DE3623031A1 - Montagevorrichtung fuer elektronikleiterplatten der mikroelektronik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Montagevorrichtung für das Bestücken von Elektronikleiterplatten der Mikroelektro­ nik mit unbedrahteten, flachaufzulötenden Bauelementen. Diese wird in Form einer Negativkopie von einer endgül­ tig teil- oder vollbestückten Elektronikleiterplatte ausgeführt, um in den so entstehenden passgenauen Nes­ tern jeweils Bauelemente für die weitere Verarbeitung zum Zwecke der Bestückung von Elektronikleiterplatten aufzunehmen.

Bei der Bestückung von Elektronikleiterplatten der Mi­ kroelektronik mit unbedrahteten, flachaufzulötenden Bau­ elementen, die direkt auf die Oberfläche von Leiterplat­ ten oder Keramiksubstraten gelötet werden, ist für ge­ ringe oder mittlere Stückzahlen das Verfahren der Be­ stückung von Hand üblich. Die entsprechend miniaturi­ sierten Bauelemente müssen dabei mit großer Sorgfalt auf adhäsive Kleb- oder Lötpaste, die sich an entsprechenden Stellen der Leiterplatte befindet, positioniert werden. Die zulässigen Positionierfehler werden von den Bauele­ menteherstellern mit +/- 0,3 mm in linearer Abweichung und mit +/- 3 Grad in der Winkelabweichung angegeben. Es liegt auf der Hand, daß derartig enge Toleranzen für die Handbestückung zur schnellen Ermüdung der menschli­ chen Aufmerksamkeit und damit zu hoher Fehlerquote führt.

Die Bestückungsleistung liegt demzufolge nur bei max. 20 Bauelementen je Minute. Bei Bauelementen mit 100 und mehr Anschlüssen sinkt die Bestückungsleistung auf weni­ ge Stück je Minute. Darüberhinaus ist die Fehlerquote hoch.

Aber auch bei der maschinellen Bestückung ist der Auf­ wand für die Einhaltung geringer Positionierungstoleran­ zen groß.

Obgleich hier der Einfluß der menschlichen Aufmerksam­ keit wegfällt, ist es häufig notwendig, umfangreiche Programme für die Steuerung der Maschine zu erstellen. Ferner muß diese Maschine einen hohen Grad an Genauig­ keit beibehalten und ist sehr kostenintensiv.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß mit fortschrei­ tender Zeit, jeweils mit unterschiedlichen Zeitspannen, die Genauigkeit , sowohl bei der Handbestückung als auch bei der maschinellen Bestückung, nachläßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bestüc­ kungshilfe zu schaffen, die die erforderliche Genauig­ keit ständig beibehält und mit geringen Kosten in kurzer Zeit hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst von einer teil- oder vollbestückten und geprüf­ ten Elektronikleiterplatte eine Negativkopie hergestellt wird. Diese kann in bekannter Weise aus chemischen Ver­ gußmassen, die nach einiger Zeit aushärten, hergestellt werden. Es sind aber auch Naturprodukte wie Gips, Zement etc. denkbar. Eine für den vorliegenden Zweck anwendbare Negativkopie kann auch nach Verfahren der Kunststoff­ tiefziehtechnik hergestellt werden.

Alle genannten Verfahren zeichnen sich durch eine kos­ tengünstige Herstellung aus, die Voraussetzung für die Anwendung bei kleinen Stückzahlen ist.

Nach Vorliegen einer oder mehrerer Negativkopien der Elektronikleiterplatten, die nunmehr für die Bestüc­ kungsarbeiten als Montagevorrichtung dienen, können in die so entstandenen sogenannten Nester (das sind pass­ genaue Negativkopien der jeweiligen Bauelemente) die für die Bestückung vorgesehenen Bauelemente hineingelegt werden. Bei Bauelementen, die nicht zu jeder ihrer Achsen symmetrisch sind, wird zwangsläufig eine richtige Zuordnung der Anschlüsse gewährleistet.

