DE4434917C1

DE4434917C1 - Verfahren zum selektiven Aufbringen von Klebstoff

Info

Publication number: DE4434917C1
Application number: DE4434917A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Phys Lupp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2014-09-30

Description

Bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten mit SMD- Bausteinen für die Oberflächenmontage (SMD = Surface Mounted Devices) werden durch eine in einer Positioniereinheit ange ordnete Dosiervorrichtung zunächst Klebstofftropfen aufge bracht, auf welche die SMD-Bausteine dann aufgesetzt werden. Der Klebstoff härtet dann durch die Einwirkung von Temperatur oder UV-Strahlung aus. Die SMD-Bausteine sind danach in der richtigen Lage so fest auf der Leiterplatte fixiert, daß die elektrische Verbindung im Schwallbad, durch Reflow-Löten oder durch Löten in der Dampf-Phase hergestellt werden kann. Die für das Auftragen des Klebstoffes eingesetzten Dosiervorrich tungen bestehen im wesentlichen aus einer in einer federnden Halterung angeordneten und mit Druckluft beaufschlagbaren Klebstoff-Kartusche, einer in die Klebstoff-Kartusche einge setzten Dosierdüse und einem der Dosierdüse zugeordneten Abstandshalter. Zum Aufbringen eines Klebstofftropfens wird diese in der Positioniereinheit des SMD-Bestückautomaten angeordnete Dosiervorrichtung abgesenkt, bis der Abstandshal ter auf der Leiterplatte aufsitzt, wobei der dadurch verur sachte Stoß durch ein Einfedern der Klebstoff-Kartusche aufgefangen wird. Aus der sich in dieser abgesenkten Stellung knapp oberhalb der Leiterplatte befindlichen Dosierdüse wird dann durch Druckluftbeauschlagung der Klebstoff-Kartusche ein Klebstoff-Tropfen auf die Leiterplatte gepreßt, wobei die aufdosierte Klebstoffmenge von der Dosierzeit, vom Druck, mit dem die Klebstoff-Kartusche beaufschlagt wird, von der Düsengeo metrie und der Viskosität des Klebstoffes abhängt. Die dyna mische Viskosität hängt ihrerseits von der Temperatur des Klebstoffes ab. Zur Erhöhung der Dosiergenauigkeit kann deshalb auch der Dosierdüse eine Kühl- und/oder Heizeinrich tung zur Temperaturstabilisierung des hindurchgeführten Klebstoffes zugeordnet werden (vgl. EP-A-0 282 748).

Aus der DE-A-21 29 926 ist ein Verfahren zur Herstellung von Markierungen bekannt, bei welchem feine Teilchen auf einen Gegenstand aufgebracht und mit Hilfe eines Laserstrahls ent sprechend der gewünschten Markierung mit der Oberfläche des Gegenstandes verklebt werden. Anschließend werden dann die Teilchen die nicht an der Oberfläche des Gegenstandes anhaf ten entfernt. Bei den für die Markierung verwendeten Teilchen kann es sich um Gemische eines Pigmentes und eines thermopla stischen Materials, um Gemische eines Pigmentes und eines Harzes, um gefärbte hochmolekulare Materialien oder um Me tallpulver handeln.

Aus der US-Z IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 15, No. 9, Februar 1973, Seite 2855 ist ein Verfahren zum selektiven Metallisieren von Keramiksubstraten bekannt, bei welchem zu nächst ein metallhaltiges thermoplastisches Pulver auf das grüne Keramiksubstrat aufgebracht wird. Im Bereich der herzu stellenden Leiterzüge wird dann das Pulver durch Einwirkung eines Laserstrahls mit der Oberfläche des grünen Kera miksubstrats verbunden. Nach der Entfernung des überschüssi gen, nicht anhaftenden Pulvers wird dann das grüne Kera miksubstrat gebrannt, wobei das thermoplastische Material sich verflüchtigt und die Metallpartikel durch Zusammensin tern kontinuierliche und auf dem Substrat gut haftende Lei terzüge bilden.

Der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum lokal definierten Auf bringen von kleinen Klebstoffmengen auf ein Substrat zu schaffen, das in kurzer Zeit und ohne Handhabungsprobleme durchgeführt werden kann.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch die selektive Bestrahlung eines Klebstoffes oder einer Klebstoff komponente mit einem Energiestrahl ein Anhaften des bestrahl ten Materials an der Oberfläche eines Substrats in einem lo kal definierten Bereich und in einer genau dosierten Menge bewirkt werden kann. Das bestrahlte Material bildet dann ent weder direkt einen einsatzfähigen Klebstoff oder es kann durch ein physikalisches oder chemisches Verfahren aktiviert werden. Das bestrahlte Material kann aber auch durch großflä chige Zugabe einer oder mehrerer weiterer Komponenten in ei nen einsatzfähigen Klebstoff umgewandelt werden. Die über schüssige Menge der nicht mit dem bestrahlten Material rea gierenden Zusatzkomponenten kann dann wieder entfernt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 3 kann der Klebstoff oder die Klebstoffkompo nente auf einfache Weise in Pulverform auf das Substrat auf gebracht werden. Das Pulver wird dann selektiv in der Weise bestrahlt, daß sich an der bestrahlten Stelle die Pulverkör ner miteinander verbinden und eventuell miteinander reagieren und die verbundenen Pulverkörner auf der Oberfläche des Substrats haften. Das überschüssige, nicht anhaftende Pulver kann dann gemäß Anspruch 4 auf einfache Weise abgesaugt wer den.

