Patentanwälte
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Dipl.-Cnem. I. SCHULZE 69oo Heidelberg ι
Dipl.-Ing. E. GUTSCHER (* Telephon 06221/23269
Abs. Dlpl.-Chem. I.Schulze, Dipl.-Ing. E. Gutscher, Patentanwälte UNSER ZEICHEN:
GalsbergstraBe 3, 6900 Heidelberg 1 IHR
I. -I
Anmelder: Universal Instruments Corporation,
137 East Frederick Street, Binghamton,
New York, 13902, V.St.A.
Vorrichtung zum Aufbringen elektronischer Bauelemente auf einen Hybrid-Leiterträger
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum präzisen Aufbringen elektronischer Bauelemente auf einenHybrid-Leiterträger,
insbesondere zum Aufbringen kleiner Elemente, wie Halbleiter-Chips, Kondensator-Chips und integrierte Leiter-Chips,
auf deren Unterseite Lötpunkte vorgesehen sind und die allgemein als "Flip-Chips" bekannt sind, auf eine Keramikunterlage,
auf die zuvor ein Leiterbahnmuster in Dickfilmtechnik aufgedruckt wurde.
Hybridschaltungen sind eine Kombination von diskreten und Integrierten Schal tungs te chniken«. Wie bei integrierten Schaltungen
werden Leiter, Widerstände und Leiterbahnen oder Leiterstege auf ein Keramiksubstrat oder einen Keramikträger ge-
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druckt. In der Dickfilmtechnik sind die aufgedruckten Elemente im allgemeinen einige tausendstel Zoll dick. Einzelne Bausteine
oder "Chips" werden genau über die Leiterbahnen gebracht und anschliessend in ihrer Lage befestigt und dabei die
elektrische Schaltung vervollständigt. Die aufgedruckten Leiterbahnen bilden ein Muster, das genau den auf der Unterseite
der "Flip-Chips" angebrachten Lötpunkten angepasst ist, die ihrerseits die Elemente innerhalb des Bausteins oder Chips
mit der Schaltung verbinden. Die fixierten Chips und der Träger oder die Leiterplatte mit einem freiliegenden Bleirahmen
sind häufig als Ganzes zum Schutz gegen äussere Beschädigungen
in ein Gehäuse eingekapselt. Mit eingekapselten Bausteinen oder Chips auf der Leiterplatte können räumlich kleinere
gedruckte Schaltungen hergestellt werden, als mit einzelnen, bereits eingekapselten Bauelemente, deren Leiter in
Leiterplatten eingesetzt werden, die mit entsprechenden Verbindungen ausgerüstet oder mit vorgebohrten Löchern versehen
sind, in denen die Leiter nach dem Einsetzen zurechtgeschnitten und gestaucht werden. Ein wesentlicher Vorteil der Chips
ist ihre geringe Grosse, die bei einigen nahezu mikroskopisch ist. Chips in der Grössenordnung von 0,762 χ 0,762 mm und
0,25^ mm Dicke und Lötpunkte und Leiterstege in der Grössenordnung
von 0,127 mm in Höhe und Breite, die auch in ähnlichen Abständen angeordnet sind, sind keine Seltenheit. Um jedoch
die Hybrid-Schalttechnik erfolgreich zu gestalten, müssen die kleinen Bausteine oder Chips so in Lage gebracht und orientiert
werden, dass dann, wenn sie auf den Träger gebracht werden, alle Lötpunkte und Leiterstege oder Leiterbahnen genau und
fehlerfrei miteinander verbunden werden. Dies erfordert beim Aufsetzen ein hohes Mass an Präzision, das bisher durch eine
Bedienungsperson mit Hilfe von Mikroskopen und Pinzetten durchgeführt wurde.
jedoch eine Massenproduktion dieser Leiterplatten mit so kleinen Bausteinen zu ermöglichen, ist eine Vorrichtung erforderlich,
mit der die Chips automatisch, präzise, wiederholbar
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rind wirtschaftlich auf dem Träger in Lage gebracht und befestigt
werden können. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art werden die Chips oder andere kleine Bauelemente (beispielsweise
"beam leaded components"),
aufgenommen und durch eine mit einer Vakuumquelle verbundene
Hohlsonde in Lage gebracht. Wenn die Sonde die fÄhe Oberseite
des Chips berührt, hält das Vakuum den Chip am Ende der Sonde fest. Der Chip wird dann angehoben,, zu dem Träger bewegt und
darauf abgesenkt. Bei manchen Vorrichtungen wird der Chip so lange an der Sonde gehalten, bis er mit dem Träger fest verbunden
istο Bei anderen Systemen werden die Leiterbahnen oder
-stege mit irgendeiner Art einer klebrigen Substanz, beispielsweise
einer Lötpaste, vorbehandelt. Die Sonde drückt die auf der Unterseite der Chips angeordneten Lötpunkte leicht in die
klebrige Masse, so dass der elektrische Kontakt mit den Leiterbahnen oder -Stegen hergestellt ist« Dann wird das Vakuum in
der Sonde aufgehoben und der Chip bleibt am Träger kleben, wenn die Sonde abgehoben wird. Ein positiver Gasdruck innerhalb der
Sonde ist manchmal zweckmässig, um den Chip von der Sonde zu lösen. Solche Vakuumsonden sind beispielsweise in den US-PSen
3 453 714S 3 337 941, 3 657 790 beschrieben. Aus der US-PS
3 887 998 ist eine Magnetsonde zum Halten der Chips bekannt.
Die bekannten Vorrichtungen zum präzisen Inlagebringen der Chips auf dem Träger sind sehr verschieden. Aber in jedem Fall
handelt es sich um ein System, das in seiner Flexibilität ausserordentlich stark begrenzt ist«, Bei den Vorrichtungen, bei
denen ein gewisses Mass an Flexibilität erreicht wird, geschieht dies zu Lasten der Komplexität, oder blosser Multiplikation,
der Arbeitsstationen im Arbeitsablauf.
Ganz allgemein kann festgestellt werden, dass die bekannten Vorrichtungen im wesentlichen in zwei Kategorien eingeteilt
werden können. Bei der ersten Kategorie werden Träger und Chip getrennt fixiert und präsise ausgerichtet und in Lage gebracht.
Ein Fördermechanismus, bei dem gewöhnlich eine Vakuumsonde vor-
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gesehen ist, beschreibt eine unveränderliche, wiederholbare Bahn, um den Chip zu holen und ihn auf eine gewählte Stelle
auf dem Träger zu setzen. Dann wird ein neuer Träger und ein neuer Chip jeweils in ihre entsprechenden Lagen gebracht und
der Arbeitsgang wiederholt.
Bei der zweiten Kategorie sind die Chips zu Beginn in einer gewissen Unordnung, beispielsweise wahllos verteilt in einer
vibrierenden Zuführungsschale. Eine solche Zuführungsschale arbeitet in an sich bekannter Weise, um die Chips nacheinander
in eine präzise Lage zu bringen. Von diesem Punkt an ähnelt die Vorrichtung derjenigen der ersten Kategorie, wenn auch
zusätzliche Schritte erforderlich sein können, um den Chip zwischen der Zuführungsschale und dem präzise gelagerten
Träger in Winkelstellung zu orientieren.
Die US-PS 3 337 941 beschreibt eine komplexe Vorrichtung, die
eine Vielzahl von Arbeitsstufen durchführt, um einen wahllos orientierten Chip präzise auszurichten, bevor sie ihn auf
einen präzise in Lage gebrachten Träger aufsetzt. Aber alle diese Vorrichtungen (und zwar beider Kategorien) können während
eines gegebenen Arbeitsablaufes nur einen Chip an einer bestimmten Stelle auf jeden Träger aufsetzen, wenn die Träger
entlang eines synchronisierten Förderers bewegt werden. Es ist daher eine andere vollständige und ähnliche Vorrichtung erforderlich,
um einen zweiten und verschiedenen Chip auf denselben Träger zu setzen und so fort. Oder die Vorrichtung könnte wieder
so eingestellt werden, dass dieselben Träger für einen zweiten Durchgang bearbeitet werden, nachdem neue Chips zugeführt
und nachdem die Träger auf dem Förderer wieder in Lage gebracht sind, damit ein nachfolgender Chip nicht auf den
vorhergehenden Chip aufgesetzt wird. All dies bedingt ein ungefüges und starres System, das dem Zwang unterliegt, die Bauelemente
vor dem Aufsetzen genau und richtig auszurichten.
Die aus der US-PS 3 909 933 bekannte Vorrichtung ist eine Kombination
der ersten und zweiten Kategorie und weist eine
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grössere Flexibilität auf, da damit eine Vielzahl von verschiedenen
Bauelementen auf einen Träger aufgesetzt werden können, jedes Element in einer präzisen Lage. Eine Mulde
mit präzise angeordneten Chips liegt auf einem in der X-Y Ebene bewegbaren Tisch. Der Träger liegt auf einem anderen,
ebenfalls in der X-Y Ebene bewegbaren Tisch. Ein Abnahmekopf bewegt sich in einer unveränderbaren Bahn entlang einer X-Achse
zwischen der Mulde mit Chips und dem Träger. Bei der Mulde wird der Abnahmekopf nach unten bewegt, um ein gewähltes
Bauelement aufzunehmen, das unmittelbar unter dem Kopf liegt. Nachdem sich der Abnahmekopf zum Träger bewegt hat, geht er
nach unten, um den gewählten Chip auf den Träger aufzusetzen und mit diesem zu verbinden. Entsprechend einem numerischen
Steuersystem wird die Mulde automatisch zu den X-Y Koordinaten bewegt, die den Chip genau an die Stelle bringt, in der der
Abnahmekopf nach unten geht, um den Chip aufzunehmen. Dasselbe Steuersystem bringt den Träger durch X-Y Koordinaten in Lage,
so dass der Bereich zur Aufnahme des gewählten Bauelements genau unterhalb der Stelle ist, wo der sich bewegende Abnahmekopf
mit Sicherheit nach unten geht. Auf diese Weise kann durch Bewegen sowohl der Mulde als auch des Trägers ein vorbereitetes
Sortiment von Bauelemente in einer Mulde nacheinander auf einen einzigen Träger aufgesetzt ^rerdeno Bei der Vorrichtung gemäss
US-PS 3 909 933 arbeiten zwei einzelne Mulden und zwei Abnahmeköpfe
abwechselnd unter einem Steuerprogramm, um Bauelemente auf denselben Träger aufzusetzen Bei dieser Vorrichtung müssen
die Mulden und der Träger präzise in Lage gebracht und die Chips innerhalb der Mulde in Bezug zueinander präzise ausgerichtet
werden, sonst kann der sich in einer unveränderlichen Bahn bewegende Abnahmekopf das Bauelement nicht präzise auf
den Träger aufsetzen. Teleskope, Fernsehkameras 9 Mikrometer-Eins
tellvorrichtungen und dergleichen werden verwendet, um
Genauigkeit sicherzustellen.
Der Stand der Technik kennt noch ein anderes Problem, nämlich das Ausrichten und Zentrieren eines bereits von der Abnahme-
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sonde gehaltenen Chips, kurz vor dem Aufsetzen auf den Träger. Manche der oben beschriebenen Systeme vertrauen auf die genau
eingestellte Lage eines Bauelements vor dessen Aufnahme und auf die genaue Lage des Trägers und setzen voraus, dass die
Arbeit des Abnahmekopfes die bekannte Lage und Orientierung des Bauelements während des Aufnehmens und Bewegens zwischen
der Aufnahme- und der Ablagestation nicht beeinträchtigt. Bei der Vorrichtung gemäss US-PS 3 337 941 tastet ein Netz von
Tastschaltern die Lage der Lötpunkte an der Unterseite eines Chips ab, der dann an der Vakuumsonde in die gewünschte Lage
in Winkelstellung ausgerichtet wird. Diese Massnahme ist begrenzt, da ein Schalternetz nur ein (1) Muster von Lötpunkten
am Chip "erkennen" kann, und zwar nur dann, wenn der Chip bereits in einer der verschiedenen möglichen Ausrichtungen ist.
Eine andere Vorrichtung zum Zentrieren eines Chips an der Vakuum-sonde vor dem Aufsetzen ist in der US-PS 3 982979 beschrieben.
