DE2221680C3

DE2221680C3 - Device for separating and applying very small balls, namely solder balls, to a workpiece

Info

Publication number: DE2221680C3
Application number: DE19722221680
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8000 München Koppe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1977-03-17

Description

4040

Zum Kontaktieren von kleinen elektrischen Bauteilen, z. B. von Schwingquarzen, Chips oder integrierten Schaltkreisen, dienen u. a. sogenannte Nagelkopfdrähte. Die Nagelkopfdrähte besitzen einen in Form eines Nagels angestauchten Kopf. Das Verbinden des Nagelkopfdrahtes mit dem Bauteil erfolgt durch Weichlöten. Vor dem Kontaktieren wird die Kopffläche des Nagelkopfes verzinnt. Zunächst wird die Kontaktfläche des Nagelkopfes des Nagelkopfdrahtes mit einem Flußmittel überzogen und sodann eine dosierte Zinnmenge in Form einer Lötzinnkugel aufgelegt. Durch Aufschmelzen der Lötperle wird letztlich der Nagelkopf mit der genau bemessenen Zinnmenge überzogen.For contacting small electrical components, e.g. B. of quartz crystals, chips or integrated Circuits, serve, inter alia. so-called nail head wires. The nail head wires have one in the form of a Nagel's upset head. The nail head wire is connected to the component by Soft soldering. Before making contact, the head surface of the nail head is tinned. First is the contact area of the nail head of the nail head wire coated with a flux and then a metered Amount of tin applied in the form of a solder ball. By melting the solder ball, the Nail head coated with the precisely measured amount of tin.

Die Handhabung derartig kleiner Lötzinnkugeln ist recht schwierig; sie lassen sich mit der Pinzette schlecht greifen. Hinzu kommt der Nachteil, daß sich die kleinen, weniger als 0,3 mm im Durchmesser betragenden Lötzinnkugeln schnell mit einer Oxydhaut überziehen. Diese Lötzinnkugeln besitzen nunmehr eine eiektrostatische Eigenschaft. Beim Annähern eines Greifwerkzeuges weichen die Kügelchen aus, so daß der Zugriff sehr erschwert ist.Handling such small solder balls is quite difficult; they are difficult to work with with tweezers grasp. There is also the disadvantage that the small ones are less than 0.3 mm in diameter Quickly coat solder balls with an oxide skin. These solder balls now have an electrostatic Characteristic. When approaching a gripping tool, the beads give way, so that the grip is very is difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vereinzeln und Auflegen von Lötzinnkügelchen auf die zu verzinnende Fläche eines Nagelkopfdrahtes zu schaffen. Die Vorrichtung soll so beschaffen sein, daß sie eine Lötzinnkugel aus einer gehäuften Kugelmenge herausgreift und an einem definierten Ort ablegt Gemäß der Erfindung besteht eine solche Vorrichtung aus einer, eine Vielzahl von Kugeln enthaltenden Vorratsschale und einer von der Vorratsschale zu einem Kuge'.ablagekäfig schwenkbaren mit einem Rüssel verbundenen Düse, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der aufzunehmenden Kugel ist wobei der Kugelablagekäfig in einem, über einem Nagelkopf eines Nagelkopfdrahtes an-,o geordneten Abgabetrichter mündetThe invention is based on the object of a device for separating and applying solder balls on the surface of a nail head wire to be tinned. The device should be like this be designed so that it picks out a solder ball from a heaped amount of balls and on one According to the invention, such a device consists of one, a plurality of Balls containing storage bowl and one of the storage bowl to a Kuge'.ablagekäfig pivotable with a nozzle connected to a trunk, the diameter of which is smaller than the diameter of the nozzle to be picked up Ball is the ball storage cage in a, over a nail head of a nail head wire on, o orderly dispensing funnel opens

