DE3035090C2 - Vorrichtung zur Verdrahtung von Substratoberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die immer umfangreicher und komplizierter werdenden elek­ tronischen Systeme, insbesondere für Rechneranwendungen, benötigen bekanntlich eine zunehmende Anzahl von digitalen Schaltungskreisen und machen folglich eine immer stärkere Miniaturisierung der Bauelemente erforderlich. Eine derzeit entwickelte Technologie ist die der vielschichtigen Lei­ tungsführung oder Verdrahtung. Integrierte Schaltungen, die aktive Bauelemente enthalten, insbesondere Schaltkreise, welche die gewünschten logischen Funktionen ausführen, sind auf der Oberfläche einer Keramikplatte aufgebaut (in der vor­ liegenden Beschreibung wird allgemein der Begriff "Substrat" verwendet), welche die Leiterbahnen trägt, um die erforder­ lichen Verbindungen zwischen den Anschlüssen der verschiede­ nen integrierten Schaltkreise herzustellen. Zusätzlich zu diesen integrierten Schaltkreisen kann das Substrat weitere mehr oder weniger umfangreiche Bauelemente tragen, insbeson­ dere Kondensatoren. Die Leiterbahnen des Substrats sind ge­ wöhnlich durch Siebdruck aufgebracht. Während der Herstellung kann jedoch eine Änderung erforderlich werden, die eine Ände­ rung der Anschlußplatte bzw. des Substrats erforderlich macht. Es ist natürlich nicht möglich, auf die Innenschichten des Substrats einzuwirken, wenn dieses mehrere aufeinanderge­ schichtete Leiterbahnschichten enthält. Der Aufbau des Sub­ strats selbst ist jedoch so ausgelegt, daß jegliche Änderun­ gen der Leitungsführung möglich sind, indem die äußere Lei­ terbahnschicht des Substrats bearbeitet wird, die allein zu­ gänglich ist. Insbesondere sind bei allen auf dem Substrat aufgebauten Bauteilen die Anschlußstifte nur mit dieser äuße­ ren Leiterbahnschicht verbunden, so daß es stets möglich ist, die Leiterführung zu verändern, selbst durch vollständiges Isolieren bestimmter Teile der zuvor bestehenden Verbindung. So kann mit einer geeigneten Vorrichtung ein Leiter der äuße­ ren Leiterbahnschicht auf dem Substrat durchtrennt werden (um z. B. einen Anschlußstift einer integrierten Schaltung völlig freizulegen), ohne den restlichen Teil der Leiterbahnen und/oder aktiven Bauelemente, die bereits auf dem Substrat aufgebaut sind, zu beschädigen.

Aus der DE-OS 26 10 283 ist bereits eine Vorrichtung zur Ver­ drahtung an der Oberfläche eines Substrats bekannt, die einen in einer waagerechten Ebene translationsverschiebbaren Sub­ stratträger und einen Werkzeugträger aufweist. Der Werkzeug­ träger ist mit einer festen Buchse versehen, die eine senk­ rechte Achse aufweist. Aus der Buchse wird Draht auf das Sub­ strat geführt, somit dient die Buchse als Drahtspender. Un­ terhalb der Buchse ist eine Lötvorrichtung vorgesehen, die auf den Substratträger und den aufgebrachten Draht gerichtet ist. Nach dem Anlöten des Drahtes an der gewünschten Stelle kann der verlegte Drahtabschnitt mittels einer Abtrennvorrich­ tung von dem durch den Drahtspender zugeführten elektrischen Draht abgetrennt werden.

Der zu verlegende Draht muß beim Aufbringen auf das Substrat um das Ende einer auf einem Arm vorgesehenen, den Draht auf das Substrat drückenden Rolle herumgebogen werden. Entspre­ chend groß ist der minimale Biegeradius, der mit einer sol­ chen Vorrichtung erzielt werden kann.

Die bekannte Vorrichtung ist nicht präzise genug, um die Ver­ wirklichung einer Leiterbahnführung auf einem vielschichtigen Substrat einer Größe von einigen Quadratzentimetern zu ermög­ lichen. Um eine Vorstellung von den angetroffenen Schwierig­ keiten zu geben: Der Durchmesser des bei solchen Anwendungen zur Verwirklichung der zusätzlichen Verdrahtung verwendeten Drahtes liegt in der Größenordnung von einigen Hundertsteln Millimetern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben angegebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß bei Verwendung sehr dünner Drähte eine flexible Gestaltung durch Realisierung minimaler Biegeradien bei dem zu verlegenden Leiterbahnmuster erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung er­ findungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben.