Hier wird das rechteckige Bauelement durch ein leichtes Vakuum unten an der Sonde gehalten. Die Sonde wird
in einem vierseitigen Honraum zentriert, der die Form eines umgekehrten Pyramidenstumpfes aufweist. Wenn die Sonde nach
unten bewegt wird, kommt das Bauelement mit den Hohlraumwänden in Berührung und wird an diesen ausgerichtet. Gleichzeitig
wird das Bauelement an der Sonde zentriert. Ein Träger wird genau über dem Hohlraum in Lage gebracht und die Sonde wird
angehoben, um das zentrierte Bauelement auf den Träger von unten aufzusetzen.
Was benötigt wird, ist eine Vorrichtung zum Aufbringen der Chips, beispielsweise integrierte Schaltungs-Chips, Kondensator-Chips,
auf eine vorgedruckte Leiterplatte der Dickfilm-Konstruktion. Entsprechend einem automatisierten Programm soll
die Vorrichtung in der Lage sein, an einer einzigen Arbeitsstation mit grosser Präzision eine Vielzahl verschiedener Chips
unterschiedlicher Arten sowie physikalischer und elektrischer Grossen auf einen Träger aufzubringen, wie es für zur Vervollständigung
einer Schaltung erforderlich ist. Die Vorrichtung
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muss ohne mechanische Modifikation arbeiten können, um verschiedenartige
Leiterplatten entsprechend einer Vielzahl schnell modifizierter Programme zu vervollständigen. Die
Vorrichtung muss Vorräte verschiedener Chips unterschiedlichster Arten und Grossen enthalten, die immer zur Auswahl
und zum Auflegen auf den Träger bereit und verfügbar sind. Eine genaue Ausrichtung verfügbarer Chips soll nicht erforderlich
sein und die Vorrichtung soll nach der Auswahl und vor dem Auflegen eines jeden Chips ausrichten und zentrieren»
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum automatischen Auswählen irgendeines gewünschten Chip-Bauelementes
aus einer Vorratsreihe und Auflegen desselben an irgendeiner gewünschten Stelle eines Trägers zu schaffen, bei der aus
irgendeiner von vielen Mulden nacheinander Chips ausgewählt und nacheinander an verschiedenen Stellen eines einzigen
Trägers entsprechend einem Programm abgelegt werden, die ferner im Betrieb flexibel ist und die leicht mit einer neuen
Art von Bauelementen, neuen Leitermustern auf dem Träger und neuen Programmen arbeiten kann, die Bauelemente genau in Lage
auf dem Träger ablegt, die zeitsparend abifechselnd auswählt
und ablegt, automatisch Fehler bei der Auswahl und beim Halten der Bauelemente anzeigt und die Fehler ausschaltet oder den
Arbeitsgang anpasst, bei der vor dem Ablegen auf einen Träger die vorrätigen Bauelemente ungeordnet sein können und beim
Betrieb zentriert werden, wobei die Bauelemente zum Lokalisieren auf einem Träger in X-Y Stellung und entsprechende Winkelausrichtung
gebracht werden, und bei der veränderbare Kräfte zum Auflegen der Bauelemente auf den Träger vorgesehen sind0
Die erfindungsgemäss® Vorrichtung besteht aus einem runden
Tisch, auf dem Halterungen oder Nester zum Festlegen von Substraten oder Trägern vorgesehen sind, die von Hand eingebracht
und im Nest horizontal gehalten werden» Der Tisch ist
in vier Positionen eingeteilt und es sind vier Arbeitsstationen vorgesehen, die zur Durchführung gleichzeitiger aber verschie»
dener Arbeitsgänge an vier Trägern ausgelegt sind,, Bei der
ersten Station wird der Träger von Hand in ein Nest in einer genauen Lage eingelegt. Nachdem der Tisch zur zweiten Station
bewegt ist, wird auf die gedruckte Oberseite des Trägers durch ein Stempelkissen ein Schmelzüberzug aufgebracht. Dieser dient
als Haft- oder Klebemittel für das nachfolgende Aufbringen der Bauelemente.
Bei der dritten Arbeitsstation werden nach dem Einstellen des Tisches Bauelemente auf den Träger aufgelegt und hier durch
die Klebeschmelze für den späteren Lötvorgang gehalten. Die Bauelemente werden nacheinander durch ein Paar Hohlspindeln
aufgenommen und abgelegt, die abwechselnd arbeiten und in den X-Y und Z Ebenen bewegt werden. Die mit Vakuum arbeitenden
Hohlspindeln nehmen die Bauelemente einzeln aus einer Vielzahl präzise festgelegter Eingabe-Stationen, beispielsweise Mulden,
Gitter oder Zuführungsschalen, hinter der Maschine auf und befördern sie zu verschiedenen Stellen auf den beschichteten
Träger, bis das Auflegen der Bauelemente vollständig ist. Um die Genauigkeit des Auflegens der Bauelemente sicherzustellen,
bieten die Kanten des Trägers und das Spindelgehäuse X-Y Bezugspunkte. An dem Spindelgehäuse angeordnete angelenkte Füsse
und Pinger zentrieren vor dem Ablegen das Bauelement oder den Chip an der Spindel. Es ist nicht erforderlich, dass der auszuwählende
Chip an der Eingabe-Station genau ausgerichtet ist, Ausserdem dreht die Spindel mit dem Chip, um diesen entsprechend
dem Muster auf der Leiterplatte in Winkelstellung auszurichten. Rechner gesteuerte Servomotoren treiben die Spindeln
durch Präzisions-FUhrungsschrauben zu den zum Auswählen irgendeines
gewünschten Bauelements aus dem Vorrat erforderlichen X-Y Koordinaten und legen es genau an der entsprechenden Stelle
auf dem Träger ab.
Nachdem der Tisch zur letzten Arbeitsstation bewegt worden ist, wird der Träger mit den daran haftenden Bauelementen automatisch
aus dem Nest genommen und behutsam angehoben und auf einen Förderer gebracht, der zu keiner Löteinrichtung bewegt wird.
Die Löteinrichtung ist kein Merkmal der Erfindung und wird daher nicht näher beschrieben.
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Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
bei der einige Teile weggelassen und einige Teile weggeschnitten sind;
Fig. 2 eine Teildraufsicht der X-Y Lageeinstellvorrichtung,
die in Fig. 1 teilweise weggeschnitten ist;
Fig. 3a eine vergrösserte Draufsicht eines Nests gemäss Fig. 1;
Fig. 3b eirfi Teilschnittansicht entlang der Linie b-b in Fig.
3a;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der rechten Kopfeinheit
gemäss Fig. 2;
Fig. 5a und 5b Drauf- bzw. Seitenansichten des Stempelkissens gemäss Fig. 1;
Fig. 6 ein Aufriss an der Beschichtungsstation gemäss Fig. 1;
Fig. 7 eine Vorderansicht, teilweise weggebrochen und teilweise im Schnitt, der Kopfeinheit gemäss Fig. 4;
Fig. 8 ein vergrössertes Segment, bei dem Teile weggelassen
sind, der Spindelgarnitur gemäss Fig» ?J Fig. 9 eine Seitenansicht der Kopfeinheit gemäss Fig. 7;
Fig. 10 eine Teilschnittansicht entlang der Linie 10-10 in
Fig. 95
Figo 11 eine Seitenansicht, ähnlich derjenigen in Fig. Js der
Kopfeinheit gemäss Fig. 4j
Fig„ 12a, 12b, 12c drei orthogonale Ansichten der Zentriervorrichtung
Y-Achsen-Ausrichter gemäss Figo 11; Fig. IJ) eine der Fig. 11 ähnliche Ansicht mit geöffneten
Zentriervorrichtungs-Stellgliedern und ausgezogenen Spindeln;
Fig» 14a Draufsicht auf eine Mulde zur Aufbewahrung der Chips
oder Bauelemente;
Fig» 14b ein vergrösserter Aufriss im Schnitts entlang der
Linie b-b in Fig. 14a;
Fig. 15a, 15b, 15° vergrösserte Chips-Bauelemente in drei
Ausrichtungen; und
Pig. 16 ein Aufriss entlang der Linie 16-16 in Pig. I.
Die Vorrichtung 10 zum automatischen Bestücken einer Leiterplatte mit elektronischen Bauelementen (Pig. I und 2) besteht
aus einem im wesentlichen flachen, runden Schalttisch 12, der um eine mittige vertikale Welle 14 dreht. Der Antrieb (nicht
dargestellt) zum Portschalten des Schalttisches 12 ist unterhalb der Oberseite 18 des Tisches angeordnet und ist an der
Hauptplattform 20 befestigt. Diese Plattform 20 steht erhöht auf Beinen j53* so dass der runde Schalttisch 12 in einer für
die Bedienungsperson bequemen Höhe angeordnet ist, die es ihr ermöglicht, den Tisch mit den Trägern oder Substraten zu beladen,
wie noch näher beschrieben wird.
Eine Reihe 24 von Lademulden 26, die im wesentlichei^symmetrisch
zur Welle 14 des Schalttisches 12 angeordnet ist, steht hinter diesem Tisch 12, im wesentlichen in gleicher Höhe wie
dieser. In den Mulden 26 befinden sich Ghip-Bauelemente 40
verschiedener Art, wobei zahlreiche Chips einer physikalischen Grosse, Art und Wert in jeder Mulde 26 in einem regelmässigen
Muster angeordnet sind.
Der Schalttisch 12 weist vier Nester 28 auf, die im gleichen Abstand um den Umfang des Tisches angeordnet sind. In jedem
Nest wird ein Träger 20 (Pig. Jb) nach dem Einlegen durch die
Bedienungsperson starr aber lösbar gefasst. Der Schalttisch 12 wird im Uhrzeigersinn in vier gleichen Stufen von jeweils
90° geschaltet, so dass jedes Nest 28 nacheinander an der Ladestation 32 bei der Bedienungsperson (nicht dargestellt)
hält, die von Hand einen vorgedruckten Träger 30 einlegt. Wenn
der Schalttisch 12 um 90° weiter gedreht wird, gelangt der
darin befindliche Träger jJO zur Beschichtungsstation 34, wo
auf die Oberseite des Trägers 30 automatisch ein Schnellüberzug
aufgebracht wird. Dieser dient zum Reinigen der Leitungsflächen für den nachfolgenden Lötvorgang und wirkt als Haftmittel,
um die Chips 40 am Träger 30 zu binden, nachdem er aufgelegt und bevor er angelötet wird.
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Wenn der Schalttisch 12 um weitere 90° gedreht ist, gelangt
der beschichtete Träger 30 zur Beschickungsstation 36, wo die
Chips 40 auf den Träger 30 entsprechend der durch die aufgedruckte
Schaltung bestimmten Vielfalt* Muster und Ausrichtung aufgesetzt werden.
Nach dem Bestücken des Trägers 30 wird der Schalttisch 12
itfieder um 90° zur Entladestation 38 gedreht, wo der Träger
30 automatisch auf einen Förderer 42 abgeladen wird, der zur
nächsten Station, beispielsweise der Lötstation, führt.
Das Schalten des Tisches erfolgt kontinuierlich* obwohl die
zeitlichen Intervalle zwischen den Schaltvorgängen unregelmässig sein können. Diese Intervalle hängen von der Anzahl der in der
Beschickungsstation 36 auf einen bestimmten Träger 30 aufgelegten Chips ab. Jedes leere Nest 28 wird von der Bedienungsperson
beladen, so dass während des Betriebs normalerweise vier Träger 30 gleichzeitig vorhanden sind, und zwar jeweils einer
an jeder Station, ausgenommen bei Beginn und nach Beendigung des Arbeitsablaufes.
Hinter dem Schalttisch 12 und teilweise über der Reihe 24 der Mulden 2.6 sind zwei ein Paar bildende Kopfeinheiten (Pig. 2)
angeordnet, und zwar eine linke Kopfeinheit 44 und eine rechte
Kopfeinheit 46, die unabhängig voneinander in den X-Y Horizontalebenen
bewegbar sind (Fig. 1). Übersichtshalber sind die Stellungen der Kopfeinheiten 44, 46 in Figo 2 gestrichelt dargestellt.
