DE2064129A1

DE2064129A1 - Verfahren und Einrichtung zum Ver binden von Werkstucken

Info

Publication number: DE2064129A1
Application number: DE19702064129
Authority: DE
Inventors: Carl Richard Allentown Schneider Fred John Catasauqua Pa Herring (V St A )
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1969-12-31
Filing date: 1970-12-28
Publication date: 1971-07-08
Also published as: IE34783L; GB1329290A; FR2072157B1; FR2072157A1; IE34783B1; NL7019010A; BE761038A; CH521698A; ES387427A1; SE369551B; US3696985A

Description

Dipl.-Ing. ν/οίϊ-e=' l-fedt " 9 (Ί ft Λ 1

7 Stuttgart *i. i/en&lsi.-a.ie 40 ".

2 4.^r ir. Γ/0

Western Electric Company Inc.

Hew York, ...v?.. iiom« . a 32 075· fd

Verfahren und Elnrlciitung ζαιι Verbinden von Werkstücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden der Anschlüsse eines Werkstückes mit einem Substrat mittels eines Verbindunsswerkzeugea unter gegenseitiger fluchtender Ausrichtung zwischen Werkstück und Werkzeug auf einer Verbindungsachse mit Hilfe einer Abbildung von Werkzeug und Werkstück, wobei die Abbildung von Werkzeug und Vierkstück über ein transparentes Glied auf der Verbindungsachse sowIe mit Vergrösserung duren ein optisches System erfolgt. Zum Gegenstand der Erfindung gehört ferner ein Verfahren dieser Art zum Verbinden zweier Werkstücke miteinander sowie eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens dieser oder der vorgenannten Art.

Die Erfindung befasst sich im einzelnen mit Verfahrens-

von

weisen und Einrichtungen zum Verbinden/Werkstücken miteinander, wobei Werkstücke rasch und genau In fluchtende Ausrichtung ,smsenUber einem Verbindungswerkzeiy .gebracht werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung

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auf Systeme, bei denen eine Beobachtung der Werkstücke und des Werkzeugs, bezüglich dessen die fluchtende Ausrichtung herzustellen ist, über transparente E!entente auf den Verblndungsachseri der für die Verbindungsherstellung benutzten Maschinen vorgesehen ist.

Bei Einrichtungen, die zur Verbindung von elektronischen Schaltungseinheiten wie scheibenförmigen Integral-Schaltungseinheiten mit den zugehörigen Substraten verweapndet werden, besteht eines der hauptsächlichen

| Probleme in der fluchtenden Ausrichtung der z.B.

scheibenförmigen Schaltun Reinheiten iri bezug auf die " '" Verbindunsswerkzeuge, z.B. kopfartige Druekorgane odör öffnungen von nachgiebigen Verbindungswerkzeugeh in Form von Anpassungsgliedern oder d^l., worauf die" scheibenförmigen .SchaltungseinheIten mit den'Köpfen oder öffnungen in Berührung gebracht sowie weiterhin in bezug auf das Muster eines Substrats ausgerichtet werden müssen» Zur Durchführung dieser Ausrlohtvorgänge ist eine Vielfalt verschiedener optischer Systeme verwendet worden. Die meisten dieser Systeme sind mit grundsätzlichen Begrenzungen behaftet und somit nicht voll» ständi; zufriedenstellend.

Eines der gebräuchlichsten Systeme verwendet einen halbreflektierenden Spiegel, der zwischen einem Var~ blndtogswerkzeug einerseits und einer Ebene ₃ auf d©r die scheibenförmigen Schaltungseinpheiten oder ein Substrat liegen, andererseits. auf gehängt ^³-P» ^Siri Mikroskop Ist hier-mit seiner optischen Aoh.se schräg zu dem halbreflektierenden Spiegel angeordnet und, liefart in seinem.Okular gleichzeitig ein Bild des Werkzeugs und der Schaltungseinheit oder des Substrats

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In der Ebene oberhalb des Spiegels. Die schräge Beobachtungsriehtung-ruft jedoch perspektivische Verzerrungen hervor» infolge, deren sich eine genue Ausrichtung als schwierig erweist. Ausserdem muss der Spiegel hiegftegen seiner Aufhän ^ung zwischen dem Werkstück und dem hiermit in Berührung zu bringenden Werkzeug auf einer ausschwenkbaren Vorrichtung angebracht werden, was zur Kompliziertheit der gesamten Einrichtung in unerwünschtem Maße beiträgt.

Die mit halbreflektierenden Spiegeln verbundenen Probleme der schrägen Beobachtungsriehtung lassen sich bis zu einem gewissen Maße durch Verwendung von strahlaufteilenden PrismenkorabinatLonen überwinden, die ähnlich dem Spiegel aufgehängt sind, jedoch eine zu der Verbindungsachse - auf der sie angeordnet sind - rechtwinklige Abbildungsrichtung sowohl des Werkzeugs wie auch des Werkstücks liefern. Solche Prismenkombinationen erfordern jedoch eine sehr genaue Ausrichtung zur Verbindun^sachse, weshalb die zugehörige Tragvorrichtung nicht nur zum Ausschwenken aus der Verbindungsachse befähigt sein muss, sondern auch entsprechende Eirfibellmittel für eine genaue, planare Prismenausrichtung aufzuweisen hat«

Für die fluchtende Ausrichtung werden ferner bereits Systeme mit Bezugs-Fadenkreuzen verwendet (US-Patentschrift 3.477.630). Diese Systeme arbeiten bei genauer Einstellung sehr gut, unterliegen jedoch dem Nachteil, dass die genau fluchtende Ausrichtung einer Vorrichtung zur Positionierung eines beweglichen Werkzeugkopfes eine sehr genaue Einstellung gegenüber dem Bezugs-Fadenkreuz erforderlich ist, um zu dem notwendigen Genauigkeitsgrad zu kommen.

