DE69108334T2 - Detektor für gebrochene Drahtelektroden für Verdrahtungsmaschinen. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zum Feststellen von Bruchstellen im Draht, während dieser niedergelegt und fixiert (geschrieben) wird, und speziell auf Vorrichtungen zum Messen von Echtzeit- Veränderungen der elektrischen Charakteristika einer Drahtschreibevorrichtung wie Phasenwechsel- und Kapazitätsabweichungen, die durch Brüche im Draht verursacht werden, während der Draht auf ein Werkstück geschrieben wird.
• Seit ihrer Einführung hat sich die Technologie des Drahtschreibens in den Bereichen Qualität, Durchführung und, am deutlichsten, Dichte dramatisch verbessert. So war beispielsweise in den 70iger Jahren 158 um Draht Standard, der Leiterzugdichten bis zu 100 cm pro 6.25 cm² erlaubte. Seit den späten 80iger Jahren wurden Dichten bis zu 400 cm/6.25 cm² möglich unter Verwendung von Draht der Stärke 62,5 um. Zum größten Teil waren diese Verbesserungen der Dichte die Folge des Bedarfs der Märkte nach kleineren und stärkeren Computern und anderen elektronischen Geräten, sowie der Verfügbarkeit höher entwickelter integrierter Schaltungen.
• Die grundlegende Drahtschreibetechnik ist in US-A-3,674,914 beschrieben. Der isolierte Draht wird während des Schreibens auf einer mit einer wärmeempfindlichen Adhäsionsschicht versehenen Unterlage befestigt oder angeheftet mittels eines Schreib- oder Haftkopfes. Der Kopf führt den Draht und erwärmt die oder führt der wärmeempf indlichen Schicht Energie zu, während der Draht mit dieser in Kontakt gebracht wird. Die bevorzugte Technik zum Anheften des geschriebenden Draht es ist die Verwendung von Ultraschall-Energie. Der Draht läuft unter einem mit einem Schlitz versehenen Schreibstift, der zur Positionierung des Drahtes dient. Der Schreibstift wird mit Ultraschallenergie beaufschlagt, um so die wärmeempfindlichen Schicht unter dem Draht zu aktivieren und den Draht in die wärmeempfindlichen Schicht zu drücken. Nachdem das angeheftete oder geschriebene Drahtmuster auf der Unterlagenoberfläche vollständig ist, wird das Muster fixiert durch Überziehen der Platte mit einer Abdeckschicht. Anschließend werden an den Drahtleiterenden Löcher in die Platte gebohrt und die Löcher plattiert, um so die Oberflächenverbindungen zu Elektronik-Bauteilen herzustellen.
• In jüngster Zeit ging die Entwicklung in der Elektronik zu kompakteren integrierten Schaltkreis-Paketen mit auf der Oberfläche angebrachten Anschlüssen. In diesen neuen, dichter gepackten Schaltungen ist der Abstand zwischen benachbarten Eckverbindungen 500 um oder darunter. Nicht nur, Drahtmusters muß wesentlich erhöht werden. Um diese erhöhte Dichte zu erreichen, muß die Drahtstärke dünner werden; es wird vorzugsweise Draht mit einem Durchmesser von 62.2 um verwendet. Der Gesamtdurchmesser der Oberflächenanschlüsse wird vorzugsweise auf ca. 200 um reduziert und wird durch Bohren mit Laser erzielt.
• Jede Verbesserung wurde jedoch von technischen Herausforderungen in drei wichtigen Bereichen begleitet, wie Design, Materialien und Maschinen. Bis heute ist jedoch die visuelle Kontrolle während des Schreibvorgangs die einzige Möglichkeit, Qualität und Vollständigkeit in Echtzeit zu erkennen, vor dem Fertigstellen der Schaltungsplatte. Die visuelle Kontrolle ist nicht nur zeitaufwendig und arbeitsintensiv, sie ist auch völlig unzuverlässig angesichts des extrem dünnen Drahtes von nur 62,5 um und der hohen Leiterdichte bei Schaltungsplatten nach dem Stand der Technik.
• Ein verbreiteter Fehler, der sich der rechtzeitigen Entdeckung bei der derzeitigen Kontrolltechnik entzieht, sind unbeabsichtigte Brüche im Schreibdraht. Das Vorkommen solcher unbeabsichtigten Brüche steigt mit zunehmender Reduzierung des Drahtdurchmessers. Herkömmliche Technik erlaubt dem Hersteller die elektronische Überprüfung der Schaltung nach deren Fertigstellung. Es ist klar, daß die Schaltung ausgesondert werden muß, wenn sich herausstellt, daß während des Schreibvorgangs Unregelmäßigkeiten aufgetreten sind. Unter Berücksichtigung der ohnehin höheren Kosten bei der Herstellung von Schaltungen höherer Dichte können Fehler oder Unregelmäßigkeiten extrem Ausschußquoten und hohe Zeitverluste bedeuten. Einige Beispiele für Patente nach dem Stand der Technik, mit denen versucht wurde, die Schaltung nach der Fertigstellung zu prüfen, sind US-A-3,975,680 und US-A-4,565,966.
• Als Alternative könnte der Herstellvorgang in bestimmten Zeitabständen unterbrochen werden, während derer die Schaltungen elektronisch geprüft werden. Diese Art der periodischen Prüfung erhöht jedoch die Herstellzeit jeder einzelnen Schaltung und macht das Verfahren unrationell.
• Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erkennen von unbeabsichtigten Drahtbruchstellen in Echtzeit zu beschreiben, die während des Drahtschreibevorgangs einer Schaltungsplatte auftreten.
• Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen zum kontinuierlichen Überwachen der elektrischen Charakteristika eines Werkstücks, während der Draht auf dem Werkstück angebracht wird.
• Text Fehlt unter diesem befindlichen Grundplatte eine Kapazität erzeugt. Mit der Zunahme der Länge des zu schreibenden Drahtes verändert sich die Kapazität. Diese Kapazitäts-Änderung kann dazu dienen, in Echtzeit während des Drahtschreibevorgangs festzustellen, ob im Draht eine Bruchstelle aufgetreten ist.
• Die Vorrichtung enthält ein Meßgerät zum Messen der relativen elektrischen Charakteristika des Drahtes und des Trägers während des Schreiborgangs. Das Meßgerät ist in ständigem, elektrischen Kontakt mit dem Draht, auch wenn dieser sich noch frei durch den Anschlußpunkt bewegt, während das Meßgerät seine Messung durchführt. Der Träger, auf den der Draht geschrieben wird, wird durch seine Verbindungen zu einer Grundplatte geerdet, entweder auf der Unterlage, auf der der Träger ruht, oder auf der beweglichen Platte des Maschinentisches. Die fertige Schaltung enthält das Meßgerät in Kontakt mit dem Draht, der auf den geerdeten Träger geschrieben wird und ist mit der Meßeinrichtung verbunden.
• Die Erfindung beschreibt auch ein Verfahren zum Auffinden von Bruchstellen in einem Draht während des Drahtschreibevorgangs. Die Überwachung des Drahtes erfolgt gleichzeitig mit dem Drahtschreibevorgang. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: elektrisches Verbinden eines Meßn geräts mit dem zu schreibenden Draht zum Messen der elektrischen Charakteristika des Drahtes, während dieser niedergelegt wird; Verbinden des Meßgerätes mit einer geerdeten Platte, die Teil des Schreibvorrichtung ist; Messen der elektrischen Charakteristika des Drahtes, während dieser niedergelegt wird; und Festellen von Veränderungen der elektrischen Charakteristika des Drahtes.
• Die elektrischen Charakteristika des Drahtes werden gemessen, während sich dieser durch eine Verbindung bewegt, die sich in einem Punkt befinden sollte, bevor der Draht auf dem Träger befestigt wird. Das Erden des Trägers und des Meßgeräts erfolgt auf eine Weise, daß eine elektrische Schleife bestehend aus Erdungsplatte, Meßgerät, Draht und Träger zusammen eine elektrische Schaltung bilden. Anschließend werden die elektrischen Charakteristika des Drahtes gemessen, während dieser auf dem Träger niedergelegt wird. Tritt eine unerwartete Veränderung der elektrischen Charakteristika auf, wird ein Signal erzeugt und der Schreibvorgang beendet. Zeigt die Messung des Drahtes eine gewünschte Kapazität, oder andere elektrische Eigenschaften, kann der Schreibvorgang fortgesetzt werden.
• Die oben angeführten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, insbesondere zusammen mit den Zeichnungen.
• Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise als Querschnitt, des Schreibkopfes und der Bestandteile, die den elektrischen Schaltkreis zum überwachen der Kapazität des Drahtes bilden.
• Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform dieser Erfindung, bei der die Verbindung zum Schreibdraht kapazitiv ist.
• Fig. 3 ist eine Entsprechung, in schematischer Darstellung, dieser Erfindung, bei der die Verbindung zum Schreibdraht kapazitiv ist.
• Fig. 4 ist ein Schaltbild der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 5 ist eine andere Darstellung des gleichen Schaltbildes wie in Fig. 4 mit einem "tuning inductor".
• Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Verbindung zum Schreibdraht direkt zum Draht im Inneren der Spule erfolgt.
• Fig. 7 ist eine Entsprechung, in schematischer Darstellung, dieser Erfindung wie in Fig. 6 dargestellt.
• Bezugnehmend auf die Figuren, und insbesondere auf Fig. 1, ist die Vorrichtung nach der Erfindung Bestandteil des Kopfes einer Verdrahtungsmaschine 10, wie in US-A-4,641,773 beschrieben. Obwohl ein spezieller Schreibmaschinenkopf dargestellt ist, wäre jede Vorrichtung zum Drahtschreiben geeignet.
• Der Draht 12 wird von der Drahtvorratsrolle 14 geliefert und unter einem Ferritring 15 in ein leitendes Rohr 16 geführt, das vom Rest der Schreibvorrichtung elektrisch isoliert ist. Der Ring 15 isoliert den Draht 12 von der Versorgungsrolle 14.
