DE69814833T2

DE69814833T2 - Zweispur-schabloniersystem mit lotsammelkopf

Info

Publication number: DE69814833T2
Application number: DE69814833T
Authority: DE
Inventors: G. Dennis DOYLE; W. Steven HALL; T. Gary FREEMAN
Original assignee: Speedline Technologies Inc
Current assignee: Speedline Technologies Inc
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2018-02-19
Also published as: JP2002503161A; CA2281624A1; KR100484995B1; DE69814833D1; JP4387436B2; US20020020346A1; EP0968630B1; AU6173398A; KR20000071222A; WO1998037741A1; US6267819B1; JP2008109159A; EP0968630A1; US6663712B2; JP4201352B2; US6066206A; ATE241258T1

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Schaltungsplatinen-Herstellung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern der Leistung von Schaltungsplatinen-Schablonierungsoperationen.
Wie in der Technik bekannt, wird der Erfolg von Schaltungsplatinenherstellern gemäß der Anzahl fehlerfreier Produkte gemessen, die sie innerhalb einer gegebenen Zeitdauer liefern können. Leider wird das Erreichen gewünschter Produktivitätsniveaus durch die Genauigkeitsanforderungen beeinträchtigt, die beim Liefern solcher fehlerfreier Produkte inhärent sind. Die Genauigkeitsanforderungen werden noch schwieriger einzuhalten, wenn technologische Fortschritte kleinere Komponentengrößen und mehr Stifte pro Packungsanschluss auf einer Schaltungsplatine mit sehr eng beabstandeten Anschlussflächen vorgegeben werden. Fehlerhafte Platinen können entweder verworfen oder überarbeitet werden, was beides Zeit kostet und die Ausgaben erhöht.
Zum Beispiel beinhaltet der typische Schaltungsplatinen-Herstellungsprozess drei Basisoperationen, deren jede gewöhnlich von einer unabhängigen Maschine durchgeführt wird. Diese Operationen beinhalten das Schablonieren eines Lötmusters auf die Anschlussfläche einer hereinkommenden Schaltungsplatine, das Anordnen von Komponenten auf den Anschlussflächen der Platine und das Erhitzen der Platine, um die Integrität des Kontakts zwischen dem Lötmittel und der Platine, den Stiften der Komponenten und den Anschlussflächen herzustellen.
Die Schablonierungs- und Anordnungsoperationen müssen präzise durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass ein fehlerfreies Produkt erhalten wird. Die Schablonierungsoperation erfolgt typischerweise durch eine Schablonierungsmaschine. Platinen, die in die Schablonierungsmaschine gefördert werden, haben ein Muster von Anschlussflächen oder andere gewöhnlich leitfähige Oberflächenbereiche, auf die Lötmittel aufgelagert wird. Zusätzlich sind ein oder mehrere kleine Löcher, oder Markierungen, Referenzen genannt, zu Ausrichtungszwecken auf der Platine vorgesehen. Die Schablonierungsmaschine enthält typischerweise eine Schablone (oder Sieb), das ein Muster von durch die Schablone geätzten Öffnungen aufweist, das zu dem erwarteten Lötmittelmuster passt, das auf der Schaltungsplatine platziert werden soll.
Wenn die Schaltungsplatine in die Schablonierungsmaschine eingeführt wird, muss sie zuerst mit der Schablone ausgerichtet werden, um sicherzustellen, dass die Schaltungsplatine mit den Öffnungen der Schablone richtig ausgerichtet ist. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieser Ausführung ist ein optisches Ausrichtungssystem, das zwischen die Schaltungsplatine und die Schablone eingesetzt wird, um die Referenzen der Platine mit einer oder mehreren Referenzen an der Schablone auszurichten. Alternativ können z. B. optische Ausrichtungssysteme benutzt werden, die von MPM^TM Corporation geliefert werden, wie etwa jene, die im US-Patent 5 060 063 beschrieben sind, ausgegeben am 21. Oktober 1991, von Freeman, und im US-Patent RE 34 615, ausgegeben am 31. Januar 1992, von Freeman.
Wenn die Platine mit der Schablone ausgerichtet worden ist, wird sie zu der Schablone angehoben, wird Lötmittel auf die Schablone aufgetragen, und quert eine Wischklinge (oder ein Rakel) die Schablone, um das Lötmittel durch die Öffnungen der Schablone auf die Platine aufzutragen. Nachdem die Schablonierung abgeschlossen ist, wird die Platine abgesenkt und zu einer Aufnahme-und-Setzmaschine weitergeleitet, die elektrische Komponenten an bestimmten Stellen auf die Platine setzt.
Die Aufnahme-und-Setzmaschine stellt die Komponenten bereit, die von der Platine benötigt werden. Die Komponenten werden an geeigneten Stellen (der Stelle der von der Schablonierungsmaschine durchgeführten Lötmittelauftragung) und mit der richtigen Orientierung auf der Schaltungsplatine angeordnet. Wegen der Anzahl der Stifte einer Komponente und der Nähe zwischen den Stiften ist es wesentlich, dass die Aufnahme-und-Setzmaschine mit präzisen Standards arbeitet, um die korrekte Platzierung der Komponente auf den Lötanschlüssen sicherzustellen. Somit muss auch die Aufnahme-und-Setzmaschine vor dem Betrieb Ausrichtungsprüfungen vornehmen.
