WO2004052070A1 - Verfahren zum fixieren eines miniaturisierten bauteils auf einer trägerplatte - Google Patents

Verfahren zum fixieren eines miniaturisierten bauteils auf einer trägerplatte Download PDF

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WO2004052070A1
WO2004052070A1 PCT/EP2003/013400 EP0313400W WO2004052070A1 WO 2004052070 A1 WO2004052070 A1 WO 2004052070A1 EP 0313400 W EP0313400 W EP 0313400W WO 2004052070 A1 WO2004052070 A1 WO 2004052070A1
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WO
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gripper
carrier plate
component
vertical
shrinkage
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/013400
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alain Wuersch
Stephane Rossopoulos
Irène Verettas
Reymond Clavel
Original Assignee
Leica Geosystems Ag
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Publication date
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Priority to US10/536,402 priority patent/US7413106B2/en
Priority to EP03785678A priority patent/EP1566088B1/de
Priority to CA2507736A priority patent/CA2507736C/en
Priority to DE50309044T priority patent/DE50309044D1/de
Priority to AU2003294739A priority patent/AU2003294739B2/en
Publication of WO2004052070A1 publication Critical patent/WO2004052070A1/de

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/046—Surface mounting

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for high-precision fixing of a miniaturized component - in particular at least containing or containing an optical element - on a carrier plate by means of a solder, weld or adhesive connection.
  • components can be positioned on a carrier plate with a high degree of accuracy, namely almost the positioning resolution of the manipulator, which is designed as a gripper, for example, and which is less than 1 micron.
  • Positioning accuracy of the components on the carrier plate before the connection process can only be achieved to a limited extent correspondingly accurate final fixing accuracies, since the positioning accuracy is often reduced during the connection of the component to the carrier plate by soldering, gluing or welding.
  • One reason for this is the occurrence of, in particular, vertical shrinkage of the connecting seam between the component and the carrier plate - perpendicular to the carrier plate - during the cooling of the solder during soldering or the weld seam during welding or the hardening of the adhesive during gluing.
  • the subsequent cooling in addition to the shrinkage of the connecting seam, also leads to an additional shrinking of the manipulator. If the component is held firmly by the manipulator or gripper, both the shrinkage of the connecting seam and that caused by the
  • WO 00/28376 the disclosure of which forms part of the content of this description in the context of the following illustration, describes a device including a device Processes - in particular a soldering process - for thermally stable holding of a miniaturized component are described.
  • the soldering process is carried out by a robot station with a gripper.
  • the gripper grasps the component, positions it slightly apart from a reference plate above a carrier plate, holds it in position during laser irradiation and releases it after the attachment has been made.
  • the basic choice must be made either to make the gripper almost infinitely rigid so that it opposes metal shrinkage, or a gripper with defined elastic flexibility in the vertical direction - perpendicular to the carrier plate - to use. In the latter case, the shrinkage is not hindered, but rather permitted in a defined spatial direction, in particular perpendicular to the carrier plate.
  • the second solution with the flexible gripper is preferred over the first with the rigid gripper, since a construction that can behave as non-deformable with respect to the force generated by the shrinkage of the tin material would be too robust as that it would be suitable for a high accuracy robot station.
  • the metal shrinkage creates a mechanical load that can be greater than the limit tensile strength of the soldering material and could therefore lead to a failure of the joining.
  • a 2 x 2 x 3 mm component is used to demonstrate that with a 1 mm thick layer of tin, heat shrinkage of 4 ⁇ m causes a tension of 288 N / mm 2 . Since the stress exerted on the tin in this case is much higher than its breaking limit, there is inevitably a joining error which can lead to failure of the entire fastening.
  • WO 00/28376 points out that by using an elastic Construction for the compliant gripper the final mounting accuracy is not degraded, assuming that the gripper construction is rigid enough to hold the holding part in a fixed position during the irradiation period. The mechanical stresses are said to only occur when the tin layer changes phase and returns to the solid state. From this point on, the deformability of the gripper takes part. A gripper is then described in WO 00/28367, the height position of which during cooling or curing
  • Passive elastic joint yields under the counteraction of a spring.
  • the height position reached after solidification is thus dependent on the internal tension of the connecting seam or the tensile force on the gripper during the cooling or curing process, which in turn is dependent on the thickness of the solder or welding or adhesive layer ,
  • the thickness of this layer varies due to tolerances, which is why the end position of the component is heavily dependent on chance.
  • DE 35 31 715 A describes a method for soldering surface-mountable components on circuit carrier plates provided with conductor patterns while re-fluxing a solder coating provided in the area of the solder point.
  • a component to be soldered is placed on the circuit board and positioned, and then thermal energy for solder liquefaction is supplied by means of a heated soldering tool that can be moved into the area of the soldering points.
  • the soldering tool is in this case close to the conductor tracks of the circuit carrier plate
  • the component is positioned in such a way that the component cannot move in the direction parallel to the plane of the circuit carrier plate. However, the component remains movable in the direction normal to the circuit carrier plate in order to be able to lower in the direction of the circuit carrier plate under the contact pressure of the separate pressing tool as soon as the solder of the solder coating liquefies at the connection contacts.
  • a stamp which is preloaded with a force in the order of a certain fraction of 1 N is mentioned as a separate pressing tool. The method described in DE 35 31 715 A serves a
  • Print component while maintaining the positioning parallel to the carrier plate at least during the placement of the soldering tool on the conductor track with a predetermined contact pressure against the carrier plate.
  • This method is suitable for the assembly of surface-mountable electrical circuit components, which have to be positioned somewhat precisely in the direction parallel to the carrier plate so that a defined contact is made with the conductor tracks on the carrier plate and to there are no electrical contact breaks or short circuits.
  • the invention has for its object to improve the final position accuracy of miniaturized components on a support plate after fixing the joint, to avoid stresses in the system, in particular residual stresses at the joint, and joint errors, in particular cracks, flaws and other irregularities of the fixation avoid.
  • the component in order to fix a miniaturized component on a carrier plate, the component is gripped with a gripper of a robot station, held and positioned above or on the carrier plate relative to external reference points. A connection between the component and the carrier plate is then established by soldering, gluing or welding.
  • the solidification of the solder or adhesive mass or the weld seam is accompanied by a shrinkage - or possibly an expansion, for example in the case of a plastic adhesive mass - of the connecting seam between the component and the carrier plate, while the shrinkage - or expansion - of the gripper simultaneously controls it or controlled vertical movement in the direction of the carrier plate - or away from the carrier plate - possibly to a defined target position and thus essentially, optionally continuously, yields to the shrinkage - or the expansion. Tractive forces acting on the gripper are compensated and, if necessary, completely compensated. The build-up of high internal stresses is largely prevented, so that any remaining stress when the component is released the gripper no longer triggers a change in position.
  • a pulling force is not necessarily only a positive pulling force, but possibly also a negative pulling force.
  • a movement in the direction perpendicular to the carrier plate is also a movement in the vertical direction away from the carrier plate.
  • the joint seam or connecting seam means not only a solder gap or a solder joint filled with solder, but also a welding seam, an adhesive joint filled with adhesive or an adhesive gap, or any other joint or connecting seam.
  • the invention is based on the basic idea of using the controlled or regulated movement of the gripper to substantially compensate for the tension or tensile force between the component and the support plate that occurs due to the shrinkage, if necessary until a defined desired position is reached, in order to avoid an undesired one Avoid deposition of the component during shrinkage and / or when loosening it from the gripper.
  • the movement of the gripper can be controlled and / or regulated.
  • the control can in particular be carried out by an automatic sequence which follows an algorithm which is selected primarily on the basis of the material properties and the resulting shrinkage behavior and, if appropriate, by measuring the ambient temperature or the temperature of the bottom Shrinkage cooling connecting seam is affected, take place.
  • the movement of the gripper is regulated, for example, by determining the tension resulting from the shrinkage, in particular by measuring the force exerted on the gripper as a result of the solidifying connecting seam, or by measuring the vertical elastic positional displacement of the gripper during the shrinking.
  • An advantage of the measures mentioned is that by balancing the tension or tensile force during the shrinking, the final accuracy of the assembly of the components is significantly increased and no high internal residual stresses which reduce the quality of the connecting seam remain.
  • the invention also relates to gripping devices and manipulators of robot assembly stations which are equipped with force and / or position sensors. These sensors not only determine the internal stresses and forces at the connection seam and / or the position of the gripper during shrinking, but also the movement of the gripper during shrinking.
  • the method according to the invention and the gripping device according to the invention are particularly suitable for the assembly of miniaturized components, also called microcomponents, which contain optical elements such as lenses, optical fibers, diodes, etc.
  • the method according to the invention can be carried out by a control-regulating unit which detects and
  • a device for producing the Connection for example a laser soldering system
  • the method according to the invention is used above all in automatic robot assembly stations, since all the necessary tasks can be carried out by robots that are provided with positioning sensors. Each component is positioned and fixed in space by a robot in the six degrees of freedom.
  • An example of a method for fastening a miniaturized component, in particular a modular one, to a carrier plate by means of a solder connection, for example, is described in WO 99/26754 mentioned above.
  • Other connection methods include welding, such as laser spot welding or electrical resistance spot welding, or gluing.
  • the final accuracy depends directly on the repeatability of the shrinking in the case of unimpeded shrinking.
  • the shrinkage at the connecting seam between the component and the carrier plate inevitably changes the component setting along the vertical axis.