Mittels dieser nach der Erfindung gebildeten Vorrichtung ist es möglich, eine einzelne nahezu beliebig kleine Kugel aus einer in einer Vorratsschale gehäuften Kugelmenge herauszugreifen. Bedingt dadurch, daß die Düsenmündung einen kleineren Durchmesser besitzt als der Durchmesser der aufzugreifenden Kugel, wird beim Heranführen der Düse an die Kugelmenge und beim Anlegen eines Vakuums an die Düse nun eine Kugel aus der Menge herausgegriffen. Diese von der Düse aufgenommene Kugel verschließt nunmehr die Düsenmündung. Mittels des Rüssels wird die aufgenommene Kugel zum Kugelablagekäfig geschwenkt. Durch Abschalten des Vakuums und Anlegen eines geringfügigen Überdruckes an die Düse wird nunmehr die Kugel von der Düsenmündung abgestoßen und in den Kugelauffangkäfig gestoßen. Die freie Kugel gelangt in den Abgabetrichter und somit auf die Lötfläche eines Nagelkopfdrahtes. An der mit einer Lötpaste überzogenen Lötfläche des Nagelkopfdrahtes haftet die Kugel: sie kann jetzt in einem weiteren Arbeitsschritt — wie an sich bekannt - aufgeschmolzen werden.By means of this device formed according to the invention, it is possible to make an individual almost arbitrarily small To pick out a ball from a quantity of balls heaped in a storage bowl. Due to the fact that the The nozzle orifice has a smaller diameter than the diameter of the ball to be picked up Bring the nozzle closer to the number of balls and, when applying a vacuum to the nozzle, now pull out a ball singled out from the crowd. This ball picked up by the nozzle now closes the nozzle mouth. The ball that has been picked up is swiveled to the ball storage cage by means of the trunk. Through Switching off the vacuum and applying a slight overpressure to the nozzle is now the ball repelled from the nozzle orifice and pushed into the ball catch cage. The free ball goes in the delivery funnel and thus onto the soldering surface of a nail head wire. On the one coated with solder paste The ball sticks to the soldering surface of the nail head wire: it can now be done in a further step - like known per se - be melted.

Für eine selbsttätige Kugelaufnahme und Ablage durch die Düse des Rüssels ist es erforderlich, daß die jeweiligen Orte der Kugelaiifnahme und Ablage unveränderlich sind. Zu diesem Zweck ist gemäß einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung die Vorratsschale in Form eines, eine Senke aufweisenden keilförmigen Schlitzes gebildet. Die in diesem Schlitz abgelegten Kugeln haben das Bestreben, die tiefste Lage in ihrer Bettung einzunehmen. Die Steuerung des Rüssels bzw. der Düye erfolgt derart, daß beim Aufnehmen einer Kugel die Düse senkrecht über dem Scheitel der Senke steht. Dadurch wird das Aufnehmen der Kugel aus der Kugelmenge wesentlich erleichtert. Wird eine Kugel aus der Tieflage der Senke entnommen, so gleiten die übrigen Kugeln nach, wobei eine K-igel sich wiederum in den Scheitelpunkt der Senke legt. Der Rüssel der Vorrichtung ist über Umschaltventile mit einem Luftunterdruck- und einem Luftüberdruckerzeuger verbunden. Die Steuerung und Bewegung des Rüssels sowie der Luftüberdruck- und Luftunterdruckventile erfolgt automatisch mittels an sich bekannter elektrischer oder pneumatischer Steuerorgane. Vorteilhaft ist der Kugelablagekäfig mit einem siebartigen Mantel ausgerüstet, wc bei die Weite der Siebmaschen kleiner als der Durchmesser der Kugel ist. Durch diese Ausbildung des Kugelablagekäfigs soll gewährleistet werden, daß einerseits die Luft frei entweichen kann. jedoch andererseits beim Abblasen der Kugel von der Düse ein Herausblasen der Kugel aus dem Kugelablagekäfig vermieden wird. Nach einem zusätzlichen Merkmal der Erfindung ist unter der Mündung des Abgabetrichters ein die Nagelkopfdrähte aufnehmender, im Takt der Rüsselbewegung betätigbarer Transportschlitten angeordnet. Mit jeder Greifbewegung des Rüssels wird gleichzeitig der Transportschlitten um einen Schritt weiterbefördert. Bei jedem Schritt des Transportschlittens gelangt ein neuer, mit einerFor an automatic ball pick-up and storage through the nozzle of the trunk, it is necessary that the respective places where the ball is picked up and deposited are immutable. For this purpose, according to an additional feature of the invention, the storage tray in the form of a wedge-shaped slot having a depression. The ones deposited in this slot Balls strive to occupy the lowest position in their bedding. The control of the trunk or the Düye takes place in such a way that when a ball is picked up the nozzle is perpendicular to the apex of the depression stands. This makes it much easier to pick up the ball from the set of balls. Becomes a bullet Taken from the lower position of the depression, the remaining balls slide afterwards, with a K-igel in turn at the apex of the depression. The trunk of the device is via switching valves with a Negative air pressure and a positive air pressure generator connected. The control and movement of the trunk as well as the air pressure and air pressure valves is carried out automatically by means of known electrical or pneumatic control elements. The ball storage cage with a sieve-like jacket is advantageous equipped, wc with the width of the sieve mesh is smaller than the diameter of the ball. Through this Formation of the ball storage cage should ensure that, on the one hand, the air can escape freely. however, on the other hand, when the ball is blown off the nozzle, the ball is blown out of the ball storage cage is avoided. According to an additional feature of the invention is under the mouth of the The delivery funnel is a transport carriage that receives the nail head wires and can be operated in time with the movement of the trunk arranged. With each gripping movement of the trunk, the transport slide is turned over at the same time promoted one step further. With each step of the transport slide, a new one arrives with a