• In der hier beschriebenen Ausführungsform besteht das Rohr 16 aus Messing. Der Draht 12 wird durch das Messingrohr 16 geführt, das innen eine Isolierung aufweist. Die Kombination von Draht 12, innerer Isolierung des Messingrohres 16 und der Oberflächenleitfähigkeit des Messingrohres 16 erzeugt die Kapazität der Vorrichtung. Die Vorrichtung enthält den gesamten Aufbau, dessen Kapazität gemessen werden kann. Außen am Messingrohr 16 ist eine elektrische Leitung 18 angebracht, die das Rohr 16 mit einer Vorrichtung 20 zum Messen der Kapazität verbindet. Die Vorrichtung 20 zum Messen der Kapazität kann eine beliebige sein und geeignet für den Bereich, wie er nachstehend beschrieben ist. In der beschriebenen Vorrichtung ist das Kapazitätsmeter ein Boonton 728, ein digitales Kapazitätsmeter mit einer Frequenz von 1 MHz und einer Spannung von 15 mV.
• Nachdem der Draht 12 aus dem Messingrohr 16 austritt, wird er durch den Zuführungsmechanismus 22 der Schreibvorrichtung geführt. Der Zuführungsmechanismus 22 der Schreibvorrichtung ist vom restlichen Teil des Schreibkopfes 10 mittels der Isolierblocks 24 elektrisch isoliert. Während des Schreibvorgangs wird der Draht 12 auf einem Werkstück 26 niedergelegt und fixiert. Zwischen dem Draht und der Grundplatte existiert eine Kapazität. Diese, oder deren Varianten, können mit einer Vorrichtung zum Messen der Kapazität gemessen werden. Das Werkstück 26 ruht auf einer Unterlage mit einer Metallplatte 27 und ist mit dieser elektrisch verbunden. Die Metallplatte 27 ist an einer beweglichen Platte 28 befestigt. Die bewegliche Platte 28 bewegt das Werkstück 26 und die Platte 27 und ist durch eine Isolierschicht 31 vom tragenden Rahmen der Drahtschreibemaschine elektrisch isoliert.
• Die bewegliche Platte 28 ist mit der Meßvorrichtung 20 über den elektrischen Draht 32 verbunden. Alternativ kann der Draht 32 auch mit der Platte 27 verbunden sein.
• Fig. 2 zeigt die wichtigsten Elemente dieser Erfindung im weiteren Detail. Der Schreibkopf 40 weißt im allgemeinen die in Fig. 2 gezeigte Form auf einschließlich eines magnetostriktiven Umformers 42, der mit einem konisch zulaufenden Horn 44 verbunden ist. Der Umformer 42 besteht aus einem Material, das magnetostriktive Eigenschaften aufweist, wie beispielsweise Nickel, und ist mit einer Antriebsspule 46 umgeben. Der Netzknotenpunkt 48 im Zentrum des Umformers 42 ist stationär und die Enden des Umformers sind in Längsrichtung beweglich.
• Der isolierte Draht 12 wird von einer Vorratsrolle 14 auf die Oberfläche des Werkstücks oder einer Schaltungsplatte 26 über eine Drahtführungsvorrichtung geführt. Die Schaltungsplatte besteht aus dem Substrat 50, versehen mit einer Haftvermittlerschicht 52, die durch die Beaufschlagung mit Ultraschallenergie aktiviert werden kann. Die Ultraschallenergie wird durch Vibration des Schreibkopfes 40 erzeugt. Während der Draht unter dem Stab 54 des Ultraschallkopfes 40 durchgeführt wird, wird Ultraschallenergie erzeugt, um die Haftvermittlerschicht 52 auf der Schaltungsplatte 50 zu aktivieren und um den Draht in der Haftvermittlerschicht zu plazieren. Eine allgemeine Beschreibung dieses Vorgangs findet sich in US-A- 4,641,773.
• Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die beiden geschaffenen Kapazitäten die Grundplatte 56, die Isolierplatte 50 und der geschriebene Draht 58, der zugeführte Draht 12 und der Messingrohrleiter 16.
• Anstatt, wie in Fig. 1 beschrieben, die Netto-Kapazität zu messen, ist es auch möglich, die Phasenabweichung der Vorrichtung in Bezug auf eine Referenz-Wechselstromquelle zu messen. In Fig. 2 ist die Wechselstromquelle 60 gezeigt, die ein 500 KHz Referenzfrequenzsignal mit fester Amplitude erzeugt. Durch Vergleichen dieses Referenzsignals mit einem durch die Netto-Kapazität der Vorrichtung erzeugten Signal kann eine Phasenabweichung gemessen werden. Die Netto-Kapazität der Vorrichtung steigt schrittweise mit der Länge des auf der Schaltungsplatte geschriebenen Drahtes 58 an. Im Falle einer Bruchstelle sinkt die Netto-Kapazität drastisch ab und die erzeugte Phasenabweichung würde außerhalb des zu erwartenden Bereiches für einen Draht ohne Bruchstelle liegen. Diese Phasenabweichung würde mit der Meßvorrichtung 62 (Fig. 2) gemessen werden. Fig. 3 zeigt die der Vorrichtung entsprechenden Kapazitäten C&sub1; 70 und C&sub2; 72, erzeugt durch die Leiter und Nichtleiter, wie in Fig. 2 beschrieben. Fig. 4 ist eine genauere Darstellung der Meßvorrichtung, wie sie in einer Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird. Die Wechselstromquelle 62 erzeugt eine stabile Frequenz mit einem konstanten Amplitudensignal. Die Amplitudensteuerung des Ausgangssignals der Wechselstromquelle 60 erfolgt über Standard "closed-loop feedback"-Techniken.