Die Fig. 4 und 7 bis I3 zeigen Einzelheiten der Kopfeinheiten«
Wenn die Kopfeinheiten 44, 46 nach hinten in Y-Richtung bewegt
und nach links oder rechts in den X-Richtungen gefahren werden, können sie über den in Reihe angeordneten Lademulden
26 laufen und sind in der Lage, einzelne Chips 40 aus jeder Mulde 26 aufzunehmen. Wenn zwei Kopfeinheiten verwendet werden,
wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann aus praktischen Gründen, um physikalische Störungen zwischen den Kopfeinheiten zu ver-
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meiden, die rechte Kopfeinheit 46 so ausgelegt sein, dass sie die Mulden 26 rechts von der Welle 14 und die linke Kopfeinheit
44 die Mulden 26 links von der Welle 14 bedient. Eine solche Einschränkung ist aber nicht notwendig und durch
eine Rechnersteuerung kann jede Kopfeinheit Bauelemente aus
irgendeiner Mulde auswählen. Entsprechend bestimmter X-Y Anweisungen von einem Rechner oder einem anderen programmierten
Steuerschalter (nicht dargestellt) bewegt sich eine Kopfeinheit über eine Mulde 26, die einen gewünschten Chip 40
enthält. Eine vertikale Hohlspindel 48, mit einem Innenvakuum, wird nach unten bewegt, um ein Chip-Bauelement 40 in der Mulde
26 zu berühren und zu fassen. Die den Chip 40 haltende Hohlspindel 48 wird angehoben und die Kopfeinheit bewegt sich in
den X-Y Ebenen, bis sie über der gewünschten Position auf dem Träger 30 ist, der fest in der Beschickungsstation 36 auf dem
Schalttisch 12 gehalten wird» Durch Drehen der Hohlspindel 48 wird der Chip 40 ausgerichtet und eine Zentriervorrichtung 298
zentriert den Chip 4o sehr genau an der Hohlspindel 48, Diese geht dann nach unten, bis der Chip 40 mit einer vorbestimmten
Kraft auf die mit Schmelzüberzug versehene Oberseite des Trägers 30 gepresst xvird und hier haftet, bis eine feste Lötverbindung
geschaffen ist. Das Verfahren und die Vorrichtung zum Löten ist nicht Teil der Erfindung. Das Vakuum innerhalb
der Hohlspindel 48 wird aufgehoben und ein leichter positiver Druck wird angelegt, um den Chip 4o zu lösen. Die Hohlspindel
48 wird angehoben, wonach die Kopfeinheit entsprechend dem Steuerprogramm geführt und gerichtet wird, um einen anderen
Chip 40 aus einer Mulde 26 auszuwählen. Danach wird der Arbeitsgang wiederholt. Jede Kopfeinheit arbeitet unabhängig
von der anderen, ausgenommen, wenn Chips 40 abwechselnd von jeder Kopfeinheit auf den Träger 30 abgelegt werden. Eine Kopfeinheit
wartet dann mit dem Auflegen ihres Chips 40 bis die andere Kopfeinheit einen Chip 40 abgelegt hat und wieder gegen
die Lademulden 26 bewegt worden ist.
Wenn der Träger 30 vollständig bestückt ist, wird der Schalttisch 12 um weitere 900 zur Entladestation 38 gedreht, wo
eine Entladevorrichtung 398 die Kanten des beschickten
Trägers JO von oben ergreift. Der Träger 30 wird aus seinem
Nest 28 herausgenommenj durch die Entladeeinrichtung angehoben,,
horizontal geschwenkt und auf einen Förderer 42 abgesenkt.
Der Schalttisch 12 wird erst weitergeschaltet, wenn Sensoren
(nicht dargestellt) anzeigen, dass die durchzuführende Arbeit an jeder der vier Stationen beendet ist»
Einzelheiten der Ladestation 32 sind folgende. Ein Nest 28
besteht aus einer im wesentlichen rechteckigen Platte 52 (Fig. 3a, 3b), die durch Schrauben 54 am Schalttisch 12 befestigt
ist, und zwar in einer präzisen ausgerichteten Lage,
die durch drei Vierkantstifte 56 bestimmt ist, die vertikal
von der Oberseite 18 des Tisches 12 abstehen» Die Vierkantstifte 56 sind in Präzisionsarbeit aus einem dimensionsstabilen
Material, beispielsweise Kohlenstoffstahl, hergestellt und
sind präzise angeordnet und ausgerichtet, so dass ein rechteckiger oder quadratischer Gegenstand, wie ein Träger bzw« eine
Platte 30, zwischen den durch die drei Stiftseiten gebildenen
lotrechten Ebenen eingeschachtelt werden kann,, Zwei Vierkantstifte
56 fluchten mit einer Kante des Trägers 30 und ein Vierkantstift
56 fluchtet mit der angrenzenden Kante» Die Vierkantstifte 56 sind in präzise bearbeiteten vertikalen Schlitzen
58 in der Platte 52 gesteckt und stehen sowohl über als auch
unter dieser Platte 52 vor»
Unterhalb der Platte 52 drücken die gleichen planaren Flächen
der Vierkantstifte 56, die oben zur Aufnahme eines Trägers
verwendet werden, gegen präzise bearbeitete Kanten (nicht dargestellt), die in das Metall des Schalttisches 12 geschnitten
sind. Die bearbeiteten Kanten (nicht dargestellt) des Schalttisches
12 für jedes Nest 28 werden bearbeitet, wenn der Schalttisch 12 auf seiner Welle 14 und Lagern (nicht dargestellt)
montiert und so gestellt ist, dass während des Bearbeitens jedes bestimmte Nest 28 in der Beschickungsstation J>6 isto
Über der Platte 52 schaffen die Vierkantstifte 56 eine Ausrichtung
für die Plattform 60 des Trägers 30, die durch Schrauben 62 fest aber lösbar an der Platte 52 angebracht
sind. Fünf flache, einstückige Anschläge 64 sind im wesentliehen in der Mitte und an den Ecken angeordnet und stehen
von der Plattform 60 ab. Sie schaffen eine Fläche, auf der der Träger 30 gehalten wird, wenn er von der Ladestation 32
zu den nachfolgenden Stationen 34, 36, 38 bewegt wird. Es ist
bemerkenswert, dass es die drei vertikalen Vierkantstifte
sind, und nicht die Plattform 60, die ein präzises Ausrichten und Inlagebringen des Trägers 30 ermöglichen. Auf diese Weise
können verschieden grosse Plattformen 60 und verschieden grosse Träger verwendet werden, während stets die präzise
Anordnung der Träger in Bezug auf die unveränderbar angeordneten
Vierkantstifte 56 aufrechterhalten wird.
Zwei ein Paar bildende schwenkbare Rastnasen 66 sind im Abstand
von 90° voneinander angeordnet, die sieh in Schließstellung
(Fig. 3a, 3b) innerhalb der Kanten der Plattform 60 für den Träger 30 erstrecken. Wenn demnach ein Träger 30
in Lage ist, drücken die Rastnasen 66 seitlich auf seine beiden lotrechten Kanten, die keinen "töerkantstift 56 berühren.
Gleichzeitig verhindert der vorstehende Ansatz 68 der Rastnasen 66, dass ein in Lage gebrachter Träger 30 vertikal aus
dem Nest 28 bewegt werden kann. Jede Rastnase 66 ist schwenkbar um einen Drehstift 70 gelagert und wird in einer normalerweise
geschlossenen Stellung durch eine Kraft 72 gehalten,
die unterhalb des Drehstiftes 70, beispielsweise durch eine
Feder, einen Solenoidstössel, einen pneumatischen Kolben oder dergleichen, wirkt. Wenn oberhalb des Drehstiftes 70 eine Kraft
74 aufgebracht wird (Fig. 3b) wird die Rastnase 66 von der
Plattform 60 weggedreht, wobei der Ansatz 68 vom Träger 30 gelöst oder ein leeres Nest 28 freigegeben wird, in das die
Bedienungsperson dann einen neuen Träger 30 einlegen kann.
An der Beschiekungsstation 32 wird das Entriegeln automatisch
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durch einen pneumatischen Zylinder (nicht dargestellt) durchgeführt,
kann aber auch durch die Bedienungsperson erfolgen, die einen Griff 78 in Richtung des Pfeiles 76 (Pig. 3a) drückt
und dabei die Rastnasen 66 von der Plattform 60 entgegengesetzt zur Schließkraft 72 bewegt. Ein gemeinsames Gelenk (nicht
dargestellt) verbindet die beiden Rastnasen 66, so dass diese zusammen geschwenkt werden. Die Bedienungsperson setzt einen
zu bestückenden Träger 30 in. ein Nest 28 und legt ihn auf die
Anschläge 64 der Plattform 60. Wenn der Griff 78 entweder
automatisch oder durch die Bedienungsperson losgelassen wird, wirkt wieder die Schließkraft 72 auf die Rastnasen 66* die
dann den eingelegten Träger 30 gegen die drei Vierkantstifte
56 ausrichtet und andrückt. Die die Rastnasen 66 bewegenden Gelenke (nicht dargestellt) werden an der Entladestation 38
automatisch betätigt, um den Träger 30 freizugeben.
Als Ergebnis der beschriebenen Bearbeitungsmethode, nämlich
Befestigen der Vierkantstifte 56 am Schalttisch 12 und Verwendung dieser Stifte zum Ausrichten der Platte 52* der Plattform
60 und des Trägers 30 selbst (zusammen mit den Rastnasen 66), sind X und Y Achsen eines eingelegten Trägers 30 in der
Beschickungsstation 36 mit grosser Präzision parallel zu den
X bzw. Y Ebenen der hin- und hergehenden Kopfeinheiten 44,, 46,
wie noch näher beschrieben wird.
Nach Einlegen eines Trägers 30 in ein Nest 28 wird der Tisch 12 durch den Antrieb (nicht dargestellt) automatisch um 90°
im Uhrzeigersinn gedreht, um den Träger zur Beschichtungsstation
34 zu bringen. Die BeSchichtungsvorrichtung 100 besteht
aus einem Stempelkissen 102, das an einem vorstehenden Arm 104 lösbar angeordnet und an einer vertikalen Welle I06
drehbar ist. Der Arm 104 wird in einer von zwei Positionen betätigt. In der ersteh Position wird das mit Schmelzfluss befeuchtete
Stempelkissen 102 (Fig. 5a, 5b) unmittelbar über den im Nest 28 eingelegten Träger 30 gebracht, sobald dieser
in der Beschichtungsstation 34 angekommen ist. Durch Betätigung
eines Solenoids (nicht dargestellt) bewegt sich die Welle
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vertikal nach unten und drückt die befeuchtete Unterseite 108 des Stempelkissens 102 auf den Träger 30, bevor sie
wieder in ihre angehobene Stellung zurückgeht. Das Stempelkissen 102 hat etwa die gleiche Grosse und Form wie der
Träger 30 und bringt auf die gesamte Oberseite des Trägers
30 einen gleichmässigen Schmelzüberzug auf, derart, dass nur ein schmaler Rand von etwa 1,5 mm an den Kanten freibleibt,
um zu verhindern, dass Schmelzfluss die Vierkantstifte 56 und die Rastnasen 66 benetzt.
Dann wird der Arm 104 an der Welle IO6 um 18O° gedreht und
bringt das Stempelkissen 102 über eine Matte 110, die ständig mit Schmelzfluss feucht gehalten wird. Wenn der nächste Träger
30 zur Beschichtungsstation 34 bewegt wird, bewegt das Solenoid
(nicht dargestellt) das Stempelkissen 102 nach unten, bis seine Unterseite I08 die Matte 110 berührt und hier wieder befeuchtet
wird. Daraufhin wird das Stempelkissen 102 angehoben und um l80° gedreht, um wieder die Arbeit in der Beschichtungsstation
34 durchzuführen.