Um eine gegebene Verbindung herzustellen, wird das Ende des Drahtes, das aus der Austrittsöffnung der Drahtzuführ-/Draht­ spendeeinrichtung hervorsteht, angelötet, und ein geeignetes Drahtstück wird vorzugsweise auf der Substratoberfläche auf­ geklebt und bis zu einem zweiten Anschlußpunkt ausgerollt, wo der Draht wiederum angelötet und dann abgeschnitten wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält somit ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur Befestigung des Drahtes auf dem Substrat, wobei diese Befestigungseinrichtung auf dem drehbaren Träger montiert ist. Wie weiter unten ersichtlich wird, werden jeweils verschiedene Befestigungseinrichtungen verwendet, je nach­ dem, ob auf einem bloßen Substrat oder auf einem bereits mit den aktiven und passiven Bauteilen ausgerüsteten Substrat gearbeitet wird.

Einzelheiten einer Ausführung der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Seitenaufriß der Vorrichtung, wobei Teile weggebrochen sind;

Fig. 2 einen in größerem Maßstab gezeigten Teilschnitt der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei ins­ besondere die Ausbildung der erhitzbaren Kolbens und seines Betätigungsmechanismus gezeigt ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht längs Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 eine Teil-Draufsicht zur schematischen Darstellung der Ausbildung des Substratträgers;

Fig. 5 eine vergrößerte Teilansicht des Drehlagers, auf dem die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung für den die Verdrahtung bildenden Draht montiert ist;

Fig. 6 eine Ansicht entlang dem Pfeil VIII in Fig. 5;

Fig. 7 eine Ansicht analog Fig. 5, wobei ein Teil der Drahtzuführ-/ Drahtspendeeinrichtung (gestrichelt angedeutet) entfernt ist; und

Fig. 8 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils aus Fig. 5, wobei insbesondere die Ausbildung und Arbeitsweise einer Drahtbiegeeinrichtung dar­ gestellt sind.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der die vollständige Vorrichtung dargestellt ist, von der ange­ nommen wird, daß sie in Betrieb ist und ein Substrat 11 bearbeitet, das bereits auf einer herkömmlichen ge­ druckten Schaltung 12 aufgebaut ist, auf der mehrere gleiche Substrate gegenüber Fenstern 13 der gedruckten Schaltung 12 aufgebaut sind. Bei der gezeigten Ausführungs­ form ist das Substrat 11 bereits bestückt und trägt somit eine bestimmte Anzahl von integrierten Schaltungen 14 und möglicherweise auch Kondensatoren, wodurch eine zusätzliche Verdrahtung an der Oberfläche des Substrates erschwert wird. Es wird später ersichtlich, daß die zu beschreibende Vorrichtung so ausgelegt ist, daß sie sowohl bloße Substrate als auch bereits bestückte Substrate bearbeiten kann. Die eigentliche Vorrichtung ist zusammengesetzt aus einem Werkzeugträger 15 und einem Substratträger 16, der mit Positioniermitteln zum Positionieren des Substrats 11 in einer horizontalen Ebene ausgerüstet ist, um dieses Substrat 11 in irgendeine gewünschte Position unter dem Werkzeugträger 15 bringen zu können. Der Werkzeugträger 15 und/oder Substratträger 16 sind also an wenigstens einen Translations- und/oder Rotationsmechanis­ mus angekoppelt, der eine Relativbewegung zwischen Sub­ strat und Werkzeugen zuläßt. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält der Substratträger 16 einen X-Y-Verschiebungstisch 17, auf dem später beschriebene Positionierungs- und Anschlagelemente befestigt sind. Der Werkzeugträger 15 enthält einen allgemein auslegerförmigen Aufbau, dessen Fuß 18 teleskopartig ausgebildet ist und eine Veränderung des Abstands zwischen den Enden der Werkzeuge und der Substratoberfläche gestattet. Der Ausleger enthält insbesondere einen im wesentlichen waagerechten Teil 19 und einen im wesentlichen senkrechten Teil 20, wobei diese beiden Teile jeweils die Bestandteile einer senkrechten Schiebeführung 21 enthalten, die ein Anheben des Teils 19 gestattet; dieses Anheben erfolgt unter Steuerung durch einen Elektromotor 22, eines Untersetzungsgetriebes 23 und eines Nockens 24, der auf ein Rädchen 25 einwirkt, das mit der unteren Verlängerung 26 des waagerechten Teils 19 fest ver­ bunden ist. An dem gegenüberliegenden Ende des waage­ rechten Teils 19, d. h. über den X-Y-Tisch 17, befinden sich wenigstens zwei Werkzeuge, nämlich eine Lötvorrichtung in der Art eines erhitzbaren Kolbens 30 und eine Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31, die eine Drahtaustrittsöffnung 32 in der Nähe des unteren Endes des Kolbens 30 aufweist. Dieser Kolben 30 ist in senkrechter Richtung mit einer längsgerichteten Translationsbewegung in einer Hohlspindel 33 verschiebbar, deren Achse auf den Substratträger 16 zu gerichtet ist, so daß der Kolben 30 sich auf das Substrat 11 absenken kann, um eine Lötung an einer Stelle des Substrats 11 vorzunehmen, die durch die vorherige Positionierung des X-Y-Tisches 17 bestimmt ist. Die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 ist auf einem drehbaren Träger 35 aufgebaut, der um die Hohlspindel 33 drehbar ist, so daß die Positionierung der Austrittsöffnung 32 in bezug auf das Ende des Kolbens 30 möglich ist, und zwar in Abhängigkeit von der relativen Bewegungsrichtung zwischen dem Werkzeugträger 15 und dem Substratträger 16, wenn der X-Y-Tisch 17 bewegt wird. Der Schwenk- bzw. Drehträger 35 trägt ferner eine Befestigungsvorrichtung 36, die es ermöglicht, den Draht nach und nach durch Haftwirkung auf dem Substrat 11 zu befestigen, während er darauf aufgebracht wird. Diese Befestigungsvorrichtung 36 ist mit der Möglichkeit einer Winkelverstellung in einer senkrechten Ebene ausgestattet, und zwar durch eine bogenförmige Öffnung 37 in dem drehbaren Träger 35. Die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 ist ebenfalls in ihrer Winkellage in einer senkrechten Ebene verstellbar, und zwar durch eine Öffnung 38, die ebenfalls in dem drehbaren Träger 35 angeordnet ist. Auf diese Weise können die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 und die Befestigungsvorrichtung 36 in zwei bevorzugten Winkellagen in bezug auf die Senkrechte aufgebaut werden, entsprechend einer Neigung ihrer unteren Enden von 15 bzw. 45° in bezug auf die Achse der Hohlspindel 33 und in Fig. 1 ist zur Vereinfachung die Befestigungsvorrichtung 36 unter einem Winkel von 45° gezeigt, während die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 unter einem Winkel von 15° dargestellt ist (die Winkellagen sind in Fig. 1 gestrichelt angedeutet); diese Einstellung entspricht jedoch nicht der üblichen Betriebsweise. Eine Neigung von 45° ist nämlich insbesondere vorzuziehen, um ein gutes Abrollen des elektrischen Drahtes aus der Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 zu ermöglichen, diese Neigung kann jedoch nur auf bloßen Substraten ausgenutzt werden. Bei bereits bestückten Substraten, insbesondere solchen, die auf einer mit Fenstern versehenen gedruckten Schaltung 12 aufgebaut sind, ist die normale Arbeitslage die mit einem Neigungswinkel von 15°, sowohl für die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 als auch für die Befestigungsvorrichtung 36 durch die Enden der Werkzeuge besonders nahe an die auf dem Substrat aufgebauten Bauteile herangebracht werden können, falls dies erforderlich ist. Der drehbare Träger 35 wird zum Beispiel über ein außenseitiges Ritzel 40, einen Zahnriemen 41 und einen Elektromotor 42 am waagerechten Teil 19 des Werkzeugträgers 15 in Drehung versetzt. Das Oberteil des erhitzbaren Kolbens 30 ist über eine Gelenkverbindung 45 mit einem Hebelarm 46 verbunden, der auf dem Werkzeug­ träger 15 an einer Stelle zwischen seinen Längsenden um eine waagerechte Schwenkachse 47 schwenkbar gelagert ist. Derjenige Teil des Hebelarms 46, der sich in bezug auf die Gelenkverbindung 45 auf der anderen Seite der Achse 47 befindet, ist mit einem einstellbaren Gegengewichtssystem 48 versehen, um die Auflagekraft des erhitz­ baren Kolbens 30 auf dem Substrat 11 variieren zu können.

