DE2654471A1

DE2654471A1 - Kontaktierkopf fuer die herstellung einer drahtverbindung an einem mikroschaltkreis

Info

Publication number: DE2654471A1
Application number: DE19762654471
Authority: DE
Inventors: Karl Nicklaus; Miroslav Dipl Ing Dr Tresky
Original assignee: Esec Sales SA
Current assignee: Esec Sales SA
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1976-12-01
Publication date: 1977-07-07
Also published as: US4069961A; FR2336814A1; CH592365A5; FR2336814B1

Description

Licht · Ur. i^:.M!-tr-"L?c!t

&QQQ Μίίηύη&.-ι 7ö "

e ■«-

I i Pa 1376

ESEC SALES S.A., 630G Zug (Schweiz)

Kontaktierkopf für die Herstellung einer Drahtverbindung an einem Mikroschaltkreis

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktierkopf für die Herstellung einer Drahtverbindung, insbesondere einer Aluminium- oder Golddrahtverbindung, an einem Mikroschaltkreis mittels Ultraschall oder Thermokompression, mit einer gekapselten Drahtvorratsspule, mit einer Drahtführungseinrichtung und mit einem Kontaktierhorn, welches mit einem konkaven Kontaktierwerkzeug oder einer Kapillare versehen ist und welches mit Mitteln zur Zuführung von Ultraschall- oder Wärmeenergie versehen ist, wobei dem konkaven Kontaktierwerkzeug eine Zangenvorrichtung bzw. der Kapillare

709827/0220

eine Drahtklemmvorrichtung zur Bewirkung eines Vorschubs bzw. eines Festklemmens des Drahts beim Bewegen des Kontaktierhorns zugeordnet ist.

Bei bekannten Kontaktiereinrichtungen mit einem Kontaktierkopf muss der Kontaktierdraht durch verschiedene Teile der Einrichtung manuell eingefädelt werden und ist somit nur teilweise bedeckt und geführt. Der Draht wird im Betrieb entweder von einer festen Vorratsspule in deren Achsrichtung oder von einer angetriebenen, drehenden Vorratsspule in tangentialer Richtung abgewickelt. Die Steuerung der Drahtspannung zwischen der Spule und dem Arbeitspunkt wird hierbei durch mechanische Reibung zwischen festen Teilen und dem Draht bzw. mit Hilfe des Spulenantriebs erreicht. Soweit bei den bekannten Einrichtungen die Kräfte und Geschwindigkeiten verschiedener bewegter Kontaktiereinheiten des Kontaktierkopfes, beispielsweise das Kontaktierhorn, die Drahtklemmvorrichtung und die Zangenvorrichtung, steuerbar und programmierbar sind, werden als Kraftgeber Elektromagnete mit bewickelten Eisenkernen verwendet.

Bei solchen bekannten Kontaktiereinrichtungen ist es von Nachteil, dass das manuelle Einfädeln des Drahtes, insbesondere

709827/0220

265U71

— 3r —

•1.

wenn dieser sehr dünn ist, sehr beschwerlich ist, und dass die Steuerung der Drahtspannung entweder unzureichend oder sehr kompliziert ist. Da der Draht nicht oder nur teilweise geschützt und geführt ist, tritt einerseits eine Verschmutzung des Kontaktierwerkzeugs bzw. der Kapillare und andererseits die Bildung nichtgespannter Drahtabschnitte auf. In Einrichtungen, die eine angetriebene Drahtvorratsspule aufweisen, ist der Aufbau einer solchen Spule kompliziert und sehr kostspielig. Nachteilig ist ferner, dass die genannten Kontaktiereinheiten des Kontaktierkopfes nicht alle steuerbar und programmierbar sind und dass die als Kraftgeber benützten Elektromagnete mit einem Eisenkern verhältnismässig langsam und nicht linear arbeiten. Schliesslich besteht ein wesentlicher Nachteil der bekannten Kontaktiereinheiten darin, dass die Kontaktierköpfe zumeist nur mit einer Drahtart, entweder Aluminiumoder Golddraht, arbeiten können oder dann, wenn sie für beide Drahtarten ausgebildet sind, ausserordentlich kompliziert aufgebaut sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kontaktierkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein leichtes, zuverlässiges Einfädeln des Drahtes erlaubt, eine empfindliche und einfache Steuerung der Drahtspannung ermöglicht, den Draht

709827/0220

265U71

gegenüber Einwirkungen der Umgebung schützt und dar zudem mit geringen Aenderungen für Aluminium- und Golddrähte benützt werden kann. Ferner sollen die Kräfte und Geschwindigkeiten der Kontaktiereinheiten durch elektrische Signale praktisch ohne Zeitverlust steuerbar sein.