Die Unterseite I08 des Stempelkissens 102 (Fig. 5a, 5b) weist
parallele Reihen von quadratischen Stegen mit coplanaren Flächen 114 auf, die über die Basis Ho des Stempelkissens 102
vorstehen. Ausserdem sind an der Unterseite I08 abwechselnde Reihen von quadratischen Stegen angeordnet, deren coplanare
Flächen II8 in einem etwas geringeren Abstand 120 als die
Flächen 114 von der Basis 116 des Stempelkissens 102 abstehen. Das Stempelkissen 102 besteht aus Gummi oder einem anderen
nachgiebigen Material und ist mit einem starren Teil 122 unterlegt. Obwohl die befeuchtete Unterseite I08 nicht eine einzige
kontinuierliche planare Fläche ist, schaffen die Abstände der Stege 114, 118 eine einheitliche durchgehende Fläche auf dem
Träger 30 ohne Lücken in der Schmelze, wenn das Stempelkissen 102 auf den Träger 30 gedrückt wird. Es wird ein ausreichender
Druck aufgebracht und das Stempelkissen 102 ist ausreichend nachgebend,, so dass alle Flächen 114, 118 der Stege der Träger
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Vl- vr -
30 brühren. Wenn nach dem Beschichten das Stempelkissen 102 angehoben wird, werden die niedrigeren Flächen 118 der Stege
vom Träger 30 gelöst, während die höheren Flächen 113 der Stege den Träger 30 immer noch berühren und dazu beitragen, diesen in
dem Nest zu halten. Auf diese Weise sind die Zugkräfte zwischen dem Stempelkissen 102 und dem Träger 30 in Stufen geteilt und
es wird während des Trennens eine geringere Spannung auf den Träger 30 ausgeübt.
Ein Stempelkissen 102 mit Stegen von 2,54 mm im Quadrat ( 0,100
inch square) in Reihen und Kolonnen im Abstand von 2,54 mm, wobei die höheren Stege 114 in einer Höhe von 1,52mm und die
niedrigeren Stege 118 in einer Höhe von 1,27mm über der Basis 116 vorstehen, arbeitet zufriedenstellend und ergibt einen
gleichmässigen Schmelzüberzug auf einem vorgedruckten Träger 30, der sich für eine Hybrid-Schaltung eignet.
Die Matte 110 (Fig. 6) besteht aus einer kurzen Länge eines nachgiebige^ flexiblen Dochtmaterials, das als umgekehrtes U
über einer starren Unterlage 124 gespannt ist, die in einer flachen, mit Schmelzfluss 128 gefüllten Schale 126 eingesetzt
ist. Die Enden I30 der Matte 110 liegen im Schmelzfluss 128 und die Unterlage 124 hält die waagerechte Oberseite der Matte,
auf die das Stempelkissen 102 zum Befeuchten aufgedrückt wird, oberhalb des Schmelzflußspiegels I32. Der Schmelzfluss 128, der
von der Matte 110 auf das Stempelkissen 102 übertragen wird,
wird in an sich bekannter Weise durch die Dochtwirkung des Mattenmaterials wieder ersetzt. Ein lösbarer Deckel 134 (gestrichelt
in Fig. 6) mit einer rechteckigen öffnung I36 ermöglicht den
Zugang des Stempelkissens 102 zur Matte 110, während ein Verdampfen und ein Verunreinigen des Schmelzflusses 128 verringert
wird.
Wenn der Schalttisch 12 weiter um 90° im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der mit einem dünnen Überzug aus klebrigem Schmelzfluss
versehene Träger 30 zur Beschickungsstation 36 bewegt.
Diese Beschickungsstation 36 umfasst die Reihe 24 der Ladeaiulden
26, eine linke und rechte Kopfeinheit 44 bzw. 46 und eine X-Y Stellvorrichtung I50.
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Die Stellvorrichtung 150, die in Pig. 1 und 2 übersichtshalber
ohne Kopfeinheiten 44, 46 fragmentarisch gezeigt ist, ist an der Hauptplattform 20 befestigt. An gegenüberliegenden
Enden dieser Plattform 20 stehen Endstücke 152 lotrecht ab und tragen die Stellvorrichtung 150. Zwei, ein Paar bildende
starre, kreisförmige horizontale Führungsschienen 154 erstrecken
sich zwischen den Endstücken 152 und bilden mit diesen ein
Viereck (Fig. 2). Die Führungsschienen 154 sind gerade, präzise
bearbeitet und bilden die X-Bezugsachse der Stellvorrichtung I50. Diese X-Bezugsachse verläuft parallel zur X-Achse der
Vierkantstifte 56 der Nester 28. X-Achsen-Präzisions-Führungssehrauben
I56, I58 verlaufen ebenfalls parallel zu den Führungsschienen
I54 zwischen den Endstücken I52, in die sie drehbar
gesteckt sind. Entlang der Führungsschienen 154 bewegen sich
zwei X-Achsen Lafettenrahmen I60, 162, von denen jeder durch eine der X-Achsen-Führungsschrauben I56, I58 getrieben wird.
Jeder X-Achsen Lafettenrahmen I60, l62 trägt einen Y-Achsen-Lafettenrahmen
164, 166, von denen jeder eine der Kopfeinheiten 44, 46 trägt. Die Führungsschraube I58, der X-Achsen-Lafettenrahmen
162 und der Y-Achsen-Lafettenrahmen 166 arbeiten zusammen und bewegen die linke Kopfeinheit 44. Andererseits wirken
die Führungsschraube I56, der X-Achsen-Lafettenrahmen I60
und der Y-Achsen-Lafettenrahmen 164 zusammen und bewegen die
rechte Kopfeinheit 46. Die linke Anordnung ist das Spiegelbild
der rechten Anordnung (Fig. 2), so dass hierin nur die rechte-Anordnung
beschrieben wird. Die linke Anordnung entspricht dieser vollständig, mit Ausnahme einiger Änderungen zur Handhabung mit der anderen Hand.
Die FUhrungsschraube I56 ist drehbar mit dem Ausgang des
Servomotors 168 verbunden. Sie ist durch eine an sich bekannte Kugelmutter I70 gesteckt, die dem X-Achsen Lafettenrahmen I60
zugeordnet ist. Wenn der Servomotor 168 die Führungsschraube I56 in einer Richtung dreht, wird der Lafettenrahmen I60 nach
rechts bewegt. Umgekehrt, wenn der Servomotor 168 die Führungsschraube
I56 entgegengesetzt dreht, bewegt sich der Lafetten-
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— .•
rahmen l6o nach links. Ein Kodierer 172 ist über ein Untersetzungsgetriebe
(nicht dargestellt) mit der Präzisions-Führungsschraube
I56 verbunden und Ausgangssignale, die jede Drehung der Führungsschraube 156 anzeigen, werden zum Rechner
(nicht dargestellt) gesendet, der die Arbeit der erfindungsgetnässen
Vorrichtung 10 steuert. Kodierer sind bekannt und erfordern in diesem Rahmen keine weitere Erläuterung. Mit einer
entsprechenden Minderung der Geschwindigkeit durch das Untersetzungsgetriebe und grosser Präzision der Konstruktion einschliesslich
der Führungssehraube und der Kugelmutteranordnung
I70, wird eine X-Einstellung mit einer Genauigkeit von ^ 0,0005
erreicht.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist der Y-Achsen-Lafettenrähmen
164 übersetzbar zum X-Achsen-Lafettenrahmen 16O montiert (Fig.
2). Der Flansch 174 steht lotrecht von der waagerechten planaren
Fläche I76 des Y-Achsen-Lafettenrahmens 164 abo Eine im rechten
Winkel zu den X-Achsen-Führungsschrauben I56, I58 vorgesehene
Präzlsions-Y-Achsen-Führungsschraube I78 ist durch den Flansch
I74 und eine Kugelmutteranordnung I80 gesteckt, die am Flansch
I74 befestigt ist. Ein Ende der Führungsschraube I78 ist drehbar
in ein Lager I82 gesteckt, das seinerseits starr am X-Achsen-Lafettenrahmen
I60 befestigt ist. Das andere Ende der Führungsschraube I78 geht durch ein Lager 184 und schafft die
Verbindung zu einem Kodierer I86. Am Gehäuse des Lagers 184 ist ein Servomotor 188 angeordnet, der durch einen über Scheiben
190, I92 laufenden Transportriemen 194 die Führungsschraube
I78 treibt. Auf diese Weise wird die Drehgeschwindigkeit zwischen dem Servomotor 188 und der Führungsschraube I78 verringert.
Das Gehäuse des Lagers 184 ist an den X-Achsen-Lafettenrahmen I60 befestigt.
Zwei kreisförmige bzw. zylindrische Führungsschienen 196 (Fig.
2, 4) verlaufen parallel zur Y-Achse und sind starr an der planaren Fläche I76 des Y-Achsen-Lafettenrahmens 164 befestigt,
wie noch näher beschrieben wird. Diese Führungsschienen I96 erstrecken
sich nach hinten und sind gleitend in umlaufende
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Kugellagerbuchsenhälften (nicht dargestellt) im X-Achsen-Lafettenrahmen
l6o gesteckt. Die Führungsschienen I96 und die zu ihrer Aufnahme bestimmten Buchsen sind präzise bearbeitet,
so dass der Y-Achsen-Lafettenrahmen 164 horizontal nach vorne, wie durch den Pfeil I98 angezeigt, auf den Führungsschienen
I96 parallel zur Y-Achse gleitet, wenn der Servomotor 188 in einer Richtung dreht. Bei Umkehr der Drehbewegung des
Servomotors 188 wird die Bewegung des Lafettenrahmens 164 ebenfalls umgekehrt und dieser wird eingefahren. Der Kodierer I86
sendet Signale zum Rechner (nicht dargestellt), die der Y-Position der Y-Achsen-Lafetteneinheit entsprechen und bewirkt
eine Steuerung mit einer Genauigkeit von - 0,0127 mm.
In Fig. 2 ist der rechte Y-Achsen-Lafettenrahmen 164 in einer
weiter ausgefahrenen Stellung gezeigt als der linke Y-Achsen-Lafettenrahmen I66. Bei dieser vorgerückten Stellung wird ein
Bauelement oder Chip 40 durch die rechte Kopfeinheit 46 auf einen Träger 30 aufgelegt.
Die rechte Kopfeinheit 46 ist auf der planaren Fläche I76 des
Lafettenrahmens 164 angeordnet (Fig. 4). Diese Fläche I76 bildet
einen Teil des rechtwinkeligen Kanals, der an seinem vorderen Ende den Kopfblock 200 berührt. Die Führungsschienen I96
sind starr am Kopfblock 200 befestigt.
Die präzise bearbeitete runde Hohlspindel 48 ist lotrecht durch den Kopfblock 200 gesteckt und ist darin drehbar und
vertikal hin- und herbewegbar gehalten. Das Spindelgehäuse 202 ist fest am Kopfblock 200 angebracht (Fig. 8 und 11) und
umschliesst zwei vertikal im Abstand angeordnete Präzisionshülsen 204, in denen die Hohlspindel 48 dreht und gleitet.
Die Hohlspindel berührt das Spindelgehäuse 202 nicht unmittelbar, sondern es ist eine Ringkammer 203 (Piß· 8) ausgespart,
die die Hohlspindel 48 umgibt. Dta Spindegehäuse 202 ist im wesentlichen zylindrisch und konzentrisch zur Hohlspindel 48
angeordnet.
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Auf der Oberseite des Kopfblockes 200 liegt eine Scheibe 206 auf, die um ihre Welle 207 dreht und mit ihrem Umfang
konzentrisch zur Hohlspindel 48 angeordnet ist, die ihrerseits durch die Scheibe 206 gesteckt ist,, Die Welle 207 dreht in
Lagern 208, 210, die mit Preßsitz in den Kopfblock 200 eingepasst sind (Pig. 4). Eine längliche, vertikale, zylindrische
Hülse 212, die mit einem schmalen, vertikalen Schlitz 214 versehen ist, ist starr auf der Oberseite der Scheibe 206 befestigt.
Eine Kugellagerschraube 216 ist durch den Schlitz 214 gesteckt und in der Hohlspindel 48 befestigt, wodurch ein
glattes, reibungsfreies Rollen des Lagers 216 vertikal entlang des Schlitzes 214 gewährleistet isto Durch diese Konstruktion
kann sich die Hohlspindel 48 immer vertikel in jeder Richtung in den Lagern 204 gleitend bewegen. Ausserdem dreht die Hohlspindel
48 mit der sich drehenden Scheibe 206, getrieben durch die geschlitzte Hülse 212, die gegen das Lager 216 wirkt. Polglich
kann die Hohlspindel 48 unabhängig von der anderen Bewegung
entweder gedreht oder vertikal bewegt werden. Die Hohlspindel 48 wird durch einen Portschaltmotor 218 gedreht, der
durch einen Befestigungsträger 220 am Kopfblock 200 montiert ist. Die Scheibe 222 an der Welle des Motors 218 ist über einen
0-Ringriemen 224 mit der Scheibe 206 der Hohlspindel 48 verbunden. Beide Scheiben 206, 222 weisen den gleichen Durchmesser
auf, so dass jeder Grad der Drehung des Portschaltmotors 218 direkt durch die Hohlspindel 48 wiedergegeben wird.
