DE3828621A1

DE3828621A1 - Vorrichtung zum herstellen eines definierten spaltes zwischen werkzeug und teilen beim impulsloeten

Info

Publication number: DE3828621A1
Application number: DE3828621A
Authority: DE
Inventors: Gero Zimmer
Original assignee: PRODUCTECH GmbH
Current assignee: PATENTECH, INC., ROLLING HILLS ESTATES, CALIF., US
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1990-03-01

Description

Übersicht

Für das Übertragen von Wärme eines Körpers auf einen anderen besonders durch thermischen Kontakt oder durch Strahlung ist es erforderlich, daß das die Wärme abgebende Teil einen definierten Abstand und gleichzeitig eine definierte Parallelität zu dem anderen Teil aufweist, diese Teile also zueinander ausgerichtet werden. Dies ist z. B. beim Übertragen von Wärme zum Schmelzen von Loten und anderer thermischer Behandlung auf einem zweiten Teil erforderlich. Die übertragene Wärme ist hier eine Funktion des Abstandes der beiden Teile entlang ihrer Ausdehnung(en) zueinander. Diese Forderungen sind auch dann vorhanden, wenn der thermische Kontakt durch direkt ausgeübte Kräfte entlang der Abmessungen zwischen den beiden Teile zueinander entsteht. Hier muß die Kraft gleichmäßig entlang der Ausdehnungen ausgeübt werden, unabhängig von den mechanischen Toleranzen zueinander. Ist dies nicht der Fall, ist der thermische Kontakt unterschiedlich und auch die thermische Beeinflussung nicht homogen.

Das Problem der Parallelität ist besonders bei größeren Abmessungen vorhanden. Ferner haben alle Teile stets mechanische Toleranzen, so wenn z. B. verschiedene zweite Teile mit grundsätzlich identischen Abmessungen aber üblichen Toleranzen nacheinander mit einem gleichen ersten Teil behandelt werden sollen. Auch durch Temperatureinflüsse - so durch die bei einer Behandlung auftretende Erwärmung - entstehen mechanische Toleranzen, die sich störend darauf auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und die erforderliche Parallelität bzw. den definierten Abstand der Teile zueinander herzustellen, auch wenn mechanische Toleranzen der Teile diese Voraussetzungen nicht/nie erfüllen. Erfindungsgemäß werden diese Voraussetzungen bei Ausdehnungen der Teile in einer und auch in zwei Dimensionen erreicht. So werden z. B. die üblichen Leiterplatten für die Anwendung in der Elektronik mit größeren Toleranzen in der Ebenheit/Durchbiegung und in der Stärke geliefert.

Diese Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile für diese Anwendungen auszugleichen.

Bekannt ist ein Verfahren, die Parallelität von wenigstens zwei Teilen zueinander unter direkter Einwirkung von Kraft herzustellen, wobei eine oder beide Enden der Krafteinwirkung federnd aufgehängt ist/sind und die Kraft hierbei unmittelbar auf das auf wenigstens einem Teil angeordneten weiteren Teil einwirkt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zum Ausgleich der Nichtparallelität immer eine Kraft auf ein weiteres Teil einwirken muß und bei seiner Änderung diese Parallelität beeinträchtigt wird. Diese Änderungen können zum Beispiel durch Erweichen eines der Teile unter Einwirkung von Wärme und dieser Kraft eintreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil mit vorzugsweise einer einen Abstand zu wenigstens einem Teil bildenden Abstützung verbunden ist, die kraftschlüssig auf wenigstens einem anderen Teile aufliegt, vorzugsweise außerhalb der Flächen.

Sind bei größeren Ausdehnungen mehrere Stützen vorhanden und/oder erforderlich, so werden erfindungsgemäß alle diese Stützen kraftschlüssig ein anderes Teil berühren.

Ist der Ausgleich der Parallelität flächenförmig erforderlich, so sind hierfür wenigstens drei Stützen erforderlich, die dann auch außerhalb der Flächen liegen können.

Die Abbildungen veranschaulichen eine derartige Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt ein typisches Beispiel mit einer üblichen Vorrichtung zum Einwirken der thermischen Energie eines Heizwiderstandes 11 mit einer Kraft 6 über direkten thermischen Kontakt auf andere Teile 12 a & 12 b. Diese anderen Teile sollen hier durch Schmelzen eines Lotes (nicht dargestellt) mit den anderen Teilen 13 a & 13 b verbunden werden. 13 a & 13 b sind auf einer gemeinsamen Unterlage 14 angebracht, wobei die Parallelität zu der die Wärme abgebenden Fläche 11 immer mechanische Toleranzen hat.

