DE3810285C2 - Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte mit gegurteten und mit Klebstoff versehenen oberflächenmontierbaren Bauelementen (SMD) - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte bzw. einer gedruckten Schaltung mit gegurteten oberflächenmontierbaren elektronischen Bauelementen (welche im folgenden auch "Chips" genannt werden) und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Chipmontage, bei dem das zeitweise Fixieren der Chips auf einer Leiterplatte mittels Klebstoff durchgeführt wird, bevor die Chips auf der Leiterplatte derart montiert werden, daß äußere Anschlüsse der Chips auf Leitungsmuster aufgelötet werden, welche vorher auf der Leiterplatte ausgebildet wurden.

Einige Verfahren zur Chipmontage auf einer Leiterplatte mittels Löten umfassen den Schritt des zeitweiligen Fixierens der Chips auf einer Leiterplatte vor dem Lötvorgang.

Im japanischen Gebrauchsmuster 1405587 (japanische Gebrauchsmusterveröffentlichungsnummer 11438/1981) der Anmelderin ist ein Beispiel einer elektronischen Bauelementenserie bekannt, welche Chips wie beispielsweise chipartige Kondensatoren umfaßt, welche vor dem Lötvorgang zeitweilig auf einer Leiterplatte mittels Klebstoff gehalten werden. Diese Serie von elektronischen Bauelementen umfaßt einen Gurt, welcher sich in Längsrichtung erstreckt, einen wärmehärtbaren Klebstoff, der auf eine flache Oberfläche des Gurts aufgebracht ist sowie eine Vielzahl von Chips, welche mittels des wärmeaushärtbaren Klebstoffs auf dem Gurt gehalten werden. Die Serie elektronischer Bauelemente wird mittels einer geeigneten Transporteinrichtung einer automatischen Chipmontagevorrichtung in Längsrichtung bewegt, um nacheinander einen jeden der Chips in eine Chipentnahmeposition zu bringen, wonach ein jeder Chip an jeweils der gleichen Position mittels eines in der automatischen Chipmontagevorrichtung vorgesehenen Saugkopfs vom Gurt entfernt wird. Der entfernte Chip wird dann mittels des Saugkopfs an einer vorbestimmten Position an einer Leiterplatte abgesetzt. Der Chip kann mittels des wärmeaushärtbaren Klebstoffs, der an einer Seite des Chips anhaften kann, wenn der Chip vom Gurt entfernt wird, temporär an der vorbestimmten Position an der Leiterplatte gehalten werden. Bei den konventionellen Serien elektronischer Bauelemente ist es jedoch schwierig, einen Chip mittels des Saugkopfes vom Gurt zu entfernen oder abzunehmen, nachdem der Chip mit seiner gesamten Bodenfläche mittels des wärmeaushärtbaren Klebstoffs hartnäckig auf der flachen Oberfläche des Gurts gehalten wird. Selbst wenn ein Chip vom Gurt freikommt, zieht es den Gurt mittels des Klebstoffs während des Abnehmvorgangs. Hieraus folgt, daß der Gurt auf benachbarte Chips einwirkt, wenn er elastisch in die ursprüngliche Position zurückkehrt, wodurch die Gefahr besteht, daß diese von dem Gurt getrennt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, daß der Klebstoff an einer Seite des Chips nicht festklebt, wenn der Chip vom Gurt entfernt wird, sondern vielmehr auf dem Gurt verbleibt.

Aus der DE 33 226 132 A1 ist ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte mit gegurteten elektronischen Bauelementen bekannt, dem die Merkmale a), a1), b), c) (soweit die Entnahme des Bauelements in der Entnahmestation zusammen mit dem anhaftenden Klebstoff betroffen ist) und d) gemäß Anspruch 1 unmittelbar bzw. mittelbar entnehmbar sind. Aus der DE 34 08 920 A1 ist im Zusammenhang mit einem gattungsgemäßen Verfahren eine Auswerferstift-Einrichtung bekannt, deren Stift durch ein Deckband eines Chip-Gurts hindurch ein Chip-Bauelement nach oben drücken kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestücken von gegurteten und mit Klebstoff versehenen oberflächenmontierbaren Bauteilen anzugeben, bei dem sowohl die Bauelemente sicher auf dem Gurt gehalten als auch problemlos vom Gurt entnommen werden können.

Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der nachfolgenden Beschreibung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Folge elektronischer Bauelemente;

Fig. 2A bis 2C schematische Schnittansichten, die zur Erläuterung der Art und Weise der Herstellung der Folge elektronischer Bauelemente gemäß Fig. 1 dienen;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Folge elektronischer Bauelemente;

Fig. 4 und 5 schematische Bodenansichten von Beispielen von Chips, welche in der in den Fig. 1 und 3 dargestellten Folge elektronischer Bauelemente verwendet werden können, wobei die Chips von den in den Fig. 1 und 3 gezeigten Gurten abgenommen worden sind;

Fig. 6A bis 6D schematische Schnittansichten, die zur Erläuterung der Art und Weise des Abnehmens eines Chips vom Gurt der in Fig. 1 dargestellten Folge elektronischer Bauelemente dienen; und

Fig. 7 eine schematische Ansicht, die zur Erläuterung der Art und Weise des Erwärmens des Klebstoffes dient, welcher aus einem Polymermaterial besteht und an einem vom Gurt abgenommenen Chip haftet.

In der nachfolgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche bzw. entsprechende Teile.

In Fig. 1 umfaßt die Folge 40 elektronischer Bauteile 50 einen flexiblen Gurt 42, welcher aus weichem Kunststoffmaterial wie beispielsweise Polypropylen oder dergleichen gefertigt ist und welcher sich in Längsrichtung erstreckt, wobei der Gurt 42 eine Vielzahl von kleinen Vertiefungen 44 aufweist, welche unter gleichen Abständen in Längsrichtung des Gurtes 42 angeordnet uund vom Gurt 42 nach unten ausgebaucht sind, wobei eine jede Vertiefung 44 eine im wesentlichen halbkugelförmige Form aufweist, einen Klebstoff 46, der in einer jeden Vertiefung 44 des Gurts 42 aufgenommen ist und zum temporären bzw. zeitweiligen Fixieren eines Chips auf einer Leiterplatte dient, und eine Vielzahl von Chips 50, welche mittels des Stoffs 46 auf entsprechenden Bereichen des Gurts 42, an denen die Vertiefungen 44 ausgebildet sind, gehalten werden. Der Gurt 42 umfaßt weiterhin eine Vielzahl von Transportperforationen 48, die unter gleichen Abständen entlang der Längsrichtung des Gurts 42 ausgebildet sind. Die Transportperforationen 48 werden verwendet, um einen jeden Chip 50 auf dem Gurt 42 zu einer Position vorwärts zu bewegen, an der ein Chip 50 vom Gurt 42 mittels eines (später näher beschriebenen) Saugkopfes abgenommen wird.

Anhand der Fig. 2A bis 2C wird die Art und Weise der Herstellung der in Fig. 1 dargestellten Folge 40 elektronische Bauelemente beschrieben. In Fig. 2A werden Vertiefungen 44 beispielsweise durch Einprägen vorbestimmter Abschnitte des Gurtmaterials ausgebildet, und Transportperforationen 48 werden beispielsweise durch Ausstanzen anderer vorbestimmter Bereiche des Gurtmaterials hergestellt. Gemäß Fig. 2B wird ein erweichter Klebstoff 46 in einer jeden Vertiefung 44 des Gurts 42 eingefüllt. Sodann werden eine Vielzahl von Chips 50 unter gleichen Abständen in einer Reihe auf dem Gurt 42 derart angeordnet, daß sie mit dem in die entsprechenden Vertiefungen 44 eingefüllten Klebstoff 46 in Kontakt kommen, wodurch die Chips 50 mittels des Klebstoffs 46 derart am Gurt 42 gehalten werden, daß der Klebstoff 46 von außen nicht zugänglich ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 weist der Gurt 42 eine Vielzahl von unter gleichen Abständen in Längsrichtung des Gurts 42 angeordneten Höhlungen 54 auf, um Hohlräume zur Aufnahme von Chips 50 zu bilden. Eine kleine Vertiefung 44 ist an einer Unterseite einer jeden Höhlung 54 derart ausgebildet, daß sie vom Boden der Höhlung 54 nach unten ausgebaucht ist, wobei in jeder Vertiefung 44 ein Klebstoff 46 aufgenommen ist. Mittels des Klebstoffs 46 wird ein in jeder Höhlung 54 aufgenommener Chip 50 auf der inneren Bodenoberfläche der Höhlung 54 gehalten. Dieses Ausführungsbeispiel umfaßt ein zusätzliches Deckband 56, welches auf der oberen Oberfläche des Gurts 42 haftet, um die entsprechenden Höhlungen 54 abzudecken, das Deckband 56 kann jedoch auch in Fortfall kommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Transportperforationen 48 beispielsweise durch Stanzen entsprechender Bereiche der aus Gurt 42 und Deckband 56 bestehenden Anordnung gebildet.

