DE2223195A1 - Verfahren und vorrichtung zum nichtthermischen loesen mechanischer verbindungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum nichtthermischen loesen mechanischer verbindungen

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Kishen Narain Kapur
Byron Dale Martin
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    • H05K13/0491—Hand tools therefor
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Description

Böblingen, 8. Mai 1972 ko-we '
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 1O5Ö4
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: EN 971 010
Verfahren zum nicht-thermischen Lösen mechanischer Verbindungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum nicht-thermischen Lösen mechanischer Verbindungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus den US-Patentschriften 3 488 240, 3 499 808, 3 523 360 und 3 536 243 sind bereits Vorrichtungen und Methoden für die Verbindung von Teilen mit mechanischen Schwingungen im Frequenzbereich des Ultraschalls bekannt. Nicht bekannt geworden ist seither jedoch die Verwendung derartiger Schwingungsenergie zum Lösen bzw. Trennen mechanischer Verbindungen.
Der heutige Trend beim Bau von datenverarbeitenden Systemen geht in Richtung auf Miniaturisieren und Mikrominiaturisieren. Die neue Technologie wird von einer Vergrößerung der Anzahl der Schaltkreise und einer Verkleinerung der Packung dieser Schaltkreise begleitet. Die Herstellung der daraus resultierenden Karten und Tafeln bzw. Platten für die gedruckten Schaltungen ist extrem teuer. Weiterhin ergeben sich bei der Reparatur und beim Austausch von Bauteilen auf den dicht besetzten Karten und Tafeln bzw. Platten große Probleme. Häufig sind Bauteile, Drähte und elektrische Anschlußstifte miteinander verlötet, und ein Auftrennen der Verbindungen macht die Anwendung von Hitze zum Schmelzen des Lotes erforderlich. Wenn die benachbarten Bauteile auf der gedruckten Schaltungskarte oder -tafel und insbesondere elektronische Bauteile wie Transistoren, Chips
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und ähnliches der hohen Temperatur ausgesetzt werden, die zum Schmelzen des Lotes erforderlich ist, können sie funktionsmäßig beschädigt werden. Die Entfernung komplexer oder großer Teile wie Erdungsschienen ist bei Verwendung von Hitze zeitraubend und macht gewöhnlich das Substrat unbrauchbar.
Ein weiteres Problem tritt dann auf, wenn das Lot zur Trennung der Verbindungen geschmolzen ist, indem das geschmolzene Lot an ungewünschte Stellen fließt und dort elektrische Kurzschlüsse oder andere Schwierigkeiten verursacht.
Viele Versuche zur Lösung dieser und anderer dabei noch auftretender Probleme sind unternommen worden, haben jedoch nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zum Lösen derartiger mechanischer Verbindungen und eine einfache und billige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu erstellen, bei denen diese Nachteile nicht auftreten. Das Verfahren soll keine übermäßige und schadhafte Erwärmung der zu trennenden Teile erforderlich machen und soll in der Produktionslinie angewendet werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eines der verbundenen Teile bis zum Lösen der Verbindung mechanischen Schwingungen im Frequenzbereich des Ultraschalls ausgesetzt wird, daß eine Aufspannvorrichtung zum Aufspannen mindestens eines von einer Platte zu lösenden Elementes vorgesehen ist, und daß die Aufspannvorrichtung fest auf einem konusförmigen Dorn sitzt, dessen anderes Ende zur Vibrationsübertragung fest mit einem amplitudensteuerbaren, im Frequenzbereich des Ultraschalls arbeitenden mechanischen Geber verbunden ist.
Damit werden die Vorteile ersielt, daß bei Anwendung dieses einfachen und billigen Veriahrens mechanische Verbindungen getrennt und insbesondere elektrische Bauteile von Karten
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und Tafeln bzw. Karten mit gedruckten Schaltungen individuell und selektiv auf nicht-thermische Weise entfernt werden können, wobei weder benachbarte Schaltelemente noch die Platte oder Karte selbst beschädigt werden«
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Lösen einer elektrischen Erdungsschiene von einer Platte oder einer Tafel mit gedruckten Schaltungen vermittels Ultraschall,
Fig. 2 eine maßstabgerechte Darstellung einer weiteren
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Lösen eines elektrischen Verbindungsstiftes von einer.Tafel mit gedruckten Schaltungen vermittels Ultraschall und
Fig. 3 eine maßstabgerechte .Darstellung der erfindungs-
gemäßen Aufspannvorrichtung, die mit Ultraschall ein elektrisches Modul mit Bauteilen von einer Platte oder Tafel mit gedruckten Schaltungen löst.