  • the shrinkage also affects the horizontal one
  • Shrinkage in positioning has been factored in before the soldering, gluing or welding process begins. This is done, for example, by taking the size of the shrinkage into account in the vertical alignment of the component above the carrier plate. If the base of the component is equipped with a spherical or cylindrical symmetry, the lateral accuracy and the angular accuracy are not changed by the shrinkage.
  • the component is held by a gripper of the robot station during the fixation, the gripper in the vertical direction, i.e. perpendicular to the support plate, through which the robot station is actively moved.
  • the gripper is fastened to a holder or an arm of the robot station, which can be lowered at least in the vertical direction to the support plate and, if necessary, can be moved in all 6 degrees of freedom.
  • the gripper is controlled and / or regulated vertically to the carrier plate to the extent of the shrinkage actively moved to the excessive build-up of a vertical traction caused by the vertical
  • Shrinkage occurs between the component and the gripper and thus to prevent the build-up of internal stresses in the connecting seam, if necessary until the desired position is reached. If necessary, it is possible instead of the positive tensile force, set a negative tensile force, i.e. a compressive force. In this case, the gripper exerts a certain pressure on the connecting seam, which would be reduced by the shrinkage, but is maintained by readjusting the gripper. It is preferred that the shrinkage be followed up continuously by vertical adjustment. It is essential that the compensation of the shrinkage is so finely controlled and / or regulated by the vertical movement of the gripper in the direction of the carrier plate that an occurrence of
  • the adjustment in the vertical direction is limited by blocking the gripper in the direction of the carrier plate after reaching a previously determined vertical target position - perpendicular to the carrier plate.
  • the shrinkage behavior of the materials used can be determined beforehand experimentally or by simulation, and an algorithm, and thus an algorithm, can be determined with the data determined automatic sequence can be implemented in the robot station, which then controls the movement of the gripper during the shrinkage. Since the solidification speed depends in particular on the ambient temperature, the algorithm should be adaptable to the respective ambient temperature, provided that a constant ambient temperature cannot be guaranteed during the entire manufacturing process.
  • a force sensor is integrated in the gripper.
  • connection seam between the component and the support plate is made and the base of the component held by the gripper is wetted with the still liquid solder, adhesive or welding medium, the tension of the liquid or soft connection seam - in particular by means of a
  • the determined measured value serves as the target value in a control circuit which regulates the movement of the gripper via a control difference which results from the difference between the target value and during the
  • the functioning of such a control loop is known.
  • the guide size is specified directly or indirectly in the method described above by a mechanical target tension at the connecting seam.
  • the control variable of the control loop is formed directly or indirectly by an actual mechanical tension at the connection seam.
  • the target tension and the actual tension do not have to be determined explicitly, since the specification is a target tension force and the measurement of an actual tension force, which can also be negative in each case, are easier to determine on the gripper.
  • the actual voltage is adjusted to the target voltage by the active movement of the gripper in the direction of the carrier plate.
  • the gripper is designed to be freely movable relative to the robot station and vertically with respect to the carrier plate. This freedom of movement can be achieved, for example, by means of a spring which allows a slight vertical movement of the gripper and via which the gripper is connected to the robot station.
  • the gripper is equipped with a position detector that measures the movement relative to the robot station. The relative vertical position of the gripper is again measured as soon as a connection seam has been made between the base of the component held by the gripper and the carrier plate, but before shrinkage begins. The determined measured value, i.e. the relative vertical position, then flows as the target value in a control loop, the vertical
  • the current degree of shrinkage depends on the current temperature of the connection seam during cooling, it is also possible to determine the current temperature of the connection seam instead of or in addition to detecting the tension via force or displacement measurement, for example by means of contactless surface temperature measurement, and from this the tension to determine and control the vertical adjustment of the gripper.
  • the fastening accuracy is also influenced by the gripping strength of the gripper which is attached to the robot arm.
  • the gripper must grip the component, position it relative to external reference points, hold it in position during soldering, welding or gluing, and release it after the attachment has been made. Due to the small dimensions of the component, for example 2 x 2 x 3 mm, it is difficult to grasp it consistently.
  • the necessary gripping force can be provided in different ways, but because of the small dimension of the component it is difficult to exert a force with sufficient caution. On the one hand, the gripping force must be so great that there is no relative movement of the component relative to the gripper in the gripping state, on the other hand it must be so small that the component is not damaged. Because of the increased
  • a gripper has proven to be a suitable solution, the holding force of which is generated by a magnet, in particular an electromagnet.
  • the principle of applying the holding force by means of an electromagnet is known from the prior art and is described for example in WO 00/28367.
  • miniaturized components are soldered to one with a
  • the following solder process principle is, for example, partially described in WO 99/26754.
  • the component is coated with solder material on the base side to be connected, gripped by the gripper of the robot station and aligned in its position above the carrier plate so that there is a small gap for the solder connection and additional scope for compensating for the shrinkage between the base of the component and the Carrier plate remains.
  • the extent of the shrinkage is determined in preliminary tests. If, for example, these tests result in an amplitude of the shrinkage of -4.5 ⁇ m ⁇ 0.5, the robot station positions the component at its vertical end position + 4.5 ⁇ m, ie the expected shrinkage is added to the vertical height before the connection.
  • the solder material is then melted at the base of the component using a laser, so that a drop of solder material is formed between the base of the component and the carrier plate, which fills the gap and establishes the connection between the two parts.
  • the automatic sequence based on an algorithm is started immediately after the laser is switched off, whereby the yielding vertical movement of the gripper in the direction of the carrier plate is actively controlled during the shrinking:
  • the temperature T forms an asymptote during cooling, which starts at the joining temperature T f and approaches the ambient temperature.
  • the vertical shrinkage x is proportional to the cooling, so that for the definition of the automatic sequence the following applies: ⁇ x * ⁇ (T f -T), where ⁇ is the approximate thermal expansion coefficient of the system.
  • the cooling phase takes about 2 to 10 seconds.
  • the component is then released again by the gripper.
  • a function for the vertical position of the gripper thus results from the temperature profile.
  • This function can of course be automatically adapted to the ambient conditions, especially the ambient temperature. Since the vertical adjustment is controlled and the gripper always releases the component at the same vertical position, the positional accuracy is essentially always constant.
  • a component to be soldered onto a carrier plate is described below, the compensating movement of the gripper being included Control loops that use force and / or position detectors are controlled.
  • the solder material is applied directly to the carrier plate in this example.
  • a laser is switched on for n seconds to melt the solder material, where n ⁇ t max and t max - duration of the laser pulse.
  • the solder material can either be irradiated diagonally by a laser arranged above the carrier plate or the laser is attached below a carrier plate, which is transparent to laser beams and coated with a metal layer, whereupon in the latter case the laser beam penetrates the carrier plate and strikes the metal layer. the metal layer heats up, causing the solder material to melt.
  • the gripper which is equipped with a force or position detector, is lowered with the component to the carrier plate, so that the melted
  • Solder material wets the base of the component, whereupon the gripper together with the component is raised to a vertical position relative to the carrier plate, which corresponds to the specified final assembly position plus the expected shrinkage.
  • the gripper must have reached the end position before t max .
  • the laser is then switched off and the measured value, from which the internal tension or the tensile force can be derived, of the detector is saved at the time of switching off.
  • the sequence control sequence is then started while the solder material cools down. For this purpose, the stored detector measurement value is used as the target value for the feedback loop for regulating the vertical movement of the gripper. After the solder material has solidified, the component is detached from the gripper.
  • the vertical position profile of the gripper during the solidification is not time-controlled, but rather voltage and / or force-controlled, the build-up of tensions and tensile forces is essentially avoided.
  • measured values can be recorded during the solidification process and recorded for quality assurance purposes. It is also possible to use recorded measurement values as the basis for fuzzy logic. For example, it is possible to measure the end position reached without tension, to compare the actual position value reached with the soli position value, to calculate the difference and to correct the pre-positioning of the next component accordingly, so that the subsequent fastening process improves accordingly Positional accuracy can be achieved.
  • Figure 1 is a schematic representation of a gripper with a force sensor.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a gripper with a
  • FIG. 3 shows a specific embodiment of the gripper shown schematically in FIG. 2.
  • Fig. 1 shows schematically a gripper la, which is connected to a robot station 2a, of which only a small section is shown in the form of an arm section.
  • the arm of the robot station 2a has a certain number Degrees of freedom, but is adjustable at least in the vertical direction V Gr .
  • the gripper la has, for example, the structure of a gripper known from the prior art, in which the gripping force is applied via an electromagnet, and in FIG. 1, a micro-component 3a with a spherical base, which - in the manner shown in FIG. 1 shown state - is connected via solidifying solder material in the form of a connecting seam 6a to a carrier plate 4a in a highly precisely defined position.
  • the gripper la has a vertical force sensor 5a for precisely measuring this vertical tensile force F v between the gripper la and the arm of the robot station 2a before, during and after the solidification process of the molten solder material connecting the micro-component 3a to the carrier plate 4a in the form the connecting seam 6a.
  • the force sensor 5a is formed by a known force sensor - for example a piezo sensor.
  • the gripper la is adjusted by the robot station in the vertical direction V Gr perpendicular to the carrier plate 4a, possibly up to a certain vertical target position.
  • FIG. 2 shows a gripper 1b, which holds a micro component 3b with a likewise spherically designed base, which - in the state shown in FIG. 2 - is more rigid
  • Solder material in the form of a connecting seam 6b is connected to a carrier plate 4b in a highly precisely defined position.
