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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stützen einer
Leiterplatte, während
diese mit Bauteilen bestückt
wird. Die Stützvorrichtung umfasst
eine Vielzahl langgestreckter Stützelemente, welche
quer zur Leiterplattenebene angeordnet sind, um die Leiterplatte
während
des Bestückens
zu stützen,
und welche in Richtung der Leiterplatte bewegbar und nachgiebig
verschiebbar ausgebildet sind, um eine Halterung zur Stützung der
Leiterplatte zu bilden.
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Stand der
Technik
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Bei
der automatischen Bestückung
einer Leiterplatte mit Bauteilen wird die Leiterplatte auf einer Fördervorrichtung
befördert,
welche die Leiterplatte lediglich an deren Rändern stützt. Wenn die Leiterplatte
mit Bauteilen bestückt
wird, besteht daher das Risiko, dass die Karte nach unten geschlagen
oder gedrückt
wird und hoch springt, wodurch verursacht werden kann, dass Bauteile,
die bereits positioniert wurden, sich aus deren korrekter Position
bewegen können
(der so genannte Manhattan Effekt).
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Eine
Lösung
zu diesem Problem sieht vor, dass unter der Leiterplatte eine Form
oder Halterung vorgesehen wird, welche die Leiterplatte unter deren ganzen
Oberfläche
stützt
und die Kräfte
daher gleichmässig über die
Leiterplatte verteilt. In vielen Fällen, beispielsweise bei der
Bestückung
auf beiden Seiten, wenn die Leiterplatte auf der Unterseite bereits
mit Bauteilen bestückt
wurde, haben die Unterseiten der Leiterplatten jedoch keine identische
Topografie, d. h. nach unten gerichtete Kontur, was bedeutet, dass
die Form oder Halterung für
jede neue Serie von Leiterplatten ausgetauscht werden muss.
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Eine
andere Lösung
besteht darin, mit magnetischen Füssen versehene Stützstifte
einer bestimmten Länge
in einem Muster anzuordnen, das dem Typ der momentan vorliegenden
Leiterplatte entspricht. Die Stifte können auf einem Hebetisch platziert
werden, der gegen die Leiterplatte angehoben wird, bevor die Bestückung mit
den Bauteilen beginnt, so dass die auf die Leiterplatte ausgeübten Kräfte konsequenterweise über alle
Stützstifte
verteilt werden.
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Falls
die Leiterplatte auf der Unterseite bereits mit Bauteilen bestückt wurde,
müssen
die Stützstifte
zwischen den Bauteilen angeordnet werden, um auf eine freie Leiterplattenfläche zu treffen.
Falls ein Stützstift
auf ein Bauteil trifft, kann dies tatsächlich die Leiterplatte nach
oben verbiegen oder das Bauteil oder die Leiterplatte beschädigen, was
in beiden Fällen
nicht akzeptabel ist. Eine Leiterplatte mit vielen Bauteilen kann
nur sehr wenig freie Oberfläche aufweisen,
was bedeutet, dass nur eine geringe Anzahl von Stützstiften
anstossend an der Leiterplatte angeordnet und daher nur ein begrenzter
Grad an Druckausgleich erreicht werden kann.
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US-A-5,157,438
offenbart eine Stützvorrichtung
nach dem dem Stand der Technik entsprechenden Teil von Anspruch
1.
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Die
obigen Lösungen
aus dem Stand der Technik verursachen Schwierigkeiten beim Anstreben
eines hohen Grads an Verwendbarkeit der Bestückungsmaschinerie, da Halterungen
oder Stützstifte
jedes Mal ausgetauscht oder verschoben werden müssen, wenn die Produktion einer
neuen Serie von Leiterplatten beginnt.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen
Probleme zu lösen
und eine Vorrichtung zum Bestücken
einer Leiterplatte mit Bauteilen anzugeben, welche sich automatisch
an die nach unten gerichtete Topografie jeder Leiterplatte anpasst.
