DE68917813T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgiessen von Leiterplatten. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Spritzgießens und insbesondere auf das Spritzgießen von Leiterplatten, die ausgesparte Schaltungsmuster und Durchgangslöcher, die zum Befestigen diskreter Schaltungskomponenten verwendbar sind, aufweisen.
• Leiterplatten, die auch gedruckte Leiterplatten genannt werden, umfassen ein dünnes elektrisch isolierendes, gewöhnlich flaches oder planares Substrat, das Muster feiner Linien elektrischer Leiter auf einer oder beiden Oberflächen trägt. Konventionelle Leiterplatten enthalten Mittel, wie Durchgangslöcher, die es ermöglichen, diskrete Schaltungskomponenten, z.B. Widerstände, Kondensatoren und dergleichen auf der Platte physisch zu befestigen und elektrisch mit dem Schaltungsmuster der Platte zu verbinden.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Spritzgießen von Leiterplatten, wobei außergewöhnliche Formteilbestandteile bereitgestellt werden, ohne sich darauf zu beschränken, schließen diese ein: eine Kernstift-Einbringungsvorrichtung, einen heißen Angußkanal für das Spritzguß-System, eine Anordnung von Angußkanälen und Plattenausstoßvorrichtungen im Ausschußbereich der Platten, wahlweise eine Heizung oder Kühlung der Gußform und Robotermittel für Luft und Vakuum zur Hilfe beim Ausstoßen der Platten aus dem Formenhohlraum.
• Das US-Patent 3 889 363 beschreibt das Formen gedruckter Leiterplatten, wobei eine der beiden sich gegenüberliegenden Formteile runde Vorsprünge oder Stifte trägt, die Durchgangslöcher ergeben. Der Formenhohlraum wird evakuiert, ein leitfähiges Metall wird auf der gesamten inneren Oberfläche des Formenhohlraums unter Vakuum abgeschieden und ein geeigneter Kunststoff wird in die Form eingespritzt. In dieser Vorrichtung enthält jede einzelne Leiterplattengußform die Stifte für Durchgangslöcher, die für diese einzelne Leiterplatte erforderlich sind.
• Das US-Patent 4 591 220 enthält auch die oben genannte allgemeine Lehre in Bezug auf das Gießen der Leiterplatten.
• Ein Merkmal der Erfindung ermöglicht, daß die geformte Leiterplatte ausgesparte Bereiche enthält, die später mit leitfähigem Metall gefüllt werden, um dadurch das Schaltungsmuster der Leiterplatte zu bilden.
• Das US-Patent 3 438 127 ist deshalb von Interesse, weil es das Formen von Leiterplatten, die Durchgangslöcher aufweisen, beschreibt, wobei die geformten Platten ausgesparte Bereiche mit Mustern enthält, die das elektrische Schaltungsmuster der Platte festlegen.
• Ein Merkmal der Erfindung betrifft die ausgesuchte Verwendung nur einiger bestimmter Kernstifte oder -drähte von vielen, in Übereinstimmung mit der einzelnen Leiterplatte, die danach geformt wird.
• Das US-Patent 4 342 549, das sich auf eine andere Ausbildung bezieht, ist in diesem Zusammenhang von Interesse. Dies Patent beschreibt eine Anordnung zum Formen oder Gießen von Gegenständen wie Gehäusen, Kennzeichnungsschildern oder auf andere Weise gestaltete Bauteile, wobei eine Gußformwand eine Vielzahl von nahe beabstandeten Löchern enthält, von denen jedes einen Stift oder Schaft enthält. Eine Vielzahl von Stellgliedern werden zum selektiven Steuern der Bewegung von bestimmten Stiften teilweise oder vollständig in den Formenhohlraum hinein bereitgestellt. Auf diese Weise wird der geformte Gegenstand mit einem codierten Muster von Blindlöchern und vollkommenen Durchgangslöchern als Gegenstandscodierungs- oder Kennzeichnungsmittel gebildet.
• Dieses Patent bezieht sich nicht auf die Technik geformter Leiterplatten, die dabei eingeformte Durchgangslöcher haben. Dieses Patent liefert nur eine Lehre, wie ein gegossener Gegenstand mit einem codierten Oberflächenmuster als Mittel zur Kennzeichnung des Gegenstandes hergestellt werden kann.
• Ein anderes Patent, das sich auf eine unterschiedliche Technik bezieht, aber von allgemeinem Interesse ist, ist das US-Patent 4 552 716. Dieses Patent beschreibt, wie ein Kopf eines Matrixnadeldruckers geformt werden kann, wobei Drähte in den Gußhohlraum eingeführt werden, um dadurch gegossene Durchgangskanäle festzulegen, die später die Nadeln des Druckkopfes führen.
• Dieses Patent lehrt weder das Formen von Durchgangslöchern in einer gegossenen Leiterplatte noch lehrt es, wie eine Familie aus individuell unterschiedlichen Leiterplatten mittels Auswählen von nur bestimmten, einzelnen aus einer Vielzahl von Kerndrahtstiften zur Verwendung beim Gießen eines jeden individuellen Einzelstücks der Leiterplattenfamilie gegossen werden kann.
• Ein Bestandteil der Erfindung liefert ein Mittel, durch welches Fehler eines ausgewählten Kernstiftes oder -drahtes zur Durchdringung der Form erfaßt werden. In dieser Hinsicht ist das US- Patent 4 491 295 von allgemeinem Interesse. Dieses Patent beschreibt, wie ein Stapel aus Leiterplatten durchbohrt wird, um Durchgangslöcher zu bilden, wobei ein Mittel bereitgestellt wird, um Fehler eines Bohrers beim richtigen Eindringen in das passende Blindloch, das in einer unteren Platte, die den Stapel trägt, geformt ist, zu entdecken.