Gemäß Anspruch 5 kann der Klebstoff oder die Klebstoffkompo nente auch in flüssiger Form auf das Substrat aufgebracht werden. Gemäß Anspruch 6 kann dann der flüssige Klebstoff oder die flüssige Klebstoffkomponente durch die selektive Be strahlung lokal in einen zähflüssigen oder festen Zustand überführt werden, wobei der Klebstoff oder die Klebstoffkom ponente in diesem Zustand auf dem Substrat haftet und wobei eventuell zusätzlich eine chemische Veränderung stattfinden kann. Im letzten Schritt wird dann die überschüssige Flüssig keit entfernt. Ist diese auf dem Substrat nicht haftend, so ist die Entfernung besonders einfach. Ansonsten muß ein Ver fahren wie z. B. Auflösen mit einem Lösungsmittel gewählt wer den, das die überschüssige Flüssigkeit entfernt, ohne die durch die Bestrahlung behandelten Substanzen anzugreifen.

Gemäß den Ansprüchen 7 und 8 ist es schließlich auch möglich, den Klebstoff oder die Klebstoffkomponente in Form eines Ge menges bzw. in Form einer Dispersion auf das Substrat aufzu bringen.

Die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 ermöglicht den wirtschaft lichen Einsatz von Lasern für die selektive Bestrahlung. Wird dabei gemäß Anspruch 10 ein ablenkbarer Laserstrahl verwen det, so kann die selektive Bestrahlung in den ausgewählten Bereichen sehr rasch und gegebenenfalls auch programmgesteu ert vorgenommen werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an hand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 die Aufbringung eines Klebstoffes in Pulverform auf ein Substrat,

Fig. 2 die selektive Bestrahlung des gemäß Fig. 1 aufge brachten Klebstoffes mit einem Laserstrahl,

Fig. 3 den nach der Entfernung des überschüssigen Klebstof fes auf dem Substrat verbliebenen Klebstoff und

Fig. 4 eine Anlage zu der zu der in Fig. 2 dargestellten selektiven Bestrahlung des Klebstoffes.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen in stark vereinfachter schemati scher Darstellung verschiedene Verfahrensstadien beim selek tiven Aufbringen von Klebstoff auf ein Substrat.

Gemäß Fig. 1 wird auf die obere Fläche F eines Substrats S zunächst ganz flächig ein pulverförmiger Klebstoff K in gleichmäßiger Dicke verteilt.

Der auf die Fläche F aufgebrachte Klebstoff wird dann gemäß Fig. 2 in einem ausgewählten Bereich mit einem Laserstrahl L beaufschlagt. An der bestrahlten Stelle verbinden sich dann die einzelnen Körner des Klebstoffes K miteinander. Außerdem haften die miteinander verbundenen Körner des Klebstoffes K durch die Einwirkung des Laserstrahls L an der Oberfläche des Substrats S.

Gemäß Figur Fig. 3 wird nach der Bestrahlung der überschüs sige pulverförmige Klebstoff K beispielsweise durch Absaugen entfernt. Der so entfernte pulverförmige Klebstoff K kann später problemlos einer Wiederverwendung zugeführt werden.

Auf der oberen Fläche F des Substrats S verbleiben in dem in Fig. 3 mit B bezeichneten ausgewählten Bereich die miteinan der und mit der Oberfläche des Substrats S verbundenen Körner des Klebstoffes K in einer genau dosierten Menge. Diese Menge hängt von der im ersten Schritt gemäß Fig. 1 aufgebrachten Dicke des pulverförmigen Klebstoffes K ab. Der auf der Fläche F des Substrats S verbliebene Klebstoff K ist auch örtlich sehr genau definiert durch die gemäß Fig. 2 auf den ausge wählten Bereich B lokal begrenzte Einwirkung des Laserstrahls L.

Fig. 4 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstel lung eine Anlage zur selektiven Bestrahlung des auf das Substrat S aufgebrachten pulverförmigen Klebstoffes K. Die Pulverkörner des Klebstoffes K sind dabei durch kleine Punkte angedeutet.

