DE202020101145U1 - Device for stacking, aligning and connecting layers of printed circuit boards - Google Patents

Device for stacking, aligning and connecting layers of printed circuit boards Download PDF

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DE202020101145U1 DE202020101145.6U DE202020101145U DE202020101145U1 DE 202020101145 U1 DE202020101145 U1 DE 202020101145U1 DE 202020101145 U DE202020101145 U DE 202020101145U DE 202020101145 U1 DE202020101145 U1 DE 202020101145U1
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Abstract

Vorrichtung zum Stapeln, Ausrichten und Verbinden von Leiterplattenlagen (8, 9), die elektrisch leitende Schichten oder Strukturen (6, 7) aufweisen und miteinander in einem Stapelraum (16) der Vorrichtung verbunden werden, umfassend eine Halteeinrichtung (22) zum Halten einer oberen Leiterplattenlage (8) und eine Ausrichteinrichtung zum Ausrichten der oberen Leiterplattenlage (8) relativ zu einer sich im Stapelraum (16) befindenden unteren Leiterplattenlage (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinrichtung eine parallelkinematische Bewegungseinrichtung (18) mit sechs oder mehr Linearaktoren (19) umfasst, die gemeinsam auf die Halteeinrichtung (22) zum Halten der oberen Leiterplattenlage (8) einwirken.

Figure DE202020101145U1_0000
Device for stacking, aligning and connecting circuit board layers (8, 9) which have electrically conductive layers or structures (6, 7) and are connected to one another in a stacking space (16) of the device, comprising a holding device (22) for holding an upper one Circuit board layer (8) and an alignment device for aligning the upper circuit board layer (8) relative to a lower circuit board layer (9) located in the stacking space (16), characterized in that the alignment device is a parallel kinematic movement device (18) with six or more linear actuators (19 ), which act together on the holding device (22) for holding the upper circuit board layer (8).
Figure DE202020101145U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stapeln, Ausrichten und Verbinden von Leiterplattenlagen, die elektrisch leitende Schichten oder Strukturen aufweisen und miteinander in einem Stapelraum der Vorrichtung verbunden werden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for stacking, aligning and connecting circuit board layers, which have electrically conductive layers or structures and are connected to one another in a stacking space of the device, according to the preamble of claim 1.

Multilayer-Leiterplatten umfassen häufig mehrere Leiterplattenlagen in der Form von Innenlagen, die insbesondere aus sog. Kernen („cores“) bestehen und mittels Prepreglagen miteinander verklebt werden.Multilayer circuit boards often include several circuit board layers in the form of inner layers, which in particular consist of so-called cores and are glued to one another by means of prepreg layers.

Prepregs bestehen häufig aus einem mit Harz getränkten Glasgewebe, das vorgetrocknet, aber nicht ausgehärtet ist, so dass das Harz, wenn es durch Erwärmen aktiviert wird, wieder fließt, klebt und danach vollständig vernetzt. Prepregs sind somit wärmeaktivierbare Kleberschichten, die in der Regel mit Glasgewebe verstärkt sind.Prepregs often consist of a resin-impregnated glass fabric that is pre-dried but not hardened so that the resin, when activated by heating, flows again, sticks and then completely cross-links. Prepregs are therefore heat-activated adhesive layers that are usually reinforced with glass fabric.

Als Leiterplatten-Kerne bezeichnet man üblicherweise vorgepresste Schichtungen mit dem Aufbau: Kupferfolie-Prepreg-Kupferfolie.Printed circuit board cores are usually referred to as pre-pressed layers with the structure: copper foil-prepreg-copper foil.

Bei der Herstellung der Leiterplatten werden die einzelnen Leiterplattenlagen und die dazwischenliegenden Prepreglagen nacheinander in der richtigen Reihenfolge aufeinandergelegt, exakt zueinander ausgerichtet und zunächst nur lokal begrenzt bzw. punktuell miteinander verbunden (vorlaminiert), um einen zusammenhängenden Lagenstapel mit exakt zueinander positionierten Leiterplattenlagen zur weiteren Bearbeitung zu erhalten. Die Endlamination der Leiterplattenlagen erfolgt später in einer Heizpresse.During the production of the circuit boards, the individual circuit board layers and the prepreg layers in between are laid one on top of the other in the correct order, exactly aligned with one another and initially only locally limited or connected to one another at certain points (pre-laminated) in order to create a coherent stack of circuit board layers with precisely positioned circuit board layers for further processing receive. The final lamination of the circuit board layers takes place later in a heating press.

Es ist bekannt, das Handling der Leiterplattenlagen, d.h. das Zuführen und Ausrichten, mit Maschinen durchzuführen, die Mischformen aus seriellen und parallelen Kinematiken aufweisen, die maximal vier Freiheitsgrade, d.h. Bewegungen um vier Achsen, ermöglichen. Damit kann die auszurichtende Leiterplattenlage in z-Richtung (nach oben und unten), in xy-Richtung (Verschiebung in der Horizontalebene) verschoben und um die z-Achse gedreht werden. Bei seriellen Kinematiken sind mehrere Aktoren hintereinander geschaltet, so dass ein Aktor einen anderen Aktor mitbewegen muss. Unter paralleler Kinematik versteht man in diesem Zusammenhang mehrere Aktoren, die nebeneinander angeordnet sind und gleichzeitig auf dasselbe Teil einwirken.It is known that the handling of the printed circuit board layers, i. the feeding and alignment, to be carried out with machines that have mixed forms of serial and parallel kinematics that have a maximum of four degrees of freedom, i.e. Movements around four axes. The printed circuit board layer to be aligned can thus be shifted in the z-direction (up and down), in the xy-direction (shift in the horizontal plane) and rotated around the z-axis. With serial kinematics, several actuators are connected in series so that one actuator has to move another actuator. In this context, parallel kinematics are understood to mean several actuators that are arranged next to one another and act simultaneously on the same part.

Nachteilig ist bei diesen bekannten Vorrichtungen, dass damit die auszurichtende Leiterplattenlage lediglich mit vier Freiheitsgraden bewegt werden kann. Ungleichheiten des Maschinengestells können daher nicht im gewünschten Maße ausgeglichen werden. Weiterhin wäre es wünschenswert, die Wiederholgenauigkeit derartiger Vorrichtungen beim Ausrichtvorgang zu verbessern und die Geschwindigkeit beim Handling der Leiterplattenlagen zu erhöhen.The disadvantage of these known devices is that the printed circuit board layer to be aligned can only be moved with four degrees of freedom. Inequalities in the machine frame can therefore not be compensated for to the desired extent. Furthermore, it would be desirable to improve the repeatability of such devices during the alignment process and to increase the speed when handling the circuit board layers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Stapeln, Ausrichten und Verbinden von Leiterplattenlagen zu schaffen, mit der insbesondere der Stapel- und Ausrichtvorgang mit möglichst hoher Genauigkeit und Geschwindigkeit durchgeführt werden kann.The invention is therefore based on the object of creating a device for stacking, aligning and connecting layers of printed circuit boards, with which the stacking and aligning process in particular can be carried out with the highest possible accuracy and speed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are described in the further claims.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinrichtung eine parallelkinematische Bewegungseinrichtung mit sechs oder mehr Linearaktoren umfasst, die gemeinsam auf die Halteeinrichtung zum Halten der oberen Leiterplattenlage einwirken.The device according to the invention is characterized in that the alignment device comprises a parallel kinematic movement device with six or more linear actuators, which act together on the holding device for holding the upper circuit board layer.