  • the gripper 1b is arranged via springs 8b on a robot assembly station 2b, of which only one Arm section which is adjustable at least in the vertical direction V R is shown.
  • the springs 8b enable a slight relative displacement of the gripper ⁇ V re lb against the arm of the robot assembly station 2b in the vertical direction. This vertical displaceability V re ⁇ is dependent on Hooke's law on the force F v acting vertically on the gripper 1b and the spring constant of the springs 8b.
  • a vertical position detector 7b is attached to the gripper 1b, which measures the relative vertical position V rel of the gripper 1b relative to the position V R of the arm section of the robot assembly station 2b .
  • This vertical relative displaceability V re ⁇ thus serves primarily for the purpose of force measurement by means of displacement measurement and is so low that the elastic flexibility of the
  • Gripper is small in relation to the vertical shrinkage of the connecting seam 6b when the forces occur. Tension is compensated for by avoiding an excessive vertical force F v by adjusting the arm of the robot station 2b in the vertical direction V R.
  • This vertical relative position shift V re ⁇ is detected by the position detector 7b, whereupon a feedback signal to the
  • Robot assembly station 2b is sent to vertically readjust the vertical position setting V R of the arm of the robot station 2b and the position V Gr of the gripper lb so that the vertical caused by the shrinkage relative displacement V re ⁇ of the gripper lb with respect to the arm of the robot assembly station 2b is compensated again and thus the vertical tensile force F v is reduced.
  • the vertical position V Gr of the gripper 1b can be derived from the sum of the vertical position V R of the arm of the robot station 2b and the vertical relative position shift V re ⁇ .
  • FIG. 3 shows a specific embodiment of the gripper 1b shown schematically in FIG. 2.
  • the gripper lc shown has two gripping fingers lc 'which are connected to one another by a joint 9, via which the gripping force introduced by means of an electromagnet is deflected.
  • the gripping fingers lc ' hold a micro component 3c in the state shown.
  • the gripper lc is one via springs 8c with an arm which is at least vertically adjustable by V R
  • Robot station 2c connected.
  • the gripper is thus slightly movable in the vertical direction by the vertical relative position shift V re ⁇ , which can be detected by a position detector 7c. From the spring constants of the springs 8c and the vertical relative

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zum hochgenauen Fixieren eines miniaturisierten insbesondere mindestens ein optisches Element tragenden oder enthaltenden - Bauteils (3a) auf einer Trägerplatte (4a) durch eine Löt-, Schweiss- oder Klebeverbindung. Das Bauteil (3a) wird mit einem Greifer (1a) einer Roboterstation (2a) über der Trägerplatte (4a) relativ zu äusseren Bezugspunkten positioniert. Im Anschluss wird eine Verbindung (6a) zwischen dem Bauteil (3a) und der Trägerplatte (4a) hergestellt, wobei eine Verbindungsnaht (6a) zwischen dem Bauteil (3a) und der Trägerplatte (4a) unter Schrumpfung erstarrt und somit eine Zugkraft auf den das Bauteil (3a) fassenden Greifer (1a) in senkrechter Richtung ausübt. Gleichzeitig mit der Schrumpfung führt der Greifer (1a) eine gesteuerte oder geregelte senkrechte Bewegung in Richtung zur Trägerplatte (4a) gegebenenfalls bis zu einer definierten Sollposition - aus und gibt somit der Schrumpfung aktiv nach, so dass der Aufbau von hohen Spannungen weitgehend verhindert und beim Lösen des Bauteils (3a) vom Greifer (1a) keine Positionsänderung ausgelöst wird. Ausserdem betrifft die Erfindung einen Greifer (1a) zur Verwendung in dem Verfahren.

Description

Verfahren zum Fixieren eines miniaturisierten Bauteils auf einer Trägerplatte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hochgenauen Fixieren eines miniaturisierten - insbesondere mindestens ein optisches Element tragenden oder enthaltenden - Bauteils auf einer Tragerplatte durch eine Lot-, Schweiss- oder Klebeverbindung.
Durch Anwendung von Mikro-Montagetechnologie, in der automatisierte Robotermontagestationen eingesetzt werden, können Bauteile mit einer hohen Genauigkeit, namlich fast der Positionierungsauflosung des beispielsweise als Greifer ausgebildeten Manipulators, die unter 1 Mikron betragt, auf einer Tragerplatte positioniert werden. Trotz der hohen
Positionierungsgenauigkeit der Bauteile auf der Tragerplatte vor dem Verbindungsvorgang sind nur bedingt entsprechend genaue End-Fixiergenauigkeiten erzielbar, da die Positionierungsgenauigkeit oft wahrend des Verbindens des Bauteils mit der Tragerplatte durch Loten, Kleben oder Schweissen herabgesetzt wird. Ein Grund hierfür ist das Auftreten einer insbesondere vertikalen - zur Tragerplatte senkrechten - Schrumpfung der Verbindungsnaht zwischen dem Bauteil und der Tragerplatte wahrend des Abkuhlens des Lots beim Loten bzw. der Schweissnaht beim Schweissen oder des Aushartens des Klebstoffs beim Kleben.
Die bei thermischen Fugeverfahren ortlich begrenzt eingebrachte Warme verursacht Dehnungen, wobei das umgebende kalte Material in der Fugezone Stauchungen erzwingt. Bei der anschliessenden Abkühlung der Verbindungsnaht auf Raumtemperatur schrumpfen die vorher gestauchten Bereiche unter erneuter Behinderung durch das kalte Umgebungsmaterial. Es kommt unvermeidlich zu SchrumpfSpannungen bzw. Eigenspannungen und zu Verzug bzw. Schrumpfungen. Verzug und Eigenspannungen hängen insbesondere ab von der Wärmeeinbringung, der Wärmeableitung und der Schrumpfbehinderung bzw. dem Verspannungsgrad. Dem Fachmann ist bekannt, dass eine günstige Schrumpfmöglichkeit geringe Verspannungen und Eigenspannungen zur Folge hat, wohingegen eine geringe Schrumpfmöglichkeit zu grossen Verspannungen, d.h. grossen Eigenspannungen führt. Besonders bei Anwendung eines thermischen Fügeverfahrens, dem Löten und dem Schweissen, bei denen ebenfalls der Manipulator einer Erwärmung unterliegt, kommt es bei der anschliessenden Abkühlung neben der Schrumpfung der Verbindungsnaht zu einem zusätzlichen Schrumpfen des Manipulators. Wird das Bauteil vom Manipulator bzw. Greifer fest gehalten, löst sowohl die Schrumpfung der Verbindungsnaht, als auch die durch das
Abkühlen des gesamten Bauteils, des Greifers und weiterer Komponenten hervorgerufene Schrumpfung Spannungen bzw. Zugkräfte zwischen dem Bauteil und der Trägerplatte aus, die zum Teil freigesetzt werden, sobald das Bauteil vom Manipulator bzw. Greifer losgelassen wird. Hierdurch kommt es zu einer unerwünschten Verrückung des Bauteils, wodurch die Endgenauigkeit der Fixierung des Bauteils entsprechend herabgesetzt wird. Die nicht freigesetzten Spannungen haben Eigenspannungen zur Folge, die die Festigkeit der Verbindung schwächen können. Die beschriebene Problematik ist zwar besonders bei thermischen Fügeverfahren, vor allem dem Löten, Schweissen und Schmelz- oder Klebplastisolkleben, von Bedeutung, jedoch ergibt sich eine ähnliche Problematik ebenfalls beim kalten Kleben, sofern das Härten des Klebstoffs mit einer Schrumpfung und/oder Erwärmung einhergeht.