Der nächste Schritt in dem Prozess ist es, die Schaltungsplatine mit den auf das schablonierte Lötmittel gelegten Komponenten zu einer Aufschmelzmaschine weiterzuleiten. Die Aufschmelzmaschine erhitzt das vorhandene Lötmittel, um zu bewirken, dass das Lötmittel enge Verbindungen mit den Stiften der Komponenten bildet, die durch die Aufnahme-und-Setzmaschine angeordnet wurden, sowie die Anschlussflächen oder andere Oberflächen der Platine.
Eine herkömmliche Vorrichtung zum Erhöhen der Effizienz eines Schablonendruckers für Schaltungsplatinen ist beschrieben in dem Dokument K.P. GORE ET AL; "Two Independent X-Y Tables Concept For Simultaneous Screen Printing" MOTOROLA TECHNICAL DEVELOPMENTS, Vol. 13, July 1991, Schaumburg, Illinois, U.S., Seiten 38–39, Gore et al. Dies offenbart ein Schablonierungssystem mit zwei x-y-Tischen, um den Druck auf zwei sequentiell geladene Schaltungsplatinen unter Verwendung zwei unterschiedlicher Schablonenmuster zu erlauben.
In den oben beschriebenen Systemen führt die Genauigkeit, die beim Aufdrucken des Lötmittels auf Schaltungsplatinen und bei der Platzierung der Komponenten auf dem gedruckten Lötmittel erforderlich ist, zur Verwendung von Ausrichtungsprozeduren für die Schaltungsplatine, die in dem Herstellungsprozess Verzögerungen hervorrufen. Zusätzlich gibt es ein zusätzliches Verzögerungselement, "Verweilzeit" genannt, an der Auf nahme-und-Setzmaschine, da die Aufnahme-und-Setzmaschine darauf wartet, eine Platine von der Schablonierungsmaschine zu erhalten. Jede dieser Verzögerungen reduziert die Gesamtleistung und Produktivität des Herstellungsprozesses. Es wäre erwünscht, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erhöhen des Durchsatzes des Schaltungsplatinen-Herstellungsprozesses zu entwickeln.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schablonierungssystem zur Verwendung in einem Schaltungsplatinen-Herstellungsprozess angegeben,umfassend: eine Mehrzahl von Schienensätzen, wobei jeder der Mehrzahl von Schienensätzen zum Tragen und Verlagern einer Mehrzahl von Schaltungsplatinen durch das Schablonierungssystem dient; und einen Lötmittelausgabekopf, der selektiv über der Mehrzahl von Schienensätzen anordenbar ist, um, während der Schablonierung erster und zweiter Schaltungsplatinen auf einem ersten bzw. zweiten der Mehrzahl von Schienensätzen, auf eine Schablone Lötmittel aufzutragen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bearbeiten von Schaltungsplatinen in einem Schablonierungssystem angegeben, das zwei Bahnen aufweist, wobei jede Bahn ein Lader zur Aufnahme von Schaltungsplatinen und Verlagern der Platinen zu gewünschten Positionen in den Bahnen aufweist, wobei das Schablonierungssystem einen Lötmittelausgabemechanismus aufweist, um auf eine auf den Bahnen angeordnete Schablone Lötmittel auszugeben, worin das Verfahren die Schritte umfasst: a) Aufnehmen zumindest einer Platine auf einer der Bahnen; b) In-Eingriff-Bringen der zumindest einen Platine, der Schablone und des Lötmittelausgabemechanismus; c) Verschieben des Lötmittelausgabemechanismus über die zumindest eine Platine derart, dass Lötmittel durch eine Öffnung in dem Lötmittelausgabemechanismus, durch die Schablone und auf die Schaltungsplatine extrudiert wird, wobei die Öffnung eine zugeordnete Breite aufweist; und d) Fortsetzen des Verschiebeschritts, bis die Öffnung das gesamte Muster der Schablone überquert hat, die der zumindest einen Schaltungsplatine zugeordnet ist, um die Gesamtheit der zumindest einen Schaltungsplatine zu schablonieren; worin die Schritte a)–d) an entweder einer oder beiden der zwei Bahnen des Schablonierungssystems zu jeder Zeit während des Betriebs des Schablonierungssystems durchgeführt werden.
