DE69108336T2

DE69108336T2 - Lötmittelaufbringung.

Info

Publication number: DE69108336T2
Application number: DE69108336T
Authority: DE
Inventors: Christopher A Hicks
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-09-24
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: EP0478192A3; US5119759A; EP0478192B1; EP0478192A2; DE69108336D1; JP2582967B2; JPH04226854A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Systeme zur Lötmittelaufbringung und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung zur Lötmittelaufbringung und auf ein Verfahren zur Regulierung der Höhe einer Lötdüse über einem planaren Glied, beispielsweise mit Lötmittel benetzbare Kontaktflächen auf einer Leiterplatte.
Die Lötmittelverteilung auf Kontaktflächen für Oberflächenbefestigungsplatten wurde in der Halbleiterindustrie im allgemeinen unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens erzielt. Bei einem Siebdruckverfahren müssen die Siebe bereits mit einem Lötmittelablagerungsmittel hergestellt worden sein. Danach wird ein Präzisionsausrichtungsverfahren durchgeführt, in dem das Lötmittel auf die Kontaktflächen der Oberfläche aufgetragen wird. Die für dieses Verfahren benötigte Lötmittelpaste erfordert eine sehr lange Aushärte- und -backzeit. Daher ist dieses Verfahren der bisherigen Technologie nicht nur im Ausrichtungsprozeß ziemlich komplex, sondern auch relativ zeitaufwendig.
Die bisherige Technologie des Lötmittelverteilungsverfahrens unter Verwendung des Siebdrucks wird weiterhin durch die Anforderung kompliziert, daß das Muster Bleistellen mit sehr geringer Steigung und Breitenflächenstellen, die mit standardmäßigen Oberflächen-Kontaktstellen vermischt sind, enthalten muß. In diesem Fall des bandautomatischen Klebens beispielsweise variieren die Steigungen zwischen vier und zwanzig mils, während standardmäßige Oberflächen-Befestigungsteile Steigungen im Bereich von 20 bis 50 mils aufweisen. Daher erfordert dieses Verfahren, daß an verschiedenen Stellen auf der Platte unterschiedliche Mengen an Lötmittel verteilt werden können. Aufgrund der erforderlichen Präzision ist es üblich, separate Siebdruckschritte zu verwenden, einen ersten für sehr feine Bleisteigungen und Breitenflächenstellen und einen zweiten für die standardmäßigen Oberflächenbefestigungsteile. Es besteht außerdem die Gefahr, das in einem vorherigen Schritt aufgetragene Lötmittel zu beschädigen, wenn mehrere Siebdruckarbeiten ausgeführt werden. Darüber hinaus stellt das Auftragen einer feinen Lötmittellinie ein gewisses Problem dar, da die Lötmittelpaste dazu neigt, in den zunehmend kleiner werdenden Öffnungen des Siebdrucks zu verkleben.
Die bisherige Technologie beschreibt außerdem weitere Verfahren zur Ablagerung von Lötmittel auf der Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte. Tauchlöten und Schwallöten sind zwei Verfahren, die in der bisherigen Technologie bekannt sind. Beim Schwallöten wird ein geschmolzenes Lötmittel durch eine Düse gepumpt, so daß eine stehende Welle erzeugt wird. In diesem Verfahren bewegt sich die gesamte Seite einer Anordnung, die gedruckte Leiter enthält, wobei die Anschlüsse der Schaltungskomponenten in verschiedene Punkte gesteckt sind, im allgemeinen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit über die stehende Fläche der Welle des geschmolzenen Lötmittels hinweg. Die untere Fläche der Anordnungen wird mit der Flüssigkeitsoberfläche der Welle in Kontakt gebracht.
Durch dieses Verfahren benetzt die Lötmittelwelle zuerst die Verbindungsflächen und ermöglicht ein Durchdringen der Löcher. Dies trägt wiederum dazu bei, die Bildung zuverlässiger Lötmittelverbindungen und -füllungen zu gewährleisten. Das Schwallöten wird in den U.S.-Patenten Nr. 3,705,457 und 4,360,144 beschrieben. Ein Beispiel für ein Tauchverfahren wird in U.S.-Patent Nr. 4,608,941 beschrieben; hierin werden Platten in ein flüssiges Lötmittelbad eingetaucht und anschließend einem Preßluftstrahl ausgesetzt, der das geschmolzene Lötmittel auf den Platten ebnet. Der Preßluftstrahl wird daher verwendet, um die Platten auf wirksame Weise von überschüssigem Lötmittel zu befreien, so daß nur noch die gedruckten Muster das Lötmittel enthalten.