In der WO 00/28376, deren Offenbarung im Rahmen der folgenden Darstellung einen Teil des Inhalts dieser Beschreibung darstellt, wird eine Einrichtung einschliesslich einem Verfahren - insbesondere einem Lötverfahren - zum thermisch stabilen Halten eines miniaturisierten Bauteils beschrieben. Das Lötverfahren wird von einer Roboterstation mit einem Greifer durchgeführt. Der Greifer erfasst das Bauteil, positioniert es zu ausseren Bezugspunkten geringfügig beabstandet über einer Trägerplatte, hält es während einer Laserbestrahlung in seiner Lage und gibt es frei, nachdem die Befestigung hergestellt worden ist. Bei der Konstruktion des Greifers muss gemäss der WO 00/28376 die grundsätzliche Wahl getroffen werden, entweder den Greifer nahezu unendlich starr zu gestalten, so dass er sich der Metallschrumpfung widersetzt, oder einen Greifer mit definierter elastischer Nachgiebigkeit in vertikaler Richtung - senkrecht zur Trägerplatte - zu verwenden. Im letzteren Fall wird die Schrumpfung nicht behindert, sondern in einer definierten Raumrichtung, insbesondere senkrecht zur Trägerplatte, gestattet. Gemäss WO 00/28376 wird die zweite Lösung mit dem nachgiebigen Greifer gegenüber der ersten mit dem starren Greifer bevorzugt, da eine Konstruktion, die sich als nichtverformbar gegenüber der Kraft verhalten kann, die durch die Schrumpfung des Zinnmaterials erzeugt wird, zu robust wäre, als dass sie für eine Roboterstation hoher Genauigkeit geeignet wäre. Die Metallschrumpfung erzeugt eine mechanische Belastung, die grösser als die Grenzzugfestigkeit des Lötmaterials sein kann und somit zu einem Versagen der Fügung führen könnte. In einem fiktiven Beispiel wird anhand eines definierten Bauteils der Grosse 2 x 2 x 3 mm demonstriert, dass bei einer 1 mm dicken Zinnschicht eine Wärmeschrumpfung von 4 μm eine Spannung von 288 N/mm2 hervorruft. Da die auf das Zinn ausgeübte Belastung in diesem Fall viel höher als seine Bruchgrenze ist, ergibt sich zwangsläufig ein Fügefehler, der zu einem Versagen der gesamten Befestigung führen kann. Ausserdem wird in der WO 00/28376 darauf hingewiesen, dass durch die Verwendung einer elastischen Konstruktion für den nachgiebigen Greifer die endgültige Befestigungsgenauigkeit nicht verschlechtert wird, wenn man annimmt, dass die Greiferkonstruktion ausreichend starr ist, um während der Bestrahlungsdauer das Halteteil in einer festen Position zu halten. Die mechanischen Spannungen treten angeblich nur auf, wenn die Zinnschicht ihre Phase ändert und erneut in den festen Zustand zurückkehrt. Von diesem Zeitpunkt an beteiligt sich die Verformbarkeit des Greifers. In der WO 00/28367 wird sodann ein Greifer beschrieben, dessen Höhenposition während des Abkühlens bzw. Aushärtens der
Verbindungsnaht passiv unter Gegenwirken einer Feder elastisch nachgibt. Bei diesem passiven Verfahren ist die nach dem Erstarren erreichte Höhenposition somit abhängig von der inneren Spannung der Verbindungsnaht bzw. der Zugkraft auf den Greifer während des Abkühl- bzw. Aushärteprozesses, die wiederum abhängig von der Dicke der Lot- bzw. Schweiss- oder Klebschicht ist. Die Dicke dieser Schicht variiert jedoch aufgrund von Toleranzen, weshalb die Endposition des Bauteils stark vom Zufall abhängig ist. Zwar ist es in der Theorie möglich, bei genauer Kenntnis aller Prozessparameter die Vorpositionierung des Bauteils unter Berücksichtigung der Schrumpfung durchzuführen. Unter anderem aufgrund von Fertigungstoleranzen und Temperaturinkonsistenzen ist die Schrumpfung jedoch nur bedingt vorausbestimmbar, so dass Abweichungen der Endposition nicht vermeidbar sind. Eine höchste Genauigkeit ist hier somit nur bei idealen und genau bekannten Verfahrensbedingungen erzielbar. Ausserdem ist es problematisch, einerseits die elastische Beweglichkeit der Höhenposition, andererseits ein exaktes Vor-Positionieren des Bauteils bei einer gewissen Höhenposition zu gewährleisten, ohne dass die Schrumpfung durch eine zu hohe Federkonstante behindert wird. In der DE 35 31 715 A wird ein Verfahren zum Verlöten oberflachenmontiertbarer Bauelemente auf mit Leitermustern versehenen Schaltungstragerplatten unter Wiederverflussigung eines im Bereich der Lotstelle vorgesehenen Lotbelages beschrieben. Bei dem Verfahren wird ein zu verlotendes Bauelement auf die Schaltungstragerplatte aufgesetzt und positioniert und dann Wärmeenergie zur Lotverflussigung mittels eines in den Bereich der Lotstellen bewegbaren, geheizten Lotwerkzeugs zugeführt. Das Lotwerkzeug wird hierbei auf die Leiterbahnen der Schaltungstragerplatte nahe den
Lotstellen derart aufgesetzt, dass die zur Lotverflussigung notwendige Wärmeenergie durch Warmeleitung über die Leiterbahnen der Schaltungstragerplatte zur Lotstelle gelangt. Die Positionierung des Bauelements wird in solcher Weise vorgenommen, dass das Bauelement keine Verschiebungen in Richtung parallel zur Ebene der Schaltungstragerplatte durchfuhren kann. Das Bauelement bleibt jedoch in Richtung normal zur Schaltungstragerplatte beweglich, um sich in Richtung auf die Schaltungstragerplatte unter dem Anpressdruck des gesonderten Andruckwerkzeugs absenken zu können, sobald sich das Lot der Lotbelage an den Anschlusskontakten verflüssigt. Als gesondertes Andruckwerkzeug wird ein mit einer Kraft in der Grossenordnung eines bestimmten Bruchteils von 1 N vorgespannter Stempel genannt. Das in der DE 35 31 715 A beschriebene Verfahren dient dazu, ein
Bauelement unter Aufrechterhaltung der Positionierung parallel zur Tragerplatte mindestens wahrend des Aufsetzens des Lotwerkzeuges auf die Leiterbahn mit vorbestimmtem Anpressdruck gegen die Tragerplatte zu drucken. Dieses Verfahren ist geeignet für die Montage von oberflachenmontiertbaren elektrischen Schaltungsbauteilen, die in Richtung parallel zur Tragerplatte einigermassen präzise positioniert werden müssen, damit ein definierter Kontakt zu Leitungsbahnen auf der Tragerplatte hergestellt wird und es zu keinen elektrischen Kontaktunterbrechungen oder Kurzschlüssen kommt. Da die zur Trägerplatte senkrechte Endposition der elektrischen Schaltungsbauteile auf einer Trägerplatte nach dem Fixiervorgang bei dem offenbarten Verfahren nur eine untergeordnete Rolle spielt, sondern lediglich ein gewisser Anpressdruck der Bauteile auf die Trägerplatte bei Verflüssigung des Lötmaterials sichergestellt sein muss, findet sich in der DE 35 31 715 A kein Hinweis auf eine Lösung, eine hochpräzise definierte - insbesondere senkrechte - Endpositionierungsgenauigkeit des Bauteils relativ zur Trägerplatte nach Erstarrung der Lötnaht herzustellen. Es werden im Rahmen der DE 35 31 715 A keine Massnahmen zur Sicherstellung einer positionsgenauen Endposition des Bauteils und einer spannungsarmen Fügenaht getroffen. Da die in dem beschriebenen Verfahren die Wärmeeinbringung einseitig erfolgt, kommt es zwangsläufig zu im Bereich der Mikrooptik inakzeptablen Asymmetrien bei der Schrumpfung. Das in der DE 35 31 715 A beschriebene Verfahren ist ungeeignet als ein Verfahren der Mikro-Montagetechnologie zum hochgenauen Fixieren von Mikrobauteilen, die insbesondere Mikrooptiken enthalten.
Somit besteht auf dem Gebiet der Mikro-Technologie weiterhin ein Bedarf für eine Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit von miniaturisierten Bauteilen, da allein durch die oben beschriebene passive
Höhenpositionsverstellung die durch die Schrumpfung erzeugte
Spannung im System, das insbesondere aus dem Bauteil, der
Verbindungsnaht, der Trägerplatte und der gesamten Halterung besteht, nicht vollständig ausgeglichen wird und eine hohe
End-Positionsgenauigkeit bei gleichzeitiger fehlerfreier
Fügenaht nicht sichergestellt ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die End- Positionsgenauigkeit miniaturisierter Bauteile auf einer Tragerplatte nach dem Fixieren der Fugestelle zu verbessern, Spannungen im System, insbesondere Eigenspannungen an der Fugestelle, zu vermeiden und Fugefehler, insbesondere Risse, Bmdefehler und sonstige Unregelmassigkeiten der Fixierung, zu vermeiden .
Diese Aufgabe wird durch die Verwirklichung der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelost. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhangigen Ansprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemass wird zum Fixieren eines miniaturisierten Bauteils auf einer Tragerplatte das Bauteil mit einem Greifer einer Roboterstation gefasst, festgehalten und über oder auf der Tragerplatte relativ zu ausseren Bezugspunkten positioniert. Anschliessend wird eine Verbindung zwischen dem Bauteil und der Tragerplatte durch Loten, Kleben oder Schweissen hergestellt. Das Erstarren der Lot- bzw. Klebemasse oder der Schweissnaht geht mit einer Schrumpfung - oder gegebenenfalls einer Expansion beispielsweise bei einer Kunststoffklebemasse - der Verbindungsnaht zwischen dem Bauteil und der Tragerplatte einher, wobei gleichzeitig mit der Schrumpfung - bzw. der Expansion - der Greifer eine gesteuerte bzw. geregelte vertikale Bewegung in Richtung zur Tragerplatte - bzw. weg von der Tragerplatte - gegebenenfalls bis zu einer definierten Sollposition ausfuhrt und damit der Schrumpfung - bzw. der Expansion - aktiv, gegebenenfalls kontinuierlich, im Wesentlichen nachgibt. Am Greifer angreifende Zugkräfte werden kompensiert und gegebenenfalls vollkommen ausgeglichen. Dabei wird der Aufbau von hohen inneren Spannungen weitgehend verhindert, so dass die eventuell verbleibende Restspannung beim Losen des Bauteils vom Greifer keine Positionsanderung mehr auslost. Da in der Regel die Fixiervorgange mit einer Schrumpfung und nicht mit einer Expansion der Verbindungsnaht einhergehen, wird im Folgenden stets der Begriff „Schrumpfung" verwendet. Selbstverständlich ist es möglich, die Lehre der Erfindung auch auf eine expandierende Erstarrung zu übertragen. Dies konnte theoretisch bei Einsatz eines synthetischen Fugemateπals der Fall sein. Ausserdem ist im Folgenden unter einer Zugkraft nicht zwangsläufig nur eine positive Zugkraft, sondern gegebenenfalls auch eine negative Zugkraft zu verstehen. Im Fall einer Expansion anstelle einer Schrumpfung ist ausserdem unter der Bewegung in senkrechter Richtung zur Tragerplatte eine Bewegung in senkrechter Richtung weg von der Tragerplatte zu verstehen. Mit der Fugenaht oder Verbindungsnaht ist nicht nur ein mit Lot gefüllter Lotspalt oder eine Lotfuge, sondern auch eine Schweissnaht, eine mit Klebstoff gefüllte Klebefuge oder ein Klebespalt, oder jede andere Fuge- oder Verbindungsnaht gemeint.