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Es sind auch noch kompliziertere Systeme verwendet worden, die mit raech schwingenden Spiegeln für die, gleichzeitige Bildprojektion von Werkstücken und Verbindungswerkzeugen für die Beobachtung durch eine Bedienungsperson arbeiten, welch letztere die fluchtende Ausrichtung zwischen ., · Werkzeug und Werkstück herstellen soll. Derartige, Schwingspiegelsysteme sind wegen ihrer Kompliziertheit mit grundwätzliehen Problemen behaftet.

Mit Ausnahme des Bezugs-Fadenkreuzsystems sind alle vorgenannten Systeme mit einem gemeinsamen Nachteil behaftet. Einige optische Elemente dir verwendeten Einrichtung " müssen nämlich wenigstens zeitweise zwischen Verbindungswerkzeu,j; und Werkstück angeordnet sein. Um Platz für diese Elemente zu schaffen, muss das Verbindungswerkzeug unverhältnismässig große Wege zum Angriff am Werkstück zum Zweck der Aufnahme oder der Verbindungsherstellung zurücklegen. Diese großen Wege des Werkzeugs bringen aber Schwierigkeiten hinsichtlich der genauen Werkzeujpositionierung über den gesainten Arbeitsbereich miet sich.

Demgegenüber besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung von Systemen zur Erleichterung einer raschen¹, κ und genau fluchtenden Ausrichtung der Werkstücke und \ \ der kraf terzeu.jenden Elemente in Verb indungseinr ich tunken»

Eine weitere Aufgabe richtet sich auf die Schaffung von V V^{s x} Systemen, bei denen für die krafterzeugenden Elemente \ in Verbindungseinrichtungen nur eehr kurze Wege erforderlich sind.

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Eine Weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung von Verb iridungse inrichtuna;en, bei denen die Werkstücke und die krafteraeugenden Elemente unmittelbar längs einer Verbindungsachse beobachtet werden können. '

Im einzelnen richtet sich eine Erfindungsaufgabe weiterhin auf die Schaffung von Systemen, bei danen die Herstellung von Werkstückverbindungen unter kontinuierlicher visueller Überwachung erfolgen kann, Eine weitere Erfindan^'saufgabö richtet sich auf die uüLaffuiiä- von Verbindungseinrichtungen, bei denen Werkstücke wahrend der Verbindungsherstellung zwischen ihnen beobachtet werden'können, so dass Verzerrungen von Anschluss« elementen, z»B· Von Traganschlusselementen, durch die Verbindung unter Beobachtung gesteuert werden können.

Die LuSUn₆; der erwähnten und anderer Aufgaben ergibt sich erfindungsgemäss durch Verwendung von transparenten Elementen, die auf Verbindungsachsen der betreffenden Einrichtungen angeordnet sind, Werkstücke werden in bazu ; auf krafterzeugende Elemente der Einrichtungen in Abhängigkeit von Abbildungen der Werkstücke und der erwähnten Elemente zur fluchtenden Ausrichtung gebracht, wöbe JfHe Abbildung durch die transparenten Elemente hindurch erfolgt,

Spezielle BeispIelsauüfuhrungen von Einrichtungen, die bei der Vei*wirklichung der Erfindung zweckmässlg sind, umfassen Verbindungsvorrichtungen mit transparenten Werkzaugköpfen, VerbindungSVorrichtun^en mit einem

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transparenten Film als nachgiebiges Verbindungsmeclium und Verbindungsvorriehtursfcan, bei welchen die Weri^Ucke auf einer transparenten Auflage angeordnet sind, die nach dem Ausrichten eines Werkstücks und dem Angriff einea Werkzeugs in Abhängigkeit von einer Abbildung durch die Auflage hinduroh anschließend aus der Verbindungsachse herausgeschwenkc werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sieh aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen· Hierin zeigt

Vi

Fi-;. 1 eine perspekt^sche Ansicht einer ersten Ausf ührun_osfora«^: einer erfindun^sgemaesen Einrichtung, ...

FL;, 2 einen Teilschnitt-Aufriss eines einen Verbindungkopf aufweisenden Abschnitts eier'Einrichtung .jemäss Fig. Ί,

Mg, J5 einen Abscimitt der Einrichtung ;-Pig. 1 mit einen! Monitor, der ein in "Feh!ausrichtung bezüglich eines Etnrichtungsteils befindliches Werkstück zelgb,

?iaj_a 4 eine Ansicht des Monitors geraäss FIg-* mit Darstellung das ausgerichteten Werkstücks»

Fig» 5 eine .Ansicht des Monitors gernäss Fij;* Darstellung eines zweiten, fehlausgerlohtaten Werkstücks,

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Pig· 6 eine Darstellung des Monitors gemäss Pig. 3 mit Darstellung einer Ausrichtung zwischen zwei Werkstücken,

Fig. 7 ,einen Tellschnitt-Aufriss eines Verbindimsskogfes, als A lter na ti vaus f ührung der ei?f indungsgemässen Einrichtung,

Fig..8 eine Anicht des Monitors der Einrichtung gewUss Pig. 1 rail. Darstellung eines Abschnitts des Verbindun^skopfes gemss Pig· 7. .