Erfindungsgemäss ist der Kontaktierkopf dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtführungseinrichtung vollständig geschlossen ist, dass zur Einfädelung des Drahtes durch die Drahtführungseinrichtung und das konkave Kontaktierwerkzeug bzw. die Kapillare sowie zur Steuerung der Drahtspannung eine Treibvorrichtung vorhanden ist, welche in der geschlossenen Drahtführungseinrichtung einen Gasstrom erzeugt, und dass zu einer elektrodynamischen Kontaktdrucksteuerung des Kontaktierharns und einer Steuerung der Zangenvorrichtung bzw. der Drahtklemmvorrichtung Magnetanordnungen mit einem Permanentmagnet und einer eisenlosen Spule vorgesehen sind.

Mit dem erfindungsgemässen Kontaktierkopf lassen sich die Vorteile erzielen, dass die Herstellung von Drahtverbindungen an Mikroschaltkreisen weitgehend automatisiert werden kann und dass die hergestellten Drahtverbindungen von regelmässiger, verbesserter Güte sind, so dass die Ausschussquote auf einem tiefen Niveau gehalten werden kann. Zudem ist der srfindungsgemässe Kontaktierkopf ohne grosse Aenderungen sowohl für

709827/0220

Aluminiumdraht als auch für Golddraht verwendbar, da ein wesentlicher Teil der Drahtführung und -steuerung einschliesslich der Ausbildung der Drahtvorratsspule für beide Drahtarten unverändert benutzbar ist.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Kontaktierkopfes für die Kontaktierung mit Aluminiumdraht und für eine solche mit Golddraht werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kontaktierkopf für die Kontaktierung mit einem Aluminiumdraht,

Fig. 2 eine vereinfachte Oberansicht der Zangen,

Fig. 3 einen vereinfachten Längsschnitt durch die untere Zangenführung und den Zangenquermagnet,

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch die Treibvorrichtung und die Austrittdüse,

Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt durch einen Kontaktierkopf für die Kontaktierung mit einem Golddraht,

Fig. B einen schematischen Längsschnitt durch die Treibvorrichtung, den Drahtklemmersitz, den Drahtklemmerkolben und die Austrittdüse,

709827/0220

Fig. 7 einen schematischen Längsschnitt durch einen Teil einer Variante des Kontaktierkopfs der Fig. 5,

Fig. 8 eine Ansicht der in Fig. 7 .dargestellten Drahtspannvorrichtung .

Gemäss Fig. 1 weist der vorliegende Kontaktierkopf einen festen Sockel 1 auf, an welchem eine Drahtspuleneinrichtung 2 befestigt und ein Kontaktierkopfgehäuse 3 in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet sind.

Die Drahtspuleneinrichtung 2 umfasst eine Grundplatte 4, welche eine Vorratsspule 5 mit aufgewickeltem Aluminiumdraht ß trägt. Ein zur Achse der Spule 5 koaxialer Bolzen 7, der ebenfalls auf dem Sockel 1 befestigt ist, weist eine zentrale Bohrung auf, in deren oberem Ende eine den Draht 6 führende Rohrschleife 8 drehbar gelagert ist und in die ein elastisches Metallrohr 9 aufgenommen ist, in das die Rohrschleife B mündet, Die Spule 5 und die Rohrschleife 8 sind durch eine Kapsel 10 staub- und feuchtigkeitsdicht abgedeckt.

Das Gehäuse 3 ist am Sockel 1 von einer Führung 11, z.B. einer Gleit- oder einer Rollenführung, geführt, die eine vertikale Verschiebung des Gehäuses erlaubt. Zur Einstellung der vertikalen Lage des Gehäuses 3 ist ein Antrieb

709827/0220

265U71

vorgesehen, der einen am Sockel 1 angeflanschten Elektromotor 12, insbesondere einen elektrischen Schrittmotor, sowie eine mechanische Stellvorrichtung 13 umfasst. Die letztere enthält eine auf der Welle 14 des Motors 12 befestigte Scheibe 15, die auf der dem Gehäuse 3 zugewandten Seite eine aus einem hochkant angeordneten, spiralförmig verlaufenden Band 16 bestehende Führungsbahn aufweist. Das Führungsband 16 liegt zwischen zwei Rollen 17 und 18, die am Gehäuse 3 drehbar befestigt sind. Eine Drehbewegung der Welle 14 des Motors 12 bewirkt demnach, dass die Rollen 17, 1B durch Abschnitte des spiralförmigen Führungsbandes 16 geführt werden, die von der Achse der Welle 14 einen veränderlichen Abstand haben, so dass sich das Gehäuse 3 längs seiner Führung 11 entsprechend spielfrei auf- bzw. abwärts bewegt. Durch dem Motor 12 zugeführte elektrische Impulse kann demnach die vertikale Lage des Gehäuses in sehr kleinen Inkrementen höchst genau eingestellt werden.

