DE3937988C2 - Präzisions-Positionierung mit Hilfe von elektrischen Messungen - Google Patents
Präzisions-Positionierung mit Hilfe von elektrischen MessungenInfo
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Description
Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Positionieren einer Leiterplatte oder einer Leiter
plattenebene auf einer Auflagefläche einer für die Leiterplattenherstellung verwendeten
Maschine.
Bei der Herstellung von gedruckten oder drahtgeschriebenen
Vielebenen-Schaltungen ist es erforderlich, jede Leiterzug- oder
Grundebene in genauer Übereinstimmung mit den übrigen Schaltungsebenen
anzuordnen. Dies gilt sowohl für gedruckte wie für drahtgeschriebene
Schaltungen.
Eine genaue Anpassung ist nicht nur für die Leiterzugebenen
erforderlich, sondern auch für die 0-Ebene und die Ebenen, die mit
Ein- und Ausgängen für die anzubringenden Bauteile versehen sind.
Die Verbindungen zwischen den einzelnen Ebenen werden allgemein
durch Bohrungen mit metallisierten Lochwandungen hergestellt. Sind die
einzelnen Leiterzugebenen nicht in exakter Übereinstimmung angeordnet,
so durchdringen die Bohrungen die darunter liegenden Ebenen nicht an
den gewünschten Stellen. Es entstehen möglicherweise uner
wünschte Verbindungen mit fehlerhaften Ausgangsanschlüssen.
Die Anpassung erfolgt im allgemeinen mit Hilfe von Sicht
löchern oder durch Positionsstifte, die in die entsprechenden
Bohrungen eingepaßt werden. Die Positionsstifte und die Bohrungen
müssen in jedem zur Verwendung kommenden Werkzeug erneut ange
bracht werden, wie beispielsweise in der Druckvorlage für gedruckte
Schaltungen oder im Programm der Drahtschreibevorrichtung für drahtge
schriebene Schaltungen bzw. im Programm der Bohrmaschine.
Bei der Herstellung von schichtweise laminierten Vielebenen-
Schaltungen stellt die Anpassung der einzelnen Ebenen in der Regel
kein Problem dar. Die Vorrichtungen für den Fotodruck sind meistens
aus Glas oder Metall und weisen gute Kantenschärfe und hohen Kontrast
auf. Folglich können die Vorlagen für die erste Seite optisch mit
höchster Genauigkeit auch für die zweite Seite ausgerichtet werden.
Beide Seiten einer dünnen Innenlage werden dann gleichzeitig im Foto
druck hergestellt. Es ist deshalb nur erforderlich, den zweiseitigen
Drucker genau auszurichten, um eine exakte Anpassung beider Seiten
zu erreichen.
Schwierigkeiten, die zu Ausschuß führen
entstehen bei der Anpassung der einzelnen Schichten vor dem Lami
nieren, insbesondere durch Schrumpfung oder Ausdehnung des Materials.
Da manche Träger durchsichtig, andere dagegen undurchsichtig sind,
können optische Verfahren zur Anpassung in der Regel nicht angewendet
werden.
Normalerweise wird zur Vermeidung dieser Schwierigkeit jede
Schicht beim Druckvorgang mit einer Markierung versehen, die später
für die Anpassung an das vorgesehene Loch verwendet wird. In Verbin
dung mit den zuvor beschriebenen Positionsstiften ist es so möglich,
die einzelnen Lagen sowohl der Leiterzugebenen untereinander als auch
die als Erde dienende und die zur Montage der Bauteile vorgesehene
Platte, wie gewünscht und in genauer Anpassung unter Einfügen ent
sprechender Zwischenlagen, übereinander zu schichten.
Dies erfolgt in einer mit Positionsstiften versehenen Montagevor
richtung, die zur Vorbereitung auf den Laminiervorgang dient.
Allerdings werden die einzelnen Lagen während ihrer Herstellung
und vor dem Laminieren während des Aufbringens der Leiterzüge sowie
bei der Lochwandmetallisierung und beim Ätzen hohen Temperaturen aus
gesetzt. Außerdem verlieren dünne Träger durch das Abätzen der
Kupferschicht stark an Stabilität. Die genannten Faktoren haben große
Schwankungen in der Dimensionsstabilität der einzelnen Lagen zur
Folge, weshalb die Zielmarkierungen sich danach nicht mehr genau an
den Punkten, an denen sie ursprünglich angebracht waren, befinden.
Jedes einzelne Anpassungsloch für den Laminiervorgang ist in
Übereinstimmung mit einer der Zielmarkierungen angeordnet. Die
mangelhafte Dimensionsstabilität führt zu
einer Verschiebung der Löcher, so daß ihre Position nicht mehr der
jenigen der Positionsstifte entspricht. Ein gewaltsames Anpassen der
Löcher zu den Positionsstiften ist eine der häufigsten Ursachen für eine Fehlanpassung
der einzelnen Lagen zueinander.
Nach einem bekannten optischen Verfahren werden meh
rere Zielmarken verwendet, beispielsweise eine in jeder der Ecken. Sie sind
optisch erkennbar und können zur Positionierung einer Trägerplatte wäh
rend des Stanz- oder Bohrvorgangs dienen, bei dem die Positionslöcher
hergestellt werden. Eine genaue Anpassung mehrerer Ebenen untereinander im "be
stem Kompromiß" in Bezug auf Verwerfungen des Materials wird damit möglich. Obwohl dieses
Verfahren allgemein als Verbesserung anerkannt und auch kommerziell
eingeführt wurde, weist es die obenerwähnten Nachteile optischer Ver
fahren auf. Außerdem ist der "beste Kompromiß" menschlicher Beur
teilung unterworfen.
In jedem Fall treten in gewissem Ausmaß physikalische und opti
sche Schwankungen auf, verursacht durch Größe, Reflexion, Kontrast zum
Hintergrund und Formgebung. Diese Schwankungen können auch in den
Zielmarken selbst, zwischen den Zielmarken einer gleichen Ebene
und/oder zwischen Zielmarken verschiedener Ebenen auftreten.
Das Resultat dieser Schwankungen ist, daß der "beste Kompro
miß", wie er entweder vom Techniker oder vom Computer festgestellt
wird, nicht unbedingt auch der "beste geometrische Kompromiß" ist.
Optische Positionier-Vorrichtungen und -Verfahren werden auf
zahlreichen Gebieten verwendet. Daneben gibt es aber auch Anwendungs
bereiche, in denen optische Verfahren nur benutzt werden, weil es
keine andere Wahl gibt, obwohl sie schwerwiegende Mängel aufwei
sen, wie die folgenden:
- 1. Die Tiefenschärfe ist bei der erforder lichen Vergrößerung zu gering, um die nötige Auflösung zu erhalten. So wird zum Beispiel bei einer 100fachen Vergrößerung ein Auflösungsver mögen von 0,0125 mm gefordert.
- 2. Das optische Verfahren ist mit ho hen Kosten verbunden, weil mindestens zwei teure Vorrichtungen an je dem Arbeitsplatz erforderlich sind, um die geometrische Anordnung ei ner Ebene festzustellen.
- 3. Es treten Schwierigkeiten bei der Montage der optischen Vorrichtungen auf, die so gehaltert werden müssen, daß auch bei Vibrationen, Beschleunigung und Abbremsen die präzise Refe renzposition gewährleistet ist.