Fi^. 9 eine Ansicht des Monitors ,^eaiäss Fig. 3 mic Darütellung einer fluchtenden Aus- . richtung zwischen einesi Werkstück und Abschnitten des Verbindun 5skopfes ^ernäss

FI-5. 10 eine Ansicht des Monitors geaäss Fig. 9 mit Darstellung eines zusätzlichen Wertstücks,

Fi?;. 11 eine Ansicht des Monitors .-emäss Fig. 10 iiiit ΰβϊ-ateilung der miteinander verbundenen v/erkstücke,

Fig. 12 einen Aufriss einer Verbindungseinrichtung als Alternativausführung der Erfindung,

Fi,> 15 eine Ansicht gemäss Linie I3 - 13 in Fig. 12 mit Darstellung eines Monitors, der ein Werkstück und ein Verbindungswerkzeug wiedergibt,

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Pi;3. 14 einen Aufriss der Einrichtung gemäss Pig. in einer WerkstUek-Aufnahmestellung*

Fig. 15 eine Ansicht gemäss Linie 15—15 in Fig. 14 mit Darstellung einer transparenten Auf lage als Tra ;organ_: f ür eine Anzahl von Werkstücken,

Fig. 16 eine Ansicht des Monitors,gemäss Fig. mit Darstellung eines gegenüber einem Verbindungswerkzeug ausgerichteten ■■ Werkstücks,

Fig. 17 eine Ansicht der Einrichtung gemäss Fig.. im Zustand der Verbindungsherstellung, wobei ein Teil der Werkstuckauflage der Übersichtlichkeit halber entfernt ist, und

Fig. 18 eine'Ansicht ;geßiäss Linie 1δ « 1& zur Darstellung eines für die Verbindungsherstellung auf einer Verbindungsachse der Einrichtung gemäss Fig. 17 eingestellten Substrats.

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Als Anwendungsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung wird die Verbindung von integrierten Traganschluß-Schaltungseinheiten mit in Form eines bestimmten Musters auf keramlRehen Substraten angebrachten Leitungselementen beschrieben. Es versteht, sich jedoch, daß die Erfindung mit Vorteil auch für andere Verbindungen an kleinen Gegenständen angewendet werden kann, wo es auf eine genaue Ausrichtung zv/isehen verschiedenen Teilen ankommt;

Die in Figur 1 dargestellte Einrichtung umfaßt eine bewegliche Kopfanordnung 92, einen Sockel 24, eine übliche Positioniervorrichtung Ρβ, ein elektro-optisches System mit einer Fernsehkamera Pl sowie einem Monitor 28 und ist insgesamt mit dem Bezu^- zeichen PO versehen. Anstelle eines -solchen elektro-optischen Systems kann gegebenen fs ils auch ein übliches Mikroskop mit gM-cher Wirksamkeit eingesetzt v/erden.

Die Wirkungsweise der Einrichtung wird mm anhand eines vollständigen Arbeitsr'.vklus erläutert. Gemäß Figur i ist eine integrierte TraganRchlnß-Schaltungselnheit 30 auf dem Schirm 3? des Monitors 28 wiedergegeben. Das Schirmbild zeigt Leiter 36 der Schaltungseinheit 50 in fluchtender Ausrichtung mit Ieitelernenten 38 auf einem keramischen Substrat ²IO,

Im Zeitpunkt gemäß Figur 1 zeigt der Monitor P8 die Schaltungseinheit 30 im Eingriff mit der Verbindungsöffnung 42 eines nachgiebigen Anpassung«- bzw, Anpreßglledes 4ij, welches transparent ausgebildet 1st und daher die Beobachtung des Substrats 40, das unterhalb dieses Anpassungsgliedes angeordnet ist, über das optische System bzw, den Monitor ?8 ermöglicht.

Das-Anpassungen;Lied 44 kann z.B. aus einem PoIyLmld-Film bestehen (etwa das unter der Marke "Kapton" von der Firma E,I, DtiPont DeNemours & Co, in Wilmington, Delaware, vertriebene Produkt), PUr Schaltungseinheiten mit einer Dicke des scheibenförmigen Körpern von etwa 0,05'mm hat sich z.B, eine Fllmdloke von 0,012 min als vorteilhaft erwiesen.

Zur Verbesserung der Sichtbarkeit kann das Atipassungsgiied 44 gefärbt ausgeführt warden, Die Parberfassung kann mit einem

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Mikroskop ohne weiteres erfolgen, während im Falle eines elektrooptischen Systems eine entsprechende Parbempflndlichkeit besenders vorgesehen werden muß, mn dte Vorteile eines gefärbten, transparenten Anpassungsgliedes 44 ausnutzen zu können,

Die Schaltungseinheit JO wird durch in einem Verbindungskopf erzeugten Unterdruck in Berührung mit dem Anpassungsglied 44 gehalten. Der Tnnenaufbau dieses Kopfes ^h.6 pieht air- Figur 2 hervor.. In dem Kopf 46 1st eine Unterdruckkammer 48 gebildet, diß über einen Durchlaß 50 und eine Leitung ^r5? (Figur t) mit einer Unterdruckquelle *iQ in Verbindung steht.

Um den Empfang von Abbildungen der Schaltungf-elrheit JiO₄ des Substrats 40 und des Aripassungsgliedes h^L zu. ormöglleinen, ißt die Unterdruckkammer 4 3 derart ausgebildet,, daß die von einer optischen Achse 54 durchsetzten Kammerwände transparent sind. Die genannten optische Achse 54 ist hler gleichzeitig die Verbindungsachse der Einrichtung 20. Die oberr.te V/and besteht aus Klarglas oder einer --iuarzschelbe 56· Unmittelbar unterhalb dieser Scheibe 56 befindet sich ein ebenfalls aus iQirglas oder "uarz bestehender Angriffsteil eines Verbindungswerkzeugs 5-j» welches mit einem Durchlas 60 "fur die Einwirkung des Unterdrucks der Kammer 48 auf die SchaltungseinheIt J>0 versehen ist.