Claims (17)

1. Ein Drahtbruch-Detektor zur Verwendung in Drahtschreibevorrichtungen (10) mit einer Drahtführungsvorrichtung zum Niederlegen und Fixieren von Draht auf einem Träger (26); einem Frequenzsignalgeber mit einem ersten und einem zweiten Ausgang zum Leiten eines erzeugten Signals, wobei der erste Ausgang des Signalgebers mit einer leitfähigen Platte verbunden ist, die in einen Träger integriert ist, welcher mittels der oben genannten Schreibvorrichtung mit Draht zu beschreiben ist, oder die Teil der Verdrahtungsmaschine ist, auf der der Träger angebracht ist; einer Stromdetektorvorrichtung zum Feststellen des Stromflusses durch einen Draht, während dieser auf dem Träger niedergelegt wird, wobei der Eingang der Stromdetektorvorrichtung kapazitiv mit dem Draht über eine elektrische Kontaktvorrichtung verbunden ist; und einer synchronisierten Detektorvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Eingang, wobei der erste Eingang mit dem zweiten Ausgang des Signalgebers verbunden ist, und der zweite Eingang mit dem Ausgang der Detektorvorrichtung verbunden ist, und die synchronisierte Detektorvorrichtung eine Gleichstromspannung erzeugt, deren Amplitude eine Funktion von Signalen ist, die dem ersten und dem zweiten Eingang der synchronisierten Detektorvorrichtung zugeführt werden.