Das Gehäuse 3 enthält eine Treibvorrichtung 21, die zur Förderung des Drahts 6 beim Einfädeln und zur Erzeugung einer Drahtspannung beim Kontaktieren vorgesehen ist und die mit der Drahtspule 5 über das den Draht 6 führende elastische Metallrohr 9 verbunden ist. Die Treibvorrichtung 21 weist einen Gas-

709827/0220

265U71

eintrittskanal 22 auf, welchem Gas ader auch Luft unter einem bestimmten Druck gesteuert zugeführt wird, sowie einen Gasaustrittskanal 23. Eine praktische Ausführungsform der Treibvorrichtung wird nachstehend anhand der Fig. 4 noch beschrieben .

Im Gehäuse 3 ist ferner ein Kontaktierhorn 25 angeordnet, das stabförmig ausgebildet ist und an seinem äusseren Ende mit einem an sich bekannten konkaven Kontaktierwerkzeug 26 versehen ist, dem der Draht B längs der Achse 27 zugeführt wird. Hierzu weist das Kontaktierhorn 25 eine Bohrung 28 auf, durch welche der Draht 6 geführt ist und in welche der Draht B aus einer in die Bohrung 28 mündenden Austrittsdüse 29 der Treibvorrichtung 21 übergeht. Eine im Gehäuse 3 schwenkbar gelagerte Hornaufhängung 30 hat in ihrem unteren Teil eine Bohrung 31, in welcher das Kontaktierhorn 25 befestigt ist. Am oberen Ende der Hornaufhängung 30 ist eine eisenlose Spule 32 angebracht, die in den Luftspalt eines am Gehäuse 3 befestigten Permanentmagnets 33, z.B. eines Ferritmagnets, taucht. Ferner weist das obere Ende der Hornaufhängung ein Kontaktstück 34 auf, das mit einem weiteren, am Gehäuse 3 befestigten Kontaktstück 35 in Abhängigkeit von der vetikalen Lage des Kontaktierwerkzeugs 26 zusammenwirkt, was später noch erläutert wird.

709827/0220

Schliesslich ist im Gehäuse 3 eine Zangenvorrichtung 36 angeordnet, die eine Zange 37 enthält, welche in Fig. 1 in Seitenansicht und in Fig. 2 in Draufsicht dargestellt ist. Die Zange weist zwei Backen 38 auf, deren unteren Backenenden 39 zum Greifen des aus der Hornbohrung 28 zum Kontaktierwerkzeug 26 verlaufenden Drahtes 6 bestimmt sind. Zwischen den Backen 38 ist ein breiterer Schlitz 40 vorgesehen [Fig. 2), in welchem das Kontaktierhorn 25 liegt CFig. 1), was ein Kreuzen der Zange 37 mit dem Kontaktierhorn 25 ermöglicht. Zwischen den Schenkeln 41 der Zange 37 ist ebenfalls ein Schlitz 42 vorhanden, was ein weiteres Kreuzen der Zange 37 mit der Hornaufhängung 30 (Fig. 1) ermöglicht. An ihrem oberen Ende ist die Zange 37 mit einer eisenlosen Spule 43 versehen, die in den Luftspalt eines weiteren Permanentmagnets 44 taucht, der fest am Gehäuse 3 montiert ist. Das obere Ende der Zange 37 ist an einer Flachfeder 45 befestigt, deren unteres Ende 46 am Gehäuse 3 befestigt ist. Die Flachfeder 45 bewirkt an sich eine Führung des oberen Endes der Zange 37 längs einer Kreisbahn, deren Radius durch die Länge der Flachfeder 45 gegeben ist. Da aber das Verhältnis dieses Radius zu dem durch einen Stromfluss in der Spule 43 bewirkten Hub der Zange 37 sehr gross ist, da dieser Hub höchstens etwa 0,5 mm ist, kann die Bahn des oberen Zangenendes als geradlinig betrachtet werden.