Die Fig. 2 und 3 zeigen im einzelnen die Ausbildung des erhitzbaren Kolbens 30 sowie eine System zur Betätigung desselben und des drehbaren Trägers 35. Das Oberteil des erhitzbaren Kolbens 30 ist in senkrechter Richtung in der Hohlspindel 33 verschiebbar gelagert, und zwar über zwei Kugellagerhülsen 50, während die Nabe 51 des drehbaren Trägers 35 auf der Außenseite der Hohlspindel 33 über zwei Kugellager 52 gelagert ist. Der Hebelarm 46 kann durch eine Nocken-Steueranordnung 53 zur Mitnahme des erhitzbaren Kolbens 30 angehoben werden. Das einstellbare Gegengewichtssystem 46 enthält ein Reguliergewicht 55, das entlang des Hebelarmes 46 durch Stangen 56 direkt geführt ist, die eine Drehung derselben unter der Wirkung einer Gewindestange 57, auf die es aufgeschraubt ist, verhindern. Die Antriebsachse eines Elektromotors 58 ist mit dem einen Ende der Gewindestange 57 verbunden, so daß die Drehung der Gewindestange 57 zur Längsbewegung des Gegengewichts 55 entlang des Hebelarmes 46 führt. Auf diese Weise kann die Auflagekraft, mit der das Ende des erhitzbaren Kolbens 30 auf dem Substrat 11 aufliegt, um eine Lötung durchzuführen, beliebig eingestellt werden.