In den beigefügten Zeichnungen:
1 ist das Flussdiagramm, das die einzelnen Schritte darstellt, die in einem Schaltungsplatinen-Herstellungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
2 ist ein Diagramm einer Schablonierungsmaschine zur Verwendung in dem Schaltungsplatinen-Herstellungsprozess von 1;
3 ist ein Blockdiagramm, das die Steuerstruktur der Schablonierungsmaschine von 2 darstellt;
4 ist eine Teilseitenansicht der Schablonierungsmaschine von 2, die eine Betriebsart dieser Schablonierungsmaschine darstellt;
5 ist ein Diagramm eines Schienensystems des Schablonensystems von 2, das die Anordnung der Doppelschablone über den Doppelschienen des Schablonierungssystems darstellt;
6a–6d sind Blockdiagramme, die die Handhabungssequenz von Schaltungsplatinen durch das Schablonensystem von 2 darstellen;
7 ist ein Diagramm, das einen Lötmittelsammelkopf zur Verwendung in der Doppelbahn-Schablonierungsmaschine von 2 darstellt;
8a–8c sind Diagramme, die den Betrieb des Lötmittelsammelkopfs von 7 darstellen;
9a–9e sind Blockdiagramme, die die Handhabungssequenz von Schaltungsplatinen in dem Schablonierungssystem von 2 unter Verwendung des Lötmittelsammelkopfs von 7 darstellen;
10a –10c sind Blockdiagramme, die mehrere Ausführungen von Lötmittelausgabeköpfen zur Verwendung in der Doppelbahn-Schablonierungsmaschine von 2 darstellen;
11 ist ein Diagramm, das die Motorsteuerung und die Schienen des Schablonierungssystems von 2 darstellt;
12 ist ein Diagramm, das die Anordnung von Schienen im Betrieb des Schablonierungssystems in einem Einzelbahnmodus darstellt;
13 ist ein Diagramm, das die Position von Schienen in einem Einzelbahnmodus darstellt;
14 ist ein Diagramm, das die Position der Schienen in einem Doppelbahnmodus darstellt;
15 ist ein Flussdiagramm, das einen Reboot/Rücksetzprozess darstellt;
16 ist ein Diagramm einer anderen Ausführung des Doppelschienensystems, wobei das Doppelschienensystem verkürzte Schienen aufweist;
17 ist ein Diagramm einer anderen Ausführung eines Doppelschienensystems, das die gesamte Materialhandhabung an einer einzigen Seite des Systems vorsieht;
18 ist ein Diagramm einer anderen Ausführung eines Doppelschienensystems, das die gesamte Materialhandhabung an einer einzigen Seite des Systems vorsieht; und
19 ist ein Diagramm eines Doppelschienensystems mit einer mechanischen Befestigungsvorrichtung, die das gleichzeitige Bedrucken zweier Platinen erlaubt.
Nun enthält, in Bezug auf 1, eine Vorrichtung zum Vorsehen einer verbesserten Leistung zur Schaltungsplatinen-Herstellung ein Doppelbahnschienensystem 11 zum Liefern eines Paars von Schaltungsplatinen 12a und 12b zu der Schablonierungsmaschine 14. Die doppelbahnige Eigenschaft des Systems ist an der Aufnahme-und-Setzmaschine eingebaut, um zu erlauben, dass zwei Platinen unabhängig zu der Aufnahme-und-Setzmaschine 16 geliefert werden. Jede der Bahnen erstreckt sich, um einen doppelten Eingabeweg zu einer Aufschmelzmaschine 18 vorzusehen. Fertiggestellte Schaltungsplatinen 20a und 20b treten aus der Aufschmelzmaschine 18 aus. Die Schnittstelle zwischen der Schablonierungsmaschine 14, der Aufnahme-und-Setzmaschine 16 sowie der Aufschmelzmaschine wird entsprechend Protokollen gemäß der Surface Mount Equipment Manufacturing Association (SMEMA) gesteuert.
Das Vorsehen eines Doppelbahnsystems erlaubt es, dass die Leistung des Schaltungsplatinen-Herstellungsprozesses verbessert wird, da die Verweil zeit, die früher an der Aufnahme-und-Setzmaschine auftrat, eliminiert werden kann. Dies wird durch Vorsehen einer zweiten Platine auf einer zweiten Bahn der Aufnahme-und-Setzmaschine erreicht, während die Aufnahme-und-Setzmaschine an einer ersten Platine auf der ersten Bahn arbeitet. Wenn die Aufnahme-und-Setzmaschine die Arbeit an der ersten Platine abschließt, bewegt sie sich einfach zu der zweiten Bahn, ohne auf eine zweite Platine zu warten, die in ihren Arbeitsbereich zu überführen ist.
Angemerkt werden sollte, dass das Doppelbahnsystem der vorliegenden Erfindung die Flexibilität hat, als parallel verarbeitende Maschine zu arbeiten, indem zwei Platinen auf der Bahn durchgefpördert und diese gleichzeitig verarbeitet werden, oder alternativ auf nur einer Bahn zu einer Zeit zu arbeiten. Zusätzlich kann das Doppelbahnsystem konfiguriert sein, um mit Roboterladegeräten zu arbeiten, die Platinen in und aus dem Arbeitslager an nur einer Seite der Schablonierungsmaschine überführen, oder kann zusätzlich konfiguriert sein, um mit Paletten zur Handhabung empfindlicher Materialien zu arbeiten, indem ein Material auf einer Bahn der Schablonierung zugeführt wird und es zu der anderen Bahn zurückgebracht wird. Diese Ausführungen werden unten zusätzlich beschrieben. Es genügt zu sagen, dass alle diese Ausführungen implementiert werden können, ohne eine große Menge zusätzlicher Hardware zu herkömmlichen Systemen hinzuzufügen. Zusätlich wird es ersichtlich, dass das Doppelschienen-Schablonierungssystem optimal für solche Herstellungsprozesse eingesetzt werden kann, wo sowohl eine Ober- als auch eine Unterseite einer Platine bedruckt werden müssen, wo eine Mutter- und eine Tochtereplatine bedruckt werden müssen, oder zur schnelleren Verarbeitung einer Platine.