Ein weiteres Beispiel für eine Lötmittelebnung wird in U.S.- Patent Nr. 4, 619,841 beschrieben. Das darin beschriebene Verfahren wird in Verbindung mit Tauchlötverfahren verwendet. Weitere Verfahren einer selektiven Ablagerung von Lötmittel auf Mustern gedruckter Leiterplatten werden in den U.S.-Patenten Nr. 4,206,254; 4,389,771 und 4,493,856 beschrieben.
Das U.S.-Patent Nr. 3,661,638 bezieht sich ebenfalls auf ein System zur Ebnung und Regulierung der Dicke eines leitenden Materials auf den Wandungen der Löcher in einer gedruckten Leiterplatte. Dieses Verfahren zur Entfernung der überschüssigen Menge an leitendem Material verwendet die Erhitzung, um ein leitendes Material zu schmelzen, nachdem es abgelagert wurde. Während sich das leitende Material in einem plastischen Zustand befindet, führt eine Kreisdrehung der Platte dazu, daß das plastische Material umlaufend um das Loch herum aufgetragen wird und achsial durch das Loch fließt.
In jüngster Zeit wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen, in denen eine Lötmitteldüse verwendet wird, die Lötmittel auf mit Lötmittel benetzbare Kontaktflächen in im wesentlichen gleichen Mengen auf jeder Kontaktfläche verteilt. Das zusammen mit einer solchen Düse verwendete Werkzeug umfaßt im allgemeinen einen Lötmittel-Vorratsbehälter oder Plenum, ein Heizelement zur Schmelzung des Lötmittels und am unteren Ende des Vorratsbehälters einen Fuß, der eine Düse enthält, die über die Kontaktflächen passiert, die mit dem Lötmittel benetzt werden sollen.
Verwendete Verfahren zur Einstellung der Höhe einer Lötmitteldüse, wie sie beispielsweise in den oben referenzierten Patentanmeldungen beschrieben werden, sind vollständig manuell und verwenden normalerweise mechanische Abstandsstücke oder Fühlerlehren mit bekannter Dicke, um die Höhe zwischen der Spitze der Lötmitteldüse und der Leiterplatte oder dem planaren Glied, auf dem das Lötmittel aufgebracht werden soll, zu messen. Einfache Versuch- und Fehlerverfahren wurden dann verwendet, um die Düsenhöhe auf einen gewünschten Bereich einzustellen. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig und kostenintensiv.
Ein Problem bei diesen Systemen besteht darin, daß die Verwendung von Werkzeugen, die mit der Lötmitteldüse und der zu lötenden Fläche in Kontakt treten, im allgemeinen dazu führen, daß zwischen der Lötmitteldüse und der zu lötenden Fläche Flußmittel herausgepreßt wird, was dazu führt, daß die Einrichtwerkzeuge mit Flußmittel bedeckt sind und auf der Lötmitteldüse und der zu lötenden Fläche Flußmittel verteilt wird. Ein weiteres Problem bei diesen Systemen besteht darin, daß die gelötete Fläche in ihrer Dicke und Ebenheit variiert; daher muß die Werkzeughöhe an jedem Lötpunkt gemessen werden.
Die Umgebung um eine Lötmitteldüse ist im allgemeinen durch Flußmittel, Flußmitteldämpfe, geschmolzenes Lötmittel, Lötmitteloxide und Lötmitteldämpfe verschmutzt; infolgedessen waren Versuche, Kontaktsensoren zu verwenden, um eine geeignete Lötmitteldüsenhöhe zu gewährleisten, im allgemeinen nicht erfolgreich.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorichtung bereitzustellen, die die akkurate und wirksame Einstellung einer Lötmitteldüsenhöhe in einem Lötmittelablagerungssystem ermöglichen.
