DE4338656A1 - Vorrichtung zum Ausrichten von Leiterplatten und Bildträgern - Google Patents
Vorrichtung zum Ausrichten von Leiterplatten und BildträgernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gegenseitigen
Ausrichten von gelochten Leiterplatten und Bildträgern, z. B.
Filmen, bestehend aus einer Unterlage mit daran angebrachten,
parallelen Stiften.
Bei der Herstellung von Leiterplatten, z. B. den äußeren
Platten von Mehrlagen-Leiterplatten, müssen jeweils eine mit
einer bestimmten Anordnung von Löchern versehene Leiterplatte
und ein eine bestimmte Schaltung darstellender Film (bei Her
stellungsverfahren der Fotolithographie), Siebrahmen (bei
Herstellungsverfahren der Serigraphie mittels Siebdruck) oder
ein anderer Bildträger in eine ganz bestimmte Relativstellung
gebracht werden, um das Bild des Bildträgers paßgenau dem
Lochbild der herzustellenden Leiterplatte zu überlagern. Man
hat sich zu diesem Zweck seit langem einer mehrere parallele
Zentrierstifte tragenden Unterlage bedient und die Leiter
platten und Filme jeweils mit einer Anzahl Zentrierlöchern
versehen, deren Anordnung mit der Anordnung der Zentrier
stifte übereinstimmt. Indem dann eine Leiterplatte und ein
Film mit ihren Zentrierlöchern auf die Stifte aufgesteckt
wurden, erreichte man ihre für die Fotolithographie bzw. Se
rigraphie notwendige gegenseitige Ausrichtung.
Dieses Arbeitsverfahren genügt nicht mehr den Genauigkeitsan
forderungen. Der Grund liegt in den unvermeidbaren Ferti
gungstoleranzen, insbesondere der Leiterplatten. Dabei sum
mieren sich die beim Bohren der Zentrierlöcher in Kauf zu
nehmenden Toleranzen und die beim galvanischen Beschichten
der Bohrungswände auftretenden Toleranzen der Schichtdicke.
Wegen der genannten Toleranzen müssen die Zentrierstifte
einen entsprechend kleineren Querschnitt haben als die Zen
trierlöcher, mit der Folge, daß viele Leiterplatten nur lose
auf den Stiften sitzen und dann beim Belichten bzw. Bedrucken
das Schaltungsbild des Films bzw. Siebrahmens mit einer
Relativverschiebung dem Lochbild der Leiterplatten überlagert
wird.
Die auf diese Weise entstehenden Fehler werden vergrößert,
wenn auch der Film oder sonstige Bildträger mit Spiel oder
Verformung bewirkender Spannung auf den Zentrierstiften
sitzt.
Da die Zentrierung der Leiterplatten und Bildträger auf Stif
ten mit unvermeidbar erscheinenden Ungenauigkeiten behaftet
war, wurden in letzter Zeit optische Einrichtungen entwickelt,
die automatisch durch Bewegung der Platten relativ zum
Film Zentrierlöcher in den Platten und Zentrierpunkte auf dem
Film zur Deckung bringen. Derartige Einrichtungen sind jedoch
im Vergleich zu Stiftrahmen außerordentlich aufwendig und in
der erreichbaren Genauigkeit ebenfalls durch die Fertigungs
toleranzen der Zentrierlöcher in den Leiterplatten begrenzt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfa
che Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die
eine wesentlich genauere gegenseitige Ausrichtung der bereits
gelochten, in Fertigung befindlichen Leiterplatte und des
Bildträgers gestattet als die bisher verwendeten Vorrichtun
gen mit Zentrierstiften.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
sich die Stifte von der Unterlage zu ihrem freien Ende hin
verjüngen und axial nachgiebig gelagert sind.
Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß die Stifte
unmittelbar über der Unterlage, an welcher der Film und die
zu fertigende Leiterplatte beim Ablichten axial abgestützt
werden, trotz der zu berücksichtigenden Toleranzen in der
Lage und im Durchmesser der Zentrierlöcher in den Platten
einen verhältnismäßig großen Querschnitt haben können, der
nur minimal kleiner ist als der Sollquerschnitt der Zentrier
löcher in ihrer Sollstellung. Wenn nun ein Zentrierloch in
folge Fertigungstoleranzen eine von der Sollstellung abwei
chende Lage und/oder einen vom Nennmaß abweichenden Durchmes
ser hat, gestattet die erfindungsgemäß vorgesehene Verjüngung
des Querschnitts der Stifte zu ihrem freien Ende hin auf je
den Fall das Aufstecken der Leiterplatte mit allen Zentrier
löchern auf die ihnen zugeordneten Stifte. Dabei wird ein
Zentrierloch, bei dem die Fertigungstoleranzen besonders groß
sind und/oder sich addieren, bereits während der Aufsteckbe
wegung einseitig an dem zugeordneten Stift zur Anlage kommen.
Dank des weiteren erfindungsgemäß vorgesehenen Merkmals, daß
die Stifte axial nachgiebig gelagert sind, läßt sich jedoch
gleichwohl die Leiterplatte in einer durch die Gesamtheit der
Stifte ausgerichteten Position bis zur Abstützung an der Un
terlage weiterbewegen.
Um unterschiedliche Plattenformate auf derselben Stiftanord
nung aufnehmen zu können, und gleichzeitig eine hohe Aus
richtgenauigkeit zu erzielen, ist in bevorzugter Ausgestal
tung der Erfindung vorgesehen, daß die Stifte in Draufsicht
in zwei Reihen stehen, die im rechten Winkel aufeinander
stoßen, und jeweils mehr als zwei Stifte in jeder Reihe ange
ordnet sind. Gute Erfahrungen wurden z. B. mit einer Stiftan
ordnung gemacht, die in der einen Reihe fünf und in der ande
ren Reihe vier Stifte hat, wobei ein Stift im Scheitelpunkt
des rechten Winkels beiden Reihen gemeinsam ist.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung haben die
Stifte einen im wesentlichen rechteckigen, vorzugsweise qua
dratischen, Querschnitt mit angefasten oder abgerundeten Ecken
und planparallele gegenüberliegende Seitenflächen, die
parallel zu den Stiftreihen liegen, wobei sich die Fasen bzw.
Radien der abgerundeten Ecken von der Unterlage zum freien
Ende der Stifte hin vergrößern. Diese Form der Stifte hat den
Vorzug, daß allein mittels der konvergierenden Fasen oder ab
gerundeten Ecken die erfindungsgemäße Querschnittsverjüngung
zum freien Ende der Stifte hin erreicht wird, so daß die
planparallelen gegenüberliegenden Seitenflächen unabhängig
davon, ob ein Stift beim Aufstecken einer Platte axial nach
geben mußte oder nicht, für eine allseitig steife, seitliche
Lagerung und Führung des Stifts sorgen. Außerdem hat bei die
ser Stiftform das Niederdrücken eines Stifts keine Auswirkun
gen auf die Führung des in bekannter Weise mit Langlöchern
als Zentrierlöchern versehenen Films. Die Stifte bieten in
jeder axialen Lage mit ihren planparallelen gegenüberliegen
den Seitenflächen breite Führungsflächen mit konstantem Ab
stand, der genau auf die Breite der Zentrierlöcher des Films
abgestimmt ist, so daß das Niederdrücken eines Stifts durch
eine mit einer Bohrungswand an einer Fase des Stifts anstoßenden
Platte keine Auswirkungen auf die Führung des Films
durch zwei gegenüberliegende Seitenflächen dieses Stifts hat.
Die Erfindung wird vorzugsweise noch dahin weiter ausgestal
tet, daß die Stifte durch einen Stellantrieb zwischen einer
relativ zur Unterlage vorgeschobenen und zurückgezogenen
Stellung verschiebbar sind. Dieser Vorschlag bietet die Mög
lichkeit, die Stifte nach dem Belichtungs- bzw. Bildübertra
gungsvorgang ganz oder teilweise in die Unterlage zurückzu
ziehen, bevor die Leiterplatte von den Stiften abgehoben
wird. Man vermeidet dadurch ein Verkanten der Platte auf den
Stiften beim Abheben mit der Folge einer eventuellen Beschä
digung der Platte bzw. ihrer Beschichtung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines
Belichtungsrahmens mit daran angebrachten
Zentrierstiften für Leiterplatten und
Filme sowie daneben eine Teil-Draufsicht
auf die Vorrichtung und einen darin zen
trierten Film;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach
Fig. 1 mit der Einfachheit halber über
einander dargestellten, darin aufzuneh
menden Leiterplatten unterschiedlicher
Formate;
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen der Stifte
der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2;
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines
der Stifte der Vorrichtung nach Fig. 1
und 2 in größerem Maßstab;
Fig. 5 einen axialen Längsschnitt durch einen
der Stifte der Vorrichtung nach Fig. 1
und 2 sowie dessen Lagerung und Stellan
trieb.