Nun ist in Bezug auf 2 eine Ausführung einer Schablonierungsvorrichtung 30 gezeigt. Die Schablonierungsvorrichtung 30 enthält Schienen 22, 24, 26 und 28. Die Schienen sorgen für eine Bewegung entlang der x-Achse 25 von Schaltungsplatinen, wenn sie in die Schablonierungsmaschine 30 eingegeben werden. In dieser Ausführung der Erfindung bildet jedes Paar von Schienen, wie etwa die Schienen 22 und 24, eine Bahn. Jede Schiene jeder Bahn enthält ferner ein Förderband (nicht gezeigt), auf dem die Schaltungsplatine aufliegt, wenn sie durch die Schablonierungsmaschine gefördert wird. Jede dieser Bahnen ist unabhängig gesteuert, um zu erlauben, dass Platinen auf unterschiedlichen Bahnen gleichzeitig zu verschiedenen Positionen bewegt werden.
Der Bereich 37 ist das "Arbeitslager" der Schablonierungsvorrichtung 30, der einen Z-Turm (hier nicht gezeigt) enthält, um für eine Bewegung der Platine entlang der z-Achse 29 zu sorgen. Das Arbeitslager ist der Bereich in der Maschine, an dem die Schablonierung der Platine stattfindet.
Eine Schablonenstütze 38 ist an jeder Seite der Schienen eingebaut. Die Schablonenstütze 38 erlaubt, dass eine Schablone (nicht gezeigt) in die y-Achse 27 eingesetzt und über den Schienen gesichert wird. Weitere Details zu der Schablone sind hierin später vorgesehen. Angemerkt werden sollte, dass, obwohl hierin der Begriff "Schablone" benutzt wird, auch ein Sieb benutzt werden kann.
Gezeigt ist eine Ausführung eines Rakelarms 35, der einen schwenkbaren Rakelkopf 32, einen Rakelmotor 33 und einen Pastenausgeber 34 enthält. Obwohl sich die Diskussion hier auf die Verteilung der Lötpaste bezieht, versteht es sich, dass während der Materialauflagerung auch Farbstoff, Klebstoff oder ein anderes Material eingesetzt werden kann. Der Rakelkopf 32 umfasst ein Paar von Klingen, die aus Metall, Polyurethan oder rostfreiem Stahl oder einem anderen solchen Material hergestellt sind, und kippt mit einem Winkel, der die Verteilung der Lötpaste über die Schablone hinweg gestattet. Ein geeigneter Rakelkopf ist der Pro-head-Rakel, der bei MPM Corporation, Franklin, Massachusetts, erhältlich ist. Der Rakelarm bewegt sich in der y-Achse 27 über die Schablone und die Schienen. Der Pastenausgeber 34 führt die Lötpaste dem schwenkbaren Rakelkopf, allgemein auf einer x-Achse 25 entlang den Schienen zu. Angemerkt wer den sollte, dass, während hierin der Rakelkopf so beschrieben ist, dass er Klingen aufweist, der Rakelkopf tatsächlich jede gegebene Vorrichtung sein kann, die in der Lage ist, Lötpaste durch Öffnungen einer Schablone zu verteilen.
Auch kann eine Vakuumeinheit 36 vorgesehen sein, mit separaten Vakuumschläuchen (nicht gezeigt), die jeder Bahn des Doppelbahnsystems zugeordnet sind. Die Vakuumeinheit 38 liefert Saugkraft an der Unterseite einer Platine in dem Arbeitslager, um die Position der Platine einzuhalten. In alternativen Ausführungen der vorliegenden Erfindung können anstelle der Vakuumeinheit Seitendämpfer oder Greiffinger verwendet werden, die die Schaltungsplatine (oder ein anderes Substrat, das bedruckt werden soll) während des Druckvorgangs am Ort halten.
Der Betrieb des Rakelarms, des Pastenausgebers, des schwenkbaren Rakelkopfs, der Doppelbahnen und des Vakuums werden alle über eine Systemsteuersoftware 39 gesteuert, die an einem Computersystem 21 ausgeführt wird, die mit der Schablonierungsmaschine verbunden ist. Nun ist, in Bezug auf 3, ein Blockdiagramm vorgesehen, das die Steuerstruktur der Schablonierungsmaschine 30 darstellt. In einer Ausführung werden Schaltungsplatinen von einem Lader (nicht gezeigt) in die Schablonierungsmaschine geladen, Ein Sensor 38 empfängt Anzeigen von dem Lader über die Verfügbarkeit einer Platine auf jeder der Bahnen. Zusätzlich empfängt der Sensor 38 Anzeigen von der Aufnahme-und-Setzmaschine 16, was anzeigt, ob die Aufnahme-und-Setzmaschine bereit ist, Platinen von der Schablonierungsmaschine auf einer gegebenen Bahn zu empfangen. Der Lader, die Schablonierungsmaschine, die Aufnahme-und-Setzmaschine und die Aufschmelzmaschine kommunizieren mittels eines SMEMA-handshake-Protokolfs.