Patent Abstracts of Japan, Band 13, Nr. 173 (E-748) (3521), 24. April 1989, beschreiben eine Vorrichtung zur Auftragung von Lötmittel auf einem Substrat, wobei die Höhe einer Lötmitteldüse durch Signale eines Nichtkontakt-Begrenzungsschalters reguliert wird, der in einem festen Verhältnis zur Düse angebracht ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Auftragung von Lötmittel bereitgestellt, die eine Lötmitteldüse, die auf einem beweglichen Roboterarm angebracht und so eingestellt ist., daß sie erhitztes Lötmittel auf ausgewählte Bereiche auf der Fläche eines planaren Glieds aufträgt, einen Nichtkontakt-Begrenzungsschalter, der so eingestellt ist, daß er ein Signal erzeugt, wenn der genannte Begrenzungsschalter in einen vorbestimmten Abstand der genannten Fläche kommt, ein Befestigungsmittel, auf dem der genannte Nichtkontakt-Begrenzungsschalter in einem festen Verhältnis zur genannten Düse angebracht ist, eine Referenzfläche mit einem Abstandssensor, der in einem bestimmten Abstand über der genannten Referenzfläche angebracht ist und bei Anwesenheit der genannten Düse ein Referenzsignal erzeugt, ein Bewegungsmittel zur Bewegung der genannten Düse zur genannten Referenzfläche und ein Steuermittel, das an das genannte Bewegungsmittel, den genannten Abstandssensor und den genannten Nichtkontakt-Begrenzungsschalter gekoppelt ist und einen Kalibrierungsversatzwert zur Verwendung bei der Einstellung der Höhe der genannten Düse über der genannten Fläche erzeugt, umfaßt.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Regulierung der Höhe einer Lötmitteldüse über einem planaren Glied in einem Lötmittelablagerungssystem mit einer Lötmitteldüse, die an einem beweglichen Roboterarm befestigt und so eingestellt ist, daß erhitztes Lötmittel auf die Fläche des genannten planaren Glieds aufgetragen wird, bereitgestellt, wobei dieses Verfahren die Schritte der Befestigung eines Nichtkontakt-Begrenzungsschalters in einem festen Verhältnis zur genannten Lötmitteldüse umfaßt, wobei der genannte Nichtkontakt-Begrenzungsschalter bei Vorhandensein eines planaren Glieds innerhalb eines vorbestimmten Abstands ein erstes Signal erzeugt, der Bereitstellung einer Referenzfläche mit einem Abstandssensor in einem vorbestimmten Abstand über der genannten Referenzfläche, der so eingestellt ist, daß er bei Vorhandensein der genannten Lötmitteldüse ein zweites Signal erzeugt, der Bewegung der genannten Lötmitteldüse zur genannten Referenzfläche und der Verwendung des genannten ersten Signals, des genannten zweiten Signals und des genannten vorbestimmten Abstands zur Berechnung eines Kalibrierungsversatzwertes zur Korrektur der Höhe der genannten Lötmitteldüse über dem genannten planaren Glied umfaßt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Lötmitteldüse während der Kalibrierung wiederholt zur Referenzfläche bewegt, um zu gewährleisten, daß der erzielte Kalibrierungsversatzwert statistisch von Bedeutung ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die als neue Funktionen eingestuften Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden in den anhängigen Ansprüchen aufgeführt. Die Erfindung selbst jedoch, sowie eine bevorzugte Verwendung und weitere Objekte und Vorteile sind am besten durch Referenz auf die folgende ausführliche Beschreibung eines illustrativen Ausführungsbeispiels verständlich, wenn diese zusammen mit den folgenden angefügten Zeichnungen gelesen wird:
Figur 1 ist eine teilweise schematische Seitenansicht des Lötmitteldüsen-Höhensensorsystems der vorliegenden Erfindung; und
Figur 2 ist eine teilweise schematische Perspektivansicht einer Referenzfläche und einer Kalibrierungslehre, die im Lötmitteldüsen-Höhensensorsystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES VORLIEGENDEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Unter Verweis auf die Figuren und insbesondere auf Figur 1 ist eine teilweise schematische Seitenansicht des Lötmitteldüsen- Höhensensorsystems der vorliegenden Erfindung abgebildet. Gemäß der Darstellung ist ein Lötmittelablagerungssystem 10 abgebildet, das eine Lötmitteldüse 12 und eine Mehrzahl an Zufuhrleitungen 14 und 16 umfaßt. Der Fachmann auf diesem Gebiet weiß zu schätzen, daß die Zufuhrleitungen 14 und 16 auch zur Bereitstellung von Inertgas oder Flußmittel oder aber zur Einleitung von Lötmittel in ein erhitztes Plenum zur Bildung einer geschmolzenen Masse von Lötmittel verwendet werden können. Die Lötmitteldüse 12 wird danach vorzugsweise über eine Mehrzahl an zu benetzenden Kontakten auf der Oberfläche einer Leiterplatte oder eines anderen planaren Glieds bewegt, so daß auf jedem zu benetzenden Kontakt die gleiche Menge an Lötmittel abgelagert wird.