Es kann erwähnt werden, daß bei dem beabsichtigten An­ wendungsgebiet eine Lötung durch erneutes Schmelzen eines Lötmittelklötzchens (z. B. aus Indium und Blei) erfolgt, das zuvor auf dem Substrat 11 aufgebracht wird. Es können auch mehrere Drähte an denselben Lötklötzchen ange­ lötet werden (in der Praxis bis zu 3 Drähte). Es wurde beobachtet, daß die Auflagekraft des Endes des Kolbens 30 auf den Lötklötzchen je nach Anzahl der bereits an diesen angelöteten Drähte verschieden sein muß, nämlich je größer, umso mehr Drähte vorhanden sind. Die Auflagekraft des Kolbens 30 muß also beim Anlöten des zweiten Drahtes vergrößert werden und beim Anlöten des dritten Drahtes erforderlichenfalls weiter ver­ größert werden. Dies ist im wesentlichen der Grund für das Vorhandensein des beschriebenen Gegengewichts­ systems. Da die verschiedenen Auflagekräfte vorbe­ stimmt sind, ist es somit möglich, mehrere bevorzugte Stellungen des Regulier- oder Gegengewichts 55 entlang des Hebelarms 46 festzulegen, wobei jede bevorzugte Stellung einer Auflagekraft entspricht, um den ersten, zweiten bzw. dritten Draht an einem gegebenen Lötklötzchen anzulöten. Zu diesem Zweck kann das Gegengewicht 55 einen Magneten 60 enthalten, und es kann eine bestimmte Anzahl von Detektorelementen 61, die für Magnetfelder empfindlich sind, entlang der Bahn des Magneten 60 angeordnet werden. Diese Detektorelemente sind mit einem elektronischen System zur Steuerung des Elektromotors 58 (nicht dargestellt) verbunden, wodurch eine Positions-Servoregelung geschaffen wird. Der Elektromotor 58 ist auf dem Hebelarm 46 in der Nähe der genannten Zwischenstelle, d. h. über der Schwenkachse 47, angebaut.

Fig. 4 zeigt weiter im einzelnen die Ausbildung des Sub­ stratträgers 16. Auf dem X-Y-Tisch 17 befindet sich eine Grundplatte 65, die mit vier Sockeln 66 versehen ist, auf denen die vier Ecken des Substrats 11 aufgestützt werden sollen. Über dem einen Sockel (66a) befindet sich ein z. B. in seine Masse eingeschnittener Winkel 67, der als Bezugspunkt für die Positionierung des Sub­ strates 11 dient. Ein weiterer, benachbarter Sockel 66b weist einen Anschlag 68 auf, dessen innenseitige Ober­ fläche in derselben Ebene liegt, wie ein Teil des Winkels 67. Blattfedern 69, die auf der Grundplatte 65 so befestigt sind, daß sie gegen bestimmte Ränder des Substrats 11 andrücken, halten dieses gegen den Winkel 67 und den Anschlag 68 angelegt, und gewährleisten somit eine präzise Positionierung des Substrates 11 auf der Grundplatte 65. Diese Grundplatte 65 ist ferner auf dem X-Y-Tisch 17 über eine senkrechte Achse 70 befestigt, derart, daß eine zusätzliche Winkeleinstellung durch einen Mikrometer-Einstellmechanismus 71 ermöglicht wird, der zwischen der Grundplatte 65 und dem X-Y-Tisch angeordnet ist. Wenn ein bloßes Substrat 11 bearbeitet wird, erfolgt die Positionierung einfach in der in Fig. 4 gezeigten Weise. Wenn jedoch ein bereits bestücktes Substrat bearbeitet werden soll, das bereits auf einer mit Fenstern versehenen gedruckten Schaltung 12 montiert ist (Vergleiche Fig. 1), so wird stets auf das Substrat 11 eingewirkt, das sich auf der Grundplatte 65 befindet. Der übrige Teil der gedruckten Schaltung 12 wird durch entfernbare Anschläge 74 getragen, die auf dem X-Y- Tisch 17 angeordnet sind.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Ausbildung der Drahtzuführ-/Drahtspende­ einrichtung 31, der auf dem anderen Teil des Drehträgers 35 angeordnet ist. Diese Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 enthält einen Grundteil 110, auf dem ein Führungskanal oder -rohr 111 für den Draht aufgebaut ist, dessen unteres Ende verjüngt ist, um die erwähnte Austrittsöffnung 32 zu bilden; der Grundteil 110 trägt ferner Drahtzuführeinrichtungen, nämlich eine Welle 112, die transversal zur Längsachse des Führungsrohres 111 verläuft und von diesem beabstandet ist, sowie eine Drahthaspel 113, die auf der Welle 112 im wesentlichen frei drehbar gelagert ist. Diese Welle 112 kann durch ein Kugellager gebildet sein, deren Nabe die Drahthaspel 113 aufnehmen kann; es kann jedoch auch erforderlich sein ein statisches Bremssystem vorzusehen (z. B. ein Filz oder dergleichen), um eine gewisse Spannung in dem Draht 114 aufrecht zu erhalten, während dieser abgewickelt wird. Wenn das System in Betrieb ist, wird der Draht 114 zunächst in ein vorausgehendes Führungselement 115 eingeführt und durchquert dann das Führungsrohr 111 bis zur Austrittsöffnung 32, um nach und nach auf das Substrat 11 aufgebracht zu werden. Der Grundteil 110 ist über einen Zwischenteil 116 am Drehträger 35 angeordnet und über eine Schwenkachse 117 auf dem Zwischenteil 116 montiert, die senkrecht zur Hauptebene des Grundteils 110 ist, so daß dieser wenigstens in einem begrenzten Winkelsektor frei drehbar ist. Ein Anschlag mit einer einstellbaren Schraube ist zwischen dem Grundteil 110 und dem Zwischenteil 116 angeordnet, um ihre gegenseitigen Winkelpositionen im Normalbetrieb festzulegen. Dieser einstellbare Anschlag enthält eine Schraube 118, die in den Zwischenteil 116 eingeschraubt ist, und deren Ende auf einem Seitenteil des Grundteils 110 zur Auflage kommt. Eine Schwenkachse oder ein Schwenkzapfen 117 ist so angeordnet, daß der Grundteil 110 infolge der Schwerkraft selbsttätig auf dem Ende der Schraube 118 zur Auflage kommt. Der Grundteil 110 kann somit einfach im Uhrzeigersinn schwenken (auf Fig. 5 bezogen), z. B. um ein automatisches Freilegen der Austrittsöffnung 32 zu ermöglichen, wenn diese mit einem hochstehenden Bauteil an der Oberfläche des Substrats in Berührung gelangt (z. B. ein Lötklötzchen oder ein bereits verlegter Draht). Wenn ein von der Austrittsöffnung 32 angetroffenes Hindernis jedoch größer ist (integrierte Schaltung oder Kondensator), was nur auf Grund eines Bedienungsfehlers eintreten kann, so erfüllt der schwenk­ bare Grundteil 110 die Aufgabe eines Detektors, der den Stillstand des X-Y-Tisches auslöst. Zu diesem Zweck ist ein Magnet 119 fest mit dem Grundteil 110 verbunden und normalerweise gegenüber einem Magnetfelddetektor 120 angeordnet. Wenn der Magnet 119 sich durch eine zu große Schwenkung des Grundteil 110 in bezug auf den Detektor 120 spürbar bewegt, so gibt dieser ein Signal ab, das einer elektronischen Verarbeitungs- und Steuerschaltung (nicht dargestellt) zugeführt wird, welche die Bewegung des X-Y-Tisches blockiert. Der Grundteil 110 ist leicht abnehmbar. Das Abnehmen erfolgt an dem Schwenkzapfen 117.