• Diese Erfindung liefert eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 für das Spritzgießen von Leiterplatten, die dünne Oberflächenaussparungen aufweisen und Durchgangslöcher haben, die sich zwischen den Oberflächen der Platte erstrecken. Nach dem Gießen werden die Oberflächenaussparungen mit Metall gefüllt, um dadurch das elektrische Schaltungsmuster der Platte zu bilden. Die Durchgangslöcher werden mit Metall verblendet, das sich elektrisch mit dem Schaltungsmuster verbindet. Die Anschlußdrähte der diskreten Bauelemente werden in den Durchgangslöchern befestigt.
• Die Gießvorrichtung enthält eine einzelne Gießstation, die ein Paar formstützende Sicherungsplatten enthält. Diese Sicherungsplatten enthalten Mittel zum Einspritzen von Gießmaterial in eine entfernbare Form und Mittel zum Ausstoßen einer geformten Leiterplatte aus dem Formenhohlraum. Die Sicherungsplatte, die die Ausstoßmittel enthält, ist relativ zur anderen Sicherungsplatte bewegbar.
• Jede Gußform einer Familie von Gußformen wird aus einem zusammenpassenden Paar von Hohlraumblöcken gebaut, z.B. eine Gußform oder ein Gußformpaket. Ein unterschiedliches Gußformpaket wird für jedes Einzelstück einer Leiterplattenfamilie, das unter Verwendung der Sicherungsplatten auf der Gießstation selektiv gegossen werden kann, bereitgestellt. Vor dem Spritzgießen wird der Formenhohlraum unter ein Teilvakuum gesetzt.
• Mindestens eines der Sicherungsplatten enthält einen heißen Angußkanal für das Spritzguß-System und die Einspritzung erfolgt an dem Rand der Leiterplatte in einem Bereich der Platte, der Ausschuß darstellt. Der Ausschußbereich des Formenhohlraums ist zugeschnitten, um als sekundärer Angußkanal zu wirken und um auch den Fluß des Gießmaterials in den zentralen Abschnitt des Formenhohlraums richtig zu lenken.
• Ein Bauteil, vorzugsweise ein Halbleiterbauelement, wird bereitgestellt, um schnell das Gußformpaket zur Vorbereitung des Einspritzens aufzuheizen und um später das Gußformpaket in Vorbereitung des Ausstoßens der Platte aus dem Formenhohlraum schnell abzukühlen.
• Mechanische Ausstoßmittel in Form von Stiften oder Scheiben sind in mindestens einer der Sicherungsplatten angeordnet. Diese Ausstoßmittel durchdringen das Gußformpaket, um eine gegossene Platte in ihrem Ausschußrandbereich zu greifen. Die Ausstoßkraft von positivem Luftdruck der Luft kann auch auf die Platte angewandt werden, um beim Ausstoß der Platte aus dem Formenhohlraum zu helfen. Eine Unterdruck-Spannvorrichtung, die auf einem Roboterarm befestigt ist, kann auch verwendet werden, um beim Entfernen der Platte aus dem Formenhohlraum zu helfen.
• Die Durchgangslöcher der Platte werden durch Einbringen von Kernstiften in Form einer Vielzahl von Längen flexibler Drähte in den Formenhohlraum gebildet. Viele solcher Kerndrähte sind mit mindestens einer der Sicherungsplatten vereinigt. Jedoch werden nur die Kerndrähte aktiviert, die für das Einzelstück der Plattenfamilie, das danach gegossen wird, erforderlich sind, z.B. in das Gußformpaket bewegt. Infolge dessen sind die Vielzahl von Kerndrähten zur Verwendung in Übereinstimmung mit dem Gußformpaket, das sich dann in der Gießstation befindet, programmiert. Auf diese Weise ist die Vielzahl der Kerndrähte programmierbar, um irgendeine Anzahl unterschiedlicher Platten, die durch das Gußformpaket definiert sind, die dann in der Gießstation im Gebrauch sind, unterzubringen.
• Die Konstruktion und Anordnung ermöglicht die Erleichterung des Auswechselns der Kerndrähte.
• Dem Fachmann in dieser Technik werden unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung diese und andere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung sichtbar, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Gießvorrichtung gemäß der Erfindung mit den beiden Hohlraumblocks, die das Formenpaket umfaßt, die auf einem Paar Sicherungsplatten befestigt sind, wobei eine der Sicherungsplatten beweglich ist, um das Öffnen des Formenhohlraums zu ermöglichen,
• Fig. 2 zeigt den Formenhohlraum der Fig. 1 in einer geschlossenen Anordnung und zeigt, wie das Einspritzen von Gießmaterial in den nutzbaren zentralen Abschnitt der Leiterplatte durch einen Angußverteiler oder sekundären Angußkanal gesteuert wird, der betrieben wird, um den Materialstrom von dem Ausschußrandabschnitt der Leiterplatte bis zu ihrem zentralen Abschnitt zu lenken,
• Fig. 3 zeigt die Anordnung einer Vakuumöffnung zum Evakuieren der Luft in dem Randabschnitt eines der zwei Hohlraumblöcke,
• Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Leiterplatte, die gemäß der Erfindung gegossen wurde,
• Fig. 5 ist eine vereinfachte Ansicht eines Abschnitts eines der zwei Hohlraumblöcke der Gußform, dieser Block weist Löcher auf, die das Muster der Durchgangslöcher der Leiterplatte festlegen, die durch dieses Paar von Hohlraumblöcken geformt werden, und zeigt auch in vereinfachter Weise, wie die Sicherungsplatte für den Hohlraumblock eine große Anzahl von bewegbaren Kerndrahtstiften trägt, wobei nur einige von ihnen zur Bewegung in den Formenhohlraum hinein ausgewählt werden,
• Fig. 6 zeigt einen Abschnitt der Kerndrahtstift-Konstruktion und der Anordnung der Fig. 5, die zwei Kerndrahtstifte zeigt, die in den Formenhohlraum hinein bewegt wurden, um in Blindlöchern zu sitzen, die in dem zweiten Hohlraumblock des Gußformpakets ausgebildet sind, und die einen Draht zeigt, der nicht zur Verwendung mit dem Formenhohlraum ausgesucht worden ist,
• Fig. 7 zeigt die Drahthaltebuchse der Fig. 6. Diese Buchse ermöglicht das Programmieren, durch welches Kerndrahtstifte für ein Gußformpaket verwendet werden und/oder ermöglicht das Auswechseln von beschädigten Drahtstiften während der Wartung der Gießstation,
• Fig. 8 zeigt ein angepaßtes, luftbetriebenes Ausstoßventil, das in einem der Hohlraumblöcke der Gußform angeordnet ist, um mit dem Ausschußrandbereich der Leiterplatte zusammenzuwirken, und
• Figuren 9 und 10 zeigen eine offene Schlitzform einer angepaßten luftbetriebenen Ausstoßvorrichtung, die in einem der Hohlraumblöcke der Gußform angeordnet ist, um mit dem Ausschußrandbereich der Leiterplatte zusammenzuwirken.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung ermöglichen einer Familie von Leiterplatten so gegossen zu werden, daß jedes Einzelstück der Familie sein eigenes einzigartiges doppelseitiges Schaltungsmuster und sein eigenes einzigartiges Muster an Durchgangslöchern aufweist.