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Gemäss der Erfindung
wird diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art gelöst,
wobei die Stützelemente,
unabhängig von
der Topografie der Leiterplatte, in irgend einer gewünschten
Position arretierbar sind, so dass die sich formende Halterung,
wenn die Stützelemente die
Leiterplatte oder auf der Leiterplatte montierte Bauteile berühren, fixiert
werden kann, um während der
Bestückung
eine optimale Stütze
für die
Leiterplatte zu bilden.
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Die
Stützelemente,
welche in einem Bereich verteilt sind, der im wesentlichen der Grösse der
Leiterplatte entspricht, werden gegen die Leiterplatte bewegt und
formen folglich eine stützende
Halterung, die einer „Prägung" der Unterseite der
vorliegenden Leiterplatte entspricht. Da die Stützelemente nachgiebig gegen
die Leiterplatte verschiebbar sind und daher deren Länge anpassen,
so dass sie präzise
die Leiterplatte oder ein darauf montiertes Bauteil erreichen, wird
der im Zusammenhang mit der Bestückung
eines Bauteils auf die Leiterplatte ausgeübte Druck auf alle Stützelemente
verteilt, welche die Leiterplatte stützen, auch auf solche, die
gegen bereits montierte Bauteile bewegt wurden. Die Stützelemente
können
für jede
neue Leiterplatte zur Ausgangsposition zurück geführt und dann gegen die neue
Leiterplatte bewegt werden, so dass die Stützvorrichtung automatisch an
einen neuen Typ der Leiterplatten angepasst wird.
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Die
Stützelemente
sind geeignet angepasst, um in Richtung zur Leiterplatte bewegbar
zu sein, durch Einwirkung eines Fluides, vorzugsweise durch einen
hydraulischen oder pneumatischen Vorgang. Vorzugsweise ist das Fluid
ein Gas, beispielsweise Druckluft.
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Weiterhin
kommunizieren die Stützelemente passend
mit einem gemeinsamen, abgeschlossenen Raum, so dass, wenn der Raum
einem vorbestimmten Fluiddruck ausgesetzt ist, sich alle Stützelemente in
die Richtung zur Leiterplatte hin erheben. Mit dieser Art von Beweglichkeit
wird der Druck auf die Leiterplatte, unabhängig davon, wie weit ein Stützelement
gegen die Leiterplatte oder ein darauf montiertes Bauteil hinausragt,
gleichmässig
auf alle Stützelemente
verteilt, weshalb ein Stützelement,
das gegen ein montiertes Bauteil bewegt wurde, nicht einem grösseren Druck
ausgesetzt ist oder eine Ausbuchtung der Leiterplatte nach oben
verursacht. Das nach unten Drücken
eines Stützelements
resultiert nämlich
in einem Anstieg des Druckes im geschlossenen Raum und, konsequenterweise,
auf allen Stützelementen.
Der punktuelle Druckanstieg wird daher auf alle Stützelemente
verteilt.
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Gemäss einer
Ausgestaltung wird die Arretierung der Stützelemente vorzugsweise mittels
einer Vielzahl von Platten ausgeführt, die in parallel zur Leiterplatte
liegenden Ebenen angeordnet und die in den ihnen zugeordneten Ebenen
verschiebbar sind und die Durchgangsöffnungen aufweisen, durch die die
Stützelemente
verlaufen, so dass, wenn die Platten relativ zueinander verschoben
werden, die Stützelemente
festgeklemmt und arretiert werden.
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Ein
elastisches Reibungselement, beispielsweise ein Gummistöpsel, kann
jeder Durchgangsöffnung
in den Platten zugeordnet sein, so dass die Stützelemente zwischen zwei Reibungselementen geklemmt
und arretiert werden, wenn die Platten gegeneinander verschoben
werden. Wenn die Platten wieder in die Ausgangsposition zurückgesetzt
werden und die Berührung
zwischen den Stützelementen
und den elastischen Reibungselementen endet, laufen die Stützelemente
einmal mehr frei in den Durchgangsöffnungen und können in
die tiefere Position zurückgeführt werden.