Um hier die beiden anderen Teile 11 a & 11 b thermisch behandeln zu können bzw. das dort aufgebrachte Lot zu schmelzen wird es erforderlich sein, z. B. die starr montierte Unterlage 14 einzuebnen. Dies ist üblicherweise in gewissen Grenzen auch möglich, wenn das Material z. B. beim Einwirken von Temperatur und/oder Kraft erweicht, wie dies bei den üblichen Materialien für Leiterplatten der Fall ist. Nur dadurch kann der Spalt 15 auch zu dem anderen Teil 12 b vermieden werden und es wird thermische Energie übertragen.

Eine bereits verbesserte Ausführung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist die Kraft in die beiden getrennt einwirkenden Kräfte 26 a & 26 b aufgeteilt, die die beiden Seiten 21 a & 21 b des ersten Teiles getrennt und kraftschlüssig über die anderen Teile 22 a & 22 b auf die Unterlage 24 pressen. Ist die Führung der beiden Kräfte getrennt, so wird an den beiden Außenseiten 27 a & 27 b des ersten Teiles kein Spalt zu den anderen Teilen 22 a & 22 b bzw. dem zweiten Teil 23 a & 23 b entstehen. Die identische Übertragung thermischer Energie von dem ersten Teil auf das zweite Teil ist dadurch durch identischen thermischen Kontakt kraftschlüssig sichergestellt.

Nachteilig ist in dieser Anordnung, daß die Kraft unmittelbar über andere Teile und erste Teile auf die zweiten Teile einwirken muß, um den identischen thermischen Kontakt sicherzustellen. Üblicherweise ist wenigstens eines der Teile oder die Auflage empfindlich gegenüber Krafteinwirkung. Außerdem läßt diese Anordnung keinen Spalt zwischen den hier dargestellten drei Teilen, der üblicherweise mit Lot gefüllt werden kann, was für den Lötvorgang gewisse Vorteile hat.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, mit der ein definierter Spalt 10 zwischen den Teilen bei gleichzeitigem Ausgleich der immer vorhandenen mechanischen Toleranzen erreicht wird.

Erfindungsgemäß hat diese Anordnung ein oder mehrere mechanische Abstützungen 38 a & 38 b, die vorzugsweise außerhalb der hier dargestellten thermisch zu behandelnden Teile liegt. Durch getrenntes Einwirken der Kräfte 36 a & 36 b ordnen sich die Teile 37 a & 37 a parallel zu den Teilen 33 a & 33 b an, ohne daß direkt eine Krafteinwirkung über die anderen Teile 2 a & 2 b erfolgt. Dadurch ist eine optimale Parallelität mit einem exakt definierten Spalt hergestellt, wobei die vorhanden mechanischen Toleranzen der Teile automatisch durch Kraftschluß 38 a & 38 b ausgeglichen werden.

Erfindungsgemäß werden diese Abstützungen 38 a & 38 b über thermische Isolatoren 39 a & 39 b mit dem ersten Teil verbunden, sodaß sie keine thermische Belastung auf die Unterlage 34 ausüben. Diese Anordnung kann sehr vielgestaltig sein und zum oder ganz innerhalb/zwischen den ersten Teilen 31 a & 31 b oder den anderen Teilen liegen. Auch kann erfindungsgemäß die hier dargestellte rein mechanische Unterstützung 38 a & 38 b z. B. durch (Weg)-Sensoren ersetzt werden, sodaß für die beiden Positionen 37 a & 37 b dann automatisch mit einer entsprechenden Steuerung berührungslos der Spalt 10 (auch) parallel zwischen den Teilen hergestellt werden kann.

Ferner lassen sich erfindungsgemäß diese Unterstützungen durch andere Kriterien beeinflussen, so als Funktion der Zeit zum Verändern des Spaltes, als Funktion von Temperaturen usw.

Die Anordnung nach Fig. 3 hat den erfindungsgemäßen Vorteil, daß relativ hohe Kräfte auf die Unterlage 34 einwirken können und sie zusätzlich mechanisch beeinflussen können, so zum Beispiel mechanisch ausrichten und/oder vor/während/nach der Einwirkung der Teile untereinander in Position halten. Auch können mit dieser Anordnung die ersten Teile mechanisch zusätzlich geformt werden, ohne daß dadurch unmittelbar diese Kraft auch auf die zweiten Teile einwirkt.

