DE3149236C2

DE3149236C2 - Schweißwerkzeug

Info

Publication number: DE3149236C2
Application number: DE19813149236
Authority: DE
Inventors: Michel Peseux Cattin; Jean-Philippe Les Geneveys-sur-Coffrane Lebet; Leonardo Buttes Peterle; Daniel La Chaux-de-Fonds Robert
Original assignee: Farco SA
Current assignee: Farco SA
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2001-12-12
Also published as: DE3149236A1; CH639306A5; FR2496519A1; FR2496519B1

Abstract

Mit der Erfindung wird ein Schweißwerkzeug zur Verfügung gestellt, das einen Körper (20) aufweist, der aus kleinen Säulen (1, 2, 3 und 4) aus leitfähigem Material ausgebildet ist, zwischen deren Enden in auswechselbarer Weise wenigstens zwei Thermoden (5) befestigt sind. Die Thermoden (5), die aufgrund des Joule-Effekts erhitzt werden können, sind aus einer ebenen Platte hergestellt und in der Weise angebracht, daß sie mit ihrem Rand in Kontakt mit zu verschweißenden Elementen kommen. Die kleinen Säulen (1, 2, 3 und 4), die auf einer jeweiligen Diagonale des Querschnitts des Werkzeugkörpers angeordnet sind, sind aus einem Stück ausgebildet und durch ein Verbindungselement (12) miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schweißwerkzeug, und zwar insbesondere ein Schweißwerkzeug zur Erhitzung aufgrund des Joule-Effekts und das besonders dazu geeignet ist, die Gesamtheit der Verbindungslaschen bzw. -teile eines Mikroplättchens, das eine oder mehrere integrierte Schaltungen aufweist, mit den Enden von entsprechenden Leiterbahnen einer Unterlage zu verschweißen.
Diese Art der Schweißvorgänge wird allgemein in der Weise durchgeführt, daß man zunächst das Mikroplättchen in der Weise über der Unterlage anordnet, daß das Ende der Verbindungslasche des ersteren mit denen der Leiterbahnen der letzteren übereinstimmen, wobei die Enden der Verbindungslaschen und/oder der Leiterbahnen mit einem geeigneten Schweißmaterial verkleidet wird. Daraufhin wird ein Schweißwerkzeug, das an seinem Ende mit einem Erhitzungsorgan oder einer sogenannten Thermode versehen ist, in der Weise gesenkt, daß die Verbindungslaschen des Mikroplättchens durch Druck mit den Enden der Leiterbahnen der Unterlage in Kontakt gehalten werden. Danach wird die Thermode mit Strom hoher Intensität gespeist. Die von der Thermode abgegebene Wärme bewirkt das Schmelzen des Schweißmaterials, das sich wieder verfestigt, wenn die Stromversorgung der Thermode abgeschaltet wird. Dann wird das Schweißwerkzeug wieder angehoben.
Die derzeit zum Ausführen solcher Schweißvorgänge verwendeten Thermoden werden aus einem Material von sehr geringem spezifischen Widerstand und sehr geringer Wärmeträgheit hergestellt, so daß Erhitzungsperioden ermöglicht werden, die sowohl sehr schnell als auch sehr genau sind.
Zum Beispiel wird die Thermode, die in der FR-PS 23 88 626 beschrieben ist, sowie diejenige, die in der EU-PS 0 011 046 offenbart ist, dadurch aus einem Metallband aus Tantal oder Molybdän erhalten, indem man sie daraus ausschneidet, biegt und evtl. tiefzieht, preßt o. dgl. Sie kann auch in Form eines einstückigen Rahmens ausgebildet sein, der das zu schweißende Mikroplättchen umgibt und durch seitliche Flansche mit einem Paar von kleinen Säulen aus leitendem Metall verbunden ist, welche ihrerseits mittels eines isolierenden Streifens getrennt und je mit einem der Pole eines Stromerzeugers bzw. einer Stromquelle verbunden sind.
Abgesehen von der relativ komplizierten Herstellung und der Unmöglichkeit, einen Teil der Thermode im Falle eines Fehlers, Ausfalls, Versagens o. dgl. zu ersetzen, ist die von dem Rahmen zwischen den seitlichen Flanschen gebildete elektrische Schaltung notwendigerweise kompliziert. Außerdem ist es schwierig, eine gleichförmige Verteilung der Temperatur auf der gesamten Kontaktfläche der Thermode mit den zu verschweißenden Elementen zu erzielen.
Darüber hinaus ist das Ausmaß dieser Oberfläche selbst groß. Diese Oberfläche wird von der einen Seite des Metallbandes her, aus dem die Thermode gezogen worden ist, erhalten. Um nun die Verteilung der Temperaturen auf dem Niveau der zu verschweißenden Elemente besser zu steuern, um die Energie zu beschränken, die zum gleichzeitigen Erhitzen einer immer noch sehr wesentlichen Anzahl von Verbindungslaschen des gleichen Mikroplättchen nach der Montage auf der Unterlage zu beschränken, ist es wichtig, die Kontaktfläche der Thermode mit den zu verschweißenden Elementen maximal zu reduzieren. Diese Reduzierung läßt sich im Falle der Thermoden nach den oben angegebenen Patentschriften nicht erzielen, es sei denn, auf Kosten einer Schwächung der Breite und infolgedessen des mechanischen Widerstands des unteren Teils des Rahmens, was wiederum eine schlechte Kontrolle bzw. Steuerung des Drucks der Thermode im Augenblick des Schweißens zur Folge hat.