• In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird keine Materialauswahl beschrieben. Es wird vorausgesetzt, daß die unterschiedlichen Teile aus geeignetem Material, das dem Fachmann dieser Technik gut bekannt ist, hergestellt werden.
• Eine beispielhaft flache, planare Leiterplatte 30, die unter Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung gegossen werden kann, wird in Fig. 4 gezeigt. Diese Platte ist von beispielhaft rechtwinkliger Größe von etwa 25 mm mal 25 mm und ist etwa 0,15 mm dick. Zur Vereinfachung werden das Schaltungsmuster der Leiterplatte und das Muster der Durchgangslöcher nicht in Fig. 4 gezeigt. Ein Randabschnitt 32 der Platte umgibt den zentralen verwendbaren Bereich der Platte, in dem die Schaltungsmuster und die Durchgangslöcher angeordnet sind. Die Einspritzung des Gießmaterials und der Plattenausstoß werden in dem Umfangsausschußbereich 32 der Platte durchgeführt. Die Markierungen 33 auf der Leiterplatte 30 repräsentieren die physischen Positionen der Einspritzöffnungen des Gußformpakets und/oder der Leiterplatten Ausstoßvorrichtungen.
• Ein Gußformpaket 10, 11 der Fig. 1 (z.B. ein zusammenpassendes Paar von Hohlraumblöcken 10, 11) wird für jedes Einzelstück der Leiterplattenfamilie bereitgestellt. Wenn zum Beispiel fünf Leiterplatten zu einer Plattenfamilie gehören, werden fünf unterschiedliche untereinander austauschbare Gußformpakete 10, 11 bereitgestellt. Die allgemeine Konstruktion und Anordnung und die äußere Form jedes Gußformpakets ist allen Gußformpaketen einer Familie gemeinsam, so daß alle Gußformpakete mit einem einzigen Paar von Sicherungsplatten 16, 17, die an einer zentralen Gießstation angeordnet sind, zusammenwirken. Dadurch können alle Leiterplatten einer Familie auf dieser Station gegossen werden.
• In Übereinstimmung mit der Standardpraxis sind eine oder mehrere der Platten 16, 17, die die Plattenausstoßmittel enthalten, beweglich, um das Öffnen des Gußformpakets zu ermöglichen.
• Die inneren, hohlraumbildenden Wände 12, 13 eines jeden Gußformpakets 10, 11 enthalten nur Kerndrahtlöcher 14, 15, die erforderlich sind, um die Durchgangslöcher für das Gußformpaket der einzelnen Leiterplatte festzulegen. Das Lochmuster 14, 15 irgendeines gegebenen Gußformpakets ist normalerweise sowohl in der Anzahl als auch in der physischen Anordnung der Löcher 14, 15 unterschiedlich. Es wird jedoch anerkannt, daß unterschiedliche Einzelstücke einer Leiterplattenfamilie ähnliche Muster an Durchgangslöchern aber unterschiedliche Schaltungsmuster aufweisen können. Anders ausgedrückt, während ein Muster von Durchgangslöchern einer Platte ein einzigartiges Kennzeichen für die Leiterplatte festlegt, wird auch die Einzigartigkeit von jeder Platte durch ihre ausgesparten Schaltungsmuster gekennzeichnet.
• Eine Gießstation (z.B. eine gemeinsame Gußformbasis, die ein Paar Sicherungsplatten 16, 17 umfaßt) wird bereitgestellt. Zu irgendeiner Zeit wird nur ein einziges ausgewähltes Gußformpaket 10, 11 einer Familie auf dieser Station befestigt. Die Gießstation oder die gemeinsame Gußformbasis 16, 17 umfaßt, ohne sich darauf zu begrenzen, (1) Mittel zum Einspritzen des Gießmaterials in den Formenhohlraum, (2) Mittel zum Ausstoßen der gegossenen Leiterplatte aus dem Formenhohlraum und (3) eine Vielzahl von beweglichen die Form durchdringenden Kernstiften.
• Fig. 5 ist eine vereinfachte Ansicht von nur einem Abschnitt der Sicherungsplatte 17 und des Hohlraumblocks 11 der Fig. 1.
• Diese Figur zeigt eine große Anzahl von Löchern 19 für Kernstifte, die in die Sicherungsplatte 17 eingeformt sind, wobei jedes Loch davon mit einem Kernstift 18 ausgestattet ist. Zwölf der Kerndrahtstifte 18 werden gezeigt, die aus der Oberfläche 20 der Sicherungsplatte 17, auf welcher der Hohlraumblock 11 liegt (wie in Fig. 1 gezeigt), hervorspringen. Der Hohlraumblock 11 hat zwölf passende Löcher 15, die diese zwölf Kerndrahtstifte aufnehmen. Wie in Fig. 1 gezeigt, stützt und nimmt der zusammenpassende Hohlraumblock 10 die Enden dieser zwölf Kerndrahtstifte in einem passenden Muster von zwölf Blindlöchern 14 auf. Auf diese Weise wird diese besonders gegossene Leiterplatte mit dem geforderten Muster von zwölf Durchgangslöchern ausgestattet.
