DE2241905A1

DE2241905A1 - Verfahren zur maschinellen bestueckung einer gelochten traegerplatte mit etwa t-foermigen kontaktstiften und zur verbindung der kontaktstifte mit einem substrat

Info

Publication number: DE2241905A1
Application number: DE2241905A
Authority: DE
Inventors: Walter Von Kaenel; John Michael Law; Alfred Alois Stricker
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-08-31
Filing date: 1972-08-25
Publication date: 1973-03-08
Also published as: JPS4834486A; FR2150925A1; IT959913B; US3736651A; FR2150925B1; GB1393931A; JPS539714B2; GB1393932A

Description

Verfahren zur maschinellen Bestückung einer gelochten Trägerplatte mit etwa T-förmigen Kontaktstiften und guar Verbindung der Kontaktstifte mit einem Substrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur maschinellen Bestückung einer gelochten Trägerplatte mit etwa T-förmigen Materialstücken, z.B. Kontaktstiften, unter Verwendung einer Rüttelvorrichtung und zur Verbindung der so angeordneten Stifte mit gleich angeordneten Kontaktflächen auf einem ebenen Substrat.

Bei kompakt integrierten Schaltkreisen hat es sich in vielen Fällen als zweckmäßig erwiesen, Metallstifte an einem Substrat anzubringen, die die elektrischen und mechanischen Verbindungen zwischen dem Substrat und externen Schaltungen, z.B. auf anderen Substraten, bereitstellen. Im Zusammenhang damit, ist es bereits bekannt, die mit dem Substrat zu verbindenden Stifte in eine Trägerplatte einzusetzen, auf den kopfflächen jedes Stiftes eine Schicht aus Verbindungsmaterial aufzubringen, das Substrat auf die bestückte Trägerplatte aufzulegen und schließlich diese Anordnung einem Aushärtprozeß zu unterwerfen, indem das Verbindungsmaterial erweicht wird und beim abschließenden Abkühlvorgang eine dauerhafte Verbindung der Stifte mit dem Substrat bewirkt wird. Dieses Verfahren wirft verschiedene Probleme auf. Beispielsweise bewirken eine unebene Substratoberfläche sowie Dickenunter-

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schiede der Stiftköpfe, daß der Abstand zwischen den Stiftköpfen und dem Substrat unterschiedlich wird. Zu große Abstände zwischen den Stiften und dem Substrat können aber schwache Verbindungsstellen zur Folge haben, da in diesen Fällen die Menge des Verbindungsmaterials nicht ausreicht. In extremen Fällen kann eine solche Verbindung zu einem Stift völlig ausfallen. Weiterhin kann das auf jedem Stift aufgelegte Scheibchen aus Verbindungsmaterial sich etwas gegenüber der gewünschten Kontaktstelle auf dem Substrat verschieben, was insbesondere bei notwendigen Handhabungen des Substrats eintreten kann. Die Auswirkung dieses Effekts besteht darin, daß nur ein Teil der Kopffläche des Stiftes mit dem Substrat fest verbunden wird. Eine solche teilflächige Verbindung ist jedoch unerwünscht, da sie die elektrischen Widerstands- und Kontakteigenschaften aber auch die mechanischen Eigenschaften der Verbindung nachteilig beeinflußt.

Ein weiteres Problem bei den entsprechenden bisher üblichen Verfahren ist darin zu sehen, daß die Stifte normalerweise in eine bestimmte Position der Trägerplatte eingesetzt und anschließend zu einer anderen Position bewegt werden, wo das Verbindungsmaterial aufgebracht wird. Bei dieser Vorgehensweise kann sowohl eine mechanische Beschädigung als auch eine Verunreinigung der Stifte, z.B. durch Oxidation oder einen ölfilmniederschlag auftreten. Auch diese Einflüsse wirken sich nachteilig auf die letztlich erzielte Verbindung und deren Eigenschaften aus. Häufig können auf diese Art eingetretene Defekte nicht ohne weiteres beim Test erkannt werden.