Die Hohlspindel 48 wird vertikal durch einen verlängerten Arm 226 (Fig. 4, 7, 9', 10) getrieben, der die fest am oberen Ende
der Hohlspindel 48 angeordnete Rillenscheibe 228 berührt. Die um die Scheibe 228 umlaufende Rille 230 weist einen rechteckigen
Querschnitt auf und wird von zwei ein Paar bildenden gegenüberliegenden runden Stiften 232 berührt, die waagerecht von beiden
Armen eines Bügels 234 abstehen. Dieser Bügel 234 bildet nahe
der Hohlspindel 48 das Ende des Armes 226. Die Stifte 232 laufen gleitend in der rechteckigen Rille 230 und bringen die
Kräfte auf, die zum lotrechten Anheben und Senken der Hohl-
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spindel 48 erforderlich sind, ohne dabei auf die Hohlspindel 48 eine Biegespannung in Längsrichtung auszuüben. Sie gestatten
aber eine ungehinderte Drehbewegung der Hohlspindel 48
entsprechend der Arbeit des Schaltmotors 218, und zwar unabhängig von der Höhenlage der Hohlspindel.
Das gegenüberliegende Ende des verlängerten Armes 226 ist
durch eine Welle 2jj8 in einer vertikalen Ebene schwenkbar am
Pfosten 2^6 angeordnet. Durch das Ende des Armes 226 ist eine
Stellschraube 240 (Fig. 9) eingeschraubt und stösst an eine
Verlängerung 244 des Pfostens 26 an. Eine Mutter 246 sperrt
die Stellschraube 240 und begrenzt den Aufwärtshub der Hohlspindel 48.
Ein in einem vertikalen Zylinder 250 gleitender luftbetätigter
Kolben 248 ist durch ein Gelenk 252 zwischen der Drehwelle 238 und dem Bügel 2j54 mit dem verlängerten Arm 226 verbunden. In
einen am Arm 226 befestigten Anschlag 254 (Pig. 9) ist ein mit
Gewinde versehenes Paßstück 256 eingesetzt und ein Ende 258 des Gelenkes 252 ist schwenkbar am Kolben 248 und das andere
Ende 260 ist schwenkbar am Paßstück 256 angeordnet. Druck oder Vakuum in der Zylinderkammer 264 werden nach Bedarf von einer
Druckluft- und Vakuumquelle geliefert, die in Pig. 9 allgemein mit 262 bezeichnet ist. Durch Druck wird der Kolben 248 nach
oben ausgefahren und hebt die Hohlspindel 48 an, bis die Stellschraube 240 eine weitere Bewegung verhindert. Durch Vakuum ,
wird der Kolben 248 eingefahren und die Hohlspindel 48 nach
unten bewegt. Der Kolben 248 und der Zylinder 250 arbeiten in einer weichen stossgedämpften Weise und bewirken auf diese Art
eine weiche und sanfte Bewegung der Hohlspindel 48, wenn diese die Bauelemente oder Chips 40 auf einen Träger 30 auflegt. Die
Grosse des Vakuums in der Zylinderkammer 264 bestimmt die
Kraft, die die Hohlspindel 48 aufbringt, um die Chips 40 auf den Träger 30 zu legen. Diese Kraft wird durch Einstellen des
Gasdruckes zu der Zylinderkammer 264 verändert, um sie den Bauelementen und Trägern anzupassen.
Das -untere Ende der Hohl spindel 48 (Fig. 8) ist hohl und der
Hohlraum 268 ist im allgemeinen abgedichtet, ausgenommen der öffnung, aus der die Spitze 266 vorsteht. Die Spitze bzw.
Spindelspitze 266 ist ein Hohlrohr mit kleinem Durchmesser und der Durchgang durch diese Spitze 266 kommuniziert mit dem Hohlraum 268 in der Hohlspindel 48. Ein kleines Querloch 270 ist
durch die Hohlspindel 48 gebohrt und verbindet den Hohlraum 268
mit der Ringkammer 203 zwischen den Hülsen 204 und dem Spindelgehäuse
202. Eine Leitung 272 verbindet die Ringkammer 203 über
ein verengtes Paßstück 274 mit einer veränderbaren Luftdruckquelle
(nicht dargestellt). Wenn das untere Ende der Spindelspitze 266 ein Bauelement oder einen Chip 40 in einer Lademulde
26 berührt, wird durch ein an die Spindelkammer 268 angelegtes Vakuum der Chip 40 an die Spitze 266 gesaugt und wird durch Anheben
der Hohlspindel 48 aus der Lademulde 26 herausgehoben. Wenn der Chip 40 auf einen mit Schmelzüberzug versehenen Träger 30
gepresst wird, wird das Vakuum in der Spindelkammer 268 aufgehoben · Wenn die Hohlspindel 48 angehoben wird, wird der innere
Spindeldruck umgekehrt, wobei ein positiver Druck aufgebaut wird. Es ist hauptsächlich dieser Druck, durch den das Bauelement
oder der Chip 40 von der Spindelspitze 266 gelöst wird und der sicherstellt, dass das Bauelement oder der Chip an
dem Schmelzüberzug des Trägers 30 ohne Verschiebung haften
bleibt, wenn die Hohlspindel 48 zurückgezogen wird.
Die Grosse des Vakuums in der Hohlspindel 48 zeigt an, ob ein
Chip 40 tatsächlich aus einer Lademulde 26 herausgenommen wur-de. Ein Vakuumschalter (nicht dargestellt) arbeitet entsprechend
dem Spindeldruck, der an einer Stelle zwischen dem Hohlraum 268 und dem verengten Paßstück 274 abgetastet wird. Wenn ein Chip
40 durch die Spindelspitze 266 aufgenommen worden ist, sind der äussere Einlass zum Hohlraum 268 der Spindel, die Ringkammer
203 und die Leitung 272 tatsächlich gegenüber der Aussenatmosphäre
abgedichtet. In diesem Zustand wird der innere Spindeldruck gesenkt, um dem Druck der Vakuumquelle (nicht dargestellt)
zu gleichen. Wenn an der Spindelspitze 266 kein Chip 40 haftet, ist der Druck innerhalb dem Hohlraum 268 der Spindel,
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der Ringkammer 203 und der Leitung 272 mehr positiv. Wie
noch näher erläutert wird, wird diese Druckänderung, die auftritt, wenn ein Chip 4o richtig an der Spitze haftet, zum
Steuern der Arbeit der Kopfeinheit 46 verwendet. Das verengte
Paßstück 274 zwischen der Vakuumquelle (nicht dargestellt) und
dem Hohlraum 268 der Spindel liefert ein grösseres Druckdifferential, um das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines
Chips 40 an der Spindelspitze 266 anzuzeigen, als dies der Fall wäre, wenn kein verengtes Paßstück 274 eingesetzt wäre.
Wenn ein Chip 40 richtig an der Spindelspitze 266 gehalten
wird, ist der Luftstrom durch die Hohlspindel 48 effektiv blockiert und der Druck innerhalb der Hohlspindel 48 und der
Druck innerhalb des Hohlraumes 268 der Spindel ist der gleiche, gleichgültig ob ein verengtes Paßstück 274 verwendet wird oder
nicht. Wenn jedoch ein verengtes Paßstück 274 verwendet wird
und kein Chip 40 an der Spitze haftet, bleibt der Druck im Hohlraum 268 der Spindel relativ hoch, da über dem verengten
Paßstück 274 ein wesentlicher Abfall des Strömungsdruckes auftritt.
Ohne ein solches verengtes Paßstück 274 tritt im wesentliehen
der gesamte Strömungsdruckabfall am Einlass zu der Spindelspitze 266 auf und demzufolge ist der Druck in dem Hohlraum
268 der Spindel im wesentlichen gleich dem Druck der Vakuumquelle.
Die Hohlspindeln 48 mit im Durchmesser unterschiedlichen Spindelspitzen
266 können ausgewechselt werden, um mit Bauelementen 40 verschiedener Grossen verwendet zu werden.
Die Fig. 7 und 8 zeigen die Hohlspindel 48 in ihrer angehobenen
Stellung. Die in Fig. 7 gestrichelt gezeichneten Bauteile 48' und 228' zeigen eine tiefere Stellung der Hohlspindel 48 an.
Durch die Kopfeinheit 46 und die X-Y Stellvorrichtung I50 kann
ein aus einem Vorrat in einer Mulde 46, einer linearen Schüttelzuführung (nicht dargestellt) oder einer Zuführungsschale (nicht
dargestellt) ausgewählter Chip 40 angehoben, nach unten bewegt, drehend ausgerichtet und präzise in den X-Y Ebenen hin und her
bewegt werden« Diese Vorrichtung wäre jedoch nur ausreichend
zum präzisen Inlagebringen der Chips 40 auf präzise gehaltene Träger 30, wenn jeder Chip 40 zur Zeit des Aufnehmens durch
die Spindelspitze 266 an einer genau bekannten X-Y Stellung oder Ausrichtung gelagert oder verfügbar wäre. Ausserdem
müsste die Lage des Chips 4o an der Spindelspitze 266 vom Zeitpunkt des Aufnehmens bis zum Zeitpunkt des Auflegens auf
einen Träger 30 gehalten werden. Durch eine Zentriervorrichtung 298 ist aber diese präzise Lage der Chips 40 zum Zeitpunkt des
Aufnehmens nicht erforderlich.
In der erfindungsgemässen Vorrichtung sind zwei Paar gegenüberliegende,
lineare Nuten 300, 30I nahe der Oberseite des Spindelgehäuses
202 vorgesehen (Fig. 7 und 11). Die Scheitel des
einen Nutenpaares 3OO verlaufen parallel zur Y-Achse, während die Scheitel des anderen Nutenpaares 301 parallel zur X-Achse
verlaufen. Zwei ein Paar bildende gegenüberliegende X-Achsen-Sucher 302 (Fig. 7) greifen in die V-Nuten 3OO parallel zur
Y-Achse und sind schwenkbar in den Nuten eingehängt. Jeder X-Achsen-Sucher 302 besteht aus einem Kopf 304 und einem durch
eine Welle 308 damit verbundenem Puss 306. Der Kopf 304 weist eine Messerschneide 3IO auf, die in die V-Nut 300 eingreift
und darin mit geringstem Widerstand ruht, um die X-Achsen-Sucher 302 schwenkbar zu lagern. Eine C-förmige Federklemme
312 umschlingt die Köpfe (Pig. 4), um mit gleicher Kraft auf deren Aussenseiten 304 zu drücken, wie durch die Pfeile
314 angedeutet ist (Fig. 7). Auf diese Weise werden die Sucher
302 in den V-Nuten 300 gehalten und es wird eine leichte Federspannung erzeugt, die die Püsse 306 gegen die Hohlspindel 48
bewegt. An der Innenseite der PUsse 306 sind Kurvenflächen vorgesehen, die der Hohlspindel 48 zugekehrt sind und nach
unten gegen die Spindelspitze 266 schräg verlaufen. Die PUsse 306 erstrecken sich nach innen unter dem Spindelgehäuse 202
und bilden zwei gegenüberliegende planare Flächen 3I8 (Fig. 8), die lotrecht zur X-Achse stehen.
Zwei ein Paar bildende gegenüberliegende Y-Achsen-Sucher 320
(Fig. 4 und 11) berühren die V-Nuten 30I parallel zur X-Achse
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und sind in diesen Nuten schwenkbar eingehängt. Jeder Y-Achsen-Sucher
320 besteht aus zwei ein Paar bildenden flachseitigen
Kopfstücken 322 (Fig. 12a, 12b, 12c), deren Messerschneiden
324 in die V-Nut 30I mit geringstem Widerstand eingreifen, so
dass die Y-Achsen-Sucher 320 leicht geschwenkt werden können.
Zwischen den flachen Seiten der Kopfstücke 322 sind symmetrisch
und sandwichartig zwei ein Paar bildende, flache, längliche Pinger 326, daran jeweils anschliessend je ein Abstandstück 328
und zwischen den Abstandstücken 328 ein Nocken 330 angeordnet.
