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Vorrichtung zum doppel#eitigen Belichten von Leiter-
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platten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum doppelseitigen
Belichten von Leiterplatten mittels Kontaktkopie gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Bei den mit der Vorrichtung der eingangs genannten Art per Kontaktkopie
zu behandelnden Leiterplatten handelt es sich um Bauelemente für elektrische bzw.
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elektronische Geräte, wobei die Leiterplatte den Träger für die Strompfade
bildet und für die zur Gesamtschaltung gehörenden elektrischen bzw. elektronischen
Elemente. Für den Verlauf der Strompfade werden dabei beide Flächen der Leiterplatte
ausgenutzt, wobei für die erforderlichen Verbindungen der Strompfade auf der einen
Seite zur anderen Seite die Platte an den betreffenden Stellen entsprechend gelocht
ist. Dabei ist es bereits bekannt, die Leiterplatten aus elektrisch isolierendem
Material mit leitfähigem Material zu beschichten und diese Beschichtungen mit einer
lichtempfindlichen Schicht, dem sogenannten RESIST abzudecken, um den Strompfadverlauf
durch Kontaktkopie einer entsprechend transparenten Vorlage auf fotographischem
Wege zu erzeugen. Nach entsprechender Entwicklung wird dann die Leiterplatte einem
Ätzvorgang unterzogen, wobei die auf fotographischem Wege gewonnenen Strompfade
stehenbleiben. Diese Behandlungsart
wird bisher auf handelsüblichen
Kontaktkopiergeräten ausgeführt, die eine Belichtung von oben und unten in bezug
auf eine transparente Auflageplatte zulassen. Dabei müssen nach wie vor auf der
Auflageglaspiatte die eine Vorlage, dann die Leiterplatte und dann die weitere Vorlage
und schließlich eine ebenfalls transparente Vakuumfolie übereinandergeschichtet
und dann schließlich ein Vakuum angelegt werden, um gleichzeitig von beiden Seiten
die Belichtung durchführen zu können. In Rücksicht auf die relativ großen Stückzahlen
solcher auf diese Weise zu behandelnden Leiterplatten hat man schon versucht, diesen
Prozeß zu automatisieren, was aber zu einem beträchtlichen Geräteaufwand führt,
weil man dafür auf die gleichzeitige Doppelbelichtung von oben und unten verzichtete
und zwei Kontaktkopiergeräte nebeneinanderstellte und dabei im ersten Kontaktkopiergerät
die eine Seite und dann im zweiten Kontaktkopiergerät unter Wendung der Leiterplatte
die zweite Belichtung durchführte. Abgesehen von der Notwendigkeit des Einsatzes
zweier nebeneinander angeordneter Kontaktkopiergeräte verlangt eine solche Einrichtung
entsprechende Transporteinrichtungen, die die noch nicht belichteten Leiterplatten
aus dem Vorratsstapel entnehmen und in das erste Kontaktkopiergerät einbringen,
dann unter Wendung der zunächst nur einseitig belichteten Leiterplatte, diese in
das zweite Kontaktkopiergerät übertragen und die schließlich die
fertig
belichtete Leiterpiatte wieder in einem Stapel mit fertig belichteten Leiterplatten
ablegen.
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Ausgehend von einem Kontaktkopiergerät der eingangs genannten Art,
das also eine gleichzeitige Belichtung der Leiterplatte von oben und unten zuläßt,
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese dahingehend zu verbessern, daß auch
mit einer solchen Vorrichtung der Durchlauf der Leiterplatten automatisch durchgeführt
werden kann.
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Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
nach der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches genannten Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich nach den Unteransprüchen.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Lösung ist also im Kontaktkopiergerät
keine stationäre Glasplatte mehr als Auflage für den vorerwähnten Schichtaufbau
vorhanden, sondern der Träger ist als im Vorrichtungsgestell parallel spreizbarer
Doppelrahmen ausgebildet, in den das belichtungsfertig vorbereitete Paket aus Transparentplatte,
Vorlage, Leiterplatte, Vorlage und weiterer Transparentplatte insgesamt eingelegt
wird, wonach der Doppelrahmen mit seinen beiden Rahmenteilen für den eigentlichen
Belichtungsvorgang zusammengefahren werden kann, was im einzelnen noch
näher
erläutert wird. Unter Beibehaltung des Prinzips der gleichzeitigen Doppelbelichtung
von beiden Seiten ist damit aber die Voraussetzung geschaffen, den Gesamtvorgang
automatisieren zu können, da es mit relativ einfachen Transportmitteln möglich ist,
die Leiterplatte in den Doppelrahmen einzubringen und nach der Beman lichtung auch
wieder herauszubringen, wasrje nach Aufwand, den man treiben will, entweder nur
von einer Seite in bezug auf das Vorrichtungsgestell oder nach beiden Seiten bewerkstelligen
kann. Die Zeit des Verbleibes eines Paketes in der Vorrichtung wird dabei zweckmäßig
dafür ausgenutzt, das nächste Schichtpaket mit anderen Vorlagen vorzubereiten und
für das nächste Leiterplattenlos bereitzuhalten. Damit ist die ebenfalls zu stellende
Forderung möglichst kurzer Rüstzeiten erfüllt.