In Fig. 1 ist der untere Teil 10 eines üblichen Glasrahmens
dargestellt, wie er zur Belichtung von Leiterplatten für
elektronische Schaltungen benutzt wird. Nicht gezeigt ist die
andere Hälfte des Glasrahmens, die mit der gezeigten Hälfte
zusammenwirkt, um dazwischen die zu belichtende Leiterplatte
und den das Bild einer Schaltung tragenden Film einzuspannen.
In Fig. 1 sind ein unterer Film 12 und ein oberer Film 14 ge
zeigt, zwischen denen eine nicht gezeigte Leiterplatte einzu
spannen wäre, die beidseitig belichtet werden soll. Wenn, wie
im Fall einer Außenlage einer Mehrlagen-Leiterplatte nur die
eine Seite einer Platte belichtet werden soll, braucht man
nur den unteren Film 12. Dieser wird flach auf die als Unter
lage dienende untere Hälfte 10 des Belichtungsrahmens aufge
legt, darauf wird dann die zu belichtende Platte gelegt und
anschließend die nicht gezeigte obere Hälfte des Belichtungs
rahmens darüber gespannt.
Um den Film 12 und die darüberzulegende, vorgebohrte Platte
relativ zueinander zu zentrieren, d. h. in einer ganz be
stimmten Relativstellung, in der das Schaltungsbild des Films
paßgenau zum Lochbild der vorgebohrten Leiterplatte liegt,
auszurichten, ist die als Unterlage dienende untere Hälfte 10
des Belichtungsrahmens mit mehreren senkrecht nach oben ra
genden Zentrierstiften 16 versehen. Sie sind in zwei Reihen
angeordnet, die im rechten Winkel zusammenstoßen. Im Bei
spielsfall nach Fig. 1 und 2 enthält die eine Reihe ein
schließlich des im Scheitelpunkt des rechten Winkels angeord
neten Stifts insgesamt fünf Stifte, während die andere Reihe
zusammen mit dem Stift im Scheitelpunkt insgesamt vier Stifte
aufweist.
Sämtliche Stifte 16 haben einen im wesentlichen quadratischen
Querschnitt. Die rechteckigen Filme 12 und 14 sind an zwei
benachbarten Randkanten jeweils mit einer Reihe von Langlö
chern 18 versehen, deren Zwischenabstand und Lage dem Abstand
und der Anordnung der Stifte 16 entsprechen. Die Längskanten
der Langlöcher liegen jeweils parallel zu der Randkante des
Films, neben der sich das jeweilige Langloch befindet. Die
Breite der Langlöcher 18 paßt sehr genau zur Breite des Quer
schnitts der Stifte, d. h. zum Abstand der jeweils gegenüber
liegenden, planparallelen Seitenflächen der Stifte 16. Ledig
lich im Scheitelpunkt der Lochreihen im Film 12 bzw. 14 wird
man statt eines Langlochs 18 ein zum quadratischen Quer
schnitt der Stifte 16 passendes, quadratisches Loch 20 vorse
hen.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, gestattet die rechtwinklige Anord
nung der Stiftreihen die Aufnahme unterschiedlicher Platten
formate. Im Beispielsfall wird eine kleine Leiterplatte 22′
mittels fünf Stiften 16 ausgerichtet. Für eine etwas größere
Leiterplatte 22′′ verwendet man in der einen Reihe einen
Stift mehr, und wenn die im Beispielsfall größte Leiterplatte
22′′′ belichtet werden soll, wird sie auf allen acht vorhan
denen Stiften 16 aufgenommen.
Um die allgemein mit 22 bezeichneten Leiterplatten unter
schiedlicher Formate auf die Stifte 16 mit genauer Ausrich
tung aufstecken zu können, sind sie mit Zentrierlöchern 24
versehen, deren Anordnung und Zwischenabstand der Anordnung
und dem Abstand der Stifte 16 entsprechen. Die Zentrierlöcher
24 sind gebohrte, runde Löcher. Sie können gleichzeitig mit
den mit 26 bezeichneten Löchern gebohrt werden, die Schal
tungszwecken dienen.
