DE3223910A1

DE3223910A1 - Vorrichtung und verfahren zur uebertragung von klebermengen fuer die bestueckung von leiterplatten mit chip-bauelementen

Info

Publication number: DE3223910A1
Application number: DE19823223910
Authority: DE
Inventors: Rolf 7211 Villingendorf Erb; Hermann 7730 Villingen-Schwenningen Hirt
Original assignee: Schwarzwalder Elektronik Werke GmbH
Current assignee: Schwarzwalder Elektronik Werke GmbH
Priority date: 1982-06-26
Filing date: 1982-06-26
Publication date: 1983-12-29

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Übertragung von
Klebermengen für die Bestückung von Leiterplatten mit chip-Bauelementen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3.
Stand der Technik Die elektronischen Bauteile wurden in letzter 7eit weiter verkleinert. Es kommen nunmehr Mikro-Bauelemente, sogenannte Chip-Bauelemente, zum Finsatz.
Wegen ihrer geringen Größe sind sie für manuelle Bestückung nicht geeignet. Sie werden nach modernen Verfahren mittels automatischer Maschinen höchst präzise plaziert. Dazu war es notwendig Verfahren für das Aufbringen oder Übertragen sehr kleiner Klebermengen zu entwickeln, die die plazierten Flach- oder Rund-Chips bis zum Anschließen und Befestigen z.B. durch löten in ihrer exakten Position festhalten. Bei der sogenannten Simultan-Bestückung, für die es entsprechende Maschinen STitJt, entstand das Problem ebenfalls zuvor eine entsprechende große Anzahl von Klebepunkten mit gr2ter Genauigkeit gleichzeitig aufzubringen.
Es wurden Verfahren bekannt, die nach dem Siebdruck oder aber mittels Stift-Eintauch-Technik arbeiten. Beim Siebdruck ist zwar eine gute Dosierbarkeit gegeben. Es ist aber nicht möglich solche Leiterplatten zu bedrucken, die vorher automatisch mit. axialen oder radialen Bauteilen vorbestückt sind. Das Stift-Eintauch-Verfahren macht letzters zwar möglich, jedoch ist die Dosierbarkeit der Klebermengen bislang unbefriedigend. Aus der EP-OS 00 49 451 wurde ein solches Verfahren und eine dazu verwendete Vorrichtung bekannt. Die Kleberpunkte werden von einer entsprechenden Anzahl von Stiften übertragen, die in einem entsprechenden Muster senkrecht hängend in einer horizontalen Halteplatte befestigt sind. Diese Halteplatte mit den gleichlangen Stiften wird über einer Wanne mit. Kleber bis zum Eintauchen der Stiftenden geführt. Die beim Hochheben mitgenommenen Klebermengen wurden anschließend gleichzeit auf ein Platine getupft. Dabei zeigte es sich, d.3ß es nicht möglich ist, durch nach jedem Fintanchen durchgeführtes Rakeln und gelegentliches Nachfüllen iies Klebers in der Wanne die erforderliche Gleichmäßigkeit bei dcr Übertragung der Klebermenge zu erzielen.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zu grunde, Vorrichtung und das diese anwendende Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Dosierung gleichmäßig oder auch, wo gewünscht, abweichend möglich ist und daß eine Kleberübertragung auch auf vorbestückte Leiterplatten mit gleicher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe bringt eine Vorrichtung nach dem Kennzeichen des ersten Anspruchs und einem diese Vorrichtung anwendenden Verfahren gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 3.
Weitere Einzelheiten der Vorrichtung sind den Ansprüchen 2 u. 4 zu entnehmen wie auch der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an hand der Zeichnung.
Die Lösung sieht vor, die zylindrischen Stifte duIch entsprechende Bohrungen einer Führungsplatte führen. Die Führungsplatte kann in ihrem parallelen Abstand zur Haltepldtte derart verändert werden, daß die Enden der Stifte in den Bohrungen einen geringen Weg an den Mündungen zurücktreten. Dieser Weg Läßt sich zur Dosierung des Klebers variieren. Nach dem Tauchvorgang, also dem Benetzen der Enden der Stifte mit Kleber, hebt man die Einheit bestehend aus Halteplatte, Stiften und Führungsplatte etwas hoch und vergrößert dann den Abstand zwischen Halteplatte und Führungsplatte derart, daß die Enden der Stifte mit dem an ihnen haftenden Kleber von den Mündungen der Bohrungen einen ermittalten geringen Betrag zurücktreten und so den entstahenden Raum von dem t$n ile jedes Stiftes bis zur Bohrungsmündung mit Kleber füllen. Eine entsprechend ausgebildete Rakel nimmt überstehenden Kleber anschließend weg.