Das in den Serien 40 elektronischer Bauelemente gemäß Fig. 1 und 2 verwendete Klebemittel 46 ist vorzugsweise aus einem Polymermaterial gebildet, welches aus Silicon, Acrylharz oder einer Mischung hieraus ausgewählt ist und welches bei Erwärmung auf ungefähr 80°C Klebeeigenschaften aufweist.

Einige Chips sind mit 3 Anschlüssen 50a gemäß Fig. 4 versehen oder mit krabbenbeinartigen Anschlüssen 50a gemäß Fig. 5. Wenn solche Chips 50′ mehrere bzw. viele Anschlüsse aufweisen, so ist es bei der Montage auf eine Leiterplatte wünschenswert, daß die Chips 50′ derart temporär auf der Leiterplatte fixiert werden, daß sie an einer Mehrzahl von Punkten mittels Klebstoff an der Leiterplatte angeheftet werden. Wenn demzufolge solche Chips 50′ nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden, so ist es wünschenswert, eine Folge 40 elektronischer Bauelemente so zu bauen, daß eine Gruppe kleiner Vertiefungen (identisch mit den Vertiefungen 44 gemäß Fig. 1 und 3) auf einem Bereich des Trägerbandes ausgebildet wird, auf dem ein jeder Chip 50′ angeordnet werden soll, wobei Klebstoff in den entsprechenden Gruppen von Vertiefungen aufgenommen wird und die Chips 50′ dann so auf dem Gurt angeordnet werden, daß sie mit dem in den entsprechenden Gruppen von Vertiefungen aufgenommenen Klebstoff in Kontakt kommen, so daß sie auf dem Gurt mittels des Klebstoffs gehalten werden. Wenn ein Chip 50′ von der so konstruierten Folge 40 elektronischer Bauelemente in der im folgenden zu beschreibenden Weise abgenommen wird, so wird der Klebstoff 46 in einem Zustand, in dem er an der Bodenoberfläche des abgenommenen Chips 50 wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt anhaftet, ebenfalls vom Gurt abgenommen. Selbst wenn daher Chips 50 mit Anschlüssen 50a gemäß Fig. 4 und 5 verwendet werden, ist es möglich, diese Chips 50′ auf einer Leiterplatte sicher und fest zeitweilig zu fixieren.