709827/0220

Das untere Ende der Zange 37 ist in einer unteren Zangenführung 47 gelagert, die in Fig. 1 angedeutet und in Fig. 3 im Schnitt dargestellt ist. Insbesondere weist die Zangenführung 47 eine durch zwei Rollen 48 und 49 gebildete Wälzseitenführung auf, welche Rollen auch in Fig. 2 dargestellt sind. Diese Wälzseitenfuhrung dient, wie aus Fig. 3 ersichtlich, gleichzeitig als Uebertragungsglied der Kräfte eines Zangenmagnets 50 auf die Backen 38 der Zange 37. Hierbei durchqueren die Backen 38 eine Längsbohrung 51 eines Gehäuses 52, in welchem die eine Rolle 48 als feste Seitenführung für die eine Backe 38 angeordnet ist. Die zur Seitenführung der anderen Backe vorgesehene Rolle 49 ist in einem in der Bohrung 51 gleitenden Bolzen 53 angeordnet, der zudem zwei Lappen 54 zur vertikalen Führung dieser zweiten Backe 38 aufweist. Ein Flansch 55 des Bolzens 53 trägt eine eisenlose Spule 56, die in den Luftspalt des am Gehäuse 52 befestigten Magnets 50, ebenfalls eines Permanentmagnets, taucht. Durch eine Steuerung des Stromflusses durch die Spule 56 kann demnach der Draht 6 zwischen den Backenenden 39 (Fig. 2) eingeklemmt werden bzw. können die Backenenden 39 gespreizt werden, um ein leichtes Einlegen des Drahts zu ermöglichen.

709827/0220

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Drahtführungsverbindung zwischen dem vertikal beweglichen Gehäuse 3 und dem festen Sockel 1 über das elastische Metallrohr 9, dessen Biegungsdeformation in den Grenzen des elastischen Bereichs liegt. Hierbei auftretende horizontale Lageänderungen sind durch kleine, unbedeutende Verschiebungen der Achse der drehbaren Rohrschleife 8 aus der Achse der Spule 5 kompensiert.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Treibvorrichtung 21 ist in Fig. 4 einschliesslich der Austrittsdüse 29 im Schnitt näher dargestellt. Die Treibvorrichtung 21 weist demnach den Eintrittskanal 22 für das Gas auf, der in eine Kammer 61 mündet, durch welche das Metallrohr 9 verläuft. Die Mündung des Metallrohrs 9 bildet zusammen mit der Kammer 61 eine Ringdüse 62, an welche sieh ein Mischrohr 63 anschliesst. Auf das Mischrohr 63 folgt ein Diffusor 64, der mindestens eine, im dargestellten Aüsfuhrungsbeispiel mehrere seitliche Oeffnungen 65 aufweist, welche mit dem Austrittskanal oder den Austrittskanälen 23 in Verbindung stehen. Ferner ist ein Ventil 66 vorhanden, mit welchem die seitlichen Geffnungen 65 verschlossen werden können. An den Diffusor 64 schliesst sich die bereits erwähnte Austrittsdüse 29 (Fig. ^A und 4) an. Die Betriebsweise der dargestellten Treibvorrichtung wird nachfolgend erläutert.

709827/0220

Zur Einfädelung eines Aluminiumdrahtes in die dargestellte Drahtführungseinrichtung von der Drahtvorratsspule 5 bis zum Kontaktierwerkzeug 26 wird das Kontaktierhorn mittels der Spule 32 und des Magnets 33 in seine oberste Lage gebracht, derart, dass die Mündung der Austrittsdüse 29 direkt in die Mündung der Hornbohrung 28 zu liegen kommt. Hierauf wird ein Gas unter einem höheren Druck in den Eintrittskanal 22 der Treibvorrichtung 21 geleitet. Das Gas tritt durch die Ringdüse 62 mit höherer Geschwindigkeit in das Mischrohr 63, vermischt sich dort mit aus dem elastischen Metallrohr 9 und der drehbaren Rohrschleife 8 kommenden Luft und bildet einen Gasstrom, der bei geöffnetem Ventil 66 (strichpunktierte Lage) zum grössten Teil durch die Deffnungen 65 des Diffusors 64 und den Austrittskanal 23 die Treibvorrichtung wieder verlässt. Dieser Gasstrom saugt den Draht 6 in die Rohrschleife 8 ein, treibt ihn durch das Metallrohr 9 und die Treibvorrichtung 21 und bläst ihn durch die Hornbohrung zum Kontaktierwerkzeug 26. Die in die drehbare Rohrschleife angesaugte Luft erzeugt ein Reaktionsdrehmoment an der Rohrschleife 8 und bewegt diese in der Bewegungsrichtung des Drahts 6, was die Bewegung des Drahts beim geschilderten Einfädeln und das Abwickeln des Drahts von der Vorratsspule 5 erleichtert .