Der Sensor 38 führt dem Computersystem 21 (2) den Status zu, der von dem Lader und der Aufnahme-und-Setzmaschine erhalten wird. Das Computersystem kann auch Eingaben vom Verwender des Systems erhalten, die z. B. die Größe der Schaltungsplatine anzeigen. Das Computersystem 21 ist mit bewegbaren Komponenten der Schablonierungsmaschine gekoppelt. In Abhängigkeit von der Komplexität der Bewegung einer Komponente ist der Komponente eine Steuervorrichtung zugeordnet, um den Betrieb eines angebrachten Motors zu steuern. Die Steuervorrichtung ist entweder eine komplexe Steuervorrichtung, wie etwa ein Mikroprozessor, oder eine einfache programmierbare Logikvorrichtung, in Abhängigkeit von der Komplexität der Bewegung, die von der Komponente durchgeführt werden muss. Das Computersystem 21 gibt durch die Systemsteuersoftware 39 Steuersignale an jedes der Steuergeräte ab, wie etwa ein Bahn-1-Steuergerät 39a, ein Bahn-2-Steuergerät 39b, ein Rakel/Pastensteuergerät 39c, ein Schiene-1-Motorsteuergerät 39d, ein Schiene-2-Motorsteuergerät 39e und ein Schiene-3-Motorsteuergerät 39f. Der Betrieb dieser Komponenten wird hierin später gründlicher beschrieben.
Nun wird in Bezug auf 4 eine allgemeine Beschreibung des Betriebs einer Bahn der Schablonierungsmaschine angegeben. Obwohl hier nur eine Bahn beschrieben ist, findet derselbe Vorgang an zwei Bahnen statt, wenn eine Schaltungsplatine an dieser Bahn schabloniert wird. Wie in 4 gezeigt, wird die Schaltungsplatine 12 in die Schablonierungsmaschine über Förderbänder geliefert, wie etwa das Förderband 41 der Schiene 22, und wird über dem Z-Turm 42 an der richtigen Position angeordnet. Der Z-Turm 42 enthält eine Anzahl von Stützen 42a und 42b sowie vorteilhaft eine Mittelstütze (nicht gezeigt), um ein Durchbiegen der Schaltungsplatine während des Schablonierungsprozesses auszuschließen. Wenn die Schaltungsplatine durch das Förderband an jeder der Schienen in den Z-Turm verschoben wird, wird das Vakuumsystem 36 eingeschaltet, um einen leichten Abwärtsdruck auf die Schaltungsplatine 12 auszuüben, um die Schaltungsplatine in Position zu halten. Eine Durchlassplatte 43, die in einer Deckplatte 43a des Z-Turms eingebaut ist, verbindet das Vakuumsystem mit dem Luftraum des Z-Turms. Die Durchlassplatte 43 kann aus mehreren Stücken rostfreien Stahls oder anderem starrem Material hergestellt sein und enthält eine Anzahl von Öffnungen, durch die der Luftfluss durchgelassen wird. Die Ausbildung der Durchlassplatte aus mehreren Stücken rostfreien Stahls gestattet es, dass die Größe der Platte, und demzufolge der Ort der Öffnungen verändert wird, indem lediglich eines der Stücke ersetzt wird. Die Öffnungen der Durchlassplatte sind so positioniert, dass der Abwärtsdruck des Vakuums auf Stellen der Schaltungsplatine gerichtet ist, die den Abwärtsdruck des Vakuums auf die Platine zentrieren.
Wie zuvor beschrieben, verbleibt eine Schablone 40, die in die Schablonenstütze 38 geschoben ist, an dieser Stelle fixiert, bis sie durch eine andere Schablone ersetzt wird.
Wenn die Schaltungsplatine schablonierungsbereit ist, hebt der Z-Turm 42 die Platine auf der z-Achse über das Förderband 41 an, um die Platine und die Schablone zu kontaktieren. Der Pastenausgeber 34 gibt eine Linie von Lötpaste an einer Stelle der Schablone aus, die einem Muster auf der Schablone benachbart ist. Sobald die Lötpaste auf der Schablone angeordnet worden ist, wird der schwenkbare Rakel 32 über die Schablone in der y-Achsenrichtung 27 verschoben, um das Lötmittel zu verlagern, so dass das Lötmittel durch die Öffnungen der Schablone und auf die Schaltungsplatine verteilt wird. Nachdem die y-Achsenbewegung des Rakels abgeschlossen ist, ist die Schablonierung der Schaltungsplatine abgeschlossen, und der Z-Turm 42 senkt sich in der z-Achse in seine Ausgangsstellung. Wenn der Z-Turm in seine Ausgangsstellung abgesenkt ist, liegt die Schaltungsplatine wieder auf dem Förderband 41 auf und wird aus der Schablonierungsmaschine heraus zu der Aufnahme-und-Setzmaschine gefördert.
Nun ist in Bezug auf 5 ersichtlich, dass dann zwei Separatschablonenmuster in die Schablone 40 geschnitten sind, wenn zwei Schaltungsplatinen vorhanden sind, die auf doppelten parallelen Bahnen eingegeben werden. In Ausführungen der vorliegenden Erfindung wird die Schablone 40 durch Stanzen oder anderweitige Lochbildung an gewünschten Stellen der rostfreien Stahlplatte 40a gebildet. Die Außenränder der rostfreien Stahlplatte werden mit einem elastischen Polyethylensieb verbunden, das in einem steifen Aluminiumrahmen montiert ist. Auch angemerkt werden sollte, dass alternativ auch andere Materialien, wie etwa Kunststoffe, verwendet werden können, oder dass anstelle einer Schablone ein Sieb verwendet werden kann. Die Gesamtdimensionen der gerahmten Schablone können z. B. 74cm × 89cm (29'' × 35'') betragen, obwohl diese Dimensionen in Abhängigkeit von den Anforderungen des Benutzers variieren können. Die zwei Schablonenmuster können entweder gleich oder unterschiedlich sein.