Fig. 7 zeigt den übrigen Teil der Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31, wobei der Grundteil 110 entfernt ist, so daß die Führungseinrichtungen erscheinen, die miteinander zusammenwirken und eine Schiebebahn zwischen dem Grundteil 110 und dem Drehträger 35 bilden. Diese Führungsmittel sind so ausgelegt, daß eine Rückzugbewegung des Grundteils 110 parallel zur Längsrichtung des Führungsrohres 111 ermöglicht wird. Das Zwischenteil 116 ist mit einem Riegel 130 fest verbunden, der ein Bestandteil der miteinander zusammenwirkenden Führungseinrichtungen ist und in Längsrichtung verschiebbar in einem Lagerteil 131 angeordnet ist, welches den anderen Bestandteil der miteinander zusammenwirkenden Führungseinrichtungen bildet. Eine gesteuerte Betätigungseinrichtung für diese Führungseinrichtungen ist auf einem Elektromotor 132 gebildet, dessen Welle mit einem Exzenterrädchen oder einer Exzenterrolle 133 verbunden ist, das mit dem Riegel 130 in Eingriff ist. Die Gesamtheit der miteinander zusammenwirkenden Führungseinrichtungen (130, 131) ist mit dem verbleibenden Teil des drehbaren Trägers 35 über manuell einstellbare Winkel­ positioniermittel verbunden. Diese Winkelpositionier­ mittel enthalten die bogenförmige Öffnung 38 und ein Spann- oder Klemmelement 135, das es ermöglicht, das Halterungs- oder Lagerteil 131 an dem dfrehbaren Träger 35 in einer Winkelstellung festzulegen, die durch die Lage des Klemmelements 135 in bezug auf die Öffnung 38 festgelegt ist. Diese Einstellung erfolgt, um die Achse des Führungskanals 115 auf 15 oder 45° in bezug auf die Senkrechte einzustellen, je nach den Arbeitsbedingungen. Der Motor 132 ist auf einem Teil 136 aufgebaut, der mit dem Lagerteil 131 eine Schiebebahn 137 bildet, um eine Anfangseinstellung der Positionen vornehmen zu können. Eine in dem Lagerteil 131 angeordnete Einstellschraube 138 ermöglicht die Einstellung der gegenseitigen Lage des Lagerteils 131 und des Teils 136. Sobald die Einstellung vorgenommen ist, wird die Schiebebahn 137 mittels der Schraube 139 blockiert.