- 4. Der Techniker muß abwechselnd und wiederholt zwei Zielmarken beobachten, um das Werkstück in die ge wünschte Position zu bringen. Nur wenn kostspielige opti sche Vorrichtungen sowie Televisionssysteme eingesetzt werden, wird eine dauernde Wiederholung des Beobachtungsvorganges durch eine Person überflüssig.
- 5. Es ist nicht möglich, auf der dem Arbeitstisch zugewandten Seite des Werkstücks zu arbeiten, was zum Beispiel nötig wäre, wenn auf einem undurchsichtigen Träger auf der zweiten Seite ein Leiterzugmuster in Übereinstimmung mit dem auf der ersten Seite angebracht werden muß.
- 6. Es ist überaus schwierig, Dimensionsfehler des Werkstücks auszugleichen.
- 7. Schließlich kann kein großer optischer Kontrast erzielt werden.
Während im allgemeinen Anpassungsfehler der Ebenen untereinan
der im Bereich von einigen Zehntel-Millimetern toleriert werden, sind
solche Toleranzen bei hohen Leiterzugdichten nicht mehr tragbar. Dort lie
gen sie im Bereich von 0,025 mm und vorzugsweise noch unterhalb dieses
Wertes.
Die Verfahrensschritte zum Herstellen einer typischen draht
geschriebenen Zweiebenen-Leiterplatte weisen vier kritische Arbeits
gänge auf, bei denen höchste Präzision erforderlich ist:
- 1. Anpassung der stromführenden Ebene an die Abschirmplatte;
- 2. Verbin den der ersten Seite der stromführenden Ebene mit der Abschirmplatte;
- 3. Anpassung der beiden Seite der stromführenden Ebene; und
- 4. Anbringen des Lochmusters in völliger Übereinstimmung mit dem Leiter zugmuster.
Die Herstellung einer zweiseitigen Innenlage einschließlich der
Stromversorgungsebenen kann im konventionellen Fotodruck für zweisei
tige Leiterplatten erfolgen.
Die gewünschte Genauigkeit kann
ohne Schwierigkeit erzielt werden, da der Basisfilm durchscheinend ist und ein
großer Kontrast zwischen diesem und dem darauf hergestellten Fotobild
besteht.
In getrennten Arbeitsschritten werden die Leiterzüge der ein
zelnen Schichten aufgebracht und die Schichten passend übereinander
angeordnet. Die vorangehende Leiterzugebene ist nicht mehr sichtbar,
sobald die nachfolgende aufgebracht ist. Deshalb erfolgt das die Anpassung
des Leiterzugnetzwerkes an die Stromzuführungen und die Ab
schirmplatte blind. Die darunter liegenden Ebenen sind mit einem un
durchsichtigen oder durchscheinenden Haftvermittler bedeckt. Ähn
lich wiederholt sich der Vorgang beim Aufbringen des zweiten Leiterzugnetzes. Da
das erste Leiterzugmuster mit der Schaltung nach unten angeordnet ist, kann kein
sichtbarer Bezugspunkt benutzt werden. Die konventionelle Arbeitsweise
unter Verwendung von Positionsstiften und -löchern weist gewisse
Nachteile auf, z. B. wenn Positionsstifte und -löcher nicht aufeinan
der passen, bei Materialschrumpfung oder -verformung, oder wenn die
Positionsstifte im Bezug auf den Schreibkopf oder dessen Bewegung in
der X-Y-Richtung nicht korrekt angebracht sind.
Trotz erheblicher Anstrengungen zur exakten Anpassung aller
Schichten während des gesamten Herstellungsvorgangs treten doch Fehlanpas
sungen auf, verursacht durch ungenaue Lochanordnungen oder Mate
rialverformungen, die zur Unbrauchbarkeit der so hergestellten Leiter
platten führen. Mit der zunehmenden Nachfrage nach größeren Platten
mit höheren Leiterzugdichten nimmt auch das Problem der genauen Anpassung zu.
Ein hierfür geeignetes Meßverfahren ist bereits in
der GB-A-2 167 563 beschrieben. Die dort wiedergegebene
Ausführungsform betrifft ganz allgemein die Bestimmung
der relativen geometrischen Lage zweier Bezugssysteme
aus der durch ein angelegtes elektromagnetisches
Feld erzeugten induktiven Spannung, jedoch
für einen vollkommen anderen Anwendungsbereich. Das
bekannte Verfahren dient nicht dem Justieren von zwei
Leiterplattenanordnungen. Dieses Meßverfahren wird
vielmehr unter Zwischenschaltung eines Schirmes zum
Feststellen einer Winkelposition, beispielsweise der
Rotorposition eines Motors, benutzt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zum Positionieren einer Leiterplatte oder einer Leiterplattenebene
auf einer Auflagefläche einer für die Leiterplattenherstellung verwendeten
Maschine zu schaffen,
bei dem
das Problem der Anpassung der einzelnen Ebenen insbesondere von Vielebenen-
Schaltungen ohne Verwendung von Positionslöchern erfolgen kann und das
unabhängig von möglicherweise gegebenen Materialverformungen durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird entsprechend den in
Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Bei der Herstellung von drahtgeschriebenen und gedruckten
Schaltungen ist ein andauernder Trend zur Miniaturisierung zu erken
nen. Vorzugsweise wird dieses Ziel mit hoher Leiterzugdichte und enger
Bauteil-Bestückung erreicht. Insbesondere letztere erfordert höchste
Präzision für jeden einzelnen Arbeitsschritt, da auch die Ein- und Ausgangs-An
schlüsse der Bauteile sehr dicht beieinander angeordnet werden müssen.
Erfindungsgemäß wird zum Positionieren der Einzellagen vor dem La
minieren eine elektrische Anpassung vorgenommen, mit deren Hilfe die
genaue Positionsbestimmung der einzelnen Ebenen einer Vielebenen
schaltung zueinander oder in Bezug auf einer Referenzmarke möglich
ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden einfache iden
tische Leiterzugmuster entweder als Drahtleiter oder als gedruckte
Leiter auf zwei Oberflächen, die in Übereinstimmung gebracht werden
sollen, aufgebracht. Die ersten und zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster
werden nachfolgend auch als Treiber- und Detektor-Leiterzugmuster be
zeichnet. Ein Leistungsverstärker, der von einem Sinuswellen-Generator
gespeist wird, liefert Wechselstrom geeigneter Frequenz auf die Schal
tung der ersten Platte. Ein Verstärker mit hohem Wirkungsgrad wird mit
dem zweiten oder Detektor-Schaltkreis verbunden. Die beiden übereinan
der angeordneten Ebenen werden gegeneinander in der orthogonalen Achse
verschoben und relativ zueinander gedreht, bis ein Oszilloskop oder
Voltmeter, das mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers verbunden ist,
einen Maximalwert anzeigt, was gleichbedeutend mit der optimalen
Anpassung ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine
Anordnung verwendet, bei der ein Nullwert die optimale
Anpassung anzeigt. Bei dieser Ausführungsform ist zur vorgenannten
unterschiedlich ein haarnadelförmigesDetektor-Schal
tungsmuster und die Verbindung des Ausganges des Leistungsverstär
kers mit der horizontalen Ablenkung des Oszilloskops.
Diese Meßanordnung ist empfindlicher, weil die Ablenkung des Os
zilloskops um so größer wird, je mehr sich die Position der beiden
Platten zueinander und damit der optimalen Anpassung annähert.