Zur maschinellen Bestückung von Trägerplatten mit Kontaktstiften als dem ersten Schritt eines derartigen Verbindungeverfahrens wurden bereits verschiedene Wege eingeschlagen. Wenn die Stifte z.B. aus magnetischem oder magnetisierbarem Material bestehen, können sie in die Löcher der Trägerplatte mittels Erzeugung eines magnetischen Feldes parallel zu den Lochachsen in der Trägerplatte eingesetzt werden. Durch den Einfluß des magnetischen Feldes werden die Kontaktstifte auf dem Substrat stehend gehalten, so daß

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bei einer Hin- und Herbewegung äes Substrats die Stifte in die Löcher fallen können. Der Nachteil dieses Vorgehens besteht darin, daß die Stifte aus magnetischem Material bestehen und in der Form symmetrisch sein müssen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bestückung einer Trägerplatte mit Stiften besteht darin, die Trägerplatte auf einen Rütteltisch aufzusetzen und die Stifte auf die Oberfläche der Trägerplatte aufzuschütten. Durch die Rüttelbewegung "tanzen" die Stifte auf der Oberfläche der Trägerplatte und werden mehr oder weniger zufällig in die Löcher hineinfallen. Auch dieses Verfahren läßt sehr zu wünschen übrig, da im Einzelfall sehr lange Bestückungszeiten erforderlich sein können. Um diese Bestückungszeit zu reduzieren, wurde bereits der Versuch gemacht, einen stetigen Unterdruck an den Bodenflächen der Löcher zu erzeugen. Dieser Unterdruck saugt die Stifte in die Löcher, wodurch sich die Bestückungszeit verkürzt. Der Einfluß einer stetigen Sogwirkung in den Löchern hat jedoch auf der anderen Seite zur Folge, daß sich die Stifte im Bereich der Löcher verklemmen können, was so weit gehen kann, daß die Stifte weder in das Loch hineinfallen aber sich auch nicht von dem Lochbereich befreien können. In diesen Fällen ist es erforderlich, manuell einzugreifen, jedenfalls den Bestückungsvorgang dauernd in Beobachtung zu halten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur maschinellen Bestückung einer gelochten Trägerplatte mit asymmetrischen, etwa T-förmigen Materialstücken, z.B. Kontaktstiften, anzugeben, das die genannten Nachteile vermeidet, d.h. insbesondere ein manuelles Eingreifen bei verklemmten Stiftpositionen entbehrlich macht, eine möglichst rasche und vollständige Bestückung gewährleistet und als Ausgangspunkt für die anschließende Herstellung einer festen Verbindung mit einem Substrat dienen kann.

Bei einem Verfahren der genannten Art besteht die Erfindung darin, daß die auf die Trägerplatte aufgebrachten Stifte mechanischen

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Rüttelbewegungen in Verbindung mit in den Löchern der Trägerplatte erzeugten Sogkräften unterworfen werden, wobei die Sogkräfte zur Auflösung von verklemmten Stiftanordnungen pulsierend wirken. Anschließend werden die Stirnflächen der derart eingesetzten Stifte durch eine entsprechend den Stiftpositionen ausgebildete und justierte Lochmaske gleichmäßig mit einer Verbindungsmasse beschichtet. Nach der Entfernung der Lochmaske wird auf die mit den beschichteten Stiften bestückte Trägerplatte das entsprechend den Stiftpositionen mit Kontaktflächen versehene Substrat aufgelegt und die Verbindungspunkte während des Aushärtvorganges gleichmäßig belastet.

Dadurch, daß zusammen mit der mechanischen Rüttelbewegung eine Sogkraft in den freien Löchern bewirkt wird, wird einmal das orientierte Einsetzen der Stifte unterstützt, zum andern aber der hinsichtlich der dadurch möglicherweise verursachten Stiftverklemmungen nachteilige Einfluß der Sogkraft dadurch ausgeschaltet, daß die Sogkraft pulsierend ist, d.h. in bestimmten Zeitabständen so weit reduziert wird, daß durch den aufrechterhaltenen Rüttelvorgang etwaig verklemmte Stiftanordnungen sich auflösen können.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung wird die Lochform in der Trägerplatte so ausgebildet, daß ein darin in richtiger Orientierung eingesetzter Stift, vorzugsweise durch die Auflage des Stiftkopfes, einen annähernd dichten Verschluß dieses Loches bewirken kann. Damit nicht bei der allein aufrechterhaltenen mechanischen Rüttelbewegung bereits in richtiger Orientierung in die Löcher eingesetzte Stifte wieder hinausgeschleudert werden können, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Reibungskraft des Stiftschaftes an der Lochinnenwand entsprechend auszulegen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß die durch die Löcher in der Trägerplatte hindurchfließende Luftmenge zur Bestimmung des jeweiligen Bestückungsgrades bzw. des Endes des Bestückungsvorganges herangezogen wird. Zur Erzielung einer möglichst zuverlässi-

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gen festen Verbindung der Stifte mit dem Substrat erweist es sich als vorteilhaft, daß durch die auf die Trägerplatte aufgelegte Lochmaske entsprechender Dicke alle Stirnflächen der Stifte mit einer gleichmäßig dicken Schicht aus Verbindungsmaterial belegt werden und daß beim Aushärten der Gesamtanordnung eine Gewichtsplatte verwendet wird, die die einzelnen Stiftpositionen individuell und gleichmäßig belastet.

