DE19619771A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verlegung eines Drahtleiters auf einem Substrat sowie hiermit hergestellte Substrate - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung des Verfahrens verwendbare Vorrichtung gemäß dem Anspruch 14 und dem Anspruch 18.

Aus der DE 44 10 732 A1 ist ein Verfahren zur Verlegung eines drahtförmigen Leiters auf einem Substrat bekannt, bei dem zur Fixierung des drahtförmigen Leiters auf dem Substrat eine Ul­ traschallverbindungseinrichtung eingesetzt wird. Die bei dem bekannten Verfahren eingesetzte Ultraschallverbindungseinrich­ tung bewirkt an den Verbindungsstellen des Drahtleiters mit der Substratoberfläche ein "Einreiben" des Drahtleiters in die Substratoberfläche. Dieses Einreiben setzt eine durch Ultra­ schall induzierte Schwingungsbewegung des Drahtführers paral­ lel zur Verlegeebene, also der Substratoberfläche, voraus, wie es vom konventionellen Einsatz sogenannter Ultraschall-Bonder zur Verbindung eines Bonddrahts mit der Anschlußfläche einer Chipeinheit bekannt ist. Dabei hat sich die bei dem beschrie­ benen "Einreibevorgang" parallel zur Substratoberfläche ge­ richtete ultraschallinduzierte Bewegung als vorteilhaft zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einem Drahtleiter und der Anschlußfläche einer Chipeinheit erwiesen.

Da das Prinzip der Verbindung zwischen dem Drahtleiter und dem Substrat darauf beruht, den Drahtleiterquerschnitt zumindest teilweise in der Substratoberfläche zu versenken oder anzu­ schmiegen, ist es offensichtlich, daß eine zur Substratober­ fläche im wesentlichen parallel gerichtete, ultraschallindu­ zierte Bewegung des Drahtführers nicht unmittelbar zum Versen­ ken oder Anschmiegen beiträgt. Vielmehr erfolgt bei dem be­ kannten Verfahren das Versenken aufgrund einer Temperaturerhö­ hung, bewirkt durch eine statische Drucklast des Drahtführers, überlagert mit der hin und hergehenden, ultraschallinduzierten Querbewegung des Drahtführers, also dem erwähnten "Einreibe­ vorgang".

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verlegung eines drahtförmigen Leiters auf einem Substrat und eine hierzu geeignete Vorrichtung vorzuschlagen, mittels dem bzw. der die Verlegung des drahtförmigen Leiters in der Substratoberfläche noch effektiver ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An­ spruchs 14 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Drahtleiter in einer Richtung quer zur Verlegeebene mit Ultraschall beauf­ schlagt, und die durch die Ultraschallbeaufschlagung indu­ zierte Querbewegung der Verlegevorrichtung wird der in der Verlegeebene verlaufenden Verlegebewegung überlagert.

Die Überlagerung der Verlegebewegung mit der den Drahtleiter­ querschnitt in der Substratoberfläche versenkenden oder an diese anschmiegenden Querbewegung ermöglicht einen kontinuier­ lichen Betrieb der Verlegevorrichtung, so daß der Drahtleiter nicht nur im Bereich bestimmter Verbindungsstellen, sondern über eine beliebige Länge mit der Substratoberfläche verbind­ bar ist, ohne daß dabei mit der eigentlichen Verlegebewegung ausgesetzt werden müßte. Darüber hinaus erweist sich die ul­ traschallinduzierte Querbewegung als besonders effektiv bei der zumindest teilweisen Versenkung oder dem Anschmiegen des Drahtquerschnitts, da die durch den Ultraschall induzierte Be­ wegung in Absenkrichtung verläuft und nicht quer dazu, wie es bei dem eingangs beschriebenen Verfahren der Fall ist.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die durch Ul­ traschall induzierte Querbewegung längs einer im Winkel zur Achse der Verlegebewegung veränderbaren Querbewegungsachse er­ folgt. Hierdurch ist es möglich, die Querbewegungsachse den speziellen Erfordernissen entsprechend einzustellen. So ist es möglich, für den Fall, daß etwa in Abhängigkeit von dem Sub­ stratmaterial eine erhöhte Temperatur des zu versenkenden Drahtleiters gewünscht wird, die Querbewegungsachse mehr in Richtung der Verlegebewegungsachse auszurichten, um so eine größere auf den Drahtleiter wirkende Längskraftkomponente zu erhalten, die durch das damit verbundene Reiben des Drahtfüh­ rers am Drahtleiter zu einer Erwärmung desselben führt. Um eine möglichst große Absenkrate des Drahtleiters in der Sub­ stratoberfläche zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, die Querbewegungsachse unter einem Winkel von 45° zur Verlegebewe­ gungsachse auszurichten, um einen größtmöglichen Schubeffekt im Substratmaterial zu erzielen.

Um die Eindringtiefe des Drahtleiters in die Substratoberflä­ che zu verändern, kann auch die Ultraschallfrequenz und/oder der Winkel zwischen der Achse der Verlegebewegung und der Querbewegungsachse verändert werden.

Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf ein der Verlegung des Drahtleiters als Drahtspule auf der Substratoberfläche nachfolgendes Verbindungsverfahren zur Verbindung des Draht­ leiters mit Anschlußflächen einer Chipeinheit kann es sich er­ weisen, wenn der Spulenendbereich und der Spulenanfangsbereich über eine Ausnehmung des Substrats hinweggeführt werden, so daß die nachfolgende Verbindung der Anschlußflächen einer Chipeinheit mit dem Spulenanfangsbereich und dem Spulenendbe­ reich ohne Beeinträchtigung durch das Substratmaterial erfol­ gen kann.