Lötzinnkugel zu belegender Nagelkopfdraht unter die Mündung des Abgabe trichtere.Solder ball to be covered with nail head wire under the mouth of the dispenser funnel.

In den Zeichnungen ist die Funktion und der Aufbau einer Vorrichtung zum Vereinzeln und Ableger, von sehr kleinen Lötzinnkugeln, nämlich Lötperlen, auf den Kopf eines Nagelkopfdrahtes dargestellt.The drawings show the function and structure of a device for separating and laying off very small solder balls, namely solder beads, shown on the head of a nail head wire.

Gemäß F i g. 1 besteht die Kugelaufnahme 1 aus einer Vorratsschale 2, in der eine Vielzahl von Lötzinnkugeln 3 eingelagert sind. An einem in Pfeilrichtung 6 um nahezu 300 Grad schwenkbaren Rüssel 4 ist eine Düse 5 j₀ befestigt, die in einer Stellung A des Rüssels senkrecht über dem Scheitelpunkt S der Vorratsschale 2 steht. Wird an den Rüssel ein Vakuum angelegt, so wird die im Scheitelpunkt 5 befindliche Kugel von der Düse angesaugt Der Düsendurchmesser ist um annähernd 0,1 mm kleiner als der Durchmesser der Kugel. Die angesaugte Kugel verschließt somit die Saugleitung, ohne sich an der Düsenmündung zu verklemmen. Durch einen hier nur schematisch angedeuteten Antrieb 9 wird der Rüssel 4 in Richtung des ffeiles 6 in die Anschlagstellung B geschwenkt in dieser Stellung ragt die Düse 5 mit der angesaugten Kugel 7 in einen Auffangkorb 8. Der Auffangkorb besitzt einen siebförmigen Mantel 10, dessen Siebmaschen eine geringere Weite aufweisen, als der Durchmesser der Kugel beträgt. Der Auffangkorb ummantelt einen Abgabetrichter 11, dessen mittige Bohrung 12 geringfügig — z. B. 0,05 mm — größer ist als die Lötzinnkugel 7. In der Stellung B wird das Vakuum von der Düse genommen und ein kurzer Luftüberdruckimpuls an den Rüssel gelegt. Dadurch wird die Kugel 7 von des Düse 5 gestoßen; sie gelangt somit in den Abgabetrichter 11 bzw. in die Bohrung 12. Nach dem Ablegen der Lötzinnkugel schwenkt der Rüssel 4 in die Ausgangsla-,ge A zurück. Der dargestellte Vorgang wiederholt sich _3S nunmehr. Unter der Kugelablage ist ein Schlitten 13 gelagert, iuf dem Nagelkopfdrähte 14, 14' senkrecht stehend gehalten sind. Die Köpfe 15 der Nageikopfdrähte sind mit einem Flußmittel 16 beschichtet. Der Schlitten ist in einer Führung 17 gleitbeweglich geführt. Der Vorschub des Schlittens erfolgt taktweise mit einer Schwenkbewegung des Rüssels, und zwar in einem konstanten Teilungsmaß T in Richtung des Pfeiles 18. Mit jedem Vorschubschritt des Schlittens gelangt ein weiterer Nagel kopf draht unter die Mündung 12' des Abgabetrichters. Die durch die Bohrung 12 des Abgabetrichters fallende Lötzinnkugel gelangt auf die mit einer Lötpaste 16 überzogene Fläche 15 des Nagelkopfdrahtes und haftet dort — wie bei 19 gezeigt. In einer nachfolgenden — hier nicht gezeigten — Station wird die Lötkugel mittels Wärmestrahlung aufgeschmolzen; dabei benetzt das Lötzinn den Nagelkopf. Die Bewegung des Rüssels erfolgt vorzugsweise mittels eines pneumatisch arbeitenden Motors 9, der über Ventile 20,20' hin- und herschwenkbar ist. Das Aufnehmen und Abwerfen der Kugel mittels Saug- bzw. Druckluft erfolgt ebenfalls selbsttätig, und zwar durch von einer an sich bekannten Relaissteuerung betätigbaren Ventile 21, 21', die mit einer Über- bzw. Unterdruckleitung 22,22' verbunden sind.According to FIG. 1, the ball receptacle 1 consists of a storage shell 2 in which a large number of solder balls 3 are stored. _{A nozzle 5 j 0 is} attached to a trunk 4 which can be pivoted by almost 300 degrees in the direction of the arrow 6 and, in a position A of the trunk, is perpendicular to the vertex S of the storage bowl 2. If a vacuum is applied to the trunk, the sphere located at the apex 5 is sucked in by the nozzle. The nozzle diameter is approximately 0.1 mm smaller than the diameter of the sphere. The sucked in ball thus closes the suction line without jamming at the nozzle mouth. By means of a drive 9, which is only indicated schematically here, the trunk 4 is pivoted in the direction of the ffeiles 6 into the stop position B have a smaller width than the diameter of the sphere. The collecting basket encases a dispensing funnel 11, the central bore 12 of which is slightly - z. B. 0.05 mm - is larger than the solder ball 7. In position B , the vacuum is removed from the nozzle and a short pulse of excess air pressure is applied to the trunk. This pushes the ball 7 from the nozzle 5; it thus gets into the dispensing funnel 11 or into the bore 12. After the solder ball has been deposited, the proboscis 4 swivels back into the starting position A. The process shown is now _{repeated in 3S.} A slide 13 is mounted under the ball rest, on which nail head wires 14, 14 'are held in a vertical position. The heads 15 of the nail head wires are coated with a flux 16. The carriage is slidably guided in a guide 17. The carriage is advanced in cycles with a pivoting movement of the trunk, in a constant pitch T in the direction of arrow 18. With each advance step of the carriage another nail head wire passes under the mouth 12 'of the discharge funnel. The solder ball falling through the bore 12 of the dispensing funnel arrives at the surface 15 of the nail head wire coated with a solder paste 16 and adheres there - as shown at 19. In a subsequent station - not shown here - the solder ball is melted by means of thermal radiation; the solder wets the nail head. The trunk is preferably moved by means of a pneumatically operated motor 9 which can be pivoted back and forth via valves 20, 20 '. The ball is picked up and dropped by means of suction or compressed air, namely by means of valves 21, 21 'which can be actuated by a known relay control and which are connected to an overpressure or negative pressure line 22,22'.