Die auf diese Weise ermöglichte Rückzugbewegung der aus dem Grundteil 110, dem Zwischenteil 116 und dem Riegel 130 gebildeten Einheit bei Ansteuerung des Motors 132 gestattet das Abschneiden des Drahtes nach einem Lötvorgang, vorausgesetzt, daß der Draht kurzzeitig in bezug auf diese Einheit blockiert wird. Hierzu ist eine Klemmeinrichtung 145 zum Festklemmen des Drahtes, die über einen mechanisch mit einem Betätigungsnocken 144 gekoppelten Elektromotor 143 gesteuert bzw. betätigt wird, auf dem drehbaren Träger 35 über das Zwischenteil 116 befestigt. Diese Klemmeinrichtung 145 enthält zwei Klemmelemente 146, 147, deren einander gegenüberliegende Oberflächen eben und glatt sind, um die Isolierung des Drahtes 114 nicht zu beschädigen, der normalerweise in den zwischen diesen beiden Ober­ flächen freibleibenden Raum eingeführt ist. Die Klemmelemente 146, 147 sind auf dem Grundteil 110 an einer Stelle des Drahtverlaufs zwischen der Drahthaspel 113 und dem Führungsrohr 111 angeordnet, vorzugsweise in der Nähe des letzteren. Das Klemmelement 147 ist feststehend, und das Klemmelement 146 ist bewegbar ausgebildet und wird normalerweise von dem Klemmelement 147 durch eine Feder 148 entfernt gehalten, die um eine Führungsbuchse der Führung 149 des Teils 146 herum angeordnet ist. Ein Hebel 150 ist schwenkbar an dem Zwischenteil 116 gelagert, und eine zwischen dem Hebel 150 und einer Verlängerung des Zwischenteils 116 zusammengedrückte Feder 151 ist bestrebt, ein Rädchen des hebels 150 gegen das bewegbare Klemmelement 146 in einer solchen Richtung zu drücken, daß die Kraft der Feder 148 überwunden wird. Der Nocken 144 ist aber mit einem weiteren Rädchen, das dem Rädchen des Hebels 150 gegenüberliegt, in Eingriff und kann daher die Wirkung der Feder 151 unterbinden. Dies geschieht im Normalbetrieb, wenn also der Draht 114 nach und nach auf der Oberfläche des Substrats 11 abgerollt wird. Wenn jedoch der Draht 114 nach dem Anlöten an einem Klötzchen abgetrennt werden soll, indem eine Rückzugbewegung der aus dem Grundteil 110, dem Zwischenteil 116 und dem Riegel 130 gebildeten Einheit erfolgt, muß der Draht 114 in bezug auf die beiden Klemmelemente 146, 147 blockiert werden. Der als Betätigungsvorrichtung dienende Elektromotor 143 wird angesteuert, damit der Nocken 144 den Hebel 150 freigibt, der sich auf das bewegbare Klemmelement 146 abstützt. Die Federkraft der Feder 151 ist größer als die der Feder 148. Dieser Mechanismus hat den Vorteil, daß die auf den Draht 114 einwirkende Spannkraft stets dieselbe ist, denn sie hängt nur von den Werten der Federn 148 und 151 ab.