Um eine möglichst gradlinige Ausrichtung des Spulenanfangsbe­ reichs und des Spulenendbereichs zwischen gegenüberliegenden Ausnehmungsrändern der Ausnehmung zu ermöglichen, ist es vor­ teilhaft, die Ultraschallbeaufschlagung des Drahtleiters im Bereich der Ausnehmung auszusetzen.

Ein Aussetzen der Ultraschallbeaufschlagung des Drahtleiters erweist sich auch zur Überquerung eines bereits verlegten Drahtabschnitts im Überquerungsbereich als vorteilhaft, wobei zusätzlich der Drahtleiter im Überquerungsbereich in einer ge­ genüber der Verlegeebene beabstandeten Überquerungsebene ge­ führt wird. Hierdurch wird erreicht, daß eine Kreuzung von Drahtleitern möglich wird, ohne daß dabei Beschädigungen durch Aneinanderstoßen der Drahtleiter, die etwa zu einer Zerstörung der Drahtleiterisolation führen könnten, auftreten können.

Als besonders vorteilhaft hat sich auch die Anwendung des vor­ stehend in verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Ver­ fahrens zur Herstellung eines Kartenmoduls mit einem Substrat, einer auf dem Substrat verlegten Spule und einer mit der Spule verbundenen Chipeinheit erwiesen. Dabei wird in einer Verlege­ phase mittels der Verlegevorrichtung eine Spule mit einem Spu­ lenanfangsbereich und einem Spulenendbereich auf dem Substrat ausgebildet und in einer nachfolgenden Verbindungsphase mit­ tels einer Verbindungsvorrichtung eine Verbindung zwischen dem Spulenanfangsbereich und dem Spulenendbereich mit Anschlußflä­ chen der Chipeinheit durchgeführt.

Diese Anwendung des Verfahrens ermöglicht durch die Integra­ tion der Verlegung des Drahtleiters auf dem Substrat in ein Verfahren zur Herstellung eines Kartenmoduls ausgehend von ei­ nem beliebigen Substrat, das ein zumindest teilweises Eindrin­ gen des Drahtleiters in oder Anschmiegen des Drahtleiters an die Substratoberfläche zuläßt, die Ausbildung leicht handhab­ barer Kartenmodule, die als Halbzeug bei der Chipkartenher­ stellung Verwendung finden. Zur Fertigstellung der Chipkarte werden dann die Kartenmodule in der Regel beidseitig mit Deck­ laminatschichten versehen. Je nach Ausbildung und Dicke des Substratmaterials kann die Verbindung zwischen dem Drahtleiter und dem Substratmaterial über einen mehr oder weniger form­ schlüssigen Einschluß des Drahtleiterquerschnitts in die Sub­ stratoberfläche - etwa bei Ausbildung des Substrats aus einem thermoplastischen Material - oder durch ein überwiegendes, an­ schmiegendes Fixieren des Drahtleiters auf der Substratober­ fläche, etwa durch Verkleben des Drahtleiters mit der Sub­ stratoberfläche, erfolgen. Letzteres wird zum Beispiel dann der Fall sein, wenn es sich bei dem Substratmaterial um einen vliesartigen oder gewebeartigen Träger handelt.

Insbesondere bei der Herstellung von Papier- oder Kartenbanda­ gen, wie sie beispielsweise zur Gepäckidentifikation verwendet werden, hat sich die Verbindung des Drahtleiters mit der Sub­ stratoberfläche über eine Kleberschicht zwischen dem Drahtlei­ ter und der Substratoberfläche als vorteilhaft erwiesen. Dabei schmiegt sich der Drahtleiter in einem Umfangsbereich über die Kleberschicht an die Substratoberfläche an. Wenn der Drahtlei­ ter mit einer geeigneten Oberflächenbeschichtung versehen ist, beispielsweise Backlack, kann die Kleberschicht aus der Ober­ flächenbeschichtung gebildet sein.

Als besonders effektiv bei der vorstehenden Verfahrensapplika­ tion hat sich die Anwendung eines Thermokompressionsverfahrens zur Verbindung des Spulenanfangsbereichs und des Spulenendbe­ reichs mit den Anschlußflächen der Chipeinheit herausgestellt.

Eine weitere Steigerung der Effektivität der vorstehenden Ver­ fahrensapplikation läßt sich erreichen, wenn gleichzeitig die Herstellung einer Mehrzahl von Kartenmodulen erfolgt, derart, daß in einer Zuführphase einer eine Mehrzahl von Verlegevor­ richtungen und Verbindungsvorrichtungen aufweisenden Kartenmo­ dulproduktionsvorrichtung eine Mehrzahl von in einem Nutzen zusammengefaßt angeordneten Substraten zugeführt wird, und an­ schließend in der Verlegephase eine Mehrzahl von Spulen gleichzeitig auf in einer Reihe angeordneten Substraten ausge­ bildet wird, anschließend in der Verbindungsphase eine Mehr­ zahl von Chipeinheiten über ihre Anschlußflächen mit den Spu­ len verbunden wird und schließlich in einer Vereinzelungsphase eine Vereinzelung der Kartenmodule aus dem Nutzenverbund er­ folgt.

Des weiteren hat sich eine Verfahrensapplikation zur Herstel­ lung einer rotationssymmetrischen Körperspule als vorteilhaft erwiesen, wobei der drahtförmige Leiter auf einem als Wick­ lungsträger ausgebildeten, relativ zur Verlegevorrichtung ro­ tierenden Substrat verlegt wird. Zur Ausbildung der Relativ­ rotation besteht die Möglichkeit, entweder bei stationärer Verlegevorrichtung das Substrat um seine Längsachse in Rota­ tion zu versetzen, oder bei stationären Substrat die Verlege­ vorrichtung auf einer Bewegungsbahn um die Längsachse des Sub­ strats zu bewegen, oder auch die beiden vorgenannten Bewe­ gungsarten zu überlagern.