• Die Bewegung der großen Vielzahl der Kerndrahtstifte 18 (z.B. ein Draht für jedes Loch, das in der Sicherungsplatte 17 ausgebildet ist) ist gemäß der Erfindung programmiert, um sie an all die verschiedenen Muster der Durchgangslöcher, die in der Vielzahl der Gußformpakete 10, 11 in der Leiterplattenfamilie enthalten sind, anzupassen. Auf diese Weise ermöglicht eine ausgesuchte Bewegung bestimmter Kerndrahtstifte 18 in einen Formenhohlraum, der dann auf der Gießstation der Fig. 1 angeordnet ist, die Durchgangslöcher aller Einzelstücke der Leiterplattenfamilie zu bilden, und nur das Gußformpaket 10, 11 muß ausgewechselt werden, wenn eine unterschiedliche Leiterplatte gegossen werden soll.
• In dem Beispiel, das in Fig. 5 gezeigt wird, sind zwölf die Gußform durchdringende Stifte 18 vorhanden, wobei jeder von ihnen in einer bekannten X-Y Position in Bezug auf die Sicherungsplatte 17 angeordnet ist. Das Gußformpaket, das in der Gießstation angeordnet ist, hat ein entsprechendes X-Y Lochmuster. In diesem Beispiel werden alle zwölf Kernstifte 18 in und durch den Formenhohlraum geschoben. Der Formenhohlraum wird dann mit Gießmaterial gefüllt. Nachdem das Material sich gesetzt hat, werden die Stifte 18 aus dem Gußformpaket herausgezogen, das Gußformpaket geöffnet und die Platte entfernt.
• Nun wird angenommen, daß ein unterschiedliches Gußformpaket 10, 11 auf der Gießstation der Fig. 1 plaziert wird und daß die Löcher 14, 15 in diesem unterschiedlichen Gußformpaket nur mit den physischen Positionen von zwei Kernstiften 18 übereinstimmen, die auf den X-Y Koordinaten (siehe das Koordinatensystem der Fig. 5) "Spalte 5, Zeile 8" und "Spalte 7, Zeile 10" der Sicherungsplatte 17 angeordnet sind. In diesem Fall werden nur diese zwei Stifte 18 in den Formenhohlraum geschoben, bevor der Hohlraum mit Gießmaterial gefüllt wird.
• Auf diese Weise ermöglicht eine einzelne Gießstation (Fig. 1) und eine einzelne Anordnung von die Gußform durchdringenden Stiften 18 (Fig. 5) das Gießen einer ganzen Leiterplattenfamilie, wobei jedes Einzelstück der Leiterplattenfamilie sein eigenes Gußformpaket hat.
• Ein elementares Merkmal dieser Erfindung ermöglicht in einer Anordnung zur Bildung von Durchgangslöchern in gegossenen Leiterplatten diese einzigartige Konstruktion.
• In dieser Ausbildung der Erfindung, stellt die Erfindung ein Mittel (z.B. Fig.1) zum Gießen einer einzelnen ausgewählten Leiterplatte einer Familie bereit, in der alle Einzelstücke der Plattenfamilie ein Paar der Hohlraumblöcke 10, 11 einschließen, die im wesentlichen die gleichen Außenmaße aufweisen und im wesentlichen die gleichen eingebauten Einspritz- und Ausstoßmittel haben. Als Ergebnis können alle Hohlraumblock-Kombinationen der Leiterplattenfamilie in der gleichen Gießstation untergebracht werden.
• Jedes Einzelstück der Leiterplattenfamilie enthält ein einzigartiges Schaltungsmuster 25 und ein einzigartiges Muster von Durchgangslöchern (siehe 15 der Fig. 5), das zum Einbringen von diskreten Schaltungskomponenten verwendet wird. Folglich muß die einzelne Gießstation ein Mittel (z.B. 17 der Fig. 5) enthalten, um die Ausbildung aller möglichen Muster von Durchgangslöchern unterzubringen. In Übereinstimmung mit den einzigartigen Mustern für Durchgangslöcher der Leiterplatte, die gerade zu irgendeiner gegebenen Zeit gegossen wird, wird gemäß dieser Erfindung dieses Mittel zum Bilden von Löchern selektiv programmiert.
• Fig. 6 sollte zusammen mit Fig. 5 in Betracht gezogen werden. Fig. 6 ist vereinfacht worden, um nur drei der vielen Kerndrahtstifte 18 zu zeigen, die zur Bildung von zwei Durchgangslöchern verwendet werden, für die im Hohlraum 24 zu gießende Platte, welcher von Hohlraumblock 10 und Hohlraumblock 11 gebildet wird. Praktisch werden eine große Anzahl solcher Kerndrahtstifte an einer Gießstation bereitgestellt, wie in Fig. 5 gezeigt.
• Alle Kerndrahtstifte sind von einem spiralförmig gebogenen Schutz 80 umschlossen, und das Ende dieses Schutzes ist mit einer von vier fest positionierten Abschlußplatten 81 verbunden. Die Abschlußplatten 81 sind auch in Fig. 5 zu sehen. Jede Platte 81 liefert den Abschluß für ein Viertel der Kerndrahtstifte 18, die von der Sicherungsplatte 17 gehalten werden. Auf jeder Seite der Sicherungsplatte ist eine ähnliche Abschlußplatte montiert, und jede der Platten stellt Abschlüsse für ein Viertel der Kerndrahtstifte zur Verfügung, die in einer X-Y Koordinaten Matrix von Kerndrahtstiften der Sicherungsplatte 17 enthalten sind. Zur Vereinfachung zeigt Fig. 5 nicht alle dieser Kernstifte, die aus den Abschlußplatten herausragen, wie sie es in Wirklichkeit tun und wie es in Fig. 6 gezeigt wird.