Die Sctialtungseiriheit 30 ist Ir "Eingriff¹¹ mit dem Verbindung?- werkzeug unter der Wirkung der von der Unterdrückern«Ue 49 erzeugten Saugkraft dargestellt. Obwohl die Schaltungseinhelt unter Druck am VJerkzeug; 5G gehalten wird, besteht doch keine ν/Irkl lohe Berührung, Die Dicks des nachgiebigen Anpassungsgliedes 44 ist größer als diejenige des Körperabschnitts 6l der Schalturißseinheit, no daß zwischen Schaltungseinhelt und Werkzeug wühre-nd der Dauer dieser "Eirigrifföstellung" keine Berührung besteht.

Dan Werkzeug 53 1st zweckmäßig mit einem Vorsprung 62 versehe^ der eine Möglichkeit zur Lokalisierung der Verbindungskräfte .

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auf einen geringen Bereich eines Substrats 40 bietet. Diese Lokalisierung ist oft erwünscht, wenn eine Anzahl, von Schaltungseinheiten mit einem einzigen Substrat verbunden werden soll. Der Vorsprung 62 paßt in eine entsprechende Aussparung des Substrats 40" und vermindert durch seinen Eingriff in diese Aussparung während des VerbindungsVorganges die Gefahr einer störenden Einwirkung auf einevorangehend in der Nähe auf dem gleichen Substrat angebrachte Schaltungseinheit.

Im Kopf 46 sind ferner übliche Patronen-Heizkörper 63 zur Erwärmung der betreffenden SeheIfeungseinheit vor und während des Verbindungsvorganges vorgesehen.

Gemäß Figur 1 befindet sich die Schaltungseinheit JO in einer für die richtige Verbindung mit den Leitelementen j58 geeigneten Stellung. Die Verbindung wird durch Absenken der beweglichen Kopfanordnung ?2 längs einer Gleitführung 64 ausgeführt. Nach dem Absenken wird eine nachgiebige Verbindung ublic^her Art zwischen den Leitern 36 und den Leitelementen 38 hergestellt,-Eine ins einzelne gehende Beschreibung der Herstellung von nachgiebigen Verbindungen mittels Polyimid findet sich in der nicht vorveröffentliohten USA-Patentanmeldung Serien-Nr. 864.856.

PUr die Erzeugung einer wii^csamen Thermokompressionsverbindung ist eine beträchtliche Wärmemenge erforderlich» Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Heizwirkung der im Kopf kd befindlichen Heizkörper 63 durch Aufhebung des Substrats 40 zu unterstützen. .Dies wird am besten durch Anordnung von üblichen Heizvorrichtungen 65 in einem ßubstrat-Triiger 66 erreicht.·

Nach der Verbindungsherstellung wird die Kopfanordnung 22 wieder in die Stellung nach Figur 1 angehoben. Die Positioniervorriehturg wird längs einer Gleitführung 68 nach rechts verschoben, bis floh eine zur Aufnahme von Schaltungseinheiten vorgesehene Auflage auf der optischen Achse 54 befindet.· Das nachgiebige AnpassungsglicKl 44 wird ebenfalls derart for te« π ehalte I;, daß eine nachfolgende Üffmmg ¹'2. dieses Glieds» nit nor optischen Achse ^k fluchtet.

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Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, besteht das Anpassungsglied 44 aus einem kontinuierlichen, von einer Zuführspule 72 abgezogenen und zu einer Aufnahmespule 74 laufenden Folienstreifen» Die Aufnahmer,pule 74 wird von einem Motor 76 mit konstantem Aufwiekel-Drehmoment beaufschlagt und wird In ihrer Bewegung mittels eines Schalt-Sprossenrades 78 gesteuert.

Das Sprossenrad 73 wird genau in 45°- Schritten gesteuert. Die Bewegung des Anpassungsgliedes 44 wird durch Zurückziehen eines Stiftes 80 aus einem von 8 Löchern 32 in einer Drehscheibe 84 t unter der Wirkung eines entsprechenden Steuer Zylinders ausgelöst.! Diener Steuerzylinder 86 ist mit einer Federrückstellung versehen und wird jeweils nur kurzzeitig für das Ausrücken, des Stiftes SO betätigt. Sobald der Stift 80 die Drehscheibe 8* -;■. freigibt, beginnt dessen Drehung unter der Kraftwirkung des Gliedes 44 auf das Sprossenrad 78, welches mit der Drehscheibe ■-■ 84 auf der gleichen Welle' sitzt. Nach.einer Ί5°-Drehung der Scheibe 34 rastet der Stift 30 in das nächste loch 8? ein und beendet die 'Drehbewegung. Die Abstände zwischen den Öffnungen ; 42 des Gliedes Ί4 sind so bemessen, daß die '!5°-^T)rehschritte des Sprossenrades 78 zu einer genauen Einstellung der aufeinan*- derfolgenden Öffnungen 42 auf die optische Achse ^!5^;' führen.