Die Lötmitteldüse 12 wird vorzugsweise am Roboterarm 18 befestigt, der unter der Steuerung eines Bedieners oder einer programmierten Robotersteuereinheit wie beispielsweise der Robotersteuereinheit 32 manuell oder elektronisch bewegt werden kann. Gemäß Darstellung stellt die Robotersteuereinheit 32 vorzugsweise eine Mehrzahl elektroniscber Signale bereit, die an verschiedene Servos und Motoren zur Bewegung des Roboterarms 18 gekoppelt sind. Auf diese Weise kann die Lötmitteldüse 12 während des gesamten vorprogrammierten Pfads über der Fläche einer Leiterplatte oder eines anderen planaren Glieds akkurat und wirksam bewegt werden. Natürlich ist es aufgrund von Variationen in der Dicke einer Leiterplatte entscheidend, daß ein Mittel bereitgestellt wird, um akkurat die Höhe der Lötmitteldüse 12 über der Fläche einer Leiterplatte einzustellen, so daß die Menge der auf den zu benetzenden Kontakten der Fläche gleichmäßig und in der gewünschten Dicke vorliegt.
Gemäß einer wichtigen Eigenschaft der vorliegenden Erfindung wird eine feste Klammer 20 ebenfalls auf dem Roboterarm 18 in Verbindung mit der Lötmitteldüse 12 befestigt. Die feste Klammer 20 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material oder einem anderen hochfesten Stoff und dient als Befestigungspunkt für das Befestigungsglied 22. Die Robotersteuereinheit 32 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material oder einer anderen hochfesten Substanz und dient als Befestigungspunkt für das Befestigungsglied 22. Gemäß Darstellung ist das Befestigungsglied 22 von der festen Klammer 20 aus vorzugsweise in einer Abwärtsrichtung angebracht und im allgemeinen parallel zur Achse der Lötmitteldüse 12 ausgerichtet.
Am untersten Ende des Befestigungsglieds 22 befindet sich eine pneumatische Schalterdüse 24. Die pneumatische Schalterdüse 24 wird im abgebildeten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als ein Nichtkontakt-Begrenzungsschalter verwendet und beruht in ihrer Arbeitsweise auf Prinzipien, die Fachleuten im Bereich solcher Begrenzungsschalter gut bekannt sind. Ein Fluß von Sauerstoff, Stickstoff oder eines anderen Gases wird vorzugsweise über die pneumatischen Zufuhrleitungen 26 und 28 an die pneumatische Schalterdüse 24 gekoppelt und unter Verwendung von Düsen oder anderen Verfahren auf die Oberfläche eines planaren Glieds gerichtet, auf das die Lötmitteldüse 12 bewegt wird.
Sobald die pneumatische Schalterdüse 24 eine vorbestimmte Nähe zu einem planaren Glied wie beispielsweise die Referenzfläche 38 erreicht, werden die Druckschwankungen des Gasmaterials, das durch die pneumatische Schalterdüse 24 fließt, vom Begrenzungsschalter 30 festgestellt und können verwendet werden, um präzise das Vorhandensein oder das Fehlen eines planaren Glieds innerhalb eines zuvor ausgewählten Abstands anzuzeigen.
