DE19628163C2 - Vorrichtung zur vollautomatischen, stiftlosen Herstellung von Multilayer-Pressaufbauten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur vollautomatischen, stiftlosen Herstellung von Multilayer- Pressaufbauten aus Innenlagen/Leiterplatten mit Passermarken und Klebefolien.

In vielen Bereichen finden heute Rechner Anwendung, bei denen die entsprechenden Rechnertätigkeiten durch auf Mehrlagerleiterplatten (Multilayer) aufgebrachte Mikroprozessoren und Speicherbausteinen ausgeführt werden. Diese Mehrlagenleiterplatten bestehen üblicherweise aus miteinander mittels Klebefolien (Prepregs) verbundenen Innenlagen/Leiterplatten. Diese Multilayer werden dann in einem späteren Arbeitsschritt mit entsprechenden elektronischen Bauteilen versehen.

Es versteht sich von selbst, daß diese Leiterplatten zueinander eine absolut exakte Ausrichtung aufweisen müssen, damit die spätere Verbindung hergestellt werden kann. Dabei werden heute die Strukturen immer feiner, so daß die Anforderungen an die Zentrierung immer größer werden. Dies gilt vor allem für Multilayer, die in der Raumfahrttechnik Anwendung finden sollen.

Bis heute geschieht die Zentrierung der Innenlagen/Leiterplatten zueinander durch die Einformung von Stanzlöcher in die Innenlagen/Leiterplatten, die dann auf entsprechende Zentrierstifte aufgesetzt und miteinander verbunden werden. Nach der DE 32 40 754 C2 sind zwei einseitig metallplattierte Laminate als Oberflächenschichten und zwei innere Einzellaminate vorgesehen, wobei ein Prepreg zwischen jeweils zwei benachbarten Einzellaminaten angeordnet wird. Es werden Führungsstifte in Bohrungen zur Lagegenauigkeit in allen Einzellaminaten eingesetzt. Die erhaltene Zusammenstellung wird zwischen Pressplatten eingesetzt und dann unter Erwärmung zusammengepresst, um eine Mehrlagenleiterplatte zu bilden.

Auch nach der DE 40 29 970 A1 werden sowohl geätzte Innenlagen als auch kupferkaschierte Aussenlagen mittels Passstiften zueinander fixiert und anschliessend in einer Laminierpresse verpresst und danach die Passstifte aus der verpressten Mehrlagenleiterplatte entfernt. Es versteht sich von selbst, daß sowohl die Stanzlöcher als auch die Stifte eine gewisse Toleranz aufweisen und auch das Eingreifen der Stifte in die Stanzlöcher mit einer gewissen Toleranz geschehen muß, wobei mit der heutigen Technik eine Toleranz von 40 µm nicht unterschritten werden kann. Diese Zentrierung ist für die heutigen Belange zu ungenau.

Aus der JP 030 16198 A ist deshalb bekannt, Multilayer einer keramischen Platte mittels einer Kamera zu justieren. Zu diesem Zweck sind in die vier Ecken der keramischen Platte Löcher eingeformt, die von vier Kameras beobachtet werden. Dies ist sehr aufwendig, ferner hängt die Genauigkeit von der Ausgestaltung der Löcher ab.

Aus der JP 04352385 A ist ferner eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Schicht einer mehrschichtigen gedruckten Schaltung mit Markierung versehen wird. Auf einer ersten Oberfläche werden diese Markierungen von einem Erfassungssystem erkannt, welches Abweichungen registriert. Danach wird die Schicht von einer Transfereinrichtung von der ersten Oberfläche abgenommen und auf eine zweite Oberfläche verbracht, wobei diese erkannten Abweichungen korrigiert werden. Auf der zweiten Oberfläche werden die Schichten mit einem Verbindungswerkstoff miteinander verbunden. Auch bei diesen Vorrichtungen hängt die Genauigkeit der Ausrichtung der Schichten davon ab, wie das Transfersystem ausgestaltet ist. Beim Ablegen auf die zweite Oberfläche können sich erhebliche Ungenauigkeiten ergeben, bevor die Schichten miteinander verbunden sind.