Eine sehr empfindliche optische Anzeige wird erhalten, wenn der Lei
stungsverstärker mit der horizontalen Ablenkung des Oszilloskops ver
bunden ist und das entstehende Lissajous-Muster überprüft wird. Der
schnelle Phasenwechsel des Ausgangssignals im Vergleich zum Versorgungssignal
wird überwacht und beim Nullwert schrumpft das elliptische
Muster zu einer horizontalen Linie zusammen. Geringe Abweichungen in
der Registrierung bewirken starke Veränderungen des Musters auf dem
Oszilloskopschirm.
In diesen Ausführungsformen zum Bestimmen der Position einer
ersten Leiterzugebene in bezug auf eine zweite enthält die Vorrichtung
ein erstes und ein zweites Testmuster aus leitfähigem Material, das
auf zwei Transparentträgern angebracht wird. Beide Träger werden
so angeordnet, daß die Projektion des ersten Trägers entweder genau
zentriert oder in allernächster Nähe des zweiten Testmusters liegt.
Das Testmuster auf
dem ersten Transparentträger wird mit Wechselstrom geeigneter Frequenz versorgt
und ist so mit einem elektromagnetischen Feld umgeben.
Die Vorrichtung weist ebenfalls eine Einrichtung zum Messen der
im zweiten Testmuster induzierten Spannung auf. Die Position des ersten
Gegenstandes relativ zum zweiten kann so verändert werden, daß die op
timale Anpassung durch den Höchstwert der induzierten Spannung an
gezeigt wird.
Da die so erhaltenen elektronischen Signale sowohl in ihrer
Phase als auch in ihrer Größe variieren, wenn das erste Leiterzugmuster re
lativ zum zweiten bewegt wird, eignet sich das Verfahren
für ein vollständiges automatisches Zusammen
setzen von Vielebenen-Schaltungen.
Jeweils ein Stapel geschichteter Leiterplatten mit verschiedenen Ebe
nen für eine Vielebenen-Schaltung wird einzeln mit einem Transportband
oder einem Roboter der Vorrichtung zugeführt. Jede Platte wird für
sich verschoben, beispielsweise mittels eines servo-gesteuerten X-Y-Z-
Aufspanntisches, bis vom Sensor ein Null-Signal oder wenigstens ein
Minimum-Fehlersignal erhalten wird, worauf automatisch eine Bohr- oder
Stanzeinheit in Betrieb gesetzt wird, die Werkzeuglöcher in den Plat
ten anbringt. Anschließend werden die Plattenstapel zur Laminier
station befördert und zum Laminiervorgang vorbereitet.
Fig. 1 ist die schematische Darstellung einer ersten Ausfüh
rungsform der Erfindung.
Fig. 1A zeigt ein Diagramm zu Fig. 1,
und zwar die Amplituden-Schwankungen
beim Verschieben der beiden Testmuster bzw. entsprechender Anpassungs-Leiterzugmuster gegeneinander;
Fig. 2 ist die schematische Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2A zeigt ein Diagramm der Amplituden-Schwankungen bei der Ausführung
gemäß Fig. 2;
Fig. 3A zeigt das Treiber-Leiterzugmuster entsprechend einer
noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3B zeigt das Detektor-Leiterzugmuster, das sich auf
Fig. 3A bezieht;
Fig. 3C zeigt das Treiber-Leiterzugmuster entsprechend einer
noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3D zeigt das Detektor-Leiterzugmuster, das sich auf
Fig. 3C bezieht;
Fig. 4 zeigt eine Grundplatte mit dem Leiterzugmuster
entsprechend Fig. 3D;
Fig. 5 zeigt eine Grundplatte mit einem Paar der Treiber-Leiterzug
muster entsprechend Fig. 3C;
Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zum Anbringen von
Löchern.
Fig. 7 zeigt das Ablaufdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte
zur Herstellung von Vielebenen-Schaltungen entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ist die Darstellung einer noch weiteren Ausführungsform
der Erfindung mit zwei aufeinanderliegenden, flachen
Platten, die mit Treiber- und Detektor-Leiterzugmustern versehen sind;
Fig. 9 ist die perspektivische Darstellung eines ungleichmäßig
geformten, dreidimensionalen Gegenstandes;
Fig. 10 ist die Darstellung einer noch weiteren Ausführungsform
der Erfindung mit zwei aufeinanderliegenden, flachen
Platten, die einer Vielzahl von Treiber-Leiterzugmustern und in Serie
geschalteten Detektor-Leiterzugmustern versehen sind.
Fig. 11 ist die Darstellung einer noch weiteren Ausführungsform
der Erfindung mit zwei aufeinanderliegenden, flachen
Platten, die mit einer Vielzahl von in Serie geschalteten Paaren von
Treiber-Leiterzugmuster und in Serie geschalteten Detektor-Leiterzug
mustern versehen sind.
Fig. 12A ist die Darstellung einer Reihe von überlappend ange
brachten Löchern, die eine Rille in der Platte bilden; und
Fig. 12B ist die Darstellung eines in die Rille entsprechend
Fig. 12A eingelegten Drahtes.
Die Fig. 1 und 2 zeigten in schematischer Darstellung zwei Tech
niken zum Feststellen der relativen Lage von entweder einem geätzten
oder einem Drahtleiterzugmuster 13, 16 auf den Platten 14, 15, die
eine Lage einer Vielebenen-Schaltung sein können. Die Muster 13, 16
sind auf zwei verschiedenen Platten 14, 15 hergestellt und können ge
geneinander verschoben werden. Gemäß Fig. 1 ist ein Leistungs
verstärker 11 an einen Oszillator 10 angeschlossen und mit einem
Widerstand 12, der mit einem ersten oder Trei
ber-Leiterzugmuster 13 auf der Platte 14 in Serie geschaltet ist, verbunden. In
der Darstellung von Fig. 1 ist das erste Muster 13 ein gerades
Drahtende 13A, das mit den Leitern 13B verbunden ist. Der an das
Muster 13 angelegte Strom erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das das
erste Muster 13 gleichmäßig umgibt und das in seiner Amplitude ent
sprechend der Frequenz des Oszillators 10 schwankt. Die Frequenz
wird zwischen 10 und 100 Kilohertz gewählt.
Die zweite Platte 15 mit dem Detektor-Leiterzug
muster 16 ist über der ersten Platte 14 angeordnet. Das zweite Muster
16 ist mit den Eingängen eines rauscharmen Verstärkers 17 mit hohem
Verstärkungsgrad verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 17 ist mit den
Vertikaleingängen eines Oszilloskops 18 oder mit einem empfindlichen
Wechselstrom-Voltmeter verbunden. Wird die Platte 15 relativ zur
Platte 14 verschoben, induziert das durch den Wechselstrom im Leiter
muster 13 erzeugte elektromagnetische Feld in dem Leitermuster 16
eine Spannung, deren Amplitude umgekehrt pro
portional dem horizontalen Abstand der beiden Muster voneinander ist.