Infolgedessen soll mit der Erfindung ein Schweißwerkzeug zur Verfügung gestellt werden, dessen Herstellung sehr einfach ist, das teilweise ersetzt werden kann, das außerdem eine genaue Kontrolle bzw. Steuerung der Verteilung der Temperaturen und der Kontaktdrücke ermöglicht, und durch das die Kontaktfläche mit den zu verschweißenden Elementen minimal ist, ohne daß der mechanische Widerstand des Aufbaus beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe sowie andere Vorteile, die sich aus der nachfolgenden Beschreibung entnehmen lassen, werden dadurch verwirklicht, daß das Schweißwerkzeug mit einzelnen, auswechselbaren Thermoden versehen wird, die am Ende der kleinen Säulen befestigt sind. Dadurch wird es insbesondere ermöglicht, Thermoden von einfacher geometrischer Form zu verwenden, in denen der Stromverlauf leicht steuerbar bzw. kontrollierbar ist, und die durch einen einfachen Schneid- oder Stanzvorgang aus einer Metallplatte hergestellt werden können. Mit einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die so erhaltenen Thermoden in der Weise befestigt, daß ihre Oberfläche, die in Kontakt mit den zu verschweißenden Elementen, von der Schnittfläche dieser Metallplatte gebildet wird, was ihnen einen sehr guten Widerstand gegen Biegung, Durchfederung, Rückfederung o. dgl. verleiht.
Die Erfindung ist nachstehend zu ihrem besseren Verständnis anhand einer in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer speziellen Ausführungsform eines Werkzeugs nach der Erfindung; und
Fig. 2 eine Ansicht, die den Zusammenbau der kleinen Säulen des Werkzeugs der Fig. 1 veranschaulicht, wobei die einzelnen Teile desselben im auseinandergezogenen Zustand dargestellt sind.
Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist das Schweißwerkzeug gemäß einer seiner bevorzugten Ausführungsformen durch Zusammenbau von vier kleinen Säulen 1, 2, 3 und 4 aus vergoldetem Messing ausgebildet, die in der Weise parallel angeordnet sind, daß sie einen Körper 20 von quadratischem oder insgesamt rechteckigen Querschnitt bilden, wobei jede Ecke dieses Querschnitts von einer kleinen Säule eingenommen wird. Vorzugsweise besitzen die kleinen Säulen einen quadratischen Querschnitt.
Zwischen den unteren äußersten Enden von zwei aufeinanderfolgenden bzw. nebeneinander angeordneten kleinen Säulen ist jeweils eine Thermode 5 befestigt. Diese Montage ist mittels jeweils einer Schraube 6 durchgeführt, wodurch ein leichter Austausch der einzelnen Thermoden ermöglicht wird. Die Thermoden 5 sind aus einer ebenen Platte ausgebildet und in der Weise vorgesehen, daß sie mit der Schnittfläche 7 dieser Platte in Kontakt mit zu schweißenden Elementen kommen. Sie haben im allgemeinen die Form eines U, wobei die äußeren Enden 8, 9 der Schenkel dieses U verbreitert sind, damit ein guter elektrischer Kontakt mit den Enden der entsprechenden kleinen Säulen hergestellt wird. Im Gegensatz hierzu ist die Breite des Teils 10 des U, welcher die Schenkel verbindet, und dessen Basis 11 in Kontakt mit den zu schweißenden Elementen kommt, verringert, damit eine stärkere Erhitzung in diesem Bereich ermöglicht wird.
Zur Stromversorgung der auf diese Weise montierten vier Thermoden 5 genügt es, die beiden kleinen Säulen 1, 3, welche auf der gleichen Diagonale des Querschnitts des Werkzeugkörpers angeordnet sind, mit dem einen Pol eines Stromerzeugers zu verbinden, während die beiden anderen kleinen Säulen 2, 4 mit dem anderen Pol verbunden werden.
Vorzugsweise, und wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die kleinen Säulen, die jeweils auf der gleichen Diagonalen liegen, mit einem Verbindungselement 12 aus einem Stück hergestellt, so daß auf diese Weise ein H- förmiger Aufbau entsteht. Das Verbindungselement 12 ist näher an dem einen Ende jeder kleinen Säule als am anderen vorgesehen, so daß, wie man leicht sehen kann, die beiden H-förmigen Bauteile 13, 14 zur Ausbildung des Werkzeugkörpers ineinandergefügt werden können. Die einander gegenüberliegenden inneren Kanten der Teile der kleinen Säulen jedes H-förmigen Bauteils, die miteinander in Eingriff kommen, sind bei 15 abgefräst bzw. -geschrägt, damit das Verbindungselement 12 des jeweils anderen H-förmigen Bauteils ohne Berührung dazwischen hindurchgehen kann.
An jedem Ende des Werkzeugkörpers sind kreuzförmige Verstrebungen 16, 17 zwischen den Enden der kleinen Säulen montiert, und außerdem ist eine in der Form fast gleiche, vorzugsweise ebenfalls kreuzförmige Verstrebung 18 zwischen den Verbindungselementen 12 vorgesehen. Die Verstrebungen sind elektrisch isolierende Teile und vorzugsweise aus eloxiertem Aluminium ausgebildet.
Der Zusammenbau der auf diese Weise ausgebildeten H- förmigen Bauteile 13 und 14 und der Verstrebungen 16, 17 und 18 wird mittels eines isolierenden Zweikomponenten-Klebstoffs durchgeführt, wobei dieser Klebstoff die Durchgänge bzw. Zwischenräume, die zwischen unterschiedlichen Bauteilen übrig bleiben, ausfüllt, wie auch die beiden Öffnungen 19, die aus Fig. 1 ersichtlich sind und auf jeder Seite des Werkzeugs auf dem Niveau der Verbindungselemente 12 gezeigt sind.
Es genügt daher, jeweils die eine der kleinen Säulen jedes H-förmigen Bauteils mit dem einen Pol eines Stromerzeugers bzw. einer Stromquelle zu verbinden, z. B. mittels Anschlußteilen, die an dem oberen Teil des Schweißwerkzeugs angeschraubt sind.
So kann z. B. die Form des Werkzeugkörpers und die Anordnung der Thermoden einfach an jede spezielle Geometrie der Verbindungs- bzw. Anschlußlaschen des Mikroplättchens und der Leiterbahnen des zu montierenden Substrats angepaßt werden.