Die in Fig. 1 und 3 dargestellte Folge 40 elektronischer Bauelemente wird auf eine nicht dargestellte Spule aufgewickelt. Die Spule mit der aufgewickelten Folge 40 elektronischer Bauelemente wird beim Gebrauch in einer nicht dargestellten Vorrichtung zum automatischen Montieren von Chips auf Leiterplatten installiert. In der Montagevorrichtung kommt eine geeignete Transporteinrichtung, beispielsweise die Zähne eines Transportrades, mit den Transportperforationen 48 der Folge 40 elektronischer Bauelemente in Eingriff, um die Folge 40 elektronischer Bauelemente bei der Rotation des Transportrades von der Spule abzuziehen, wodurch ein jeder Chip 50 oder 50′ auf dem Gurt 42 in eine Position vorwärtsbewegt wird, bei der ein jeder Chip 50 oder 50′ auf dem Gurt 42 vom Gurt 42 abgenommen wird. In solchen Fällen, in denen Bauelementenserien 40 gemäß Fig. 3 benutzt werden, wird das Deckband 56 vom Gurt 42 mittels beispielsweise einer Aufnahmewalze oder einer anderen geeigneten Einrichtung abgezogen, während die Folge 40 elektronischer Bauelemente zu der Chipabnahmeposition bewegt wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird die Art und Weise des Entfernens der Chips 50 vom Gurt 42 gemäß Fig. 1 beschrieben. In Fig. 6 bezeichnet die Bezugsziffer 300 einen Saugkopf, der in einer (nicht dargestellten) automatischen Chipmontagevorrichtung enthalten ist und dazu dient, die Chips 50 einer nach dem anderen mittels Saugwirkung von dem Gurt abzunehmen und sie auf eine Leiterplatte zu plazieren. Der Saugkopf 300 ist mit einer (nicht dargestellten) Vakuumquelle verbunden, um die Chips 50 nacheinander von dem Gurt abzusaugen. Weiterhin kann der Saugkopf 300 bezüglich des Gurts 42 und bezüglich einer Leiterplatte vertikal bewegt werden. Weiterhin ist der Saugkopf 300 zwischen einer Position X1, bei der die Chips 50 vom Gurt 42 entfernt werden und einer Position X2, bei der jeder der so abgenommenen Chips 50 auf einer Leiterplatte montiert wird, bewegbar und befindet sich normalerweise in einer Position direkt oberhalb der Chipabnahmeposition X1. Die vorstehend erwähnten Bewegungen des Saugkopfes werden mittels irgendeiner geeigneten Einrichtung, beispielsweise mittels hin- und hergehender Zylindereinrichtungen, durchgeführt. Unterhalb der Chipabnahmeposition X1 ist ein Ausstoßzapfen 302 angeordnet, der bezüglich des Gurts in vertikaler Richtung bewegbar ist. Der Ausstoßzapfen 302 befindet sich normalerweise in einer unteren Stellung. In Fig. 6A erreicht der vorderste Chip 50 die Chipabnahmeposition X1. Zu diesem Zeitpunkt wird der Saugkopf 300 nach unten bewegt, um mit seinem unteren Ende mit dem Chip 50 in Eingriff zu kommen, und dann hält der Saugkopf den Chip 50 mittels Saugwirkung, wie dies in Fig. 6B dargestellt ist. Sodann wird der Saugkopf 300, der den Chip 50 hält, nach oben bewegt, um den Chip 50 vom Gurt 42 abzunehmen.

Gleichzeitig mit der nach oben gerichteten Bewegung des Saugkopfes 300 wird der Ausstoßzapfen 302 nach oben bewegt, um eine Vertiefung 44 des Gurts 42, auf dem der Chip 50 mittels des in der Vertiefung befindlichen Klebstoffs gehalten ist, nach oben zu drücken. Zu diesem Zeitpunkt wird aufgrund der nach oben gerichteten Bewegung des Ausstoßzapfens 302 die Vertiefung 44 umgekehrt bzw. umgestülpt, derart, daß sich der Bodenabschnitt der Vertiefung 44 aktiv nach oben erstreckt, wie dies in Fig. 6C gezeigt ist, nachdem der Gurt 42, wie oben beschrieben, aus flexiblem Kunststoffmaterial besteht. Aufgrund der nach oben gerichteten Bewegung des Saugkopfes 300 (vergleiche Fig. 6D) wird auf diese Weise der Chip 50 in einfacher Weise vom Gurt 42 abgenommen. Selbstverständlich wird der Klebstoff 46 ebenfalls vom Gurt 42 abgenommen, wobei er an der Bodenfläche des Chips 50 haftet. Hiernach wird der Saugkopf 300, der den Chip 50 mittels Saugwirkung hält, in die Chipmontageposition X2 bewegt, um den Chip 50 auf einer Leiterplatte 400 zu plazieren (Fig. 7), wodurch der Chip 50 mittels des Klebstoffs 46, der an der Bodenoberfläche des Chips 50 haftet, temporär auf die Leiterplatte 400 aufgeklebt wird. In Fällen, in denen der Klebstoff 46 wie oben beschrieben aus einem Polymermaterial besteht, wird der an der Bodenoberfläche des Chips 50 klebende Klebstoff 46 einer Wärmebehandlung unterzogen, bevor der Saugkopf 300 nach unten bewegt wird, um den Chip 50 auf der Leiterplatte 400 zu plazieren. Die Wärmebehandlung kann unter Verwendung von Heißluft durchgeführt werden, die von einer Heißluftdüse 304 gemäß Fig. 7 ausgestoßen wird. Die Wärmebehandlung kann durchgeführt werden, indem als Heißluft Luft verwendet wird, die auf eine Temperatur von ungefähr 80°C erwärmt ist, wodurch der Klebstoff 46 Adhäsion aufweist. Die Wärmebehandlung könnte auch unter Verwendung einer Wärmestrahleinrichtung, eines Heizofens oder einer Heizung durchgeführt werden.