• Die Kerndrahtstifte 18, die zur Verwendung mit dem besonderem Gußformpaket 10, 11 programmiert sind, das danach in der Gießstation der Fig. 1 verwendet wird, sind mit beweglichen Platten 82 und 83 verbunden (diese Platten werden nicht in Fig. 5 gezeigt). Die Enden dieser besonderen Drähte werden an den Platten 82, 83 unter Verwendung von einer zweiteiligen Trennbuchse 84 befestigt (die Buchse 84 wird auch in Fig. 7 gezeigt). Jeder einzelne der Kerndrahtstifte, der zur Verwendung für ein besonderes Gußformpaket 10, 11 ausgewählt oder programmiert ist, arbeitet zusammen mit einem Durchgangsloch 15, das in dem Hohlraumblock 11 des Gußformpakets eingeformt ist und wirkt zusammen mit einem zusammenpassenden Blindloch 14, das in dem Hohlraumblock 10 des Gußformpakets ausgebildet ist. Infolge dessen gibt es eine Eins-zu-Eins Zuordnung zwischen den Mustern für Durchgangslöcher der Leiterplatten und den Kerndrahtstiften 18, die für die Verwendung mit den Gußformpaketen der Platten ausgewählt oder programmiert sind.
• Alle anderen Kerndrahtstifte 18 sind nicht aktiv (z.B. unbenutzt) bei dem besonderen in Betracht gezogenen Paar von Hohlraumblöcken 10, 11. Die Kerndrahtstifte 18, die nicht programmiert sind, um mit dem besonderen Paar von Hohlraumblöcken verwendet zu werden, passieren frei durch die Platten 82, 83 hindurch, ohne mit diesen verbunden zu sein.
• Im Rahmen eines Beispiels eines Programmierungsmittels, aber ohne Einschränkung darauf, werden die Platten 82 und 83 der Fig. 6 auseinander bewegt, um dadurch alle 84 Buchsen zu öffnen. Die Platten 82, 83 werden danach nach rechts bewegt. Die Drähte 18, die mit einem Loch im Hohlraumblock 11 (zwei solcher Drähte werden in Fig. 6 gezeigt) zusammenwirken, bewegen sich mit den Platten 82, 83 und folglich durchdringen diese Drähte den Formenhohlraum 24 und besetzen die zusammenpassenden Löcher 14 des Hohlraumblocks 10. Jedoch die Drähte 18, die nicht mit einem Loch im Hohlraumblock 11 zusammenwirken (ein solcher Draht wird in Fig. 6 gezeigt), gleiten in Bezug auf ihre geöffneten Buchsen 84. Die Platten 82 und 83 werden nun zusammen zurückbewegt, und die Platten werden in dieser Position festgesetzt, um dadurch alle Buchsen 84 zu schließen.
• Dem Fachmann ist es verständlich, daß viele andere Detailkonstruktionen und -anordnungen im Sinne dieser Erfindung möglich sind, um nur bestimmte Kerndrahtstifte 18 zur Verwendung mit irgendeinem vorgegebenen Gußformpaket 10, 11 zu programmieren. Deshalb ist die Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen zu beschränken. Zum Beispiel kann im Rahmen der Lehre dieser Erfindung eine Rutschkupplungsvorrichtung bereitgestellt werden, so daß alle Kerndrahtstifte der Fig. 5 einer Kraft ausgesetzt werden, die die Drähte gegen den Hohlraumblock 11 drückt. Wenn jedoch kein Loch 15 in dem Hohlraumblock für einen besonderen Draht vorhanden ist, rutscht bloß dieser besondere Draht relativ zu dem kraftübertragenden Mittel.
• Im Betrieb nach Fig. 6 wird, nachdem das Gußformpaket 10, 11 geschlossen ist, das Mittel, das die Kerndrahtstifte festhält und die Platten 82, 83 umfaßt, nach rechts bewegt. Diese Bewegung veranlaßt die Enden der Kerndrahtstifte, den Formenhohlraum 24 zu passieren, so daß die Enden der Drähte sich in den Blindlöchern 14, die in die Oberfläche 12 des Hohlraumblocks 10 eingeformt sind, festsetzen.
• Die nachfolgende Einspritzung von Gießmaterial in den Hohlraum 24 erzeugt eine Leiterplatte, die ein einzigartiges Muster an Durchgangslöchern in Übereinstimmung mit dem Muster der programmierten Kerndrahtstifte 18 aufweist. Nachdem das Gießmaterial fest geworden ist, bewegen sich die Platten 82, 83 zurück nach links, wobei sie die Enden der Kerndrahtstifte 18 aus dem Formenhohlraum 24 herausziehen. Dann wird die Gußform geöffnet, und die Platte wird aus dem Formenhohlraum herausgestoßen.
• Im Falle, daß es ein für den Einsatz programmierter Kerndrahtstift 18 verfehlt, sich genau zu bewegen, zum Beispiel sich in sein Blindloch 14 zu setzen, wird sich das schützende Teil 80, das mit dem besonderen Draht zusammenwirkt, aus seiner normalen Position herausbiegen. Ein Bestandteil der Erfindung stellt einen Positionssensor, wie 86, in der Nähe jedes schützenden Teiles 80 zur Verfügung. Im Falle eines solchen Fehlers liefert der Sensor 86 ein Ausgangssignal, und der Gießzyklus wird abgebrochen.
• Der Bestandteil der obigen Konstruktion und Anordnung, wodurch die ausgesuchten Kerndrahtstifte 18 an den Platten 82, 83 durch die Trennbuchse 84 festgesetzt werden und wodurch die nicht gewählten Drähte 18 frei durch diese Platten passieren können, ermöglicht die Erleichterung eines Ersetzens gebrochener oder verwendeter, abgenutzter Kerndrahtstifte.