Die genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert.

Die Fign. 1 bis 8 verdeutlichen die Verfahrensschritte zur Verbindung länglicher Materialstücke, z.B. von Stiften mit Kontaktstellen auf einer im wesentlichen ebenen Oberfläche.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 das Einführen der Stifte in eine Trägerplatte;

Fig. 2 die Beseitigung überschüssiger Stifte von der

Trägerplatte;

Fig. 3 die Anordnung einer Maske über der Trägerplatte;

Fig. 4 das Aufbringen des Verbindungsmaterials durch

die Maske;

Fig. 5 die Entfernung der Maske;

Fig. 6 die Anordnung eines Substrats auf der Trägerplatte sowie das Umdrehen der gesamten Einheit;

Fig. 7 das Auflegen eines Gewichtstückes auf die Trägerplatte sowie das anschließende Aushärten der Einheit;

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Fig. 8 das fertige Substrat mit den damit verbundenen

Stiften;

Fig. 9 eine teilweise Schnittdarstellung der Vorrichtung

zum Einführen der Stifte.

Die Fign. 10 bis 16 zeigen verschiedene beim Einführen der länglichen Stifte in die Trägerplatte auftretende Zustände.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 10 einige in die Trägerplatte einzuführende Stifte;

Fig. 11 einige verklemmte Stifte;

Fig. 12 die Anordnung der Stifte, wenn der Druckunterschied vermindert wird;

Fig. 13 einige verklemmte Stifte, die durch die Vibration während einer Phase verminderten Druckunterschieds befreit werden;

Fig. 14 wie die derart befreiten Stifte mit der Zunahme

des Druckunterschiedes wieder in Offnungen der Trägerplatte gezogen werden;

Fig. 15 die demzufolge verminderte Anzahl von derart

verklemmten Stiften und

Fig. 16 die Trägerplatte, nachdem der letzte Stift

ordnungsgemäß eingesetzt ist.

Die in den Fign. 1 bis 8 dargestellten Verfahrensschritte nach der Erfindung sollen im Zusammenhang mit der Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 9 dargestellten Vorrichtung beschrieben werden. Im Innern des Gehäuses 90 der Vorrichtung zum einführen

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der Stifte besteht eine gasdichte Kammer 92, so daß in der Vorrichtung auch solche langgestreckten Materialstücke, d.h. Stifte 280 behandelt werden können, die sonst durch Verunreinigungen infolge der Außenatmosphäre beschädigt würden. Wird eine nicht verunreinigende Atmosphäre erforderlich, wird eine Einströmungsöffnung 94 mit einer entsprechenden Reingasquelle 100 verbunden.

Die Reingasquelle 100 umfaßt einen eigentlichen Gasbehälter 102, der das nicht verunreinigende Gas enthalt sowie ein Gasflußregler 104, der den Gasfluß in Abhängigkeit von einem auf der Leitung 231 auftretenden Steuersignal von der Steuereinrichtung 230 steuert. Das in die Kammer 92 durch die Einströmungsöffnung 94 eintretende Reinigungsgas verdrängt die Außenatmosphäre durch die nach außen führende Ausströmungsöffnung 158.

Weiterhin ist innerhalb des Gehäuses 90 eine Rütteleinrichtung 110 derart untergebracht, daß sie direkt unter der Auflage 120 für die Trägerplatten angreift. Für diese Rütteleinrichtung 110 kann jede derartige Einrichtung gewählt werden, die bezüglich der Rüttelfrequenz und -amplitude an die in diesem Fall in die Trägerplatte 170 einzuführenden Stifte 280 angepaßt ist. Der Antrieb der Rütteleinrichtung 110 wird über die Steuereinrichtung 230 mit der Leitung 233 gesteuert. Die jeweils erforderliche Rüttelfrequenz und -amplitude, um in möglichst kurzer Zeit alle Löcher in der Trägerplatte mit Stiften 280 zu füllen, hängt von den Stiften 280 und von den Eigenschaften der Trägerplatte 170 ab. Die Rüttelamplitude ist vorzugsweise gleich der Länge der Stifte 280. Für einen gegebenen Stift 280 sowie eine Trägerplatte 170 kann dann die optimale Vibrationsfrequenz am besten experimentell ermittelt werden. Die Vibrationsfrequenz sollte vorzugsweise angepaßt werden können und wird für kleine Stifte mit einer Länge in der Größenordnung von etwa 1,5 mm, die in eine Trägerplatte von etwa 3 bis 4 cm einzubringen sind, in der Nachbarschaft von 120 Hz liegen.

