DE2628519B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung der aus Drähten bestehenden Verbindungen zwischen den Anschlußstellen eines Bauelementes und Anschlußoder Kontaktelementen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 8.

Ein solches Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist bereits bekannt (CH-PS 5 13 521).

Durch die Fortschritte.in der Herstellungstechnik von integrierten Schaltkreisen sind die Fabrikationskosten in den letzten Jahren erheblich gesunken. Im Gegensatz hierzu ist jedoch der Einbau der elektronischen Bauteile in die Schaltungen immer noch sehr kostspielig. Zwar ist man in weiten Bereichen von der rein manuellen Bestückung durch geschulte Kräfte auf die automatische Bestückung vermittels eines programmierten Werkzeuges übergegangen, allerdings wurde die Rentabilität derartiger Werkzeuge dadurch begrenzt, daß jedes Bauelement aufder Vorrichtung bei einigen Verfahrensweisen von Hand aus relativ zu bestimmten Bezugspunkten justiert werden mußt".

Bei dem aus der CH-PS 5 13 512 bekannten w Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung werden jeweils gleichzeitig zwei diagonal gegenüberliegende Anschlußstellen eines Bauelementes durch Verbindungsdrähte mit in diagonaler Richtung fluchtend angeordneten Anschlußelementen verbunden. Nach der Herstellung der Verbindung zwischen den in diagonaler Richtung fluchtenden Verbindungsdrähten mit den Anschlußkontakten des Bauelementes und den Kontaktelementen wird das Bauelement um einen vorbestimmten Winkel gedreht, so daß die nächsten Anschlußkontakte und Kontaktelemente über einen gemeinsamen Mittelpunkt in diagonaler Richtung miteinander fluchten, so daß weitere Verbindungsdrähte in dieser diagonalen Fluchtrichtung mit den Anschlußkontakten des Bauelementes und den außerhalb des Bauelementes liegenden Kontaktelementen in Verbindung gebracht werden können. Hierbei ergeben sich einige Schwierigkeiten. S; bedarf es beispielsweise eines erheblichen Zeitaufwandes, bis alle Anschlußstellen des Bauelementes durch Verbindungsdrähte mit den außerhalb des Bauelementes liegenden Anschlußelementen verbunden sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Anschlußstellen des Bauelementes zu einem gemeinsamen Nullpunkt sehr genau definiert angeordnet werden müssen. Die einzelnen Anschlußstellen müssen auch zueinander in genau vorbestimmtem Winkelabstand angeordnet werden. Außerdem ist eine sehr präzise Verlagerung des Werkzeuges zu fordern, damit nach dem Herstellen einer Verbindung die nächsten diagonal miteinander fluchtenden Anschlußstellen des Bauelementes zur Aufnahme der zugeordneten Verbindungsdrähte in die Montagestellung gebracht werden können. Die außenliegenden Kontaktelemente werden ebenfalls sehr präzise zu den Anschlußstellen des betreffenden Bauelementes geführt, was zusätzlich eine sehr genaue Justierung und Positionierung der einzelnen Teile verlangt Außerdem werden an die Maßhaltigkeit der Anschlußstellen des Bauelementes sehr hohe Forderungen jestellt Bei dem bekannten Verfahren müssen schüeüüch auch alle Anschlußstellen des Bauelementes bezogen auf einen gemeinsamen Nullpunkt so angeordnet sein, daß immer zwei Anschlußstellen über den gemeinsamen Mittelpunkt diagonal zueinander angeordnet sind, was einer Beschränkung der Gestaltungsfreiheit für das Bauelement und deren Gestaltungsfreiheit für das Bauelement und deren Anschlußstellen gleichkommt

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung so zu verbessern, daß ein schnelleres und demnach exaktes Herstellen von Verbindungen zwischen den Anschlußstellen eines Bauelementes und äußeren Anschlußelementen möglich ist, wobei gleichzeitig die Anschlußstellen auf dem Bauelement frei wählbar anzuordnen sein sollen.

Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe in der Durchführung eines Verfahrens gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens und der fit·- die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß durch einen einzigen Arbeitsvorgang im ersten Teilabschnitt alle Anschlußkontakte des Bauelementes mit je einem Verbindungsdraht verbunden werden und daß im zweiten Teilabschnitt die an dem Bauelement bereits angeschlossenen Verbindungsdrähte mit den außerhalb des Bauelementes angeordneten Anschlußelementen verbunden werden. Danach ist das Bauelement mit den über die Verbindungsdose daran angeschlossenen Anschluuelementen fertig zum Anbau an eine Leiterkarte oder dergleichen. Auch ist es besonders vorteilhaft, daß nach dem Einstellen des Verbindungswerkzeu,"es auf eine bestimmte Form eines Bauelementes mit den daran angeordneten Anschlußstellen jede beliebige Anzahl von gleichen Bauelementen bearbeitet werden kann. Dadurch, daß durch einen einzigen Arbeitsvorgang gleichzeitig alle Verbindungsdrähte mit den Anschlußstellen des Bauelementes verbunden werden, sind keinerlei Positionier- und Justiergenauigkeiten des Verbindungswerkzeuges einzuhalten. Das Anordnen der Anschlußklemmen in die richtige Montageposition gegenüber den mit den Anschlußstellen des Bauelementes bereits verbundenen Verbindungsdrähten ist ein exakt wiederholbarer einmaliger Einstellvorgang. Die Anschlußelemente

selbst können sehr genau auf dem zweiten Verbindungswerkzeug angeordnet werden.

Besonders vorteilhafte aber nur beispielsweise Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt

Fi g. 1 eine Gesamtansicht des Verbindungswerkzeuges in Draufsicht.

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie H-Il van Fig. 1.