Nach einer solchen Einstellung einer neuen Verbindungsöffnung auf die optische Achse 54 erscheint auf dem Schirm 32 des Monitors ?8 ein Bild nach Art des in Figur 5 angedeuteten. Die Bedienungsperson kann nun die Öffnung *!2 und. den-Vorsprung 62 des Werkzeugs 38 sowie jede der im Aufnahmefeld der Kamera 27 befindlichen Schaltungseinheiten J>0 beobachten. Letztere sind nicht notwendig in definierter Ordnung auf der Auflage 7O verteilt, weshalb sich die ausgewählte Schaltungseinheit wahrscheinlich nicht in fluchtender Ausrichtung bezüglich der zugehörigen öffnung befindet.

Um diese Ausrichtung herbeizuführen, betätigt die Bedienungsperson eine Handhabe 88 der Poßitioniervorrichtung ?6 und dreht hierdurch die Auflage 70 unter Beobachtung auf dem Schirm y?.

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bis zur Einstellung eines Bildes gemäß Figur 4 mit genauer Ausrichtung der Schaltungseinheit 30 bezüglich der öffnung 42.

Nach Einstellung dieses Bildes wird die Kopfanordnung abgesenkt, und der Unterdruck in der Kammer 48 bringt die Schaltungseinheit 30 in Eingriff mit dem Kopf 46, und zwar durch Anziehen dieser Einheit gegen das Anpassungsglied 44. Danach vrird die Kopfanordnung in die Stellung gemäß Figur 1 angehoben.

Sodann wird die Positioniervorrichtung 26 nach links bewegt, so daß eines der Substrate 40 grob mit der optischen Achse 54 in Ausrichtung gelangt. Auf dem Schirm 32 ergibt sich zu dieser Zeit ein Bild gemäß Figur 5.

Durch Betätigung der Handhabe 88 wird das Substrat nun unter Beobachtung auf dem Schirm 32 zur fluchtenden Ausrichtung der Leitelemente 38 vcilt den Leitern 36 gebracht. Nach Einstellung eines Bildes gemäß Figur δ kann der VerbindungsVorgang durchgeführt werden, womit der Arbeitszyklus vollständig abgelaufen ist.

Es ist von wenentHoher Bedeutung, daß die vertikale Bewegung der Kopfanordnung 22 sehr gering sein kann. Der Grund hierfür liegt darin, daß zwischen dem Werkzeug 58 und den Werkstücken kein kompliziertes optisches System angeordnet sein muß. Der geringe Hub der Kopfanordnung ermöglicht In vorteilhafter V/else eine hohe Einstellgenauigkeit der Einrichtung,

Die geringe Bewegung der Kopfanordnung 22 stellt ferner sicher, daß sich die Abbildungen der Öffnung 42 soviie der auf der Auflage 70 befindlichen Schaltungneinheit 30 und der auf dem Substrat-Träger 66 abgestutzten Leitelemente 38 gleichzeitig im Schttrfantiefenbereich des optischen Systems halten lassen. Wesentlich ist ferner eine Ausbildung der Einrichtung PO in der Welse, daß die Schaltungseinheiten 30 und die Leitelemente 3B im wesentlichen auf gleicher Höhenlage gehalten werden und somit eine Lage der betreffenden Bilder in der Sohnlttwelte einnehmen, wenn die genannten Gegenstände mittels der PosItΙο

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nlervorriehtung 26 auf die optische Achse 54 eingestellt worden, sind. ■-__■

Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Figur ist ein unnachgiebiger Verbindimgskopf 146 vorgesehen, der eine Unterdruckkammer 143, einen Unterdruckdurchlaß '50, eine transparente Scheibe 1 56 und ein transparentes Verblndungswerkzeiig 158 aufweist. Der Kopf 146 kann in einer Einrichtung ähnlich derjenigen gemäß Figur 1 verwendet v/erden, jedoch mit der Ausnahme, daß ein nachgiebiges Anpassungsglied nicht erforderlieh ist. Der Kopf 146 ist demgemäß für die sogenannte "hard tip"-Arbeitswelse vorgesehen, Hierbei muß für einen Ausgleich der Verbindungskräfte an allen Leitern 36 gesorgt v/erden. Eine für den Einsatz einer Kopfausführung der vorliegenden Art geeignete Einrichtung ist z*B. in der USA-Patentschrift 3,475.814 beschrieben. Der Kopf 146 kann feyfrner auch in eine Ausgleichs vorrichtung mit schwenkbarer Kopfhalterung eingesetzt werden.

Das Werkzeug I58 umfaßt einen Vorsprung I6i5 und eine Öffnung I60, weLch letztere zur Aufnahme eines Körperabschnitts 61 einer Schaltungselnhstt 30 mit Spiel auf allen Seiten bemessen ist. Die Größe der öffnung 16O in Bezug auf den Körperabschnitt 61 1st in Figur 9 dargestellt, Der Vorsprung l6s erfüllt die gleiche Punktion wie der Vorsprung 62 gemäß Figur 2.

Von im Werkzeug I58 angeordneten Heizkörpern I63 wird einige Wurme über den Werkzeugkörper zur Arbeitsstelle übertragen. Zweckmäßig wird zusätzlich Wärme von Quellen außerhalb des Kopfes l46 zugeführt.

Im Betrieb findet die Bedienungsperson zunächst eine Fehlausrichtung zwischen Öffnung 16O und Schaltungeeinheit 30 gemäß Flgut 8 vor, Dieser Zustand ist ähnlich demjenigen gemäß Figur Die fluchtende Ausrichtung wird dann unter Beobachtung längs der optischen Achse 164, die gleichzeitig Verbindungsachse 1st, über sin optisches System hergestellt, dessen Wirksamkeit auf der Transparenz der Scheibe I56 und des Werkzeugs I58 beruht.