Wenn nun die Stifte wieder abgesenkt werden unter Verkleinerung des Abstandes von Halteplatte und Führungsplatte, dann tragen ihre Enden genau dosierte Klebermengen. Diese kleinen Tröpfchen werden bei Annäherung der Enden der Stifte zu der Oberfläche der Leiterplatte dorthin übertragen, indem sie sich dann von den Stiften lösen. Wenn die Durchmesser der Stifte und ihre dazugehörigen Bohrungen voneinander abweichend ausgeführt werden, kann eine entsprechend größere oder auch kleinere Klebermenge an gewünschten Stellen gleichzeitig übertragen werden Vorteilhafterweise besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung und das dieselbe verwendende Verfahren die gewünschte Eigenschaft der exakten Dosierbarkeit sowie die geforderte tsleberübertragungseigenschaft für vorbestückte Leiterplatten.
Beschreibung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an hand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt in vertikal geschnittenen Seitenansichten die wichtigsten Teile der Vorrichtung sowie die Verfahrensschritte: Figur 1 Eintauchen der Stifte in die Wanne; Figur 2 Hochziehen der Stifte in die Eührungsplatte hinein; Figur 3 Abrakeln der Unterkante der Führungsplatte; Figur 4 Positionieren der Führungsplatte mit den Stiften in exakter Position über einer teilvorbestückten Leiterplatte oder - Schaltungsträger; Figur 5 Absenken der Stifte, deren Enden Klebermengen tragen bis dicht über die Oberfläche der Leiterplatte; Figur 6 Übertragung des Klebers durch Hochheben der-Stifte; Grundsätzlich ist vorauszuschicken, daß es verschiedene Kleber mit unterschiedlichen Eigenschaften für die Befestigung von Chip-Bauelementen gibt, die hinsichtlich ihrer Viskosität, Haftfähigkeit, Fließfähigkeit und Aushärtbarkeit voneinander abweichen. Als vordei@haft hat sich ein durch kurrzzeitige UV-Bestrahlung aushärtbrlrcr Kleber erwiesen, der zuvor relativ geringe Viskosität aufweist, um so an den Stiften für die Übertragung gerade genügend bei Eintauchen zu haften. Der Kleber soll sich dann möglichst vollständig ablösen und auf der betupften Leiterplatte als Tröpfchen vor der Chip-Bestückung nicht zu sehr zerfließen, dann das Ehip-Bauelement an seinen Auflageflächen etwas umgeben, um bei der Aushärtung, die möglichst schnell gehen soll, das Bauelement genügend sicher zu halten. Die Leiterplatten müssen nämlich anschließend für den Lötvorgang umgekehrt werden und es dürfen dabei keine Bauelemente abfallen In einer nicht dargestellten Halteplatte sind eine Reihe von Stiften unterschiedlichen Durchmessers befestigt, beispielsweise die Stifte 4 und 5, in einer Führungsplatte 1 in entsprechenden Bohrungen geführt und in Figur 1 bereits in die Klebermasse 3 innerhalb der Wanne 2 eingetaucht. Die Eintauchtiefe kann bis zu 10 mm sein.
Die samt Halteplatte hochgezogenen Stifte 4,5 nehmen von kleine Mengen 7 Kleber mit, die die bei 7urückziehen der Stifte 4,5 entstehenden Zylindlischen Hohlräume am unteren Ende der Bohrungen ausfüllen, wie es in Figur 2 dargestellt ist.
Die Figur 3 zeigt eine Fakelklinge oder ein Rakelblatt 9 einer Rakelvorrichtung, die die Unterseite der Führungsplatte 1 abrakeit und so nur die definierten Mengen 7 des Klebers in den Hohlräumen zurückläßt und dadurch die Klebermengen 7 wie gewünscht dosiert.
Auf nicht dargestellte Weise sorgt eine mechanische Schwenkeinrichtung dafür, daß die Halteplatte mit den Stiften 4,5 und der Führungsplatte 1 über einer Leiterplatte oder anderer Schaltungsträger G, die mit Bauteilen 8 vorbestückt ist und auf einer nicht gezeigten Auflage ruht, in genaue Position gelangt, wie in Figur 4 angedeutet. Bei dem nachfolgenden Absenken der Stifte 4,5 samt der Halteplatte durch die Bohrungen der Führungsplatte 1, werden die Klebermengen 7 aus den unteren Enden der Bohrungen mitgenommen. Wenn sich die Enden der Stifte 4,5 etwa auf 0,5 mm an die Oberfläche der Leiterplatte 6 genähert haben, überträgt sich der Kleber und haftet und zerfließt etwas auf der Oberfläche der Leiterplatte 6 an den gewünschten Stellen, wie es Figur 5 darstellt.
Wenn die Stifte 4,5 anschließend hochbewegt werden, lösen sich die Klebermengen 7 von ihren Enden weitgehend, wie das in Figur 6 angedeutet ist, und die Leiterplatte 6 kann der nachfolgenden Bestückungsstation einer automatischen Simultan-Bestückungsmaschine zugeleitet werden.