F i g. 3 eine Querschnittsteilansicht aus F i g. 2. welche in das bereits auf dem Verbindungswerkzeug montierle Bauelement nach Verbindung mit den entsprechenden Leitungsdrähten zeigt,

Fig.4 ebenfalls eine Querschnittsteilansicht, bei der zur besseren Sichtbarmachung einige abdeckende Teile ι · fortgelassen wurden,

F i g. 5 bis 7 Querschnitte ähnlich denen der F i g. 2 bis 4, die eine weitere Ausgestaltungsform aufzeigen,

ι i g. υ CiriC L/r5üi5iCnt aiii ciilC cTiiTiuürigägcrnauc

Vorrichtung zur Verbindung einer Vielzahl von Bauelementen mit einer Vielzahl von Leiterenden,

F i g. 9 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IX-IX in Fig.8,

Fig. IO eine Teilansicht des in Fig.9 gezeigten Querschnittes unter Fortlassung einiger Bauteile zur r> Sichtbarmachung der Verbindungsstellen von Draht und Bauelement,

Fig. 11 zeigt durch Fortlassung einiger Bauteile die Führungseinrichtung in einer Zwischenposition,

Fig. 12 eine Quenehnittsteilansicht ähnlich F i g. 9, w

Fig. 13 eine Vergrößerung des Verbindungselements, das die Verbindungsdrähte mit einer Einkerbung versieht,

Fig. 14 den gleichen Vorgang wie F ig. 13. jedoch in einer anderen Ausgestaltungsform. »i

Fig. 15 eine Querschnittsteilansicht ähnlich Fig. 9 nach Abtrennung der Verbindungsdrähte wieder in Ausgangsposition der Vorrichtung.

Das Verbindungswerkzeug 10 weist eine Vielzahl von Drahtführungselemente 14 A —X auf entsprechend der ·»« Zahl der Verbindungsdrähte 15 A -X. die mit den Anschlußkontakten eines Bauelementes, hier eines integrierten Schaltkreises 12, verbunden werden. Das Verbindungswerkzeug 10 in F i g. 1 enthält 24 Drahtführungselemente 14 A-X mit jeweils einer eigenen -»5 Vorratsrolle 16 A —X, auf denen sich Verbindungsdrähte 15 A — X befinden. Vorschubvorrichtungen 18 A —X halten und transportieren die Verbindungsdrähte 15 A —X. Darüber hinaus sind aus F i g. 1 die Teleskoprohre 19 A —X, Führungsrohre 20 A —X und Abschneidevorrichtungen 22 mit Öffnungen 23 A — X (vgl. F i g. 2) zu ersehen. Eine Drahtführungsplatte ist unter der Abschneidevorrichtung 22 angeordnet. Die Drahtführungsplatte 24 hat eine Vielzahl von Einkerbungen 26 A —Xzur Aufnahme der dünnen Verbindungsdrähte 15 A-X. die von der Abschneidevorrichtung 22 und den Führungsrohren 20 A — X kommen.

Die Einkerbungen 26 A -X erstrecken sich entlang der oberen Oberfläche der Drahtführungsplatte 24 zu einer zentralen Öffnung 28 der Drahtführungsplatte 24. Diese Öffnung 28 ist so geformt, daß sie der Form des zu verbindenden Bauelementes 12 entspricht, an welches die Verbinciungsdrähte 15 A —Λ"anzuschließen sind. Die Öffnung 28 ist vorzugsweise rechteckig oder quadratisch ausgebildet

In Fig.2 liegt die zentrale Öffnung 28 des Verbindungswerkzeuges 10 genau über der Arbeitsposition 30. Die Bauelemente 12 A— Nwerden eines nach dem anderen auf der Arbeitsposition 30 justiert und anschließend milden Drahtenden verbunden. Die Folge der Verfahrensschritte ist bei allen Drahtführungselementen 14 A-M die gleiche mit gleichzeitig dem Ablauf. Deshalb sollen nachfolgend daher nur die zwei in F i g. 2 bis 4 gezeigten Vorgänge beschrieben werden.

Das hier vorzugsweise scheibenförmige Bauelement 32 wird auf eine Trägerplatte 33, etwa mittels eines Klebemittels 36, beispielsweise Wachs, befestigt. Das Bauelement 32 wird sodann in einzelne Plättchen zerschnitten, und die Trägerplatte 33 anschließend genau justiert, das heißt, die einzelnen Bauelemente 12 A — N werden exakt auf die Arbeitsposition 30 gebracht.

Jeder Verbindungsdraht 15 A-M kann blanker Metall- oder isolierter Draht mit beliebigem Durchmesser zwischen 20 und 100 (im sein, wobei die Isolierung etwa aus in der Wärme ablösbarem Polyurethan bestehen kann.

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platte 24 haben verbreiterte, etwa trichterförmige Enden, um den Drahteinlauf der von der Abschneidevorrichtung 22 kommenden Verbindungsdrähte zu erleichtern. Die Einkerbungen 26 A und M führen die Drahtenden zur zentralen öffnung 28 in der Weise, daß jene direkt über die Arbeitsposition 30 gelangen, und zwar direkt über oder sogar in Kontakt mit den Anschlußstellen 37 des Bauelementes 12,4. Jedes Bauelei ;ent 12 A -Nhat mehrere Anschlußkontakte37 entsprechend der Anzahl der Verbindungsdrähte 15. die angeschlossen werden sollen. Die Anschlußkontaktstellen sind vorzugsweise mit Lölzinn versehen oder vergoldet, um die Verbindung mit dem Verbindungsdraht 15 zu erleichtern.