Indem die Platten 14 und 15 relativ zueinander bewegt werden, um die
Muster 13 und 16 zur Deckung zu bringen, bewegt sich die Spur des Os
zilloskops 18 auf ein Maximum zu, wie im Diagramm von Fig. 1A
gezeigt. Das Maximum wird wieder verlassen,
wenn sich die Muster 13 und 16 wieder von der
Deckungsgleichheit entfernen.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wurde das Detektor-
Leiterzugmuster auf der Platte 15 von der geraden Linie in eine
Schleife 20 mit zwei verlängerten, parallel zueinander verlaufenden
Schenkeln umgewandelt. Das eine Ende von Detektorschleife 20 ist mit
dem invertierten Ausgang und das andere
Ende mit dem nicht invertierten Ausgang des Verstär
kers 17 verbunden. Zusätzlich wird eine direkte Drahtverbindung 19
zwischen dem Leistungsverstärker 11 und dem Eingang der Horizontalab
lenkung des Oszilloskops 18 hergestellt. Wie zuvor induziert der
durch das Leiterzugmuster fließende Wechselstrom ein
elektromagnetisches Feld, das in der einen Richtung
bis zu einem Spitzenwert ansteigt und durch Null geht, und in der an
deren Richtung wieder ein Maximum erreicht.
Ein Verschieben der Platten 14, 15 relativ
zueinander verschiebt die in den beiden Schenkeln induzierte Spannung.
Da der Kathodenstrahl des Oszilloskops entsprechend der Wechselstromfrequenz
des Oszillators 10 horizontal abgelenkt wird, entsteht beim Entfernen
der beiden Platten 14 und 15 aus der Deckungslage ein kreisförmiges
oder elliptisches Muster auf dem Oszilloskop 18. Bewegen sich
die Muster 13 und 20 aufeinander zu, so zeigt die Ellipse eine
schnelle Drehung ihrer Hauptachse (Phasenverschiebung) gleichzeitig
mit einer schnellen Verkürzung der Nebenachse. Die Rotationsrichtung
der Ellipse kehrt um, wenn sich die Bewegungsrichtung längs der
dargestellten Achse umkehrt. Die Neigung der Ellipse zur horizon
talen und vertikalen Achse des Oszilloskops wird durch die Fehler
richtung bestimmt. Beispielsweise liegt die Hauptachse der Ellipse
entlang einer gedachten Linie durch den zweiten und vierten Qua
dranten, wenn das zweite Muster relativ zum ersten nach links verscho
ben ist, während die Hauptachse der Ellipse bei einer Rechtsverschie
bung entlang einer gedachten Linie, die den ersten und dritten Qua
dranten durchquert, liegt.
Die qualitative Aufzeichnung der Wellenform von Fig. 2A zeigt,
daß das Oszilloskop 18 durch eine stark ausgeprägte Nullstelle geht
mit einem steilen Abfall und einem steilen Anstieg zu beiden Seiten
der Nullstelle. In der Nullposition bricht die Ellipse zusammen, so
daß das Oszilloskop nur eine horizontale Linie anzeigt. An der Null
stelle befindet sich das Leiterzugmuster 13 genau zwi
schen den beiden Schenkeln der Detektorschleife 20 und die Überlage
rung der beiden Phasen der gleichwertigen Signale führt zu einem resultie
renden Null-Signal am Verstärker 17. Da der verti
kale Eingang von Oszilloskop 18 in diesem Fall kein Eingangssignal er
hält, erscheint horizontal nur eine gerade Linie. Dieses Nullmuster erkennt und
zeigt der Oszilloskop 18 mit einer Wiederholbarkeit von mindestens
0,0025 mm an. Dieser Wert ist ausschließlich begrenzt durch das Verhältnis
Signal/Geräuschpegel des Verstärkers.
An die Stelle der optischen Anzeige mittels Oszilloskop können Licht emittierende Di
oden (LEDs) oder auch Lichtbalken-Anzeigen treten.
Die Lichtbalken-Anzeige ent
hält eine Reihe von Licht emittierenden Dioden (LEDs) oder andere
schnell reagierende Licht emittierende Elemente in linearer Anordnung.
Das verstärkte Detektorsignal für jede Achse wird gleichgerichtet und
dem Eingang eines logarithmischen Verstärkers zugeführt. Der Ausgang
dieses Verstärkers bewirkt die Anzeige derart, daß die Länge des
Lichtbalkens bzw. die Anzahl der LEDs proportional dem Logarithmus der
Fehlanpassung in der entsprechenden Achsrichtung ist. Die Anzeige
ist so eingerichtet, daß die Entfernung vom Nullpunkt durch die
Länge des Lichtbalkens bzw. durch die Zahl der LEDs gekennzeichnet
ist. Beispielsweise entspricht eine leuchtende Diode einer Fehlanpassung
bzw. Verschiebung von 0,0025 mm; entsprechend zeigen 10 Dioden eine Fehlanpassung
von 0,025 mm und 20 Dioden eine solche von 0,05 an. Drei
solcher Lichtbalken nebeneinander ermöglichen der Bedienungsperson
die schnelle Korrektur durch Verschieben und Drehen der Plat
ten, um so eine exakte Anpassung zu erhalten.
Die Fig. 3A-3D zeigen die zweite und dritte alternative Aus
führungsform der Erfindung. Es sind Anpassungs-
Leiterzugmuster dargestellt, welche die gleichzeitige Anpassung
in zwei orthogonalen Richtungen gestatten. Die Muster 21-24 ent
sprechen etwa einer Größe von 600 m2. Die Muster 22, 24 kön
nen aus zwei verlängerten Schleifen im Abstand von 0,25 mm voneinander
bestehen. Das Muster 21 (Fig. 3A) ist ein Leiterzugmuster in
Schleifenform oder in Form eines Dreieckpaares, das an der Spitze
verbunden ist. Es kann aus isoliertem Draht hergestellt werden. Das
überlappende Leiterzugmuster 22 (Fig. 3B) ist ein solches,
das sich gut für die Benutzung zusammen mit dem Leiterzug
muster von Fig. 3A eignet. Es kann ebenfalls aus isoliertem Draht hergestellt
werden. Das Muster 23 (Fig. 3C) ist ein Leiterzugmuster,
das mittels eines Ätzvorgangs oder durch Drucken mit einer
leitfähigen Farbe hergestellt werden kann, während das Muster 24 (Fig.
3D) ein rechteckig geformtes Leiterzugmuster ist, das sich
gut für die Verwendung mit dem Leiterzugmuster von Fig. 3C
eignet.
Beide Hälften der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Muster 21, 22
verwenden gekreuzte isolierte Drähte und sind deshalb für drahtge
schrieben, aufeinander gestapelte Lagen geeignet. Die dargestellte
Kreuzung der Leiterzüge macht das Schaltungsmuster 21 ungeeignet für
die Anpassung bzw. genaue Ausrichtung von gedruckten Leiterplatten oder Erd- und Strom
zuführungs-Ebenen für drahtgeschriebene Leiterplatten. Werden diese im
Ätzverfahren oder durch Aufdrucken mit leitfähiger Farbe hergestellt,
dann sind zwei getrennte Schichten und Lochverbindungen
anzubringen, um so Kurzschlüsse am Kreuzungspunkt zu vermeiden.
Durch eine relativ geringfügige Änderung des Musters 21 (Fig.
3A) entsteht das Muster 23 (Fig. 3C), zwei dreieckige Formen,
die mit ihrer offenen Spitze zusammengefügt sind.
Eine Ände
rung des Kreuzungs-Detektormusters 22 (Fig. 3B) ergibt sich, wenn
es als Treiber-Leiterzugmuster 23 verwendet werden soll, um den Pha
senabgleich zu erhalten. Deshalb wird jede Schleife halbiert und verdrahtet,
wie in Fig. 3D als rechteckig geformte Spule gezeigt. Die mo
difizierten Musterpaare 23 und 24 (Fig. 3C und 3D) eignen sich genauso
gut wie die in den Fig. 3A und 3B gezeigten.