Der Begriff „untere Leiterplattenlage“ bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf diejenige Leiterplattenlage, die sich bereits im Stapelraum befindet, während sich der Begriff „obere Leiterplattenlage“ auf diejenige Leiterplattenlage bezieht, die nachfolgend, insbesondere zusammen mit einer auf ihrer Unterseite angeordneten Prepreglage, auf die untere Leiterplattenlage aufgesetzt und relativ zu dieser ausgerichtet wird.In the context of the present invention, the term "lower circuit board layer" refers to that circuit board layer that is already in the stacking space, while the term "upper circuit board layer" refers to that circuit board layer which is subsequently, in particular together with a prepreg layer arranged on its underside, is placed on the lower circuit board layer and aligned relative to this.

Die erfindungsgemäße parallelkinematische Bewegungseinrichtung mit sechs oder mehr Linearaktoren verbessert die Dynamik, Präzision und Geschwindigkeit des Stapel- und Ausrichtvorgangs erheblich. Die erreichbaren Wiederholgenauigkeiten der Positionierung sind wesentlich höher als bei seriellen Mechaniken. Die rein parallele Kinematik mit sechs oder mehr Linearaktoren ermöglicht darüber hinaus nicht nur eine Ausrichtung mit maximal vier Achsen (Verschiebung in x-, y-, und z-Richtung sowie Drehung um die z-Achse), sondern zusätzlich auch eine Ausrichtung durch Drehung um die x- und y-Achsen (Verkippen der Ausrichtebenen), so dass insgesamt sechs Freiheitsgrade gegeben sind. Hierdurch können auf sehr einfache und schnelle Weise Ungenauigkeiten vom Maschinengrundgestell her ausgeglichen werden. Durch den Einsatz von mehr als sechs Linearaktoren kann eine kinematische Redundanz geschaffen werden, welche die Präzision und Sicherheit des Ausrichtvorgangs nochmals erhöht. Ferner ist die Energiebilanz der erfindungsgemäßen parallelkinematischen Bewegungseinrichtung gegenüber seriellen Mechaniken oder Hybridausführungen verbessert.The parallel kinematic movement device according to the invention with six or more linear actuators improves the dynamics, precision and speed of the stacking and aligning process considerably. The repeatability of the positioning that can be achieved is much higher than with serial mechanics. The purely parallel kinematics with six or more linear actuators not only enable alignment with a maximum of four axes (displacement in x, y, and z directions as well as rotation around the z axis), but also alignment by rotation around the x- and y-axes (tilting the alignment planes), so that a total of six degrees of freedom are given. In this way, inaccuracies from the machine base frame can be compensated for in a very simple and quick manner. By using more than six linear actuators, kinematic redundancy can be created, which further increases the precision and safety of the alignment process. Furthermore, the energy balance of the parallel kinematic movement device according to the invention is improved compared to serial mechanisms or hybrid designs.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Linearaktoren elektromotorisch bewegte Hubzylinder. Derartige Linearaktoren können auf sehr schnelle und äußerst präzise Weise Längenänderungen vornehmen. According to an advantageous embodiment, the linear actuators are lifting cylinders that are moved by an electric motor. Such linear actuators can make changes in length in a very fast and extremely precise manner.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Ausrichteinrichtung mindestens ein Kamerasystem zur optischen Positionserkennung der oberen Leiterplattenlage relativ zur unteren Leiterplattenlage auf, wobei das Kamerasystem Steuerungssignale zur Ansteuerung der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung erzeugt. Die Ist-Position der sich bereits im Stapelraum befindenden Leiterplattenlage und/oder der auf diese Leiterplattenlage aufzusetzenden Leiterplattenlage kann auf diese Weise insbesondere durch auf die Leiterplattenlagen aufgeätze Orientierungsmarker durch das Kamerasystem erkannt werden. Die parallelkinematische Bewegungseinrichtung wird dann derart angesteuert, dass sie Ausgleichsbewegungen durchführt, bis die Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position minimal ist. Zur Erhöhung der Genauigkeit sind vorzugsweise mehrere Kamerasysteme, insbesondere zwei Kamerasysteme, vorgesehen.According to an advantageous embodiment, the alignment device has at least one camera system for optical position detection of the upper circuit board layer relative to the lower circuit board layer, the camera system generating control signals for activating the parallel kinematic movement device. The actual position of the circuit board layer already in the stacking space and / or the circuit board layer to be placed on this circuit board layer can in this way be recognized by the camera system, in particular through orientation markers placed on the circuit board layers. The parallel kinematic movement device is then controlled in such a way that it carries out compensatory movements until the deviation of the actual position from the target position is minimal. A plurality of camera systems, in particular two camera systems, are preferably provided to increase the accuracy.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Transporteinrichtung zum Transport der Leiterplattenlagen von einer Aufnahmestation zum Stapelraum, wobei die parallelkinematische Bewegungseinrichtung ein Teil der Transporteinrichtung ist. Dies bedeutet, dass die parallelkinematische Bewegungseinrichtung zwischen dem Aufnahmeraum, in dem die zu stapelnde Leiterplattenlage, gegebenenfalls zusammen mit einer oder mehrerer Prepreglagen, entweder manuell oder mittels eines Roboters bereitgestellt wird, und dem Stapelraum verfahren werden kann.According to an advantageous embodiment, the device comprises a transport device for transporting the printed circuit board layers from a receiving station to the stacking space, the parallel kinematic movement device being part of the transport device. This means that the parallel kinematic movement device can be moved between the receiving space, in which the printed circuit board layer to be stacked, optionally together with one or more prepreg layers, either manually or by means of a robot, and the stacking space.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Halteeinrichtung zum Halten der Leiterplattenlage Vakuumsauger, die zum Ansaugen und Halten der Leiterplattenlage mittels Unterdruck ausgebildet sind. Hierdurch kann die zu transportierende und zu stapelnde Leiterplattenlage auf sehr einfache und schnelle Weise aufgenommen und sicher zum Stapelraum transportiert werden. Andere Halteeinrichtungen, beispielsweise mechanisch oder magnetisch wirkende Greifeinrichtungen, sind grundsätzlich jedoch auch denkbar.According to an advantageous embodiment, the holding device for holding the printed circuit board layer comprises vacuum suction cups which are designed to suck in and hold the printed circuit board layer by means of negative pressure. As a result, the printed circuit board layer to be transported and stacked can be picked up in a very simple and rapid manner and safely transported to the stacking space. However, other holding devices, for example mechanically or magnetically acting gripping devices, are in principle also conceivable.