Die vorgenannte Verfahrensapplikation bietet sich insbesondere zur Herstellung einer einstückig mit einer Schwingmembran ver­ bundenen Tauchspule einer Lautsprechereinheit an.

Gemäß einer weiteren Verfahrensapplikation dient das Verfahren zur Verlegung eines drahtförmigen Leiters auf einem Substrat mittels einer mit Ultraschall auf den Drahtleiter einwirkenden Verlegevorrichtung zur Herstellung eines Flachbandkabels, wo­ bei eine der Anzahl der gewünschten Kabelleiter entsprechende Anzahl von Verlegevorrichtungen quer zur Längsachse eines flachbandförmigen Substrats angeordnet ist und eine Relativbe­ wegung zwischen dem Substrat und den Verlegevorrichtungen in Längsachsenrichtung des Substrats erfolgt.

Die Verlegevorrichtung zur Verlegung eines drahtförmigen Lei­ ters auf einem Substrat mittels Ultraschall weist einen Draht­ führer und einen Ultraschallgeber auf, wobei der Ultraschall­ geber derart mit dem Drahtführer verbunden ist, daß der Draht­ führer zur Ausführung von Ultraschallschwingungen in Längsach­ senrichtung angeregt wird.

Als vorteilhaft für die Ausführung der Verlegevorrichtung er­ weist es sich, wenn diese mit einer Drahtführungskapillare versehen ist, die zumindest im Bereich eines Drahtführermund­ stücks längsachsenparallel im Drahtführer verläuft. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, daß im Bereich des Draht­ führermundstücks die axiale Vorschubbewegung des Drahtleiters nicht von ultraschallinduzierten Querbelastungen beeinträch­ tigt wird. Vielmehr verläuft die Ultraschallbeaufschlagung in Drahtlängsrichtung.

Zur Einführung des Drahtleiters in den Drahtführer erweist es sich jedoch als vorteilhaft, wenn der Drahtführer beabstandet zum Drahtführermundstück mindestens einen schräg zur Drahtfüh­ rerlängsachse verlaufenden Drahtzuführkanal aufweist.

Zur Vermeidung von ultraschallinduzierten Querbelastungen des Drahtleiters im Drahtführermundstückbereich trägt es auch bei, wenn der Ultraschallgeber koaxial zum Drahtführer angeordnet ist.

Gemäß einer alternativen Lösung weist die Verlegevorrichtung die Merkmale des Anspruchs 18 auf. Eine vorteilhafte Ausführungs­ form weist die Merkmale des Anspruchs 19 auf.

Eine kostengünstige Herstellung einer größeren Anzahl von Kar­ tenmodulen wird mittels einer Ausführungsform der Vorrichtung möglich, die aufweist:
eine Nutzenzuführstation zur Zuführung einer Mehrzahl von in einem Nutzen angeordneten Substraten,
eine Verlegestation mit einer Mehrzahl in einer Reihe quer zur Produktionsrichtung angeordneter Verlegevor­ richtungen,
eine Bestückungsstation mit mindestens einer Be­ stückungsvorrichtung zur Bestückung der einzelnen Sub­ strate mit einer Chipeinheit, und
eine Verbindungsstation mit mindestens einer Verbin­ dungsvorrichtung zur Verbindung der Chipeinheiten mit einem Spulenanfangsbereich und einem Spulenendbereich der von den Verlegevorrichtungen auf den Substraten aus­ gebildeten Spulen.

Varianten des Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens und Ausführungsformen von nach dem Verfah­ ren hergestellten, mit einem Drahtleiter versehenen Substraten werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Verlegung ei­ nes Drahtleiters auf einem Substrat mittels Ul­ traschall;

Fig. 2 eine Elektronenmikroskopaufnahme zur Darstellung eines in das Substrat eingebetteten Drahtlei­ ters;

Fig. 3 eine Verlegevorrichtung zur Verlegung eines Drahtleiters mittels Ultraschall;

Fig. 4 ein in Spulenform auf einem Substrat verlegter Drahtleiter mit über eine Ausnehmung im Draht­ leiter hinweggeführten Enden;

Fig. 5 eine gegenüber Fig. 4 variierte Spulenkonfigura­ tion mit über eine Substratausnehmung hinwegge­ führten Drahtenden;

Fig. 6 die Plazierung einer Chipeinheit in der in Fig. 5 dargestellten Substratausnehmung;

Fig. 7 die Verbindung der in Fig. 5 dargestellten Drahtenden mit Anschlußflächen der in die Aus­ nehmung eingesetzten Chipeinheit;

Fig. 8 eine Produktionsvorrichtung zur Herstellung von Kartenmodulen;

Fig. 9 die Verlegung eines Drahtleiters mittels Ultra­ schall auf einem rotationssymmetrischen Wickel­ körper;

Fig. 10 eine durch Ultraschallverlegung auf einem zylin­ drischen Wickelkörper hergestellte Tauchspule einer Lautsprechereinheit;

Fig. 11 eine Längsabschnittsdarstellung eines mit Draht­ leitern versehenen Flachbandkabels;

Fig. 12 eine weitere Verlegevorrichtung zur Verlegung eines Drahtleiters mittels Ultraschall.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die Verlegung eines Drahtleiters 20 auf einem Substrat 21 mittels einer durch Ultraschall beaufschlagten Verlegevorrichtung 22 mit ei­ nem Drahtführer 23.

