16:00 CET에 화요일 19.11.2019의 유지 보수 사유로 인해 몇 시간 동안 PATENTSCOPE을 사용할 수 없습니다.
국제 및 국내 특허문헌 검색
이 애플리케이션의 일부 콘텐츠는 현재 사용할 수 없습니다.
이 상황이 계속되면 다음 주소로 문의하십시오피드백 및 연락
1. (WO1991018494) AUXILIARY CARRIER FOR TRANSFERRING PARTS ONTO A SUPPORTING PLATE AND PROCESS FOR USING THE SAME
유의사항: 이 문서는 자동 광학문자판독장치(OCR)로 처리된 텍스트입니다. 법률상의 용도로 사용하고자 하는 경우 PDF 버전을 사용하십시오

Hilfsträger zum Übertragen von Teilen auf einen Träger und Verfahren zu dessen Anwendung

Die Erfindung betrifft einen Hilfsträger und ein Verfahren zu dessen Anwendung, wobei Teile, die auf einem Träger positionsgenau fixiert werden sollen, zwischenzeitlich relativ zueinan-der justiert vom Hilfsträger aufgenommen werden und mittels diesem ebenfalls positionsgenau auf den Träger übertragbar sind.

Das positionsgenaue Aufbringen von Lötteilen auf einen Träger ist insbesondere bei der Herstellung von LED-Zeilen, wie sie in Zeichengeneratoren eingesetzt werden, von großer Bedeutung. Lichtemittierende Dioden (LEDs) werden dabei nicht zu Anzeigezwecken, sondern zu Druckzwecken eingesetzt. Zeichengeneratoren dieser Art gehören zur Kategorie der nichtmechanischen
Drucker. Die Genauigkeit der Positionierung innerhalb der LED-Zeilen und relativ zu einem Träger muß in allen drei Raumrichtungen in der Größenordnung von - 3 bis 10 μm liegen. Die Herstellung einer elektrisch leitenden und mechanisch tragenden Verbindung zwischen den LEDs und einem Träger, beispielsweise einer Modulplatte, kann durch Klebung oder durch Löten gesche- en. Zur Gewährleistung der sicheren Ableitung der im Betrieb entstehenden Wärmemenge ist die Herstellung einer optimalen thermischen Ankoppelung zwischen LED und Modulplatte notwendig. Die aus diesem Grund angewandte Lötverbindung erfüllt einerseits diese Erfordernisse, hat jedoch gleichzeitig den Nachteil, daß aufwendige Justierungen erforderlich sind.

Aus der Patentanmeldung WO 89/08927 ist ein Verfahren zur Herstellung von LED-Zeilen, insbesondere für den Zeichengenerator eines nichtmechanischen Druckers bekannt. Durch die charakte-ristischen Eigenschaften der Herstellungsverfahren von LED-Bauteilen werden bestimmte maximale Längen dieser Bauteile nicht überschritten. Somit ist es zur Erstellung einer länglichen LED-Zeile notwendig, mehrere Bauteile mit gegenseitig genauer Positionierung hintereinander anzuordnen. Die Positio- nierung bezieht sich au f den Teilungsabstand, die Linientreue und di e Ebenheit der gesamten Oberfläche der LED-Zeile. Dabei ist bekannt , daß beim Einsatz eines Lötver fahrens entsprechend enge Toleranzen durch d en Einsatz eines Hil fsträgers zur zwi-schenzeitlichen Halterung der LEDs erzielbar sind . Die LEDs werden dabei zunächst mit Hilfe einer Bestückungsvorrichtung mit der Oberseite nach unten positionsgenau au f einen Hilfsträger geklebt. Der Kleber ist in der Regel thermisch und/oder durch ultraviolette Strahlung aushärtbar . Die so durch einzel-ne LED-Bauteile auf dem Hilfsträger zusammengesetzte LED-Zeile wird auf den mit Lot beschichteten Träger , in diesem Fall eine Modulplatte positioniert . Dabei wird di e gesamte Anordnung fixiert , wobei die lδtfähige Rückseite der LEDs das feste Lot auf der Modulplatte berührt . Nach dem erfolgten Um-löten der LED-Zeile au f die Modulplatte wird der Hilfsträger in einer Reihe von naßchemischen Prozessen wieder von der LED-Zeile abgelöst und gereinigt . Ebenso müssen di e auf die Modulplatte gelöteten LEDs chemisch sowie mechanisch gereinigt werden . Die wesentlichen Nachteile eines derartigen Verfahrens bestehen in der komplizierten Klebetechnologie und in dem hohen Aufwand bezüglich der Fertigungseinrichtungen zur Bearbeitung des Hilfsträgers und der zwischenzeitlich aufgebrachten LED-Zeile .