Eine weitere Ausgestaltung sieht Luft- und Stößelkanäle für das Ausstoßen oder/und Andrücken der flachaufzulö­ tenden Bauelemente auf die Elektronikleiterplatte vor, um schon vor Erreichen der Klebertopfzeit die Bauelemen­ te aus der Montagevorrichtung entfernen und auf die Elektronikleiterplatte drücken zu können.

Die in einem späteren Arbeitsgang mit der Elektroniklei­ terplatte zu verklebenden oder verlötenden Seiten der Bauelemente zeigen nach oben. Es ist in einem weiteren Arbeitsgang nunmehr wahlweise möglich, Kleber- oder Lötpaste auf die definierten Stellen der Bauelemente zu bringen, da diese ohne nennenswerte Toleranz unverrück­ bar positioniert sind.

Werden die in der Bestückungshilfe befindlichen Bauele­ mente mit der zu bestückenden Elektronikleiterplatte zusammengebracht, so kann , je nach dem zu wählenden Verbindungsverfahren, in einem weiteren Arbeitsgang eine geklebte oder gelötete, dauerhafte Verbindung herge­ stellt werden.

Vorteilhafterweise sorgen Fanglöcher oder ähnliche be­ kannte Vorrichtungen für ein passgenaues Zusammenbringen von Bestückungshilfe und Elektronikleiterplatte.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Bestückungshilfe aus temperaturfestem Material bestehen und so während des Lötprozesses als Führungsmaske solan­ ge die Bauelemente aufnehmen, bis sich diese mit der Elektronikleiterplatte dauerhaft verbunden haben.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, auf die eigentliche Bestückungshilfe mit ihren eng tolerierten Aufnahmekammern für jedes einzelne Bauelement eine Füh­ rungsplatte mit konischen Zufuhrschächten aufzulegen. Dadurch wird eine leichte Einführung jedes Bauelements, entweder von Hand oder maschinell, wegen der zulässigen größeren Toleranzen, ermöglicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben:

Fig. 1 bis 6 zeigen einen senkrechten Schnitt durch die Montagevorrichung, wobei Fig. 1 bis 3 und 5 und 6 die einzelnen Phasen der Herstellung und Anwendung wiederge­ ben.

In der Fig. 1 wird beispielhaft gezeigt, wie eine be­ reits mit flachaufgelöteten Bauelementen (2) und (3) bestückte Elektronikleiterplatte (1) so mittels aushär­ tender Vergußmasse (4) einseitig vergossen wird, daß sich, nachdem dieses Gießmaterial (4) ausgehärtet ist, die Elektronikleiterplatte (1) mit ihren Bauelementen (2) und (3) von dem Gießmaterial (4) wieder trennen läßt.

In Fig. 2 ist die so entstandene Form (17) so darge­ stellt, daß sie nunmehr in der Lage ist, in ihren Nes­ tern (5) und (6), wie in Fig. 3 gezeigt, neue Bauelemen­ te (7) und (8) in eindeutig definierter Lage aufzuneh­ men.

Nach Teil- oder Vollbestückung der Form (17) mit Elek­ tronikbauelementen kann nunmehr mit Hilfe einer Maske (9), die an definierter Stelle Öffnungen hat (10), mittels einer Rakel (12) Kleb- oder Lötpaste (11) auf die Bauelemente (7) und (8) aufgetragen werden. Nach dem Entfernen der Maske (9) liegen alle Bauelemente in ihrer definierten Lage, nunmehr mit Kleber oder Lötpaste (11) versehen. Wenn dann die zu bestückende Elektronikleiter­ platte (18), wie in Fig. 5 dargestellt, an Stelle der Maske (9) tritt, so verbinden sich die Bauelemente (7) und (8) mit der Elektronikleiterplatte (18) über die Klebe- oder Lötpaste (11) miteinander. Diese Verbindung kann, je nach Ausführung der Kleb- oder Lötpaste (11) im Sekundenbereich geschehen. Denkbar ist aber auch die Anwendung wärmezuführender Verfahren, um eine Härtung oder Lötung zu erreichen.