Die in Fig. 1 dargestellte Verlegevorrichtung 22 ist dreiach­ sig verfahrbar ausgebildet und wird mit Ultraschall beauf­ schlagt, der den Drahtführer 23 zu oszillierenden Querbewegun­ gen (Pfeil 24) anregt, die in dem in Fig. 1 dargestellten Bei­ spiel senkrecht zu einer durch Seitenkanten 25, 26 einer Sub­ stratoberfläche 27 aufgespannten Verlegeebene 28 ausgerichtet sind.

Zur Verlegung wird der Drahtleiter 20 unter Ausführung einer kontinuierlichen Vorschubbewegung in Richtung des Pfeils 29 aus einem Drahtführermundstück 30 hinausbewegt, wobei gleich­ zeitig der Drahtführer 23 eine parallel zur Verlegeebene 28 verlaufende Verlegebewegung 29 ausführt, die in Fig. 1 am Ver­ lauf des bereits auf dem Substrat 21 verlegten Drahtleiterab­ schnitts nachvollzogen werden kann. Dieser Verlegebewegung, die im Bereich der vorderen Seitenkante 25 in Richtung des Pfeils 29 verläuft, wird die oszillierende Querbewegung 24 überlagert. Hieraus resultiert ein entsprechend der Ultra­ schallfrequenz in schneller Folge wiederholtes Auftreffen oder -schlagen des Drahtführermundstücks 30 auf den Drahtleiter 20, was zu einer Verdichtung und/oder Verdrängung des Substratma­ terials im Bereich einer Kontaktstelle 32 führt.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung, die in etwa dem in Fig. 1 angedeuteten Schnittlinienverlauf II-II entspricht, die eingebettete Anordnung des Drahtleiters 20 im Substrat 21. Bei dem hier dargestellten Substrat handelt es sich um eine PVC-Folie, wobei zur Einbettung des Drahtleiters 20 der Drahtlei­ ter über die Verlegevorrichtung 22 beispielsweise mit einer Ultraschalleistung von 50 W und einer Ultraschallfrequenz von 40 KHz beaufschlagt wird. Die Anpreßkraft, mit der das Draht­ führermundstück 30 gegen die Substratoberfläche 27 zur Anlage gebracht wird, kann bei dem vorgenannten Substratmaterial im Bereich zwischen 100 und 500 N liegen. Wie aus der Darstellung gemäß Fig. 2 hervorgeht, wurde bei einem durchgeführten Ver­ such durch Einstellung der vorgenannten Parameter eine Einbet­ tung des Drahtleiters 20 in das Substrat 21 im wesentlichen aufgrund einer Verdichtung des Substratmaterials in einem hier sichelmondförmig ausgebildeten Verdichtungsbereich 33 des Sub­ stratmaterials erreicht.

Das in Fig. 1 dargestellte Verlegeprinzip läßt sich universell einsetzen. So kann das Prinzip abweichend von der nachfolgend ausführlich erläuterten Verwendung bei der Herstellung eines Kartenmoduls (Fig. 4 bis 7) auch Verwendung finden bei Verle­ gung von Drahtspulen in Kunststoffgehäusen, etwa zur Ausbil­ dung einer Antenne für ein schnurloses Telefon (Handy), oder auch zur Ausbildung einer Meßspule eines Sensors.

Fig. 3 zeigt die Verlegevorrichtung 22 in einer Einzeldarstel­ lung mit einem Ultraschallgeber 34, der koaxial zum Drahtfüh­ rer 23 angeordnet und mit diesem in einem Verbindungsbereich 35 starr verbunden ist. Die in Fig. 3 dargestellte Verlegevor­ richtung 22 ist insgesamt rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Drahtführer 23 weist eine zentrale Längsbohrung 36 auf, die im Bereich des Drahtführermundstücks 30 in eine Drahtka­ pillare 37 übergeht, die gegenüber der Längsbohrung 36 einen verengten, auf den Durchmesser des Drahtleiters 20 abgestimm­ ten Durchmesser aufweist. Die Drahtführungskapillare 37 dient in erster Linie dazu, den Drahtleiter in der Verlegeebene 28 (Fig. 1) exakt ausrichten zu können.

Seitlich am Drahtführer 23 sind bei dem in Fig. 3 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel oberhalb des Drahtführermundstücks in die Längsbohrung 36 einmündend zwei Drahtzuführkanäle 38, 39 angeordnet, die in Richtung auf das Drahtführermundstück 30 schräg nach unten verlaufen. Die Drahtzuführkanäle 38, 39 die­ nen zur seitlichen Einführung des Drahtleiters 20 in den Drahtführer 23, so daß der Drahtleiter 20, wie in Fig. 3 dar­ gestellt, seitlich schräg in den Drahtzuführkanal 38, durch die Längsbohrung 36 hindurch und aus der Drahtführungskapil­ lare 37 hinausgeführt durch den Drahtführer 23 hindurch ver­ läuft. Dabei läßt die mehrfache Anordnung der Drahtzu­ führkanäle 38, 39 die Auswahl der jeweils günstigsten Drahtzu­ führungsseite am Drahtführer 23 zu.

Wie weiter aus Fig. 3 hervorgeht, ist das Drahtführermundstück 30 im Bereich einer Drahtaustrittsöffnung 40 konvex ausgebil­ det, um eine für den Drahtleiter 20 möglichst schonende Umlen­ kung im Bereich der Kontaktstelle 32 (Fig. 1) bzw. der Draht­ austrittsöffnung 40 bei dem in Fig. 1 dargestellten Verlege­ vorgang zu ermöglichen.