Der Erfindung liegt di e Aufgabe zugrunde , einen Hilfsträger und ein Verfahren bereitzustellen , womit die Lötpartner mit der geforderten Positionsgeπauigkeit be i gleichzeitiger Einsparung von Arbeitsgängen und ohne chemische oder mechanische Reinigung des Hilfsträgers un d der LED-Zeilen zusammengefügt werden können.

Die Lösung di eser Aufgabe wird durch di e kennzeichnenden Teile des Anspruches 1 und des Anspruches 4 wiedergegeben .

Der Erfindung liegt di e Erkenntnis zugrunde , daß ein mit Saugkammern ausgestatteter Hilf sträger , der als Saugträger bezeichnet wird , die positionsgenaue Ausrichtung der Lötteile bei gleichzeitig einfacher Handhabung gewährleistet . Dabei sind di e einzeln ansteuerbaren und nebeneinander angeordneten Saugkammern im Saugträger derart ausgebildet, daß die jeweils angesaugten LEDs insgesamt eine LED-Zeile bilden. Durch den Einsatz eines solchen Saugträgers entfallen die nach dem Umlö-ten der Lötteile auf die Modulplatte notwendigen naßchemischen Prozesse zum Ablösen und zum Reinigen, sowie mechanische Reinigungsprozesse. Die Maßnahmen zum Ausrichten der einzelnen LED-Bauteile sind leicht durchführbar, wobei das korrekt ausgerichtete LED-Bauteil ohne Verschiebung oder Verdrehung durch Anlegen eines Vakuums an eine Saugkammer positionsgetreu fi-xiert wird.

Die Einstellung der Position eines LED-Bauteiles vor dem Fixieren am Saugträger geschieht mit einem beweglichen Übergabegreifer. Der anschließend in eine Vorrichtung zum Justieren der relativen Lage zwischen Saugträger und Träger und zum Um-löten der LED-Zeile auf die Modulplatte eingebrachte Saugträger wird innerhalb der Vorrichtung auf Federgelenken gelagert, und mit federunterstützten Spannelementen nach der Justierung an die Federgelenke angedrückt. Die Ausbildung der Federge-lenke sieht eine erste vorbestimmte und bezüglich der Modulplatte beabstandete Position des Saugträgers vor, von der aus eine zweite der Modulplatte angenäherte Position durch den Einsatz verschiedener Abstandselemente innerhalb der Federgelenke erreichbar ist und über den Saugträger die LED-Zeile mit der beloteten Seite der Modulplatte zusammengefügt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist das Lot bereits aufgeschmolzen, wodurch die LED-Zeile ohne mechanischen Belastungen in das Lot eintauchen kann. Nach der Erstarrung des Lotes wird der Saugträger le diglich durch Abschalten des Vakuums an den Saugkammern ent-fernt. Chemisches oder mechanisches Reinigen fällt hierbei nicht an.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Hilfsträger beheizbar ist, wodurch Relativbewegungen der Teile aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten vermieden werden. Die Justierung der einzelnen Lötteile untereinander und die des Saugträgers relativ zum Träger geschieht über im Saugträger vorhandene Durchgangsbohrungen. Dafür sind die Durchgangsbohrun-

H SAT2BÄTT gen im Saugträger derart platziert, daß sie vorzugsweise Kanten, Ecken oder Marken der Lötteile erfassen.

Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, die Modulplatte, den Saugträger und den Übergabegreifer zu beheizen. Dadurch werden die Lageabweichungen der Teile vom Nennmaß wesentlich verringert.

Im folgenden wird anhand von schematischen Figuren ein Aus-führungsbeispiel beschrieben.

