DE4218515A1 - Verfahren zum Messen der mechanischen Belastung von elektronischen Bauelementen bei ihrem Aufsetzen auf Platten - Google Patents

Description

Elektronische Geräte mit einer Vielzahl von elektronischen Bauelementen enthalten in der Regel mehrere Leiterplatten, auf denen die elektronischen Bauelemente angeordnet sind. Das Aufsetzen der elektronischen Bauelemente auf die Leiterplatten geschieht meistens in Bestückautomaten, die mit einer Greifeinrichtung versehen sind; von der Greifeinrichtung werden die elektronischen Bauelemente nacheinander auf die jeweilige Leiterplatte in der jeweils gewünschten Position aufgebracht.

Beim Bestücken der Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen in einem Bestückautomaten werden auf die elektronischen Bauelemente mechanische Belastungen ausge­ übt, die - wie beispielsweise aus der Zeitschrift "Surface Mount Technology", Mai/Juni 1990, Seiten 11 bis 15 entnehmbar ist - insbesondere bei SMD (Surface Mounted Devices) -Bauelementen so stark sein können, daß die Bauelemente beschädigt werden. Es besteht deshalb ein Interesse daran, die mechanischen Belastungen zu messen, die beim Aufsetzen von elektronischen Bauelementen auf Platten in einem Bestückautomaten auftreten. Sind nämlich diese Belastungen bekannt und ist ferner bekannt, welchen maximalen mechanischen Belastungen das jeweilige elektroni­ sche Bauelement ausgesetzt sein darf, ohne daß es beschädigt wird, dann läßt sich durch entsprechende Einstellung des Bestückautomaten die mechanische Belastung innerhalb unkritischer Grenzwerte halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen der mechanischen Belastung von elektronischen Bauelementen bei ihrem Aufsetzen auf Platten in einem Bestückautomaten anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem solchen Verfahren erfindungsgemäß eine Testplatte mit einem teilweise herausgetrennten, einen eingespannten Biegebalken dar­ stellenden Abschnitt und mit einer Durchbiegungserfassungs­ einrichtung im Einspannbereich des teilweise herausge­ trennten Abschnitts verwendet, auf den teilweise heraus­ getrennten Abschnitt ein elektronisches Bauelement von einer Greifeinrichtung des Bestückautomaten aufge­ setzt und in einer an die Durchbiegungserfassungsein­ richtung angeschlossenen Auswerteeinrichtung ein der mechanischen Belastung entsprechendes Meßsignal erzeugt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, unter weitgehend den betrieblichen Bedingungen angepaßten Bedingungen die mechanischen Belastungen mit deren Spitzenwerten zu ermitteln, die elektronische Bauelemente beim Aufsetzen auf Leiterplatten in einem Bestückautomaten ausgesetzt sind. Dabei läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren relativ einfach durchführen, weil es lediglich einer Testplatte mit einem teilweise herausgetrennten Abschnitt, einer Durchbiegungserfassungseinrichtung und einer daran angeschlossenen Auswerteeinrichtung bedarf. Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Elemente sind bis auf die Testplatte handelsüblich, und auch das Verfahren selbst läßt sich einfach und schnell vor Ort am Bestückautomaten durch­ führen.

Um das Messen der mechanischen Belastung von elektroni­ schen Bauelementen beim Bestücken unter weitgehend praxisnahen Bedingungen durchführen zu können, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn vor dem Aufsetzen der elektronischen Bauelemente auf die Testplatte eine Paste auf den teilweise herausgetrennten Abschnitt aufgetragen wird. Beim Bestücken selbst wird nämlich mit einer der­ artigen Paste gearbeitet, bei der es sich beispielsweise um eine Lotpaste handeln kann.

Um auch hinsichtlich der Paste möglichst praxisnahe Bedingungen in einfacher Weise nachzubilden, erfolgt das Auftragen der Paste bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise auf drucktechnischem Wege, wobei sich ein einfach durchzuführender Schablonendruck mit Hilfe einer kleinen Gummirakel als besonders einfach durchführbar erwiesen hat.

Um die bei der Bestückung von Leiterplatten mit elektroni­ schen Bauelementen in einem Bestückautomaten herrschenden Bedingungen besonders genau nachzubilden, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise das elektronische Bauelement von der Greifeinrichtung des Bestückautomaten auf eine mit einer Paste versehene Probe- Leiterplatte aufgesetzt, die sich in einer flachen Aus­ nehmung im teilweise herausgetrennten Abschnitt befindet. Das Arbeiten mit einer Probe-Leiterplatte hat den Vorteil, daß der Auftrag der Paste in einer Weise erfolgen kann, wie dies beim tatsächlichen Bestücken von Leiterplatten in einem Bestückautomaten der Fall ist, weil derartige, relativ kleine Probe-Leiterplatten zu einem Nutzen zusammen­ gefaßt eine äußere Gestalt wie eine zu bestückende Leiter­ platte aufweisen können und demzufolge hinsichtlich des Auftrags der Paste wie herkömmliche Leiterplatten behandelt werden können.