Aus der DE 93 17 228 U1 ist ein Vorrichtung zum Handhaben von Leiterplatten bekannt, insbesondere zum Be- und/oder Entladen von Transportboxen, in welchen die Leiterplatten, ggf. unter Zwischenlage eines Papiers od. dgl. abgelegt sind oder werden. Zum Be- und Entladen dieser Transportboxen sind auch Leiterplattengreifer mit Saugeinrichtungen vorgesehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine stiftlose Herstellung eines Multilayer-Aufbaus zu vollautomatisieren und eine wesentlich genauere Zentrierung der Multilayer-Schichten zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, eine Vorrichtung der o. g. Art bestehend aus

• - einer Lay-up-Station (6) (Eintafelstation) mit einer Zentrierstation (12) zur Feinjustierung der Einzellagen durch einen mittels einer Kamera (17) gesteuerten Leiterplattengreifer (13) und einer Vorrichtung (26) zum Verschweissen der justierten Lagen in einem begrenzten Randbereich,
• - der Lay-up-Station (6) zugeordneten Klebefolien-Station (5) und Innenlagen-Station (7),
• - einer zwischen Innenlagen-Station (7) und Lay-up-Station (6) vorgesehen Vorzentrierungs-Station (11), in welcher die Kanten der Innenlagen (1) eine gewünschte Ausrichtung zur Zentrierstation (12) erfahren, und
• - zwischen Innenlagen-Station (7) und Vorzentrierung (11), zwischen Vorzentrierung (11) und Lay-up-Station (6) sowie zwischen Klebefolien-Station (5) und Lay-up-Station (6) jeweils ein Leiterplatten-Greifer (10, 13, 20, 22) angeordnet ist.

Die Verbindung der einzelnen Stationen untereinander erfolgt über Traversen, Quertraversen und Traversen, welche auf Parallelschienen verfahrbar sind. An diesen Traversen befinden sich dann jeweils Leiterplatten- bzw. Prepreg- Greifer. Für die Leiterplatten-Greifer hat es sich als günstig erwiesen, sie mit einem Vakuumschacht zu versehen, durch den eine schonende Aufnahme und ein schonender Transport der Leiterplatten erfolgen kann.

Der Zentrierstation ist die Kamera zur Erkennung der Targets auf den Leiterplatten zugeordnet, wobei die Kamera die Position eines Leiterplattengreifes oder einer anderen Zentriereinrichtung steuert. Ferner ist der Zentrierstation zumindest eine Einrichtung zum Schweißen von Leiterplatten und Prepregs in einem begrenzten Randbereich zugeordnet.

Somit wird von dem mechanischen Zusammenwirkung von Zentrierstift und Stanzlöcher abgegangen. Es erfolgt eine Zentrierung über optische Erkennung.

Bei den Targets kann es sich beispielsweise um ein sehr feines aufgedrucktes Zentrierkreuz auf den Leiterplatten handeln, welches von der Kamera erkannt wird. Die Genauigkeit dieser Zentrierung liegt bei etwa 5 µm, so daß sie den heutigen Anforderungen genügt. Derartige Kameras, die Targets erkennen können, sind handelsüblich, weshalb auf sie hier nicht näher eingegangen wird.

Ein zweiter Teil der Erfindung betrifft das Verbinden der Leiterplatten und der Prepregs miteinander. Es nützt die beste Zentrierung nichts, wenn es hinterher bei einem Verbinden zum Verschieben der Leiterplatten kommt. Deshalb ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Leiterplatten noch in der Zentrierstation miteinander verbunden werden. Dies geschieht durch ein Heften im Randbereich der Leiterplatten, der in der Regel später keine Funktion mehr hat. Dabei wird sich der Vorteil, der mit einem Duroplasten beschichteten Prepregs zunutze gemacht, daß nämlich ein Duroplast nur einmal beim Erwärmen verflüssigt wird und so zwei Leiterplatten miteinander verbinden kann. Wird später dieser Duroplast mit Wärme beaufschlagt, so findet keine Verflüssigung mehr statt. Die Heftpunkte bleiben somit immer bestehen.

Bevorzugt geschieht ein Heften in der Zentrierstation durch Schweißzangen, welche den Randbereich der Leiterplatten punktförmig zusammenheften. Dies geschieht bevorzugt jedes Mal, wenn eine neue Leiterplatte auf eine andere Leiterplatte unter Zwischenlage der Prepregs gelegt worden ist.

Sobald ein Multilayer hergestellt ist, wird er der Zentrierstation entnommen, ggfs. von beiden Seiten mit Spezialplatten belegt und einem Ofen zugeführt. Die dortige Erwärmung dieses Multilayers bewirkt eine Verflüssigung der Prepregs bzw. der Klebeschichten auf den Prepregs mit Ausnahme der bereits schon einmal verflüssigten Heftpunkte.

Damit wird gewährleistet, daß auch im Ofen keine Verschiebung der Leiterplatten mehr stattfinden kann. Bevorzugt befindet sich die Zentrierstation in einer sogenannten Lay-up-Station, welcher wiederum eine Innenlagen-Station und eine Prepreg-Station zugeordnet sind. Bei der Innenlagen-Station kann es sich um eine solche handeln, die in der DE 93 17 228 U1 beschrieben ist.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt auch darin, daß eine Stanzmaschine für die Herstellung der Stanzlöcher eingespart werden kann. Ferner ist die gesamte Vorrichtung so aufgebaut, daß die jeweiligen neu zuzuführenden Leiterplatten bzw. Prepregs von den jeweiligen Greifern zu der Zeit aufgenommen werden, wenn die bereits in der Zentrierstation befindlichen Leiterplattten und Prepregs miteinander durch Schweißen verbunden werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 einen schematisch dargestellten Multilayer-Aufbau;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Multilayer;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 2.

