DE19838797A1

DE19838797A1 - Einrichtung zur Abstandshaltung beim Dosieren von Leiterplatten, insbesondere auch von 3D-MID-Leiterplatten

Info

Publication number: DE19838797A1
Application number: DE1998138797
Authority: DE
Inventors: Bernhard Martin; Fritz Preul; Thomas Schally; Andreas Wild
Original assignee: Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Current assignee: Martin GmbH fuer Umwelt und Energietechnik
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abstandshaltung beim Aufbringen von Dickstoffpunkten auf Oberflächen, insbesondere beim Bestücken von Leiterplatten, mit einem eine Kartusche (K) haltenden Positionierkopf (P), der zur Oberfläche bewegbar ist, wobei die Kartusche (K) eine Dosiernadel (4) aufweist, aus der Dickstoff auf die Oberfläche abgebbar ist. Zur Vorgabe eines gewünschten Abstandes zwischen der Oberfläche und der Spitze der Dosiernadel (4) durch einen Sensor (S, SH) wird eine Relativbewegung zwischen der Dosiernadel (4) der Kartusche (K) und einem Bezugselement (P, H) beim Annähern der Dosiernadel (4) an die Oberfläche und beim Ausüben einer Kraft von der Oberfläche auf die Dosiernadel (4) angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abstandshaltung beim dosierten Aufbringen von Dickstoffpunkten auf Oberflä chen, insbesondere beim Bestücken von Leiterplatten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 43 18 506 A1 sind ein Verfahren und eine Ein richtung zur Abstandshaltung bei einem Dickstoff-Dispenser bekannt. Dabei wird eine Dickstoff-Kartusche, aus deren Do siernadel in der Kartusche enthaltener Dickstoff auf eine Leiterplatte abgebbar ist, in einem Dosierkopf gehalten. Der Dosierkopf wird dabei zu einer Kalibriereinrichtung mit mehreren Stufen verfahren, die in Bezug auf die Ebene der Leiterplatte unterschiedliche Höhen aufweisen, derart, daß sich die Spitze der Dosiernadel oberhalb der Oberfläche ei ner Stufe befindet und sich ein Abstandshalter oberhalb der Ebene der Leiterplatte befindet. In dieser Position wird der Dosierkopf mit der Kartusche in Richtung auf die Lei terplatte derart verfahren, daß die Dosiernadel auf der Oberfläche einer ausgewählten Stufe aufliegt und der Ab standshalter auf der Oberfläche der Leiterplatte zur Aufla ge kommt, wobei der Abstandshalter im Dosierkopf relativ zur Dosiernadel bewegt wird. Eine zunächst in einer Öff nungsposition befindliche Klemmeinrichtung wird dann in ei ne Verriegelungsposition betätigt, in der sie den Abstands halter in Bezug auf die Dosiernadel verriegelt. Zwischen den Spitzen der Dosiernadel und des Abstandshalters ist dann ein vorgegebener Abstand eingestellt. Es ist erkenn bar, daß eine derartige Einrichtung relativ kompliziert aufgebaut und daher nur teuer herstellbar ist und daß zum anderen das Arbeiten mit einer derartigen Einrichtung rela tiv aufwendig ist.

Es sind auch optoelektronische Verfahren zur Abstandshal tung bekannt, die auf der Reflexion eines auf die Leiter plattenebene einfallenden Strahles zu einem Sensor beruhen. Ein Nachteil derartiger Verfahren besteht darin, daß die Reflexion von der Beschaffenheit der Oberfläche (Material, Rauhigkeit, Welligkeit etc.) abhängig ist.

Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei der der die Dick stoff-Kartusche haltende Positionierkopf motorisch so weit in Richtung auf die Leiterplatte verfahren wird, bis das Düsen- bzw. Nadelende auf der Leiterplatte auftrifft. Durch Messen des dabei erfolgenden Stromanstieges wird der Motor zum Stillstand gebracht und der Positionierkopf um eine vorgegebene Strecke von der Ebene der Leiterplatte wegbe wegt. Ein Problem besteht bei einer derartigen Einrichtung jedoch darin, daß nur sehr teure, empfindliche Motoren ver wendbar sind und daß der Positionierkopf nur sehr langsam verfahren werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Abstandshaltung zu schaffen, die relativ einfach aufgebaut und daher kostengünstig herstellbar ist und die zudem eine relativ genaue Einstellung eines Abstan des zwischen der Ebene der Leiterplatte und der Spitze der Dosiernadel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Auftreffen der Dosiernadel auf einer Bezug sebene bzw. auf der Oberfläche einer Leiterplatte durch einfaches Ermitteln der Relativbewegung zwischen der Dosi ernadel bzw. der Kartusche und dem Positionierkopf erfolgt. Dabei kann diese Relativbewegung direkt ermittelt werden, ohne daß wesentliche Offsets in die Messung eingehen, die beim Stand der Technik durch verschiedene Faktoren (z. B. Stromanstiegszeit in der Motorwicklung, Zeit zum Stillset zen des Motors, Zeit zur Umkehr der Drehrichtung des Motors und Zeit zum erneuten Stillsetzen des Motors) zu verzeich nen sind. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann daher sehr schnell und genau arbeiten. Insbesondere kann sie vorteil hafterweise auch dann angewendet werden, wenn Leiterplatten Verwölbungen aufweisen oder wenn Leiterplatten von Haus aus dreidimensional gestaltet sind, wie dies bei 3D-MID- Leiterplatten der Fall ist, die immer häufiger zur Anwen dung gelangen. Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet so schnell, daß bedarfsweise beim Setzen jedes Dickstoff punktes der Abstand eingestellt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer in einem Positionierkopf gehaltenen Kartusche und

Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung der Fig. 1 von oben;

Fig. 3 eine Weiterbildung der Erfindung.

In der Fig. 1 ist der Positionierkopf mit P bezeichnet. Mit der Hilfe einer Befestigungseinrichtung, die beispiels weise die Form einer Befestigungsplatte 5 aufweist, ist der Positionierkopf P an einer Positioniereinheit befestigt und durch diese in der Richtung des Pfeiles 8 senkrecht zu ei ner Bezugsebene bzw. Oberfläche, insbesondere der Ebene ei ner Leiterplatte LP verfahrbar. Am Positionierkopf P wird eine Kartusche K gehalten, die eine Dosierdüse oder Dosier nadel 4 aufweist, aus der zum Setzen von Punkten aus einem Dickstoff bzw. pastösem Material auf der Ebene der Leiter platte LP, vorzugsweise zum Setzen von Klebstoffpunkten, Klebstoff durch Druckbeaufschlagung der Kartusche K abgeb bar ist, wie dies an sich bekannt ist. Die Kartusche K mit der Dosiernadel 4 wird am Positionierkopf P durch eine Füh rungsanordnung 1, 2 so gehalten, daß sie relativ zu diesem in der Richtung des Pfeiles 8, d. h. also senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte LP, verschiebbar ist.

Vorzugsweise werden der untere Endbereich der Kartusche K bzw. die damit verbundene Halterung 9 der Dosiernadel 4 in einer unteren Führung 1 des Positionierkopfes P sowie der obere Endbereich der Kartusche K in einer oberen Führung 2 des Positionierkopfes P gehalten. Die untere Führung 1 wird vorzugsweise durch ein Teil 10 gebildet, das zweckmäßiger weise am unteren Endbereich des Positionierkopfes P gehal ten wird und eine Öffnung 11 aufweist, deren Achse senk recht zur Ebene der Leiterplatte LP verläuft. In die Öff nung 11 ist der Endbereich der Kartusche K oder die Halte rung 9 der Dosiernadel 4 derart einsetzbar, daß ein als An schlag dienender Flansch 12 oder dergleichen der Kartusche K bzw. der Halterung 10 auf dem der Leiterplatte LP abge wandten Randbereich der Öffnung 11 aufsitzt.