Fig. 8 zeigt eine Drahtbiegevorrichtung 158, die an einer Verlängerung 159 des drehbaren Trägers 35 oder zumindest an einem Teil desselben, das nicht durch die vorstehend beschriebenen, miteinander zusammenwirkenden Führungsmittel bewegbar ist, angelenkt. Die Bewegungsbahn wenigstens eines Teils dieser Drahtbiegevorrichtung 158 verläuft in der unmittelbaren Nähe der Drahtaustrittsöffnung vorbei, zumindest in der zurückgezogenen Position derselben. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform ist die Biegevorrichtung gebildet aus einer Masse oder einem Gewicht 160, das durch einen Hebel 161 verlängert ist, der sich im wesentlichen senkrecht zu dem Gewicht 160 erstreckt. Das Gewicht 160 ist frei an der Verlängerung 159 angelenkt, und die durch die Rückzugbewegung des Grundteils 110 verursachte Bewegungsbahn der Austrittsöffnung 32 trifft auf diesen Hebel 161. Wenn also der Grundteil 110 sich in der abgesenkten Stellung befindet, so daß die Austrittsöffnung 32 sich in der unmittelbaren Nähe des Substrats 11 befindet, wird der Hebel 161 automatisch fortgehalten und gegen das Führungsrohr 111 gestützt. Durch das Zurückziehen dieses Führungsrohres 111 wird also die Rückbewegung des Gewichts 160 in seine im wesentlichen senkrechte Lage verursacht, und folg­ lich auch die Rückbewegung des Hebels 161 in seine im wesentlichen waagerechte Lage, wodurch das Ende des gerade abgetrennten Drahtes 114 gebogen wird. Dieses Ende wird folglich automatisch in eine geeignete Stellung gebracht, um erneut an einer anderen Stelle des Substrates 11 angelötet zu werden.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ergibt sich bereits aus dieser Beschreibung. Wenn ein Substrat 11 mit aktiven und/oder passiven Bauelementen bestückt ist, enthält die Befestigungsvorrichtung 36 ein spritzenähnliches Element, dessen Behälter mit schnell trocknenden Klebern gefüllt ist. Der aus der Austrittsöffnung 32 herausstehende Draht 114 wird auf ein Lötklötzchen des Substrats 11 gelegt, und der erhitzbare Kolben 30 wird abgesenkt, indem eine Drehung des Nockens 53 ausgelöst wird. Nachdem die Lötung erfolgt ist, wird der X-Y-Tisch 17 verschoben, damit der Draht 114 sich nach und nach auf der Oberseite des Substrats 11 gemäß einer vorbestimmten Leiterführung in Richtung auf ein anderes Lötklötzchen zu abrollt. Die Druckimpulsquelle, die mit der Spritze verbunden ist, läßt periodisch ein kleines Klebertröpfchen auf das Substrat 11 fallen, welches den Halt des Drahtes 114 auf der Oberfläche des Substrats 11 gewährleistet. Der drehbare Träger 35 wird um 90° geschwenkt, bevor eine Richtungsänderung des X-Y-Tisches 17 erfolgt. Um also bestimmte Bauteile zu umgehen, wobei der Draht 114 möglichst nahe an diesen vorbeigeführt wird, ist es vorzuziehen, die Bewegung des X-Y-Tisches 17 zu verändern, ohne die Orientierung der Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 zu ändern. In diesem Sonderfall wird die Möglichkeit genutzt, daß die Nadel der Spritze verschwenkt werden kann, damit die Klebertröpfchen stets auf den Draht aufgebracht werden können. Wenn dieser an dem Lötklötzchen, mit dem er verlötet werden soll, angelangt ist, wird die Rückzugbewegung der Spritze und das Absenken des erhitzten Kolbens 30 ausgelöst. Der Draht 114 wird dann an dem Klötzchen festgelötet. Dann wird der Draht 114 abgetrennt, indem die Klemmelemente 146 und 147 ihn einspannen und die aus dem Grundteil 110, dem Zwischenteil 116 und dem Riegel 130 gebildete Einheit zurückgezogen wird. Am Ende der Rückzugbewegung wird die Drahtbiegevorrichtung 158 durch Fortbewegung des Endes des Führungsrohres 111 freigegeben, wodurch automatisch das freie Ende des Drahtes 114 in eine waagerechte Lage gelangt, um eine weitere Lötung durchführen zu können. Der Draht 114 wird durch die Klemmelemente 146 und 147 festgehalten, während ein weiteres Klötzchen durch Bewegung des X-Y-Tisches 17 an die Stelle des erhitzten Kolbens 30 gebracht wird. Dann erfolgt die Rückbewegung der aus dem Grundteil 110, dem Zwischenteil 116 und dem Riegel 130 gebildeten Einheit in die abgesenkte Stellung, wodurch der Draht 114 in Berührung mit dem gewählten weiteren Klötzchen gelangt. Dann wird der Draht 114 an diesem Klötzchen festgelötet, indem der erhitzte Kolben 30 abgesenkt wird. Nachdem die Lötung erfolgt ist, werden die beiden Klemmelemente 146, 147 durch Einwirkung des Nockens 144 auf den Hebel 150 freigegeben, und der X-Y-Tisch wird verschoben, damit der Draht 114 nach und nach auf der Substratoberfläche in Richtung zu dem nächsten Lötklötzchen entlang einer vorbestimmten Bahn abgerollt wird. Dann folgen die bereits beschriebenen Arbeitsphasen erneut.

Wenn auf ein bloßes Substrat 11 eingewirkt wird, können die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung 31 und die Befestigungsvorrichtung 36 in einen Winkel von 45° bezüglich der Senkrechten geschwenkt werden, und die Spritze wird durch die Heißluft-Ausstoßeinrichtung ersetzt.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Verdrahtung von Substratoberflächen (Multiwire-Technik) mit einem in einer im wesentlichen waagrechten Ebene x-y-verschiebbaren Substratträger (16) und einem Werkzeugträger (15), der versehen ist mit:

• - einer Hohlspindel (33), die fest mit dem Werkzeugträger (15) verbunden ist und eine annähernd senkrechte Achse zum Substratträger (16) aufweist,
• - einer Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung (31),
• - einem um die Achse der Hohlspindel (33) drehbaren Träger (35), an dem
• - eine Befestigungsvorrichtung (36) zur Fixierung des auf dem Substrat verlegten Drahtes,
• - eine Abtrennvorrichtung zum Abtrennen des verlegten Drahtabschnitts und
• - eine Lötvorrichtung (30) zum elektrischen Verbinden des Drahtes mit entsprechenden Kontaktierungsstellen befestigt sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lötvorrichtung (30) in der Hohlspindel (33) beweglich - nur translationsverschiebbar - geführt ist und die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung (31) mit dem drehbaren Träger (35) verbunden ist, wobei diese aus Drahtzuführeinrichtungen (112, 113), einem Führungsrohr (111) und der Austrittsöffnung (32) besteht und nahe der Lötvorrichtung (30) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötvorrichtung (30) über eine Gelenkverbindung (45) an einen Hebelarm (46) angeschlossen ist, der an dem Werkzeug­ träger (15) in einem Zwischenbereich schwenkbar gelagert ist, wobei ein einstellbares Gegengewichtssystem (48) vor­ gesehen ist, um die Andruckkraft der Lötvorrichtung (30) auf dem Substrat zu verändern, und ferner dieses Gegengewichts­ system (48) an einem Teil des Hebelarms (46) angebracht ist, der von der Gelenkverbindung (45) abgewandt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewichtssystem (48) eine Gewindestange (57) umfaßt, die parallel zu dem Hebelarm (46) angeordnet ist, sowie ein Gewicht (55) umfaßt, das auf die Gewindestange (57) aufge­ schraubt ist, wobei ein Ende der Gewindestange (57) an die Antriebswelle eines Elektromotors (58) angekoppelt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung (31) einen die Drahtzuführeinrichtungen (112, 113) sowie das Führungsrohr (111) tragenden, vorzugsweise entfernbaren Grundteil (110) aufweist, der auf dem drehbaren Träger (35) angebracht ist, und daß die Drahtzuführeinrichtungen durch eine Welle (112), die quer zur Längsachse des Führungsrohres (111) orientiert ist, und eine Drahthaspel (113), die auf der Welle (112) frei drehbar gelagert ist, gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundteil (110) über ein Zwischenteil (116) an dem drehbaren Träger (35) angebracht und an diesem Zwischenteil (116) über einen Schwenkzapfen (117) angeschlossen ist, der senkrecht zur allgemeinen Ebene des Grundteils (110) ausge­ richtet ist und innerhalb eines begrenzten Winkelsektors eine freie Drehung zuläßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundteil (110) und der Zwischenteil (116) durch eine einstellbare Schraube (118) miteinander gekoppelt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zwischenteil (116) gleitverschiebbar an einem Lagerteil (131) des drehbaren Trägers (35) gelagert und über eine einstellbar angetriebene Exzenterrolle (133) an dem Lagerteil (131) angekoppelt ist, so daß der Grundteil (110) im wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Führungsroh­ res (111) verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Träger (35) mit einer bogenförmigen Öffnung (38) versehen ist und das Lagerteil (131) an dem drehbaren Träger (35) durch ein Klemmelement (135) festgelegt ist, welches manuell entlang der Öffnung (38) zur Einstellung der Winkel­ position der Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung (31) ein­ stellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennvorrichtung eine am drehbaren Träger (35) angebrachte gesteuerte Klemmeinrichtung (145) zum Festklemmen des Drahtes (114) enthält, die zwei Klemm­ elemente (146, 147) mit ebenen polierten Flächen aufweist, zwischen denen eine Lücke gebildet ist, in welcher der Draht (114) normalerweise liegt, wobei wenigstens eines dieser Klemmelemente (146, 147) in Richtung zu dem anderen hin bewegbar ist und eine Betätigungsvorrichtung (143) an die Klemmelemente (146, 147) angeschlossen ist, um diese relativ zueinander zu bewegen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmelemente (146, 147) auf dem Grundteil (110) zwi­ schen der Welle (112) und dem Führungsrohr (111) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drahtbiegevorrichtung (158) an dem drehbaren Träger (35) gelenkig angeschlossen ist und wenig­ stens einen Teil aufweist, der auf einer Bahn bewegbar ist, die in unmittelbarer Nähe an der Austrittsöffnung (32) der Drahtzuführ-/Drahtspendeeinrichtung (31) vorbeiführt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtbiegevorrichtung (158) im wesentlichen ein Gewicht (160) und einen Hebel (161) aufweist, der annähernd rechtwinklig an dem Gewicht (160) angebracht ist, wobei die Drahtbiegevorrichtung (158) frei an einem Teil des drehbaren Trägers (35) angelenkt ist, der von dem Grundteil (110) ent­ fernt liegt, wobei der Hebel (161) in der Bahn der Aus­ trittsöffnung (32) liegt, wenn diese Austrittsöffnung (32) durch Wegbewegung des Sockels (110) auf den Lagerteil (131) zubewegt wird.