Bei der Losung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, mit der gesteuerten bzw. geregelten Bewegung des Greifers die aufgrund der Schrumpfung auftretende Spannung bzw. Zugkraft zwischen dem Bauteil und der Tragerplatte im Wesentlichen auszugleichen, gegebenenfalls bis eine definierte Sollposition erreicht ist, um eine unerwünschte Depositionierung des Bauteils wahrend der Schrumpfung und/oder beim Losen vom Greifer zu vermeiden.
Die Bewegung des Greifers kann gesteuert und/oder geregelt werden. Das Steuern kann insbesondere durch eine automatische Sequenz, die einem Algorithmus folgt, der vor allem aufgrund der Materialeigenschaften und dem daraus ergebenden Schrumpfungsverhalten gewählt wird und gegebenenfalls durch Messen der Umgebungstemperatur oder der Temperatur der unter Schrumpfung abkühlenden Verbindungsnaht beeinflusst wird, erfolgen. Die Bewegung des Greifers wird beispielsweise geregelt, indem die durch die Schrumpfung auftretende Spannung insbesondere mittels Messen der Kraft, die auf den Greifer als Folge der erstarrenden Verbindungsnaht ausgeübt wird, bestimmt oder die vertikalen elastischen Positionsverschiebung des Greifers wahrend des Schrumpfens gemessen wird.
Ein Vorteil der genannten Massnahmen ist, dass durch das Ausgleichen der Spannung bzw. Zugkraft wahrend des Schrumpfens die Endgenauigkeit der Montage der Bauteile wesentlich erhöht wird und keine hohen inneren, die Qualität der Verbindungsnaht mindernden Eigenspannungen verbleiben.
Die Erfindung betrifft ausserdem Greifvorrichtungen und Manipulatoren von Robotermontagestationen, die mit Kraft- und/oder Positionssensoren ausgestattet sind. Durch diese Sensoren können nicht nur die inneren Spannungen und Kräfte an der Verbindungsnaht und/oder die Position des Greifers wahrend des Schrumpfens bestimmt, sondern auch die Bewegung des Greifers wahrend des Schrumpfens geregelt werden.
Das erfindungsgemasse Verfahren und die erfindungsgemasse Greifvorrichtung eignen sich insbesondere für die Montage von miniaturisierten Bauteilen, auch Mikro-Komponenten genannt, die optische Elemente wie beispielsweise Linsen, optische Fasern, Dioden, etc., enthalten.
Das erfindungsgem sse Verfahren kann von einer Steuerungs- Regelungs-Einheit ausgeführt werden, die das Fassen und
Festhalten des Bauteils durch den Greifer, das Bewegen des Greifers durch die Roboterstation und das Herstellen der Verbindung durch eine Vorrichtung zum Herstellen der Verbindung, beispielsweise einer Laserlotanlage, steuert und/oder regelt.
Nachfolgend werden das erfindungsgemasse Verfahren und die erfindungsgemasse Greifvorrichtung detailliert dargestellt und anhand von allgemeinen Beispielen naher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird.
Das erfindungsgemasse Verfahren wird vor allem m automatischen Robotermontagestationen verwendet, da alle erforderlichen Aufgaben durch Roboter ausgeführt werden können, die mit Positionierungssensoren versehen sind. Jedes Bauteil wird im Raum durch einen Roboter in den sechs Freiheitsgraden positioniert und festgelegt. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Befestigung eines insbesondere modular gefassten, miniaturisierten Bauteils auf einer Tragerplatte durch beispielsweise eine Lotverbindung ist in der oben erwähnten WO 99/26754 beschrieben. Weitere Verbindungsmethoden sind unter anderem Schweissen, wie zum Beispiel Laserpunktschweissen oder elektrisches Widerstandspunktschweissen, oder Kleben.
Die Endgenauigkeit hangt beim ungehinderten Schrumpfen direkt von der Wiederholbarkeit des Schrumpfens ab. Wahrend der Abkuhlungsphase beim Loten und Schweissen bzw. der Aushärtung beim Kleben ändert die Schrumpfung an der Verbindungsnaht zwischen dem Bauteil und der Tragerplatte unvermeidbar die Bauteileinstellung entlang der vertikalen Achse. Bei einem schräg positionierten Bauteil oder ungleichmassigen Fugeflachen betrifft die Schrumpfung auch die horizontale
Ausrichtung des Bauteils parallel zur Oberflache des Bauteils. Jedoch kann diese horizontale Verschiebung einerseits durch eine entsprechende, aus dem Stand der Technik bekannte Gestaltung des Fugeoberflache, als auch durch gezieltes Einschranken der Freiheitsgrade bei der Erstarrung verhindert werden. Da die horizontale Verschiebung im Vergleich zum vertikalen Versatz - in Richtung zur Tragerplatte - gering ist, sind die durch Verhinderung des horizontalen Versatzes entstehenden Restspannungen in der Fugenaht gering und unkritisch. Die Schrumpfung zeigt bei Kenntnis der Prozessparameter eine sehr gute Wiederholbarkeit und kann als Funktion des Zwischenraums zwischen der Tragerplatte und der Bauteilbasis kalibriert werden. Eine gute Befestigungsgenauigkeit kann nur erreicht werden, wenn das
Schrumpfen bei der Positionierung im Voraus mit einkalkuliert worden ist, bevor das Lot-, Klebe- oder Schweissverfahren beginnt. Dies erfolgt zum Beispiel, indem die Grosse der Schrumpfung bei der vertikalen Ausrichtung des Bauteils über der Tragerplatte bereits vorab berücksichtigt wird. Ist die Basis des Bauteils mit einer sphärischen oder zylindrischen Symmetrie ausgestattet, werden die seitliche Genauigkeit und die Wmkelgenauigkeit durch die Schrumpfung nicht geändert.
Das Bauteil wird wahrend der Fixierung von einem Greifer der Roboterstation festgehalten, wobei der Greifer in vertikaler Richtung, d.h. lotrecht zur Tragerplatte, durch die Roboterstation aktiv bewegt wird. Hierzu ist der Greifer an einer Halterung oder einem Arm der Roboterstation befestigt, welche zumindest in vertikaler Richtung zur Tragerplatte absenkbar und gegebenenfalls in allen 6 Freiheitsgraden beweglich sind. Sobald die Schrumpfung einsetzt, wird der Greifer gesteuert und/oder geregelt vertikal zur Tragerplatte im Ausmass der Schrumpfung aktiv bewegt, um den zu hohen Aufbau einer vertikalen Zugkraft, die durch die vertikale
Schrumpfung entsteht, zwischen dem Bauteil und dem Greifer und somit den zu hohen Aufbau innerer Spannungen in der Verbindungsnaht zu verhindern, gegebenenfalls bis die Sollposition erreicht ist. Gegebenenfalls ist es möglich, anstelle der positiven Zugkraft eine negative Zugkraft, also eine Druckkraft einzustellen. In diesem Fall übt der Greifer einen gewissen Druck auf die Verbindungsnaht auf, der sich durch die Schrumpfung reduzieren würde, jedoch durch das Nachstellen des Greifers aufrechterhalten wird. Es wird bevorzugt, dass der Schrumpfung kontinuierlich durch vertikales Verstellen nachgefahren wird. Wesentlich ist, dass die Kompensation der Schrumpfung durch die vertikale Bewegung des Greifers in Richtung zur Trägerplatte derart fein gesteuert und/oder geregelt wird, dass ein Auftreten von
Spannungen, Zug- und/oder Zerrkräften im System aus Bauteil, Verbindungsnaht, Trägerplatte, Greifer und Halterung weitgehend vermieden wird und die Sollposition erreicht wird.
In er möglichen Ausführungsform wird das Verstellen in vertikaler Richtung begrenzt, indem nach Erreichen einer zuvor bestimmten vertikalen Sollposition - senkrecht zur Trägerplatte - der Greifer in Richtung zur Trägerplatte blockiert wird. Zwar treten hierdurch grössere innere Spannungen in der Verbindungsnaht und im gesamten System auf, jedoch ist es möglich, die Endpositionierungsgenauigkeit zu erhöhen. Zu beachten ist jedoch, dass die Sollposition und diejenige Position, die bei ungehinderter Schrumpfung eingenommen werden würde, nur geringfügig differieren dürfen, da ansonsten zu hohe Spannungen, insbesondere Eigenspannungen, auftreten, die die Fixierungsqualität und
Endpositionierungsgenauigkeit verschlechtern. Beste Resultate werden bei genauer Kenntnis des Schrumpfungsgrades und exaktem Nachfahren der Schrumpfung erreicht.