709827/0220

265U71

Beim aufeinanderfolgenden Herstellen von Drahtverbindungen an Mikroschaltkreisen mittels des eingefädelten Aluminiumdrahtes 6, des Kontaktierwerkzeugs 26 und eines auf das Kontaktierharn 25 aufgebrachten, in Fig. 1 nicht dargestellten Ultraschallwandlers in an sich bekannter Weise kann die erforderliche Drahtspannung wie folgt erzielt werden: Der Treibvorrichtung 21 wird über den Eintrittskanal 22 wieder ein Gas zugeleitet, aber unter einem niedrigeren Druck. Das Ventil 66 befindet sich hierbei in der in Fig. 4 mit ausgezogenen Linien dargestellten Schliesslage. Die Impulswirkung des Gases im Mischrohr ist bei der geringeren Strömungsgeschwindigkeit so klein, dass ein Saugeffekt nicht auftritt. Vielmehr strömt das Gas, wegen des geringeren Strömungswiderstandes, zur Hauptsache in das elastische Metallrohr 9 und die Drahtschleife 8, also entgegen der Bewegungsrichtung des Drahts 6 bei seinem intermittierenden Vorschub. Das aus der drehbaren Rohrschleife 8 austretende Gas erzeugt ein Reaktionsdrehmoment und bewegt die Rohrschleife 8 entgegen der Bewegungsrichtung des Drahts, was eine Erhöhung der Drahtspannung zur Folge hat. Die Drahtspannung ist hierbei dadurch kontinuierlich steuerbar, dass der Druck des in den Eintrittskanal 22 geleiteten Gases entsprechend gesteuert wird. Der Gasstrom im Metallrohr 9 und in der Rohrschleife 8 wirkt demnach als praktisch massefreie Drahtbremse. Ein geringerer Teil des zugeführten Gas strömt durch die Kapillare

709827/0220

- Κ,Ο-

und kühlt dadurch die im Betrieb sich in nachteiligerweise erhitzende Kapillare.

Beim fortlaufenden Herstellen von Drahtverbindungen an Flikroschaltkreisen mittels des Kontaktierkopfs der Fig. 1 erfolgt die Positionierung des Kontaktierwerkzeugs 26 in einer zur Zeichenebene der Fig. 1 senkrechten Ebene (x,y-Ebene) in an sich bekannter Weise mittels eines in Fig. 1 nicht dargestellten, angetriebenen Kreuztisches, auf welchem der Sockel 1 befestigt ist. Die Höhenverstellung (z-Richtung) erfolgt durch den Elektromotor 12 und die Stellvorrichtung 13.

Die Ausübung des Kontaktierdruckes auf den unter dem Kontaktierwerkzeug 26 befindlichen Aluminiumdraht 6 und die Kontaktierstelle auf dem Mikroschaltkreis erfolgt elektrodynamisch durch die Spule 32 und den Magnet 33 der schwenkbaren Hornaufhängung 30, wobei zur Verschweissung des Drahtes mit dem Flikroschaltkreis das gehäuseinnere Ende des Kontaktierhorns 25 mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Ultraschallwandler versehen ist. Wenn das Kontaktierwerkzeug 26 beim Absenken des Gehäuses 3 mittels des Motors 12 auf den Mikroschaltkreis aufsetzt, öffnet der Kontakt 34, 35 und schaltet den Motor 12 aus, Dadurch wird eine automatische Niveausteuerung erreicht. Entsprechend dem Stromfluss in der Spule 32 ist der Kontaktdruck der Kontaktstücke 34, 35 und entsprechend auch der vom Kontaktierwerkzeug 26 beim Aufsetzen auf den Mikroschaltkreis ausge-

<">tB Druck. 709827/0220

Mit den von der Spule 55 und dem Magnet 50 elektrodynamisch betätigten Backen 39 wird der Draht 6 festgeklemmt, wenn die zweite Kontaktierung der Drahtverbindung erfolgt ist, um den Draht an einer Kante des Kontaktierwerkzeugs 26 abzureissen und anschliessend um eine kurze Strecke zur ersten Kontaktierung der nächsten Drahtverbindung mittels der Spule 43 und dem Magnet 44 vorzuschieben.

Da die genannten Spulen 32, 44 und 56 alle eisenlos sind und in Luftspälte von Permanentmagneten tauchen, treten keine Zeitverluste infolge Magnetisierens und Entmagnetisierens von Eisenteilen auf. Ferner sind die Hubkräfte und Hubgeschwindigkeiten elektrisch steuerbar, was zur kontrollierten Automatisierung der Herstellung der Drahtverbindungen an den Mikroschaltkreisen beiträgt.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel des vorliegenden Kontaktierkopfs dargestellt, das für eine Kontaktierung mit Golddraht vorgesehen ist. Der Aufbau dieses Kontaktierkopfs entspricht im wesentlichen demjenigen des in Fig. 1 dargestellten Kontaktierkopfs für eine Kontaktierung mit Aluminiumdraht. Insbesondere weist er den Sockel 1, das am Sockel vertikal verschiebbare Gehäuse 3 und die auf dem Sockel 1 angeordnete Drahtspuleneinrichtung 2 auf, die über das elastische Metallrohr 9 für