Figur 1 zeigt die Frontansicht eines Saugträgers 2, der
in eine Vorrichtung 10 eingespannt ist,

Figur 2 zeigt einen Saugträger 2 und einen Ubergabegreifer in der Draufsicht,

Figur 3 zeigt einen Saugträger 2 mit angedeuteten, daran
angesaugten LEDs 1, Durchgangsbohrungen 7
und Positioniermarken.

Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Saugträger 2, der in eine Vorrichtung 10 auf Federgelenke 11 und mittels Spannelementen 13 eingespannt ist. Dabei sind zum Ausgleich von Quer- kräften Rollen 14 und Kugeln 15 zwischengelagert. Die Spannelemente 13 sind federunterstützt gelagert. Der Schlitten 9 ist auf dem Grundkörper des Meßmikroskopes 5 gelagert und in der X, Y-Ebene in X-Richtung beweglich. Die Vorrichtung 10 nimmt ebenfalls die Modulplatte 3 auf.

Die Bestückung des Saugträgers 2 geschieht innerhalb dieser Einspannung, wobei mittels des Übergabegreifers 4, der in allen drei Raumrichtungen beweglich und um die Z-Achse drehbar ist, so daß er die auf ihn abgelegten LEDs 1 unter dem Saugträger einzeln positionieren und ausrichten kann. Der

Übergabegreifer 4 arbeitet in diesem Fall ebenfalls mit einer Saugkammer, wodurch er die LEDs 1 während des Verfahrens durch Unterdruck halten kann. Der Übergabegreifer 4 ist mit einer geregelten Heizung versehen, mittels derer er ungefähr auf die

ERSATZBLATT Temperatur des beheizten Saugträgers 2 aufgeheizt wird. Die einzeln ansteuerbaren Saugkammern 6 halten die LEDs 1, nachde sie über die Durchgangsbohrungen 7 und das Meßmikroskop 5 mit tels vorhandener Marken ausgerichtet wurden. Da der Saugträge 2 ebenfalls eine geregelete Heizung besitzt, wird bei der Übe gabe der LEDs 1 vom Übergabegreifer 4 zum Saugträger 2 keiner lei Temperatursprung erzeugt. Die bisher angelegte Temperatur liegt etwas unterhalb der Schmelztemperatur des Lotes. Ist der Saugträger 2 vollständig bestückt, so werden die ebenfalls be-heizte Modulplatte 3 und der Saugträger 2 auf Löttemperatur aufgeheizt, bis das Lot auf der Modulplatte 2 schmilzt. Danach wird der Saugträger 2 mit Hilfe der Vorrichtung 10 auf die Modulplatte 3 abgesenkt. Durch geeignete Temperaturregelung wird erreicht, daß sich Saugträger 2 und Modulplatte 3 reproduzier-bar abkühlen. Nach dem Unterschreiten der Schmelztemperatur des Lotes wird die Saugluft des Saugträgers 2 abgeschaltet. Knapp unterhalb des Schmelzpunktes kann bei geregelter Temperaturführung die LED-Zeile bereits vermessen werden. Die Bezugsbasis hierfür ist nach wie vor die definiert in die Vor-richtung 10 eingespannte Modulplatte 3, wobei eine achsparallele Ausrichtung bezüglich der Y-Richtung zweckmäßig ist, die bei der Bestückung am Übergabegreifer 4 und am Saugträger 2 eingestellte Temperatur sorgt dafür, daß keine Relativbewegungen der LEDs 1 aufgrund unterschiedlicher Temperaturen und unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten stattfindet. Außerdem wird beim Erhöhen auf Löttemperatur durch eine geringe Temperaturdifferenz nur eine geringe Relativbewegung der LEDs 1 auf dem Saugträger 2 hervorgerufen. Ähnliches gilt für die vorverzinnte Modulplatte 3, die ebenfalls frühzeitig auf eine knapp unter der Löttemperatur liegende Temperatur vorgeheizt wird.