Jede der Vorschubvorrichtungen 18 A und M ist mit einer festen Klammervorrichtung 38 A und M und einer beweglichen Klammervorrichtung 40 A und M versehen, die den Draht von den Spulen abziehen. Die Länge des Verbindungsdrahtes 15 A und M kann durch Einstellung der Vorschubvorrichtungen 18 A und M bestimmt werden und entspricht dem Abstand zu den Anschlußkontakten 37. Der Drahtvorschub wird durch pneumatisches Inbewegungsetzen der beweglichen Klammervorrichtungen 40 A und M bewirkt, so daß die Kolbenklemmen 42 A und M die Verbindungsdrähte 15 A und Mfestklemmen. Die Kolben 44/t und Λ/bewirken dann die Bewegung der Abdeckungen 464 und M entlang der Führungen 48,4. und M. Die festgeklammerten Verbindungsdrähte i5A und M werden durch die Teleskoprohre 19Λ und M vorgeschoben, die zwischen den beweglichen Abdeckungen 46-4 und M und den festen Abdeckungen 5OA und M verbunden siiK.. Die Teleskoprohre 19Λ und M sind mit Innenröhren 52A und M noch kleineren Durchmessers versehen, die an einem Ende mit den verschiebbaren Abdeckungen 46,4, und M verbunden sind, sowie mit Röhren 54/4 und M größeren Durchmessers, die an einem Ende mit dem festen Kolbengehäuse 50/4 und M verbunden sind. Wenn die beweglichen Klammervorrichtungen 40/4 und M auf den Führungen 48/4 und M vorwärts gleiten, schieben sich die Röhren 52A und M mit dem kleineren Durchmesser teleskopartig in die Röhren 54Λ und M mit dem größeren Durchmesser.

Die Transportröhren 20/4 und M sind seitlich an den Gehäusen 50/4 und M angebracht und liegen genau gegenüber den Teleskoprohren 19/4 und M. Diese Transportröhren 20/4 und M sind mit einem Ende am Gehäuse 50/4 und M befestigt und mit dem anderen auf einer rotierenden Trägerplatte 60. Die rotierende

Trägerplatte 60 ist ebenfalls mit den Kanälen 624 und M versehen, die den Draht, der aus den Transportröhren 204 und M kommt, aufnehmen. Die Drahtabschneidevorrichtung 22 ist unterhalb der drehbaren Trägerplatte 60 angeordnet und mit großen öffnungen 234 und M versehen, die den Verbindungsdraht 154 und M aufnehmen. Unterhalb der Drahtabschneidevorrichtung 22 un-i .n einer Linie mit den Öffnungen 23/4 und M sind die Einkerbungen 26/4 und M auf der oberen Oberfläche der Drahtführungsplatte 24.

So werden die Drähte 154 und M sicher und auf genau bestimmten Wegen von den Spulen 164 und M und über die Klammervorrichtungen 404 und M zur öffnung 28 geführt. Danach gleiten die Drähte ein kleines Stück frei schwebend weiter bis zu den vorbestimmten Punkten über der Arbeitsposition 30.

Wenn die Drahtenden ihre Endposition über den Anschlußkontakten 37 der Arbeitsposition 30 erreicht hsbert, wird d«rch Absenken des Verbindiin^sko^ics 64 der Kontakt zwischen Verbindungsdraht und Anschlußkontakten 37 hergestellt. Der Verbindungskopf 64 wird vorzugsweise in Intervallen oder auch kontinuierlich beheizt und bewirkt so eine Thermokompressionsverbindung zwischen den zugeführten Drahtenden und den Anschlußkontakten 37.

Sobald die Drahtenden mit den Anschlußkontakten 37 verbunden sind, werden die feststehenden Klammervorrichtungen 384 und Mpneumatisch aktiviert und die Kolben 664 und M greifen die Verbindurigsdrähte 154 und M. Dann werden die Kolben 424 und M und 444 und f ' vermittels Federzug zurückgezogen, wobei die Gehäuse 464 und M sowie die Röhren kleineren Durchmessers 524 und M in die Position, wie in F i g. 2 gezeigt, zurückkehren.

Anschließend kehren die Bauteile 64, 34 und 24 wieder in ihre Ausgangsposition gemäß Fig. 3 zurück. Werdender X- VTisch 34 und die Drahtführungsplatte 24 wieder von dem zu verbindenden Bauelement 12.1 entfernt, hängt dieses an den mit ihm verbundenen Drahtenden, wie in Fig. i gezeigt. Anschließend wird, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, vermittels des zweiten Werkzeuges der Anschlußelemente 68 mechanisch mit dem X- KTisch 34 gekoppelt und mit diesem vermittels der Führungsrahmen 70 bewegt.

Wie in Fig.4 gezeigt, bewegt sich das zweite Werkzeug 67 nach rechts und aufwärts, um das aufgehängte, nun mit den Drahtenden verbundene Bauelement 124 zum Aufliegen zu bringen. Während die Kolben 664 und M immer noch die Verbindungsdrähte 154 und M festklemmen, bewegt sich die Verbindungsvorrichtung 78 abwärts und stellt in genau vorherbestimmter Position eine Kontaktverbindung zwischen den Verbindungsdrähten 154 und Mund dem Anschlußelement 68 her. Hierbei wird die Verbindungsvorrichtung 78 erhitzt.

Während die Verbindungsvorrichtung 78 in Kontakt mit den Verbindungsdrähten 154 und M ist wie in F i g. 4 gezeigt, wird die drehbare Trägerplatte 60 um etwa 3 bis 4° relativ zur Abschneidevorrichtung 22 gedreht Dadurch werden die nunmehr verbundenen Drahtenden 74/4 und M von den verbleibenden Drahtenden 764 und Abgetrennt Die Drahtenden 74/4 und M weisen kurze, freie, aufwärts gerichtete Enden an den Verbindungsstellen mit dem Anschlußelement 68 auf.