Die Auflage 120 enthält zur Aufnahme der Trägerplatte 170 eine BC 970 008 309810/078 2

entsprechende Ausnehmung 122. Wenn sich eine Trägerplatte in einer Ausnehmung 122 befindet, steht das Unterdrucksystem 124 in der Ausnehmung mit den Unterkanten der in der Trägerplatte 170 vorgesehenen Löcher 172 in Verbindung. Weiterhin befindet sich in der Ausnehmung für die Trägerplatte eine Ausrichtungsvorrichtung 126, z.B. in Form eines Justagestiftes. Dadurch wird sichergestellt, daß die Trägerplatte 170 exakt in der zugehörigen Auflage 120 ausgerichtet wird. Der Schaft 112 der Rütteleinrichtung besorgt den vertikalen Antrieb für die Trägerplattenauflage 120.

Die Einrichtung 130 liefert einen pulsierenden Unterdruck zwischen den Deck- und Bodenflächen der Löcher 172 in der Trägerplatte 170. Dadurch werden die Stifte 280 darin unterstützt, in Perioden hohen Druckunterschiedes in die Löcher 172 zu fallen, indem nämlich der Luftstrom von oben in die Löcher 172 hereinströmt, während in Perioden verminderten Druckunterschieds verklemmte Stifte durch den Rüttelvorgang die Möglichkeit erhalten, sich zu lösen und neu anzuordnen. Die den pulsierenden Unterdruck erzeugende Einrichtung 130 ist über den Unterdruckschlauch 132 mit dem Unterdrucksystem 124 in der Trägerplattenauflage 120 verbunden. Die pulsierende Unterdruckerzeugung kann aus einem Gerät 134 zur Erzeugung eines stetigen Unterdrucks sowie einem Pulsator 140 zur Umwandlung des stetigen Unterdrucks in einen pulsierenden Unterdruck bezüglich der Deck- und Bodenflächen der Löcher in der Trägerplatte bestehen.

Die Einrichtung 134 zur Erzeugung eines stetigen Unterdrucks kann irgendeine bekannte Vakuumeinrichtung, z.B. eine Vakuumpumpe, darstellen. Der eigentliche Pulsator wird über eine einstellbare Gleichspannungsquelle 146 betrieben. Die Steuereinrichtung 230 steuert die variable Spannungsquelle 146 über die Leitung 235 und bestimmt auf diese Weise die Periode eines Unterdruckzyklusses, indem sie die Geschwindigkeit des Motors 144 beeinflußt. Die Form der Exzenterscheibe 142 ist dabei maßgebend für den Arbeitszyklus der Unterdruckquelle 134. Für die oben beschriebenen speziellen Stiftformen und Trägerplatten wird vorzugsweise ein Arbeits-

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zyklus von etwa 95 % Unterdruckphase innerhalb einer sich über etwa 1 Sekunde erstreckenden Periode gewählt.

Die Pulsatoreinrichtung besteht aus einem röhrenförmigen Gehäuse 152 mit einer Einströmöffnung 154, einer Ausströmöffnung 156 sowie einer weiteren Auslaßöffnung 158, ferner einer Feder 160, einem Kolben 162 mit einem darin angeordneten ersten Kanal 164 sowie einem zweiten Kanal 166. Der erste Kanal 164 im Kolben verbindet die Einströmungsöffnung 154 mit der Auslaßöffnung 156, wenn sich der Kolben 162 aufgrund der Federvorspannung in seiner normalen oberen Position befindet. Der zweite Kolbenkänal 166 verbindet die Einströmungsöffnung 154 mit der weiteren Auslaßöffnung 158, wenn sich der Kolben 162 in der unteren Position befindet.