Um die Trennung der so bearbeiteten Elektronikleiter­ platte (18) mit ihren Bauelementen (7) und (8) von der Form (17) vor oder nach der wärmebehandelten Kleb- oder Lötpaste zu erleichtern, ist in Fig. 4 dargestellt, wie mittels zusätzlicher Kanäle (13) in der Form (17) und einer Verteilerkammer (14) in einer Dichtkappe (15) Druckluft an (16) zugeführt werden kann, um eine reibungsschlüssige Verbindung zwischen den Bauelementen (7) und (8) und der Form (17) zu lösen.

Es lassen sich, wie Fig. 5 zeigt, auch anstelle der durch die Kanäle (13) geführten Druckluft Auswurfstempel (19) führen, die neben der Lösung der reibungsschlüssigen Verbindung zusätzlich für einen Andruck der Bauelemente (7) und (8) auf die Elektronikleiterplatte (18) sorgen und so ein Trennen der Form (17) von den Bauelementen (7) und (8) und der Leiterplatte (18) gewährleisten.

In Fig. 6 ist dieser Zustand vor dem endgültigen Abheben der Auswurfstempel (19) von den Bauelementen (7) und (8) dargestellt, nachdem die Form (17) hochgezogen oder die Elektronikleiterplatte abgesenkt wurde.

In dieser Phase, in der die Auswurfstempel (19) die Bauelemente (7) und (8) fixieren, kann auch der endgül­ tige Härtevorgang der Kleb- oder Lötpaste (11) durch Wärmezufuhr eingeleitet werden.

Denkbar ist auch die Durchführung der endgültigen Lötung ohne vorherige Klebung, da einerseits durch das Abheben genügend Raum für das die Kontaktstellen umflutende flüssige Lot entstanden ist und andererseits die Bauele­ mente durch den Andruck der Auswurfstempel (19) positio­ niert und gehalten sind.

Claims (6)

1. Montagevorrichtung für das Positionieren von unbedrahte­ ten, flachaufzulötenden Bauelementen auf Elektroniklei­ terplatten, dadurch gekennzeichnet, daß von einer be­ stückten Musterelektronikleiterplatte mit Hilfe bekann­ ter Techniken, wie Vergieß- oder Tiefziehverfahren, eine Negativkopie hergestellt wird zum Zwecke der Auf­ nahme von Bauelementen in die so entstandenen Negativab­ bilder der jeweiligen Bauelemente, die sogenannten Nes­ ter, für die weitere Behandlung der so positionierten Bauelemente.

2. Montagevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Montagevorrichtung Bauelemente so in die Nester abgelegt werden können, daß sie genau positio­ niert sind und in einem weiteren Arbeitsgang mit einer Kleb- oder/und Lötpaste versehen werden und anschließend paßgenau mit der zu bestückenden Elektronikleiterplatte kontaktiert werden können.

3. Montagevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nester für die Aufnahme der Bauelemen­ te Bohrungen für die Zuführung von Hilfsluft oder Aus- bzw. Andruckstempel aufweisen, um die Bauelemente einerseits aus der Montagevorrichtung herauszudrücken und andererseits diese auf die zu bestückende Elektro­ nikleiterplatte zu drücken.

4. Montagevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bestückungshilfe aus temperaturfestem Material besteht.

5. Montagevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine zusätzliche Führungsplatte mit ko­ nischen Schächten vorgesehen ist, die der eigentlichen Bestückungshilfe mit ihren Nestern vorgeschaltet ist und dafür sorgt, daß die einzuhaltende Maßtoleranz für die zu bestückende Elektronikleiterplatte zunächst ver­ größert ist.

6. Montagevorrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zusätzliche Führungsplatte nur dort Öffnungen aufweist, die bestimmten Bauelementen zugeordnet sind.