Fn den F i g. 5 bis 7 ist die Trägerplatte 60 in einzelne Trägerelemente 83/4— M aufgeteilt entsprechend der Anzahl der Verbindungsdrähte 154 -Af; die Drahtfüh-

rungsplatte 24 ist in diesem Beispiel fortgefallen. Weiterhin weisen hier die Trägerelemente 834 und M verlängerte Kanäle 624'und 62Λ·/' auf; dafür entfallen die Führungsrohre 204 und M. Weiterhin ist die Abschneidvorrichtung 22, die in den Fig. I bis 4 unterhalb der drehbaren Trägerplatte angeordnet war, durch die Abschneidvorrichtungen 804 und M ersetzt, die auf den Trägerelementen 834 und M oberhalb der Ausgänge 844 und Aider Führungsrohre 624'und M' montiert sind.

Gemäß F i g. 5 werden, nachdem das zu verbindende Bauelement 124 auf der Arbeitsposition 30 montiert ist, vermittels der pneumatisch aktivierten Kolben 864 und M die Trägerelemente 834 und M nach innen gedrückt, um die Ausgänge 844 und M an die Arbeitsposition heranzuführen und sie in einem ganz bestimmten Abstand von den Anschlußkontakten 37 zu positionieren. Verbindungsdrähte 154 und M genau bestimmter ΚίΙπσρ wprrjpn nun aus Hpn Antpäncrpn R44 und M ausgestoßen und enden genau über den Anschlußkontakten 37.

Anschließend tritt die erste Verbindungsvorrichtung 64 in Aktion, und zwar in der schon vorher für die F i g. 2 und 3 beschriebenen Weise. Durch Federzug werden die Trägerelemente 834 und M an den Rahmen 90 zurückgezogen, wie in F i g. 6 gezeigt. Nachdem die Verbindung hergestellt ist, werden die Kolben 864 und Maußer Druckbeaufschlagung gesetzt. Damit bewegen sich die Trägerelemente 834 und M einwärts und werden, wie aus Fig.5 ersichtlich, durch die Stopper 884 und M zum Stillstand gebracht. Die Auswärtsbewegung der Träger 604 und M wird an den Stoppern 894 und Mbegrenzt (vgl. F i g. 6).

Weiterhin wird in F i g. 6 gezeigt, wie im Anschluß an den Verbindungsvorgang von Fig. 5 die erste Verbindungsvorrichtung 64 rechts aufwärts bewegt wird (vgl. Pfeilrichtung). Ebenfalls bewegt sich der X- VTisch in Pfeilrichtung rechts abwärts und die Kolben 864 und M werden deaktiviert, das heißt, die Trägerelemente 834 und Mgehen, wie in F i g. 6 gezeigt, in die Ausgangsposition zurück. Danach wird durch Betätigung des Führungsrahmens 70 das zweite Werkzeug 67 an der Arbeitsposition 30 so bewegt, daß das verbundene Bauelement auf diesem ruht und das Anschlußeiement 68 in Übereinstimmung mit den Drähten 924 und M, wie in F i g. 7 gezeigt, gebracht wird.

Durch die Verbindungsvorrichtung 78 werden sodann die Drähte 924 und M mit den Anschlußelementen 68 verbunden. An der Außenseite der Verbindungsvorrichtung 78 und in Kontakt mit diesem über die Lager 91 ist das Bauteil 94 angebracht, welches sich nunmehr abwärts bewegt, um die Abschneidvorrichtung 804 und M in Bewegung zu setzen und die Abschneidelemente 82/4 und M so abwärts zu drücken, daß die Drahtabschnitte 92Λ und M abgetrennt werden; gleichzeitig ist die Verbindungsvorrichtung 78 in Betätigung.

Der Verfahrensablauf für die in F i g. 1 bis 7 gezeigten Vorrichtungen ist der folgende:

Ein zu verbindendes Bauelement 124, beispielsweise ein integrierter Schaltkreis-Chip, wird in der Arbeitsposition 30 justiert In einiger Entfernung von dieser wird ein dünnes Drahtende von den Spulen 16/4— M abgezogen und zwar, in dem die Vorschubvorrichtungen 184 —X betätigt werden. Nun wird der Verbindungsdraht auf vorbestimmten Wegen zur Arbeitsposition 30, nämlich den Anschlußkontakten 37 des Bauelementes 124, geführt Die Drahtenden werden

dann vermittels der Verbindungsvorrichtung 64 mit den entsprechenden Anschlußkontakten 37 verbunden: anschließend wird die Verbindungsvorrichtung 64 von der Arbeitsposition 30 fortbewegt. Während Wachs auf der Unterseite des Bauelementes 124 schmilzt, werden der X- Y Tisch 34 und die Drahtführungsplatte 24 sowie die Trägerplatte 83 von der Arbeitsposition 30 fortbewegt, so daß das Bauelement 124 an den Verbindungsdrähton 154 und M in der Arbeitsposition 30 hängt. Nun wird mit Hilfe des zweiten Werkzeuges 67 das Anschlußelement 68 so ar< die Arbeitsposition 30 herangeführt, daß das Bauelement 124 auf diesem ruht, und zwar genau in der Position, in der die Drahtenden des Bauelementes in örtlicher Übereinstimmung zum Anschlußelement 68 liegen.

Dann wird die zweite Verbindungsvorrichtung 78 in Position gebracht, um die freien Drahtenden mit dem Anschlußelement 68 zu verbinden. Gleichzeitig mit dem Verbindungsvorgang wird die Abschneidvorrichtung 22 oder 80 betätigt, um die Drähte in vorherbestimmter Länge abzuschneiden. Dann wird das mit dem Anschlußelement 68 verbundene Bauelement 12/4 sowie die Verbindungsvorrichtung 78 und das zweite Werkzeug 67 von der Arbeitsposition 30 abgerückt und der X — Y Tisch wird wieder aktiviert, um ein weiteres Bauelement auf der Arbeitsposition 30 zu justieren. Dieser Arbeitsvorgang wiederholt sich nunmehr fortlaufend.