709827/0220

die Führung des Drahts 6 mit der ebenfalls vorhandenen Treibvorrichtung 21 verbunden ist. Das Gehäuse 3 enthält ferner das schwenkbar aufgehängte Kontaktierhorn 25, das jedoch mit einer Kapillare 71 versehen ist. Bei einem bekannten Verfahren zur Kontaktierung mit Golddraht wird an dem aus der Kapillare tretenden Draht eine kleine Kugel angeschmolzen, die hierauf durch Absenken des Kontaktierhorns mit der Kapillare auf die zu kontaktierende Stelle des Mikraschaltkreises gedrückt wird, wobei die Kapillare gleichzeitig erhitzt wird. Hierzu ist das Kontaktierhorn 25 nahe der Kapillare 71 mit einer in Fig. 5 nicht dargestellten Heizpatrone versehen. LJm den nach dem Abzupfen des Drahtes von der zweiten kontaktierten Stelle mit einem kleinen Drahtabschnitt über die Mündung der Kapillare 71 vorstehenden Draht zur Bildung einer neuen Drahtkugel in der Drahtführung, insbesondere in einer Austrittsdüse 72 der Treibvorrichtung 21, festzuhalten, ist statt der Zangenvorrichtung 36 der Fig. 1 ein Drahtklemmer 73 angeordnet, der einen Klemmersitz 74 und einen Klemmerkolben 75 aufweist. Der Klemmerkolben 75 ist am einen Ende einer Kolbenstange 76 befestigt, an derem anderen Ende eine eisenlose Spule 77 angebracht ist, die im Luftspalt eines Permanentmagnets 78 liegt. Diese Ausbildung des Drahtklemmers ermöglicht ebenfalls dessen unverzögerte elektrische Steuerung.

709827/0220

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, findet eine gleiche Treibvorrichtung 21 wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 Verwendung. Einzig die Ausbildung der Austrittsdüse 72 ist der vorgesehenen Kapillare 71 angepasst und zudem mit dem Drahtklemmer 73 versehen. Eine weitere Beschreibung der übereinstimmenden Einheiten und Teile, die gleich wie in Fig. 1 bezeichnet sind, wie auch der Funktionsweise und der Vorteile des Kontaktierkopfs der Fig. 5 und 6 erübrigen sich deshalb.

Es ist ersichtlich, dass eine Umstellung von einer Kontaktierung mit Aluminiumdraht auf eine solche mit Golddraht einzig das Auswechseln der Austrittsdüse 29 bzw. 72 der Treibvorrich tung 21, das Auswechseln der Zangenvorrichtung 36 gegen den Drahtklemmer 73 und des Kontaktierwerkzeugs 26 gegen die Kapillare 71, allenfalls noch das Auswechseln des Kontaktierhorns 25 mit zugehöriger Heizpatrone bzw. zugehörigem Ultraschallwandler erforderlich macht.

In Fig. 7 ist eine Variante des Antriebs zur Einstellung der vertikalen Lage des Gehäuses 3 nach Fig. 5 dargestellt. Das nur ausschnittweise dargestellte Gehäuse 3 ist wiederum von der Führung 1, z.B. einer Gleit- oder einer Rollenführung geführt, welche in einem als Sockel dienenden Lagergehäuse 81 angeordnet ist. Auf einer auf dem Lagergehäuse 81 befestigten

709827/0220

• Vi.

Trägerplatte 82 ist ein Elektromotor 83, insbesondere ein elektrischer Schrittmotor, angeordnet, dessen Welle 84 über eine Kupplung 85 eine Gewindespindel 86 antreibt. Die Gewindespindel 86 läuft in zwei am Gehäuse 3 befestigten Nuttern 87. Eine Drehbewegung der Welle 84 des Motors 83 bewirkt demnach, dass sich das Gehäuse 3 längs seiner Führung 11 spielfrei und rüttelfrei auf- bzw. abwärts bewegt.

Die Drahtspuleneinrichtung 2 ist wegen der Lage des Motors 12 gegenüber der Ausführungsform der Fig. 5 näher zur Kapillare 71 verschoben und ebenfalls auf der Trägerplatte 82 befestigt. Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 umfasst sie die Vorratsspule 5 mit dem aufgewickelten Draht 6 und die im Balzen 7 drehbar gelagerte Rohrschleife 8, die in das Metallrohr 9 mündet, durch welches der Draht 6 der Treibvorrichtung 21 der Fig. 5 zugeführt ist.

Die in Fig. 7 dargestellte Antriebsvariante samt Anordnung der Drahtspuleneinrichtung kann ohne weiteres auch beim Kontaktierkopf für die Kontaktierung mit einem Aluminiumdraht nach Fig. 1 vorgesehen werden, da hiervon die übrigen Teile der Kontaktierköpfe nach Fig. 1 und 5 nicht betroffen werden.