Die Trägerplatte 170 weist eine Vielzahl von Löchern 172 zur Aufnahme langgestreckter Materialstücke auf, die in Fig„ 1 als Stifte 280 mit einem Kopfteil 282 und einem Schaft 284 dargestellt sind. Der Stiftkopf 282 weist zur Verbindung mit einem Substrat eine relativ große Fläche auf. Die in Fig. 9 in der Trägerplatte 170 vorgesehenen Löcher 172 sind zur Aufnahme solcher Stifte 280 angepaßt. Bei der Verwendung einer anderen Stiftform müssen die Löcher 172 entsprechend in ihrer Form angepaßt werden. Die für die Aufnahme der Stifte vorgesehenen Löcher 172 weisen in ihrem oberen Teil einen erweiterten Bereich, den sogenannten Kopfsitz 174, auf, in den der Kopf 282 des Stiftes 280 locker hineinpaßt. Der Kopfsitz 174 ist so geformt, daß beim Einführen eines Stiftes 280 in das Loch 172 ein im wesentlichen luftdichter Abschluß zwischen der Bodenfläche des Stiftkopfes 282 und der Bodenfläche des KopfSitzes 174, auf dem der Stiftkopf ruht, besteht. Der untere Lochteil ist entsprechend dem Stiftschaft 284 geformt. Die Trägerplatte 170 weist ferner eine Justiereinrichtung 178 auf, die mit dem Justagestift 126 der Auflage 120 fluchtet. Die Justageeinrichtung 178 ist als ein dem Justagestift 126 entsprechendes Loch dargestellt. Dadurch ist die akkurate Ausrichtung der Trägerplatte in der dafür vorgesehenen Auflage gewährleistet. Diese Ausrichtung ist erforderlich, damit beim Maskierschritt

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die Maske 202 mit den darin enthaltenen Löchern richtig ausgerichtet werden kann.

Weiterhin ist eine Stiftzuführungseinrichtung 180 vorgesehen, die automatisch Stifte 280 der Trägerplatte 170 zuführt. Diese Zuführungseinrichtung weist einen Behälter 182 zur Aufnahme der Stifte 280 sowie einen Schieber 184 auf. Der Schieber 184 wird über die Steuereinrichtung 230 sowie die Leitung 232 gesteuert und gibt die Stifte frei.

Eine weitere Einrichtung 190 dient zur Beseitigung überzähliger Stifte am Ende eines Einsortiervorganges; sie wird von der Steuereinrichtung 230 über die Leitung 236 gesteuert, wodurch der Maskierschritt freigegeben wird. Die Einrichtung 190 zur Beseitigung überzähliger Stifte besteht aus einem Rahmen 192, der über das Zahnrad 194 sowie die in einer Rahmenseite ausgebildete Zahnstange 196 bewegt wird. Das Zahnrad 194 wird vom Motor 198 angetrieben. Die überzähligen Stifte werden in eine dafür vorgesehene Rinne 99 geschoben.

Die Steuereinrichtung 230 bestimmt die zeitliche Folge der jeweiligen Verfahrensschritte. Es handelt sich dabei um eine übliche Steuereinrichtung, die im Rahmen dieser Erfindung nicht näher beschrieben werden braucht.

Im folgenden wird das erfindungsgemäöe Verfahren zum Befestigen der Stifte auf einem Substrat näher beschrieben. In Fig. 1 ist zunächst gezeigt, wie die Stifte 280 in die Löcher 172 einer Trägerplatte 170 eingesetzt sind, um auf diese Weise die gegenseitigen Abstände zwischen den Stiften zu gewährleisten, was für das anschließende Verbinden der Stifte mit den Kontaktflächen auf einer im wesentlichen ebenen Oberfläche erforderlich ist. Nachdem alle Löcher mit Stiften gefüllt sind, werden überzählige Stifte durch den dafür vorgesehenen Rahmen 192 entsprechend Fig. 2 entfernt.

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Anschließend wird die Trägerplatte, wie in Fig. 3 dargestellt ist, maskiert, indem eine Maske 202 auf die Oberfläche der Trägerplatte 170 derart aufgelegt wird, daß die Löcher 204 in der Maske 202 mit den Löchern 172 auf der Trägerplatte 170 übereinstimmen. Da die Löcher mit Stiften 280 gefüllt sind, kommen die Löcher 204 in der Maske 202 genau auf die Stifte 208 zu liegen.

Als nächstes wird die Verbindungsmasse auf die Stirnflächen 282 der Stifte 280 aufgetragen. Dazu wird etwas Verbindungsmasse auf die Deckfläche der Maske 202 aufgebracht, verteilt und das überschüssige Material abgestreift (Fig. 4). Durch die Bewegung des Abstreifers 212 wird die Verbindungsmasse 286 in jede öffnung 204 der Maske 202 und damit auf die Stirnflächen 282 der unter den jeweiligen Maskenöffnungen befindlichen Stifte gepreßt.

Nachdem auf diese Weise alle Maskenlöcher mit Verbindungsmasse gefüllt sind, wird die Maske 202 entfernt, so daß lediglich auf jedem Stiftkopf eine Schicht Verbindungsmasse übrigbleibt (Fig. 5).