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Figur 9 zeigt ein Bild, wie es sich der Bedienungsperson nach fluchtender Ausrichtung der Schaltungseinheit 30 bezüglich der Öffnung 160 darbietet»

Figur 10 zeigt die Leiteleraente 38 eines Substrats 40, wie sie sich der Bedienungsperson vor der endgültigen Ausrichtung zwischen Substrat und Schaltungseinheit darstellen. Das Substrat wird dann sorgfältig verschoben, bis eine genau fluchtende Ausrichtung der Leitelemente 38 mit den Leitern 36 erreicht ist.

Figur 11 zeigt die für die Bedienungsperson sichtbare Abbildung der Leiter 36 und der Leitelemente 38 während des Verbindungsvorganges. Ein hervorstechendes, vorteilhaftes Merkmal dieser Ausführungsforra der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß die Bedienungsperson das Ausmaß der Quetschung bzw. Verbreiterung der Leiter 36 während des VerbindungsVorganges beobachten und steuern kann. Es ergibt sich somit die Möglichkeit einer vollständigen visuellen überwachung und Steuerung des Verfahrensablaufes. Eine übermäßige wie auch eine unzureichende Quetschung können somit gleichermaßen verhütet werden, was eine wesentliche Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für die Erzielung hochwertiger Verbindungen zur Folge hat.

Bei der insgesamt mit ISO bezeichneten Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung nach den Figuren 12 bis 18 ist eine Sterapelanordnung 18P, eine Handhabungsvorrichtung 184 für die Schaltungseinheiten t eine Positioniervorrichtung 186 und ein optisches System 188 vorgesehen.

Aufbau und Wirkungsweise der Einrichtung ergeben sich wieder aus der folgenden Beschreibung eines vollständigen Arbeitszyklus. Figur 12 zeigt die Stempelanordnung 182 in angehobener Stellung vor dem Ausrichten einer auf der Kandhabungsvorrichtung 184 befindlichen Schaltungseinheit 30« Für das Anheben der Stempelanordnung 182 ist ein auf einer Welle I90 sitzender Nocken 189 vorgesehen, der über eine Rolle 192 mit einem Hebel 194 zusammenwirkt. Letzterer 1st um eine Achse I96 schwenkbar,

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Ein Anschlagabschnitt des Hebels 19²^ liegt unter Druck an einer einstellbaren Hülse 200, wenn der Nocken l89 in seine Drehstellung gemäß Figur 12 übergeht. Die Stempelahordnung 182 wird hierdurch gegen die Wirkungen einer Druckfeder 202 angehoben. Während des Anhebens der Stempelanordnung 182 wird ein Verbindungswerkzeug mit seiner Unterseite in einem Abstand von etwa 0,38 mm von der Oberfläche einer transparenten Auflage 204 für Schaltungseinheiten innerhalb der Handhabungsvorrichtung 184 gehalten. Dieser Abstand kann mit Hilfe der Hülse 200 verstellt werden, um die Schaltungseinheit 30 und das Werkzeug 20J im vorgesehenen Gegenstandsbereich des optischen Systems I88 zu halten.

Wenn das Werkzeug 203 eine Stellung unmittelbar oberhalb der Auflage 204 einnimmt« so kann das optische System I88 zur Abbildung sowohl des Werkzeugs 203 wie auch der betreffenden Schaltungseinheit 30 verwendet werden. Das optische System I88 ist in Figur 12 in Form einer üblichen Fernsehkamera mit rechtwinkligem Linsensystem dargestellt, die zur Beobachtung längs einer optischen Achse 206 eingestellt werden kann. Auch hier kann wiederum für die gleiche Funktion ein Mikroskop eingesetzt werden.

Die optische Achse fluchtet mit der Verbindungsachse der Einrichtung I80. In einem Tragelement 207 ist eine öffnung 208 vorgesehen, durch welche das optische System I88 die Abbildung der Schaltungseinheit 30 und des Werkezeugs 203 aufnimmt.

Die Handhabungsvorrichtung 184 kann mittels eines Üblichen Betätigungsgliedes 210 ind X- und Y-Richtung bewegt werden, während eine Winkelverstellung durch Drehung der Auflage 204 erfolgt. Wahrend der Handhabung beobachtet die Bedienungsperson das Werkzeug 203 und die Schaltungseinheit 30 auf dem Schirm 212 eines Monitors 214 (Figur 13) des optischen Systems 188. Wenn die Schaltungseinheit 30 ihre genau fluchtende Ausrichtung bezügliche des Werkzeugs 203 einnimmt, so wird letzores

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In die Stellung gem. Figur 15 abgesenkt und unter Druck innerhalb des Verbindungskopfes 216 zur Wirkung auf die Schaltungseinheit gebracht. Lefczere wird hierdurch am Werkzeug 203 festgehalten. FUr den Verbindungskopf kommt vorteilhaft eine Ausführung in Betracht, wie sie in der USA-PS 3.452.917 beschrieben ist. Die Abbildung einer bezüglich des Werkzeugs 203 genau ausgerichteten Schaltungseinheit 30 1st in Fig. 16 angedeutet.

Wenn die Stempelanordnung 182 die Aufnahmestellung gemäß Figur 15 einnimmt, so greift* ein Anschlag 218 an einer mittels eines Zylinders 222 be'tätigbaren Klinke 220 an. Der Zylinder 222 ist in Figur 4 in seiner Ausfahrstellung dargestellt. Der Anschlag 218 ist in Längsrichtung derart eingestellt, daß die Kraft der Feder 202 nicht über das Werkzeug 203 zur Auflage 204 übertragen wird.

