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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ankleben einer
Schaltungskomponente an eine Leiterplatte, das in einer automatisierten
Montage von elektronischen, optischen oder Hybridschaltungen angewendet
werden kann.
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Zum
Befestigen von Schaltungskomponenten an einer Leiterplatte werden
im Allgemeinen Löt- und
Klebeverfahren eingesetzt. Lötverfahren
haben den Vorteil, dass die Verbindungsschicht, die die Leiterplatte
und die Schaltungskomponente zusammenhält, metallisch ist und eine
gute Wärmeleitfähigkeit aufweist,
so dass ein Wärmeverlust
der Schaltungskomponenten effizient in die Leiterplatte abgeleitet wird.
Löten ist
jedoch vom Gesichtspunkt der Verarbeitung umständlich, da die Leiterplatte
mit darauf platzierten Schaltungskomponenten erhitzt werden muss.
Insbesondere, wenn Hochfrequenzschaltungen gefertigt werden, muss
die Leiterplatte ohne etwaige Schwingungen zwischen dem Platzieren
und dem Löten
gehandhabt werden, da ein Verrutschen der Schaltungskomponenten
eine Veränderung
der Signalverzögerungen
zwischen diesen und somit unkontrollierbare Phasenverschiebungen
zwischen den Signalen bewirken könnte,
die die Funktionsweise der Schaltung beeinträchtigen können.
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Klebeverfahren
sind vom Gesichtspunkt der Verarbeitung viel einfacher, da es prinzipiell
ausreicht, Klebstoff auf die Schaltungskomponente oder die Leiterplatte
aufzutragen, die Schaltungskomponente zu platzieren und, falls erforderlich,
zu warten, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Ein Nachteil ist, dass
die Wärmeleitfähigkeit
der Klebstoffe, die im Allgemeinen auf einem organischen Harz basieren,
wesentlich niedriger ist als die von Lötzinn. Um diesen Nachteil aufzuheben,
muss die Klebstoffschicht zwischen der Leiterplatte und der Schaltungskomponente
so dünn
wie möglich
gemacht werden. Dazu müssen
kleine Klebstoffmengen dosiert werden. Dies kann z. B. durchgeführt werden,
indem Punkte identischer Größe in einem
regelmäßigen Muster
auf einer Kontaktfläche
zwischen der Leiterplatte und einer Schaltungskomponente aufgetragen
und diese dann zwischen der Leiterplatte und der Schaltungskomponente
gequetscht werden, so dass sie sich zu einer durchgehenden Schicht
verbinden (siehe z. B.
WO 02/32201
A1 ). Je kleiner die aufgetragenen Klebstoffmengen sind,
desto höher
ist die Gefahr, dass der Klebstoff nicht die gesamte Oberfläche benetzen wird.
Unbenetzte Stellen bilden eine Sperrschicht für den Wärmefluss, was bewirken kann,
dass die betreffende Schaltungskomponente überhitzt und im Betrieb zerstört wird.
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Um
zu überprüfen, dass
die Kontaktfläche vollständig mit
dem Klebstoff benetzt ist, muss jede einzige Kontaktfläche mittels
Röntgenstrahlen
untersucht werden. Dieses Verfahren erfordert eine teure Vorrichtung
und ist sehr aufwändig.
Des Weiteren ermöglicht
es nur eine Qualitätsdurchführung im
Nachhinein, indem Werkstücke,
die nicht vollständig
verklebt sind, aussortiert werden. Es ist nicht möglich, ein
unvollständiges
Verkleben im Vorhinein zu verhindern.
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Ein
anderes Problem der bekannten Klebeverfahren besteht darin, dass,
wenn Positionen und Größen der
Tropfen des regelmäßigen Musters
definiert werden, darauf geachtet werden muss, dass, wenn die Schaltungskomponente
auf die Leiterplatte gedrückt
wird, der Klebstoff sich bis zu den Rändern der Schaltungskomponente
und sogar ein wenig darüber
hinaus ausbreiten wird, dass jedoch andererseits die Klebstoffmenge,
die an diesen Rändern
herausgequetscht wird, nicht so groß sein darf, dass eine beträchtliche
Menge davon in einen Spalt zwischen zwei angrenzenden Schaltungskomponenten eintritt
und darin zwischen gegenüberliegenden
Flanken der Schaltungskomponenten hochsteigt, z. B. durch Kapillarwirkung.
Falls dies geschieht, wird der Klebstoff die relative Dielektrizitätskonstante
des Spalts und dementsprechend Stufenverzögerungen von Signalen in Linien,
die den Spalt überspannen, beeinflussen.