Es ist nicht notwendig, Treiber-Leiterzugmuster und Detektor-
Leiterzugmuster in der gleichen Ebene anzuordnen. Es ist lediglich er
forderlich, daß sie sich in benachbarten, parallelen Ebenen befinden.
Wächst die Entfernung zwischen den Ebenen, wird das aufgefaßte Signal
entsprechend schwächer und erschwert das genaue Erfassen der
Anpassung. Der Abstand ist vorzugsweise von 0,0025 bis 2,5 mm, am
besten weniger als 1 mm, und vorzugsweise weniger als 0,5 mm.
Die Muster entsprechend Fig. 3A bis 3D sind so geformt, um die
Wirkung des Verbindunsdrahtes möglichst gering zu halten. Das elek
tromagnetische Feld umgibt den gesamten Draht, der dem Treiber-Leiter
zugmuster eine Wechselspannung zuführt. Diese Wirkung muß reduziert
werden, außer in der unmittelbaren Umgebung des Musters. Hierzu werden
beide Zuführungsdrähte eng benachbart zueinander angeordnet und die
Leiter, die das Detektor-Leiterzugmuster mit dem entsprechenden Ver
stärker verbinden, werden abgeschirmt, wie in den Fig. 4 und 5 darge
stellt.
Das folgende Beispiel zeigt die Anwendung des Verfahrens nach
der Erfindung bei der Herstellung von Vielebenen-Schaltungen mit ge
druckten Leiterzugmustern.
Statt optischer Zielmarken, wie sie in der Vergangenheit ver
wendet wurden, schafft die Erfindung ein Verfahren für eine elektro
magnetische Anpassung in zwei Achsen. Das Anpassungs-Leiterzugmuster ist in
tegraler Bestandteil des Schaltbildes einer jeden Leiterzugebene durch
Hinzufügen von Mustern, wie sie beispielsweise in Fig. 3C dargestellt
sind. Dieses Muster ergänzt ein zweites Muster (Referenzmuster), das
mit einer Bohr- oder Stanzvor
richtung verbunden ist
(Fig. 6). Die Bohr- oder Stanzvorrichtung 80 ist
mit einem Präzisionsmanipulator 81 versehen, der das Verschieben und
Drehen der auf der Vorrichtung liegenden Platten erleichtert, so daß
die zweiseitige Platte 82 (gestrichelt gezeichnet) in genaue
Anpassung mit der Referenzmarke gebracht werden kann. Eine Anzeigevor
richtung, beispielsweise ein Oszilloskop oder eine LED-Anordnung, wie
zuvor beschrieben, zeigt an, wann die genaue Anpassung bzw. Übereinstimmung erreicht
ist. Selbst wenn die Platte geschrumpft ist oder sich ausgedehnt hat,
kann ohne Schwierigkeit erkannt werden, wann die exakte Anpassung
erzielt ist. Fehlanpassungen der Platte im Bezug zur Referenzmarke
in der Größenordnung von 2,5 µm können aus der Anzeige leicht abgele
sen werden. Nach der genauen Anpassung stellt ein Stanzwerkzeug oder
eine Anordnung von Bohrköpfen 83 Pilotlöcher 84 in
den verschiedenen Ebenen. Die Anordnung der Bohr
löcher entspricht der Anordnung der zuvor in den Plattenstapel einge
setzten Stifte. Da zwischen diesem Verfahrensschritt und der endgülti
gen Zusammensetzung und Laminierung des Plattenstapels keine das Mate
rial beanspruchenden Arbeitsgänge liegen, bleibt die einmal erreichte,
optimale Anpassung erhalten.
Ein weiterer Vorzug des Verfahrens nach der Erfindung besteht
darin, daß wegen des integrierten Ausgangssignals auch bei dimensions
instabilen Materialien die bestmögliche Anpassung erzielt wird.
Die Platte wird relativ zum angebrachten Referenzmuster verschoben, um
die bestmögliche Null-Bedingung, die der bestmöglichen Anpassung
entspricht, für eine bestimmte Platte herauszufinden. Wie erwähnt,
wird die beste Position bereits vor dem Anbringen der Pilotlöcher und
dem Stapeln und Laminieren festgestellt. Das hat den Vorteil, daß,
wenn der Nullwert unterhalb einem zuvor bestimmten Grenzwert liegt,
die Platte ausgesondert werden kann, ohne damit eine kostspielige
Vielebenen-Schaltung herzustellen, die sich natürlich als unbrauch
bar erweist.
Aus dem Arbeitsablauf-Diagramm (Fig. 7) sind die einzelnen Ver
fahrensschritte nach der Erfindung bei dessen
Verwendung für die Herstellung von Vielebenen-Schaltungen zu entneh
men. Für die Herstellung der inneren Schichten werden ein- oder zwei
seitige Signalebenen (Schritt 100) im Photodruck mit oder ohne metal
lisierten Lochverbindungen verwendet. Auf jeder für die Vielebenen-
Schaltung verwendeten Platte wird das Anpassungsmuster angebracht. In
Fig. 7 dienen die Verfahrensschritte 102 bis 112 für die Ausrichtung bzw. Anpassung
und die Lochherstellung. In 102 ist das Referenzmuster an der Stanz-
oder Bohrvorrichtung angebracht und mit Antriebs- und Detektorelek
tronik verbunden. Dieser Schritt ist nur während der Ersteinrichtung
des Verbindungsvorgangs erforderlich. Dann wird die Antriebs- und De
tektorelektronik mit den inneren auszurichtenden Schichten verbun
den. Die Platte ist auf der verschiebbaren Auflage der Lochungsvor
richtung angeordnet (104). Die bewegliche Auflage ist mechanisch und
elektrisch steuerbar, bis das gewünschte Signal oder vorzugsweise das
Nullsignal erhalten wird (106). Das erhaltene Nullsignal wird mit den
vorgesehenen Nullsignal-Toleranzen verglichen (108). Liegt das Null
signal nicht innerhalb der Toleranzgrenzen, wird die betreffende
Schicht vor dem Einbau in die Vielebenen-Schaltung aussortiert (110).
Liegt das Nullsignal innerhalb der Toleranzgrenzen, werden die Pilot
löcher hergestellt (112). Die mit den Pilotlöchern versehenen Platten
werden auf die Laminierstation gegeben, bis alle Schichten fertig sind
(114-116). Die Verfahrensschritte 104 bis 116 werden für jede aufein
anderfolgende Ebene wiederholt, bis alle Schichten vollständig sind.
Danach werden die mit Anpassungsstiften versehenen Schichten auf der
Laminiervorrichtung miteinander verpreßt und bilden so eine laminierte
Vielebenen-Schaltung (118). Schließlich werden die letzten Bearbei
tungsschritte der Vielebenen-Schaltung wie Metallisieren der Lochwan
dungen (120), Formgebung und Siebdruck (122), Prüfung und Inspektion
(124) durchgeführt und die Vielebenen-Schaltung ist zum Abtransport
bereit (126).