Vorzugsweise wird die obere Führung 2 durch eine Öffnung 6 in einer Blattfeder 3 gebildet, deren Achse zur Achse der Öffnung 11 ausgerichtet ist und in die der zapfenförmig ausgebildete obere Endbereich 7 der Kartusche K eingreift. Die Blattfeder 3 ist vorzugsweise am oberen Ende des Posi tionierkopfes P befestigt, derart, daß die Dosiernadel 4 und die Kartusche K gegen die Kraft der Blattfeder 3 in der Richtung des Pfeiles 8 nach oben bewegbar sind, beispiels weise wenn die Spitze der Dosiernadel 4 auf der Oberfläche der Leiterplatte LP auftrifft, wenn der Positionierkopf P in der Richtung des Pfeiles 8 zur Leiterplatte LP hin be wegt wird. Wenn der Positionierkopf P so bewegt wird, daß sich die Spitze der Dosiernadel 4 von der Oberfläche der Leiterplatte LP entfernt, werden die Kartusche K und die Dosiernadel 4 durch die Kraft der Feder 3 in der Richtung des Pfeiles 8 nach unten bewegt, bis der als Anschlag die nende Flansch 12 wieder auf dem Randbereich der Öffnung 11 aufliegt.

Es wird darauf hingewiesen, daß sowohl die Führungen 1, 2 für die Kartusche K anders ausgebildet sein können, als bei der beschriebenen Ausführungsform. Auch kann anstelle der Blattfeder 3 ein beliebiger Energiespeicher vorgesehen sein, der die Kartusche K in der beschriebenen Weise in Richtung auf die Leiterplatte LP drückt, bis der Flansch 12 auf dem Teil 10 aufliegt.

Mit der beschriebenen Einrichtung wird in der folgenden Weise gearbeitet. Nach dem Einsetzen der Kartusche K mit der Dosiernadel 4 in die untere Führung 1 und die obere Führung 2 des Positionierkopfes P wird zum Setzen von Kleb stoffpunkten auf der Oberfläche der Leiterplatte LP der richtige Abstand zwischen der Spitze der Dosiernadel 4 und der Oberfläche der Leiterplatte LP dadurch eingestellt, daß zunächst die Positioniereinheit, an der der Positionierkopf P befestigt ist, denselben in Richtung des Pfeiles 8 zur Ebene der Leiterplatte LP bewegt, bis die Spitze der Dosi ernadel 4 zur Anlage gelangt. Wenn dies der Fall ist, wird bei einer Weiterbewegung des Positionierkopfes P in der ge nannten Richtung 8 die Blattfeder 3 sofort ausgelenkt, wie dies in der Fig. 1 durch die punktierte Linie L darge stellt ist. Ein Sensor S, der beispielsweise die Form eines auf der Oberfläche der Blattfeder 3 befestigten Dehnungs meßstreifens oder die Form eines Mikroschalters oder der gleichen aufweisen kann, erzeugt dann, sobald die Blattfe der 3 bewegt wird, ein Ausgangssignal A, das bewirkt, daß die Bewegung des Positionierkopfes P, die vorzugsweise durch einen Schrittmotor der Positioniereinheit ausgeführt wird, sofort beendet wird. Der genannte Schrittmotor der Positioniereinheit wird dann umgeschaltet, so daß sich der Positionierkopf P mit der Kartusche K und der Dosiernadel 4 in der umgekehrten Richtung solange bewegt, bis ein vorge bener Abstand zwischen der Oberfläche der Leiterplatte LP und der Spitze der Dosiernadel 4 erreicht ist.

Gemäß Fig. 3 ist es auch denkbar, die Kartusche K fest in dem Positionierkopf P zu halten und die Relativbewegung der Dosiernadel 4 beim Auftreffen auf der Leiterplatte LP an einer anderen Stelle zu erfassen. Dies kann gemäß Fig. 3 am Übergang zwischen dem Positionierkopf P und der diesen in der Richtung des Pfeiles 8 bewegenden Hubeinrichtung H der Positioniereinheit erfolgen. Beim Absenken der Hubein richtung H und dem Auftreffen der Dosiernadel 4 auf der Leiterplatte LP wird diese Relativbewegung zwischen Posi tionierkopf P und Hubeinrichtung H durch den Sensor SH er mittelt.