Ein Multilayer weist gemäß Fig. 1 eine Mehrzahl von Innenlagen/Leiterplatten 1.1 und 1.2 auf, zwischen die Klebefolien, sogenannte Prepregs, eingelegt werden. Diese Prepregs können unterschiedliche Dicke und Beschichtungen mit Klebeharzen aufweisen, über welche die Leiterplatten 1 miteinander verbunden werden. In der Regel handelt es sich dabei um Duroplaste, die nur einmal zum Verbinden von Leiterplatten 1 flüssig gemacht werden können.

In Fig. 1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Multilayer-Aufbaus nach dem Stand der Technik bekannt. Hierzu besitzen die Leiterplatte 1 und die Klebefolien 2 eine Mehrzahl, bevorzugt vier, Stanzlöcher 3, die exakt eingeformt werden. In der Station zum Herstellen des Multilayers sind dann entsprechende Zentrierstifte 4 vorgesehen, welche in die Stanzlöcher 3 passen.

Die Toleranz bei diesem Verfahren nach dem Stand der Technik für die Zentrierung beim Multilayer-Aufbau beträgt zwar nur 40 µm, was jedoch für heutige Anforderungen zu hoch ist.

In den Fig. 2 und 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von Multilayer gezeigt. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus drei Stationen.

Links ist eine Klebefolien-Station 5 vorgesehen, in der Mitte eine Lay-up-Station 6 und rechts eine Innenlagen- Station 7. In Fig. 2 sind noch entsprechende Transportwagen 8 angedeutet, über welche Leiterplatten in die Innenlagen-Station gebracht werden, wie dies insbesondere in dem Gebrauchsmuster 93 17 228.1 beschrieben ist. Da die Innenlagen-Station im wesentlichen der in dem eben genannten Gebrauchsmuster beschriebenen Vorrichtung zum Handhaben von Leiterplatten entspricht, wird auf eine nähere Beschreibung verzichtet. Hierzu wird auf dieses Gebrauchsmuster Bezug genommen.

Die Stationen 6 und 7 sind über eine Traverse 9 miteinander verbunden, an der ein Leiterplattengreifer 10 fahrbar angeordnet ist. Über diesen Leiterplattengreifer 10 wird aus der Innenlagen-Station 7 eine Innenlage/Leiterplatte zu einer Vorzentrierung 11 transportiert. In dieser Vorzentrierung 11 geschieht bezüglich der Kanten der Innenlage/Leiterplatte eine gewünschte Ausrichtung auf eine Zentrierstation 12 in der Lay-up-Station 6. Auch dieser Zentrierstation 12 ist ein Leiterplattengreifer 13 zugeordnet, der an einer Quertraverse 14 senkrecht zur Traverse 9 verfahrbar ist. Allerdings ist diese Quertraverse 14 wiederum auf zwei parallelen Schienen 15.1 und 15.2 verfahrbar, die parallel zur Traverse 9 verlaufen. Hierdurch ist es möglich, daß der Leiterplattengreifer 13 gegenüber der Zentrierstation 12 jeden gewünschten Punkt in einer waagrechten Ebene anfahren kann.

Zur Aufnahme der Leiterplatten besitzt dieser Leiterplattengreifer 13 einen Vakuumschacht 16, mittels dem die Leiterplatten von der Vorzentrierung 11 aufgenommen und in die Zentrierstation 12 verbracht werden können.

In der Zentrierstation 12 ist eine Kamera 17 vorgesehen, über die eine Feinstzentrierung durchgeführt wird. Hierzu ist die Kamera 17 handelsüblich mit den speziellen Einrichtungen ausgestattet, welche bestimmte Passermarken (Targets) auf den Innenlage/Leiterplatten und ggfs. den Klebefolien erkennen können. Über diese Kamera wird der Leiterplattengreifer 13 exakt gesteuert, so daß eine exakte Zentrierung der Innenlage/Leiterplatten stattfinden kann.

In vielen Fällen ist es notwendig, daß als unterste und ggfs. als oberste Platte für den Multilayer-Aufbau noch eine spezielle Metallplatte Anwendung findet, die dem Multilayer-Aufbau so lange zugeordnet wird, bis dieser in einem entsprechenden Ofen in geeigneter Weise verbunden ist. Für die Zuführung dieser speziellen Platten ist noch eine Zuführstation 18 vorgesehen, wobei die Platten mit dem Leiterplattengreifer 13 in die Zentrierstation 12 transportiert werden können.