• Jedes der Gußformpakete 10, 11, in denen ein Einzelstück der Leiterplattenfamilie gegossen wird, enthält einen Formenhohlraum 24 (siehe Fig. 2 zum Beispiel), dessen Oberfläche das eingegrabene Muster von Kernteilen 25 (Fig. 1) enthält, die die einzigartigen, ausgesparten elektrischen Schaltungsmuster der Platte festlegen.
• Das Schaltungsmuster, das durch Kernteile 25 (in sehr vereinfachter Form in Fig. 1 gezeigt) festgelegt wird, kann auf zwei vorbildliche Arten in die Hohlraumblocks 10, 11 eingebracht werden. Die eine ist die sehr bekannte Siebdrucktechnik, die normalerweise zum Herstellen dekorativer Siebdruckmuster verwendet wird. Diese Technik ermöglicht Schaltungen mit Leitungsbreiten von annähernd 12,6 um (4 mils). Für feinere Schaltungsleitungen kann das Schaltungsmuster der Gußformoberfläche unter Verwendung der sehr bekannten Stempeltechnik, die zum Fertigen von Videoplatten und zu ähnlichem verwendet wird, hergestellt werden. Dieses Verfahren hat die Möglichkeit zum Herstellen von Schaltungsleitungen im Größenbereich von Mikrometern.
• Die Gußform, die ein Gußformpaket 10, 11 umfaßt, enthält oder stellt drei Hauptfunktionen bereit. Das ist nämlich das Einspritzen von Material in den Formenhohlraum, das Übertragen von Wärme von dem Formenhohlraum durch das Gußformpaket zu einem Kühlsystem und das Ausstoßen der Leiterplatte aus dem Formenhohlraum.
• Das Gießmaterial, das normalerweise verwendet wird, um Leiterplatten herzustellen, ist ein zähviskoses Material. Deshalb ist es schwierig, einen Formenhohlraum, der relativ große Proportionen hat, unter Verwendung von konventionellen Gießvorrichtungen und Gießtechniken zu füllen.
• Ein Merkmal der Erfindung stellt ein heißes Angußkanal-Einspritzsystem mit einem heißen Angußkanal im Hohlraumblock 10 bereit. Dieses heiße Angußkanal-System liefert einen beheizten Weg 40 zum Einspritzen von Gießmaterial hoher Viskosität in den Formenhohlraum 24.
• Mit Bezug auf Fig. 2 fließt das Gießmaterial in den Hohlraumblock 10 durch eine Anzahl von Kanälen 40. Wenn das Gußformpaket 10, 11 geschlossen ist, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, wird der geschlossene Formenhohlraum durch einen rechtwinklig geformten O-Ring 53, der den Hohlraum 24 umgibt, abgedichtet. Dieser geschlossene Formenhohlraum bildet einen rechtwinklig geformten, mit relativ großem Querschnitt versehenen Randabschnitt 50, 51, der gefüllt werden muß, bevor das Gießmaterial durch den rechtwinklig geformten, mit engem Querschnitt versehenen, die Strömung einschränkenden Schlitz 52 fließt. Auf diese Weise füllt sich der zentrale Abschnitt des Hohlraums für die Leiterplatte gleichmäßig von allen vier oder vielleicht von zwei gegenüberliegenden Seiten.
• Zusätzlich stellt die Erfindung ein Mittel 41 zum Vorheizen der Formenstapel 16, 17 bereit, um dadurch eine Verlängerung des heißen Angußkanal-Einspritzsystems 40 während der Materialeinspritzung zu bilden. Das heiße Angußkanal-System 40 vermindert die wirksame Strömungslänge für das Gießmaterial hoher Viskosität, wodurch der Druck vermindert wird, der erforderlich ist, um den Formenhohlraum 24 zu füllen. Dieses wiederum vermindert die Spannkraft, die erforderlich ist, um das Gußformpaket 10, 11 in seiner geschlossenen Kondition, wie in Fig. 2 gezeigt, zusammen zu klammern. Diese Punkte sind unter Berücksichtigung der kleinen Dickenabmessung der Leiterplatten und der hohen Viskosität des Gießmaterials wichtig.
• Beispielsweise ist das heiße Angußkanal-System 40 ein "M" Serien Heißabgußkanalverteiler, der von Husky Injection Molding Systems gefertigt wird.
• Vorzugsweise wird ein Halbleiterbauelement, wie es in der Veröffentlichung "Low Thermal Inertial Injection Molding" durch Byung H. Kim, Universität von Massachusetts, beschrieben wird, als Teil 41 der Fig. 1 verwendet, um das Gußformpaket 10, 11 vor der Einspritzung schnell aufzuheizen. Dieses Bauteil 41 wird auch verwendet, um das Gußformpaket vor dem Ausstoß der Leiterplatte aus dem Formenhohlraum schnell abzukühlen. Die Verwendung solch eines Heizungs-/Kühlungsbauteils 41 läßt die Formentemperatur auf etwa die Schmelztemperatur des Gießmaterials anwachsen, wobei es wirksam eine Verlängerung des heißen Angußkanal-Einspritzsystems 40 bereitstellt und auch beim Ausstoßen des gegossenen Teiles hilft. Mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 ist ein Merkmal der Erfindung, daß die Positionen 50, 51 der Einspritzöffnungen in dem Gußformpaket 10, 11 innerhalb des Ausschußrandbereichs 32 der gegossenen, rechtwinkligen, im wesentlichen planaren Leiterplatte 30 angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Positionen 50, 51 der Öffnungen entlang aller vier Seiten des rechtwinkligen Formenhohlraums innerhalb des Gußformpakets 10, 11, wie in Fig. 4 durch die Markierungen 33 gezeigt, angeordnet.