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Wesentlich für die ganze Vorrichtung ist dabei, daß die Rahmenteile
des Doppelrahmens parallel geführt und ausreichend weit voneinander distanzierbar
sind, um die Leiterplatte problemlos in den Doppelrahmen einbringen und auch wieder
entfernen zu können. Für die Parallelführung wird dabei eine Ausführungsform bevorzugt,
die derart ausgebildet ist, daß die Parallelführungen für die beiden Rahmenteile
des Doppelrahmens einerseits als am Vorrichtungsgestell axial verschieblich gelagerte
Führungsstangen und der zugehörige Rahmenteil in bezug auf das Gestell elastisch
und daß der andere Rahmenteil am Gestell mittels synchron verstellbaren Stellspindeln
gelagert
ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der untere Rahmenteil mit dem eingelegten
Plattenpaket durch synchrone Verstellung bspw. Drehung der Spindeln nach oben gegen
den elastisch gelagerten Rahmenteil des Doppelrahmens gefahren und zur Anlage gebracht.
Durch die elastische Führung des oberen Rahmenteiles ist der Notwendigkeit Rechnung
getragen, auch unterschiedlich dicke Leiterplatten verarbeiten zu können und ein
hartes Gegenfahren gegen das obere Rahmenteil wird vermieden. Der zu berücksichtigende
Stellweg wird über die Antriebsmotorschaltung eingestellt. Um das ganze nach dem
Zusammenfahren nicht durch die Nachlaufzeit des Antriebsmotors und entsprechendes
Weiterdrehen der Spindeln zu belasten, sind an den Stellspindeln im Zuge ihres jeweiligen
Gewindeganges 0°-Steigungsabschnitte vorgesehen, die sich über etwa 600 Bogenlänge
erstrecken, was dazu führt, daß trotz Drehnachlaufes der Spindeln der untere Rahmenteil
nicht weiter angehoben wird.
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Die ganze Vorrichtung, insbesondere was den einlegbaren Transparentplattenteil
betrifft, ist natürlich mit an sich bekannten Elementen zur Lagefixierung und zur
Vakuumabsaugung ausgestattet, und bei den auf solche Merkmale gerichteten Unteransprüchen
handelt es sich deshalb um abhängige Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen
Darstellung von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. - -Es zeigt
schematisch Fig. 1 einen Teilschnitt durch den Doppelrahmen mit seiner Parallelführung;
Fig. 2 die Gesamtvorrichtung in Seitenansicht; Fig. 3 eine Draufsicht auf den Doppelrahmen;
Fig. 4 e:ne Draufsicht auf den Transparentplattenrahmen mit eingesetzter Transparentplatte
und Fig. 5 eine besondere Ausführungsform der Belichtungseinrichtung.