Die dargestellte Anlage umfaßt einen Laser La, welcher einen Laserstrahl L erzeugt, in dessen Strahlengang aufeinanderfol gend ein Fotoverschluß Fv, ein erster drehbarer Ablenkspiegel Asx einer Ablenkoptik Ao, ein zweiter drehbarer Ablenkspiegel Asy der Ablenkoptik Ao und ein Objektiv O angeordnet sind, welches den Laserstrahl L auf die Oberfläche des Substrats S fokussiert. Die Lage des Substrats S ist in Bezug auf ein ebenes, kartesisches x-, y-Koordinatensystem festgelegt. Dementsprechend hat der erste Ablenkspiegel Asx der Ablenkop tik Ao die Aufgabe, den Laserstrahl L in der horizontalen Richtung abzulenken, was in Fig. 4 durch einen Doppelpfeil x′ angedeutet ist. Der zweite Ablenkspiegel Asy der Ablenkop tik Ao hat die Aufgabe, den Laserstrahl L in der zur x-Rich tung senkrechten Richtung y abzulenken, was in Fig. 4 durch einen Doppelpfeil y′ angedeutet ist.

Die Steuerung der Ablenkspiegel Asx und Asy entsprechend den mit Klebstoff K zu beschichtenden ausgewählten Bereichen B auf dem Substrat S (vgl. Fig. 3) erfolgt durch einen Mikro computer Mc, welchem eine Eingabe E zugeordnet ist. Die Leitungen für die Steuerung der Ablenkspiegel Asx und Asy sind dabei mit Lex bzw. Ley bezeichnet. Der Mikrocomputer Mc steuert auch den Fotoverschluß Fv, was durch eine entspre chende Leitung Le aufgezeigt ist.

Für die selektive Übertragung des Klebstoffes K auf das Substrat S wird die ganz flächig aufgebrachte Pulverschicht vom Laserstrahl L entsprechend der über die Eingabe E in den Mikrocomputer Mc eingegebenen Konfiguration der ausgewählten Bereiche B (vgl. Fig. 3) bestrichen. Danach braucht dann nur noch der überschüssige, nicht auf dem Substrat S haftende Klebstoff K entfernt zu werden.

Das vorstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beschriebene las er unterstützte Aufbringen von Klebstoff auf ausgewählte Berei che eines Substrats kann bei den verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden. So kann beispielsweise bei der automati schen Bestückung von Leiterplatten mit SMD-Bausteinen das eingangs beschriebene Aufbringen von Klebstofftropfen auf die Leiterplatten mit Hilfe einer Dosiervorrichtung durch die rascher und einfacher durchzuführende laserunterstützte Aufbringung des Klebstoffes ersetzt werden. Als weitere Anwendungsmöglichkeiten des laserunterstützten Aufbringens von Klebstoff sind beispielsweise die Mikrosystemtechnik, die Einbautechnik und die Herstellung von Elektronikbaugruppen zu nennen.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen von Klebstoff (K) auf ausgewählte Bereiche (B) auf mindestens einer Fläche (F) eines Substrats (S) mit folgenden Schritten:

a) Aufbringen des Klebstoffes (K) auf die gesamte Fläche (F) des Substrats (S), in der die ausgewählten Bereiche (B) liegen;
b) selektive Bestrahlung des Klebstoffes (K) in den ausge wählten Bereichen (B) mit einem Energiestrahl zum Verbin den des bestrahlten Klebstoffes (K) mit der Oberfläche des Substrats (S);
c) Entfernen des überschüssigen Klebstoffes (K) oder der überschüssigen Klebstoffkomponente in den nicht ausgewähl ten Bereichen des Substrats (S).

2. Verfahren zum Aufbringen von Klebstoff (K) auf ausgewählte Bereiche (B) auf mindestens einer Fläche (F) eines Substrats (S) mit folgenden Schritten:

a) Aufbringen einer Klebstoffkomponente auf die gesamte Flä che (F) des Substrats (S), in der die ausgewählten Berei che (B) liegen;
b) selektive Bestrahlung der Klebstoffkomponente in den aus gewählten Bereichen (B) mit einem Energiestrahl zum Ver binden der bestrahlten Klebstoffkomponente mit der Ober fläche des Substrats (S);
c) Entfernen der überschüssigen Klebstoffkomponente in den nicht ausgewählten Bereichen des Substrats (S);
d) Umwandlung der bestrahlten Klebstoffkomponente in einen Klebstoff durch Zugabe einer oder mehrerer weiterer Kompo nenten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß im Schritt (a) der Klebstoff (K) oder die Klebstoffkomponente in Pulverform aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der überschüssige Klebstoff (K) oder die über schüssige Klebstoffkomponente nach der selektiven Bestrahlung abgesaugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß im Schritt (a) der Klebstoff (K) oder die Klebstoffkomponente in flüssiger Form aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der Klebstoff (K) oder die Klebstoffkomponente bei der selektiven Bestrahlung in einen zähflüssigen oder fe sten Zustand übergeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß im Schritt (a) der Klebstoff (K) oder die Klebstoffkomponente in Form eines Gemenges aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß im Schritt (a) der Klebstoff (K) oder die Klebstoffkomponente in Form einer Dispersion aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt (b) als Energiestrahl ein Laserstrahl (L) verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß ein ablenkbarer Laserstrahl (L) verwendet wird.