Eine andere Möglichkeit zeigt Fig. 4. Hier ist zusätzlich die Möglichkeit dargestellt, die Anordnungen der mechanischen Unterstützungen auf den Teilen bzw. der Unterlage zu vertauschen. Auch kann natürlich die Einwirkung der Kräfte direkt mit einem der Teile auf ein anderes Teil erfolgen, das z. B. auch während des Einwirkungsvorganges erwärmt wird. Üblicherweise werden dann hier entsprechende Vorkehrungen getroffen oder diese Eigenschaft entsprechend ausgenutzt.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Anordnung mit anderer Anwendung. Hier wird die Kraft innerhalb eines erstes Teil 51 mit den Anschlüssen 52 auf das andere Teil 53 über die zusätzlichen Kräfte 55 a & 55 b und der Fläche 57 a & 57 b gepreßt, wobei der Weg dieser Kräfte über die mechanische Abstützungen 56 a & 56 b begrenzt wird. Gleichzeitig wird durch Anwendung von mehr als einer Abstützung automatisch die Parallelität zwischen den Teilen hergestellt und für eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte auf den Teilen gesorgt.

Eine Weiterentwicklung dieser Anordnungen ist in Fig. 6 von der Unterseite her gesehen dargestellt. Hier werden 4 einzelne erste Teile 61 a . . . d flächenförmig in einer Ebene angeordnet. Eine solche Anordnung ist z. B. für die gleichzeitige Montage durch Löten aller Anschlüsse eines vier-seitigen Flat-Packs geeignet. Hierfür sind diese Teile jeweils mit einer die Wärme abgebenden Fläche 64 a . . . d ausgestattet. Diese vier ersten Teile können erfindungsgemäß starr miteinander verbunden sein oder wahlweise getrennt voneinander bewegt werden.

Erfindungsgemäß können vier Kräfte 66 an den Unterstützungen 65 gleichzeitig einwirken, um die geschilderten Spalte jeweils unter den einzelnen Teilen 64 herzustellen. Ist diese Anordnung mit den vier getrennten Teilen 61 starr miteinander verbunden, so wird ein Ausgleich der Parallelität lediglich im Bereich der Starrheit der Fläche dieser Anordnung erfolgen. Erfindungsgemäß werden die vier Teile 61 a . . . d getrennt voneinander kraftschlüssig auf die nicht in dieser Darstellung gezeigten anderen Teile einwirken, sodaß individuell jedes erste Teil seinen eigenen Parallelitätsausgleich zu dem zweiten Teil vornehmen kann.

Claims

1. Vorrichtung mit einem Teil 31 und einem zweiten Teil 34 mit einer zweiten vorzugsweise gegenüberliegenden Fläche, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise außerhalb dieser Flächen kraftschlüssig Abstützungen 38 a & 38 b auf wenigstens ein Teil einwirken, die einen definierten Spalt 10 zwischen dem die thermische Energie abgebenden Teil 31 den Teilen 34 erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt 10 eine nicht-parallele Form hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Teile z. B. 31 thermische Energie auf ein anderes Teil z. B. 34 abgibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftschluß mit den Abstützungen 38 a & 38 b wenigstens während der Einwirkung dieser thermischen Energie aufrecht erhalten wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte 38 a getrennt von der Kraft 38 b einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Abstützungen 38 vorhanden sind, so besonders bei einer Ausdehnung in die zweite Dimension.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungen 38 über thermische Isolatoren 39 mit den einem Teil verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungen 38 durch Sensoren besonders für den Weg ersetzt werden, über die dann die Position des einen Teiles 31 gegenüber dem anderen Teil geregelt werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Regelung auch durch andere Faktoren beeinflußbar ist, so durch Zeit, Temperatur und Kraft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte 36 a & 36 b gleichzeitig zum Bearbeiten wenigstens eines der Teile geeignet sind, so um ein solches Teil in seiner Ebenheit zu verändern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kräfte mit einem zeitlich anderen Profil auf ein Teil einwirken als eine die mögliche thermische Einwirkung durch eines der Teile.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Teile 57 zusätzlich wenigstens eine Kraft 55 auf wenigstens ein Teil 21 einwirkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 . . 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung nach Fig. 3 aus mehr als aus einer solchen Anordnung besteht, so z. B. aus vier nach Fig. 6.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einer solche Mehrfachanordnung nach Fig. 6 Teile starr miteinander verbunden sind und mit gemeinsamen Kräften 66 arbeiten.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einer solchen Mehrfachanordnung alle Teile 61 mit getrennten Kräften 63 arbeiten und unterschiedlich auf andere Teile einwirken können.