Eine Testplatte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist vorteilhafterweise einen teilweise herausgetrennten Abschnitt auf, der einen eingespannten Biegebalken darstellt, und auf der Testplatte ist im Einspannbereich des teilweise herausgetrennten Abschnitts mindestens ein Dehnungsmeßstreifen der Durchbiegungser­ fassungseinrichtung befestigt. Ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Testplatte aus Aluminium hergestellt, dann ergeben sich aufgrund des Elastizitäts­ moduls von Aluminium bei den zu erwartenden mechanischen Belastungen Beanspruchungen des teilweise herausgetrenn­ ten Abschnittes, die zur Auswertung besonders günstig sind, weil ein lineares Verhalten vorliegt.

Im übrigen ist darauf hinzuweisen, daß die Durchbiegung des teilweise herausgetrennten Abschnittes auch auf andere Weise, beispielsweise durch optische Abtastung der jeweils erfolgenden Durchbiegung, vorgenommen werden kann.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Testplatte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in

Fig. 2 ein Blockschaltbild der vorteilhafterweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Auswerteeinrichtung und in

Fig. 3 ein teilweiser Schnitt durch ein weiteres Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Testplatte im Bereich des teilweise herausgetrennten Abschnittes dargestellt.

Wie die Fig. 1 erkennen läßt, ist eine Testplatte 1 aus vorzugsweise Aluminium mit einem teilweise herausgetrennten Abschnitt 2 versehen, der durch zwei parallel zueinander verlaufende Schlitze 3 und 4 sowie einen die beiden Schlitze 3 und 4 verbindenden zusätzlichen Schlitz 5 in der Testplatte 1 gebildet ist. Der Abschnitt 2 hat somit die Gestalt einer Zunge und stellt mechanisch betrachtet einen einseitig im Bereich 6 eingespannten Balken dar.

Im Einspannbereich 6 ist eine Durchbiegungserfassungsein­ richtung 7 fest angebracht, die - wie Fig. 2 zeigt - beispielsweise aus einem Dehnungsmeßstreifen 8 in einer Brückenschaltung 9 mit weiteren ohmschen Widerständen 10, 11 und 12 besteht. An eine von Schaltungspunkten 13 und 14 gebildete Eingangsdiagonale der Brückenschaltung 9 ist eine Hilfsspannungsquelle 15 angeschlossen. Mit der von den Schaltungspunkten 16 und 17 gebildeten Ausgangs­ diagonalen der Brückenschaltung 9 ist ein Verstärker 18 eingangsseitig verbunden; ausgangsseitig ist dem Ver­ stärker 18 ein schreibendes Meßgerät 19 und beispielsweise zusätzlich ein digitales Anzeigegerät 20 nachgeordnet. Der Verstärker 18 bildet mit den Meßgeräten 19 und 20 eine Auswerteeinrichtung 21.

Aus Fig. 1 ist ferner entnehmbar, daß zu der Durchbiegungs­ erfassungseinrichtung 7 Leitungen 22 und 23 führen, die den genauso bezeichneten Leitungen 22 und 23 gemäß Fig. 2 entsprechen und die Verbindungsleitungen zur Hilfs­ spannungsquelle 15 bilden. Weitere Leitungen 24 und 25 sind, wie ergänzend Fig. 2 zeigt, Anschlußleitungen zum Verstärker 18 der Auswerteeinrichtung 21.

Aus Fig. 1 geht auch hervor, daß auf den teilweise herausgetrennten Abschnitt 2 ein elektronisches Bauelement 26 aufgesetzt ist; dieses Aufsetzen ist von einem im übrigen nicht dargestellten Bestückautomaten mit einer ebenfalls nicht gezeigten Greifeinrichtung vorgenommen worden, nachdem die Oberfläche des Abschnitts 2 im Schablonendruck mit einer kleinen Gummirakel mit Lotpaste versehen ist. Der Vorgang des Aufsetzens des elektroni­ schen Bauelementes 26 auf den teilweise herausgetrennten Abschnitt 2 wird mittels der Anordnung nach Fig. 2 über­ wacht bzw. ausgewertet, die mit der Hilfsspannungsquelle über ein Kabel 27 und eine Klemmenanordnung 28 an die Durchbiegungserfassungseinrichtung 7 angeschlossen ist. Dabei ist beispielsweise der in Fig. 2 beim schreibenden Meßgerät 19 skizzierte Verlauf der mechanischen Belastung mit ihrem Spitzenwert festgehalten worden. Dies ist da­ durch möglich, daß sich entsprechend der von der Greifein­ richtung beim Aufsetzen des elektronischen Bauelementes 26 auf den Abschnitt 2 auftretenden mechanischen Belastung dieser Abschnitt 2 nach unten durchgebogen hat, was im Einspannbereich 6 von der Durchbiegungserfassungseinrich­ tung 7 mit dem Dehnungsmeßstreifen 8 erfaßt worden ist.