Im Beispielsfall sind die Zentrierlöcher 24 mit einem 4-mm-
Bohrer gebohrt. Nach der galvanischen Beschichtung der
Platte, die vor der Belichtung stattfindet, haben die Zen
trierlöcher 24 einen Durchmesser von etwa 3,955-3,985 mm.
Zusätzlich zu berücksichtigen ist eine Toleranz der Lage bzw.
Bohrgenauigkeit von ± 40 µ. Unter diesen Umständen dürfte der
Durchmesser runder Zentrierstifte kaum größer als 3,87 mm
sein, wenn sich die Platten 22 in allen Fällen einwandfrei
aufstecken lassen sollen. Andererseits würden aber viele
Platten auf Stiften mit einem derartig kleinen Durchmesser
mit Spiel sitzen, so daß die genaue Ausrichtung zu den Filmen
12, 14 nicht gewährleistet wäre.
Es ist deshalb vorgesehen, daß sich die Stifte 16 von der Un
terlage 10 zu ihrem freien Ende hin im Querschnitt verjüngen
und axial nachgiebig an der Unterlage 10 gelagert sind. Die
Verjüngung wird bei grundsätzlich konstantem quadratischen
Querschnitt über die Höhe des Stifts 16 dadurch erreicht, daß
seine Längskanten zum freien Ende hin zunehmend stärker ange
fast sind. Fig. 4 zeigt deutlich eine der vier sich nach oben
zunehmend verbreiternden Fasen 28, an deren Stelle auch Ab
rundungen mit nach oben zunehmend größerem Radius treten
könnten. Abgesehen von dieser Besonderheit der sich nach oben
verbreiternden Fasen oder zunehmend größer werdenden Abrun
dungen hat der Stift grundsätzlich die Form eines Quaders
bzw. Prismas mit quadratischer Grundfläche, d. h. die beiden
jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen 30 sind planparal
lel. Das obere Ende der Stifte 16 ist, wie aus Fig. 4 und 5
ersichtlich, angespitzt oder ballig geformt, um das Einführen
in die Zentrierlöcher der Platten 22 zu erleichtern.
Wegen der nach oben konvergierenden Flächen der Fasen 28 bzw.
seiner nach oben abnehmenden Diagonalabmessung kann der Stift
16 auch in solche Zentrierlöcher 24 eindringen, in die ein
anderer Stift mit über die Höhe konstantem Querschnitt und
derselben Querabmessung wie am unteren Ende der Stifte 16 we
gen ungenauer Lage und verhältnismäßig kleinen Durchmessers
des Zentrierlochs nicht eindringen könnte. Im Beispielsfall
hat der quadratische Querschnitt der Stifte 16 gemäß Fig. 3
eine Kantenlänge von 3 mm. Das Diagonalmaß beträgt am unteren
Ende der Stifte etwa 3,915-3,925 mm und verringert sich
nach oben wegen der zunehmend größeren Fasen 28 auf z. B.
3,84 mm. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Länge der Stifte
8,5 mm.
Passend zu den genannten Maße der Stifte 16 haben die Langlö
cher 18 im Film 12 bzw. 14 eine Breite von 3,01 mm. Ihre Län
ge kann z. B. 5 mm betragen.
Der Längsschnitt durch einen Stift 16 gemäß Fig. 5 läßt er
kennen, daß er gegen die Kraft einer Druckfeder 32 axial ela
stisch nachgiebig an der als Unterlage dienenden unteren
Hälfte des Belichtungsrahmens 10 gelagert ist. Die Feder 32
ist zwischen der Unterseite des Stifts 16 und einer Buchse 34
eingespannt, die mit einem Außengewinde in ein Innengewinde
eines Lagers 36 eingeschraubt ist. Die Feder 32 übt auf den
Stift 16 eine Kraft von etwa 4-10 N aus.
Das Lager 36 ist am Belichtungsrahmen 10 befestigt und im
oberen Bereich mit einer im Querschnitt quadratischen Durch
brechung 38 versehen, deren Wandung mit genauer Passung an
den Seitenflächen des Stifts 16 anliegt und eine seitliche
Führung für diesen bildet. Der Stift 16 ist daher nur axial
beweglich, seitlich jedoch im Lager 36 genau geführt.