Die pneuinatische Schalterdüse 24 und der dazugehörige Begrenzungsschalter 30 sind im Handel erhältlich. Ein solches Produkt wird von der Nippon Pneumatic/Fluidics Systems Company Ltd. als Modell Nr. DAS-05-05 vertrieben. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der zuvor ausgewählte Abstandswert der pneumatischen Schalterdüse 24 normalerweise auf 0,040 Zoll (l Zoll = 25,4 mm) eingestellt. Dieser Abstand läßt sich unter Verwendung des oben angeführten Geräts mit einer Genauigkeit von ± 0,0015 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) messen.
Gemäß Darstellung wird die Ausgabe des Begrenzungsschalters 30 an den Prozessor 34 gekoppelt. Beim Prozessor 34 kann es sich um ein beliebiges richtig programmiertes mikroprozessorgestütztes Gerät handeln, das in Verbindung mit der Robotersteuereinheit 32 und der Tastatur 36 verwendet werden kann, um die zur Erzielung der gewünschten Lötmitteldüsenhöhe erforderlichen rudimentären mathematischen Berechnungen auszuführen.
Wir betrachten weiterhin Figur 1. Es wird eine Referenzfläche 38 bereitgestellt. Auf dieser Fläche ist eine Kalibrierungsvorrichtung 40 befestigt. Die Kalibrierungsvorrichtung 40 ist vorzugsweise eine halbkreisförmige oder hufeisenförmige Vorrichtung, die eine Lücke umgibt, über der ein optischer Strahl 42 verläuft. Auf eine Art und Weise, die an späterer Stelle ausführlich beschrieben werden wird, wird der optische Strahl 42 von einer Seite der Kalibrierungsvorrichtung 40 auf die andere Seite geleitet, wobei der Strahl die dazwischenliegende Öffnung in einem vorbestimmten Abstand über der oberen Fläche der Referenzfläche 38 durchläuft.
Wir betrachten nun Figur 2. Figur 2 enthält eine teilweise schematische Perspektivansicht der Referenzfläche 38 und eine Kalibrierungsvorrichtung 40, die im Lötmitteldüsenhöhen- Sensorsystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Gemäß Darstellung wird der optische Strahl 42 vorzugsweise durch Verwendung einer Mehrzahl an optischen Glasfaserkabeln wie beispielsweise dem optischen Glasfaserkabel 44 und dem optischen Glasfaserkabel 46 bereitgestellt. Bei den Öffnungen handelt es sich um die in einem ausreichend kleinen Durchmesser durchbohrten Kalibrierungsvorrichtungsenden 50 und 52, so daß der Durchmesser des optischen Strahls 42 klein genug ist, um das Vorhandensein der Lötmitteldüse 12 innerhalb einer gewünschten Genauigkeit feststellen zu können. Im abgebildeten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beträgt der Durchmesser des optischen Strahls 42 vorzugsweise 0,3 Millimeter oder weniger, was dazu führt, daß das Vorhandensein der Lötmitteldüse 12 innerhalb einer Genauigkeit von ± 0 0005 Zoll (1 Zoll = 25,4 mm) festgestellt werden kann.
Gemäß Darstellung sind die optischen Glasfaserkabel 44 und 46 beide an den Strahlschalter 48 gekoppelt. Der Strahlschalter 48 umfaßt vorzugsweise eine Lichtquelle zur Erzeugung des optischen Strahls 42, der an einen der abgebildeten optischen Glasfaserkabel gekoppelt ist. Das Vorhandensein oder das Fehlen des Strahls, angezeigt durch das andere optische Glasfaserkabel, wird dann verwendet, um eine Festkörperschaltvorrichtung zu öffnen oder zu schließen. Die Ausgabe des Strahlschalters 48 wird anschließend vorzugsweise an den Prozessor 34 (siehe Figur 1) gekoppelt.
Wir betrachten nun beide Figuren 1 und 2. Die Kalibrierungsprozedur, die für das Lötmitteldüsenhöhen-Sensorsystem der vorliegenden Erfindung verwendet wird, soll nachfolgend dargestellt werden. Zunächst wird das Lötmittelablagerungssystem 10 aktiviert und die Lötmitteldüse 12 auf ihre Betriebstemperatur erhitzt. Der Fachmann auf diesem Gebiet weiß, daß es sehr wichtig ist, während der Lötmittelablagerung die Lötmitteldüse 12 auf ihre tatsächliche Betriebstemperatur zu erhitzen, so daß Fehler aufgrund thermisch bedingter Ausdehnungen und Kontraktionen des Materials, die einen Einfluß auf die Lötmitteldüse 12 oder die Befestigungsklammern haben, entscheidend reduziert werden können. Danach wird der Roboterarm 8 verwendet, um die Lötmitteldüse 12 mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die im wesentlichen mit derjenigen Geschwindigkeit übereinstimmt, die während des laufenden Lötmittelablagerungsverfahrens verwendet wird.