Nachdem mit der dargestellten Testplatte 1 die mechanische Belastung beim Aufsetzen des elektronischen Bauelementes 26 im Bestückautomaten erfaßt worden ist, kann das elektronische Bauelement 26 wieder ohne weiteres von der Testplatte 1 entfernt werden und auch die darunter befind­ liche Paste abgewischt werden. Die Testplatte 1 steht dann zu weiteren Messungen wieder zur Verfügung.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine weitere Testplatte 30 im Bereich des teilweise herausgetrennten Abschnitts 31 gezeigt; erkennbar ist hier nur der zusätzliche Schlitz 32, der dem zusätzlichen Schlitz 5 nach Fig. 1 entspricht. Die Testplatte 30 ist im Bereich ihres Abschnitts 31 mit einer flachen Ausnehmung 33 versehen, in der sich eine Probe-Leiterplatte 34 mit aufgebrachter Lotpaste 35 und 36 befindet. Die Probe-Leiterplatte 34 kann im Nutzen herge­ stellt sein und aus einem größeren Verband nach Aufbringung der Lotpaste 35 und 36 beispielsweise einfach herausgebrochen und dann in die flache Ausnehmung 33 eingesetzt sein. Wird nun ähnlich wie im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, auf die Probe-Leiterplatte 34 ein in Fig. 3 nicht dargestelltes elektronisches Bauelement durch eine Greifeinrichtung eines Bestückautomaten aufgesetzt, dann bewirkt auch hier die damit einhergehende mechanische Belastung, daß der teilweise herausgetrennte Abschnitt 31 in Richtung des Pfeiles 37 ausschwenkt, weil der Bereich 31 wiederum einen einseitig eingespannten Balken bildet. Mittels einer in der Fig. 3 nicht dargestellten und der Durchbiegungserfassungseinrichtung 7 nach Fig. 1 ent­ sprechenden Einrichtung und einer Auswerteeinrichtung entsprechend Fig. 2 kann auch in diesem Falle die mechanische Belastung auf das elektronische Bauelement beim Bestücken gemessen werden, wobei hier infolge Arbeitens mit einer Probe-Leiterplatte 34 besonders praxisnahe Bedingungen nachgebildet sind.

Claims (6)

1. Verfahren zum Messen der mechanischen Belastung von elektronischen Bauelementen bei ihrem Aufsetzen auf Platten in einem Bestückautomaten, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Testplatte (1) mit einem teilweise herausgetrennten, einen eingespannten Biegebalken darstellenden Abschnitt (2) und mit einer Durchbiegungserfassungseinrichtung (7) im Einspannbereich (6) des teilweise herausgetrennten Abschnitts (2) verwendet wird,
• - auf den teilweise herausgetrennten Abschnitt (2) ein elektronisches Bauelement (26) von einer Greifeinrich­ tung des Bestückautomaten aufgesetzt wird und
• - in einer an die Durchbiegungserfassungseinrichtung (7) angeschlossenen Auswerteeinrichtung (21) ein der mechanischen Belastung entsprechendes Meßsignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - vor dem Aufsetzen der elektronischen Bauelemente (26) auf die Testplatte (1) eine Paste auf den teilweise herausgetrennten Abschnitt (2) aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Auftragen der Paste auf drucktechnischem Wege erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das elektronische Bauelement von der Greifeinrichtung des Bestückautomaten auf eine mit einer Paste (35, 36) versehene Probe-Leiterplatte (34) aufgesetzt wird, die sich in einer flachen Ausnehmung (33) im teilweise herausgetrennten Abschnitt (31) befindet.

5. Testplatte zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Testplatte (1) einen teilweise herausgetrennten Abschnitt (2) aufweist, der einen eingespannten Biege­ balken darstellt, und
• - auf der Testplatte (1) im Einspannbereich (6) des teil­ weise herausgetrennten Abschnitts (2) mindestens ein Dehnungsmeßstreifen (8) der Durchbiegungserfassungsein­ richtung (7) befestigt ist.

6. Testplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - sie (1) aus Aluminium besteht.