Obwohl in Fig. 3 nicht näher dargestellt, kann der Drahtführer 23 mit einer Drahtabtrenneinrichtung und einer Drahtvorschub­ einrichtung versehen sein. Dabei kann die Drahtabtrennvorrich­ tung unmittelbar in das Drahtführermundstück 30 integriert sein. Fig. 4 zeigt einen Drahtleiter 20, der zur Ausbildung einer in diesem Fall als Hochfrequenz-Spule ausgebildeten Spule 41 auf einem Substrat 42 verlegt ist. Die Spule 41 weist hier eine im wesentlichen rechteckförmige Konfiguration auf mit einem Spulenanfangsbereich 43 und einem Spulenendbereich 44, die über eine fensterförmige Substratausnehmung 45 hinweg­ geführt sind. Dabei befinden sich der Spulenanfangsbereich 43 und der Spulenendbereich 44 in paralleler Ausrichtung zu einem Spulenhauptstrang 46, den sie im Bereich der Substratausneh­ mung 45 zwischen sich aufnehmen. Bei der im Prinzip bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterten Ultraschall-Verlegung des Drahtleiters 20 wird die Ultraschallbeaufschlagung des Drahtleiters 20, während dieser beim Verlegevorgang über die Substratausnehmung hinweggeführt wird, ausgesetzt, um zum einen keine Beeinträchtigung der Ausrichtung des Drahtleiters 20 in einem Freispannbereich 47 zwischen den einander gegen­ überliegenden Ausnehmungsrändern 48, 49 zu erzielen, und zum anderen, um eine Beanspruchung der Verbindung zwischen dem Drahtleiter 20 und dem Substrat 42 im Bereich der Ausnehmungs­ ränder 48, 49 durch Zugbelastungen des Drahtleiters 20 infolge einer Ultraschallbeaufschlagung auszuschließen.

Fig. 5 zeigt in einer gegenüber Fig. 4 abgewandelten Konfigu­ ration eine Spule 50 mit einem Spulenanfangsbereich 51 und ei­ nem Spulenendbereich 52, die in einen Innenbereich der Spule 50 abgewinkelt zu einem Spulenhauptstrang 53 hineingeführt sind. Die Spule 50 ist auf einem Substrat 55 angeordnet, das eine Substratausnehmung 56 im Innenbereich 53 der Spule 50 aufweist. Um sowohl den Spulenanfangsbereich 51 als auch den Spulenendbereich 52 über die Substratausnehmung 56 hinwegfüh­ ren zu können, muß bei der in Fig. 5 dargestellten Konfigura­ tion der Spulenendbereich 52 zuvor über den Spulenhauptstrang 44 in einem Überquerungsbereich 57 hinweggeführt werden. Um hierbei Beschädigungen oder eine teilweise Abisolierung des Drahtleiters 20 zu verhindern, wird ähnlich wie im Bereich der Substratausnehmung 56 die Ultraschallbeaufschlagung des Draht­ leiters 20 im Überquerungsbereich 57 ausgesetzt. Darüber hin­ aus wird der Drahtführer 23 im Überquerungsbereich 57 gering­ fügig angehoben.

Fig 6 zeigt in einer Ansicht des Substrats 55 entsprechend dem Schnittlinienverlauf VI-VI in Fig. 5 die Plazierung einer Chipeinheit 58 in der Substratausnehmung 56, bei der Anschluß­ flächen 59 der Chipeinheit 58 gegen den Spulenanfangsbereich 51 und den Spulenendbereich 52 zur Anlage gebracht werden.

Fig. 7 zeigt die nachfolgende Verbindung der Anschlußflächen 59 der Chipeinheit 58 mit dem Spulenanfangsbereich 51 und dem Spulenendbereich 52 mittels einer Thermode 60, die unter Ein­ wirkung von Druck und Temperatur eine stoffschlüssige Verbin­ dung zwischen dem Drahtleiter 20 und den Anschlußflächen 59 schafft, wodurch insgesamt ein Kartenmodul 64 ausgebildet wird.

Bei der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Chipeinheit 58 kann es sich auch wie in allen anderen übrigen Fällen, wenn von ei­ ner Chipeinheit gesprochen wird, sowohl um einen einzelnen Chip als auch um ein Chipmodul, das etwa einen auf einem Chip­ substrat kontaktierten Chip oder auch eine Mehrzahl von Chips aufweist, handeln. Darüber hinaus ist die in den Fig. 6 und 7 dargestellte Verbindung zwischen der Spule 50 und den An­ schlußflächen 59 nicht auf die Verbindung mit einem Chip be­ schränkt, sondern gilt allgemein für die Verbindung von An­ schlußflächen 59 aufweisenden elektronischen Bauelementen mit der Spule 50. Dabei kann es sich beispielsweise auch um Kon­ densatoren handeln.

Ferner wird aus den Fig. 6 und 7 deutlich, daß die Substrat­ ausnehmung 56 so bemessen ist, daß sie die Chipeinheit 58 im wesentlichen aufnimmt. Zur Vereinfachung der Ausrichtung der Anschlußflächen 59 der Chipeinheit 58 bei der der eigentlichen Kontaktierung vorausgehenden Plazierung der Chipeinheit 58 kann die Chipeinheit 58 auf ihrer die Anschlußflächen 59 auf­ weisenden Kontaktseite 61 mit einer hier stegartig ausgebilde­ ten Ausrichtungshilfe 62 versehen sein. Die Ausrichtungshilfe 62 ist entsprechend dem Abstand a bemessen, die der Spulenan­ fangsbereich 51 und der Spulenendbereich 52 im Bereich der Substratausnehmung 56 voneinander haben (Fig. 5).