Fig. 8 stellt eine weitere Ausbildungsform einer Vorrichtung 100 dar, die eine Vielzahl von Drahtführungselementen 114/4 — X aufweist mit einer entsprechenden Zahl an Verbindungsdrähten 115/4 —X, die mit dem integrierten Bauelement 112 bzw. mit dessen Anschlußkontakten verbunden werden sollen. Es sind Drahtführungselemente 114-4 —X mit je einer eigenen Vorratsrolle 116/4— X mit dünnem Verbindungsdraht 115/4-X, feste Bauteile 1184 -X, bewegliche Führungselemente 1194— X, Drahtführungselemente 122/4— X mit Ausgangsöffnungen 1224— X und Klemmvorrichtungen 1234 —X. um die Drahtenden in die Führungskanäle zu bringen und ganz bestimmte Drahtlängen von den Vorratsrollen 1164 -X abzuziehen, vorgesehen.

In Fig. 9 wird die Vorrichtung 100 an der Arbeitsposition 124 gezeigt. Die zu verbindenden Bauelemente 1124 -N werden der Reihe nach auf der Arbeitsposition justiert, bevor die Drahtenden 1154— M mit den Bauelementen 1124— N verbunden werden. Die Reihenfolge der Arbeitsvorgänge ist überaii die gleiche; sie laufen in allen Drahtführungselementen 1144 -Mgleichzeitig ab. Zur besseren Erläuterung wird der Vorgang nachfolgend nur für die Positionen A und M beschrieben. Das zu verbindende Bauteil, beispielsweise ein integrierter Schaltkreis W2A-N, ist vorteilhaft wiederum scheibenförmig ausgebildet. Die Scheibe 126 ist auf einer Trägerplatte 128 montiert, und zwar vermittels eines Klebemittels 130, hier wiederum Wachs wegen seines niedrigen Schmelzpunktes. Die Scheibe 126 wird präzise in einzelne Chips zerschnitten. Dann wird die Trägerplatte auf den X- Y Tisch 132 gebracht, um das Bauelement 112/4 —Nauf der Arbeitsposition 124 zu justieren.

Es ist günstig, wenn die Führungskanäle 120/4 und M der beweglichen Führungselemente 1194 und M trichterförmige Eingänge haben, um so den Einlauf der Verbindungsdrähte 115.4 und Min die öffnungen 133.4 und M in den festen Teilen der Fühi ungseinricfe:mgen 1184 und M zu erleichtern. Die Führungskanäle 1204

und M führen dann die dünnen Drahtenden 1154 und M zu den Ausgangsöf'nungen 1224 und M.

]edes Bauelement 1124 —N hat eine Vielzahl von Anschlußkontakten 134, die mit der entsprechenden Anzahl von Verbindungsdrähten 115 verbunden werden. Der X- V Tisch 132, die Führungselemente 1194 und M sowie die Klemmvorrichtungen 1234 und M arbeiten so zusammen, daß die Drahtenden der Verbindungsdrähte 1154 und M mit Sicherheit direkt über die entsprechenden Anschlußkontakte gebracht werden und direkt über diesen frei schwebend angeordnet sind.

In der Ausgangsposition sind die Führur.gseinrichtungen 1194 und M von der Arbeitsposition zurückgezogen, die Drahtenden sind gleichzeitig nach außen gerichtet und in einem ganz bestimmten Abstand von den Ausgangsöffnungen 1224 und /V/(vgl. Fig. 15). Die Klemmvorrichtungen 1234 und M sind in einiger Entfernung von den Enden der Verbindungsdrähte 1154 und M angeordnet, so daß sie den etwa in der Mitte der gesamten Drahtführung befindlichen Teil der Verbindungsdrähte 1154 und M halten, der durch die Führungskanäle 1204 und M geleitet wird. Die Klemmvorrichtungen 1234 und M werden pneumatisch betätigt.

Die festgeklemmten Verbindungsdrähte 1154 und M werden durch die pneumatischen Kolben 1354 und M vorwärts geschoben und somit an die Arbeitsposition 124 herangebracht. Ein Druck von etwa 0,4 MPa reicht hierfür aus. Die pneumatisch beaufschlagten Kolben 1364 und M setzen den beweglichen Führungsrahmen 1194 und Min Richtung auf die Arbeitsposition 124 in Bewegung, indem der Führuiigsrahmen 1194 und M entlang der Grundplatte 1384 und M des festen Führungsrahmens 1184 und M gleiten. Dadurch wird eine bestimmte Länge der Verbindungsdrähte 1154 und M von den Vorratsrollen 1164 und M abgezogen. Diese bestimmte Länge entspricht dem Weg, den der bewegliche Führungsrahmen 1194 und M zurückgelegt hat. Die Bewegung des Führungsrahmens 1194 und M wird durch die Stopper 1404 und M gestoppt, die sich zwischen den beweglichen (1194 und M) und d^n festen Führungsrahmen 1184 und M befinden. In der Endposition schweben die Enden der Verbindungsdrähte 1154 und Mfrei über den Anschlußkontakten 134 auf der Arbeitsposition 124, nachdem diese auf dem zuvor beschriebenen Weg genau an die Kontaktstellen herangeführt wurde (s. Fig. 9). So werden die Verbindungsdrähte 1154 und M sicher und auf einem genau vorbestimmten Weg von den Vorratsrollen über die Klemmvorrichtungen 1234 und M zu den öffnungen 1224 und Abgeführt.

Danach sind die freien Drahtenden, die etwa eine Länge von 25 bis 75 μπι haben, genau über Jen Anschlußkontakten 134 justiert

Die Verbindungsvorrichtung 142 wird nun abwärts geführt und kommt mit allen Drahtenden an den Anschlußkontakten 134 gleichzeitig in Kontakt; vermittels Thermokompression werden alle Verbindungsdrähte gleichzeitig mit den entsprechenden Kontaktstellen fest verbunden. Bei Verwendung scheibenförmiger Bauelemente und Wachs zur Justierung wird gleichzeitig mit dem Verbindungsvorgang das Wachs 130 geschmolzen und dadurch der Chip 112/4 oder das scheibenförmige Bauelement von seiner Unterlage 128 £,<üöst. Nach dem Verbindungsvorgang werden die Kolben 1364 und M sowie die Klemmvorrichtungen 1234 und M zurückgezogen. Die Rückwärtsbewegung

wird dui :b die Stopper 145,4 und M gestoppt.