Nach dem gegenseitigen Angriff von Sehaltungseinheit 30 und Werkzeug 203 wird die Welle 190 gedreht und die Stempelanordnung 182 angehoben. Die Klinke 220 wird mittels des Zylinders 222 zurückgezogen und die Auflage 204 aus der optischen Achse bzw. Verbindungsachse 206 herausgeschwenkt. Dies erfolgt mit Hilfe eines Einstellgetriebes 223 der Handhabungsvorrichtung 184. Figur 18 zeigt hierzu das Maß der Entfernung der Auflage 204 von der Achse 206.

Bei angehobener Stempelanordnung 182 wird ein sorgfältig bearbeiteter Substrat-Tragblock 224 zur Berührung mit der Substrat-Posifcionlervotttohtung I86 gebracht, wie sich dies aus Figuren 17 und 18 ergibt. Die Positioniervorrichtung I86 umfaßt zwei mittele Mikrometerschrauben 228 genau einstellbare Anschläge 226.

Der Tragblook 224 ist mit zwei zueinander rechtwinklig angeordneten Einstellgliedern 230 sowie mit einer Federklammer 232 versehen, welch letzero z.B. ein Substrat 234 in Anlage an den Einsteilgliedern 232 hält. Die Leiteleraentö 236 das Substrate weisen eine Positionierung von hder Genauigkeit In

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bezug auf die Substrataußenflächen auf, so daß die Leitelemente eine sehr genau bestimmbare Anordnung bezüglich der Seiten des Tragblocks 224 einnehmen. Die llkrometerschrauben 228 sind derart eingestellt, daß ein bestimmter Abschnitt des Substrats nachJAnlage des Tragblocks 224 an den Anschlägen 226 auf der Achse 206 liegt. Die am Werkzeug 203 angreifende Schaltungseinheit 30 kann somit in einer genau vorgegebenen Anordnung bezüglich des Substrats mit diesem ohne tatsächliche Beobachtung der fluchtenden Ausrichtung des Substrats mit den gewünschten Anschlußverbindungen versehen werden.

^ Der VerbindungsVorgang geht beim Absenken der Stempelanordnung 182 Infolge Rückzugs der Klinke 220 vor sich. Eine Drehung des Nockens I89 erlaubt die Abwärtsbewegung der Stempelanordnung unter der Wirkung der Feder 202, bis das Werkzeug 203 die Leiter 36 gegen das Substrat 234 anpreßt, wobei die gewünschte stoffschlüssige Verbindung bzw» Versehweißung zwischen den Leitern 36 und den Leitelementen 230 eintritt. Die zur Herstellung der Verbindung erforderliche Kraft wird durch die Feder erzeugt.

Die Stempelanordnung 182 wird nun durch entsprechende Drehung des Nockens I89 wieder angehoben. Die Klinke 220 wird nach außen bewegt und die Auflage 204 für Schaltungseinhelten wieder " in die Achse 206 eingeschwenkt, worauf ein neuer Arbeltsuyklus beginnen kann.

Wenn eine Anzahl von Schaltungseinheiten mit einem Substrat verbunden werden soll, so kann eine entsprechende Anzahl von Verbindungseinrichtungen 180 In Form einer Montagelinie aufgestellt werden, wobei jede der Positioniervorrichtungen I86 auf eine bestimmte, für eins Schaltungaeinheit vorgesehene Lage auf dem Substrat einstellbar ist. Eines der auf den Trag» blUoken 224 angebrachten Substrate 234 kann somit von einer Verbindungseinrichtung I80 zur oictistesi wviterbefurdert werden, wobei die verschiedenen Schaltu&gsainhelt^n die ihnen zugaord-

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nete Stellung auf dem Substrat einnehmen und hier angeschlossen werden. Auf diese Weise ergibt sich ein Herstellungsprozeß mit hohem Wirkungsgrad· Eine solche Herstellungsweise macht eine sehr genaue Anordnung der Leitelemente 236 in bezug auf die anderen Oberflächen des Substrats 2$k erforderlich. Ein solches System ist daher für die Anwendung auf Leitelemente 236, die rait großer Genauigkeit durch Fotoprojektion hergestellt werden, in hohem Maße geeignet.

Abschließend sei nochmals hervorgehoben, daß die den Ausführungsbeispielen als zu verbindende bzw. anzuschließende Werkstücke zugrundeliegenden Traganschluß-Schaltungseinheiten stellvertretend für andere Arten von Werkstücken und insbesondere für elektronische Schaltungselemente allgemein zu verstehen sind.

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Claims

Dip !."Ing. W'cSier Jii-£?iS£Ci'i O Π i~! / 1 O Q

Stuttgart M, MenzelstraSe 40 , . nk ξί^^νΤ/ίί

A 32 075 fd Ansprüche

Verfahren zum Verbinden der Anschlüsse eines Werkstücks mit einem Substrat mittels eines Verbindüngswerkzeugs unter gegenseitiger fluchtender Ausrichtung zwischen Werkstück.und Werkzeug auf einer Verbindungsachse mit Hilfe einer Abbildung von Werkzeug und Werkstück, wobei die Abbildung von Werkzeug und Werkstück über ein * transparentes Glied auf der Verbindungsachse

sowie mit Vergrösserung durch ein optisches System erfolgt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) das Werkstück (30) und das Verbindungswerkzeug (58, 158» 203) werden nahe aneinander

und gleichzeitig in den Bereich der Gegenstandsweite eines vergrössrnden optischen Systems (27, 28, 188) gebracht, dessen optische Achse mit der Verbindungsachse (54, 164, 206) zusammenfälltj

b) Werkstück und Werkzeug werden relativ zueinander in Abhängigkeit von ihrer gemeinsamen

Abbildung (28, 44; 214, 212) zur gegenseitigen Ausrichtung gebracht;

c) Werkzeug und Werkstück werden unter ;ejenseitiger Ausrichtung miteinander in Berürfung gebracht;

d) ein vorgegebener Abschnitt eines undurchsichtigen Substrats (40) wird zur fluchtenden

Ausrichtung mit der Verbindungsachse gebracht;

e) das Werkzeug und das mit diesem in Berührung stehende Werkstück werden zur Herstellung der Verbindung zwischen Werkstück und

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Substrat in Druckberührung mit dem Substrat gebracht.

Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Zusammenpressun,j von Werkstück und Substrat ein aus transparentem Material bestehendes Werkzeug verwendet wird und daß Werkstück und Substrat während wenigstens eines Teils der Zeitdauer der DruekberUhrung durch das transparente Werkzeug hindurch beobachtet werden.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstück und Substrat während der gegenseitigen Ausrichtung durch ein nachgiebiges Anpassungsglied (44) von transparenter Beschaffenheit beobachtet v/erden.

Verfahren zum Verbinden eines ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück (Substrat), nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) das erste Werkstück (30) wird mit einem vorgegebenen Abschnitt eines transparenten Anpassungsiliedes (44) zur fluchtenden Ausrichtun., gebracht, während dieses Werkstück durch das Anpassun;$3gliod beobachtet wird;

b) das erste Werkstück und das Anpassungsglied werden unter Aufrechterhaltung ihrer Ausrichtung in gegenseitige Berührung gebracht;

c) das mit dem Anpassungsglied in Berührung stehende erste Werkstück wird zur fluchtenden Ausrichtung mit einem vorgegebenen Abschnitt des zweiten Werkstücks (4o) gebracht« während die

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Werkstücke durch das Anpassungsglied beobachtet werden;

d) zur HeKsbelluijLg. der Verbindung zwischen den Werkstücken wird ein Verbindungswerkzeug für eine vorgegebene Zeitdauer zur Anpressun.j ^egen den zur Ausrichtung herangezogenen Abschnitt des zweiten Werkstücks sowie gegen das erste Werkstück und das zwischenlie^end angeordnete Anpassungsglied gebracht, während die Werkstücke durch das Anpassungsglied hindurch beobachtet werden.

Verfahren nach Anspruch Λ, gekennzeichnet durch folgende weiteren Verfahrensschritte:

a) eine Mehrzahl von ersten Werkstücken wird auf eine transparente Auflage (70) gebraht;

b) die Auflage wird in eine überschneidende Anordnung bezüV;livh der Verbindungsaciise (5¹O einer VerbLndungsmaschIne (20) gebracht;

c) das Verbindun -swerkzeug wird gleichzeitig mit einem der ersten Werkstücke oder im Bereich der Verbindurigsachse bzw. auf dieser befindlichen Werkstückabschnitten durch die· trfisparente Auflage hindurch sowie über.

ein vergrößerndes optisches System (27_a 28) längs der Verbindungsachse beobachteti

d) die Auflage wird in Abhängigkeit von der Beobachtung auf fluchtende Ausrichtung eines der ersten Werkstücke mit dem Werkzeug eingestellt;

e) das Werkzeug wird längs der Verbindungaaehae zum Anggriff an dem fluchtend ausgerichteten ersten Markstliok gebracht;

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f) das Werkzeug wird in eine Rückzugsstellung überführt;

g) die Auflage wird aus ihrer überschneidenden Anordnung bezüglich der Verbindün^sächse herausgefahren. .

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ausfahrbarer Tragblock (224) mit zwei sich schneidenden Bezugsflächen (230) und Halterungsmitteln (232) zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Stellung eines gewünschten Substratabschnitts gegenüber den Bezu-flachen vorgesehen ist (Fi^. 17)·

7* Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei einstellbare Anschlüge (226) für die Bezugsflächen (230) vorgeseh-en isind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7jf- dadurch gekenzeiehnet, daß ein Werkstückträger (184) mit einem transparenten Element (204) vorgesehen ist (Fig. 18).

9. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein wenigstens abschnittsweise lichtdurchlässiger Verbindungskopf (46) mit einer Kammer vorgesehen ist und dass diese Kammer an zwei Seiten von der Verbindungsachse durchsetzt und auf einer dieser Seiten durch ein transparentes Anlageteil sowie auf der entgegengesetzten dieser Seiten durch eine transparentes Glied abgeschlossen ist.

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10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet» daß der Verbindungskopf auf einer dritten Seite seiner Kammer mit einer an eine ünfcerdruckqueile ansehliessbaren öffnung versehen ist.

11. Einrichtung naeh Anspruch 9 oder 10» dadurch gekennzeichnet, daß die Form des transparenten Anlageteils einem Abschnitt des Seheifoenkörpers eines integrierten Iragansehluss-Sehaltungselementes angepasst ist* wobei sich die Anschlussleiter des Scha Itungse leflientes an dem Änlageteil abstützen.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 9 bis 11» dadurch gekennzeichnet, dass das transparente AnIajeteil aus Quarz besteht.

Ϊ3. Einrichtung zur Durchführung des Verbindung»- Verfahrens nach Anspruch 3», dadurch gekennzeichnet» dass das transparente Anpassungsglied aus einem Polyiinld-PilDi besteht.

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