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Wie aus Fig. 1 erkennbar, ist der Träger aus einem Doppelrahmen 1
gebildet, wobei dessen beide Rahmenteile 2, 2' mit Parallelführungen 3 versehen
sind. Die beidseitig zu belichtende Leiterplatte 18 befindet sich mit ihren beidseitig
angeordneten Kontaktvorlagen 19 zwischen zwei Transparentplatten 4, die ihrerseits
in je einem Rahmen 5 in geeigneter Weise gefaßt sind. Der obere Rahmen 5 ist in
Fig. 4 in Draufsicht dargestellt. Das ganze in die Vorrichtung einzubringende ~Paket",
bestehend aus den beiden Rahmen 5, den beiden Transparentplatten und den dazwischen
angeordneten Kontaktvorlagen 19 und aus der Leiterplatte 18 wird mit einer nur schematisch
angedeuteten Transparentplattenwechseleinrichtung 16 (Fig. 2, 4) zwischen die beiden
auseinandergefahrenen Rahmenteile 2, 2' des Doppelrahmens 1 eingefahren und paßgerecht
zunächst auf das untere Rahmenteil 2' aufgelegt. Für die paßgenaue Einlage sind
die Rahmenteile
2, 2', wie erkennbar, mit entsprechenden Ausnehmungen
versehen, in die an den Rahmen 5 angeordnete Deckleisten 20 hineinpassen. Für die
Fixierung der Vorlagen 19 an den gegeneinander gerichteten Flächen 6 der Transparentplatten
4 sind diese längs ihrer Umfangsränder mit Saugkanälen 7 versehen, die mit einem
Sauganschluß 9' in Verbindung stehen. Wie aus Fig. 1 erkennbar, kann die eine oder
andere der Platten 5 mit einem umlaufenden Dichtungsprofil 8 versehen sein und der
eine und/oder der andere Rahmen mit einem entsprechenden Sauganschluß 9, wodurch
auch das ganze zusammengeschichtete Paket evakuiert werden kann, falls dies erforderlich
ist.
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Für die Parallelverstellung der beiden Rahmenteile 2, 2' im Vorrichtungsgestell
10 sind die Parallelführungen 3 für die beiden Rahmenteile 2, 2' des Doppelrahmens
1 einerseits als am Vorrichtungsgestell 10 axial verschieblich gelagerte Führungsstangen
10 ausgebildet, wobei der zugehörige Rahmenteil 2 in bezug auf das Gestell 10 elastisch
gelagert ist, wofür die Führungsstangen 11, wie aus Fig. 1, 2 erkennbar, mit Druckfedern
11' ausgestattet sind.
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Mit vier solcher Führungsstangen 11 hängt das obere Rahmenteil 2 in
der Vorrichtung, wofür die oberen Enden der Führungsstangen 11 natürlich mit geeigneten
und ggf. einstellbaren Anschlägen versehen. Das
untere Rahmenteil
2' ist demgegenüber mit vier synchron verstellbaren Stellspindeln 12 ausgestattet,
die ebenfalls am Vorrichtungsgestell 10 in geeigneter Weise gelagert sind. Die Spindeln
12 weisen an ihren Enden kleine Kettenritzel 12' aus und erhalten über einen Kettentrieb
von einem kleinen Antriebsmotor 21 ihren Stellantrieb. In auseinandergefahrener
bzw. gespreizter Stellung gemäß Fig. 2 kann das ganze Plattenpaket zwischen die
beiden Rahmenteile 2, 2' eingeschoben und aufgelegt werden, wonach der Motor 21
eingeschaltet wird, die Spindeln 12 synchron dreht und damit das untere Rahmenteil
2 mit dem aufsitzenden Plattenpaket nach oben gegen das andere Rahmenteil 2 fährt,
das dank der gefederten Lagerung durchaus etwas ausweichen kann, bis ein geeigneter
Endschalter den Motor 21 abschaltet. Um den Nachlauf solcher Motoren zu berücksichtigen,
sind die Stellspindeln 12 vorteilhaft im Zuge ihres jeweiligen Gewindeganges 13
mit 0°-Steigungsabschnitten 14 versehen (Fig. 1), die in jedem Gang vorhanden sind
und sobald der nicht dargestellte Gewindeeingriffszapfen am unteren Rahmenteil 2'
von diesem 0°-Steigungsabschnitt erfaßt wird, erfolgt kein weiterer Anhub des unteren
Rahmenteiles 2 mit dem aufgelegten Plattenpaket. Für die Bemessung dieser 0°-Steigungsabschnitte
14 genügt eine Bogenlänge von bspw. 600, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet. Da
die Leiterplatten, wie vorerwähnt, an bestimmten Stellen zwecks elektrischer
Verknüpfung
der Strompfade der einen Fläche mit denen der anderen Fläche gelocht sind, kommt
der paßgenauen Zuordnung der beiden Vorlagen 19 zur Leiterplatte 18 eine hohe Bedeutung
zu. Aus diesem Grunde sind die beiden Transparentplatten 4 bzw.
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ihre Rahmen 5 mindestens auf einer Seite mit Ausrichtelementen 15
ausgestattet, die, wie dargestellt, in Form von Paßlöchern und Paßstiften ausgebildet
sind. Bei Ausbildung der Ausrichtelemente 15 in dieser Form setzt dies entsprechende
Lochungen sowohl in der Leiterplatte 18 als auch in den beiden Vorlagen 19 voraus.