Zur Bedienbarkeit einer Hochfrequenzschaltung wären die Auswirkungen davon
mit denen einer ungenauen Platzierung der Schaltungskomponenten
identisch.
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Die
Folge dieses Erfordernisses ist, dass die Klebstoffschicht zwischen
Schaltungskomponente und Leiterplatte sich häufig nicht in die Ecken der Kontaktfläche ausweitet.
Wenn Druck an diesen Ecken auf die Schaltungskomponente angewendet wird,
z. B. während
des Drahtbondens, kann dies bewirken, dass die Schaltungskomponente
zerbricht oder Teile davon absplittern.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, ein Verfahren
zum Ankleben einer Schaltungskomponente an eine Leiterplatte bereitzustellen,
wodurch eine Klebstoffschicht ohne Lücken an der Kontaktfläche zwischen
Schaltungskomponente und Leiterplatte mit hoher Zuverlässigkeit
erzielt wird.
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Die
Aufgabe wird einerseits mit einem Verfahren mit den Merkmalen von
Anspruch 1 gelöst.
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Das
Verfahren basiert auf der Erkenntnis, dass, wenn Klebstoffpunkte
in einem regelmäßigen Muster
platziert werden, die ersten Punkte, die von einer Punktplatzierungsdüse nach
einer Unterbrechung des Platzierungsvorgangs (Bestückungsvorgangs)
ausgetragen werden, dazu neigen, sich in Bezug auf das Volumen von
den Punkten unterscheiden, die in einem kontinuierlichen Vorgang
ausgetragen werden. Eine solche Volumendifferenz kann bereits aus
der Tatsache resultieren, dass der Austrag von Klebstoff durch die
Düse für die Zeitdauer
unterbrochen wird, die die Düse
braucht, um sich von der Kontaktfläche einer Schaltungskomponente
zu der Kontaktfläche
der nächsten
zu bewegen (siehe z. B.
US
6541063 B1 ). Indem Vorlaufklebstoffpunkte in der Kontaktfläche platziert
werden, bevor damit begonnen wird, die Punkte des regelmäßigen Musters
zu platzieren, werden im Wesentlichen zwei Wirkungen erzielt. Einerseits
wird das Volumen der Klebstoffpunkte, die nach dem Platzieren der
Vorlaufklebstoffpunkte platziert werden, stabilisiert, so dass die Punkte
des regelmäßigen Musters
ein einheitliches Volumen aufweisen; andererseits bewirkt die Tatsache,
dass die Dichte des Klebstoffs im Bereich der Vorlaufpunkte im Hinblick
auf den Rest des regelmäßigen Musters
erhöht
wird, dass sich die Klebstoffpunkte am Beginn mit den Vorlaufpunkten
verbinden, wenn Schaltungskomponente und Leiterplatte gegeneinander
gedrückt
werden, und eine lückenlose Klebstoffschicht
sich durchgehend von dem Bereich, der die Vorlaufpunkte umgibt,
zu den Rändern
der Kontaktfläche
ausweitet, Luft kontinuierlich von zwischen Leiterplatte und Schaltungskomponente
in Richtung der Ränder
der Kontaktfläche
ausgetrieben wird, während
Schaltungskomponente und Leiterplatte sich einander nähern.
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Vorzugsweise
werden mehrere Vorlaufklebstoffpunkte entlang einer Linie platziert,
so dass, wenn diese beginnen, sich mit angrenzenden Punkten des
regelmäßigen Musters
zu verbinden, keine Luft zwischen den sich ausweitenden durchgehenden
Klebstoffschichten eingeschlossen werden kann.
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Die
Klebstoffmenge, die in den Vorlaufklebstoffpunkten enthalten ist,
sollte weniger als ein Zehntel der Menge, die in den Klebstoffpunkten
des regelmäßigen Musters
enthalten ist, ausmachen.
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Um
sicherzustellen, dass eine lückenlose Klebstoffschicht
sich auch unter den Ecken der Schaltungskomponente erstreckt, wird
bevorzugt, einen zusätzlichen
Klebstoffpunkt in der Nähe
jeder Ecke des regelmäßigen Musters
platziert wird. Ein solcher zusätzlicher
Klebstoffpunkt kann vor oder hinter dem regelmäßigen Muster platziert werden. Vorzugsweise
wird er an der Halbierenden einer Ecke der Schaltungskomponente
platziert, die der Ecke des regelmäßi gen Musters entspricht.
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Der
Abstand des zusätzlichen
Klebstoffpunkts von einer angrenzenden Ecke von der Schaltungskomponente
ist vorzugsweise geringer als der Abstand des Punkts des regelmäßigen Musters
von dieser Ecke.
