (22) abgelenkten Lichtes (23) und
• - eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Ermittlung der Koordinaten und Koplanarität der Anschlußbeine (20) aus den Bildsignalen der Kamera (11).

3. Laser-Lötvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (21) vier vorzugsweise im Quadrat angeordnete, zeilen­ förmige Beleuchtungseinheiten (26) aufweist.

4. Laser-Lötvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede zeilenförmige Beleuchtungseinheit (26) um ihre Längsachse (28) schwenkbar gelagert ist.

5. Laser-Lötvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (21) in Matrixform angeordnete Einzellichtquellen, ins­ besondere Leuchtdioden (33) aufweist.

6. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtquelle (21) derart ausgelegt ist, daß sie monochromes oder polychromes Licht aussendet, und daß die Kamera (11) dementsprechend eine Schwarz-Weiß-CCD-Kamera oder eine farbsensitive CCD-Kamera ist.

7. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen Lichtquelle (21) und Umlenkspiegel (22) eine Strahlformungsoptik, insbesondere eine Zylinderoptik (30) bei zeilenför­ migen Beleuchtungseinheiten (26) bzw. eine Fresnel-Linse (31) und/oder diffraktive Optik bei in Matrixform angeordneten Einzellichtquellen (33), positioniert ist.

8. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die Manipulationseinrichtung (3) ein Kraftsensor zur Messung des Aufsetzkraftverlaufes beim Aufsetzen des Bauelementes (1) auf die Aufsetzplatte (19) der Geometrie-Erfassungseinrichtung (9) bzw. auf den Schaltungsträger (2) integriert ist.

9. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Manipulationseinrichtung (3) einen Ultraschallgene­ rator, insbesondere einen Ringaktor (48) mit integriertem Kraftsensor, aufweist.

10. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die Manipulationseinrichtung (3) die Schwingungs-Detektionseinrichtung integriert ist, die zumindest eine Beleuchtungseinheit (62) zur Beleuchtung der Anschlußbeine (20) und eine jeweils zugeordnete, lichtempfindliche Detektionseinheit (63) zur Erfassung des von den ultra­ schall-angeregten Anschlußbeinen (20) reflektierten Lichtes der Beleuch­ tungseinheit (62) aufweist.

11. Laser-Lötvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Beleuchtungs- (62) und Detektionseinheit (63) mit jeweils einer Strahlführungs- und formungseinheit (61) der Laser-Bestrahlungseinrich­ tung (13) zu einem gemeinsamen Modul (BSD-Modul 36) zusammengefaßt sind.

12. Laser-Lötvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Modul (BSD-Modul 36) um seine Längsachse (80) schwenk­ bar gelagert ist.

13. Laser-Lötvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß vier der gemeinsamen Module (BSD-Module 36) im Quadrat ange­ ordnet sind.

14. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß jede Strahlführungs- und -formungseinheit (61) über mehrere Lichtleitfasern (15) zur Einspeisung von Laserstrahlung mit eben­ so vielen separat ansteuerbaren Laserdioden verbunden ist und eine Strahlformungsoptik (66, 67) zur Bildung eines extrem elliptischen Fokus mit annähernd konstanter Intensitätsverteilung längs der großen Halb­ achse und gaußförmiger Verteilung senkrecht dazu auf den zu fügenden bzw. lötenden Anschlußbeinen (20) des Bauelementes (1) aufweist.

15. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strahlführungs- und -formungseinheit (61) über eine Lichtleitfaser (15) zur Einspeisung von Laserstrahlung mit einer ansteuerbaren Laserdiode verbunden ist und eine anamorphotische Strahl­ formungsoptik zur Erzeugung eines verstellbaren Linienfokus mit kasten­ förmiger Intensitätsverteilung in Längsrichtung und konstanter Breite aufweist.

16. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Beleuchtungseinheit (42) eine Lichtquelle vor­ zugsweise in Form einer Laserdiode (70) oder LED-Zeile, sowie eine ana­ morphotische Strahlformungsoptik, insbesondere eine Zylinderlinse (72) aufweist.

17. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinheit (63) einen Detektor (74) in Matrixanordnung und eine Abbildungsoptik (75) aufweist, wobei die opti­ schen Achsen (78, 79) von Strahlformungs- und Abbildungsoptik (72, 75) der Beleuchtungs- (62) und Detektionseinheit (63) zueinander geneigt sind und sich im Bereich der Schärfentiefe zur Ausbildung einer gemeinsamen Fokallinie schneiden.

18. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vakuumpipette (4) der Manipulationseinrichtung (3) ein kegeliges Endstück (49) aufweist und mit einem Mundstück (44) mit konischer Innenbohrung (52) kraftschlüssig, jedoch lösbar, verbunden ist.

19. Laser-Lötvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper (53) des Mundstücks (44) ein in einer Kugelgelenkanord­ nung (57, 58) gelagertes Kontaktstück (58) aufweist, welches im Grund­ körper (53) schwenkbar gelagert, aber um die Längsachse (42) nicht drehbar ist.

20. Laser-Lötvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in die Manipulationseinrichtung (3) Prozeßgaskanäle (46) zur Zuführung von Schutzgas integriert sind.

21. Verfahren zur Qualitätsüberwachung von Laser-indizierten Lötprozessen zwischen Anschlußbeinen (20) vielpoliger elektronischer Bauelemente (1) und einem Schaltungsträger (2), dadurch gekennzeichnet

• - daß das Bauelement (1) während des oder nach dem Laser-Lötprozeß mit Ultraschallenergie beaufschlagt wird,
• - daß die Anschlußbeine (20) dabei beleuchtet werden,
• - daß das von den Anschlußbeinen (20) dabei reflektierte Licht orts- und zeitaufgelöst detektiert wird, und
• - daß das dadurch generierte Meßsignal als Qualitätskriterium mit einem Sollverlauf des Meßsignals verglichen wird.

22. Verfahren zur Qualitätsüberwachung nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anschlußbeine (20) in einem von ihren Lötflächen (24) beabstandeten Bereich, insbesondere in ihrem Schulterbereich (85) beleuchtet werden.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude, Frequenz und/oder Phase des detektierten Meßsignals erfaßt und ausgewertet werden und als Eingangsgröße für einen nachgeschalteten Regler dienen.