Wenn der Kleber optimal vorgewählt ist, verbleiben nur geringste Mengen von Kleber an den Enden dei Stifte 4,5 und bauen sich nach wiederholten Arbeitsvergängen auch nicht auf. Sollte das trotzdem geschehen, kann ein gelegentliches Abrakeln in einer mit der Unterseite der Führungsplatte 1 fluchtenden Position Abhilfe bringen.
Es gibt Ehip-Bauelemente unterschiedlicher Dimensionen, die auf einer Leiterplatte eingesetzt werden können. Das hängt von den schaltungstechnischen Erfordernissen ab. Deshalb kann es notwendig sein, die Klebermengen für die einzelnen Stellen entsprechend variieren zu können. Das läßt sich nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisieren, daß Stifte und Bohrungen unterschiedlicher Abmessungen an bestimmten Stellen eingesezt werden.
Die Stifte 4 und 5 sind dafür beispielhaft. Auf diese Weise ist es möglich, die Klebermengen 7 selektiv zu dosieren.
Es ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung, die gedruckte leiterplatte durch einen anderen Aufbau zu ersetzen. Die Schaltung in Form von Leiterbahnen kann auf einer flexiblen Fnlie oder auch einem Folienüberzug auf anderem Trägermaterial, auch leitendem, vorgesehen sein. Auch dann ist das Verfuhren urid die dafür geeignete Vorrichtung mit gleichem Vorteil einsetzbar.
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Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Übertragung von Klebermengenzur Befestigung von elektronischen Mikro-Bauelementen zylindrischer oder quaderförmiger Form, sogenannte Chip-Bauelemente, auf der kupferkaschierten Seite einer gedruckten Leiterplatte oder Schaltkarte vor einem nachfolgenden Lötvorgang, wobei diese Vorrichtung an einer horizontalen Halteplatte befestigt eine Anzahl zylindrischer, paralleler Stifte gleicher Länge vertikal nach unten aufweist und eine exakt positionierbare Auflage. für eine Leiterplatte besitzt und mit einer Führungs- und Schwenkcinrichtung für die Halteplatte ausgestattet ist, welche es erlaubt, diese über eine Wdnne mit Kleber zu bringen, dort bis zum Tauchkontakt der Enden der Stifte abzusenken, wieder anzuheben und über der Auflage mit einer 1 Leiterplatte in eine genau definierte Position zu bringen, dort zur Kleberübertragung auf die I eiterplatte abzusenken und anschließend wieder anzuheben, d a d u r c h g e k e e n n z e i c h n e t , daß parallel beweglich zur Halteplatte eine Führungsplatte (1) mit Bohrungen für alle Stifte (4,5) vulgeschen ist, die so dimensiert sind, das sie diese parallels Bewegung relativ zur Halteplatte ge-Statten und auf diese Weise die Stifte (4,5) hi ZU einer einstellbaren Position hochbewegt werden können, in welcher die Enden der Stifte (4,5) einen bestimmten Weg von der Mündung jeder Bohrung zurücktreten und dadurch an den Enden der Stifte (4,5) nach dem Eintauchen in die Wanne (2) mitgenommenen Kleber (7) in diese zylindrischen Räume füllen, und daß schließlich eine Rakeleinrichtung (9) vorgesehen ist, die die Unterseite der Führungsplatte (1) überstreichen kann und so den Kleber (7) für jeden Stift genau dosiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die an der Halteplatte befestigten Stifte (4,5) untereinander abweichende Durchmesser besitzen und die Bohrungen in der Führungsplatte (1) entsprechend ausgebildet sind, um so eine von der Größe des jeweiligen Chip-Bauelementes, das an einer bestimmten Stelle auf der Leiterplatte gehalten werden soll, abhängige Klebermenge (7) zu übertragen.
3. Verfahren zur Anwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h nachfolgende Kombination der Schritte A. Nach dem Eintauchen der Enden der Stifte (4,5) in die Wanne (2) mit dem Kleber (3) bis zu einer Tiefe von 10 mm werden diese mittels der Halteplatte wieder hochgehoben und B. nun wird die Führungsplatte (1) soweit nach unten abgesenkt oder die Halteplatte mit den Stiften soweit zur Vergrößerung des parallelen Abstands zwischen beiden Platten angehoben, bis die Stifte (4,5) in die Bohrungen zurückgezogen sind, wobei der Weg, um den die Stifte (4,5) von der Bohrungsmündung zurücktreten, die Klebermenge (7) dosiert, die C. nach dem Abrakeln in den Bohrungen vor den Enden der Stifte (4,5) verbleiben.