Dann wird das Substrat 256, mit dem die Stifte verbunden werden sollen, derart auf die Trägerplatte 170 aufgesetzt, daß seine Kontaktstellen 258 auf die Stiftpositionen zu liegen kommen. Die Trägerplatte 170, das Substrat 256 und die Stifte 280 werden dann als einheitlicher Körper umgedreht (Fig. 6).

Eine Gewichtsplatte 260 mit einzelnen Gewichtsstücken 262 wird anschließend auf die Trägerplatte 170 aufgelegt. Dabei sind die einzelnen Gewichtsstücke 262 auf die in der Trägerplatte 170 befindlichen Löcher ausgerichtet. Jedes Gewichtsstück 262 übt genügend Druck aus, um eine gute Verbindung zwischen dem jeweiligen Stift 280 und der Kontaktstelle 256 auf dem Substrat zu gewährleisten.

Die Kontaktstellen 258 sowie die Stifte 280 werden für eine ausreichende Zeitspanne auf eine genügend hohe Temperatur aufgeheizt, um eine haltbare Verbindung zwischen den Stiften und den

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Kontaktflächen herzustellen. Der Aufheizvorgang wird vorzugsweise In einem Ofen durch entsprechende Heizeinrichtungen 497 bewerkstelligt. Zur schließlichen Fertigstellung der Verbindung werden die Stifte 280 und die Kontaktstellen 258 dann abgekühlt, damit sich das Verbindungsmaterial 286 festigen kanni Ist das geschehen, können die Gewichtsplatte 260 sowie die Trägerplatte 170 entfernt werden, so daß das fertigbehandelte Substrat 272 mit den daran über das Verbindungsmaterial 286 fest verbundenen Stiften 284 freigelegt wird (Fig. 8).

Im folgenden soll eine detailliertere Beschreibung der Arbeitsweise der Stifteinlegevorrichtung gegeben werden. Zunächst wird der Schieber 184 des Behälters für die Stifte geöffnet, um eine Anzahl von Stiften über die Führung 186 auf die Trägerplatte freizugeben. Die Rütteleinrichtung 110, die Unterdruckpumpe 134 sowie der Motor 144 werden sodann in Gang gesetzt. Die Rütteleinrichtung 110 versetzt die Auflage 120 für die Trägerplatte 170 in Schwingungen, während über die einen pulsierenden Druckunterschied erzeugende Einrichtung 130 zwischen den Deck- und Grundflächen der Stiftlöcher 172 in der Trägerplatte 170 ein Druckunterschied erzeugt wird. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Druckunterschied als pulsierender Druck an den Grundflächen der Löcher 172 erzeugt. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, wird durch die Vibration der Stift 280 auf der Oberfläche der Trägerplatte 170 entlangbewegt, während infolge des unterdrücke die (übrigen) Stifte von den Löchern 172 angezogen werden. Die aufgrund der Vibration erfolgende Bewegung der Stifte unterstützt das durch den Luftstrom bewirkte Anziehen der Stifte, indem die Stifte dadurch von der Oberfläche der Trägerplatte 170 abgehoben werden. Ein mit seinem Schaft 284 in der Nähe eines Loches 172 angelangter Stift, z.B. 306, wird durch eine Kombinationswirkung von Sog- und Vibrationseinfluß in das Loch hineingezogen werden. Der Sog zieht dabei die Spitze des Stiftes in das Loch 172, während die Vibration den Stiftkopf 282 von der Oberfläche des Trägerkörpers abstößt. Auf diese Weise wird der Stift in eine geeignete Orientierung gebracht, so daß er durch

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den Unterdruck in das Loch hineingezogen wird. Ein mit seinem Kopfteil zuerst an einem Loch eintreffender Stift kann sich verklemmen, und zwar indem er entweder mit der Seitenfläche des Kopfes (Stifte 310, 312 in Fig. 10) oder mit der Oberfläche des Stiftkopfes, d.h. genau umgekehrt (Stift 304 in Fig„ 10), auf der Lochfläche zu liegen kommt. Die in einem Loch 172 herrschende Sogwirkung hat zur Folge, daß diese falsch angeordneten Stifte in den genannten Positionen festgehalten werden. Wenn mehrere Stifte, z.B. 314, 316 und 318, gleichzeitig bei einem Loch, z.B. 344, ankommen, kann auch daraus eine gegenseitige Verklemmung resultieren. Der Sog hält diese Stifte in dieser verklemmten Lage, während die Stifte 302 und 320, die noch nicht bei einem Loch angelangt sind, weiterhin durch den Rüttelvorgang bewegt und durch den Sog in noch offene Löcher gezogen werden können. Diese Stifte 302 und 320 werden zu den Löchern 332 und 350 gezogen. Aus Fig. ist zu ersehen, daß der Stift 302 in gerade falscher Richtung in das Loch 332 gezogen wird, während der Stift 320 in richtiger Orientierung in das Loch 350 fällt.