Das Verfahren nach der Erfindung wird für gedruckte und draht
geschriebene Schaltungen verwendet. Allerdings treten bei drahtge
schriebenen Schaltungen Probleme auf, deren Ursachen im Drahtschreibe
verfahren selbst liegen. Eines der schwierigsten Probleme ist bei
spielsweise die Justierung der mit den Drahtleiterzügen zu versehenden
Platte auf dem Tisch und in der richtigen Position relativ zum Draht
schreibkopf. Im Schreibkopf sind eine Drahtvorratsrolle sowie eine
Drahtführung vorgesehen, mittels derer der Draht durch einen schmalen
Schlitz, der in der Spitze des am Schreibkopf befestigten Schreib
stifts angebracht ist, geführt wird. Die Position dieses Schlitzes al
lein bestimmt die genaue Positionierung des Drahtes nach dessen Veran
kerung in der Plattenoberfläche. Es ist aber sehr schwierig, genau den
Punkt zu bestimmen, an dem der Draht in der vorgeformten Rille gebun
en wird. Dies beruht zum Teil darin, daß ein Spielraum zwischen
Rillendurchmesser und Drahtstärke vorhanden sein muß. Um diese Schwie
rigkeiten zu überwinden, läßt man den Drahtschreibkopf seine eigene
"Handschrift" schreiben, wo dieser den Draht auf der mit Haftvermitt
ler versehenen Oberfläche einer auf dem gleichen Tisch angebrachten
Referenzplatte niederlegt. Das so ausgebildete Referenzmuster (die
"Handschrift") dient als Teil des Verfahrens nach der Erfin
dung.
Die Schritte eines hierfür geeigneten Verfahrens zur Herstel
lung von drahtgeschriebenen Vielebenen-Schaltungen, um eine exakte
Anpassung zu erhalten, werden in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Fig. 4
zeigt einen Transport-Träger 30, dessen Oberfläche mit einer Drahthaftvermittler
schicht bedeckt ist. Fig. 5 stellt eine Grundplatte 35 dar, die eben
falls benutzt wird.
Unter Verwendung einer allgemein eingeführten
Drahtschreibemaschinen-Ladestation wird die Transportplatte für den
Kopf Nr. 1 der Drahtschreibemaschine in die richtige Position gebracht. Eine Ladestation ist
eine Einrichtung, die mit sehr genauen Positionier-Vorrichtungen verse
hen ist, um die Transportplatte exakt und wiederholbar zu haltern. Die
Transportplatte dient zur Übertragung eines Werkstückes von einer Ar
beitsposition zur nächsten. Es ist ratsam, Transportplatten paarweise
zu verwenden, die dann auf verschiedenen Arbeitspositionen gleichzei
tig verwendet werden können. Beispielsweise kann eine Transportplatte
eine Platte tragen, die gerade mit einem Leiterzugmuster versehen
wird, während eine andere gerade eine Platte aufnimmt oder ablegt. Die
Aufnahmestation enthält entsprechend der Erfindung einen Signalgenera
tor, einen Detektor und eine elektronische Anzeigevorrichtung sowie
einen Präzisionsmanipulator zum Verschieben und Drehen des Werkstücks
zur Herstellung der Anpassung entsprechend der Erfindung.
Befestigen eines Stückes von Drahthaftvermitt
ler auf dem Transportträger 30 unter Verwendung der Streifen 31-34 aus
dünnem, doppelseitigen Klebeband an den vier Ecken, wie in Fig. 4 ge
zeigt.
Positio
nieren des Transportträgers 30 unter dem Kopf Nr. 1 der Drahtverlegema
schine.
Verlegen von zwei Paaren von Detektor-Leiter
zugmustern 23 auf dem Transportträger 30 mit dem Drahthaftvermittler.
Dabei soll der Mittelpunktsabstand A zwischen den beiden Mustern 23
dem Nominalabstand der Ätzmuster 24 auf der Grundplatte 35 entsprechen
(vgl. Fig. 5).
Der Transportträger 30 mit dem Drahthaftvermittler
wird zur Ladestation zurückgebracht und die drei Detektor-Ver
stärker 17a, 17b, 17c werden mit dem Detektor-Leiterzugmuster 23 ver
bunden, wie dargestellt. Die Ausgänge der Verstärker werden mit den
Kanälen CH1, CH2, CH3 eines Mehrkanal-Oszilloskopen verbunden.
Die mit Drahthaftvermittler überzogene Grundplatte 35
wird auf den Transportträger 30 gebracht mit der ersten, mit Leiterzügen
versehenen Seite nach oben und in annähernder Anpassung an das
Detektor-Leiterzugmuster 23. Der Antriebsverstärker 11 (Fig. 5) wird
mit den Drähten 36 und 37 des Treiber-Leiterzugmusters verbunden, das
auf der anderen Seite der Grundplatte 35, die auf dem Transportträger 30 auf
liegt, entweder durch Ätzen oder Drucken angebracht wurde.
Unter Verwendung der Manipulator-Vorrichtung
wird die Grundplatte 35 solange ausgerichtet, bis an allen drei Verstärkern
17a, 17b, 17c die Nullstellung beobachtet wird. Die Grundplatte 35 wird auf
dem Transportträger 30 fixiert.
Der Transportträger 30 wird zur Drahtlegemaschine
zurückgebracht und unter dem Kopf Nr. 1 angeordnet. Drahtleiterzüge
werden auf der ersten Seite der Grundplatte 35 angebracht, einschließlich
eines zweiten Paares von Treiber-Leiterzugmuster, die mit den auf der
Grundplatte 35 geätzten identisch sind.
Zurückbringen des Transportträgers 30 zur Halte
rung der Ladestation; Abnehmen der Grundplatte 35, Unterbrechen der beiden
Antriebsdrähte 36, 37 und erneutes Verbinden mit dem neuen Treiber-
Leiterzugmuster, das auf der ersten Plattenseite angebracht wurde.
Die Grundplatte 35 wird umgedreht, so daß die zweite
Leiterzugseite oben liegt.
Unter Verwendung des Manipulators wird die
Grundplatte 35 so ausgerichtet, daß auf allen drei Kanälen CH1, CH2, CH3 ein
Nullsignal erhalten wird. Dann wird die Grundplatte 35 mit den Klebestreifen
in dieser Position fixiert.
Der Transportträger 30 wird zur Drahtlegemaschine
zurückgebracht.
Auf der zweiten Seite wird das Drahtleiterzug
muster angebracht und so das Schaltungsmuster fertiggestellt. Dann
wird die Grundplatte 35 vom Transportträger 30 genommen.
Nur die Schritte 6 bis 13 müssen für jede Grundplatte 35, die für
den gleichen Zweck dienen soll, wiederholt werden und/oder jede Grundplatte
35 für jeglichen Verwendungszweck, die geätzte Antriebsmuster im Ab
stand von A hat. Solange der Drahtschreibkopf nicht gestört wird, wird
seine Drahtschrift in der Drahthaftvermittlerschicht verankert, mit der die
Plattenoberfläche versehen ist. Wird der Kopf neu ausgerichtet oder
sonst gestört, müssen die Schritte 1 bis 5 ebenfalls wiederholt wer
den.
Die Anwendung dieser Technik erlaubt das Beobachten aller drei
Koordinaten und gibt dem Techniker ein schnelles, einfaches und anpas
sungsfähiges Verfahren an die Hand. Fehler, die durch Materialschrump
fung oder durch fehlerhafte Vorlagen oder Positionsfehler der Draht
schreibvorrichtung oder in der Kopfführung entstehen, können ausge
glichen werden. Die Technik kann auch für die gleichzeitige Herstellung
von vier Mustern verwendet werden, von denen jedes in einer Ecke der
Platte angeordnet ist, um Schwierigkeiten wie Trapezverzeichnungen
auszugleichen.