709827/0220

In den Fig. 7 und 8 ist zudem die Drahtspuleneinrichtung 2 in einer Weiterausbildung dargestellt, die ebenfalls für beide Kontaktierköpfe nach Fig. 1 und 5 anwendbar ist. Es ist bereits erwähnt worden, dass die Anordnung der drehbar gelagerten Rohrschleife B zusammen mit dem entgegen der Bewegungsrichtung des Drahts B durch das Metallrohr 9 und die Rohrschleife B strömende Gas eine praktisch massefreie Drahtbremse bildet, da das aus der Rohrschleife B austretende Gas ein Reaktionsmoment erzeugt und die drehbare Rohrschleife entgegen der Bewegungsrichtung des Drahts bewegt und damit eine Erhöhung der Drahtspannung bewirkt. Diese durch den Druck des Gases steuerbare Erhöhung der Drahtspannung kann insbesondere dazu ausgenützt werden, um nach der ersten Kontaktierung durch momentanes Erhöhen der Drahtspannung die Haftfestigkeit der Schweissstelle zu überprüfen, indem bei ungenügender Haftfestigkeit der Draht von der Schweissstelle abreisst.

Es hat sich gezeigt, dass das durch das im Metallrohr 9 und der Rohrschleife 8 strömende Gas bewirkte Reaktionsmoment unter Umständen nicht ausreicht, um zur genannten Ueberprüfung der Haftfestigkeit der Schweissstelle die Drahtspannung ausreichend zu erhöhen. Gemäss Fig. 7 und B ist deshalb auf der Kapsel 10 der Drahtspuleneinrichtung 2 ein elektrischer Drehmomentmotor 91,

709827/0220

d.h. ein Elektromotor mit konstantem Drehmoment, angeordnet, an dessen Welle 92 eine Gabel 93 befestigt ist, welche die Rohrschleife 8 umgreift. Der Motor 91 ist an eine elektronische Steuereinrichtung 94 angeschlossen, die in Fig. 8 schematisch dargestellt ist und den Motor 91 jeweils unmittelbar nach der ersten Kontaktierung kurzzeitig erregt. Dadurch erfährt die Rohrschleife 8 zusätzlich zum Reaktionsmoment der Gasströmung ein Drehmoment in Richtung des Pfeiles 95 in Fig. 8, also entgegengesetzt zu dem Drehmoment, das durch den in Richtung des Pfeiles 96 bewegten Draht 6 bewirkt wird, so dass sich die Drahtspannung entsprechend erhöht.

709827/0220

Claims

Patentansprüche

Kontaktierkopf für die Herstellung einer Drahtverbindung, insbesondere einer Aluminium- oder Golddrahtverbindung, an einem Mikroschaltkreis mittels Ultraschall oder Thermokompression, mit einer gekapselten Drahtvorratsspule, mit einer Drahtführungseinrichtung und mit einem Kontaktierhorn, welches mit einem konkaven Kontaktierwerkzeug oder einer Kapillare versehen ist und welches mit Mitteln zur Zuführung von Ultraschall- oder Wärmeenergie versehen ist, wobei dem konkaven Kontaktierwerkzeug eine Zangenvorrichtung bzw. der Kapillare eine Drahtklemmvorrichtung zur Bewirkung eines Vorschubs bzw. eines Festklemmens des Drahts beim Bewegen des Kontaktierhorns zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtführungseinrichtung vollständig geschlossen ist, dass zur Einfädelung des Drahtes durch die Drahtführungseinrichtung und das konkave Kontaktierwerkzeug bzw. die Kapillare sowie zur Steuerung der Drahtspannung eine Treibvorrichtung vorhanden ist, welche in der geschlossenen Drahtführungseinrichtung einen Gasstrom erzeugt, und dass zu einer elektrodynamischen Kontaktdrucksteuerung des Kontaktierhorns und einer Steuerung der Zangenvorrichtung bzw. der Drahtklemmvorrichtung Magnetanordnungen mit einem Permanentmagnet und einer eisenlosen Spule vorgesehen sind.

709827/0220
2. Kontaktierkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sockel (1;81) vorhanden ist, welcher die gekapselte Drahtvorratsspule (5,10) trägt, sowie ein am Sockel (1;81) vertikal verschiebbares Gehäuse C3), welches das Kontaktierhorn (25), die Treibvorrichtung (21) und die Zangenvorrichtung (36) bzw. die Drahtklemmvorrichtung (73) trägt, wobei die die Drahtvorratsspule (5,10) mit der !"reibvorrichtung verbindende Drahtführungseinrichtung ein elastisches Metallrohr (9) für den Draht (B) enthält.
3. Kontaktierkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (1) eine Gleit- oder Rollenführung (11) für das Gehäuse (3) aufweist, und dass am Sockel (1) ein von einem Elektro motor (12), z.B. einem Schrittmotor, angetriebenes, spiralförmig verlaufendes und senkrecht zur Spiralebene drehbares Führungsband (16) angeordnet ist, an welches beidseitig je eines von zwei Führungselementen (17,18), z.B. Rollen, welche am Gehäuse (3) gelagert sind, anliegen.
4. Kontaktierkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel (81) eine Gleit- oder Rollenführung (11) für das Gehäuse (3) aufweist, und dass am Sockel (81) eine von einem Elektromotor (83), z.B. einem Schrittmotor angetriebene Gewindespindel (86) angeordnet ist, welche in am Gehäuse (3) befestigten Muttern (87) läuft.