Zweckmäßigerweise ist die Halteeinrichtung an einer unteren Basisplatte der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung befestigt, wobei ein Ende eines jeden Linearaktors mit der Basisplatte gelenkig verbunden ist. Handelt es sich bei der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung beispielsweise um einen Hexapoden, so kann auf diese Weise die Bewegung der unteren Basisplatte des Hexapoden unmittelbar auf die Halteeinrichtung und von dieser auf die auszurichtende Leiterplattenlage übertragen werden.The holding device is expediently attached to a lower base plate of the parallel-kinematic movement device, one end of each linear actuator being connected in an articulated manner to the base plate. If the parallel kinematic movement device is a hexapod, for example, the movement of the lower base plate of the hexapod can be transmitted directly to the holding device and from there to the printed circuit board layer to be aligned.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Prepreg-Aktivierungseinrichtung in der Form einer Ultraschallerzeugungseinrichtung mit mindestens einer Sonotrode zum lokalen Aktivieren einer zwischen der oberen und unteren Leiterplattenlage angeordneten Prepreglage mittels Ultraschall.According to an advantageous embodiment, the device comprises a prepreg activation device in the form of an ultrasound generating device with at least one sonotrode for locally activating a prepreg layer arranged between the upper and lower circuit board layers by means of ultrasound.

Eine derartige Ultraschallerzeugungseinrichtung bietet den Vorteil, dass das Vorlaminieren des Lagenstapels, d.h. das lokal begrenzte Erwärmen und Härten der Prepreglage(n) und damit das lokal begrenzte Verbinden der einzelnen Leiterplattenlagen des Lagenstapels mit sehr hoher Geschwindigkeit erfolgen kann. Für das Erwärmen und Härten der Prepreglagen wird nur ein Bruchteil derjenigen Zeit benötigt, die übliche Vorrichtungen benötigen, die mit üblichen Heizelementen arbeiten. Die Fertigungszeiten für die Leiterplatten können daher entsprechend verkürzt bzw. der Durchsatz kann entsprechend erhöht werden. Weiterhin ist der für das Vorlaminieren benötigte Energieaufwand wesentlich niedriger als bei bekannten Verfahren, da durch die kürzere Bondingzeit weniger Abwärme verlorengeht und der Wirkungsgrad höher ist. Es wird weniger Abwärme erzeugt, die nicht dem Vorlaminierungsprozess dient. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine speziellen Muster aus Kupfer auf der Leiterplatte zur Optimierung des Wärmetransports erforderlich sind. Der Bereich, in dem gebondet wird, kann sehr schmal bzw. klein sein, was dazu beiträgt, die Materialausnutzung des Rohmaterials zu verbessern.Such an ultrasonic generating device offers the advantage that the pre-lamination of the stack of layers, i.e. the locally limited heating and hardening of the prepreg layer (s) and thus the locally limited connection of the individual printed circuit board layers of the stack of layers can take place at very high speed. Only a fraction of the time required for conventional devices that work with conventional heating elements is required for heating and curing the prepreg layers. The production times for the circuit boards can therefore be shortened accordingly or the throughput can be increased accordingly. Furthermore, the energy expenditure required for pre-lamination is significantly lower than with known methods, since less waste heat is lost due to the shorter bonding time and the efficiency is higher. Less waste heat is generated that is not used for the pre-lamination process. Another advantage is that no special copper patterns are required on the circuit board to optimize heat transfer. The area in which the bond is made can be very narrow or small, which helps to improve the utilization of the raw material.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Ultraschallerzeugungseinrichtung eine Mehrzahl von Sonotroden, die im Stapelraum um die parallelkinematische Bewegungseinrichtung herum angeordnet und an einer gemeinsamen Hubeinrichtung zum Absenken und Aufsetzen der Sonotroden auf die obere Leiterplattenlage und Entfernen von der oberen Leiterplattenlage befestigt sind. Hierdurch lässt sich eine relativ einfache Bauweise mit wenigen Bauteilen realisieren. Es ist jedoch auch möglich, die Sonotroden unabhängig voneinander an getrennten Hubeinrichtungen vorzusehen.According to an advantageous embodiment, the ultrasound generating device comprises a plurality of sonotrodes which are arranged in the stacking space around the parallel kinematic movement device and are attached to a common lifting device for lowering and placing the sonotrodes on the upper circuit board layer and removing them from the upper circuit board layer. In this way, a relatively simple design can be implemented with a few components. However, it is also possible to provide the sonotrodes independently of one another on separate lifting devices.

Vorteilhafterweise umfasst die Prepreg-Aktivierungseinrichtung eine Sonotrode, die mittels eines beweglichen Roboterarms innerhalb des Stapelraums bewegbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Sonotrode im Stapelraum beliebig zu positionieren und die gestapelten Leiterplattenlagen an beliebigen Stellen miteinander zu verkleben. Eine derartige frei bewegliche Sonotrode kann insbesondere zusätzlich zu weiteren Sonotroden vorgesehen sein, welche die Vorlaminierung in den Randbereichen des Lagenstapels durchführen.The prepreg activation device advantageously comprises a sonotrode that can be moved within the stacking space by means of a movable robot arm. This makes it possible to position the sonotrode as desired in the stacking space and to glue the stacked circuit board layers to one another at any point. Such a freely movable sonotrode can in particular be provided in addition to further sonotrodes which carry out the prelamination in the edge regions of the stack of layers.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Halteeinrichtung zum Halten der Leiterplattenlage Klammereinheiten, die zum Zusammenklemmen der Prepreglage und der Leiterplattenlage beim Transport vom Aufnahmeraum zum Stapelraum ausgebildet sind. Hierdurch ist es insbesondere möglich, im Aufnahmeraum einen Stapel aus einer oder mehreren Prepreglagen und einer Leiterplattenlage mit mindestens einer leitenden Schicht oder Struktur, beispielsweise eine Kernlage, bereitzustellen, wobei dann dieser Stapel durch die Klammereinheiten während des Transports des Stapels zum Stapelraum zusammengehalten wird. According to an advantageous embodiment, the holding device for holding the circuit board layer comprises clip units which are designed to clamp the prepreg layer and the circuit board layer together during transport from the receiving space to the stacking space. This makes it possible in particular to provide a stack of one or more prepreg layers and a printed circuit board layer with at least one conductive layer or structure, for example a core layer, in the receiving space, this stack then being held together by the clip units during the transport of the stack to the stacking space.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung Klemmeinheiten zum Fixieren des sich im Stapelraum befindenden Lagenstapels auf. Hierdurch wird sichergestellt, dass die exakt zueinander ausgerichteten Leiterplattenlagen exakt zueinander positioniert bleiben und beim Aufsetzen der Sonotroden nicht verschoben werden.According to an advantageous embodiment, the device has clamping units for fixing the stack of layers located in the stacking space. This ensures that the printed circuit board layers, which are exactly aligned with one another, remain exactly positioned with one another and are not shifted when the sonotrodes are placed.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung eines Lagenaufbaus einer Leiterplatte mit sechs Leiterplattenlagen, die leitende Schichten oder Strukturen aufweisen,
  • 2: eine räumliche Darstellung von Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten und Vorlaminieren von Leiterplattenlagen;
  • 3: einen Vertikalschnitt durch einen Teil der Komponenten von 2 in vergrößertem Maßstab; und
  • 4: die Einzelheit IV von 3 in vergrößertem Maßstab.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
  • 1 : a schematic representation of a layer structure of a circuit board with six circuit board layers, which have conductive layers or structures,
  • 2 : a three-dimensional representation of components of the device according to the invention for aligning and prelaminating circuit board layers;
  • 3 : a vertical section through part of the components of 2 on an enlarged scale; and
  • 4th : the detail IV of 3 on a larger scale.