Eine vierte alternative Ausführungsform der Erfindung ist in
Fig. 8 dargestellt. Dieses Verfahren wird anhand eines Werkstücks be
schrieben, eignet sich aber zur Herstellung sowohl gedruckter als auch
drahtgeschriebener Schaltungen.
Die Position des Werkstücks 40 wird in einer Ebene exakt in be
zug auf eine Referenzposition definiert unter Verwendung von drei Sen
soren 41, 42, 43 vom oben beschriebenen Typ und wie in den Fig. 1 und
2 gezeigt. Die Sensoren 41, 42, 43 enthalten Treiber-Leiterzugmuster
41a, 42a, 43a, zum Teil gestrichelt dargestellt, und Detektor-Leiter
zugmuster 41a, 41b,41c. Die Anordnung des flachen Werkstücks 40 in
einer Ebene stellt die häufigste Anwendung dieser Ausführungsform dar.
Um die räumliche Positionierung und Steuerung zu erzielen, kön
nen Sensoren 41, 42, 43 in jeder beliebigen Anzahl in verschiedenen
Ebenen angeordnet werden. Weiterhin können durch die Anordnung und die
Sensibilität der Sensoren 41, 42, 43 verschiedene Positioniergenauig
keiten in verschiedenen Ebenen oder von verschiedenen Teilen eines
Werkstücks erzielt werden. Die Vorsichtsmaßnahmen, die zuvor für die
Anordnung und Abschirmung der Leiterzüge gegeben wurden, sind auch
hier und im folgenden Beispiel zu beachten.
Wie in Fig. 9 dargestellt, wird es als vorteilhaft angesehen,
daß die genaue räumliche Position eines dreidimensionalen Werkstückes
50 oder eines Werkstückes beliebiger geometrischer Gestalt nur ein Mi
nimum von drei Ebenen benötigt. Vorzugsweise werden 6 Sensoren in der
näheren Umgebung der Vektoren 51-56 angeordnet, um die relative Bewe
gung in diesen Orten in der Vektorrichtung feststellen zu können. Die
in der Nachbarschaft der Vektoren 54, 55, 56 angeordneten Sensoren de
finieren eine Referenzecke, gekennzeichnet durch X-, Y- und Z-Achsen.
Drei weitere Sensoren 51, 52, 53 können so angeordnet werden, daß sie
Gieren, Neigung und Rollen (wie aus der Figur ersichtlich) erfassen
können.
Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders einfach durch
zuführen mit einer Maschine, die geeignet ist,
ihre eigenen Sensoren zu schaffen. Verdrahtungsmaschinen, die
zur Herstellung drahtgeschriebener Schaltungen verwendet werden, haben
diese Fähigkeit. Die Positionsaufzeichnung, die von einer derartigen
Vorrichtung erhalten wird, ist unangreifbar durch von außen verur
sachte Fehler oder durch unvermeidliche Fehler, wie sie bei der Über
tragung von für die Ortsangabe bestimmten Einrichtungen wie Meßfühler
oder Stiften vorkommen.
Um die Positionsangabe eines Drahtverlegekopfes auf den gegen
wärtigen Stand zu bringen, ist es nur erforderlich, die vorhandenen
Meßfühler vom Tisch zu entfernen und neue einzulöten. Auf diese Weise
kann das Problem ohne schwierige, zeitraubende und weniger genaue me
chanische Veränderungen gelöst werden. Das Konzept der Vorrichtungs
positionsaufzeichnung mag dann von Bedeutung sein, wenn extreme Genau
igkeiten, wie beispielsweise bei der Herstellung von Halbleitern,
gefordert sind.
Die Erfindung kann auch für Bohrvorrichtungen angewendet wer
den. Die meisten modernen Bohrmaschinen, die zur Herstellung gedruck
ter Schaltungen verwendet werden, können so programmiert werden, daß
sie die Treiber-Leiterzugmuster oder Detektor-Leiterzugmuster entspre
chend der Erfindung in das kupferkaschierte isolierende Material ein
fräsen.
Kann die Bohrmaschine nicht programmiert werden, kann ein Kanal
mit dem beispielsweise in Fig. 3C gezeigten Muster auf einem Dielektrikum
eingefräst werden, das am Bohrtisch befestigt wird. Hierzu wer
den flache, überlappende Löcher 80 gebohrt, wie in Fig. 12A darge
stellt. Lochdurchmesser, Abstand und Bohrtiefe müssen dem zu verwen
denden Draht angepaßt werden. Für einen isolierten Draht (Nr. 24) mit
einem Durchmesser von insgesamt 0,66 mm, werden Löcher mit dem Bohrer
Nr. 60 (1 mm Durchmesser) im Abstand von 0,75 mm und einer Tiefe von
0,66 mm gebohrt, die den in die Rille 80 eingelegten Draht 81 sicher
aufnehmen und fest halten (Fig. 12B). Das Bohrmuster dient gleichzei
tig als Positionierangabe für diese Maschine.
Beim Bohren einer Platte, deren Leitungsdrähte nicht genau
entsprechend dem gewünschten Muster verlegt sind, ist es vorteilhaft,
um in jedem Punkt die geringste Abweichung zwischen den verlegten
Drähten und den zu bohrenden Löchern zu erzielen, über die Abweichungen
zu mitteln. Da nach dem Verfahren nach der Erfindung die Sensoren ein
Teil des Werkstücks sind, entspricht deren Positionsabweichung der
jenigen der verlegten Drähte. Es kann deshalb die Abweichung auf ein
Minimum reduziert werden, wenn die Platte so angeordnet wird, daß die
Sensoren symmetrisch und um den gleichen Betrag verschoben werden. Da
mit wird ein Mittelwert der Abweichungen der übrigen Eigenschaften der
Schaltung erzielt und somit jegliche Abweichung auf ein Minimum redu
ziert. Dieses Mitteln kann auf zwei verschiedene Arten durchgeführt
werden, wie sie in den Fig. 10 und 11 dargestellt sind. Die dort ge
zeigten Techniken stellen die fünfte und sechste alternative
Ausführunsform der Erfindung dar. Es wird auch die Anzahl der Ver
bindungen, die zu den Sensoren hergestellt werden müssen, reduziert.
Das ist eine wichtige Überlegung, denn während Verbindungen zu dauernd
auf der Maschine angebrachten Sensoren relativ einfach herzustellen
sind, kann das Anbringen von elektrischen Verbindungen zu einem Werk
stück bei einigen Anwendungen unvorteilhaft sein. Um die Anzahl der
elektrischen Verbindungen zu einem Werkstück möglichst gering zu hal
ten, ist es ratsam, eine gemeinsame Antriebsschaltung für alle Senso
ren vorzusehen und in Serie zu schalten.
Die Sensoren 61-68 (Fig. 10) enthalten die Treiber-Leiterzug
muster 61a bis 68a, die vorzugsweise integrale Bestandteile des Werk
stücks 60 sind und gleichzeitig mit diesem hergestellt wurden. Detek
tor-Leiterzugmuster 61b bis 68b können einzeln hergestellt und richtig
auf dem Tisch plaziert werden. Der Einfachheit halber und um die Zahl
der Verbindungen zu reduzieren, werden die Treiber-Leiterzugmuster 61a-
68a in Serie geschaltet und bilden eine Antriebsschaltung, die mit
einer Wechselstromquelle 69 verbunden ist. Fig. 10 zeigt das Werkstück
60 beispielsweise eine Platte, die auf der rechten Seite breiter ist,
während sie auf der linken ihre ursprüngliche Form beibehalten hat.