709827/0220

.3.
5. Kontaktierkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abwickeln des Drahts (6) von der Drahtvorratsspule (5) eine sich über die Spule hinaus erstreckende Rohrschleife (8) vorgesehen ist, die in der Achse der Spule (5] drehbar gelagert ist und in deren ausserhalb der Spule liegende Oeffnung der von der Spule abzuwickelnde Draht (B) eingeführt ist.
B. Kontaktierkopf nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Metallrohr (9) in der Achse der Drahtvorratsspule (5) mit der anderen Oeffnung der Rohrschleife (B) in Verbindung steht.
7. Kontaktierkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrschleife (8) in einer drehbaren Gabel (93) geführt ist, welche an der zur Drehachse der Rohrschleife (8) koaxialen Welle eines Drehmomentmotors (91) befestigt ist, der an eine elektronische Steuereinrichtung (94) angeschlossen ist, derart, dass durch Erregung des Drehmomentmotors (91) auf die Rohrschleife (8) ein Gegendrehmoment ausgeübt wird, welches die Drahtspannung zur Prüfung der Haftfähigkeit der hergestellten Drahtverbindung erhöht.

709827/0220
8. Kontaktierkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibvorrichtung (21) eine Kammer (61] mit einem Eintrittskanal (22) zur Zuführung eines Gases enthält, das wahlweise einen höheren oder niedrigeren Druck hat, eine von einem Kammerteil und einem mit der Drahtvorratsspule (5) in Verbindung stehendem Drahtführungsrohr (9) gebildete Ringdüse (62), an welche sich ein Mischrohr (63) anschliesst, sowie einen an das Mischrohr (63) angeschlossenen Diffusor (64), der mit mindestens einer durch ein Ventil (66) verschliessbaren Oeffnung (65) versehen ist.
9. Kontaktierkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierhorn (25) an einer am Gehäuse (3) schwenkbar gelagerten Aufhängevorrichtung (30) befestigt ist, die mit einer in einen Luftspalt eines Permanentmagnets (33) tauchenden, elektrischen, eisenlosen Spule (32) versehen ist, um durch den Stromfluss in der Spule (32) den Druck des Kontaktierhorns (25) zu steuern.
10. Kontaktierkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zangenvorrichtung (36) eine langgestreckte Zange (37) enthält, mit Backen (38), zwischen welchen das Kontaktierhorn (25) verläuft, mit Backenenden (39) zum Greifen des aus der Treibvorrichtung (21) austretenden Drahtes, und mit Schenkeln (41),

709827/0220

zwischen welchen eine Aufhängevorrichtung (30) für das Kontaktierhorn (25) verläuft, wobei zum Bewegen der Zange (37] in ihrer Längsrichtung das die beiden Schenkel (41) vereinigende Zangenende mit einer elektrischen, eisenlosen Spule (43) versehen ist, die in einen Luftspalt eines Permanentmagnets (43) taucht, und zum Bewegen mindestens einer Backe (38) quer zur Zange eine weitere elektrische, eisenlose Spule (56), die in einem Luftspalt eines Permanentmagnets (BO) liegt, mit dieser Backe kraftschlüssig verbunden ist.
11. Kontaktierkopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Zangenende mittels einer sich quer zur Zange (37) erstreckenden Flachfeder (45) beweglich aufgehängt ist.
12. Kontaktierkopf nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine am anderen Zangenende angeordnete Zangenführung (47) eine beidseitige Walzseitenfuhrung (48,49) der beiden Backen (38) und eine vertikale Führung der einen der beiden Backen (38) umfasst, wobei die eine Wälzseitenführung (48) fest und die andere (49) quer zur Zange (37) beweglich ist und mit der genannten Spule (56) verbunden ist.

709827/0220

265U71

'Φ,
13. Kontaktierkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

die Drahtklemmvorrichtung (73) einen Klemmersitz (74) und einen Klemmerkalben (75) umfasst, die an einer Austrittsdüse (72)
der Treibvorrichtung (21) angeordnet sind, wobei eine mit dem
Klemmerkolben (74) verbundene Kolbenstange (7B) eine elektrische, eisenlose Spule (77) trägt, die in einen Luftspalt eines Permanentmagnets (78) taucht.

709827/0220