2. Der Drahtbruch-Detektor nach Anspruch 1, bei dem der Frequenzsignalgeber ein Wechstromsignalgenerator ist.

3. Der Drahtbruch-Detektor nach Anspruch 2, der weiterhin eine mit dem Wechstromsignalgenerator verbundene induktive Abstimmvorrichtung aufweist zum Abstimmen vor dem Niederlegen des Drahtes auf dem Träger.

-4. Der Drahtbruch-Detektor nach Anspruch 3, bei dem die Abstimmvorrichtung ein variabler Induktor mit einem ersten und einem zweiten Kontakt ist, wobei der erste Kontakt mit dem Ausgang des Wechselstromsignalgenerators verbunden ist und der zweite Kontakt geerdet ist.

5. Der Drahtbruch-Detektor nach Anspruch 1, bei dem die elektrische Kontaktvorrichtung zwischen dem Draht und dem Eingang des Detektors weiterhin eine Arbeitsspule zur Drahtversorgung aufweist und der Eingang des Stromdetektors mit einem inneren Ende des Drahtes verbunden ist.

6. Ein Drahtbruch-Detektor zur Verwendung in Drahtschreibevorrichtungen, der eine Schreibvorrichtung zum Niederlegen und Fixieren von Draht auf einem Träger (26) aufweist; und ein Kapazitäts-Meßgerät mit einer ersten und einer zweiten Meßsonde, wobei die erste Meßsonde über einen Kontakt kapazitiv mit dem Draht verbunden ist, und die zweite Meßsonde kapazitiv mit einer leitfähige Platte verbunden ist, auf der der Träger angeordnet oder die Teil dieses Trägers ist.

7. Der Drahtbruch-Detektor nach den Ansprüchen 1 oder 6, bei dem die leitfähige Platte eine geerdete Platte ist, auf der ein Werkstück ruht.

8. Der Drahtbruch-Detektor nach den Ansprüchen 1 oder 6, bei dem die leitfähige Platte eine sich hin- und herbewegende Platte ist, auf der das Werkstück positioniert ist.

9. Der Drahtbruch-Detektor nach den Ansprüchen 1 oder 6, bei dem der elektrische Kontakt zwischen dem Draht und dem Eingang der kapazitiven Meßvorrichtung weiterhin eine kapazitive Kontaktvorrichtung enthält, bei der der Schreibdraht durch ein isoliertes, elektrisch leitendes Rohr geführt wird, welches elektrisch mit der ersten Meßsonde des Kapazitäts- Meßgerätes verbunden ist.

10. Der Drahtbruch-Detektor nach den Ansprüchen 1 oder 6, bei dem der elektrische Kontakt zwischen dem Draht und dem Eingang der Detektorvorrichtung weiterhin eine kapazitive Kontaktvorrichtung enthält, bei der der Schreibdraht durch ein isoliertes, elektrisch leitendes Rohr geführt wird, dessen Außenseite mit dem Eingang der Detektorvorrichtung verbunden ist.

11. Der Drahtbruch-Detektor nach den Ansprüchen 1 oder 7, bei dem der elektrische Kontakt zwischen dem Draht und dem Eingang des Kapazitäts-Meßgeräts weiterhin eine Arbeitsspule für die Drahtversorgung enthält, und die erste Meßsonde des Kapazitäts-Meßgeräts mit einem inneren Ende des Drahtes verbunden ist.

12. Ein Verfahren zum Auffinden von Bruchstellen in Draht, der mittels einer Verdrahtungsmaschine niedergelegt wird, das die folgenden Schritte aufweist: kapazitives Verbinden eines Kapazitäts-Meßgerätes mit dem niederzulegenden Draht, um die Kapazitäts-Charakteristika des Drahtes zu messen, während dieser niedergelegt wird; Verbinden des Kapazitäts- Meßgerätes mit einer geerdeten Platte, die Teil der Schreibvorrichtung oder des Werkstücks ist; Messen der Kapazitäts- oder Phasenwechsel- Charakteristika des Drahtes, während dieser niedergelegt wird; und Feststellen von Veränderungen der Kapazitäts- oder Phasenwechsel-Charakteristika des Drahtes.

13. Das Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die elektrische Verbindung ein elektrisch leitendes, direkt mit dem Meßgerät verbundenes Rohr ist, durch dessen Inneres der Draht geführt wird.

14. Das Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die gemessene elektrische Charakteristik des Drahtes die Kapazität ist.

15. Das Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Meßvorrichtung ein Kapazitäts-Meßgerät ist.

16. Das Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die gemessene elektrische Charakteristik des Drahtes der Phasenwechsel ist.

17. Das Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die elektrische Verbindung eine Arbeitsspule zur Drahtversorgung enthält, wobei ein inneres Ende des Schreibdrahtes mit der Meßvorrichtung verbunden ist.