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Die
Stützelemente
können
aus hohlen, unbeweglichen Stützen
und hohlen Stiften bestehen, die an deren freien Ende verschlossen
sind, wobei die Stifte bei den Stützen quer zur Ebene der Leiterplatte
bewegbar angeordnet sind. Dies resultiert beim Gebrauch der Stützvorrichtung
in einer Reduktion der in Richtung der Leiterplatte bewegten Masse, da
nur die hohlen Stifte in Kontakt mit der Leiterplatte gelangen.
Mit anderen Worten, die Auswirkung resultierend vom Kontakt der
Stützelemente
mit der Leiterplatte oder auf der Leiterplatte montierten Bauteilen wird
sehr gering sein, und nur ein geringer Grad an kinetischer Energie
und ein geringer Grad an Bewegung werden zur Leiterplatte transferiert.
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Dies
reduziert das Risiko von Beschädigungen
der Leiterplatte und der Bauteile.
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Ferner
können
die Stifte in ihrem unteren Teil ein Anschlagmittel, vorzugsweise
einen Flansch, aufweisen, welches die Bewegungsfreiheit der Stifte durch
Anschlagen in einer vorbestimmten Position an einen dazu vorgesehenen
Anschlag beschränkt.
In dieser Weise wird sichergestellt, dass sich die Stifte nicht
von der Stützvorrichtung
lösen können, falls
keine Leiterplatte deren Bewegung beschränkt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine
vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung wird nachstehend mit Bezug
auf die zugehörigen
Zeichnungen beschrieben, in denen
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Teils der erfindungsgemässen Stützvorrichtung und
eines Teils der darauf gestützten
Leiterplatte ist,
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2 den
in 1 gezeigten Teil der Stützvorrichtung in der Ausgangsposition
darstellt,
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3 eine
Obenansicht des in 2 gezeigten Teils der Stützvorrichtung
ist, und
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4 eine
Explosionsdarstellung eines Bereichs rund um ein Stützelement
der in den 1 bis 3 gezeigten
Stützvorrichtung
ist.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausgestaltung
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Die
Leiterplatte 1 in 1 liegt
mit ihrer Unterseite 1a auf einer erfindungsgemässen Stützvorrichtung 2.
Eine Anzahl von Bauteilen 3 wurde bereits auf der Unterseite 1a der
Leiterplatte 1 montiert, so dass eine komplizierte Erscheinung
der Topografie der Unterseite 1a vorliegt. Die Stützvorrichtung 2 stützt die
Leiterplatte 1 mittels einer Vielzahl von Stützelementen 4.
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Die
Basisplatte 5 der Stützvorrichtung 2 ist beispielsweise
aus Aluminium oder einem anderen passenden Material gefertigt und
weist in ihrer Oberseite 5a eine Ausnehmung 6 auf,
die beispielsweise innerhalb ihres Aussenrandes 7 eingeschliffen
wurde. Zwischen dem Rand 7 und der Ausnehmung 6 ist ein
Dichtungselement vorgesehen, vorzugsweise eine Packung 8 oder eine
Verbindungsmasse. Eine Deckplatte 9, die im Wesentlichen
dieselbe Oberfläche
wie die Basisplatte 5 aufweist, ist oberhalb der Basisplatte 5 fest
angeordnet, so dass die Ausnehmung 6 daher durch die Platten 5, 9 eingeschlossen ist.
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Die
Deckplatte 9 weist Durchgangsöffnungen 10 auf, in
denen Röhren 11,
die im Wesentlichen denselben Durchmesser wie die Durchgangsöffnungen 10 aufweisen,
angeordnet sind, um durch die Durchgangsöffnungen 10 mit der
Ausnehmung 6 zu kommunizieren. In der gezeigten Ausgestaltung
hat jede Röhre 11 einen
Flansch 12 an deren unteren Rand und jede Röhre 11 wird
von unten in die zugehörige
Durchgangsöffnung 10 eingeschoben,
so dass der Flansch 12 auf der Unterseite 9a der
Platte 9 positioniert ist. Dann werden die Röhren 11 verleimt,
verlötet
oder mittels einer anderen Verbindungsart mit der Platte 9 verbunden.