In 1 ist beispielhaft ein Querschnitt durch eine sechslagige Leiterplatte dargestellt, um einen üblichen Lagenaufbau zu verdeutlichen. Die Dicken der einzelnen Lagen sind dabei nicht maßstabsgetreu dargestellt.In 1 a cross-section through a six-layer printed circuit board is shown as an example to illustrate a conventional layer structure. The thicknesses of the individual layers are not shown true to scale.

Die in 1 dargestellte Leiterplatte 1 umfasst zwei Innen- oder Kernlagen 2, 3, die mittels einer dazwischenliegenden Prepreglage 4 miteinander verbunden sind.In the 1 illustrated circuit board 1 comprises two inner or core layers 2 , 3 , which by means of an intermediate prepreg layer 4th are connected to each other.

Die Innenlagen 2, 3 bestehen jeweils aus einem Prepreg-Kern 5, der beidseitig mit elektrisch leitenden Strukturen 6, 7 aus Kupfer beschichtet ist. Die elektrisch leitenden Strukturen 6, 7 werden üblicherweise aus Kupferfolien hergestellt, die eine Dicke von 18 µm bis 210 µm, im Dickkupferbereich auch bis 400 µm haben. Die Dicke des Prepreg-Kerns kann in großem Umfang variieren und beispielsweise zwischen 50 µm und 3200 µm liegen. Die Innenlagen 2, 3 werden üblicherweise aus vorverpressten Schichtungen hergestellt, bei denen der Prepreg-Kern 5 und die beidseitig aufgebrachten Kupferlagen fest miteinander verbunden und in diesem Zustand im Markt erhältlich sind.The inner layers 2 , 3 each consist of a prepreg core 5 , which has electrically conductive structures on both sides 6th , 7th is coated from copper. The electrically conductive structures 6th , 7th are usually made of copper foils with a thickness of 18 µm to 210 µm, in the thick copper range up to 400 µm. The thickness of the prepreg core can vary widely and, for example, be between 50 μm and 3200 μm. The inner layers 2 , 3 are usually made from pre-pressed layers in which the prepreg core 5 and the copper layers applied on both sides are firmly connected to one another and are available on the market in this state.

Die Dicke der Prepreglage 4 zur Verbindung der beiden Innenlagen 2, 3 kann ebenfalls in weitem Umfang variieren und von unter 100 µm bis zu mehr als 3000 µm betragen. Weiterhin ist es möglich, dass die Prepreglage 4 aus mehreren Prepreg-Einzellagen gebildet wird.The thickness of the prepreg layer 4th to connect the two inner layers 2 , 3 can also vary widely and be from less than 100 µm to more than 3000 µm. It is also possible that the prepreg layer 4th is formed from several individual prepreg layers.

Oberhalb der oberen Innenlage 2 ist eine obere äußere Leiterplattenlage 10 angeordnet, die mittels einer Prepreglage 11 auf der oberen Innenlage 2 befestigt ist und beispielsweise aus einer elektrisch leitenden Kupferfolie hergestellt werden kann. Die obere Leiterplattenlage 10 kann teilweise mit einer Lötstoppschicht 12 abgedeckt sein, welche vorbestimmte Lötstellen freilässt und die übrigen Bereiche vor Benetzung mit Lot schützt.Above the upper inner layer 2 is an upper outer circuit board layer 10 arranged by means of a prepreg layer 11 on the upper inner layer 2 is attached and can be made for example from an electrically conductive copper foil. The upper circuit board layer 10 can partially with a solder mask 12 be covered, which leaves predetermined solder points free and protects the remaining areas from wetting with solder.

Weiterhin ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel unterhalb der unteren Innenlage 3 eine untere äußere Leiterplattenlage 13 angeordnet, die aus einer elektrisch leitenden Kupferschicht gebildet werden kann und mittels einer Prepreglage 14 mit der unteren Innenlage 3 verbunden ist. Die untere äußere Leiterplattenlage 13 kann wiederum mittels einer Lötstoppschicht 15 teilweise bedeckt sein.Furthermore, in the embodiment shown, it is below the lower inner layer 3 a lower outer circuit board layer 13 arranged, which can be formed from an electrically conductive copper layer and by means of a prepreg layer 14th with the lower inner layer 3 connected is. The lower outer circuit board layer 13 can in turn by means of a solder mask 15th be partially covered.

Anhand der 2 bis 4 wird im Folgenden eine Vorrichtung beschrieben, die in besonders vorteilhafter Weise dazu geeignet ist, bei der Herstellung von Leiterplatten wie beispielsweise der Leiterplatte 1 mehrere Innenlagen („Cores“) wie beispielsweise die Innenlagen 2, 3 aufeinander zu stapeln, exakt zueinander auszurichten und anschließend an vorbestimmten begrenzten Stellen durch Erwärmen der dazwischenliegenden Prepreglage 4 miteinander zu verbinden bzw. zu verkleben. Hierdurch wird ein zusammenhängender Lagenstapel geschaffen, der die Weiterbearbeitung des Lagenstapels ermöglicht, ohne ein gegenseitiges Verschieben der Innenlagen 2, 3 zu riskieren. Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung jedoch auch zum Stapeln der äußeren Leiterplattenlagen 10, 13 und zum lokal begrenzten Verbinden mit den Innenlagen 2, 3 mittels der dazwischenliegenden Prepreglagen 11, 14 geeignet.Based on 2 to 4th a device is described below which is particularly advantageously suitable for the production of printed circuit boards such as the printed circuit board 1 several inner layers ("cores") such as the inner layers 2 , 3 to be stacked on top of one another, to be aligned precisely to one another and then at predetermined limited locations by heating the prepreg layer in between 4th to connect or glue together. This creates a cohesive stack of layers which enables the stack of layers to be processed further without the inner layers shifting towards one another 2 , 3 to risk. In addition, however, the device according to the invention can also be used for stacking the outer circuit board layers 10 , 13 and for locally limited connection with the inner layers 2 , 3 by means of the prepreg layers in between 11 , 14th suitable.