0. Anschließend wird die Einheit von Halteplatte, Stiften (4,5) und Führungsplatte 113 über eine mit Kleber (3) zu betupferde Leiterplatte (6) geschwenkt , die auf ihrer Auflage bereitliegt.

E. Die Halteplatte wird rnit den Stiften abgesenkt und gleichzeitig oder vorzeitig wird die ührungsplatte wieder näher an die Halteplatte bewegt, um so oder Stifte (4,5) herqustrelen 711 lassen unter Mitnahme der jeweiligen Klebermenge (7), die an ihrer Enden hartet, his die @@nden der Stifte (4,5) weniger als 2 @@ von der @berfläche der Leiteiplette (6) entf@@nl sind.

F. Die Klebertropfen an den winden der Stifte berühren die gewünschten Stellen der Leiterplattenoberfläche, haften an ihr und lösen sich als Tröpfchen von den Enden der Stifte (4,5).

G. Danach wird die Einheit bestehend aus Halteplatten, Stiften (4,5) und Führungsplatte (1) wieder angehoben in eine Ausgangsposition für einen neuen Verfahrenszyklus.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß in Abhängigkeit von dem für den verwendeten Kleber (3) notwendigen Aushärteverfahren ein gelegentliches zusätzliches Abrakeln der Unterseite der Führungsplatte (1) durchgeführt wird, wobei die Enden der Stifte (4,5) mit dieser fluchten müssen.