Auf den Schienen 15.1 und 15.2 sitzt noch eine zweite Quertraverse 19 auf, an der ein Prepreg-Greifer 20 verfahrbar angeordnet ist. Mit diesem Prepreg-Greifer 20 können bereitgestellte Klebefolien unterschiedlicher Dicke aus zwei Stationen 21.1 und 21.2 entnommen und der Zentrierstation 12 zugeführt werden.

Die gewünschten Klebefolien werden zu diesen Stationen 21.1 und 21.2 aus der Klebefolien-Station 5 mittels eines weiteren Prepreg-Greifers 22 gebracht, der an einer Traverse 23 verfahrbar angeordnet ist. Diese Traverse 23 stützt sich wiederum fahrbar auf zwei Parallelschienen 24.1 und 24.2 ab, wobei diese Schienen 24.1 und 24.2 senkrecht zu den oben erwähnten Schienen 15.1 und 15.2 in der Lay-up- Station 6 verlaufen. Zwischen den Schienen 24.1 und 24.2 sind Stapel 25 von Klebefolien unterschiedlicher Dicke zu erkennen.

Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende:

Zuerst wird von dem Leiterplatten-Greifer 13 in der Lay-up- Station eine Spezialplatte aus der Zuführstation 18 in die Zentrierstation 12 gebracht. Auf diese Spezialplatte werden dann ein oder zwei Klebefolien aufgelegt, die von dem Prepreg-Greifer 20 herbeigeführt werden. Derweil nimmt der Leiterplatten-Greifer 13 eine vorzentrierte Leiterplatte aus der Vorzentrierung 11 auf und überführt diese dann in die Zentrierstation 12. Dort wird die Leiterplatte auf die Klebefolien aufgelegt und mittels der Kamera 17 feinst­ zentriert.

Jetzt erfolgt eine Verbindung der Leiterplatten mit den Klebefolien durch Schweißzangen 26. Mittels dieser Schweißzangen 26 findet jedoch nur eine punktförmige Verbindung im Randbereich der Leiterplatte, quasi ein Heften statt.

Auf die Innenlage/Leiterplatte werden dann weitere Prepregs und die nächste Leiterplatte aufgelegt. Jetzt erfolgt wieder ein punktförmiges Heften der Leiterplatten und der Klebefolien miteinander mittels der oben erwähnten Schweißzangen 26. Dies wiederholt sich solange, bis der gewünschte Multilayer-Aufbau fertiggestellt ist.

Danach wird dieser wiederum von einer Spezialplatte abgedeckt und in einen Ofen gegeben. In dem Ofen verflüssigt sich der restliche Bereich der Klebefolien bis auf die Heftpunkte und verbindet so die Innenlagen bzw. Leiterplatten miteinander. Der große Vorteil dabei ist, daß die Heftpunkte, da es sich bei dem Klebeharz um einen Duroplast handelt, nicht wieder verflüssigt werden, so daß die Leiterplatten nicht gegeneinander verschwimmen können. Die durch die Kamera einmal vorgenommene exakte Zentrierung der Leiterplatten bleibt so in der Zentrierstation 12 und auch in dem Ofen erhalten.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur vollautomatischen, stiftlosen Herstellung von Multilayer-Pressaufbauten aus Innenlagen/­ Leiterplatten (1) mit Passermarken und Klebefolien (Prepregs 3) bestehend aus

• - einer Lay-up-Station (6) (Eintafelstation) mit einer Zentrierstation (12) zur Feinjustierung der Einzellagen durch einen mittels einer Kamera (17) gesteuerten Leiterplattengreifer (13) und einer Vorrichtung (26) zum Verschweisen der justierten Lagen in einem begrenzten Randbereich,
• - der Lay-up-Station (6) zugeordneten Klebefolien-Station (5) und Innenlagen-Station (7),
• - einer zwischen Innenlagen-Station (7) und Lay-up-Station (6) vorgesehen Vorzentrierungs-Station (11), in welcher die Kanten der Innenlagen (1) eine gewünschte Ausrichtung zur Zentrierstation (12) erfahren, wobei
• - zwischen Innenlagen-Station (7) und Vorzentrierung (11), zwischen Vorzentrierung (11) und Lay-up-Station (6) sowie zwischen Klebefolien-Station (5) und Lay-up-Station (6) jeweils ein Leiterplatten-Greifer (10, 13, 20, 22) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierstation (12) eine Zuführstation (18) für Abdeckplatten für den Multilayer-Aufbau zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) aus einer Schweißzange zum punktförmigen Schweißen besteht.