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Die
eingesetzte Klebstoffmenge wird vorzugsweise so berechnet, dass
eine Dicke der Klebstoffschicht zwischen der Leiterplatte und der
Schaltungskomponente von ungefähr
2 bis 10 μm,
vorzugsweise etwa 5 μm
erhalten wird, z. B. indem der Abstand zwischen Punkten des regelmäßigen Musters
oder das Volumen dieser entsprechend definiert wird.
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Vorzugsweise
wird mit Metallteilchen, insbesondere mit Silberflocken gefülltes Epoxidharz
als ein Klebstoff verwendet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
einer Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren
offensichtlich.
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1 veranschaulicht
die Platzierung von Klebstoffpunkten auf einer Oberfläche einer
Leiterplatte;
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2 veranschaulicht
die Platzierung einer Schaltungskomponente auf der Leiterplatte
und
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3A–3D zeigen
die Entwicklung der Klebstoffpunkte während der Platzierung der Schaltungskomponente.
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Eine
Leiterplatte 1 ist in 1 gezeigt,
teilweise perspektivisch, teilweise im Querschnitt. Auf der Oberseite
der Leiterplatte 1 ist eine Kontaktfläche 2 durch einen
Strichpunktrahmen hervorgehoben, wobei diese Kontaktfläche zum
Montieren einer Schaltungskomponente darauf gedacht ist.
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Ein
Spenderkopf 3, der über
die Kontaktfläche 2 bewegt
wird, um Klebstoffpunkte 4 darauf zu platzieren, ist ebenfalls
im Querschnitt gezeigt. Der Spenderkopf 3 ist längs Schienen
(nicht gezeigt) über der
Leiterplatte sowohl in der Querschnittebene der Figur und einer
dazu senkrechten Ebene verschiebbar. Der obere Bereich des Spenderkopfs 3 umfasst einen
Klebstoffbehälter 5,
der nicht vollständig
gezeigt ist und aus dem ein Kanal 6 zu einer Kammer 7 führt, in
der eine Schraube 9, die von einem Motor 8 drehangetrieben
wird, angeordnet ist. Von der Unterseite des Spenderkopfs 3 ragt
eine Hohlnadel 10 nach unten hervor. Die Spitze der Nadel
bildet eine Düse 11,
aus der Klebstoff, der von der Schnecke 9 dosiert wird,
hervortritt.
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Der
Spenderkopf 3 wird über
die Kontaktfläche 2 längs einer
gewundenen Bahn 12, die als eine gestrichelte Linie dargestellt
ist, mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, während sie
sich in regelmäßigen Zeitabständen der
Oberfläche
nähert,
um einen Klebstoffpunkt 13 darauf zu platzieren. Während dieser
Bewegung des Spenderkopfs 3 dreht sich die Schnecke 9 kontinuierlich,
so dass die ausgetragene Klebstoffmenge für jeden Punkt 13 identisch
ist. Auf diese Art und Weise wird ein regelmäßiges Muster, das in Reihen
und Spalten angeordnet ist, erhalten.
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Ein
Punkt 14, der als ein Vorlaufklebstoffpunkt bezeichnet
wird, wurde bereits vor den Punkten 4 auf der Kontaktfläche 2 platziert.
Dieser Punkt 14 ist geringfügig größer als die Punkte 4 des
regelmäßigen Musters,
da er nicht nur den Klebstoff enthält, der von der Schnecke 9 zum
Zeitpunkt, zu dem er platziert wurde, dosiert wurde, sondern auch
Klebstoff, der sich an der Düse 11 in
einer vorherigen stationären
Phase des Spenderkopfs 3 gesammelt hat. Auf diese Art und
Weise wird sichergestellt, dass der erste Punkt 4 des regelmäßigen Musters
bereits dasselbe Volumen wie die folgenden Punkte aufweist, so dass
die Dichtenverteilung des Klebstoffs entlang des gesamten Rands
der Kontaktfläche 2 gleichmäßig ist
und geringfügig
niedriger ist als in der Mitte der Kontaktfläche 2.
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Nach
dem regelmäßigen Muster
stößt der Spenderkopf 3 eine
Reihe zusätzlicher
Punkte 15 in die Ecken der Kontaktfläche 2 aus. Diese zusätzlichen
Punkte 15 werden auf der Halbierenden der entsprechenden
Ecke 16 der Kontaktfläche 2 bzw. der
entsprechenden Ecke einer Schaltungskomponente, die darauf platziert
werden soll, platziert, so dass, wenn die Schaltungskomponente 17 (siehe 2)
auf die Leiterplatte 1 gedrückt wird, der Klebstoff, der
in ihnen enthalten ist, sich in gleichen Anteilen in Richtung beider
Ecken der Schaltungskomponente 17 ausbreitet.