Der Stift 16 ist fest mit einer sich senkrecht nach unten er
streckenden Betätigungsstange 40 verbunden, welche sich durch
eine zentrale Bohrung in der Buchse 34 erstreckt und nach un
ten aus dieser und dem Lager 36 herausragt. Dort ist sie im
Ausführungsbeispiel mit einem sich in axialer Richtung er
streckenden Längsschlitz oder Langloch 42 versehen, in wel
ches ein Gelenkzapfen 44 eingreift. Letzterer ist an einem
zweiarmigen Hebel 46 angebracht, der an einer mit dem Belich
tungsrahmen 10 verbundenen Halterung 48 drehbar gelagert und
mittels einer ebenfalls mit dem Belichtungsrahmen 10 verbun
denen Zylinder-Kolben-Einheit 50 über eine gelenkig mit dem
Hebel 46 verbundene Kolbenstange 52 derart verschwenkbar ist,
daß der Gelenkzapfen 44 über die Betätigungsstange 40 den
Stift 16 nach unten zurückzieht. Im ganz oder teilweise in
die Unterlage zurückgezogenen Zustand der Stifte 16 läßt sich
die belichtete Leiterplatte 22, ohne zu verkanten, von den
Stiften 16 und der Unterlage 10 abheben und aus dem Belich
tungsrahmen entnehmen.
Das Langloch 42 oder eine funktionsgleiche Konstruktion ge
währleistet, daß in derjenigen Stellung der Zylinder-Kolben-
Einheit 50, in welcher der Stift 16 die nach oben herausge
schobene Stellung gemäß Fig. 5 einnimmt, ein elastisches Nie
derdrücken des Stifts gegen die Kraft der Feder 32 möglich
ist. Die zum Verschwenken des Hebels 46 notwendige Querbewe
gung des Gelenkzapfens 44 relativ zur Betätigungsstange 40
kann durch eine entsprechend gewählte Breite des Langlochs 42
ermöglicht werden, oder es wird alternativ für Verschieblich
keit des Gelenkzapfens 44 in Längsrichtung des Hebels 46 ge
sorgt.
Es versteht sich, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel
vielfache Abwandlungen gestattet. So können z. B. die Stifte
16 statt eines quadratischen auch einen rechteckigen oder
sonstigen polygonalen Querschnitt bei einer insgesamt prisma
tischen Form haben. Statt der nur beispielhaft gezeigten Zy
linder-Kolben-Einheit 50 kommen auch z. B. elektrische oder
von Hand betätigbare Antriebe zum Zurückziehen der Stifte 16
in Frage.
Claims (8)
1. Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten von gelochten
Leiterplatten und Bildträgern, z. B. Filmen, bestehend
aus einer Unterlage (10) mit daran angebrachten, paral
lelen Stiften (16), dadurch gekennzeichnet, daß sich die
Stifte (16) von der Unterlage (10) zu ihrem freien Ende
hin verjüngen und axial nachgiebig gelagert sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stifte (16) in Draufsicht in zwei Reihen stehen, die
im rechten Winkel aufeinanderstoßen, und jeweils mehr als
zwei Stifte (16) in jeder Reihe angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Stifte (16) einen im wesentlichen rechtecki
gen Querschnitt mit angefasten oder abgerundeten Ecken
und planparallele gegenüberliegende Seitenflächen (30)
haben, die parallel zu den Stiftreihen liegen, wobei sich
die Fasen (28) bzw. Radien der abgerundeten Ecken von der
Unterlage (10) zum freien Ende hin vergrößern.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stifte (16) einen im wesentlichen quadratischen Quer
schnitt haben.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Stifte (16) am freien Ende zu allen
Seitenflächen (30) hin angeschrägt oder abgerundet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Stifte (16) bei ihrer axialen Bewe
gung in einer Führung (38) seitlich unbeweglich geführt
sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Stifte (16) gegen die Kraft einer
Feder (32) axial nachgiebig gelagert sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Stifte (16) durch einen Stellan
trieb (50, 52, 46, 40) zwischen einer relativ zur Unter
lage (10) vorgeschobenen und zurückgezogenen Stellung
verschiebbar sind.
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