• Diese außergewöhnliche Positionierung der Einspritzöffnungen verhindert die Bildung von Materialangußmarken und Fließmarken auf dem zentralen Bereich der Platte 30, der für das Schaltungsmuster und die Durchgangslöcher reserviert ist. Diese Position wird für alle Einzelstücke der Leiterplattenfamilie identisch beibehalten. Wenn einige der Leiterplattenmitglieder von einer kleineren, rechtwinkligen Größe sind, dann werden diese kleineren Platten den gleichen Umfangsausschußbereich 32 aufweisen; jedoch werden diese Platten eine Abfallfläche haben, die innerhalb des Ausschußbereichs angeordnet ist. Diese feste Position der Öffnungen ermöglicht wünschenswerterweise eine gleichmäßige Schrumpfung von einem Plattenfamilienmitglied zum nächsten. Obwohl dieser Vorteil einen etwas größeren Randabfall für die kleinen Plattenmitglieder der Familie ergeben kann, kann der sich ergebende Ausschuß gemahlen und wiederverwendet werden.
• Vor dem Einspritzen des Gießmaterials in den Hohlraum 24 (Fig. 2) wird der Hohlraum von Luft evakuiert und unter ein Teilvakuum gesetzt. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist mindestens ein Abschnitt des Hohlraumblocks 11 (unterschiedlich zu dem Abschnitt, der in Fig. 1 gezeigt wird) mit einem Vakuumkanal 54 ausgestattet, der mit dem Bodenabschnitt des die Strömung einschränkenden Schlitzes 52 zusammenwirkt. Vor der Einspritzung des Gießmaterials in den Kanal 50, 51 über das heiße Angußkanalsystem 40, wird der Formenhohlraum 24 durch Betrieb einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt), die an den Kanal 54 angeschlossen ist, unter ein Teilvakuum gesetzt.
• Als Folge ist während der Einspritzung des Gießmaterials in den Formenhohlraum sowohl der Strömungswiderstand, der durch eingeschlossene Luft verursacht wird, als auch die Tendenz des Gießmaterials zum Brennen, minimiert.
• Ein wichtiger Gesichtspunkt beim Gießen von Leiterplatten ist das Ausstoßen der Platte aus dem Formenhohlraum. Leiterplatten sind durch ihre ureigenste Natur einigermaßen brüchig und die komplexen Schaltungsmuster und die komplexen Muster der Durchgangslöcher, die durch die Platte getragen werden, können es erschweren, die Platte aus dem Hohlraumblock 11 auszustoßen. Zum Beispiel können die Muster der Durchgangslöcher, die auf der Platte erforderlich sind, eine natürliche Bruchlinie quer auf der Oberfläche der Platte bilden.
• Ein Merkmal der Erfindung liefert ein zuverlässiges Ausstoßen der Leiterplatte aus dem Formenhohlraum.
• Wie in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, werden eine Vielzahl von Ausstoßstiften 60 bereitgestellt, um nur mit dem Umfangsausschußbereich 32 zusammenzuwirken. Auf diese Weise wird ein gemeinsames Ausstoßmittel für alle Einzelstücke der Leiterplattenfamilie zur Verfügung gestellt.
• Zusätzlich ist eine Ausstoßung mittels Luft im Hohlraumblock 11 vorgesehen, wie in den Figuren 8 bis 10 gezeigt. In der Ausführungsform der Fig. 8 enthält der Hohlraumblock 11 zwei Abschnitte, um die Installation eines beweglichen Luftventils zu ermöglichen. In der Ausführungsform der Figuren 9 und 10 wird ein Mittel mit passivem Luftstrom bereitgestellt, und der Hohlraumblock 11 ist eine einstückige Konstruktion im Bereich des Mittels für den Luftstrom.
• Bei den luftgestützten Ausstoßungsmitteln, die in den Figuren 8 bis 10 gezeigt werden, unterstützt die Anwendung von positivem Luftdruck gegenüber der zentralen Oberfläche der Platte die Ausstoßung der Platte aus dem Formenhohlraum 24. Insbesondere strömt Luft ein und füllt den Formenhohlraum unter dem gesamten Bereich der Platte. Dieser Luftdruck veranlaßt die Platte, sich von dem Formenhohlraum zu lösen.
• In den Figuren 8 bis 10 wird der Luftdruck für das Ausstoßen über einen Kanal 60 durch einen Kompressor, der nicht gezeigt ist, geliefert.
• In Fig. 8 wird die Luft für den Umfangsausschußbereich 32 der Platte geliefert, wenn der Ventilstempel 61 durch Aufbringen von Fluiddruck, der an der Ventil-Rückstellöffnung 62 angelegt wird, heruntergefahren wird. Wenn Fluiddruck an die Ventil-Einstellöffnung 63 gelegt wird, wird der Ventilstempel 61 gehoben, wodurch die Öffnung 64 verschlossen wird, die in dem Abschnitt des Hohlraumblockes 11, der an den Ausschußbereich 32 der Platte angrenzt, eingeformt ist.
• Die Anordnung der Fig. 8 wird durch die Wirkung der O-Ringe 65 und 66 abgedichtet.
• Ein zweites Mittel, das den Block 90 enthält, zum Bereitstellen der luftunterstützten Ausstoßung wird in den Figuren 9 und 10 gezeigt. In dieser Anordnung werden enge schlitzartige Luftstrompfade 70 im Hohlraumblock 11 gebildet, die an den Ausschußbereich 32 der Platte angrenzen. Die Größe der Schlitze 70 ist derart, daß Gießmaterial nicht in die Schlitze fließt. Nachdem jedoch die Platte erstarrt ist, arbeitet der Luftdruck, der an die Schlitze 70 über die Öffnung 60 angelegt wird, um die Ausstoßung der Platte zu unterstützen. Wiederum wird die Anordnung durch eine O-Ring 71 abgedichtet.
• Ein zusätzliches Kennzeichen (nicht gezeigt) liefert ein robotergesteuerter Vakuumteller um die freiliegende Seite der Leiterplatte zu greifen und um beim Ausheben der Platte aus dem Hohlraumblock 11 zu helfen. Insbesondere berührt eine flache Platte geeigneter Größe die freiliegende Seite der Leiterplatte. Mittels einer O-Rind Dichtung und geeignete Vakuumöffnungen wird der Bereich zwischen der Platte und der Leiterplatte evakuiert. Die Platte wird dann veranlaßt wie eine Unterdruck-Spannvorrichtung zu arbeiten, die Kraft aufbringt, um die Leiterplatte aus dem Hohlraumblock 11 zu heben.