Aufgrund der Wiederholbarkeit der Schrumpfung kann das Schrumpfungsverhalten der eingesetzten Materialien vorab experimentell oder durch Simulation bestimmt, mit den dabei ermittelten Daten ein Algorithmus festgelegt und damit eine automatische Sequenz in der Roboterstation implementiert werden, durch die dann die Bewegung des Greifers wahrend der Schrumpfung gesteuert wird. Da die Erstarrungsgeschwindigkeit insbesondere von der Umgebungstemperatur abhangt, sollte der Algorithmus der jeweiligen Umgebungstemperatur anpassbar sein, sofern eine konstante Umgebungstemperatur wahrend des gesamten Fertigungsprozesses nicht gewahrleistbar ist.
In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung ist ein Kraftsensor in den Greifer integriert. Sobald eine
Verbindungsnaht zwischen dem Bauteil und der Tragerplatte hergestellt ist und die Basis des vom Greifer festgehaltenen Bauteils mit dem noch flussigen Lot-, Klebe- oder Schweissmedium benetzt ist, wird die Spannung der flussigen bzw. weichen Verbindungsnaht - insbesondere mittels eines
Kraftsensors, der die vertikale Ist-Zugkraft am Greifer isst - gemessen, bevor die Schrumpfung einsetzt. Der ermittelte Messwert dient dann als Soll-Wert in einem Regelkreis, der die Bewegung des Greifers über eine Regeldifferenz regelt, die sich aus der Differenz des Soll-Werts und des wahrend des
Schrumpfens gemessenen Messwerts ergibt. Lost die Schrumpfung nun eine Zugkraft in Richtung der Tragerplatte auf das Bauteil aus, wird der Greifer so lange vertikal in Richtung der Tragerplatte bewegt, bis die Zugkraft grosstenteils kompensiert ist, d.h. der Soll-Wert erreicht ist.
Die Funktionsweise eines solchen Regelkreises ist bekannt. Die Fuhrungsgrosse wird im oben beschriebenen Verfahren direkt oder indirekt durch eine mechanische Soll-Spannung an der Verbindungsnaht vorgegeben. Die Regelgrosse des Regelkreises wird direkt oder indirekt durch eine mechanische Ist-Spannung an der Verbindungsnaht gebildet. Die Soll-Spannung und die Ist-Spannung müssen nicht explizit ermittelt werden, da die Vorgabe eine Soll-Zugkraft und die Messung einer Ist-Zugkraft, die jeweils ebenfalls negativ sein können, am Greifer einfacher zu ermitteln sind. Das Angleichen der Ist-Spannung an die Soll-Spannung erfolgt durch die aktive Bewegung des Greifers in Richtung zur Tragerplatte.
In einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung ist der Greifer relativ zur Roboterstation und vertikal gegenüber der Tragerplatte geringfügig frei beweglich ausgeführt. Diese Freibeweglichkeit kann beispielsweise durch eine Feder, die eine geringe vertikale Bewegung des Greifers erlaubt und über die der Greifer mit der Roboterstation verbunden ist, erreicht werden. In diesem Fall ist der Greifer mit einem Positionsdetektor ausgestattet, der die gegenüber der Roboterstation relative Bewegung misst. Die relative vertikale Position des Greifers wird wiederum gemessen, sobald eine Verbindungsnaht zwischen der Basis des durch den Greifer festgehaltenen Bauteils und der Tragerplatte hergestellt ist, jedoch bevor die Schrumpfung einsetzt. Der ermittelte Messwert, d.h. die relative vertikale Position, fliesst dann als Soll-Wert in einen Regelkreis ein, der die vertikale
Bewegung des Greifers über ein Ruckkopplungssignal aus dem Vergleich des Soll-Werts mit der wahrend der Schrumpfung gemessenen Ist-Position regelt. Wird nun aufgrund der durch die Schrumpfung ausgelosten Zugkraft die vertikale Position des Greifers etwas in die Richtung der Tragerplatte verschoben, so wird diese erzwungene Verschiebung unmittelbar darauf durch eine entsprechende aktive, vertikale Positionsnachjustierung des Greifers durch die Roboterstation wieder ausgeglichen. Die genannte geringfügige freie Beweglichkeit dient somit im Wesentlichen zu Messzwecken.
Selbstverständlich können auch mit den Regelkreisen, die Kraft- bzw. Positionsdetektoren einsetzen, durch automatische Sequenzen gesteuerte Bewegungen zusätzlich feinadjustiert werden.
Da der aktuelle Schrumpfgrad wahrend des Abkühlens von der aktuellen Temperatur der Verbindungsnaht abhangt, ist es überdies möglich, anstelle der oder zusatzlich zur Erfassung der Spannung über Kraft- oder Wegmessung die aktuelle Temperatur der Verbindungsnaht, beispielsweise mittels kontaktloser Oberflächentemperaturmessung, zu ermitteln und hieraus die Spannung zu bestimmen und das vertikale Verstellen des Greifers zu steuern.
Da die Befestigung des Bauteils auf der Tragerplatte durch eine Roboter-Zusammenbaustation durchgeführt wird, wird die Befestigungsgenauigkeit auch durch die Greiffestigkeit des Greifers beeinflusst, der an dem Roboterarm angebracht ist. Der Greifer muss das Bauteil erfassen, es relativ zu ausseren Bezugspunkten positionieren, es während dem Loten, Schweissen oder Kleben in seiner Lage halten und es freigeben, nachdem die Befestigung hergestellt worden ist. Aufgrund der kleinen Abmessungen des Bauteils, beispielsweise 2 x 2 x 3 mm, ist es schwierig, dieses gleich bleibend zu ergreifen.
Die notwendige Greifkraft kann auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden, wobei es aber wegen der kleinen Abmessung des Bauteils schwierig ist, eine Kraft mit ausreichender Vorsicht auszuüben. Die Greifkraft muss einerseits so gross sein, dass es zu keiner relativen Bewegung des Bauteils gegenüber dem Greifer im Festhaltezustand kommt, andererseits muss sie so klein sein, dass das Bauteil nicht beschädigt wird. Aufgrund der erhöhten
Befestigungsgenauigkeit, die verlangt wird, muss das Bauteil von dem Greifer freigegeben werden, ohne dass seine Position durch das Freigeben beeinträchtigt wird. Eine Vielzahl an Losungen, bei denen die Greifkraft durch eine mechanische Wirkung erzeugt wird, kommt nicht in Betracht, da wahrend der Freigabephase die Befestigungsgenauigkeit beeinträchtigt werden konnte. Als geeignete Losung hat sich ein Greifer erwiesen, dessen Haltekraft durch einen Magneten, insbesondere einen Elektromagneten, erzeugt wird. Das Prinzip der Aufbringung der Haltekraft mittels eines Elektromagneten ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird beispielsweise in der WO 00/28367 beschrieben.
Nachfolgend wird das erfindungsgemasse Verfahren anhand zweier allgemeiner Beispiele naher beschrieben.
In einem ersten Beispiel erfolgt die Lotbefestigung miniaturisierter Bauteile auf einer mit einer
Metallbeschichtung beschichteten Tragerplatte und durch Steuerung der Bewegung des Greifers mittels einer automatischen Sequenz.
Das folgende Lot-Verfahrensprmzip ist z.B. teilweise in der WO 99/26754 beschrieben. Das Bauteil wird an der zu verbindenden Basisseite mit Lotmaterial beschichtet, vom Greifer der Roboterstation gefasst und in seiner Position oberhalb der Tragerplatte so ausgerichtet, dass ein kleiner Spalt für die Lotverbindung und zusätzlich ein Spielraum für die Kompensation der Schrumpfung zwischen der Basis des Bauteils und der Tragerplatte bleibt. Hierzu wird in Vorversuchen das Ausmass der Schrumpfung bestimmt. Ergeben diese Versuche zum Beispiel eine Amplitude der Schrumpfung von -4.5μm ±0.5, so positioniert die Roboterstation das Bauteil an seiner vertikalen Endposition +4.5μm, d.h. die zu erwartende Schrumpfung wird der vertikalen Hohe vor dem Verbinden hinzugerechnet. Anschliessend wird mit einem Laser das Lotmaterial an der Basis des Bauteils zum Schmelzen gebracht, so dass sich zwischen der Basis des Bauteils und der Trägerplatte ein Tropfen aus Lötmaterial ausformt, der den Spalt füllt und die Verbindung zwischen den beiden Teilen herstellt .
Nun wird, in Verbesserung dieses Verfahrens, unmittelbar nach Abschalten des Lasers die automatische Sequenz auf Basis eines Algorithmus gestartet, wodurch die nachgebende vertikale Bewegung des Greifers in Richtung Trägerplatte während des Schrumpfens aktiv gesteuert wird:
Die Temperatur T bildet bei der Abkühlung eine Asymptote, die bei der Fügetemperatur Tf startet und sich der Umgebungstemperatur annähert. Die vertikale Schrumpfung x ist proportional zur Abkühlung, so dass für die Festlegung der automatischen Sequenz gilt: Δx * α (Tf -T) , wobei α der angenäherte thermische Expansionskoeffizient des Systems ist.
Abhängig von den eingesetzten Materialien dauert die Abkühlphase etwa 2 bis 10 Sekunden. Im Anschluss wird das Bauteil von dem Greifer wieder freigegeben.
Aus dem Temperaturverlauf ergibt sich somit eine Funktion für die vertikale Position des Greifers. Diese Funktion kann selbstverständlich den Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur, automatisch angepasst werden. Da die vertikale Verstellung gesteuert erfolgt und der Greifer das Bauteil stets bei gleicher vertikaler Position freigibt, ist die Positionsgenauigkeit im Wesentlichen stets konstant.