Wie in Fig. Il gezeigt, wird anschließend die Verbindungsvorrichtung 142 nach rechts aufwärts ¹ ewegt und der Λ"-V-Tisch 132 nach rechts abwärts gesenkt. Somit ist das Bauelement 112/4 nun frei an den Verbindungsdrähten aufgehängt. Nun werden die Klemmvorrichtungen 123,4 und M wieder unter Druck gesetzt, um die Verbindungsdrähte 115/4 und M festzuklemmen und die beweglichen Teile der Führungseinrichtung 119,4 und M werden in eine Zwischenposition (zwischen der Ausgangs- und der Endposition) gebracht, indem nur etwa der halbe Druck 0,2 MPa auf die Kolben 136,4 und M ausgeübt wird. Durch den nunmehr erzielten Gleichgewichtszustand zwischen einer Zugfederk^raft und der Kolbenkraft ruhen die beweglichen Teile der Führungsvorrichtungen 119/4 und M in dieser Zwischenposition (vgl. Fig. 11). Durch diese Maßnahme werden die Verbindungsdrähte entspannt und damit die Wärmeausdehnung, die diese durch den Thermokompressionsvorgang erfahren, ausgeglichen.

In Fig. 12 sind die Verbindungsdrähle immer noch in der entspannten Position und die Führungsvorrichtungen 119/4 und M in der Zwischenposition. Nun wird die Trägerzuführung 148, die entweder einen provisorischen oder einen permanenten Träger 149 bewegt, in Aktion gesetzt. Die Trägerzuführung 148 ist mechanisch mit dem A'- VTisch verkoppelt und bewegt den Träger 149 über einen Antrieb 150 zu dem nun mit den Verbindungsdrähten 115,4 und M\irbundenen Bauelement 1124. Dies kann entweder auf der gleichen oder einer zweiten Arbeitsposition geschehen; im letzteren Fall wird das Bauelement 1124 mit Hilfe der Führungsvorrichtungen 1144 und Mzu dieser transportiert. Die Position ist vorzugsweise oberhalb der Zuführungsvorrichtung 148 angebracht.

Das Verbindungswerkzeug 150 kann durch einen geeigneten Servomotor angetrieben werden, der ebenfalls zum Transport des X - VTisches 132 sowie für den Antrieb der Trägerzuführung 148 dient.

Wie in Fig. 12 durch Pfeile angedeutet, wird die Trägerzuführung 148 nach rechts oben bewegt, um in Kontakt mit dem an den Verbindungsdrähten 1154 und M frei hängenden Bauelement 1124 zu gelangen. Nun wird die Verbindungsvorrichtung 152 abgesenkt und mit den Enden der Verbindungsdrähte 1154 und M in Kontakt gebracht und so werden diese mit dem Träger 149 an den vorbezeichneten Kontaktstellen verbunden; die Verbindungsvorrichtung 152 wird entweder elektrisch oder, falls der Träger aus thermoplastischem Material ist, vorzugsweise durch Ultraschall erhitzt. Anschließend können die äußeren Enden mit einem weiteren Bauelement, wie beispielsweise einer gedruckten Schaltung oder einer Hybridschaltung, verbunden werden.

Wie in F i g. 13 gezeigt, kann die Verbindungsvorrichtung 152 die Abschneidvorrichtung 145 enthalten, oder eine Abschneidvorrichtung 156 kann auch, wie in Fig. 14 gezeigt, um die Verbindungsvorrichtung 152 herum montiert sein.

In Fig. 15 wird die Abtrennung der Verbindungsdrähte 1154 und M nach Verbindung mit dem Träger vom überschüssigen Drahtende gezeigt Nachdem die Verbindungsdrähte an den vorbezeichneten Stellen mit einer Einkerbung versehen wurden, werden nun die Kolben 1364 und M deaktiviert und die Führungsvorrichtung 119v4 und A/geht durch die Federn 1444 und M in ihre Ausgangsposition zurück. Dadurch greift eine

Kraft an den Verbindungsdrähten an und bewirkt den Abriß an den zuvor angebrachten Einkerbungen (vgl. Fig. 15). Nach dem Abrißvorgang verbleibt ein freies Drahtstück bestimmter Länge, das aus den Ausgangsöffnungen 1224 und M heraussteht und zur Verbindung mit dem nächsten zu verbindenden Bauteil diese·! wird. Die Verbindungsvorrichtung 152 und die Trägerzuführungsvorrichtung 148 werden nun von der Arbeitsposition 124 zurückgezogen und das nächste Bauelement 1120auf der Arbeitsposition 124 justiert.