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2 zeigt
die Platzierung der Schaltungskomponente 17 auf der Kontaktfläche 2 der
Leiterplatte 1. Die Schaltungskomponente 17 wird
von einem Greifer 18 gehalten, der über der Leiterplatte genauso
wie der Spenderkopf 3 verschiebbar ist. Der Greifer 18 weist
eine Anschlagfläche 19 auf,
die mit der Oberseite der Schaltungskomponente 17 in Kontakt
steht. Im Übrigen
ist die Anschlagfläche 19 von einer
umlaufenden Bahn umgeben, die auf die Abmessungen der Schaltungskomponente 17 abgestimmt
ist und mit den Seitenflanken dieser in Kontakt steht. Auf einen
Saugstutzen 21, der aus der Anschlagfläche 19 hervorgeht,
ist durch eine Saugpumpe, nicht gezeigt, ein Unterdruck angelegt,
wodurch die Schaltungskomponente 17 an dem Greifer 18 befestigt
gehalten wird.
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Von
der in 2 gezeigten Position aus, in der die Ränder der
Schaltungskomponente 17 mit denen der Kontaktfläche 2 abgeglichen
sind, wird der Greifer 18 mit der Schaltungskomponente 17 vertikal gesenkt,
so dass die Schaltungskomponente mit den Klebstoffpunkten 13, 14, 15 in
Kontakt kommt.
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3A zeigt
die Verteilung des Klebstoffs auf der Kontaktfläche 2 in einer Draufsicht,
bevor sie mit der Schaltungskomponente 17 in Kontakt kommt. Die
Klebstoffpunkte 4 bilden ein rechteckiges Muster, im vorliegenden
Fall mit acht Zeilen und dreizehn Spalten. Entlang einer zentralen
Längsachse 22 des Musters
wurden die Vorlaufpunkte 14 im Vorhinein platziert. Ein
zentraler Vorlaufpunkt 14 ist mit den Punkten 13 der
mittleren Spalte abgeglichen, die zwei äußeren Vorlaufpunkte 14 sind
zentral zwischen vier Punkten 13 von zwei unterschiedlichen
Spalten platziert.
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Wenn
damit begonnen wird, die Schaltungskomponente 17 gegen
die Leiterplatte 1 zu drücken und dadurch die Klebstoffpunkte 4, 14, 15 zu
quetschen, sind die Vorlaufpunkte 14 die ersten, die damit beginnen,
sich mit angrenzenden Punkten 4 des regelmäßigen Musters
zu verbinden und sich auszubreiten, wie in 3B gezeigt.
Größere durchgehende
Schichten werden somit zunächst
in der Mitte des Musters gebildet und wachsen von dort aus in Richtung
der Ränder,
während
sie sich erfolgreich mit Punkten 4 vermischen, die sie
umgeben. Die Platzierung der Vorlaufpunkte 14 in der Mitte
stellt sicher, dass das Wachstum der durchgehenden Klebstoffschicht
von Innen nach Außen
erfolgt; folglich wird eine Situation verhindert, in der Luft nicht
aus der Mitte der Kontaktfläche
entweichen kann, da sie vollständig
von verbundenen Klebstoffpunkten umgeben ist. Stattdessen wird die
Luft allmählich
von Innen nach Außen
aus dem Raum zwischen Leiterplatte 1 und Schaltungskomponente 17 ausgetrieben
und die die Kontaktfläche 2 wird
vollständig
mit Klebstoff benetzt.
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Die
zusätzlichen
Klebstoffpunkte 15 in den Ecken verbinden sich ebenfalls
bald mit den an sie angrenzenden Eckenpunk ten des regelmäßigen Musters
und füllen
schließlich
die Ecken der Kontaktfläche
bis zu deren äußersten
Spitzen aus. Schließlich,
wie in 3D gezeigt, wird eine durchgehende, lückenlose
Klebstoffschicht 23 erhalten, die sich über die gesamte Kontaktfläche 2 erstreckt
und leicht über die
Ränder
dieser hervorragt, wobei der Umfang des Hervorragens durch Dosieren
der aufgetragenen Klebstoffmenge und über die Dicke der Klebstoffschicht
steuerbar ist, d. h. durch die Kraftgrenze, bis zu der die Leiterplatte 1 und
die Schaltungskomponente 17 gegeneinander gedrückt werden.