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Ein
hohler Stift 13 wird auf jede Röhre 11 geschoben,
welcher Stift 13 einen Innendurchmesser hat, der im Wesentlichen
derselbe oder wenig grösser
ist, als der Aussendurchmesser der Röhre. Das obere Ende 13a des
Stifts 13, das von der Basisplatte 5 abgewandt
ist, ist beispielsweise mittels eines Stöpsels 14 oder etwas ähnlichem
verschlossen und am gegenüberliegenden
Ende ist ein Anschlagmittel angeformt, im gezeigten Fall ein nach
aussen gerichteter Flansch 15.
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Die
Röhren 11 und
die Stifte 13 können
beispielsweise aus röhrenförmigen Messingnieten
bestehen, die einen Durchmesser von etwa 5 mm aufweisen; jedoch
können
auch andere Materialien und Abmessungen gebraucht werden. In der
vorzugsweisen Ausgestaltung sind die Stifte 13 in einem
quadratischen Muster, entweder etwa 20 mm oder etwa 10 mm voneinander
angeordnet (siehe 3).
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Ein
praktisch luftdichter Raum 16 wird daher durch die Ausnehmung 6 zwischen
den Platten 5, 9 und die mittels der Stifte 13 abgeschlossenen
Röhren 11 geformt.
Eine Vorrichtung 17 für
die Zufuhr von Druckluft ist mit dem Raum 16 verbunden,
um einen Überdruck
zu erzeugen, so dass sich der Raum ausweiten kann, in dem sich die
Stifte 13 entlang den Röhren 11 nach
oben bewegen.
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In
Ebenen parallel zu den Platten 5, 9 und davon
beabstandet, im gezeigten Fall, über
denselben, sind drei Platten 18, 19, 20 angeordnet.
Im gezeigten Fall weisen alle drei Platten 18, 19, 20 dieselbe
Anzahl Öffnungen 21, 22 wie
die Anzahl der Stifte 13 auf, welche Öffnungen 21, 22 derart
positioniert sind, dass sie den Stiften 13 erlauben, durch
alle drei Platten hindurch treten zu können. Der Abstand zwischen
der unteren Platte 20 und der Deckplatte 9 ist geringer
als die Länge
eines Stifts und vorzugsweise ist der Abstand derart gewählt, dass
sich jeder Stift 13 von der Deckplatte 9 und durch
die drei Platten 18, 19, 20 erstreckt,
so dass das obere Ende 13a des Stifts etwa auf der Höhe der Oberseite 18a der
oberen Platte 18 liegt (im gezeigten Fall etwas tiefer,
siehe 2).
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Die Öffnungen 21 in
der unteren der drei Platten 20 sind mit einem Durchmesser
geformt, der vorzugsweise nur etwas grösser als der Aussendurchmesser
der Stifte ist. Jede Öffnung 22 in
den oberen beiden Platten 18, 19 ist aus einer
grossen Öffnung 23 und
einer kleinen Öffnung 24 geformt,
die teilweise in die Öffnung 23 übergeht.
Durch die grosse Öffnung
verläuft
der zugehörige
Stift 13 und in die kleinere Öffnung wurde ein elastisches
Reibungselement, beispielsweise ein Stöpsel 25 aus Gummi
oder einem ähnlichen
Material, eingeführt.
Die Stöpsel 25 sind
auf einander gegenüber
liegenden Seiten des entsprechenden Stifts 13 angeordnet.
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Die
Funktion der Vorrichtung wird nachstehend beschrieben. Bei einer
passenden Gelegenheit, vorzugsweise nachdem die Leiterplatte 1 in
die Montagemaschine (nicht gezeigt) eingeführt wurde, wird die auf einem
Hebetisch (nicht gezeigt) montierte Stützvorrichtung in Richtung zur
Leiterplatte 1 bis zu einem Abstand bewegt, der die Unterseite 1a der
Leiterplatte vom oberen Ende der Stifte trennt und der zu weniger
als der gesamten Länge
eines Stifts 13, vorzugsweise etwa zur halben Länge eines
Stifts korrespondiert. Jeder Stift ist in seiner untersten Position und
ruht mit seinem Flansch 15 auf der Oberseite 9b der
Deckplatte 9 (siehe 2).