Claims

1. Einrichtung zur Abstandshaltung beim Aufbringen von Dickstoffpunkten auf Oberflächen, insbesondere beim Be stücken von Leiterplatten, mit einem eine Kartusche (K) haltenden Positionierkopf (P), der zur Oberfläche be wegbar ist, wobei die Kartusche (K) eine Dosiernadel (4) aufweist, aus der Dickstoff auf die Oberfläche ab gebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorgabe ei nes gewünschten Abstandes zwischen der Oberfläche und der Spitze der Dosiernadel (4) durch einen Sensor (S, SH) eine Relativbewegung zwischen der Dosiernadel (4) der Kartusche (K) und einem Bezugselement (P, H) beim Annähern der Dosiernadel (4) an die Oberfläche und beim Ausüben einer Kraft von der Oberfläche auf die Dosier nadel (4) anzeigbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche durch die Ebene einer Leiterplatte (LP) gebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bezugselement eine Hubeinrichtung (H) ist, wobei die Relativbewegung zwischen der Hubeinrich tung (H) und dem die Kartusche (4) in der Richtung der Kraftausübung unbeweglich haltenden Positionierkopf (P) erfolgt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Bezugselement der Positionierkopf (P) ist, in dem die Kartusche (K) in der Richtung der Kraftausübung verschiebbar gehalten ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartusche (K) in einer Führungsanordnung (1, 2) des Positionierkopfes (P) relativ zu diesem bewegbar gehalten und gegen die Kraft eines Energiespeichers (3) aus einer Anschlagposition bewegbar ist, wenn von der Oberfläche die Kraft auf die Kartusche (K) ausgeübt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsanordnung (1, 2) eine erste Führung (1), in die der der Dosiernadel (4) zugewandte untere Endbereich der Kartusche (K) oder eine an diesem ange ordnete Halterung (9) für die Dosiernadel (4) einsetz bar ist, aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Führungsanordnung (1, 2) eine zweite Führung (2) für den oberen Endbereich der Kartusche (K) aufweist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher die Form einer Blattfeder (3) aufweist, die am Positionierkopf (P) be festigt ist und eine Öffnung (6) aufweist, in die der obere Endbereich der Kartusche (K) zur Bildung der zweiten Führung (2) einsetzbar ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Führung (1) die Form ei nes am Positionierkopf (P) befestigten Teiles (10) auf weist, das eine Öffnung (11) besitzt, in die der untere Endbereich der Kartusche (K) oder die Halterung (9) der Dosiernadel (4) bis zu einem Anschlag (12) einsetzbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (12) durch einen an dem der Oberfläche abgewandten Randbereich der Öffnung (11) des Teiles (10) angreifenden Flansch gebildet ist, der an dem un teren Endbereich der Kartusche (K) oder an der Halte rung (9) angeordnet ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) durch einen an der Blattfeder (3) angeordneten und eine Biegung derselben erfassenden Dehnungsmeßstreifen gebildet ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (S) die Form eines bei der Biegung der Blattfeder (3) betätigbaren Schalters besitzt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter ein Mikroschalter ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Öffnung (6) der Blattfeder (3) und der Öffnung (11) des Teiles (10) zu sammenfallen und senkrecht zur Oberfläche sowie paral lel zur Bewegungsrichtung des Positionierkopfes (P) verlaufen.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionierkopf (P) durch einen Schrittmotor bewegbar ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Oberfläche auf die Kar tusche (K) ausgeübte Kraft beim Auftreffen der Spitze der Dosiernadel (4) auf der Oberfläche erzeugbar ist.

17. Verfahren zur Abstandshaltung mit einer Einrichtung ge mäß einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) Einsetzen der Kartusche (K) in den Positionierkopf.
b) Bewegen des Positionierkopfes (P) in Richtung auf die Oberfläche bis zum Auftreffen der Spitze der Dosiernadel (4) oder des freien Endes des Abstand steiles (13) auf der Oberfläche.
c) Bei Anzeige einer Relativbewegung zwischen dem Be zugselement (P, H) und der Dosiernadel (4) durch ein Signal des Sensors (S, SH) Umkehr der Bewe gungsrichtung des Positionierkopfes (P).
d) Zurückfahren des Positionierkopfes (P) um eine vor gegebene Strecke.