Fig. 2 zeigt die Ausbildung der Vorratsschale. Die Vorntsschale 2 ist vorteilhaft als muldenförmiger Einschnitt 23 mit im wesentlichen keilförmiger Querschnittsform gebildet. Durch diese Formgebung wird bewerkstelligt, daß sich bei der Entnahme einer Kugel 3 stets eine weitere Kugel 3' in die Scheitellage S der Mulde nachschiebt. Eine im Scheitel S errichtete Senkrechte 24 fluchtet mit der Rohrschraube 4' des Rüssels 4 in seiner Stellung A. Fig. 2 shows the design of the supply tray. The front shell 2 is advantageously formed as a trough-shaped incision 23 with an essentially wedge-shaped cross-sectional shape. This shape ensures that when a ball 3 is removed, another ball 3 'is always pushed into the apex position S of the trough. A vertical 24 erected in the apex S is aligned with the pipe screw 4 'of the trunk 4 in its position A.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

■ ^ fe. Palent claims:

/ t. Device for separating and applying "" very small balls, in particular solder balls, fc on a workpiece, namely on the soldering surfaces of a 1'NageIkopfdrahtes, characterized in that it consists of one, a plurality of solder balls (3) containing storage tray (2) and one from the storage tray to a ball storage cage (8) pivotable nozzle (5) connected to a trunk (4), the diameter of which is smaller than that The diameter of the ball to be picked up, with the ball bearing cage in one, the ball passage allowing discharge funnel (11) opens

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the supply tray (2) in the form a wedge-shaped slot having a depression is formed.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that in each case a solder bump through Applying a vacuum to the nozzle (5) can be removed from the storage container and through Pivoting the trunk (4) arrives in the dispensing funnel and by applying overpressure to the The nozzle (5) can be repelled by this.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the ball storage cage (8) has a Has sieve-like jacket, the width of the sieve mesh (10) smaller than the diameter of the Ball (3) are.

5. Device according to claims 1 to 4, characterized in that under the mouth (12 ') of the Ball passage from the dispensing funnel (11) a nail head wires (14,14 ') receiving, in time with the Trunk movement actuatable transport device (13,17) is arranged.