Nach mehreren Vibrationszyklen wird Unterdruck vermindert, weil die Exzenterscheibe 142 den Kolben 162 nach unten drückt, wodurch die Auslaßöffnung 156 von der Einströmungsöffnung 154 getrennt wird. In diesem Fall wird die Einlaßöffnung 154 mit der zweiten Auslaßöffnung 158 verbunden, so daß die Unterdruckquelle 134* mit der Außenluft in Verbindung steht. Jetzt fließt weiterhin ein Luftstrom in die Unterdruckquelle, wodurch ein Ansteigen des Unterdrucks für den Fall den späteren Wiedereinschalten verhindert wird.

Wie in Fig. 13 dargestellt ist, werden beim Abschalten des Unterdrucks die verklemmten Stifte 302, 304, 310, 312, 314, 316 und 368 infolge der Vibration wieder von den Lochstellen gelöst. Um die Stifte aus ihrer verklemmten Position zu befreien, ist lediglieh eine kurze unterdruckfreie Zeitperiode erforderlich. Die bereits ordnungsgemäß eingebrachten Stifte, z.B. 306, 308 und 320, werden durch die Vibration nicht wieder aus den Löchern hinaus-

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geschleudert, weil die seitliche Reibung der Stiftschäfte 284 an den Innenwandflächen der Löcher 117 ausreicht, die Stifte ungeachtet der Vibration zu halten. Sobald der Unterdruck wieder zunimmt, weil die Exzenterscheibe 142 den Kolben 162 in seine normale Position bewegt, werden die restlichen Stifte erneut zu den Löchern 172 angezogen (Fig. 14). Einige der Stifte 302, 310, 312, 314, 316 und 318 werden noch leere Löcher in richtiger Orientierung erreichen und entsprechend hineingezogen werden. Einige Stifte werden wiederum in einer Lage ankommen, die eine erneute Verklemmung bewirkt, was z.B. bezüglich des Stiftes 304 in Fig. 15 gezeigt ist. Diese neuerlich verklemmten Stifte werden bei der anschließenden Unterdruckverminderung wieder freigegeben und bei der nächsten Unterdruckerhöhung erneut angezogen. Dieser Vorgang wiederholt sich bis alle Löcher mit ordnungsgemäß orientierten Stiften gefüllt sind (Fig. 16). Einmal kann die Dauer des Stifteinsortiervorgangs so ausreichend bemessen werden, daß in jedem Fall die vollständige Füllung der Löcher der Trägerplatte gewährleistet ist. Wird eine möglichst geringe Zeit für den Füllvorgang gewünscht, kann der jeweilige Füllgrad durch Messung der durch den Schlauch 132 fließenden Luft beobachtet werden, so daß der Füllvorgang beendet werden kann, wenn das letzte Loch mit einem Stift gefüllt ist.

Wenn alle Löcher mit Stiften gefüllt sind, werden die Rütteleinrichtung 110, die Unterdruckquelle 134 sowie der Motor 144 abgeschaltet. Die Rütteleinrichtung wird so zum Stehen gebracht, daß die Oberfläche der Trägerplatte 170 mit der Oberfläche des umgebenden Gehäuses 190 fluchtet. Damit können mittels der Einrichtung 190 durch ein nach rechts Bewegen des Rahmens 192 (Fig. 9) die überzähligen Stifte in die Rinne 99 geschoben werden. Der Schieber wird in der äußersten rechten Position arretiert, wo er die folgenden Vorgänge nicht behindert.

Die übrigen bereits oben beschriebenen Verfahrensschritte (Maskierung, Beschichtung, etc.) werden mittels geeigneter Vorrichtungen durchgeführt. Abgeschlossen wird das beschriebene Verbindungs-

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verfahren mit dem Kühlen der Stifte. Im Anschluß an den Kühlvorgang werden die Gewichtsplatte 260 sowie die Trägerplatte 170 entfernt, so daß das fertigbehandelte Substrat vorliegt (Fig. 8).