In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 ist eine Platte oder Tafel für gedruckte Schaltungen dargestellt, auf der sich eine Vielzahl der verschiedenen elektrischen Bauelemente befinden kann. Viele heute verwendete Tafeln für gedruckte Schaltungen enthalten beispielsweise eine Erdungsschiene 10, die an mehreren Stellen 12 an der Tafel für gedruckte Schaltungen 11 befestigt ist. In der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung haben die Erdungsschienen IO die Form von"Unförmigen Kanälen,
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die steckbare elektrische Verbindungen aufnehmen können. Zum Lösen einer Erdungsschiene 10 von einer dicht besetzten Tafel für gedruckte Schaltungen 11 wird erfindungsgemäß eine spezielle Aufspannvorrichtung 13 benötigt. Die Aufspannvorrichtung 13 paßt zwischen die beiden Schenkel des "U"-förmigen Kanals der Erdungsschiene 10 und ist mit Schrauben 14 befestigt. Die Aufspannvorrichtung 13 wiederum ist an einem konusförmigen Dorn 15 befestigt, der mit einem Ultraschallgeber 16 starr verbunden ist.
Beim Lösevorgang des elektrischen Bauteils drücken Vorspannungs-vorrichtungen 17, die sich in einer festen Position relativ zu dem Ultraschallgeber 16 befinden, die Tafel für gedruckte Schaltungen 11 unter relativ leichtem Druck vom Ultraschallgeber 16 weg. Bei Erregung des Ultraschallgebers 16 mit Ultraschallfrequenz treten Schwingungen in Richtung der Pfeile 18 auf.
Beim empirischen Testen des erfindungsgemäßen Ultraschallapparates wurden zum Entfernen von auf Tafeln für gedruckte Schaltungen 11 befestigten Erdungsschienen 10 Frequenzen zwischen 12 und 30 KHz benutzt. Das System wurde in jedem Falle abgestimmt und die Bewegungen in der Nähe der befestigten Schnittstelle wurden durch ein Laserinterferometer überwacht. Die Trennung der Erdungsschiene 10 von der Tafel für gedruckte Schaltungen 11 kann innerhalb weniger Sekunden erreicht werden, und die zur Unterstützung des Prozesses aufgebrachte Druckbeanspruchung, (gewöhnlich weniger als 9 kg) ist viel geringer als diejenige, die für eine echte mechanische Trennung (ungefähr 45 kg) aufgebracht werden muß. Teste haber gezeigt, daß mechanische Trennungen den elektrischen VerbindungsStegen und den benachbarten Bereichen der Tafeln für gedruckte Schaltungen schweren Schaden zufügen und diese Tafeln für gedruckte Schaltungen in einen Zustand versetzen, der für das Wiedereinsetzen und Anschließen einer neuen Erdungsschiene nicht mehr geeignet ist. Die durch die Anwendung von Ultraschall erzielte Trennung der elektrischen Elemente von der Erdungsschiene 10 ergab im wesentlichen keinen Schaden an der Tafel für gedruckte Schaltungen 11.
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Die Tafeln sind für das Wiederanschließen der Elemente der Erdungsschiene geeignet und annehmbare Reparaturen können vorgenommen werden.
Es werden Ultraschallfreqüenzen oberhalb 20 KHz vorgeschlagen, es können Frequenzen zwischen 10 KHz bis 150 KHz verwendet werden.