Als nächster Schritt werden die Lötmitteldüse 12 und ihre dazugehörige pneumatische Schalterdüse 24 nach unten zur oberen Fläche der Referenzfläche 38 bewegt. Die Robotersteuereinheit 32 wird in Verbindung mit dem Prozessor 34 und dem Strahlschalter 48 verwendet, um die Bewegung der Lötmitteldüse 12 zu stoppen, wenn der optische Strahl 42 unterbrochen wird, wodurch angezeigt wird, daß sich die Lötmitteldüse 12 in einem vorbestimmten Abstand über der oberen Fläche der Referenzfläche 38 befindet. Die Position der Lötmitteldüse 12, die von der Robotersteuereinheit 32 festgestellt wurde, wird dann gespeichert.
Als nächster Schritt wird erneut die Lötmitteldüse 12 zur oberen Fläche der Referenzfläche 38 bewegt, bis beispielsweise eine Schwankung im Druck des Gasflusses von der pneumatischen Schaltdüse 24 anzeigt, daß die obere Fläche der Referenzfläche 38 in einem zuvor ausgewählten Abstand zur pneumatischen Schaltdüse 24 liegt. Zu diesem Zeitpunkt schließt sich der angeschlossene Begrenzungsschalter 30 und sendet an den Prozessor 34 ein Signal, das zum Stoppen der Bewegung des Roboterarms 18 verwendet wird. Die Position der Lötmitteldüse 12, die von der Robotersteuereinheit 32 festgestellt wurde, wird dann erneut gespeichert.
Als nächster Schritt werden gemäß einer wichtigen Eigenschaft der vorliegenden Erfindung die beiden vorherigen Schritte eine bestimmte Anzahl von Malen wiederholt; jeder neue Wert für die Position der Lötmitteldüse 12 an den Stellen, wo der optische Strahl 42 unterbrochen wurde, und wann die pneumatische Schaltdüse 24 das Vorhandensein der oberen Fläche der Referenzfläche 38 in einem zuvor ausgewählten Abstand anzeigt, wird gespeichert. Danach wird für diese Werte ein statistischer Mittelwert ermittelt und eine standardmäßige Abweichung ermittelt, um dem System zu ermöglichen, zu bestimmen, ob die erzielten Durchschnittswerte statistisch von Bedeutung sind.
Schließlich wird ein Kalibrierungsversatzwert, der zur automatischen Messung des Versatz es zwischen der Lötmitteldüse 12 und der pneumatischen elektrischen Düse 24 verwendet werden kann, berechnet. Dieser Kalibrierungsversatzwert ist ganz einfach die durchschnittliche Position der Lötmitteldüse 12, wenn der optische Strahl 42 unterbrochen wird, minus der Position der Lötmitteldüse 12 am Punkt, an dem die pneumatische Schaltdüse 24 das Vorhandensein der oberen Fläche der Referenzfläche 38 in einem zuvor bestimmten Abstand minus der zuvor bestimmten Höhe des optischen Strahls 42 über der oberen Fläche der Referenzfläche 38 anzeigt. Dieser Kalibrierungsversatzwert wird dann gespeichert und kann zur präzisen Bestimmung der Höhe einer Lötmitteldüse 12 verwendet werden. Die Art und Weise, in der dies geschieht, wird nachfolgend beschrieben.