Das Absenken des Saugträgers 2 aus einer ersten beabstandeten Position von der Modulplatte 3 in eine zweite bezüglich der Modulplatte 3 angenäherte Position wird durch die Wirkung verschiedener Abstandselemente 12, die in den Federgelenken 11 eingebracht sind, begrenzt. Eine einfache Kombination besteht unter anderem aus Schmelzelementen, die die Federgelenke 11 derart beabstanden, daß zwischen Saugträger 2 und Modulplat- te 3 die erste Position eingestellt ist. Diese Schmelzelemente sind durch Auswahl ihrer Schmelztemperatur und ihrer Masse so eingestellt, daß sie kurz nach dem Aufschmelzen des Lotes auf der Modulplatte 3 abschmelzen. Die zweite Position, bei der die LEDs 1 und die Modulplatte 3 zusammengefügt sind, kann beispielsweise durch feste Anschläge innerhalb der Federgelenke 11 vorgegeben sein. Die federunterstützten Spannelemente 13, die in der Lage sind, die Federgelenke 11 zusammenzudrük-ken, sorgen in Verbindung mit den verschiedenen Abstandselementen 12, insbesondere mit Schmelzelementen, für ein gleichmäßiges Zusammenfügen der Lötpartner.

Die Beschaffenheit der Oberfläche des Saugträgers 2 ist in der Regel eben. Der Saugträger 2 kann jedoch auf der Seite, an der die LEDs 1 angesaugt werden, derart profiliert sein, daß auch LEDs 1 ansaugbar sind, die in der Längsachse extrem durchgebogen sind. Der Übergabegreifer 4 kann zusätzlich mit Greifbacken ausgerüstet sein, um bereits am Saugträger 2 angesaugte LEDs 1 zu manipulieren. Die Bezugsbasis ist jeweils die Po-sition der Modulplatte 3, die innerhalb der Vorrichtung 10 zweckmäßigerweise in Y-Richtung ausgerichtet ist.

In der Figur 2 sind in der Draufsicht der Saugträger 2 mit dem Anschluß der internen Heizung 8 dargestellt. Es werden die Durchgangsbohrungen 7 gezeigt und ein Teil der LED-Zeile ist angedeutet. Von den federunterstützten Spannelemeπten 13 sind lediglich die Auflagezungen eingezeichnet. Auf dem Übergabegreifer 4 ist ein LED 1 per Hand aufgelegt worden, wobei eine Ausrichtung durch Verfahren des Übergabegreifers 4 in alle drei Raumrichtungen, sowie durch ein Verdrehen entsprechend dem Kippwinkel ^ möglich ist.

Die Figur 3 zeigt einen Saugträger 2 mit angedeuteten LEDs 1 und Saugkammern 6. An den Ecken der LEDs 1 sind in diesem Fall kreuzförmige Marken zur Justierung vorhanden, wodurch mittels des Meßmikroskopes 5 über die am Saugträger vorhandenen Durchgangsbohrungen 7 die relative Ausrichtung der LEDs 1 untereinander möglich ist. Entsprechendes gilt für die Ausrichtung des Saugträgers 2 in bezug auf die darunterliegende sichtbare Mo-

ERSATZBLATT dulplatte 3.

Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Saugträgers 2 zusammen mit dessen gezielt steuerbarer Absenkbewegung zum Fügen der Lötpartner läßt sich das Löten von LEDs 1 auf eine Modulplatte 3 weitestgehend kontrollieren. Der Prozess kann zur Automatisierung rechnergesteuert werden. Besondere Vorteile ergeben sich durch die jederzeit durchführbaren Eingriffsmöglichkeiten. Dabei können entstandene Positionsfehler auf dem Saugträger 2 sofort korrigiert werden, das Lδtergebnis ist schnellstens meßbar und die Lageabweichungen der LEDs 1 von einem Nennmaß können dadurch minimiert werden. Aus diesen Gründen und durch den Wegfall bisher notwendiger Verfahrensschritte, wie - Kleben, chemische Behandlung zum Ablösen und Reinigen und mechanische Reinigung - wird die Ausbeute des

Verfahrens wesentlich erhöht. Die Fertigungszeiten sind durch einen automatischen Prozessablauf um ca. 60 % reduzierbar.
Eine Fluorchlorkohlenwasserstoffatmosphäre (FCKW) , wie sie beispielsweise bei einer Dampfphasenlötanlage eingesetzt wird, entfällt. Der gesamte Montage- und Lötvorgang kann an einem Arbeitsplatz und in einer Aufspannung ablaufen.