Durch diese Anordnung sind Schraubenbolzen 332 gesteckt und in
ein Kopfstück 322 eingeschraubt, um den Y-Achsen-Sucher 320 zu
verstärken. Die Pinger 326 erstrecken sich nach innen unterhalb des Spindelgehäuses 202 und gegen die Spindelspitze 266 und
bestehen aus einem dünnen Metall. Eine Dicke in der Grössen-Ordnung von 0,127 mm haben sich als zufriedenstellend erwiesen.
Der Nocken 330 ist kürzer als die Pinger 326 und erstreckt
sich nicht unter das Spindelgehäuse 202. Sowohl die Pinger 326 als auch der Nocken 330 weisen eine nach unten gegen die Spindelspitze
266 schräg verlaufende Kurvenflächen 334 auf. Die
gesamte Dicke 336 einschliesslich der Pinger 326 ist ausreichend
klein, so dass die verlängerten Enden 388 der Pinger 326 zwischen die lotrechten Flächen 318 der Püsse 306 der X-Achsen-Sucher
302 eintreten können, wenn diese Sucher ganz eng gegeneinander
geschwenkt werden. Diese am weitesten geschlossene Stellung der X-Achsen-Sucher 302 ist durch die Berührung der
PUsse 306 mit der Seitenfläche des Spindelgehäuses 202 bestimmt. Die innersten Kanten 340 eines jeden Paares der Y-Achsen-Sucher
322 sind parallel zueinander und begrenzen eine zur X-Achse parallele Ebene.
Eine C-förmige Federklemme 32U ist umgeschlungen (Fig. 4), um
mit gleicher Kraft gegen die Aussenseite beider Nocken 330 zu drücken und die Y-Achsen-Sucher 320 in den V-Nuten 301 zu
halten. Dadurch wird eine leichte Federspannung erzeugt, die dazu neigt, die Fingerspitzen 340 gegen die Hohlspindel 48 zu
bewegen. Die PUsse 3O6 und Finger 326 sind regelmässig in Reihe
symmetrisch um das Spindelgehäuse 202 angeordnet (Fig. 4, 7, 8,
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- 27 -
11), in einer Stellung, in der sie die Seitenkanten eines Bauelements oder Chips 40 berühren, der durch Vakuum an der
Spitze 266 der Hohlspindel 48 gehalten wird, wenn diese angehoben ist.
Ein mittiger Nocken 342 ist gleitend über das und konzentrisch
zum Spindelgehäuse 202 aufgezogen (Pig. 4, 1J, 11). Der Nocken
342 wird durch einen linearen Antrieb jj44 (Pig. 4) vertikel
bewegt, der am Block 200 montiert und durch einen Steuerarm 348 mit Verlängerungen 3^6 des mittigen Nockens 3^2 verbunden
ist. Der lineare Antrieb 3^ kann irgendeine entsprechende
Vorrichtung sein, beispielsweise eine Magnetspule, wobei Jedoch ein luftbetätigter Kolben mit einer weichen Stossdämpferwirkung
bevorzugt wird. Dieser Kolben arbeitet ähnlich dem Kolben 248 und Zylinder 250, die die Hohlspindel 48 vertikal
bewegen. Wenn der mittige Nocken 342 nach unten bewegt wird,
berührt seine abgerundete untere Nockenfläche 350 die Kurvenfläche 316 der PUsse 306 sowie die Kurvenfläche 334 des
Suchernockens 330. Wenn der mittige Nocken 342 ganz unten
angekommen ist (Fig. I3), werden die Püsse 306 und die Pinger
326 nach aussen gedruckt-und geben die Spindelspitze 266 sowie
einen daran haftenden Chip 40 frei. Wenn der mittige Nocken 342 durch den linearen Antrieb ~5>W und die Steuerstange 348
langsam angehoben wird, gleitet die abgerundete Nockenfläche 350 nach oben zuerst entlang der Kurvenfläche 316 des Pusses,
wodurch die Püsse 306 langsam wieder gegeneinander geschwenkt werden. Die Höhe 352 der vertikalen Seite 307 des Pusses ist
kleiner als die Höhe 354 der vertikalen Nocken- und Pingerseiten
335* so dass beim Anheben des Nockens 342 die Püsse
306 vollständig nach innen geschwenkt werden, bevor die Lage der Pinger 326 wesentlich verändert wird. So wie der mittige
Nocken 3^2 weiter nach oben geht, gleitet die Nockenfläche
350 nach oben entlang' der Kurvenfläche 33^ und die Pinger
werden nach innen geschwenkt. Der mittige Nocken 342 ist von
den Fingern 326 und Püssen 306 gelöst, wenn er in seiner
höchsten Stellung ist (Pig. 7, H).
Wenn die Hohlspindel 48 zum Herausnehmen eines Chips 40 aus einer Lademulde 26 nach unten bewegt wird, befindet sich der
mittige Nocken 342 unten (Pig. 13), die Pinger 326 und Püsse
306 sind gespreizt und die Spindelspitze 266 ragt über die Achsensucher 302, 320 hinaus. Zur Erläuterung wird angenommen,
dass der ausgewählte Chip 40 quadratisch oder rechteckig und nach dem Aufnehmen an der Hohlspindel 48 in Bezug auf die
vertikale Achse der Spindelspitze 266 nicht ausgerichtet ist. Die Hohlspindel 48 wird dann angehoben und der daran haftende
Chip 40 kann, falls erforderlich, durch Drehen der Hohlspindel
48 durch den Schaltmotor 218 in Winkelstellung ausgerichtet werden.
Danach wird der Chip 40 durch die Stellvorrichtung I50 in X-Y
Richtung zu der programmierten Stelle über dem Träger 30 geführt.
An diesem Punkt wird der mittige Nocken 342 langsam
angehoben, wobei die mit den Messerschneiden 310, 324 aufgehängten
Püsse 306 nach innen geschwenkt werden, bis der nicht orientierte Chip 40 berührt wird. Wenn der Chip 40 in der
positiven X-Richtung falsch ausgerichtet ist, berührt der rechte Puss 306 zuerst den Chip 40 und drückt ihn gegen den
gegenüberliegenden Puss 306, und umgekehrt, wenn die Falschausrichtung
X-negativ ist. Durch die Kraft der C-förmigen Federklemme 312 und das Gewicht der Sucher 302, wird der Chip
40 in eine zentrierte X-Stellung an der Spindelspitze 266 gedrückt
und mit zwei geraden Kanten in Bezug auf die Y-Achse ausgerichtet. Die Breite 356 der planaren Flächen 3I8 sichert
das Ausrichten aller Grossen von Chips 40.
So wie sich der mittige Nocken 3^2 weiter nach oben bewegt, um
die Finger 326 anzuheben, werden diese durch die C-förmige Federklemme 341 nach innen geschwenkt, bis der falsch ausgerichtete Chip 40 berührt wird. Wenn der Chip 40 in der positiven
Y-Richtung falsch liegt, wird er zuerst von den vorderen Fingern 326 berührt, die ihn gegen die gegenüberliegenden
Finger 326 drücken, und umgekehrt, wenn die Falschausrichtung negativ ist. Durch die Kraft der Federklemme 341 und das Ge-
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wicht der Sucher 320 wird der Chip 40 in eine zentrierte
Y-Stellung an der Spindelspitze 266 gedrückt, wcfcei seine
Kanten sowohl in Bezug auf die X-Achse als auch in Bezug auf die Y-Achse ausgerichtet werden. Der Chip 40 ist dann
an der Spindelspitze vollständig zentriert. Ein Chip 40, der zur Zeit der Aufnahme bereits zentriert aber in Winkelstellung
falsch ausgerichtet war, wird durch die Arbeit der Zentriervorrichtung 298 sowohl zentriert als auch ausgerichtet.
Danach wird der Nocken 342 durch den linearen Antrieb 344
nach unten bewegt, wobei die Pinger 326 und die Füsse 306 auseinandergespreizt
werden und der zentrierte und ausgerichtete Chip 40 an der Spitze 266 der Hohlspindel 48 haften bleibt.
Dann wird die Hohlspindel 48 nach unten bewegt, um den Chip 40 auf die beschichtete Oberseite des Trägers 30 zu drücken.
Der Chip 40 wird, wie oben beschrieben, von der Hohlspindel 48 gelöst und diese angehoben, um dann wieder seitlich zum
Aufnehmen eines anderen Bauelements oder Chips 40 aus einer anderen Mulde 26 bewegt zu werden. Die Auswahl eines solchen
Chips 40 erfolgt entsprechend den Anforderungen der Leiterplatte und wird durch ein programmiertes Steuersystem (nicht
dargestellt) durchgeführt. Die beiden Kopfeinheiten 44, 46
arbeiten so, dass sie abwechselnd Chips 40 auf einen Träger auflegen.
Nach dem Bestücken des Trägers 30 mit Chips wird der Schalttisch
12 wieder um 90° im Uhrzeigersinn weiter gedreht und der Träger 30 zur Entladestation 38 gebracht. Hier wird ein
schwenkbar gelagerter und mit einer vertikalen Welle 402 drehender Arm 400 über den Träger 30 geschwenkt. Durch einen Kolben
(nicht dargestellt) wird der Arm 400 vertikal nach unten bewegt und zwei gegenüberliegende Pinger 404 (Fig. 16) nähern sich,
um den dazwischenliegenden Träger 30 zu greifen. Die Rastnasen 66 des Nests 28 werden dann mit Hilfe einer Kraft 74 (Fig. 3a,
3b) über dem Drehstift 70 automatisch betätigt, um den Träger 30 freizugeben. Diese Kraft 74 bewirkt, dass die vorstehenden
Lippen oder Ansätze 68 der Rastnasen von dem Träger 30 wegbe-
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wegt werden. Der Arm 400 wird dann vertikal angehoben, wobei
er den von den Fingern 4o4 gehaltenen Träger 30 aus dem Nest
28 herausnimmt. Er dreht dann um die Welle 402, bis der Träger 30 über dem Förderer 42 ist. Danach wird der Arm 400 nach unten
bewegt, bis der Träger 30 auf dem Förderer 42 aufliegt und
die Finger 4θ4 werden voneinander entfernt, um den bestückten
Träger 30 freizugeben. Der Förderer 42 bewegt den Träger 30
zur nächsten Arbeitsstation, beispielsweise der Lötstation.
Einzelheiten der Mechanismen, . durch die der Arm 4θΟ, die
Finger 4o4 und der Förderer 42 betätigt werden, sind kein Merkmal der erfindungsgemassen Vorrichtung und werden daher nicht
näher beschrieben.
Eine Vielzahl und Vielfalt von Bauelementen oder Chips werden in Lade- oder Vorratsmulden 2b aufbewahrt, die hinter dem Schalttisch
12 angeordnet sind, um für die Spindelspitze 266 verfügbar
zu sein. Diese Mulden 26 weisen eine planare Oberseite 440 auf, die durch ein rechteckiges Gitter 442 in Abteilungen
eingeteilt ist. Das Gitter 442 ist einstückig mit der planaren Oberseite 440 und steht von dieser vor, um eine Vielzahl rechteckiger
Abteile 444 gleicher Grosse und gleicher Form zu bilden.
Das Gitter 442 ist von einem quadratischen Rahmen 446 umschlossen,
der die gleiche Höhe aufweist wie das Gitter 442. Die planare Oberseite 440 sitzt auf einer einstückigen Basis 448,
die an der Unterseite 452 mit einer rechteckigen Ausnehmung
450 versehen ist.
Die Mulden 26 sind aus einem starren Kunststoff präzise geformt,
Die Abteile 444 weisen gleiche Grosse und gleiche Form auf und sind voneinander und von den vertikalen Kanten 454 der
Basis 448 sowie den vertikalen Kanten 456 der Ausnehmung 450
in einem ganz genauen Abstand angeordnet. Die vertikalen Kanten 454 und 456 sind ebenfalls präzise geformt.
Die Mulden 26 sind in der Reihe 24 in gleichmässigem mittigem
Abstand angeordnet. An der Hauptplattform 20 ist ein Anschlag
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(nicht dargestellt) vorgesehen, der in die Ausnehmung 450
einer jeden Mulde 26 eingreift, um diese in Bezug auf die X-Y-Achsen präzise in Lage zu halten. Die X-Y-Achsen sind
durch die drei Vierkantstifte 56 im Schalttisch 12 bestimmt.