Claims

1. Schweißwerkzeug, dessen Werkzeugkörper von wenigstens zwei kleinen Säulen aus leitfähigem Material gebildet ist, die nebeneinander angeordnet sowie elektrisch voneinander isoliert sind, und zwischen deren Enden eine erste Thermode aus Material von geringem spezifischem Widerstand und Wärmeleitwiderstand bzw. aus thermisch inertem Material entfernbar montiert ist, die aufgrund des Jouleeffekts erhitzbar ist, wenn das andere Ende jeder kleinen Säule mit einem der Pole einer Stromquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißwerkzeug wenigstens eine zweite entfern- bzw. auswechselbare Thermode (5) aufweist, die in der Nähe der ersten Thermode (5) angebracht ist, und daß die Thermoden (6) aus einer ebenen Platte ausgebildet und in der Weise angebracht sind, daß sie mittels der Schnittfläche (7) der Platte mit den zu schweißenden Elementen in Kontakt kommen.

2. Schweißwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoden (5) U-förmig sind, wobei die freien Enden (8, 9) der Schenkel des U eine größere Breite haben und je mit einer kleinen Säule (1-4) verbunden sind, und daß die Basis (11) des Teils, der die Schenkel verbindet, so vorgesehen ist, daß sie in Kontakt mit den zu schweißenden Teilen kommt.

3. Schweißwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Teils (10) der U-förmigen Thermode der die Schenkel verbindet, kleiner als die Breite der freien Enden (8, 9) dieser Schenkel ist.

4. Schweißwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es vier kleine Säulen (1-4) aufweist, die in der Weise angeordnet sind, daß sie einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt bilden, bzw. mindestens teilweise begrenzen, wobei jede Ecke dieses Querschnitts von einer kleinen Säule (1-4) gebildet wird, und daß die Enden von zwei aufeinanderfolgenden bzw. nebeneinander angeordneten kleinen Säulen (1-4) jeweils durch eine Thermode (5) verbunden sind, und daß die auf der gleichen Diagonale liegenden kleinen Säulen (1, 3; 2, 4) elektrisch miteinander verbunden sind.

5. Schweißwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der gleichen Diagonale angeordneten kleinen Säulen (1, 3; 2, 4) und das zu ihrer elektrischen Verbindung vorgesehene Verbindungselement (12) in einem Stück und aus elektrisch leitendem Material ausgebildet sind.

6. Schweißwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der kleinen Säulen (1, 3; 2, 4) mit seinem Verbindungselement (12) ein H-förmiges Bauteil (13, 14) bildet.

7. Schweißwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbindungselement (12) jedes H-förmigen Bauteils (13, 14) näher an den einen Enden der kleinen Säulen (1, 3; 2, 4) als an den anderen Enden angeordnet ist, und daß die Bauteile (13, 14) zur Ausbildung des Werkzeugkörpers (20) ineinandergefügt sind.

8. Schweißwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß kreuzförmige isolierende Verstrebungen (16-18) an jedem Ende des Werkzeugkörpers (20) wie auch zwischen den jeweiligen Verbindungselementen (12) der H-förmigen Bauteile (13, 14) angeordnet sind.