Die in 2 gezeigten Komponenten sind Teil einer Vorrichtung bzw. Maschine, mit der die Innenlagen 2, 3 nacheinander von einer nicht dargestellten Aufnahmestation zu einem Stapelraum 16 der Vorrichtung transportiert, aufeinander gestapelt, zueinander exakt ausgerichtet und anschließend an vorbestimmten Stellen mittels der dazwischen liegenden Prepreglage 4 miteinander verbunden (verklebt) werden.In the 2 Components shown are part of a device or machine with which the inner layers 2 , 3 one after the other from a receiving station, not shown, to a stacking room 16 transported by the device, stacked on top of one another, precisely aligned with one another and then at predetermined locations by means of the in between lying prepreg layer 4th connected (glued) together.

Hierzu weist die Vorrichtung eine Transporteinrichtung 17 zum Transportieren der manuell oder maschinell in der Aufnahmestation bereitgestellten Innenlagen 2, 3 und Ablegen der Innenlagen 2, 3 im Stapelraum 16 auf.For this purpose, the device has a transport device 17th for transporting the inner layers provided manually or by machine in the receiving station 2 , 3 and laying down the inner layers 2 , 3 in the stacking room 16 on.

Die Transporteinrichtung 17 umfasst eine Ausrichteinrichtung zum Ausrichten der nachfolgenden Innenlage 2 relativ zu der sich bereits im Stapelraum 16 befindenden Innenlage 3. Diese Ausrichteinrichtung umfasst eine parallelkinematische Bewegungseinrichtung 18 mit sechs längenveränderlichen Linearaktoren 19, deren oberes Ende an einer oberen Halteplatte 20 angelenkt ist, während ihr unteres Ende an einer unteren Basisplatte 21 angelenkt ist. Die parallelkinematische Bewegungseinrichtung bildet damit ein Hexapod. Diese Konstruktion ermöglicht es, dass die untere Basisplatte 21 relativ zur oberen Halteplatte 20 mit sechs Freiheitsgraden bewegt werden kann, nämlich mit drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgraden. Eine derartige Bewegungseinrichtung 18 wird auch als Steward-Plattform bezeichnet.The transport device 17th comprises an alignment device for aligning the subsequent inner layer 2 relative to that already in the stacking room 16 located inner layer 3 . This alignment device comprises a parallel kinematic movement device 18th with six variable-length linear actuators 19th , the upper end of which is attached to an upper holding plate 20th is hinged, while its lower end on a lower base plate 21st is hinged. The parallel kinematic movement device thus forms a hexapod. This construction enables the lower base plate 21st relative to the upper retaining plate 20th can be moved with six degrees of freedom, namely with three translational and three rotational degrees of freedom. Such a movement device 18th is also known as a steward platform.

Bei den Linearaktoren 19 handelt es sich zweckmäßigerweise um elektromotorisch bewegte Hubzylinder, die von einer geeigneten Steuereinrichtung (Controller) in der gewünschten Weise angesteuert werden. Die Linearaktoren 19 sind überwiegend vertikal angeordnet und hängen an der oberen Halteplatte 20.With the linear actuators 19th it is expediently to lift cylinders moved by an electric motor, which are controlled in the desired manner by a suitable control device (controller). The linear actuators 19th are mostly arranged vertically and hang on the upper retaining plate 20th .

Die obere Halteplatte 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kreisscheibe, kann jedoch auch eine andere Form haben. Ferner ist die obere Halteplatte 20 zweckmäßigerweise an einem nicht dargestellten Schlitten befestigt, der längs einer nicht dargestellten horizontalen Laufschiene der Vorrichtung zwischen dem Aufnahmeraum und dem Stapelraum 16 verfahrbar ist. Andere Systeme zur Bewegung der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung 18 zwischen dem Aufnahmeraum und dem Stapelraum 16 sind grundsätzlich ebenfalls möglich, beispielsweise eine Befestigung der Bewegungseinrichtung 18 an einem Roboterarm.The upper retaining plate 20th is a circular disk in the illustrated embodiment, but can also have a different shape. Further is the upper retaining plate 20th expediently attached to a carriage, not shown, which runs along a horizontal running rail, not shown, of the device between the receiving space and the stacking space 16 is movable. Other systems for moving the parallel kinematic movement device 18th between the receiving space and the stacking space 16 are basically also possible, for example an attachment of the movement device 18th on a robotic arm.

An der unteren Basisplatte 21 ist eine Halteeinrichtung 22 zum Halten der zu transportierenden und auszurichtenden Leiterplattenlagen befestigt. Diese Halteeinrichtung umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Vakuumsaugern 23, die von oben her auf die entsprechende Leiterplattenlage aufgesetzt werden und diese durch Aufbringen von Unterdruck halten können. Zweckmäßigerweise sind diese Vakuumsauger 23 in den Randbereichen der Halteeinrichtung 22 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch möglich, Vakuumsauger 23 an anderen, von den Randbereichen entfernten Stellen vorzusehen. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Vakuumsauger 23 an einer gemeinsamen Tragplatte befestigt sind.On the lower base plate 21st is a holding device 22nd for holding the printed circuit board layers to be transported and aligned. In the exemplary embodiment shown, this holding device comprises a plurality of vacuum suction cups 23 that are placed on the corresponding circuit board layer from above and can hold it by applying negative pressure. Appropriately, these are vacuum cups 23 in the edge areas of the holding device 22nd arranged. Additionally or alternatively, however, it is also possible to use vacuum suction cups 23 to be provided at other locations remote from the edge areas. It is also useful if the vacuum suction device 23 are attached to a common support plate.

Aus den 2 und 3 sind weiterhin Klammereinheiten 24 ersichtlich. Diese Klammereinheiten 24 sind zweckmäßigerweise in den vier Eckenbereichen der Halteeinrichtung 22 befestigt und dienen zum Zusammenklemmen mehrerer Lagen, die gleichzeitig vom Aufnahmeraum zum Stapelraum 16 transportiert werden. Beispielsweise kann mittels der Klammereinheiten 24 ein Lagenstapel zusammengeklemmt werden, der aus einer von den Vakuumsaugern 23 gehaltenen Innenlage 2 und einer oder mehrerer darunter angeordneter Prepreglagen 4 besteht.From the 2 and 3 are still parentheses 24 evident. These bracket units 24 are expediently in the four corner areas of the holding device 22nd attached and serve to clamp together several layers, which are simultaneously from the receiving space to the stacking space 16 be transported. For example, by means of the clamp units 24 a stack of layers are clamped together from one of the vacuum cups 23 held inner layer 2 and one or more prepreg layers arranged underneath 4th consists.