In 5 ist eine Anzahl von Schaltungsplatinen 50a, 50b und 50c gezeigt, die während des Betriebs die Schienen 22–28 überqueren. Wie zuvor erwähnt, liegen die Schaltungsplatinen auf die Schienen umgebenden Förderbändern. Das Förderband kann aus Gewebe, Gummi oder einem ähnlichen Material hergestellt sein. Die zwei Bahnen, das ist die Bahn 1, die die Schienen 22 und 24 aufweist, und die Bahn 2, die die Schienen 26 und 28 aufweist, werden jeweils separat angetrieben, um eine separate Vorwärtsbewegung der Schaltungsplatinen entlang den Bahnen zu gestatten.
Zum Beispiel sind, nun in Bezug auf 6a, zwei Platinen, Platine A1 und Platine B1, auf jeweiligen Bahnen A und B gezeigt. Die relativen Betriebspositionen der Platine, wie in den 6a–6d gezeigt, sind durch gestrichelte Kästen angegeben und mit Position 1, Position 2 und Position 3 gekennzeichnet. Der Rakelkopf 32 ist in 6a so gezeigt, dass er in der Mitte der zwei Bahnen positioniert ist. In der in den 6a–6d gezeigten Ausführung ist der Z-Turm, durch den Kasten 55 in 6 bezeichnet, als eine Einheit ausgebildet, die beide Bahnen überspannt. Der Z-Turm wird in der z-Achse immer dann angehoben, wenn die Schablonierung an einer oder beiden der Bahnen durchgeführt werden soll. In alternativen Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann ein separater Z-Turm für jede Bahn vorgesehen sein.
In einer Ausführung, in der der Rakelarm 35 benutzt wird, beginnt der Schablonendruckprozess mit der Identifizierung, welche Bahn zuerst bedruckt werden soll. Wenn keine Platinen in dem Schablonendrucker vorhanden sind, wird er eine Platine von einem mit jeder Bahn gekoppelten Platinenlader (nicht gezeigt) akzeptieren und beide Platinen A1 und B1 zur Position 1 in der Bahn bewegen, wie in 6a gezeigt. Wenn dem Lader an der Bahn A eine zweite Platine zur Verfügung steht, wird der Drucker die Platine A1 auf der ersten Bahn zur Position 2 fördern. Sobald die Platine A1 zur Position 2 bewegt worden ist, kann die Bearbeitung der Platine A1 beginnen. Wie zuvor in Bezug auf 4 beschrieben, beginnt die Bearbeitung durch Anheben der Platine A1 mittels des Z-Turms, um die Platine A1 in Kontakt mit der Schablone zu bringen. Lötmittel wird auf die Platine A1 verteilt, indem der Rakelkopf 32 entlang der y-Achse von einer Position benachbart der Schiene 24 zu einer Position benachbart der Schiene 22 hinwegbewegt wird. Während die Platine A1 von dem Förderband angehoben wird, wird die Platine A2 zur Position 1 gefördert. Wenn das Bedrucken der Platine A1 fertiggestellt ist, senkt sich der Z-Turm, und die Platine A1 liegt wieder auf dem Förderband der Bahn A auf. Die Platine A1 bewegt sich zur Position 3, und die Platine A2 bewegt sich zur Position 2.
Während des nächsten Druckzyklus wird Lötmittel auf die Platine A2 gedruckt. Wie oben beschrieben, hebt der Z-Turm die Platine A2 an, um sie in Kontakt mit der Schablone zu bringen. Der Rakelkopf 22 bewegt sich von der Position benachbart der Schiene 22 zurück zur Position benachbart der Schiene 24, um den Druckprozess abzuschließen. Während der Zeitdauer, in der A2 angehoben ist, kann die Platine A1 von der Position 3 zu der Aufnahme-und-Setzmaschine bewegt werden, wenn die Aufnahmeund-Setzmaschine verfügbar wird.
In einer Ausführung, wo der Z-Turm eine beide Bahnen überspannende Einheit ist, wird die Platine B1 von der Voranbewegung entlang der Bahn B während jener Zeitdauer ausgeschlossen, in der die Platine A2 durch den Z-Turm angehoben wird. Die Platine B1 könnte in die Schablonenposition aus der B-Bahn bewegt werden, bevor die Platine A2 angehoben wird; jedoch könnte dies, solange nicht das System zur gleichzeitigen Bearbeitung zweier Platinen konstruiert ist (wie im Falle für nachfolgend beschriebene andere Ausführungen), einen ungewünschten Kontakt zwischen der Schablone und der Platine B1 bewirken.
In einer Ausführung, wo ein separater Z-Turm für jede Bahn vorhanden ist, kann die Voranbewegung der Platine B1 zu der Schablonierungsposition zu jeder Zeit während der Voranbewegung oder der Schablonierung der A2-Platine durchgeführt werden. Es genügt zu sagen, dass im in 6d gezeigten Beispiel dann, wenn die Platine A2 bearbeitet worden ist und der Z-Turm abgesenkt wird, die Platine B1 in die Position 2 bewegt werden kann. Angenähert zu dieser Zeit kann die Platine A2 in Position 3 bewegt werden.