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Dann
wird der Raum 16 mit einem Druck versorgt, der über dem
atmosphärischen
Druck liegt. Der Raum 16 versucht dann zu expandieren,
so dass sich die Stifte 13 gegen die Leiterplatte 1 erheben.
Es wird vermieden, dass ein Stift, der auf ein möglicherweise an der Unterseite 1a der
Leiteplatte 1 vorgesehenes Bauteil trifft, sich weiter
aufwärts
bewegt, und ein anderer Stift, der auf keinen Widerstand trifft,
beispielsweise wegen eines Lochs in der Leiterplatte oder der Tatsache,
dass er ausserhalb der Leiterplatte positioniert ist, wird schlussendlich
durch den Flansch 15, der auf die Unterseite 20a der
Platte 20 trifft (siehe 1), daran
gehindert, sich weiter nach oben zu bewegen.
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Da
alle Stifte 13 direkt mit dem gemeinsamen Raum 16 kommunizieren,
werden alle Stifte 13, die auf die Leiterplatte 1 oder
ein Bauteil 3 treffen, unabhängig von der projektierten
Position mit demselben Druck gegen diese gepresst.
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Nachdem
die Stifte 13 die Leiterplatte 1 berührt haben,
werden sie in dieser Position durch die Platten 18, 19 arretiert,
die beispielsweise durch einen pneumatischen oder mechanischen Vorgang
gegeneinander verschoben werden. Die Gummistöpsel 25 kontaktieren
daher die Stifte 13 und klemmen diese fest und vermeiden,
dass diese nach unten gedrückt
werden.
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Die
Leiterplatte ruht nun auf einer durch die Stifte 13 gebildeten
Halterung und Bauteile können auf
der Oberseite 1b der Leiterplatte 1 montiert werden,
wobei die Halterung sicherstellt, dass auf die Leiterplatte einwirkende
Kräfte
gleichmässig über deren
gesamte Oberfläche
verteilt werden.
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Nachdem
die Bestückung
der Leiterplatte mit Bauteilen beendet wurde, werden die Platten 18, 19 in
deren Ausgangspositionen zurückgeführt, wodurch
die Berührung
zwischen den Stiften 13 und den Gummistöpseln 25 endet. Die
Stifte laufen in den Öffnungen 23 daher
wieder frei und können,
durch Reduktion des Drucks im Raum 16, in die ursprüngliche, tiefer
gelegene Position zurück
geführt
werden.
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Es
versteht sich, dass die oben beschriebene Ausgestaltung lediglich
als Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemässen
Konzepts zu betrachten ist, welches in den angefügten Patentansprüchen definiert
ist. Die Wahl von Material, Abmessungen und Formen, die in der Beschreibung
erscheinen und die nicht von substantieller Bedeutung für die Erfindung sind,
können
verändert
werden. Beispielsweise können
die Platten 5, 9, 18, 19, 20 aus
Epoxy und die Stifte 13 und die Röhren 10 aus festem
Plastik gefertigt werden.
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Anstelle
von Druckluft kann ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit verwendet werden.
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Der
Begriff "quer zur
Ebene der Leiterplatte" kann,
wie in der gezeigten Ausgestaltung, eine im Wesentlichen rechtwinklig
zur Leiterplatte verlaufende Richtung bedeuten, ist in der vorliegenden
Anmeldung jedoch nicht auf diese Interpretation beschränkt. Die
Stützelemente
könnten
daher in einer willkürlich
gewählten
Richtung bewegbar sein, welche die Ebene der Leiterplatte 1 schneidet
und alle Stützelemente
müssen
nicht notwendigerweise parallel zueinander angeordnet sein.
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Verwendete
Richtungsangaben, d. h. aufwärts,
abwärts,
obere Seite, etc., die in diesem Dokument auftreten, wurden entsprechend
den beigefügten
Figuren gewählt,
die eine Ausgestaltung der Erfindung darstellen. Mit einer anderen
Ausrichtung des Erfindungsgegenstandes, bei der eine Leiterplatte
beispielsweise seitlich auf einen Anschlag gepresst wird, könnten diese
Richtungsangaben eine andere Bedeutung haben.