Die automatische Positionierung der Lötmitteldüse 12 in einem ausgewählten Abstand über einer zu lötenden Fläche wird nun unter Verwendung einer Prozedur erzielt, die nachfolgend beschrieben wird. Nachdem die Temperatur der Lötmitteldüse 12 auf Betriebstemperatur erhöht wird und nachdem die Geschwindigkeit der Lötmitteldüse 12 auf einen Wert eingestellt wird, der während des normalen Lötbetriebs verwendet wird, werden auch hier die Lötmitteldüse 12 und die pneumatische Schaltdüse 24 zu der zu lötenden Oberfläche bewegt. Die Robotersteuereinheit 32 wird anschließend verwendet, um die Abwärtsbewegung der Lötmitteldüse 12 zu stoppen, wenn die Druckschwankung innerhalb der pneumatischen Schaltdüse 24, die im Begrenzungsschalter 30 festgestellt wurde, anzeigt, daß die pneumatische Schaltdüse 24 innerhalb eines zuvor bestimmten Abstands zur oberen Fläche der zu lötenden Leiterplatte liegt.
Die Position der Lötmitteldüse 12 an diesem Punkt, die von der Robotersteuereinheit 32 festgestellt wird, wird aufgezeichnet. Als nächstes gibt der Bediener über die Tastatur 36 eine gewünschte Lötmittelversatzhöhe ein; die Robotersteuereinheit 32 stellt daraufhin die Höhe der Lötmitteldüse 12 durch Berechnung einer Position entsprechend der gewünschten Höhe ein. Dies wird durch Addition der angezeigten Roboterposition erzielt, wenn die pneumatische Schaltdüse 24 das Vorhandensein einer Leiterplatte in einem zuvor bestimmten Abstand zum gewünschten Lötmittelhöhenversatz und dem zuvor berechneten Versatzkalibrierungswert anzeigt.
Auf diese Weise wird ohne Verwendung eines Kontaktschalters präzise ein gewünschter Lötmitteldüsenversatz von der oberen Fläche einer Leiterplatte aufrechterhalten. Durch Bereitstellung eines Nichtkontakt-Begrenzungsschalters wie beispielsweise der pneumatischen Schaltdüse 24 und gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung und durch präzise Bestimmung des Kalibrierungsversatzwerts, der zwischen der Höhe der Lötmitteldüse 12 und der Höhe der pneumatischen Schaltdüse 24 existiert, ist es möglich, die Lötmitteldüse 12 präzise zu positionieren. Dieser Kalibrierungsversatzwert läßt sich durch den Prozessor 34 schnell und präzise berechnen und danach von der Robotersteuereinheit 32 verwenden, um automatisch die Höhe der Lötmitteldüse 12 auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Angesichts der Tatsache, daß dieses Verfahren eine Nichtkontakt-Schaltung verwendet, schneidet es in der hochflüchtigen Umgebung, die normalerweise in der Nähe einer Lötmitteldüse existiert, relativ gut ab. Versuche, Kontaktsensoren zu verwenden, um die Höhe einer Lötmitteldüse über einer Leiterplatte zu bestimmen, sind in den meisten Fällen deshalb gescheitert, weil solche Sensoren in dieser kritischen Umgebung relativ frühzeitig kontaminiert sind. Durch Verwendung eines pneumatisch-elektrischen Nichtkontaktschalters wie beispielsweise desjenigen, der eine pneumatische Schaltdüse 24 und einen Begrenzungsschalter 30 umfaßt, wird das System selbstreinigend, da ein konstanter und niedriger Fluß an Sauerstoff, Luft oder Stickstoff durch die pneumatische Schaltdüse 24 strömt und dabei konstant die Öffnung reinigt. Tests mit diesem System haben bewiesen, daß Fehler mit diesem Verfahren drastisch vermieden werden können.

Claims

1. Eine Vorrichtung zur Auftragung von Lötmittel, die eine Lötmitteldüse (12), die auf einem beweglichen Roboterarm (18) angebracht und so eingestellt ist, daß sie erhitztes Lötmittel auf ausgewählte Bereiche auf der Fläche eines planaren Glieds aufträgt, einen Nichtkontakt-Begrenzungsschalter (24, 30), der so eingestellt ist, daß er ein Signal erzeugt, wenn der genannte Begrenzungsschalter in einen vorbestimmten Abstand der genannten Fläche kommt, ein Befestigungsmittel (20, 22), auf dem der genannte Nichtkontakt-Begrenzungsschalter in einem festen Verhältnis zur genannten Düse angebracht ist, eine Referenzfläche (38) mit einem Abstandssensor (40, 42), der in einem bestimmten Abstand über der genannten Referenzfläche angebracht ist und bei Anwesenheit der genannten Düse ein Referenzsignal erzeugt, ein Bewegungsmittel (32, 34) zur Bewegung der genannten Düse zur genannten Referenzfläche und ein Steuermittel (32, 34), das an das genannte Bewegungsmittel, den genannten Abstandssensor und den genannten Nichtkontakt-Begrenzungsschalter gekoppelt ist und einen Kalibrierungsversatzwert zur Verwendung bei der Einstellung der Höhe der genannten Düse über der genannten Fläche erzeugt, umfaßt.

2. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in der der genannte Nichtkontakt-Begrenzungsschalter ein pneumatisch-elektrischer Schalter ist.

3. Eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2, in der der genannte pneumatisch-elektrische Schalter ein Mittel zur Leitung eines Gasflusses auf die genannte Oberfläche und ein Mittel zur Feststellung einer Schwankung im Druck des genannten Gasflusses, nachdem der genannte pneumatischelektrische Schalter in einen zuvor ausgewählten Abstand zur genannten Oberfläche gebracht wird, umfaßt.

4. Eine Vorrichtung gemäß allen vorherigen Ansprüchen, in der das genannte Befestigungsmittel eine Klammer umfaßt, die an der genannten Düse befestigt ist, und in der der genannte Nichtkontakt-Begrenzungsschalter in einem parallelen Verhältnis zur genannten Düse fest angebracht ist.

5. Eine Vorrichtung gemäß allen vorherigen Ansprüchen, die ein Mittel zur Erhitzung der genannten Lötmitteldüse vor der Bewegung der genannten Lötmitteldüse zur genannten Oberfläche hin umfaßt, wobei Lötmitteldüsen-Positionsfehler, die als Folge der thermischen Ausdehnung während des Betriebs des genannten Systems auftreten, weitgehend ausgeschaltet werden.

6. Eine Vorrichtung gemäß allen vorherigen Ansprüchen, in der der genannte Abstandssensor einen optischen Durchlauf-Glasfaserstrahlschalter umfaßt.

7. Eine Vorrichtung gemäß allen vorherigen Ansprüchen, in der das genannte Bewegungsmittel so eingestellt ist, daß es wiederholt die genannte Düse zu der genannten Fläche hin bewegt, und in der das genannte Steuermittel so eingestellt ist, daß es aufgrund von Positionswerten, die mehrmals gesammelt wurden, einen durchschnittlichen Kalibrierungsversatzwert erstellt.

8. Ein Verfahren zur Steuerung der Höhe einer Lötmitteldüse (12) über einem planaren Glied in einem Lötmittelablagerungssystem, bei dem eine Lötmitteldüse auf einem beweglichen Roboterarm (18) befestigt und so eingestellt ist, daß erhitztes Lötmittel auf die Oberfläche des erhitzten planaren Glieds aufgetragen wird, wobei das Verfahren die Schritte der Befestigung eines Nichtkontakt-Begrenzungsschalters (30, 24) in einem festen Verhältnis zur genannten Lötmitteldüse, wobei der Nichtkontakt-Begrenzungsschalter bei Vorhandensein eines planaren Glieds innerhalb eines zuvor ausgewählten Abstands ein erstes Signal erzeugt, der Bereitstellung einer Referenzfläche (38) mit einem Abstandssensor (40, 42) in einem vorbestimmten Abstand über der genannten Referenzfläche, der so eingestellt ist, daß er bei Vorhandensein der genannten Lötmitteldüse ein zweites Signal erzeugt, der Bewegung der genannten Lötmitteldüse zur genannten Referenzfläche und der Verwendung des genannten ersten Signals, des genannten zweiten Signals und des genannten vorbestimmten Abstands zur Berechnung eines Kalibrierungsversatzwertes zur Korrektur der Höhe der genannten Lötmitteldüse über dem genannten planaren Glied umfaßt.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 8, des weiteren bestehend aus den Schritten der wiederholten Bewegung der genannten Lötmitteldüse zur genannten Referenzfläche hin und der Verwendung von Durchschnittswerten des genannten ersten Signals und des genannten zweiten Signals mit dem genannten worbestimmten Abstand, um den genannten Kalibrierungsversatzwert zu berechnen.