• Die Erfindung so wie ihre Ziele und Vorteile wurden mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, um dem Fachmann zu ermöglichen die Erfindung anzuwenden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum ausgewählten Gießen eines einzelnen einer Familie von N im wesentlichen ähnlichen Gegenständen, die eine unterschiedliche Anzahl und/oder eine unterschiedliche körperliche Musterkonfiguration an Durchgangslöchern aufweisen, umfassend:

- N unterschiedliche Hohlraumblockpaare, wobei jedes Paar aus einem ersten (11) und einem zweiten (10) Block zusammengesetzt ist, welche so gestaltet sind, daß ein Hohlraum (24) dazwischen definiert wird, wenn sie aneinandergrenzend befestigt werden und die Form und die Ausmaße des Hohlraums der Form und den Ausmaßen der Gegenstände entsprechen,

wobei mindestens der erste Block jeden Paares Durchgangslöcher (15) aufweist, deren Anzahl und Musterkonfiguration denen der Durchgangslöcher eines der Gegenstände entsprechen,

- eine Gießstation, die Sicherungsmittel (16, 17) zum Halten des ersten und zweiten Blocks irgendeines der ausgesuchten Blockpaare in angrenzender Verbindung einschließt,

- eine Vielzahl bewegbarer Kernstifte (18), die an den Sicherungsmitteln befestigt sind, wobei die Anzahl und die körperliche Anordnung der Stifte derart ist, daß sie longitudinal in den Durchgangslöchern des ersten Blockes irgendeines ausgewählten Blockpaares angeordnet werden können, wenn das ausgewählte Blockpaar durch die Sicherungsmittel gehalten wird,

- Mittel zum Füllen des Hohlraums mit einem Gießmaterial, nachdem die Stifte innerhalb des Hohlraums angeordnet sind.

Dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände planare elektrische Leiterplatten sind und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Programmierungsmittel zur selektiven Bewegung nur der Stifte umfaßt, deren Position den Durchgangslöchern des ersten Blockes des Blockpaares entspricht, das durch die Sicherungsmittel gehalten wird, z.B. welches den Durchgangslöchern des zu gießenden Gegenstands entspricht, wobei die Stifte so bewegt werden, daß ihr freies Ende vollständig den Hohlraum durchquert und daß sie innerhalb des Hohlraums angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Durchgangslöcher des ersten Blocks senkrecht zur Ebene der Leiterplatte ausgerichtet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei

- der zweite Block eines Blockpaares eingeformte Blindlöcher (14) aufweist,

- Anzahl, Anordnung und Orientierung der Blindlöcher den Durchgangslöchern des ersten Blockes des gleichen Blockpaares entsprechen, und

- die Blindlöcher angepaßt sind, um die freien Enden der Stifte aufzunehmen, zu führen und zu halten, wenn diese den Hohlraum durchquert haben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 einschließend Ausstoßmittel (60, 70) für Leiterplatten bei der Gießstation, die konstruiert und angeordnet sind, um mit irgendeinem der ausgewählten Hohlraumblockpaare zusammenzuwirken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ausstoßmittel mit einem Ausschußbereich (32) der Leiterplatte, die in dem Hohlraum gebildet wird, zusammenwirken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Ausstoßmittel die Anwendung von Luftdruck enthalten.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließend Einspritzmittel (40) für Gießmaterial, die zum Einspritzen von Gießmaterial unter Druck in den Hohlraum hinein an der Gießstation befestigt sind, wobei die Einspritzmittel konstruiert und angeordnet sind, um mit irgendeinem der ausgewählten Hohlraumblockpaare zusammenzuwirken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 einschließend Mittel mit heißem Angußkanal zum Einspritzen von Gießmaterial in den Hohlraum.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließend Mittel (41) zum Heizen von mindestens dem ersten oder zweiten Block vor dem Einspritzen von Gießmaterial.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einschließend Mittel (52, 54) zum mindestens teilweisen Evakuieren der Luft aus dem Hohlraum in dem ausgewählten Hohlraumblockpaar vor dem Einspritzen von Gießmaterial.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Programmierungsmittel für die Kernstifte Mittel (84) mit lösbaren Drahthaltebuchsen enthalten, die zur Erleichterung der Programmierung der Bewegung der Kernstifte einsetzbar sind, und die den Austausch von einzelnen beschädigten Kernstiften erleichtern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei

- der Gegenstand, der zu gießen ist, einen Umfangsausschußbereich und einen im wesentlichen zentralen Bereich, der für die Durchgangslöcher bestimmt ist, aufweist,

- der Hohlraum einen Umfangshohlraumabschnitt, der dem Ausschußbereich entspricht, und einen zentralen Hohlraumabschnitt, der dem zentralen Bereich entspricht, enthält,

- die Sicherungsmittel erste und zweite Sicherungsplatten, die den ersten bzw. zweiten Hohlraumblock befestigen, einschließen,

- die Einspritzmittel ein Druckeinspritzsystem einschließen, das in mindestens der ersten oder zweiten Sicherungsplatte enthalten ist und mit dem Umfangshohlraumabschnitt zusammenwirkt, um eine anfängliche Einspritzung von Gießmaterial in den Umfangshohlraumabschnitt zu bewirken, und

- Mittel zur Einschränkung des Gießmaterialstroms bereitgestellt werden, die den Umfangshohlraumabschnitt mit dem im wesentlichen zentralen Hohlraumabschnitt verbinden, so daß der zentrale Hohlraumabschnitt veranlaßt wird, sich gleichmäßig von dem Umfangshohlraumabschnitt aus zu füllen.