Während des Zyklus, in dem die Platine B1 in Position 2 bewegt worden ist und die Platine A2 in Position 3 bewegt worden ist, kann die Platine B2 in dem Lader verbleiben. In einer bevorzugten Ausführung wird die Platine B2 zur Position 1 voranbewegt, nachdem die Platine B1 durch den Z-Turm 55 angehoben worden ist, um die Platine B1 von dem Förderband abzuheben, wie in 6d gezeigt.
Die obige Sequenz von Ereignissen wird kontinuierlich ausgeführt, vorausgesetzt, dass Platinen in dem Lader verfügbar sind. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass während des Drucks Bearbeitungsprobleme mit einer oder mehrerer der Komponenten des Schaltungsplatinen-Herstellungssystems auftreten. Das Computersystem 21 und die Systemsteuersoftware 39 erkennen diese Probleme und korrigieren den Betrieb der Schablonierungsmaschine entsprechend. Wenn z. B. eine erste Platine in einem Satz zweier aufeinander folgender Platinen in Position 1 angeordnet ist, erlaubt der Schablonendrucker keine Voranbewegung zur Position 2 zum BedrucKken, solange nicht den Lader anzeigt, dass eine zweite Platine auf die Bewegung in Position 1 wartet. Wenn der Lader, durch bekannte geeignete Mittel (nicht gezeigt), anzeigt, dass eine zweite Platine wartet, zeigt die Systemsteuersoftware eine leere Ladersituation für die entsprechende Bahn an und weist die Schablonierungsmaschine an, zu einem Einzelbahndruck auf der anderen Bahn umzuschalten. Während des Einzelbahndrucks erfolgt der Schaltungsplatinendruck auf nur einer der Bahnen. Die Systemsteuersoftware modifiziert auch den Betrieb der Bewegung des Rakels für den Einzelbahndruck, um die Bewegung des Rakels über solche Schablonenmuster zu eliminieren, unter denen keine Schaltungsplatine positioniert ist.
Wenn eine Platine in Position 1 auf einer Bahn angeordnet ist und der Lader anzeigt, dass eine andere Platine zur Verarbeitung auf derselben Bahn verfügbar ist, wird es die Steuersoftware, welche die Schablonierungsmaschine anweist, nicht erlauben, dass die Platine in Position 1 sich zur Position 2 zum Bedrucken voranbewegt, solange nicht eine offene Position auf derselben Bahn in der Aufnahme-und-Setzmaschine vorhanden ist. Die Aufnahme-und-Setzmaschine und die Schablonierungsmaschine kommunizieren unter Vewendung eines Handshake-Protokolls gemäß der Surface Mount Equipment Manufacturing Association (SMEMA). Wenn die Aufnahme-und-Setzmaschine der Schablonierungsmaschine anzeigt, dass keine offene Position an dieser Bahn vorhanden ist, erfasst die Steuersoftware an der Schablonierungsmaschine dies als eine Platzierungsbahnabschaltsituation und weicht auf den Einzelbahndruck auf der anderen Bahn aus.
Vor dem Ausweichen zum Einzelbahnmodus prüft die Schablonendrucker-Steuersoftware die von dem Lader empfangene Statusinformation zur Bestimmung, ob auf der anderen Bahn ein Absicherungsproblem vorliegt. Wenn dies so ist, interpretiert die Steuersoftware dies als eine Verlangsamung, die äußeren Einflüssen zugeordnet ist, wie etwa Nichtverfügbarkeit von Platinen. In diesem Fall wartet die Steuersoftware in dem Doppelbahnmodus und führt den Druck auf der ersten Bahn fort, die frei wird.
Hingegen überwacht im Einzelbahnmodus die Schablonendrucker-Steuersoftware die Information, die von dem Lader und von der Aufnahme-und-Setzmaschine empfangen wird, und kehrt in den Doppelbahnmodus zurück, wenn dies möglich ist. Dieses Rückschalten findet statt, wenn der Rakelkopf in der Mitte der Schablone positioniert ist.
Wenn der zweite Satz zweier aufeinander folgender Platinen in Position 3 ist, bestimmt die Steuersoftware (in Antwort auf von der Aufnahme-und-Setzmaschine empfangenen Signalen), dass sie nicht in der Lage ist, die Aufnahme-und-Setzmaschine zu bewegen, und die Schablonierungsmaschine lädt keine andere Platine in Position 1. Stattdessen betrachtet die Schablonierungsmaschine dies als Bahnabschaltsituation und weicht zum Einzelbahndruck auf der anderen Bahn aus.
Wenn bei einer gegebenen Bahn eine Platine in Position 2 und eine zweite Platine in Position 3 ist, jedoch nicht die Möglichkeit besteht, die zur Aufnahme-und-Setzmaschine zu bewegen, ist die Platinendrucker-Steuersoftware nicht in der Lage, die gedruckten Platinen aus Position 2 herauszubewegen, und sie wird zum Einzelbahndruck an der anderen Bahn ausweichen. In diesem Fall wird die Schablonendrucker-Steuersoftware signalisieren, dass ein manueller Eingriff erforderlich ist, und einen Einzelbahndruck auf der anderen Bahn beginnen.
In einer alternativen Auusführung der vorliegenden Erfindung wird, um das Erfordernis nach manuellem Eingriff in der oben beschriebenen Situation zu vermeiden, ein zwischen den Schienen angeordneter Stift in Antwort auf einen Befehl von dem Computersystem angehoben. Die Bahn wird dann rückwärts bewegt, um die Platine in Position 2 zur Position 1 zu bewegen. Der Stift verhindert, dass sich die Platine an Position 3 in Position hinein zurückbewegt. Die Schablonierungsmaschine kann dann den Betrieb im Einzelbahnmodus fortsetzen.