Derartige Verzerrungen können während der Bearbeitung der Platte 60
entstehen.
Die beste Position für die Platte 60 wird entweder manuell ein
gestellt oder unter Verwendung eines automatischen Servomechanismus.
Letzterer wird vorteilhaft verwendet, um eine Nullstellung der Anzei
gevorrichtungen 61c bis 68c zu erzeugen (da keine Abweichung erforder
lich ist). Für den Fall, daß keine gleichzeitige Nullstellung erreich
bar ist, werden die Anzeigen 62c und 65c um den gleichen Betrag, aber
in entgegengesetzter Richtung, verschoben. Dadurch werden die Verzer
rungen der Platte 60 auf der rechten Seite weitgehend ausgeglichen.
Eine weitere, ähnlich verzerrte Platte 70 ist in Fig. 11, darge
stellt. In der vierten Ausführungsform zum Erzielen automatischer Mit
telung weist die Platte 70 die Sensoren 71 bis 76 mit den Treiber-Lei
terzugmuster 71a bis 76a, die auf der Platte 70 ausgebildet sind, und
die Detektor-Leiterzugmuster 71b bis 76b, die auf dem Tisch der Vor
richtung angebracht sind. Die in Serie geschalteten Treiber-Leiterzug
muster 71a bis 76a sind mit einer Wechselstromquelle 82 verbunden. Die
Anzeigevorrichtung 77 der in Serie geschalteten entgegengesetzten De
tektor-Leiterzugmuster 71b, 75b gibt nur dann die Nullposition an,
wenn ihre zugeordneten Treiber-Leiterzugmuster 71a, 75a um den glei
chen Betrag in der entgegengesetzten Richtung verschoben sind. Auf
diese Weise kann die mittlere Abweichung ohne menschliche Hilfe oder
komplizierte Geräte bestimmt werden. Das gleiche gilt auch für die An
zeigevorrichtungen 78 und 79 und die zugeordneten Detektor-Leiterzug
muster 72b, 74b und 73b, 76b.
Die oben beschriebenen und in den Fig. 10 und 11 dargestellten
Techniken geben Informationen, die
- 1. spezifisch für einen einzelnen Vektor sind,
- 2. richtungsabhängig und
- 3. völlig unbeeinflußt von anderen Vektoren.
Deshalb eignen sich diese Informationen bestens für
manuelle Regelungen oder zum Betrieb eines einfachen Servomechanismus
für automatische Anpassung.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Schaltungsfehler der
Platte sofort erkannt und ausgeglichen. Eine gedruckte Schaltung ist
mit einer Vielzahl von geätzten Treiber-Leiterzugmuster versehen und
wird in die laufende Verarbeitung eingeordnet. Eine Station ist mit
einer Anordnung von Detektor-Leiterzugmustern versehen. Nach Ermitt
lung der besten Anpassung der Leiterplatte mit den Detektor-Lei
terzugmustern werden die Pilotlöcher angebracht. Der verbleibende Rest
der Fehlanpassung ist bedingt durch Schrumpfung und Verschiebung in
der X-, Y- und der diagonalen Richtung und Veränderungen in unter
schiedlichen Bereichen des Basisplattenmaterials. Die von den Sensoren
ausgegebenen Fehlanpassungs-Signale können in digitale Daten umge
wandelt werden und als entsprechende Software zur Modifizierung von
Lochungs- oder Drahtschreibe-Programmen verwendet werden. Auf
diese Weise wird die beste Anpassung von Löchern zum
Leiterzugmuster in jedem Bereich der Platte erzielt.
Schließlich wurde noch beobachtet, daß auf der Oberfläche mon
tierte Bauteile kleiner sind und in noch genauerer Übereinstimmung mit
dem Leiterzugmuster angebracht werden müssen als Bauteile mit An
schlußdrähten in durchmetallisierten Löchern. In einer weiteren Aus
führungsform der Erfindung wird eine Vielzahl von Treiber-Leiterzug
mustern auf jeder Leiterplatte angebracht. Die gleiche Zahl von Detek
tor-Leiterzugmustern ist auf jeder Arbeitsstation vorgesehen, um eine
genaue und automatische Anpassung zwischen Leiterplatte und Bau
teilpositionierkopf zu erreichen.
Claims (11)
1. Verfahren zum Positionieren einer Leiterplatte
oder einer Leiterplattenebene auf einer Auflagefläche
einer für die Leiterplattenherstellung verwendeten
Maschine, mit folgenden Verfahrensschritten:
- a) Versehen der Leiterplatte oder der Lage einer Vielebenen-Leiterplatte mit einer Mehrzahl von ersten, elektrisch leitfähigen Anpassungs-Leiterzugmustern;
- b) Versehen der Auflagefläche mit einer Mehrzahl von entsprechenden zweiten, elektrisch leitfähigen Anpassungs-Leiterzugmustern;
- c) Beaufschlagen der ersten Anpassungs-Leiterzugmuster mit Wechselstrom vorgegebener Stärke und Frequenz;
- d) Verbinden der Ausgänge der entsprechenden zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster mit Anzeigevorrichtungen;
- e) Positionieren der Leiterplatte oder Leiterplattenebene und der Auflagefläche relativ zueinander, so daß jedes der zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster innerhalb des elektromagnetischen Feldes des stromdurchflossenen entsprechenden ersten Anpassungs-Leiterzugmusters angeordnet ist;
- f) Verschieben der Leiterplatte oder Leiterplattenebene und der Auflagefläche relativ zueinander, bis die Anzeigevorrichtungen Spannungswerte anzeigen, die der gewünschten Position entsprechen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterplatte eine drahtgeschriebene Leiterplatte
ist und die Auflagefläche die einer Drahtschreibemaschine
ist, und daß die zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster
aus isoliertem Draht bestehen und von der Drahtschreibemaschine
selbst angebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterplatte und die Auflagefläche Lagen
für Vielebenen-Schaltungen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das elektromagnetische Feld eine
Spannung induziert, deren Maximalwert einer vorbestimmten
geometrischen Position der Leiterplatte relativ zur Auflagefläche
entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster
zwei parallele, einseitig miteinander verbundene
Schenkel aufweisen, deren Enden mit der Anzeigevorrichtung
verbunden werden, und daß der Minimal-
oder Null-Wert der induzierten Spannung einer vorbestimmten,
geometrischen Position der Leiterplatte relativ zur Auflagefläche
entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mehrzahl der ersten Anpassungs-Leiterzugmuster
entlang der Peripherie der Leiterplatte angeordnet
ist und daß die entsprechenden zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster aus
einer Mehrzahl von in Serie geschalteten, entlang der Peripherie
der Auflagefläche angeordneten Anpassungs-Leiterzugmuster-Teilen
bestehen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Anpassungs-Leiterzugmuster
Schleifenform mit sich kreuzenden Schenkeln
aufweisen und aus isoliertem Draht bestehen.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster
im wesentlichen rechteckig geformte Leiterzugteile
aufweisen.
9. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Anpassungs-Leiterzugmuster
aus Kupferfolie bestehen, die
im Druck- und Ätzverfahren hergestellt werden und
Schleifenform ohne Kreuzungspunkte aufweisen.
10. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten Anpassungs-Leiterzugmuster
aus Leitlack bestehen.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Anpassungs-Leiterzugmuster
im wesentlichen rechteckig geformte Leiterzugteile
sind und isolierte Kreuzungspunkte aufweisen.
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