Die abgeschrägte Ecke 451 (Pig. 14a) dient als Führung für
die Bedienungsperson, um die Mulden 26 während des Anordnens in die Reihe 24 genau auszurichten. Demnach ist die X-Y Stellung
für jedes Abteil 444 einer jeden Mulde 26 in der Reihe 24 bestimmt und die Bauelemente oder Chips 40 sind für die
Auswahl durch die Kopfeinheiten 44, 46 verfügbar. Jede Mulde
26 lagert nach einem Verzeichnis eine Art und Grosse eines Bauelements oder Chips 40.
Innerhalb einer Toleranz ist jedes Bauelement oder jeder Chip 40 in einem einzelnen Abteil 444 mit einer vorbestimmten Ausrichtung
eingesetzt. Wenn beispielsweise quadratische Chips mit einem dreieckigen Muster aus drei Lötpunkten A, B und C
versehen ist, werden alle diese Chips in die Abteile 444 mit einem Lötpunkt A im oberen Bereich (Figo 15a, 15b, 15c) und
mit allen Lötpunkten angrenzend an die Oberseite 440 eingelegt.
Nach Auswahl durch die Hohlspindel 48 kann der aufgenommene
Chip 40 durch den Schaltmotor 218 um 9O0, l80° oder 270° von
seiner ursprünglichen Lagerstellung orientiert und dann, wie oben beschrieben, an der Hohlspindel 48 zentriert werden. Durch
die Arbeit der Zentrierfüsse 306 und Finger 326 ist es nicht
erforderlich, dass die Bauelemente oder Chips 40 präzise in ihren Abteilen 444 eingepasst sind. Das Abteil 444 kann jede
rechteckige Form aufweisen, die nicht eine übermässige Drehung des gelagerten rechteckigen Chips 40 und nicht eine übermässige
Hin- und Herbewegung der Chips in X- und Y-Richtung innerhalb
des Abteils 444 gestattet. Nach dem Zentrieren des an der Spindelspitze 266 haftenden Chips 40 wird dieser auf dem Träger J>0
so präzise in Lage gebracht und aufgesetzt, als ob er vor seiner Aufnahme durch die Hohlspindel 48 an einer bekannten Stelle
präzise ausgerichtet gewesen wäre.
SÖ982Ä/0SS2
Der zulässige Grad an Drehung eines Chips 40 im Abteil 444 ist derjenige, der den X-Achsen-Suchern 302, die vor den Y-Achsen-Suchern
320 arbeiten, gestattet, den falsch ausgerichteten
Chip 40 präzise zu orientieren. Ein quadratischer Chip kann in seinem Abteil 444 in einem Winkel 460 falsch liegen
(Fig. 15b, 15c), der einem Wert von etwa 45° entspricht. Die Kräfte 462 der Sucher 302, die auf die Ecken E, G bei Falschausrichtung
im Gegenuhrzeigersinn wirken (Fig. 15b), richten den Chip in die X-Y-Stellung aus (Fig. 15a), so wie es die
Kräfte 462 tun, die auf die Ecken D, F wirken, bei Falschausrichtung im Uhrzeigersinn (Fig. 15c)· Die nach dem Aufnehmen
eines Chips einsetzende Arbeit des Schaltmotors 218 zum Drehen des Chips um 90°, l80° oder 270°, beeinflusst die Tätigkeit
der Zentriervorrichtung 298 nicht, durch die ein Ergebnis erzielt
wird, als ob der Chip 40 vor dem Aufnehmen durch die Hohlspindel 48 in jeder Achsrichtung präzise ausgerichtet gewesen
wäre.
Der annehmbare Winkel 460 der Falschausrichtung rechteckiger Chips 40 hängt von dem Längen/Breiten-Verhältnis des Chips ab
und kann leicht empirisch für jeden Chip festgestellt werden. Jede Falschausrichtung eines Chips 40 in einem Abteil 444,
die durch die Zentriervorrichtung korrigiert werden kann, ist annehmbar. Jeder Grad an Falschausrichtung, der die Arbeit der
Zentriervorrichtung auf 900 erhöht, ist unbrauchbar.
Eire Hin- und Herbewegung des gelagerten Chips 40 entlang der X-Y Achse innerhalb des Abteils 444 ist annehmbar, so lange
die Öffnung in der Spindelspitze 266 durch die Berührung zwischen Chip 40 und Spitze 266 geschlossen ist. Die Steuerung
durch den Rechner richtet die Hohlspindel zur geometrischen Mitte des Abteils 444 aus.
Demzufolge kann eine weite Streuung physikalischer Grossen
der Chips in einer Standard-Mulde 26 verwendet werden. So können beispielsweise Chips 40 in Grössenordnungen von 1,980
Breite χ 2,θ47 Länge χ 0,5588 mm Dicke einschliesslich Löt-
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punkte (O,O78W χ 0,08lL χ 0,22 inch thick) in Mulden 26 mit
Abteilen 444 gelagert werden, die eine Grosse von 2,286 mm im Quadrat und einer Tiefe von O,4o64 mm aufweisen.
Dioden in einer Grössenordnung von 0,762 mm im Quadrat können
in Mulden mit Abteilen von 0,9398 im Quadrat aufbewahrt werden.
Der Rechner steuert jede Kopfeinheit derart, dass die Hohlspindel
48, wenn sie zu einer gegebenen Lademulde 26 zurückkehrt, stets über dem nächsten benachbarten Abteil 444 nach
unten bewegt wird, bis alle Chips in einer Reihe ausgewählt worden sind. Dann beginnt die Hohlspindel die nächste Reihe
zu entleeren und so fort, bis eine Mulde leer ist. Wenn ein Chip 40 aus einem bestimmten Abteil 444 nicht herausgenommen
wird, setzt das innere Steuerprogramm ein, um automatisch die Hohlspindel 48 bis zum nächsten Abteil 444 vorwärts zu bewegen,
wo der nächste Chip gefasst wird. Wenn auch dieser zweite Versuch, einen Chip herauszunehmen, fehlschläft, zeigt ein
Lichtsignal (nicht dargestellt) der Bedienungsperson an, dass die Mulde 26 leer ist oder die Hohlspindel 48 nicht funktioniert.
Das die Anwesenheit oder das Fehlen eines Chips 40 an der Spindelspitze 266 anzeigt, rührt vom Grand des Vakuums in der
Spindelkammer und den Durchlässen 268, 203, 272 (Fig. 8) ab.
Die Anwesenheit eines Chips 40 an der Spindelspitze 266 wird beim ersten Anlegen des Chips 40 an der Hohlspindel 48, wenn
die Hohlspindel angehoben wird, nach der Arbeit des Schaltmotors 218 und dann wieder nach dem Zentrieren unmittelbar vor dem
Auflegen des Chips auf den Träger 30 überwacht. Wenn nach dem
Zentrieren der Chip 40 nicht an der Spitze 266 ist, wird die Hohlspindel 48 zu einer vorbestimmten Haltestellung bewegt, wo
sie ruht und gestattet, dass die andere Kopfeinheit ihre Arbeit des Auflegens beendet hat. Ein Rücklauf-Lichtsignal (nicht dargestellt)
veranlasst die Bedienungsperson, einen Rücklaufknopf (nicht dargestellt) zu drücken, um die Kopfeinheit, die beim
Ablegen eines Chips 40 versagte, zur Mulde 26 zurückzuführen und die nicht beendete Arbeit zu wiederholen. In der Hohlspindel
48 wird ein positiver Druck aufgebaut, um einen Chip 40,
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der möglicherweise an der Spindelspitze 266 baumelt, vor Beginn des Rücklaufes weg zu blasen.
Beim Auflegen des Chips 40 auf einen Träger 30 wird der durch
die Hohlspindel 48 ausgeübte Druck im allgemeinen entsprechend
dem Bereich oder "Pussdruck" auf den Chip 40 variiert. Dies
wird durch Programmierung des Druckes in der Zylinderkammer 264 (Fig. 9) durchgeführt, der den Arm 226 betätigt, um die
Hohlspindel 48 vertikal zu bewegen, wie weiter oben beschrieben ist.
Ferner werden Fühler und Verriegelungen (nicht dargestellt) verwendet, um ein Schalten des Schalttisches 12 zu verhindern,
wenn nicht beide Hohlspindeln 48 angehoben sind. Ausserdem werden auch alle Arbeiten während des Beschichtens, Bestückens
und Entladens unterbrochen, wenn sich der Schalttisch 12 während dieser Arbeiten aus seiner richtigen Stellung weg bewegt.
Diese Arbeiten werden nicht wieder in Gang gesetzt, solange der Schalttisch 12 nicht in seiner richtigen Stellung
ist. Ferner wird der Schalttisch 12 nicht weitergedreht, bis die Arbeit an allen Stationen beendet ist, was durch die
Sucher und Verriegelungen (nicht dargestellt) angezeigt wird.
Während des Weiterschaltens des Schalttisches zeigt eine zwischen der Ladestation 32 und der Beschichtungsstation 3^
angeordnete Photozelle (nicht dargestellt) an, ob vor dem
Weiterdrehen des Schalttisches ein Träger 30 an der Ladestation 32 eingesetzt worden ist. Von der Photozelle wird ein Signal
zum Rechner (nicht dargestellt) gesendet, das die Arbeit der Beschichtungsstation 34 verhindert, wenn hier kein Träger 30
. vorliegt, Nach einem weiteren Schaltschritt verhindert es die Arbeit der Beschickungsstation 36, wenn sich hier kein Träger
30 befindet.
Die Kopfeinheiten 44, 46 sind so programmiert, dass sie abwechselnd,
aber grundsätzlich unabhängig voneinander arbeiten. Keine der Kopfeinheiten wartet auf die andere bei der Durch-
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führung ihrer Arbeit der X-Y Bewegung, dem Aufnehmen und Auflegen
der Chips 40, ausgenommen, wenn eine Kopfeinheit mit
einem anhaftenden Chip 40 in einer Haltestellung stehen bleibt und wartet, falls die andere Kopfeinheit bereits über dem
Träger 30 in der Beschiclcungsstation 36 angelangt ist. Wenn
die andere Kopfeinheit ihre Arbeit beendet hat und von der Beschiclcungsstation 36 wegbewegt worden ist, wird die wartende
Kopfeinheit aktiviert und zur Beschiclcungsstation 36 vorwärtsbewegt.
Die Programmierung bewirkt, dass die Kopfeinheiten nicht kollidieren, da beide die Haltestellung einhalten und Jeweils
gestatten, dass beispielsweise die linke Kopfeinheit 44 Bauelemente aus den Mulden 26 an der linken Seite der Reihe 28 und
umgekehrt die rechte Kopfeinheit 46 entsprechend - ausgewählt hat.
Ausserdem werden Tastfühler 500 an der linken Seite (Fig. 2)
der rechten, die X-Achse durchquerenden Plattform I60 betätigt,
wenn sie die linke, die X-Achse durchquerende Plattform 162 berühren. Eine solche Berührung unterbricht die Arbeit der
Vorrichtung 10 und sendet ein Signal (nicht dargestellt) zur Bedienungsperson.
Die folgende kurze Beschreibung der Arbeit der erfindungsgemässen
Vorrichtung 10 zur automatischen Herstellung einer Leiterplatte gibt keine Hinweise auf Einzelheiten der bereits
erläuterten Konstruktion der Vorrichtung. Es wird ein Arbeitszyklus ohne Fehlleistung beschrieben.
Die mit Bauelementen oder Chips 40 belegten Lademulden 26 werden richtig ausgerichtet in der Reihe 24 angeordnet» Desgleichen
sind die Bauelemente oder Chips 40 in ihren Abteilen 444 entsprechend ausgerichtet.
Die Kopfeinheiten '44, 46 sind in Nullstellung, um die richtige
X-Y Bezugsrichtung für alle Hin- und Herbewegungen zu geben. Das Einstellen in Nullstellung erfolgt durch die untere abge-
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- 36 -
rundete Fläche des Spindelgehäuses 202 gegen die Seiten eines Vierkantstiftes 56. Diese Stellungen werden in den
Rechner eingegeben. Wie oben ausgeführt bringen die Vierkantstifte 56 alle Bauteile der Vorrichtung 10 in Bezug zueinander
und schaffen vorbestimmte physikalische Beziehungen zwischen den Bauteilen.