Fig. 8 zeigt eine Produktionsvorrichtung 63, die zur Herstel­ lung von Kartenmodulen 64 dient, die als Halbzeug bei der Her­ stellung von Chipkarten Verwendung finden. Die mittels der Produktionsvorrichtung 63 hergestellten Kartenmodule 64 weisen hier beispielhaft den in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellten Aufbau mit jeweils einer Spule 50 und einer Chipeinheit 58 auf, die auf einem gemeinsamen Substrat 55 angeordnet sind.

Die in Fig. 8 dargestellte Produktionsvorrichtung 63 weist fünf Stationen, nämlich eine Zuführstation 65, einen Verlege­ station 66, eine Bestückungsstation 67 und eine Verbindungs­ station 68 sowie eine Entnahmestation 69 auf.

In der Zuführstation wird der Produktionsvorrichtung 63 ein sogenannter Nutzen 70 zugeführt, der in einem gemeinsamen Ver­ bund eine Vielzahl - hier aus Darstellungsgründen lediglich zwanzig - über hier nicht näher dargestellte Trennstellen mit­ einander verbundene Substrate 55 aufweist. Der Nutzen 70 wird mittels einer Transporteinrichtung 71 der Verlegestation 66 zugeführt, die an einem quer zur Produktionsrichtung 72 ver­ laufenden, in Produktionsrichtung 72 verfahrbaren Portal 73 vier in einer Reihe angeordnete, identische Verlegevorrichtun­ gen 22 aufweist. Die Verlegevorrichtungen 22 werden über vier Drahtleiterspulen 74 mit dem Drahtleiter 20 versorgt. Zur Aus­ bildung der in Fig. 5 beispielhaft dargestellten Spulenkonfi­ gurationen werden die längs dem Portal 73 verfahrbaren Verle­ gevorrichtungen 22 entsprechend in der Verlegeebene 28 (Fig. 1) verfahren.

Nach Verlegung der Drahtleiter 20 entsprechend der in Fig. 5 dargestellen Spulenkonfiguration wird der Nutzen 70 mit den darauf ausgebildeten Spulen 50 zur Bestückungsstation 67 wei­ ter vorbewegt. Kombiniert mit der Bestückungsstation 67 ist im vorliegenden Fall die Verbindungsstation 68, derart, daß an einem in Produktionsrichtung 72 verfahrbaren Portal 75 sowohl eine Bestückungsvorrichtung 76 als auch eine Verbindungsvorrichtung 77 jeweils in Längsrichtung des Portals 75 verfahrbar angeordnet sind. Dabei dient die Bestückungsvorrichtung 76 zur Entnahme von Chipeinheiten 58 aus einem Chipeinheitenreservoir 78 und zur nachfolgenden Plazierung der Chipeinheiten 58 in der in Fig. 6 dargestellten Art und Weise. Die Verbindungsvor­ richtung 77 dient zur Kontaktierung der Anschlußflächen 59 der Chipeinheiten 58 mit der Spule 50, wie in Fig. 7 dargestellt.

Nach Bestückung und Kontaktierung wird der Nutzen 70 weiter in die Entnahmestation 69 vorbewegt. Hier erfolgt eine Entnahme des Nutzens 70 mit anschließender Vereinzelung der Substrate 55 oder auch zunächst eine Vereinzelung der Substrate 55, also eine Auflösung des Nutzenverbunds, und anschließend die Ent­ nahme der einzelnen nunmehr zu Kartenmodulen 64 ausgebildeten Substrate 55.

Fig. 9 zeigt einen Anwendungsfall des beispielhaft anhand Fig. 1 erläuterten Verfahrens zur Herstellung einer zylindrischen Körperspule 79, bei der das Substrat als zylindrischer Wick­ lungsträger 80 ausgebildet ist und die Verlegung bzw. Einbet­ tung des Drahtleiters 20 auf dem Wicklungsträger 80 bei Rota­ tion 81 des Wicklungsträgers 80 mit gleichzeitiger überlager­ ter Translation 82 der Verlegevorrichtung 22 erfolgt.

Wie Fig. 10 zeigt, kann der Wicklungsträger 80 auch als zylin­ drischer Fortsatz einer Kunststoffschwingmembran 83 einer Lautsprechereinheit 84 ausgebildet sein, so daß auf die in Fig. 9 dargestellte Art und Weise eine Tauchspule 85 herstell­ bar ist, wie sie in Kombination mit einem in Fig. 10 angedeu­ teten Permanentmagneten zur Ausbildung einer Lautsprecherein­ heit 84 dient.

Fig. 11 zeigt als weitere Applikationsmöglichkeit des be­ schriebenen Verfahrens einen Flachbandkabelabschnitt 85 mit einem flachbandförmig ausgebildeten Substrat 86, das beidsei­ tig benachbart von Trennstellen 87 mit quer zur Längsrichtung des Substrats 86 in einer Reihe liegend angeordneten Substrat­ ausnehmungen 88 versehen ist. Auf dem Substrat 86 befinden sich parallel zueinander angeordnet und sich in Längsrichtung des Substrats 86 erstreckend eine Mehrzahl von Drahtleitern 20, die auf die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Art und Weise auf dem Substrat 86 verlegt sind. Dabei sind die Draht­ leiter 20 im Bereich der Trennstellen 87 über die Substrataus­ nehmungen 88 hinweggeführt. Die Trennstellen dienen zur Defi­ nition vorbestimmter Flachbandkabelstücke 89, wobei dann die Substratausnehmungen 88 jeweils an einem Ende eines Flachband­ kabelstücks angeordnet sind. Hierdurch ergeben sich in beson­ ders günstiger Weise Kontaktierungsmöglichkeiten für Anschluß­ stecker bzw. Anschlußbuchsen mit den Drahtleitern 20, ohne daß hierzu die Drahtleiter erst freigelegt werden müßten. Die Sub­ stratausnehmungen 88 werden in einem Stanzverfahren mit einem entsprechend ausgebildeten Stempelwerkzeug in das Substrat 86 eingebracht, wobei durch den Abstand der Einstanzungen der Ab­ stand der Trennstellen 87 vorgegeben ist. Anschließend wird das entsprechend präparierte Endlossubstrat mit den Drahtlei­ tern 20 belegt, wobei in diesem Fall eine der Anzahl der Drahtleiter 20 entsprechende Anzahl von Verlegevorrichtungen über dem längs bewegten Substrat angeordnet wird.