Ein vorteilhafter Arbeitsablauf ist in den F i g. 8 bis 15 dargestellt und wird nachfolgend beschrieben:

Ein Bauelement, beispielsweise ein integrierter Schaltkreis-Chip 1124 wird auf einer Arbeitsposition 124 montiert. Die beweglichen Führungsvorrichtungen 1194 und M befinden sich in der Ausgangsposition. Die Verbindungsdrähte 1154— M werden von Hand in die Drahtführung 1144 -X eingeführt. Die Drahtenden 1154 -M ragen aus den Ausgangsöffnungen 1224 -M in genau definierter Länge heraus. Nun werden die Klemmvorrichtungen 1234 — M aktiviert und dadurch die Verbindungsdrähte 1154— M festgeklemmt. Die ebenfalls unter Druck stehenden Kolben 1364-Ai bewegen die beweglichen Führungsvorrichtungen 1194 -M vorwärts und ziehen damit gleichzeitig eine bestimmte Drahtlänge von den Vorratsrollen 1164 -M ab. So werden die Drahtenden 1154-M an die Anschlußkontakte 134 des Bauelementes 1124, das auf der Arbeitsposition 124 justiert ist, herangeführt. Dann werden die Drahtenden mit der Verbindungsvorrichtung 142 in Kontakt gebracht und alle Drahtenden werden gleichzeitig mit den entsprechenden Anschlußkontakten verbunden. Nun wird der Druck von den Kolben 1364—Mund den beweglichen Führungsvorrichtungen 1194 -M abgezogen, so daß diese in ihre Ausgangsposition zurückkehren, worauf die Verbindungsvorrichtung und der X— KTisch wieder zurückgezogen werden.

Nachdem das Wachs, mit dem der Chip auf der Arbeitsposition befestigt war, geschmolzen ist, hängt das nunmehr verbundene Bauelement 1124 frei an den Verbindungsdrähten in der Arbeitsposition 124. Danach wird nach dem gleichen, hier schon zuvor beschriebenen Verfahren die beweglichen Führungsvorricht. "gen 1194 —Min die Zwi '^nposition gebracht und damit vom Verbindungsdraii 154—M am Bauelement die Spannung genommen. Anschließend wird der permanente oder provisorische Träger 149 in Position auf der Arbeitsposition 124 und nach erfolgter Justierung die Verbindungsvorrichtung 152 in Kontakt mit den vorbestimmten Drahtenden gebracht. Gleichzeitig oder nachfolgend wird der Verbindungsdraht ί154—Μ in der Nähe der Kontaktstelle mit dem Träger 149 mit einer Einkerbung versehen. Durch Reduzierung des Druckes auf die Kolben 1364 — M kehren die Führungsvorrichtungen 1194— M in ihre Ausgangsposition zurück. Dabei wirkt ein Zugmoment auf den Verbindungsdraht 1154—M, was dessen Abriß an der Einkerbung zur Folge hat. Anschließend wird der nun beidseitig verbundene Chip 1124 und der Träger 149 sowie die Verbindungsvorrichtung 152 und die Zuführungsvorrichtung 148 von der Arbeitsposition 124 entfernt und mit Hilfe des X- Y Tisches 132 ein weiteres Bauelement auf der Arbeitsposition montiert. Die beschriebene Arbeitsfolge wird so lange wiederholt, bis aüe Bauelemente mit den entsprechenden inneren und äußeren Verbindungen versehen sind.

Für die genaue Justierung der Drahtenden über den

Anschlußkontakten 37 oder 134 und ihrer Trägerplatten oder 128 auf dem X- KTisch 24 oder 132 ist somit folgendes wesentlich:

1. Ein Wafer 32 oder 126 von integrierten Schaltkreischips 112A-Noder Bauelementen \2A-N und der Trägerplatte 33 oder 128 werden auf dem X-Y Tisch 24 oder 13Z unter der Voraussetzung, daß die einzelnen Chips innerhalb des Wafers genau justiert sind, auf der Arbeitsposition 30 oder 124 montiert

2. Unter Verwendung von Drahtführungselementen \4A-M oder 114A-A/mit oder ohne Führungs-

platte 24 oder beweglichen Führungsrahmen 119,4 — M werden die Enden der Verbindungsdrähte \5A-M oder 115A — M auf genau vorbezeichneten Wegen an die Arbeitsposition 30 oder 124 herangeführt und in Übereinstimmung mit den AnschluBkontakten 37 oder 134 auf die Arbeitsposition 30 oder 124 gebracht.

3. Die Länge der Verbindungsdrähte 15A-Af oder 115A-Ai wird nun so eingestellt, üaß ein in seiner Länge genau definiertes Drahtende an den Anschlußkontakten 37 oder 134 der Arbeitsposition 30 oder 124 verfügbar ist.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung der aus Drähten bestehenden Verbindungen zwischen den Anschlußstellen eines Bauelementes, beispielsweise eines Halbleiterelementes eines integrierten Schaltkreises, und Anschlußelementen, beispielsweise Anschlußstiften oder anderen Kontaktelementen, wobei ein Verbindungswerkzeug und das Bauelement zueinander in einer genau vorbestimmten Lage positioniert werden, wobei das Verbindungswerkzeug den Verbindungsdraht von einem Vorrat entnimmt und in die Betriebsstellung bringt, und wonach die Enden der Drähte mit den Anschlußstellen des Bauelementes und mit den Anschlußelementen durch das Verbindungswerkzeug verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Verbindungswerkzeug (10) nach dem Positionieren des Bauelementes (32) in der ersten Montagepoii ion (30) gleichzeitig eine solche Anzahl von Verbindungsdrähten (15.4 -!5/SQ von den Vorratsrollen (164 —16Λ) entnommen und mittels Vorrichtungen und Führungen (24) auf dem Verbindungswerkzeug (10) in ihre jeweiligen Montagepositionen (30) vorgeschoben werden, die der Anzahl aller Verbindungen entspricht, wobei die Montagepositionen (30) der Verbindungsdrähte (154-15NJ dann erreicht sind, wenn die einen Enden der Verbindungsdrähte (154 — 15NJ mit den Anschluß- jo stellen (37) des Bauelementes (32,124J fluchten, daß die Verbindungsdrähte (154-15NJ durch ein Verbindungswerkzeugelement (64) mit den Anschlußstellen (37) verbunden werden, daß das Bauelement (32, 124J mit den angeschlossenen Verbindungsdrähten (154-15NJ jurch das Verbindungswerkzeug (10) an den Verbindungsdrähten (i5A — 15NJ gehalten in eine zweite Montageposition (30) positioniert wird, daß Anschlußelemente (37) gegenüber dem in der zweiten Montageposition (30) angeordneten Bauelement (32,12#J positioniert werden, daß durch ein weiteres Werkzeugelement die Verbindungsdrähte (154-15NJ mit den Anschlußelementen (37) verbunden werden und daß die Verbindungsdrähte (154 — 15JV) von den Vorratslängen abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen (14) auf dem Verbindungswerkzeug (10) die Verbindungselemente in den zum Herstellen der Verbindungen mit den Anschlußstellen (37) bestimmten Gebieten freilassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsdrähte (154 - 15NJ außerhalb der den Anschlußstellen (37) entsprechenden Gebieten durch zugeordnete, ein· stellbare Klemmvorrichtungen (404-40Λ</festgehalten und um einen vorgegebenen Betrag in der Längsrichtung der Verbindungsdrähte (154-15NJ vorwärtsbewegt werden, so daß deren Enden Ober die zugehörigen Anschlußstellen (37) angeordnet werden, daß anschließend die Verbindungen zwischen den Enden der Verbindungsdrähte (154 — 15NJ und den zugeordneten Anschlußstellen (37) hergestellt werden, wonach die Klemmvorrichtung (404 — AOM) gelöst wird, und daß nach dem Lösen der Klemmvorrichtung eine vorbestimmte Länge des Verbindungsdrahtes in eine auf die Anschlußstelle (37) definierte Position gebracht und mit der Anschlußstelle verbunden wird,