Die Bedienungsperson (nicht dargestellt) legt an der Ladestation 32 von Hand einen vorgedruckten aber nicht beschickten
Träger 30 in das Nest 28 (Pig. 3a, 3b). Durch Niederdrücken
eines Steuerknopfes (nicht dargestellt) schwenken die Rastnasen 66 nach innen, um den Träger 30 gegen die Vierkantstifte 56
zu halten. Der Schalttisch 12 wird dann um 90° im Uhrzeigersinn gedreht und bringt den Träger 30 zur Beschichtungsstation 34.
Beim Hin- und Hergehen zwischen der Lade- und der Beschichtungsstation
wird die Anwesenheit eines Trägers 30 im Nest 28 durch eine Photozelle (nicht dargestellt) angezeigt. An der Beschichtungsstation
3^ wird das am schwenkbaren Arm 104 angeordnete Stempelkissen 102 (Fig. 5) nach unten bewegt, um die angefeuchtete
Matte 110 (Fig. 6) zu berühren, wird dann angehoben und über den Träger 30 geschwenkt. Daraufhin wird das Stempelkissen
102 nach unten auf den Träger 30 gesenkt und bringt auf dessen Oberseite einen Überzug aus einer klebrigen Schmelzmasse
auf. Dann wird das Stempelkissen 102 wieder angehoben und zurück in seine Anfangsstellung über der befeuchteten Matte
110 geschwenkt, bis der nächste Träger 30 zur Beschichtung bereit ist.
Nach Beendigung des Beschichtungsvorgangs wird der Schalttisch 12 wieder um 90° im Uhrzeigersinn gedreht, um den beschichteten
Träger 30 zur Beschickungsstation 36 zu bringen. Entsprechend
einem durch den Rechner (nicht dargestellt) gesteuerten Programm das auf die gedruckte Schaltung auf dem Träger 30 eingestellt
ist, legen zwei ein Paar bildende Kopfeinheiten 44, 46 abwechselnd
Chips 40 auf den Träger 30. Die Chips 40 werden durch die Hohlspindel 48 der Kopfeinheit in die klebrige Beschichtungs-
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masse gedrückt, und zwar mit einer Kraft, die dem "Pussdruck"-Bereich
des Chips 40 entspricht. Der Chip 40 wird unterstützt durch Luft aus der Spindelspitze 266 auf dem Träger 30 in
Lage gehalten, wenn die Hohlspindel 48 angehoben wird. Nach dem Auflegen des Chips 40 und Anheben der Hohlspindel 48 bewegt
sich di-e Kopf-einheit in X-Y-Richtungen, gleichzeitig,
wenn erforderlich, zur Mulde 26, aus der der nächste Chip 40 ausgewählt werden soll. Aufgrund dieser X-Y Bewegungsfreiheit
können die Kopfeinheiten zu irgendeiner Mulde 26 und zu irgendeinem Abteil 444 mit einer Präzision bewegt werden, die durch
die Abtriebswelle der X und Y Positionssucher, beispielsweise 172, I86 überwacht wird. Das Auflegen der Chips auf den Träger
30 mit X-Y Präzision wird ähnlich durchgeführt»
Wenn die Hohlspindel 48 über dem gewünschten Chip 40 in der Mulde 26 angekommen ist, wird sie nach unten in Berührung mit
dem Chip 4o bewegt. Durch ein Vakuum in der Spindelspitze 266 wird der Chip 40 angezogen und haftet an dieser Spitze, wenn
die Hohlspindel 48 angehoben wird. Die Grosse des Vakuums in der Hohlspindel 48 zeigt die Gegenwart eines richtig angeordneten
Chips 40 an und ist Prüfer für das Vorhandensein eines Chips vor und nach dem Abheben der Hohlspindel 48. Der Schaltmotor
218 wird in Gang gesetzt, um die Hohlspindel 48 mit dem daran haftenden Chip 40 entsprechend dem Programm um 90°, l80°
oder 2700 zu schwenken. Dann wird, falls erforderlich, gewartet, damit die andere Kopfeinheit ihre Arbeit beendet und frei von
der Beschickungsstation 36 wegbewegt werden kann. Anschliessend
wird die Kopfeinheit in X-Y Richtungen verschoben, um den Chip 40 über der gewünschten Stellung zum Auflegen auf den
Träger 30 in Lage zu bringen. Der die Hohlspindel 48 Timgebende
Nocken 342 wird angehoben, wobei zunächst die Püsse 306 gegeneinander
bewegt werden und den Chip 4o berühren, um diesen in X-Richtung auszurichten. Wenn der Nocken 342 dann weiter angehoben
wird, schliessen die Pinger 326, berühren den Chip 40
an der Spindelspitze 266 und bewirken seine Y-Ausrichtung. Danach wird der Nocken 342 wieder nach unten bewegt, um die
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Zentrierelemente, nämlich die PUsse und Pinger 306, 326 zu
öffnen, die einen zentrierten und ausgerichteten Chip 40 an der Hohlspindel 48 zurücklassen. Die ständige Anwesenheit
des Chips 40 an der Hohlspindel 48 wird überprüft, indem wieder das Vakuum in der Hohlspindel 48 überwacht wird. Dann wird die
Hohlspindel 48 nach unten bewegt, um den Chip 40 auf den beschichteten
Träger 30 aufzulegen.
Dieser Arbeitszyklus wird dann durch Rechnersteuerung wiederholt, bis der Träger entsprechend dem Programm der Leiterplatte
vollständig mit Chips bestückt ist. Wie bereits ausgeführt arbeiten die Kopfeinheiten abwechselnd und die Anzahl
verschiedener Arten sowie physikalischer und elektrischer Grossen von Bauelementen oder Chips 40, die auf einen Träger
30 aufgebracht werden können, ist nur die Anzahl, die Art und
die Grosse der Bauelemente begrenzt, die in Mulden innerhalb
der X-Y "Reichweite" der Kopfeinheiten gelagert sein können. Die Flexibilität ist nahezu unbegrenzt.
Nachdem der Träger 30 vollständig bestückt ist und beide
Hohlspindeln 48 angehoben sind, wird der Schalttisch 12 um weitere 90° im Uhrzeigersinn gedreht und bringt den Träger j50
zur Entladestation 58, wo der Arm 400 über den Träger 30 geschwenkt
und nach unten bewegt wird, so dass der Träger behutsam zwischen den Fingern 4o4 gefasst werden kann. Die Rastnasen
66 des Nests 28 werden vom Träger weggeschwenkt und der den bestückten Träger 30 haltende Arm 400 wird angehoben.
Anschliessend wird der Arm geschwenkt und nach unten bewegt, um den Träger nach öffnen der Finger 4o4 auf einen Förderer
abzulegen. Danach wird der Arm 400 wieder angehoben.
Der Schalttisch 12 wird wieder um 90° gedreht und bringt das nun leere Nest 28 zur Ladestation 32, wo ein neuer, nicht bestückter
Träger JO eingelegt und dann der Arbeitszyklus wiederholt wird. Es sind vier Nester vorhanden,· so dass nach Jedem
Weiterschalten des Schalttisches 12 ein einzelner Träger 30
gleichzeitig an jeder Station bearbeitet werden kann.
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Das Rechnerprogramm, die Vorratsreihe 28 und die Nester 28
sind leicht auswechselbar, um andere Schaltungen an anderen Trägern aufzunehmen.
Aus der obigen Beschreibung einer bevorzugten AusfUhrungsform
ist ersichtlich, dass die Aufgabe der Erfindung erreicht und gelöst ist.
Es sind jedoch im Rahmen der Erfindung zahlreiche Modifikationen möglich. So kann bei einer anderen Ausführungsform beispielsweise
eine einzelne Mulde 26 mit Abteilen 444 üblicher Art ein Sortiment verschiedener einzelner Bauelemente 40 enthalten,
die geeignet sind, einen einzigen Träger 30 zu bestücken. Diese Bauelemente 40 können in regelmässiger Abteil-Folge, oder
in irgendeiner programmierten Reihenfolge ausgewählt werden, um auf den einzigen Träger aufgelegt zu werden, wobei eine
einzige Kopfeinheit oder zusammen mit einer zweiten Mulde 26
und der zweiten Kopfeinheit verwendet werden kann. Polglich kann ein vollständiger Träger bestückt werden, indem nur eine
Mulde oder zwei Spezialmulden verwendet werden«
Ferner kann die erfindungsgemässe Vorrichtung 10* die mit der
Reihe 24 von Mulden 26 arbeitet, nicht zum Bestücken eines Trägers 30 verwendet werden, sondern um eine herkömmliche
Mulde mit sortierten Bauelementen 40 in bevorzugte-n Abteilen und Ausrichtungen zu füllen. Bei einer solchen Ausführungsform
wird die Beschichtungsstation weggelassen und die Nester 28 und die Entladestation 38 werden zur Aufnahme von Mulden anstelle
von Trägern ausgelegt. Die belegte herkömmliche Mulde kann mit einer weniger komplizierten Station zum Auflegen der
Bauelemente verwendet werden, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 909 922 beschrieben ist. Hier wird die Mulde zu einer
präzisen Stellung zum Herausnehmen eines jeden Bauelementes bewegt.
Anstelle von Mulden 26, in denen Bauelemente oder Chips 40 vor dem Herausnehmen aufbewahrt werden, können Schalenförderer
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oder lineare schwingende Förderer verwendet werden. Auch eine Vorrichtung, die alle drei Ausführungsformen in Kombination
aufwies, arbeitete zufriedenstellend.
Ausserdem können die Bauelemente oder Chips 40 auch auf einem Klebestreifen aufbewahrt werden, wenn das Vakuum in der Hohlspindel
48 ausreicht, um die Bauelemente vom Streifen abzunehmen. Ferner kann die Hohlspindel 48 ohne Vakuumspitze
magnetisch betätigt werden.
Während bei der beschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtung
die Chips, die nach dem Ausrichten und Zentrieren aufgelegt werden können, quadratisch oder rechteckig sind, können bei
einer anderen Ausführungsform diese Chips kreisförmige Scheiben sein. Symmetrisch ovale oder elliptisch geformte Chips
können auch gewählt und richtig auf den Träger aufgelegt werden, vorausgesetzt, dass die Längsausdehnung des Chips vor
dem Herausnehmen durch die Hohlspindel im wesentlichen parallel zur Y-Achse liegt. Die beschriebene Zentriervorrichtung ist
auch für solche Bauelemente brauchbar.
Anstelle von Bauelementen oder Chips 40 mit Lötpunkten an der
Unterseite können bei einer anderen Ausführungsform auch mit Leitern versehene Bauelemente verwendet werden, bei denen die
Leiter von ihrer Oberseite abstehen (beispielsweise "beam leaded components"). Hierzu sind zum Herausnehmen, Ausrichten
und Auflegen auf die Träger nur geringfügige Ausschnittänderungen an den FÜssen 306 und geringfügige Abstandänderungen der
Finger 326 der Zentriervorrichtung erforderlich, um dem Bauelement
angepasst zu werden. Nach dem Ablegen auf den Träger können die Leiter durch herkömmliche Mittel mit der Schaltung
verbunden werden.
Ferner kann das Beschichten und Entladen von Hand und nicht automatisch vorgenommen werden.
Ausserdem kann die Reihenfolge der Arbeitsschritte des Hin- und Herbewegens, Ausrichtens und Zentrierens nach dem Aufnehmen
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uu
der Chips 40 verändert werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird der Chip 40 an der Hohlspindel 48 in gesonderten
schrittweisen Stufen, durch Arbeit des Schaltmotors 218 und Schalten um 90°, l80° und 270° ausgerichtet«, Bei einer anderen
Ausführungsform kann ein rechnergesteuerter Servomotor verwendet werden, um die Hohlspindel 48 in jede gewünschte Stellung
auszurichten. Bei einer solchen Ausführungsform wird der Chip 40 an der Spindelspitze 266 zunächst zentriert und dann
vor dem Auflegen auf den Träger 30 in Winkellage ausgerichtet.
Schliesslich kann der Chip 40 auf dem Träger 30 zur Zeit des
Auflegens durch die Hohlspindel 48 angelötet werden, beispielsweise
durch bekannte Wärme- oder Schall-Löttechniken.
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