Fig. 12 zeigt in Abwandlung von der in Fig. 3 dargestellten Verlegevor­ richtung 22 eine Verlegevorrichtung 91, die wie die Verlegevorrichtung 22 einen Ultraschallgeber 34 aufweist. Im Unterschied zu der Verlegevor­ richtung 22 ist an den Verbindungsbereich 35 des Ultraschallgebers 34 kein Drahtführer sondern ein Schwingungsstempel 92 angeschlossen, der, wie in Fig. 12 dargestellt, dazu dient, den zwischen einem Profilende 93 und der Oberfläche des Substrats 21 geführten Drahtleiter 20 mit in Längsrichtung des Schwingungsstempels 92 verlaufenden, durch Ultra­ schall induzierten mechanischen Schwingungen zu beaufschlagen. Um dabei eine sichere Führung des Drahtleiters 20 zu ermöglichen, ist das Profilende 93 mit einer in Fig. 12 nicht näher dargestellten konkaven Ausnehmung versehen, die ein teilweises Umgreifen des Drahtleiters 20 ermöglicht.

Im Unterschied zu der in Fig. 3 dargestellten Verlegevorrichtung 22 ist an der Verlegevorrichtung 91 ein Drahtführer 94 vorgesehen, der bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem seitlich am Ultraschall­ geber 34 angeordneten Führungsrohr 95 mit einem in Richtung auf das Profilende 93 ausgebildeten Krümmermundstück 96 gebildet ist, das eine hier schräg nach unten gerichtete, seitliche Zuführung des Drahtleiters 20 in Richtung auf das Profilende 93 ermöglicht. Damit kann, wie in Fig. 12 dargestellt, der Drahtleiter 20 zwischen das Profilende 93 des Schwin­ gungsstempels 92 und die Oberfläche des Substrats 21 geführt werden, um die vorbeschriebene Verbindung mit bzw. Verlegung auf oder in der Oberfläche des Substrats 21 zu ermöglichen.

Abweichend von der Darstellung in Fig. 12 ist es auch möglich, den Drahtführer vom Ultraschallgeber 34 entkoppelt an der Verlegevorrich­ tung 91 vorzusehen, um im Bedarfsfall eine schwingungsfreie Zuführung des Drahtleiters zu ermöglichen.

Bei dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Verlege­ vorrichtung eine um eine quer zur Stempelachse 97 angeordnete Wickelachse 98 drehbare Drahtspule 99 auf, die zur Zuführung des Drahtleiters 20 in den Drahtführer 95 dient.

Um ein auf der Oberfläche des Substrats 21 beliebiges Verlegen des Drahtleiters 20 zu ermöglichen, weist die Verlegevorrichtung 91 koaxial zur Stempelachse 97 eine Schwenkachse 100 auf.

In der Sprache der vorliegenden Patentanmeldung bezeichnen die Begriffe "drahtförmiger Leiter" und "Drahtleiter" allgemein Leiter zur Übertragung von Signalen, die eine definierte Längserstreckung aufweisen und daher hinsichtlich ihrer äußeren Form drahtförmig ausgebildet sind. Der Begriff "Draht-leiter" ist jedoch nicht auf metallische Leiter beschränkt, sonder bezeichnet ebenso Leiter aus anderen Materialien, z. B. Lichtleiter aus Glasfaser, oder auch Leiter, die zur Führung strömender Medien dienen. Insbesondere in dem Fall, daß die verwendeten Leiter mit einer haftfähi­ gen Oberfläche versehen sind, lassen sich die Leiter auch mehrlagig aufeinander liegend anordnen, wobei die unterste Lage mit der Substrato­ berfläche und weitere Lagen jeweils mit darunter angeordneten Leiterla­ gen verbunden sind. Die Haftung kann beispielsweise über eine mittels Wärmebeaufschlagung hinsichtlich ihrer Haftwirkung aktivierbare Back­ lackbeschichtung des Leiters oder eine entsprechende Kunststoffbe­ schichtung erreicht Werden.

Claims (20)