In Fällen, wo ein Chip 50′ gemäß Fig. 4 und 5 vom Gurt 42, welcher Chips 50′ trägt, entfernt wird, kann eine Gruppe von Vertiefungen des Gurts, auf dem der Chip 50′ gehalten ist, mittels einer Mehrzahl von Ausstoßzapfen entsprechend der Anzahl der Vertiefungen in der vorbeschriebenen Weise nach oben gedrückt werden.

Das vorstehend beschriebene Verfahren wird wiederholt, um eine vorbestimmte Anzahl von Chips auf einer Leiterplatte temporär zu fixieren. Hiernach wird die Leiterplatte einer Lötstation zugeführt. Im Lötschritt werden die Chips in praktischer Weise mittels Auflöten äußerer Anschlüsse der Chips auf die Leiterplatte an der Leiterplatte befestigt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte mit gegurteten oberflächenmontierbaren Bauelementen (SMD) mit folgenden Verarbeitungsschritten:

• a) Bereitstellung von oberflächenmontierbaren Bauelementen (50) auf einem Gurt (42), wobei
  • a1) die Bauelemente (50) durch Klebstoff (46) auf dem Gurt (42) gehalten werden und
  • a2) im Gurt (42) zur Aufnahme des Klebstoffs (46) unter jedem Bauelement (50) mindestens eine Vertiefung (44) ausgebaucht ist,
• b) Vorwärtsbewegung des Gurtes, um die Bauelemente (50) zur Entnahmestation zu transportieren,
• c) Entnahme jedes Bauelements mit dem anhaftenden, in der klebstoffgefüllten Vertiefung (44) befindlichen Klebstoff in der Entnahmestation, wobei
  • c1) zur Erleichterung der Abnahme des Bauelements die mindestens eine Vertiefung (44) nach oben, in Richtung auf das Bauelement (50), gedrückt und dabei deformiert wird,
• d) Plazieren des abgenommenen Bauelements (50) auf der Leiterplatte, wobei das Bauelement (50) durch den Klebstoff (46) auf der Leiterplatte temporär fixiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede Vertiefung (44) in eine im wesentlichen halbkugelförmige Form geformt wird und daß der Schritt des nach oben Drückens der zumindest einen Vertiefung den Schritt umfaßt, die zumindest eine Vertiefung umzudrehen bzw. umzustülpen derart, daß sie nach oben vorsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff aus einem Polymermaterial gebildet ist, welches aus Silicon, einem Acrylharz oder einer Mischung hieraus ausgewählt ist und welches die Eigenschaft hat, bei Erwärmung Adhäsion aufzuweisen, und daß es weiterhin den Schritt umfaßt, nach dem Entnehmen des elektronischen Bauelements den Klebstoff, welcher an der Bodenfläche des abgenommenen elektronischen Bauelements haftet, einer Wärmebehandlung zu unterziehen, damit der Klebstoff Klebeeigenschaften aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt, den Klebstoff einer Wärmebehandlung zu unterziehen, dadurch durchgeführt wird, daß der Klebstoff mit heißer Luft behandelt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gurt (42) eine Vielzahl von Höhlungen (54) unter gleichen Abständen in Längsrichtung des Gurts ausgebildet werden, um Hohlräume zur Aufnahme der elektronischen Bauelemente (50) zu bilden, wobei am Boden einer jeden Höhlung zumindest eine der Vertiefungen (44) derart ausgebildet wird, daß sie vom Boden der Höhlung nach unten ausgebaucht ist, wobei in zumindest einer der Vertiefungen einer jeden Höhlung der Klebstoff (46) aufgenommen ist, und wobei in jeder Höhlung ein elektronisches Bauelement aufgenommen ist und mittels des in zumindest einer Vertiefung der Höhlung aufgenommenen Klebstoffs an der Bodenfläche der Höhlung gehalten wird.