2 zeigt weiterhin zwei Kamerasysteme 25, die auf gegenüberliegenden Seiten des Stapelraums 16 angeordnet sind. Die Kamerasysteme 25 sind derart ausgebildet, dass sie die Ist-Position der auf die untere Innenlage 3 aufzusetzenden oberen Innenlage 2 relativ zur unteren Innenlage 3 erkennen, beispielsweise über auf den Innenlagen 2, 3 aufgeätzte Orientierungsmarker. Die Signale der Kamerasysteme 25 werden dann verwendet, um die parallelkinematische Bewegungseinrichtung 18 derart anzusteuern, dass die Abweichung zwischen Ist-Position und Soll-Position minimal wird. Anzahl und Anordnung der Kamerasysteme 25 können in weitem Umfang variieren und sind vom jeweiligen Anwendungsfall abhängig. 2 also shows two camera systems 25th that are on opposite sides of the stacking area 16 are arranged. The camera systems 25th are designed in such a way that they reflect the actual position of the lower inner layer 3 top inner layer to be attached 2 relative to the lower inner layer 3 recognize, for example over on the inner layers 2 , 3 etched orientation markers. The signals from the camera systems 25th are then used to move the parallel kinematic motion device 18th to be controlled in such a way that the deviation between the actual position and the target position is minimal. Number and arrangement of the camera systems 25th can vary widely and depend on the particular application.

Die Vorrichtung weist ferner Klemmeinheiten 26 zum Fixieren eines sich im Stapelraum 16 befindenden Lagenstapel 27 auf. Die Klemmeinheiten 26 sind auf einem Arbeitstisch 28 angeordnet und umfassen jeweils einen Klemmbacken 29, der auf einer Schiene 30 in y-Richtung verschiebbar und in z-Richtung, d.h. in der Höhe, verstellbar ist. Die Klemmeinheiten 26 verhindern, dass sich die einzelnen Lagen, nachdem sie mittels der Ausrichteinrichtung genau ausgerichtet worden sind, beim nachträglichen Verbindungsvorgang wieder verschieben können. Die Klemmung erfolgt automatisch. Ist eine obere Lage auf einer unteren Lage mittels der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung 18 abgelegt und ausgerichtet worden, werden die Klemmbacken 29 an dem ausgerichteten Lagenstapel 27 vorbei nach oben und anschließend in y-Richtung soweit bewegt, dass sie den ausgerichteten Lagenstapel 27 übergreifen. Durch anschließendes Verfahren der Klemmbacken 29 nach unten erfolgt dann die Klemmung des Lagenstapels 27.The device also has clamping units 26th to fix one in the stacking room 16 located stack of layers 27 on. The clamping units 26th are on a work table 28 arranged and each comprise a clamping jaw 29 standing on a rail 30th slidable in the y direction and adjustable in the z direction, ie in height. The clamping units 26th prevent the individual layers, after they have been precisely aligned by means of the alignment device, from being able to shift again during the subsequent connection process. The clamping takes place automatically. Is an upper layer on a lower layer by means of the parallel kinematic movement device 18th have been deposited and aligned, the clamping jaws 29 on the aligned stack of layers 27 past upwards and then moved in the y-direction so far that it removes the aligned stack of layers 27 overlap. By subsequently moving the clamping jaws 29 The stack of layers is then clamped downwards 27 .

Zweckmäßigerweise können die vier Klemmeinheiten 26 unabhängig voneinander bewegt werden. Damit können die unteren Lagen mittels zwei Klemmeinheiten 26 fixiert bleiben, während die obere Lage mit den anderen beiden Klemmeinheiten 26 fixiert werden kann, bevor dann die ersten beiden Klemmeinheiten 26 auch die obere Lage übergreifen.Appropriately, the four clamping units 26th can be moved independently of each other. This means that the lower layers can be closed using two clamping units 26th remain fixed, while the top layer with the other two clamping units 26th can be fixed before the first two clamping units 26th also overlap the upper layer.

Nachdem die obere Innenlage 2 zusammen mit der darunter angeordneten Prepreglage 4 auf die untere Innenlage 3 aufgesetzt und relativ zu dieser genau ausgerichtet worden ist, wird der dadurch gebildete Lagenstapel 27 an einzelnen Stellen miteinander verklebt (vorlaminiert). Hierzu werden, wie aus den 2 bis 4 ersichtlich, mehrere Sonotroden 31 auf den Lagenstapel 27 aufgesetzt, um mittels Ultraschall die Prepreglage 4 lokal zu aktivieren, d.h. zu erwärmen, zu verflüssigen und auszuhärten. Sonotroden sind in bekannterweise Werkzeuge, die durch das Einleiten von hochfrequenten mechanischen Schwingungen (Ultraschallschwingungen), die von einem Ultraschallgenerator erzeugt werden, in Resonanzschwingungen versetzt werden. Die Sonotroden 31 werden mit Druck auf den Lagenstapel 27 aufgesetzt und übertragen so die Ultraschallschwingungen auf den Lagenstapel 27.After the top inner layer 2 together with the prepreg layer arranged below 4th on the lower inner layer 3 is placed and precisely aligned relative to this, the stack of layers thus formed 27 Glued together at individual points (pre-laminated). For this purpose, as from the 2 to 4th visible, several sonotrodes 31 on the stack of layers 27 placed on the prepreg layer using ultrasound 4th to activate locally, ie to heat, liquefy and harden. Sonotrodes are known to be tools that are set into resonance vibrations by the introduction of high-frequency mechanical vibrations (ultrasonic vibrations) that are generated by an ultrasonic generator. The sonotrodes 31 are with pressure on the stack of layers 27 placed and thus transmit the ultrasonic vibrations to the stack of layers 27 .

Die mittels der Sonotroden 31 aufgebrachten Ultraschallschwingungen haben vorzugsweise eine Frequenz größer als 10 kHz und eine Amplitude im Mikrometerbereich (1 µm - 50 µm). Insbesondere können die Sonotroden 31 mit einer Frequenz von 40 kHz und einer Amplitude von 35 µm arbeiten. Hierbei ist charakteristisch, dass die Schwingungsrichtung senkrecht zum Lagenstapel 27 ist. Der Lagenstapel 27 wird hierdurch gestaucht und wieder entlastet. Die dadurch entstehende Reibung erzeugt Wärme, die benötigt wird, um das Harz der Prepreglage 4 zum Aushärten zu bringen.The means of the sonotrodes 31 Ultrasonic vibrations applied preferably have a frequency greater than 10 kHz and an amplitude in the micrometer range (1 µm - 50 µm). In particular, the sonotrodes 31 work with a frequency of 40 kHz and an amplitude of 35 µm. It is characteristic here that the direction of oscillation is perpendicular to the stack of layers 27 is. The stack of layers 27 is thereby compressed and relieved again. The resulting friction generates heat that is needed to make the resin of the prepreg layer 4th to harden.

Die Sonotroden 31 haben eine relativ schmale, etwas längliche Kontakt- oder Arbeitsfläche, die im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Nähe des Randes des Lagenstapels 27 auf diesen aufgesetzt werden. Die vier Sonotroden 31 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Nähe der Eckenbereiche des Lagenstapels 27 angeordnet, können sich jedoch je nach Anwendungsfall auch an anderen Stellen befinden. An ihrem oberen Ende sind die Sonotroden 31 an einer nicht dargestellten Hubeinrichtung befestigt, mit der die Sonotroden 31 zwischen einer angehobenen Stellung und einer auf den Lagenstapel 27 aufgesetzten Kontaktstellung bewegt werden können.The sonotrodes 31 have a relatively narrow, somewhat elongated contact or working surface, which in the illustrated embodiment is near the edge of the stack of layers 27 be placed on this. The four sonotrodes 31 are in the illustrated embodiment in the vicinity of the corner areas of the stack of layers 27 arranged, but can also be located in other places depending on the application. The sonotrodes are at their upper end 31 attached to a lifting device, not shown, with which the sonotrodes 31 between a raised position and one on top of the stack of layers 27 applied contact position can be moved.