1. Verfahren zur Verlegung eines drahtförmigen Leiters auf einem Substrat mittels einer mit Ultraschall auf den Drahtleiter einwirkenden Verlegevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtleiter (20) in einer Richtung quer zur Ver­ legeebene (28) mit Ultraschall beaufschlagt wird, und die durch die Ultraschallbeaufschlagung erzeugte Querbewegung (24) der Verlegevorrichtung (22) der in der Verlegeebene (28) verlaufenden Verlegebewegung (29) überlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbewegung (24) längs einer im Winkel zur Achse der Verlegebewegung (29) veränderbaren Querbewegungsachse erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallfrequenz und/oder der Winkel zwischen der Achse der Verlegebewegung (29) und der Querbewe­ gungsachse (24) in Abhängigkeit von der gewünschten Ein­ dringtiefe des Drahtleiters (20) verändert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spulenendbereich (44) und ein Spulenanfangsbe­ reich (43) einer durch die Verlegung auf dem Substrat (21) ausgebildeten Spule (41) über eine Substratausneh­ mung (45) hinweggeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallbeaufschlagung des Drahtleiters (20) im Bereich der Substratausnehmung (45) ausgesetzt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überquerung eines bereits verlegten Drahtab­ schnitts im Überquerungsbereich (57) die Ultraschallbe­ aufschlagung des Drahtleiters (20) ausgesetzt und der Drahtleiter (20) in einer gegenüber der Verlegeebene (28) beabstandeten Überquerungsebene geführt wird.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Kartenmoduls (64) mit einem Substrat (55), einer auf dem Substrat verlegten Spule (50) und einer mit der Spule (50) verbundenen Chip­ einheit (58), wobei in einer Verlegephase mittels der Verlegevorrichtung (22) eine Spule (50) mit einem Spulen­ anfangsbereich (51) und einem Spulenendbereich (52) auf dem Substrat (55) ausgebildet wird und in einer nachfol­ genden Verbindungsphase mittels einer Verbindungsvorrich­ tung (60) eine Verbindung zwischen dem Spulenanfangsbe­ reich (51) und dem Spulenendbereich (52) mit Anschlußflä­ chen (59) der Chipeinheit (58) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem vliesartigen Material, insbe­ sondere Papier oder Karton, besteht und die bei der Ver­ legung erfolgende Verbindung mittels einer zwischen dem Drahtleiter (20) und der Substratoberfläche angeordneten Kleberschicht erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Spulenanfangsbereichs (51) und des Spulenendbereichs (52) mit den Anschlußflächen (59) der Chipeinheit (58) mittels eines Thermokompressionsverfah­ rens erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig die Herstellung einer Mehrzahl von Kar­ tenmodulen (64) erfolgt, derart, daß in einer Zuführphase einer eine Mehrzahl von Verlegevorrichtungen (22) und Verbindungsvorrichtungen (60) aufweisenden Produktions­ vorrichtung (72) eine Mehrzahl von in einem Nutzen (70) zusammengefaßten Substraten (55) zugeführt wird,
anschließend in der Verlegephase eine Mehrzahl von Spulen (50) gleichzeitig auf in einer Reihe angeordneten Sub­ straten (55) ausgebildet wird,
anschließend in der Verbindungsphase eine Mehrzahl von Chipeinheiten (58) über ihre Anschlußflächen (59) mit den Spulen (55) verbunden wird, und
schließlich in einer Vereinzelungsphase eine Vereinzelung der Kartenmodule (64) aus dem Nutzenverbund erfolgt.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 6 zur Herstellung einer rotationssymmetri­ schen Körperspule, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtleiter (20) auf einem als Wicklungsträger (80) ausgebildeten, relativ zur Verlegevorrichtung (22) rotierenden Substrat verlegt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Herstellung einer einstückig mit einer Schwingmembran verbundenen Tauchspule einer Lautsprechereinheit.

13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Flachbandkabels, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der gewünschten Kabelleiter entspre­ chende Anzahl von Verlegevorrichtungen (22) quer zur Längsachse eines flachbandförmigen Substrats (86) ange­ ordnet ist und eine Relativbewegung zwischen dem Substrat (86) und den Verlegevorrichtungen (22) in Längsachsen­ richtung des Substrats (86) erfolgt.

14. Vorrichtung zur Verlegung eines drahtförmigen Leiters auf einem Substrat gemäß dem Verfahren nach einem oder mehre­ ren der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Drahtführer (23) und einem Ultraschallgeber (34), wobei der Ultraschallgeber (34) derart mit dem Drahtführer (23) verbunden ist, daß der Drahtführer (23) zur Ausführung von Ultraschall­ schwingungen in Längsachsenrichtung angeregt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtführer (23) eine Drahtführungskapillare (37) aufweist, die zumindest im Bereich eines Drahtführermund­ stücks (30) längsachsenparallel im Drahtführer (23) ver­ läuft.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtführer (23) beabstandet zum Drahtführermund­ stück (30) mindestens einen schräg zur Drahtführer­ längsachse verlaufenden Drahtzuführkanal (38, 39) auf­ weist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (34) koaxial zum Drahtführer (23) angeordnet ist.

18. Vorrichtung zur Verlegung eines drahtförmigen Leiters auf einem Substrat gemäß dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprü­ che 1 bis 6 mit einem Drahtführer (94) und einem Ultraschallgeber (34), wobei der Drahtführer (94) neben einem mit dem Ultraschallgeber (34) gekoppelten Schwingungsstempel (92) zur Beaufschlagung des Draht­ leiters (20) mit durch Ultraschall induzierten, in Längsrichtung des Schwingungsstempels wirkenden, mechanischen Schwingungen ange­ ordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine mit einer Schwingungsstempelachse (97) koaxiale Schwenkachse (100).

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstel­ lung eines Kartenmoduls nach einem oder mehreren der An­ sprüche 7 bis 10 unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19 aufweisend:
eine Nutzenzuführstation (65) zur Zuführung einer Mehr­ zahl von in einem Nutzen (70) angeordneten Substraten (55),
eine Verlegestation (66) mit einer Mehrzahl in einer Reihe quer zur Produktionsrichtung angeordneten Verlege­ vorrichtungen (22),
eine Bestückungsstation (67) mit mindestens einer Be­ stückungsvorrichtung (76) zur Bestückung der einzelnen Substrate (55) mit einer Chipeinheit (58) und
eine Verbindungsstation (68) mit mindestens einer Ver­ bindungsvorrichtung (77) zur Verbindung der Chipeinhei­ ten mit einem Spulenanfangsbereich (51) und einem Spu­ lenendbereich (52) der von den Verlegevorrichtungen (22) auf den Substraten (55) ausgebildeten Spulen (50).