In einem zweiten Beispiel wird im Folgenden eine Lötbefestigung eines Bauteils auf einer Trägerplatte beschrieben, wobei die Ausgleichsbewegung des Greifers mit Regelkreisen, die Kraft- und/oder Positionsdetektoren verwenden, geregelt erfolgt.
Im Gegensatz zu dem in der WO 99/26754 beschriebenen Verfahren wird in diesem Beispiel das Lotmaterial direkt auf die Tragerplatte aufgebracht. Nachdem das Bauteil von der Roboterstation beruhrungsfrei über der Tragerplatte in Position gebracht ist, wird für n Sekunden ein Laser eingeschaltet, um das Lotmaterial zu schmelzen, wobei n< tmax und tmax- Dauer des Laserimpuls. Das Lotmaterial kann entweder direkt von einem oberhalb der Tragerplatte angeordneten Laser schräg angestrahlt werden oder es wird der Laser unterhalb einer - für Laserstrahlen transparenten und mit einer Metallschicht beschichteten - Tragerplatte angebracht, worauf im letzteren Fall der Laserstrahl die Tragerplatte durchdringt, auf die Metallschicht auftrifft, die Metallschicht erwärmt und dadurch das Lotmaterial zum Schmelzen bringt. Danach wird der Greifer, der mit einem Kraft- oder Positionsdetektor ausgestattet ist, mit dem Bauteil zur Tragerplatte abgesenkt, sodass das geschmolzene
Lotmaterial die Basis des Bauteils benetzt, worauf der Greifer samt Bauteil auf eine gegenüber der Tragerplatte vertikale Position angehoben wird, die der festgelegten Endmontageposition plus der zu erwartenden Schrumpfung entspricht. Der Greifer muss die Endposition vor tmax erreicht haben. Danach wird der Laser abgeschaltet und der Messwert, aus dem die innere Spannung oder die Zugkraft abgeleitet werden kann, des Detektors zum Zeitpunkt des Abschaltens gespeichert. Hierauf wird die Folgeregelungssequenz gestartet, wahrend das Lotmaterial abkühlt. Der gespeicherte Detektormesswert wird hierzu als Soll-Wert für die Ruckkopplungsschleife zur Regelung der vertikalen Bewegung des Greifers verwendet. Nach dem Erstarren des Lotmateπals wird das Bauteil vom Greifer gelost. Da in diesem zweiten Beispiel der vertikale Positionsverlauf des Greifers wahrend der Erstarrung nicht zeitgesteuert, sondern spannungs- und/oder kraftgeregelt ist, wird der Aufbau von Spannungen und Zugkräften im Wesentlichen vermieden. Gegebenenfalls können Messwerte wahrend des Erstarrungsvorgangs aufgezeichnet und zu Zwecken der Qualitätssicherung protokolliert werden. Ausserdem ist es möglich, aufgezeichnete Messwerte als Basis für eine Fuzzy- Logik zu verwenden. So ist es beispielsweise realisierbar, die spannungsfrei erreichte Endposition zu messen, den erreichten Ist-Positionswert mit dem Soli-Positionswert zu vergleichen, die Differenz zu berechnen und die Vor-Positionierung des nächsten Bauteils entsprechend zu korrigieren, so dass im jeweils nachfolgenden Befestigungsvorgang entsprechend verbesserte Positionsgenauigkeiten erzielt werden.
Nachfolgend werden die erfindungsgemasse Greifvorrichtung und zum Teil das erfindungsgemasse Verfahren anhand von unterschiedlichen schematischen und konkreten
Ausfuhrungsbeispielen in Form von Zeichnungen detailliert dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Greifers mit einem Kraftsensor;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Greifers mit einem
Positionsdetektor; und Fig. 3 eine konkrete Ausfuhrungsform des in Fig. 2 schematisch dargestellten Greifers.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Greifer la, der mit einer Roboterstation 2a verbunden ist, von welcher nur ein kleiner Ausschnitt in Form eines Armabschnitts dargestellt wird. Der Arm der Roboterstation 2a besitzt eine bestimmte Anzahl an Freiheitsgraden, ist jedoch zumindest in vertikaler Richtung VGr verstellbar. Der Greifer la hat beispielsweise den Aufbau eines aus dem Stand der Technik bekannten Greifers, bei dem die Greifkraft über einen Elektromagneten aufgebracht wird, und halt in Fig. 1 losbar ein Mikro-Bauteil 3a mit einer sphärisch ausgebildeten Basis, die - im von Fig. 1 gezeigten Zustand - über erstarrendes Lotmaterial in Form einer Verbindungsnaht 6a mit einer Tragerplatte 4a in einer hochprazise definierten Position verbunden ist. Da sich die Verbindungsnaht 6a in einem abkühlenden Zustand befindet, unterliegt sie einer Schrumpfung. Somit wird eine vertikale Zugkraft Fv auf den im Wesentlichen nicht nachgiebigen Greifer la ausgeübt. Der Greifer la verfugt über einen vertikaler Kraftsensor 5a zum präzisen Messen dieser vertikalen Zugkraft Fv zwischen dem Greifer la und dem Arm der Roboterstation 2a vor, wahrend und nach dem Erstarrungsvorgang des geschmolzenen, das Mikro-Bauteil 3a mit der Tragerplatte 4a verbindenden Lotmaterials in Form der Verbindungsnaht 6a. Der Kraftsensor 5a wird von einem bekannten Kraftsensor - beispielsweise einem Piezo-Sensor - gebildet. In Abhängigkeit von der gemessenen Zugkraft Fv und gegebenenfalls der Zeit und/oder der Lotmaterialtemperatur wird der Greifer la von der Roboterstation in vertikaler Richtung VGr senkrecht zur Tragerplatte 4a verstellt, gegebenenfalls bis zu einer bestimmten vertikalen Soll- Position.
Fig. 2 zeigt einen Greifer lb, der ein Mikro-Bauteil 3b mit einer ebenfalls sphärisch ausgebildeten Basis festhalt, die - im von Fig. 2 gezeigten Zustand - ber erstarrendes
Lotmaterial in Form einer Verbindungsnaht 6b mit einer Tragerplatte 4b in einer hochprazise definierten Position verbunden ist. Der Greifer lb ist über Federn 8b an einer Robotermontagestation 2b angeordnet, von welcher lediglich ein zumindest in vertikaler Richtung VR verstellbarere Armabschnitt dargestellt ist. Die Federn 8b ermöglichen eine geringfügige relative Verschiebbarkeit Vreι des Greifers lb gegenüber dem Armabschnitt der Robotermontagestation 2b in vertikaler Richtung. Diese vertikale Verschieblichkeit Vreι ist über das Hooke'sche Gesetz abhängig von der vertikal an dem Greifer lb angreifenden Kraft Fv und der Federkonstanten der Federn 8b. Zur Messung dieser vertikalen Verschiebung Vreι, aus der die vertikale Kraft Fv ableitbar ist, ist am Greifer lb ein vertikaler Positionsdetektor 7b angebracht, der die relative vertikale Position Vrel des Greifers lb gegenüber der Position VR des Armabschnitts der Robotermontagestation 2b misst. Diese vertikale relative Verschiebbarkeit Vreι dient somit vor allem zu Zwecken der Kraftmessung mittels Wegmessung und ist so gering, dass die elastische Nachgiebigkeit des
Greifers klein in Verhältnis zu der vertikalen Schrumpfung der Verbindungsnaht 6b bei den auftretenden Kräften ist. Die Kompensation von Spannungen durch Vermeidung einer zu hohen vertikalen Kraft Fv erfolgt durch Verstellen des Armes der Roboterstation 2b in vertikaler Richtung VR. Durch das
Abkühlen des Lötmaterials 6b schrumpft dieses und ruft somit die vertikale Kraft Fv auf dem Greifer in Richtung zur Trägerplatte 4b hervor. Das Mikro-Bauteil 3b wird samt dem Greifer lb in Schrumpfungsrichtung, d.h. vertikal zur Trägerplatte 4b, zunächst geringfügig über die Federn 8b nachgezogen. Somit kommt es zu einer vertikalen relativen Positionsverschiebung Vreι des Greifers lb gegenüber dem Arm der Roboterstation 2b. Diese vertikale relative Positionsverschiebung Vreι wird vom Positionsdetektor 7b erfasst, worauf ein Rückkopplungssignal an die
Robotermontagestation 2b gesendet wird, um die vertikale Positionseinstellung VR des Arm der Roboterstation 2b und die Position VGr des Greifers lb derart vertikal nachzujustieren, so dass die durch die Schrumpfung verursachte vertikale relative Verschiebung Vreι des Greifers lb gegenüber dem Arm der Robotermontagestation 2b wieder ausgeglichen wird und somit die vertikale Zugkraft Fv verringert wird. Die vertikale Position VGr des Greifers lb lässt sich aus der Summe der vertikalen Position VR des Armes der Roboterstation 2b und der vertikalen relativen Positionsverschiebung Vreι ableiten.