Im Folgenden wird der Ablauf beim Ultraschallbonden am Beispiel von zwei Innenlagen 2, 3 mittels einer dazwischenliegenden Prepreglage 4 beschrieben.In the following, the procedure for ultrasonic bonding is illustrated using two inner layers as an example 2 , 3 by means of an intermediate prepreg layer 4th described.

Zunächst wird die untere Innenlage 3 entweder manuell oder maschinell in einen Aufnahmeraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingelegt. Diese untere Innenlage 3 wird von der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung 18 bzw. von den daran befestigten Vakuumsaugern 23 erfasst und zum Stapelraum 16 transportiert, wo die untere Innenlage 3 abgelegt wird.First is the lower inner layer 3 placed either manually or by machine in a receiving space of the device according to the invention. This lower inner layer 3 is controlled by the parallel kinematic movement device 18th or from the vacuum cups attached to them 23 recorded and to the stacking room 16 transported where the lower inner layer 3 is filed.

Anschließend wird die nächste Innenlage 2 mit darunterliegender Prepreglage 4 (oder mehrere Prepreglagen) in den Aufnahmeraum der Vorrichtung eingelegt. Die Innenlage 2 wird wieder von den Vakuumsaugern 23 angesaugt und die darunterliegende Prepreglage 4 von den vier Klammereinheiten 24 ergriffen. Anschließend wird die Innenlage 2 zusammen mit der Prepreglage 4 zum Stapelraum 16 transportiert.Then the next inner layer is 2 with underlying prepreg layer 4th (or several prepreg layers) placed in the receiving space of the device. The inner layer 2 is back from the vacuum cups 23 sucked in and the prepreg layer underneath 4th of the four bracket units 24 seized. Then the inner layer 2 together with the prepreg layer 4th to the stacking room 16 transported.

Im Stapelraum 16 wird zuerst die Prepreglage 4 auf der darunterliegenden Innenlage 3 abgelegt. Anschließend wird die obere Innenlage 2 zu der bereits im Stapelraum 16 befindlichen unteren Innenlage 3 ausgerichtet. Dies erfolgt mit Hilfe der Kamerasysteme 25 und der Linearaktoren 19. Hierbei wird die gespeicherte Position der bereits eingelegten unteren Innenlage 3 mit der zu platzierenden oberen Innenlage 2 verglichen und entsprechend ausgerichtet.In the stacking room 16 is the prepreg layer first 4th on the underlying inner layer 3 filed. Then the top inner layer 2 to the one already in the stacking room 16 located lower inner layer 3 aligned. This is done with the help of the camera systems 25th and the linear actuators 19th . The saved position of the already inserted lower inner layer is thereby used 3 with the top inner layer to be placed 2 compared and aligned accordingly.

Die Soll-Position der oberen Innenlage 2 wird aus der Positionierung der vorherigen Innenlage 3 bestimmt. Wurden bereits mehrere Lagen im Stapelraum 16 abgelegt, kann die Soll-Position entweder die Position einer beliebigen Lage des Lagenstapels 27 sein, ein Mittelwert, der aus den bereits abgelegten Lagen bestimmt wird, oder ein vorbestimmter anderer Wert.The target position of the upper inner layer 2 becomes from the positioning of the previous inner layer 3 certainly. Have already been several layers in the stacking area 16 stored, the target position can either be the position of any position of the stack of layers 27 be, a mean value that is determined from the layers already deposited, or some other predetermined value.

Wenn der Ausrichtevorgang abgeschlossen ist, wird die Position des Lagenstapels 27 über die Klemmeinheiten 26 fixiert.When the alignment process is complete, the position of the stack of layers 27 via the clamping units 26th fixed.

Anschließend werden die Ultraschallwandler, d.h. die Sonotroden 31, über eine geeignete Hubeinrichtung auf den Lagenstapel 27 abgesenkt, wobei die Arbeitsflächen der Sonotroden 31 mit einem vorbestimmten Druck auf den Lagenstapel 27 aufgesetzt werden.Then the ultrasonic transducers, ie the sonotrodes 31 , via a suitable lifting device onto the stack of layers 27 lowered, with the working surfaces of the sonotrodes 31 with a predetermined pressure on the stack of layers 27 be put on.

Anschließend erfolgt der Bondingvorgang mit Hilfe der Sonotroden 31. Hierbei werden die mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich auf den Lagenstapel 27 aufgebracht. Die Prepreglage 4 wird dadurch lokal begrenzt an denjenigen Stellen, an denen die Arbeitsfläche der Sonotroden 31 auf dem Lagenstapel 27 aufliegt, erwärmt und ausgehärtet. Hierdurch werden die Innenlagen 2, 3 an diesen Stellen miteinander verbunden.The bonding process then takes place with the aid of the sonotrodes 31 . Here, the mechanical vibrations in the ultrasonic range are applied to the stack of layers 27 upset. The prepreg layer 4th is limited locally at those points where the working surface of the sonotrodes 31 on the stack of layers 27 rests, heated and hardened. This will make the inner layers 2 , 3 connected to each other at these points.

Nach diesem Bondingvorgang wird, falls weitere Lagen auf den Lagenstapel 27 aufgesetzt werden sollen, der Ablauf wieder bei der Materialzuführung, d.h. durch die Aufnahme einer weiteren Lage und einer darunterliegenden Prepreglage, im Aufnahmeraum gestartet. Dies wird solange wiederholt, bis der Lagenaufbau abgeschlossen ist. Danach wird der fertig vorlaminierte Lagenaufbau durch die parallelkinematische Bewegungseinrichtung 18 mit der daran befestigten Halteeinrichtung 22 aus dem Stapelraum 16 entfernt.After this bonding process, if additional layers are added to the stack of layers 27 are to be placed, the process is started again with the material supply, ie by the inclusion of a further layer and an underlying prepreg layer in the receiving space. This is repeated until the layer build-up is complete. The pre-laminated layer structure is then made by the parallel kinematic movement device 18th with the holding device attached 22nd from the stacking room 16 away.