Es ist aber auch möglich, diesbezüglich optisch wirksame Ausrichtsysteme zur Anwendung
zu bringen, was insbesondere dann in Frage kommt, wenn für das Einbringen bzw. die
Aufnahme der Leiterplatten aus einem Vorratsstapel automatische Transportplattenwechseleinrichtungen
16 benutzt werden. Man kann sich nämlich bspw. nicht vollständig darauf verlassen,
daß die Randkanten der Leiterplatten 18, an denen die Greifer der Transportplattenwechseleinrichtung
16 angreifen, von Leiterplatte zu Leiterplatte hundertprozentig mit dem Lochmuster
für die Verbindung der Strompfade der einen zur anderen Seite übereinstimmen. Durch
Verwendung eines optischen Ausrichtsystems ist es aber ohne weiteres möglich, Steuerimpulse
für die Greifer 16 zu gewinnen, und die Greifer entsprechend zu steuern, die dafür
natürlich im Sinne eines Robotergreifarmes steuerbar ausgebildet und an der Vorrichtung
angeordnet
sein müssen.
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Je nach Größe des Doppelrahmens 1 und der zu verarbeitenden Leiterplatten
können ggf. die Abmessungen der Transparentplatten 4 bezüglich ihrer Flächengröße
auch ohne weiteres kleiner gehalten werden als es der freien öffnungsfläche des
Doppelrahmens entspricht. Dafür müssen nur die Rahmen 5 entsprechend breiter gehalten
werden, wie dies in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Wenn die Ausrichtelemente
15 gegenüberliegend auf beiden Seiten der Rahmen 5 angeordnet sind, kann auch in
Betracht gezogen werden, ggf. zwei Leiterplatten und die zugehörigen Vorlagen 19
gleichzeitig in das ganze Paket einzubringen und gleichzeitig zu belichten.
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Die ganze Vorrichtung ist zwar hinsichtlich der Belichtung auch dann
funktionsfähig, wenn man, wie bisher üblich, auf jeder Seite nur eine Lichtquelle
in erforderlich ausreichender Distanz anordnet.
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Unvermeidbar ist dabei aber eine hohe Leistungsstärke für die Lichtquellen
und eine damit verbundene große Wärmeentwicklung, für deren Abfuhr ggf.
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entsprechende Wärmeabfuhrelemente vorgesehen werden müssen. Abgesehen
davon beansprucht aber auch eine solche Belichtungseinrichtung entsprechend viel
Raum im Vorrichtungsgestell, wobei noch berücksichtigt
werden muß,
daß sich durch die beschriebene Ausbildung die Rahmenteile 2, 2' bewegen. Eine vorteilhafte
Weiterbildung der Vorrichtung besteht deshalb darin, daß man parallel zu den beiden
Rahmenteilen 2, 2' des Doppelrahmens 1 die Lichtquellen in Form von Flächenbeleuchtungen
aus jeweils mehreren, in einer Ebene angeordneten Lichtquellen 17 anordnet, wie
dies in Fig. 2 verdeutlicht ist. Die Lichtkästen für die Lichtquellen 17 können
dabei ohne weiteres unmittelbar an den Rahmenteilen 2, 2' befestigt werden und ohne
weiteres an deren Bewegung teilnehmen. Da die Lichtquellen 17, für die bspw. UVA-Röhren
benutzt werden, relativ dicht an die zu belichtende Leiterplatte herangebracht werden
könne, kommt man mit wesentlich geringerer Beleuchtungsleistung aus verbunden mit
dem Vorteil einer gerichteten Belichtung in jedem Bereich der Leiterplatte, wobei
kaum Wärme auftritt. Diese Ausbildung hat jedoch nicht nur den erwähnten belichtungstechnischen
Vorteil, sondern das Ganze führt auch, wie aus Fig. 2 ohne weiteres erkennbar, zu
einer wesentlich geringeren Raumbeanspruchung, so daß die ganze Vorrichtung sehr
kompakt gebaut werden kann.
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Wärmeentwicklung im Gerät läßt sich übrigens gemäß Fig. 5 auch in
der Weise vermeiden, daß man die mindestens eine Lichtquelle 17' außerhalb neben
dem Doppelrahmen 1 anordnet und im Strahlengang 22 von der Lichtquelle 17' zum Doppelrahmen
1 bzw. jeder Transparentplatte 4 mindestens einen das Licht gegen
die
Transparentplatte 4 richtender Umlenkspiegel 21 anordnet .
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