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Länge der Verbindungsdrähte (\5A-t5N) den Durchmesser der Verbindungsdrähte um etwa drei Größenordnungen übersteigt

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsdraht (154-15NJein Draht von 15 bis 100 μπι verwendet wird

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verfahrensschritt die Verbindungsdrähte (154-15NJ an vorbestimmten Stellen eingekerbt werden, um so definierte Bruchstellen auszubilden, an denen nach der Herstellung der Verbindungen durch das Aufbringen einer vorbestimmten Zugkraft die Abtrennung der Verbindungsdrähte von den Vorratslängen e^ folgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Herstellen der Verbindung der Verbindungsdrähte (154 - !5NJ mit den Anschlußstellen (37) die Verbindung zwischen den Anschlußstellen entspannt werden, so daß nach dem Herstellen der Verbindung mit den Anschlußelementen (37) die Verbindungsdrähte (154-15NJ zwischen den Anschlußstellen des Bauelementes (32/ und den Kontaktelementen frei von jeglicher mechanischer Spannung sind.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem Verbindungswerkzeug, auf dem das Bauelement positionierbar ist, mit einem Endlosvorrat von Verbindungsdraht und mit Vorrichtungen zum Entnehmen einer Verbindungsdrahtlänge von dem Vorrat und zum Einstellen in eine Betriebsstellung und mit einer Vorrichtung an dem Werkzeug zum Verbinden des Verbindungsdrahtes mit der Anschlußstelle des Bauelementes und dem Anschlußelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungswerkzeug (10) eine solche Anzahl von einzelnen Vorratsrollen (164-16NJ von Verbindungsdrähten (154 - 15NJ und Vorschubvorrichtungen (184 -18NJ sowie Verbindungsdrahtführungen (204-20NJ besitzt, wie das Bauelement (124J Anschlußkontakte (37) besitzt, daß in dem Verbindungswerkzeug (10) oberhalb des Bauelementes (124J eine Führungsplatte (24) angeordnet ist, die eine solche Anzahl von Einkerbungen (2C4 - 26NJ besitzt, die der Anzahl der Verbindungsdrähte (154 - 15NJentspricht, daß die Vorschubvorrichtungen (184-18NJ Klammervorrichtungen (404—40NJ und Vorschubeinrichtungen (444—44NJ aufweisen, durch die die Enden aller Verbindungsdrähte (154-15NJ exakt über den zugeordneten Anschlußkontakten (37) einstellbar sind, daß dem Verbindungswerkzeug (10) eine erste Verbindungsvorrichtung (64) zugeordnet ist, die zum Verbinden der Enden der Verbindungsdrähte (154 - 15NJ mit den Anschlußkontakten (37) in eine Arbeitsstellung bewegbar ist, daß das Verbindungswerkzeug (lö) nach dem Verbinden der Verbindungsdrähte (154-15NJ mit den Anschlußkontakten (37) des Bauelementes (124J in eine zweite Montageposition bewegbar ist, wobei das Bauelement (124J durch die daran angebrachten Verbindungsdrähte (15/4 - 15NJ an dem Verbindungswerkzeug (10) frei schwebend gehalten ist, die von den

Klammervorrichuingen (40A-4QN) festgeklemmt sind, daß gegenüber dem Verbindungswerkzeug (10) ein zweites Werkzeug (67) mit den Anschlußelementen (66) in die zweite Montageposition bewegbar ist, daß dem Verbindungswerkzeug (10) eine zweite Verbindungsvorrichtung (78) zugeordnet ist, die zum Verbinden der Verbindungsdrähte (15/4-\5N) mit den Anschlußelementen (68) in eine Arbeitsstellung bewegbar ist, und daß dent Verbindungswerkzeug (10) eine Abschneidvorrichtung (22A-22N) zu- κι geordnet ist, die nach dem Verbinden der Verbindungsdrähte (ISA —ISN) mit den Anschlußelementen (68) zum Trennen der Verbindungsdrähte (15/4 — t5N) von den Vorratslängen betätigbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauelement (12/4) einer auf einem gemeinsamen Träger (33) angeordneten Anzahl von Bauelementen (12/4 — HN), beispielsweise integrierte Schaftkreise, tragender Wagen, in der Montagepositicin in definierter Lage in bezug auf Referenzmarken angeordnet ist

!0. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger der äußeren Anschlußelemente (68) ein Führungsrahmen (70) dient. 2ί