Im Rahmen der Erfindung sind eine Vielzahl von Varianten möglich. Die Anzahl der Ultraschallwandler (Sonotroden 31) kann je nach Anwendungsfall variieren, so dass mehr oder weniger Bondingstellen im Lagenstapel 27 erzeugt werden. Die Ultraschallwandler können alternativ oder zusätzlich auch anderen Stellen des Lagenstapels 27 angeordnet sein. Die Anzahl der Kamerasysteme 25 kann ebenfalls je nach Anwendungsfall variieren. Die parallelkinematische Bewegungseinrichtung 18 kann mehr als sechs Linearaktoren 19 umfassen, so dass eine kinematische Redundanz geschaffen wird. Weiterhin ist es möglich, dass das Ultraschallbonden nicht bei jeder Lage durchgeführt wird, sondern beispielsweise nur bei jeder zweiten oder dritten Lage. Es ist auch möglich, zunächst sämtliche Lagen eines Lagenstapels 27 aufeinander anzuordnen und auszurichten und anschließend den gesamten Lagenstapel 27 durch einen einzigen Bondingvorgang zu verbinden.A large number of variants are possible within the scope of the invention. The number of ultrasonic transducers (sonotrodes 31 ) can vary depending on the application, so that more or fewer bonding points in the stack of layers 27 be generated. As an alternative or in addition, the ultrasonic transducers can also be used at other locations in the stack of layers 27 be arranged. The number of camera systems 25th can also vary depending on the application. The parallel kinematic movement device 18th can have more than six linear actuators 19th so that a kinematic redundancy is created. Furthermore, it is possible that the ultrasonic bonding is not carried out in every layer, but for example only in every second or third layer. It is also possible to begin with all the layers of a layer stack 27 to be arranged and aligned on top of one another and then the entire stack of layers 27 to be connected by a single bonding process.

Claims (11)

Vorrichtung zum Stapeln, Ausrichten und Verbinden von Leiterplattenlagen (8, 9), die elektrisch leitende Schichten oder Strukturen (6, 7) aufweisen und miteinander in einem Stapelraum (16) der Vorrichtung verbunden werden, umfassend eine Halteeinrichtung (22) zum Halten einer oberen Leiterplattenlage (8) und eine Ausrichteinrichtung zum Ausrichten der oberen Leiterplattenlage (8) relativ zu einer sich im Stapelraum (16) befindenden unteren Leiterplattenlage (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinrichtung eine parallelkinematische Bewegungseinrichtung (18) mit sechs oder mehr Linearaktoren (19) umfasst, die gemeinsam auf die Halteeinrichtung (22) zum Halten der oberen Leiterplattenlage (8) einwirken.Device for stacking, aligning and connecting circuit board layers (8, 9) which have electrically conductive layers or structures (6, 7) and are connected to one another in a stacking space (16) of the device, comprising a holding device (22) for holding an upper one Circuit board layer (8) and an alignment device for aligning the upper circuit board layer (8) relative to a lower circuit board layer (9) located in the stacking space (16), characterized in that the alignment device is a parallel kinematic movement device (18) with six or more linear actuators (19 ), which act together on the holding device (22) for holding the upper circuit board layer (8). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearaktoren (19) elektromotorisch bewegte Hubzylinder sind.Device according to Claim 1 , characterized in that the linear actuators (19) are lift cylinders moved by an electric motor. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichteinrichtung mindestens ein Kamerasystem (25) zur optischen Positionserkennung der oberen Leiterplattenlage (8) relativ zur unteren Leiterplattenlage (9) aufweist, wobei das Kamerasystem (25) Steuerungssignale zur Ansteuerung der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung (18) erzeugt.Device according to Claim 1 or 2 , characterized in that the alignment device has at least one camera system (25) for optical position detection of the upper circuit board layer (8) relative to the lower circuit board layer (9), the camera system (25) generating control signals for controlling the parallel kinematic movement device (18). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Transporteinrichtung zum Transport der Leiterplattenlagen (8, 9) von einer Aufnahmestation zum Stapelraum (16) umfasst, wobei die parallelkinematische Bewegungseinrichtung (18) ein Teil der Transporteinrichtung ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a transport device for transporting the printed circuit board layers (8, 9) from a receiving station to the stacking space (16), the parallel kinematic movement device (18) being part of the transport device. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (22) zum Halten der Leiterplattenlage (8) Vakuumsauger (23) umfasst, die zum Ansaugen und Halten der Leiterplattenlage (8) mittels Unterdruck ausgebildet sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device (22) for holding the circuit board layer (8) comprises vacuum suction cups (23) which are designed to suck in and hold the circuit board layer (8) by means of negative pressure. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (22) an einer unteren Basisplatte (21) der parallelkinematischen Bewegungseinrichtung (18) befestigt ist, wobei ein Ende eines jeden Linearaktors (19) mit der Basisplatte (21) gelenkig verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device (22) is attached to a lower base plate (21) of the parallel kinematic movement device (18), one end of each linear actuator (19) being articulated to the base plate (21) . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Prepreg-Aktivierungseinrichtung in der Form einer Ultraschallerzeugungseinrichtung mit mindestens einer Sonotrode (31) zum lokalen Aktivieren einer zwischen der oberen und unteren Leiterplattenlage (8, 9) angeordneten Prepreglage (4) mittels Ultraschall umfasst.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device uses a prepreg activation device in the form of an ultrasound generating device with at least one sonotrode (31) for local activation of a prepreg layer (4) arranged between the upper and lower circuit board layers (8, 9) Includes ultrasound. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallerzeugungseinrichtung eine Mehrzahl von Sonotroden (31) umfasst, die im Stapelraum (16) um die parallelkinematische Bewegungseinrichtung (18) herum angeordnet und an einer gemeinsamen Hubeinrichtung zum Absenken und Aufsetzen der Sonotroden (31) auf die obere Leiterplattenlage (8) und Entfernen von der oberen Leiterplattenlage (8) befestigt sind.Device according to Claim 7 , characterized in that the ultrasound generating device comprises a plurality of sonotrodes (31) which are arranged in the stacking space (16) around the parallel kinematic movement device (18) and on a common lifting device for lowering and placing the sonotrodes (31) on the upper circuit board layer ( 8) and removing it from the upper circuit board layer (8). Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prepreg-Aktivierungseinrichtung eine Sonotrode (31) umfasst, die mittels eines beweglichen Roboterarms innerhalb des Stapelraums (16) bewegbar ist.Device according to Claim 7 or 8th , characterized in that the prepreg activation device comprises a sonotrode (31) which can be moved within the stacking space (16) by means of a movable robot arm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (22) zum Halten der Leiterplattenlage (8, 9) Klammereinheiten (24) umfasst, die ausgebildet sind, eine oder mehrere Prepreglagen (4) zu halten und gemeinsam mit der Leiterplattenlage (8, 9) vom Aufnahmeraum zum Stapelraum (16) zu transportieren.Device according to one of the Claims 6 to 9 , characterized in that the holding device (22) for holding the circuit board layer (8, 9) comprises clip units (24) which are designed to hold one or more prepreg layers (4) and together with the circuit board layer (8, 9) from the receiving space to be transported to the stacking area (16). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Klemmeinheiten (26) zum Fixieren des sich im Stapelraum (16) befindenden Lagenstapels (27) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has clamping units (26) for fixing the stack of layers (27) located in the stacking space (16).
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