In einer in Fig. 2 dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Teilansicht einer Tafel für gedruckte Schaltungen 11 mit einem durch die Tafel geführten elektrischen Anschlußstift 20 gezeigt. Gewöhnlich werden Anschlußstifte dieses Typs mit der Tafel für gedruckte Schaltungen verlötet. In diesem Falle hat eine spezielle Aufspannvorrichtung 21 ein konisches Loch, in das der elektrische Anschlußstift 20 verschiebbar paßt. Der Anschlußstift 20 ist mit einer Schraube 22 in der Aufspannvorrichtung 21 befestigt. Die Aufspannvorrichtung 21 sitzt auf einem mit dem Ultraschallgeber 16 verbundenen konusförmigen Dorn 15. Der Anschlußstift 20 kann durch Ultraschallenergie vorzugsweise in Richtung der Pfeile 18 gelöst und entfernt werden. Tests haben gezeigt, daß die Tafeln für gedruckte Schaltungen bei Anwendung dieser Ultraschalltechnik nicht beschädigt werden.
In anderen Tests wurden die Anschlußstifte 20 aus der Tafel für gedruckte Schaltungen 11 mit einer Erregungsbewegung in transversaler Richtung oder planparallel zu der Tafel für gedruckte Schaltungen 11 entfernt. Der Vorgang verlief bei Verwendung von Frequenzen zwischen 40 KHz bis 70 KHz zufriedenstellend.
In Fig. 3 ist noch eine weitere Ausführungsform eines Modulelementes 30 dargestellt, das mit Modulanschlußstiften 31 auf der Tafel für gedruckte Schaltungen 11 befestigt ist. Hier ist eine Aufspannvorrichtung 32 befestigt, die das Modulelement 30 faßt. Die Aufspannvorrichtung ist wiederum
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mit dem konusförmigen Dorn 15 verbunden, und das Modul 30 kann von der Tafel für gedruckte Schaltungen 11 durch Anwendung von Ultraschallerregung vorzugsweise in Richtung der Pfeile 18 gelöst und entfernt werden.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird Ultraschallenergie anstelle von Hitze als Trennmedium verwendet. Während bei Anwendung der aufgezeigten Technik die Trennung aneinander befestigter Teile mit einem Minimum an Beschädigung erfolgt, kann in einigen Fällen Aufheizen oder Vorheizen des aufzuspannenden Werkzeugs das Loslösen bzw. Entfernen erleichtern .
Obwohl in den Tests geradlinige Bewegungen benutzt wurden, ist zu erwarten, daß auch mit Drehbewegungen ein zufriedenstellendes Lösen dieser Verbindungen erreicht werden kann.
Es kann auch eine "Wobbel"-Technik benutzt werden, wobei der Ultraschallapparat in einem weiten Frequenzbereich sinusförmig gewobbelt wird. Bei diesem Vorgang tritt in jeder Schleife die Resonanzfrequenz auf. Die Benutzung einer Technik mit fester Resonanzfrequenz ergibt jedoch eine befriedigendere Arbeitsweise.
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Claims (4)

- 7 PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum nicht-thermischen Lösen mechanischer Verbindungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß eines der verbundenen Teile bis zum Lösen der Verbindung mechanischen Schwingungen im Frequenzbereich des Ultraschalls ausgesetzt wird, daß eine Aufspannvorrichtung (13, 21, 32) zum Aufspannen mindestens eines von einer Platte (11) zu lösenden Elementes (IO, 20, 30) vorgesehen ist, und daß die Aufspannvorrichtung (13, 21,
32) fest auf einem konusförmigen Dorn (15) sitzt, dessen anderes Ende zur Vibrationsübertragung fest mit einem amplitudensteuerbaren, im Frequenzbereich des Ultraschalls arbeitenden mechanischen Geber (16) verbunden ist.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Aufspannvorrichtung (13) verbundene Vorspannungsvorrichtungen (17) vorgesehen sind/ die zur Unterstützung des Lösevorgangs der Verbindung die Platte (11) relativ zum konischen Dorn (15) leicht abdrücken.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) eine Platte oder Tafel für gedruckte Schaltungen ist.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu lösenden Elemente (10, 20, 30) in die Platte für gedruckte Schaltungen (11) eingelötete elektrische Bauelemente mit Anschlußstiften sind.
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