Fig. 3 zeigt eine konkrete Ausführungsform des in Fig. 2 schematisch dargestellten Greifers lb. Der dargestellte Greifer lc weist zwei Greiffinger lc' auf, die durch ein Gelenk 9 miteinander verbunden sind, über das die mittels eines Elektromagneten eingeleitete Greifkraft umgelenkt wird. Die Greiffinger lc' fassen im gezeigten Zustand ein MikroBauteil 3c. Der Greifer lc ist über Federn 8c mit einem zumindest vertikal um VR verstellbaren Arm einer
Roboterstation 2c verbunden. Der Greifer ist somit in vertikaler Richtung geringfügig um die vertikale relative Positionsverschiebung Vreι beweglich, die von einem Positionsdetektor 7c erfassbar ist. Aus der Federkonstanten der Federn 8c und der vertikalen relativen
Positionsverschiebung Vreι ist eine Zugkraft Fv, die das MikroBauteil 3c auf den Greifer lc ausübt, ableitbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Fixieren eines miniaturisierten - insbesondere mindestens ein optisches Element tragenden oder enthaltenden - Bauteils (3a, 3b, 3c) auf einer
Trägerplatte (4a, 4b) durch eine Löt-, Schweiss- oder Klebeverbindung mit den Schritten:
• Fassen und Festhalten des Bauteils (3a, 3b, 3c) mit einem Greifer (la, lb, lc) einer Roboterstation (2a, 2b, 2c),
• Positionieren des Bauteils (3a, 3b, 3c) mit dem Greifer (la, lb, lc) durch die Roboterstation (2a, 2b, 2c) über oder auf der Trägerplatte (4a, 4b) relativ zu ausseren Bezugspunkten, • Herstellen einer Verbindung zwischen dem Bauteil (3a, 3b, 3c) und der Trägerplatte (4a, 4b) durch Löten, Schweissen oder Kleben, wobei
0 eine bei dem Herstellen entstehende Verbindungsnaht (6a, 6b) zwischen dem Bauteil (3a, 3b, 3c) und der Trägerplatte (4a, 4b) unter Schrumpfung erstarrt und somit eine Zugkraft auf den Greifer (la, lb, lc) in senkrechter Richtung zur Trägerplatte (4a, 4b) ausübt und 0 der Greifer (la, lb, lc) der Zugkraft durch eine Bewegung in senkrechter Richtung zur Trägerplatte (4a,
4b) nachgibt, und
• Lösen des Greifers (la, lb, lc) vom Bauteil (3a, 3b, 3c), nachdem die Verbindungsnaht (6a, 6b) im Wesentlichen erstarrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Hersteilens der Verbindung zwischen dem Bauteil (3a, 3b, 3c) und der Trägerplatte (4a, 4b) die Zugkraft durch eine gesteuerte oder geregelte, das Nachgeben bildende, aktive Bewegung des Greifers (la, lb, lc) in Richtung zur Trägerplatte (4a, 4b) - zumindest teilweise - kompensiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kompensieren im Wesentlichen kontinuierlich, insbesondere während des gesamten Erstarrungsvorgangs der Verbindungsnaht (6a, 6b) , erfolgt .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei
• die Zugkraft durch die gesteuerte oder geregelte aktive Bewegung des Greifers (la, lb, lc) in Richtung zur Trägerplatte (4a, 4b) bis zur einer definierten vertikalen Soll-Position kompensiert wird und • nach Erreichen der vertikalen Soll-Position die aktive Bewegung des Greifers (la, lb, lc) angehalten oder reduziert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Bewegung des Greifers (la, lb, lc) gesteuert durch eine automatische Sequenz nach einem Algorithmus erfolgt, der auf den Materialeigenschaften der Verbindungsnaht (6a, 6b) basiert .
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei in einem Schritt vor dem Kompensieren der Zugkraft eine Umgebungstemperatur gemessen wird und der Algorithmus in Abhängigkeit von der gemessenen Umgebungstemperatur angepasst wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Bewegung des Greifers (la, lb, lc) geregelt durch einen Regelkreis erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei
• die Führungsgrösse des Regelkreises direkt oder indirekt durch eine mechanische Soll-Spannung an der Verbindungsnaht (6a, 6b) gebildet wird, • die Regelgrösse des Regelkreises direkt oder indirekt durch eine mechanische Ist-Spannung, die mit der Zugkraft verknüpft ist, an der Verbindungsnaht (6a, 6b) gebildet wird, und
• das Angleichen der Ist-Spannung an die Soll-Spannung durch die aktive Bewegung des Greifers (la, lb, lc) in
Richtung zur Trägerplatte (4a, 4b) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei
• vor dem unter Schrumpfung erfolgenden Erstarren der Verbindungsnaht (6a, 6b) eine mechanische Spannung an der Verbindungsnaht direkt oder indirekt - insbesondere durch ein Ermitteln einer Ist-Zugkraft - ermittelt wird und
• die ermittelte Spannung die Soll-Spannung bildet.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei
• die Soll-Spannung durch eine vertikalen Soll-Zugkraft vorgegeben wird, und
• die Ist-Spannung durch eine gemessene vertikale Ist- Zugkraft gebildet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei eine an den Greifer (la, lb, lc) angreifende vertikale Ist- Zugkraft (F) ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vertikale Ist- Zugkraft (Fv) über einen Kraftsensor (5a) am Greifer (la! ermittelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vertikale Ist- Zugkraft (Fv) ermittelt wird, indem
• der Greifer (lb, lc) relativ zur Roboterstation (2b, 2c) und senkrecht zur Trägerplatte (4b, 4c) elastisch beweglich ist und
• die relative vertikale Position (Vreι) des Greifers (lb, lc) zur Roboterstation (2b, 2c) gemessen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die relative vertikale Position (Vreι) des Greifers (lb, lc) zur Roboterstation (2b, 2c) mittels eines Positionsdetektors (7b, 7c) gemessen wird.
14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Fixieren von Bauteilen (3a, 3b, 3c) , die zur Aufnahme von optischen Elementen vorgesehen sind, auf einer Trägerplatte (4a, 4b) .
15. Greifer (la) einer Roboterstation (2a) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Fassen, Festhalten und Positionieren eines miniaturisierten Bauteils (3a) relativ zu ausseren Bezugspunkten über oder auf einer Trägerplatte (4a) , die für ein Montageverfahren geeignet ist, bei dem das Bauteil (3a) auf der Trägerplatte (4a) durch Löten, Schweissen oder Kleben fixiert wird, wobei eine beim Löten, Schweissen oder Kleben entstehende Verbindungsnaht (6a) zwischen dem Bauteil (3a) und der Trägerplatte (4a) unter Schrumpfung erstarrt, dadurch gekennzeichnet, dass dem Greifer (la) ein Kraftsensor (5a) zur Messung einer auf den Greifer (la) in senkrechter Richtung zur Trägerplatte (4a) angreifenden Kraft (Fv) zugeordnet ist.
16. Greifer (lb, lc) einer Roboterstation (2b, 2c) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 12 oder 13 zum Fassen, Festhalten und Positionieren eines miniaturisierten Bauteils (3b, 3c) relativ zu ausseren Bezugspunkten über einer Trägerplatte (4b) , die für ein Montageverfahren geeignet ist, bei dem das Bauteil (3b, 3c) auf der Trägerplatte (4b) durch
Löten, Schweissen oder Kleben fixiert wird, wobei eine beim Löten, Schweissen oder Kleben entstehende Verbindungsnaht (6b) zwischen dem Bauteil (3b, 3c) und der Trägerplatte (4b) unter Schrumpfung erstarrt, dadurch gekennzeichnet, dass
• der Greifer (lb, lc) relativ zur Roboterstation (2b, 2c) und senkrecht zur Trägerplatte (4b) elastisch beweglich ist und
• dem Greifer (lb, lc) ein Positionsdetektor (7b, 7c) zur Messung der relativen vertikalen Position (Vrel) des
Greifers (lb, lc) zur Roboterstation (2b, 2c) zugeordnet ist .
17. Greifer (lb) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (lb, lc) zur Ermöglichung der elastischen Beweglichkeit über mindestens eine Feder (8b, 8c) mit der Roboterstation (2b, 2c) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.
Greifer nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromagnet zum Fassen und Festhalten des miniaturisierten Bauteils (3a, 3b, 3c) dem Greifer (la, lb, lc) zugeordnet ist.
19. Verwendung eines Greifers (la, lb, lc) nach einem der Ansprüche 15 bis 18 zum Fixieren von Bauteilen (3a, 3b, 3c) , die zur Aufnahme von optischen Elementen vorgesehen sind.
20. System zum Fixieren eines miniaturisierten - insbesondere mindestens ein optisches Element tragenden oder enthaltenden - Bauteils (3a, 3b, 3c) auf einer Trägerplatte (4a, 4b) durch eine Löt-, Schweiss- oder Klebeverbindung, welches System
• eine Roboterstation (2a, 2b, 2c) zum Bewegen und Positionieren eines Greifers in zumindest eine Richtung senkrecht zur Trägerplatte (4a, 4b) ,
• den Greifer (la, lb, lc) nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
• eine Einrichtung zur Herstellen der Verbindung zwischen dem Bauteil (3a, 3b, 3c) und der Trägerplatte (4a, 4b), wie beispielsweise eine Laserlöteinrichtung, und
• eine Steuerungs-Regelungs-Einheit zum Steuern und/oder Regeln zumindest α des Fassens und Festhalten des Bauteils (3a, 3b, 3c) mit dem Greifer (la, lb, lc) , α der Bewegung des Greifers (la, lb, lc) mit der
Roboterstation (2a, 2b, 2c) und D der Herstellung der Verbindung mit der Vorrichtung zur Herstellen der Verbindung, unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweist .
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