Das beschriebene Verfahren verhindert so eine.Beschädigung der Stifte 280, wenn sie einmal in die Trägerplatte 170 eingesetzt sind, weil bis zum Aufbringen der Verbindungsmasse keine weitere Handhabung durchgeführt wird. Ferner werden die von Hand auszuführenden Vorgänge bis zum Verbinden der Stifte mit dem Substrat auf ein Minimum beschränkt. Darüber hinaus wird eine gleichförmige Verbindung aller Stifte 280 mit dem Substrat 256 erreicht, da durch die Maske 202 auf jedem Stift dieselbe Menge Verbindungsmaterial aufgebracht wird und jeder Stift während des Aushärtvorgangs durch die Gewichtsplatte 260 mit derselben Kraft gegen das Substrat gepreßt wird. Während des Einbringens der Stifte in die Trägerplatte 170 werden verklemmte Stifte automatisch aus ihrer Position durch die Vibration während der ünterdruckerniedrigungsphase gelöst. Diese automatische Ablösung verklemmter Stifte liefert zusammen mit der Sogwirkung auf die Stifte durch die leeren Löcher eine 100%ige Füllung aller Löcher. Infolge des Aufbringens der Verbindungsmasse in einer nicht verunreinigenden Atmosphäre wird die Möglichkeit von Verbindungsfehlern verringert, woraus eine Qualitätssteigerung resultiert. Die im Ausführungsbeispiel gewählte Form für die Stifte 280 soll nur beispielsweise für gemäß der Erfindung verwendbare Materialstücke stehen. Die Vorrichtung 190 zur Beseitigung überzähliger Stifte kann unter Umständen ganz weggelassen werden, wenn man stattdessen schalenförmige Behälter mit der Öffnung nach oben anbringt. Werden zwei solche Schalen an den Seiten der Trägerplatte 170 angebracht und lose Stifte in eine dieser Schalen gefüllt, kann die Trägerplatte 170 mit Stifen bestückt werden, indem man diese Schalen/Trägerplattenanordnung vor- und zurückbewegt und gleichzeitig die Rüttel- und die Unterdruckeinrichtung in der oben beschriebenen Weise arbeiten. Die Stifte gleiten dann von einer Schale über die Oberfläche des Trägerkörpers 170, füllen dabei die Löcher und die überschüssigen Stifte können

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im Anschluß an die BestUckug der Trägerplatte 170 durch einfaches Abkippen aufgefangen werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur maschinellen Bestückung einer gelochten Trägerplatte mit etwa T-förmigen Materialstücken, z.B. Kontaktstiften, unter Verwendung einer Rüttelvorrichtung und zur festen Verbindung der so angeordneten Stifte mit gleich angeordneten Kontaktflächen auf einem ebenen Substrat , dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Trägerplatte aufgebrachten Stifte mechanischen Rüttelbewegungen in Verbindung mit in den Löchern der Trägerplatte erzeugten Sogkräften unterworfen werden, wobei die Sogkräfte zur Auflösung von verklemmten Stiftanordnungen pulsierend wirken, daß die Stirnflächen der derart eingesetzten Stifte durch eine entsprechend den Stiftpositionen ausgebildete und justierte Lochmaske gleichmäßig mit einer Verbindungsmasse beschichtet werden, daß nach der Entfernung der Lochmaske auf die mit den beschichteten Stiften bestückte Trägerplatte das entsprechend den Stiftpositionen mit Kontaktflächen versehene Substrat aufgelegt und die Verbindungspunkte während des Aushärtvorganges gleichmäßig belastet werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Bestückungsvorgangs die in den freien Löchern bewirkte Sogkraft an den unteren Lochquerschnittsflächen angreifend ausgebildet ist und der dort erzeugte Unterdruck periodisch vermindert xvird, in welchen Zeiten etwaige gegenseitig oder an Lochpositionen verklemmte Stifte durch die aufrechterhaltene Rüttelbewegung voneinander bzw. von den Löchern befreit werden»

Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in richtiger Orientierung In den Löchern der Trägerplatte eingesetzten Stifte ©inen annähernd dichten Verschluß der betreffenden Löcher bewirkenο

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4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungskraft des Stiftschaftes an der Lochinnenwand so bemessen ist, daß die bereits in richtiger Orientierung in die Löcher eingesetzten Stifte nicht durch die Rüttelbewegung hinausgeschleudert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche/ insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bestimmung des Endes des Bestückungsvorgangs die durch die gelochte Trägerplatte hindurchfließende Luftmenge herangezogen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestückungsvorgang in einer Reingasatmosphäre vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte beim Verbindungsvorgang durch eine Gewichtsplatte belastet werden, in der entsprechend den Stiftpositionen einzelne Gewichtsstücke vorgesehen sind.

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