Wenn an einer gegebenen Bahn eine Platine in Position 2 bedruckt wird und die Schablonendrucker-Steuersoftware bestimmt, dass eine zweite Platine nicht in der Lage ist, den Lader zu verlassen und in Position 1 einzutreten, kann die Schablonendrucker-Steuersoftware nach manuellem Eingriff rufen, um die zweite Platine zu laden. Alternativ kann die Steuersoftware die erste Platine zu Position 3 voranbewegen, den Rakelkopf zur Mitte der Schablone zurückführen und mit einem Einzelbahndruck auf der anderen Bahn beginnen.
Angemerkt werden sollte, dass alle der obigen Protokolle unter Verwendung eines Systemsteuersoftwareprogramms implementiert sind, da die Motoren des Förderbands der Schienen und die Positionierung des Rakelkopfs steuert. Zusätzlich interagiert die Systemsteuersoftware mit angrenzenden Komponenten des Schaltungsplatinen-Herstellungssystems gemäß einem SMEMA-handshake-Protokoll.
Kurz zurück zu 5, wird nun ein Verfahren der Bewegung des Rakelarms 35 quer über die Schablone beschrieben. In einer Ausführung der Erfindung wird die Verarbeitungsreihenfolge der Platinen, wie sie durch den Schablonendrucker gefördert werden, durch die Stellung des Rakelkopfs relativ zu den zwei Schablonenmustern vorgegeben. Zum Beispiel wird, wie in 5 gezeigt, der Rakelkopf über den zwei Mustern der Schablone zentriert, wenn ere sich in der Start- oder der "Grund"-Position befindet. Der Pastenausgeber platziert zwei Wülste von Lötpaste (oder einem anderen ähnlichen Material) 46a und 46b benachbart jedem jeweiligen Muster auf dem Mittelabschnitt der Schablone.
Während des Betriebs bewegt sich der Rakelkopf 32, um z. B. eine Platine A1 zu bedrucken, wie in 6a beschrieben, von Position A zu Position B (in 5 gezeigt). Wie zuvor erwähnt, umfasst in einer Ausführung der Rakelkopf ein Paar von Klingen, die über der Schablonenoberfläche positioniert sind. Angemerkt werden sollte, dass in einer alternativen Ausführung die Klinge unabhängig auf- und abbewegbar sein können, um mit der Schablonenoberfläche in Eingriff zu treten und sich von dieser zu lösen, wobei eine der Klingen entlang der y-Achse zur Bewegung in einer Richtung geneigt oder gekippt wird und die andere der Klingen entlang der y-Achse zur Bewegung in der anderen Richtung geneigt oder gekippt wird.
Das Computersystem 21 bewirkt einen Vorgang zum Kippen des Rakelkopfs entlang der y-Achse, um zu erlauben, dass eine erste der Rakelklingen die Lötpaste kontaktiert. Die zweite wird von der Lötpasteneingriffsposition auf der Schablonenoberfläche angehoben. In dieser Ausführung wird, wie beschrieben, die Lötpaste zwischen den zwei Klingen angeordnet und läuft zwischen diesen. Der Rakelkopf verschiebt die Lötpaste quer über die Schablone, um hierdurch das Lötmittel durch die Öffnungen des Musters und auf die Platine A1 zu verteilen. Nach Bearbeitung der Platine A1 befindet sich der Rakelkopf in Position B. An diesem Punkt ist Lötmittel vorhanden, das zwischen den Klingen des Rakelkopfs verbleibt, und das zur Bearbeitung der Platine A2 zu benutzen ist.
Wenn keine zweite Platine auf der Bahn A zur Verarbeitung vorhanden ist, wird der Rakelkopf 32 von Position B zu Position A' bewegt (zur Verarbeitung von Platinen auf Bahn B). Dieser Übergang erfolgt bevorzugt ohne Ziehen der Wischklinge über die Schablone, da ein solcher Vorgang bewirken würde, dass das Lötmittel über Öffnungen der Schablone hinweg verschoben würde, wo keine Platine positioniert war. Darüber hinaus ist es unerwünscht, die Klinge anzuheben und zur Position A' zu bewegen, da das Lötmittel an Position B verbleiben wird, das letztendlich trocken und nicht-viskos werden könnte, wodurch die Integrität der Schablone beeinträchtigt würde. Ferner könnte, wenn die Klinge angehoben wird, Paste von der Klinge abtropfen, wenn sie zur Position A' bewegt wird. Ausfüh rungen der vorliegenden Erfindung sind in der Lage, eine solche Anhebeund Bewegungsoperation der Klingen durchzuführen, wenn dies zum Erhalt der Systemleistung erforderlich ist. Jedoch sollte dies aus den oben beschriebenen Gründen minimiert werden.
Somit ist es aus den obigen Gründen, bei der Verwendung des Rakelarms 35, vorteilhaft, die Platinen in der oben beschriebenen Reihenfolge in Bezug auf die 6a–6d zu verarbeiten. Wenn bei der Verwendung der oben beschriebenen Reihenfolge die Platine A2 zu der Schablonenposition voranbewegt wird, wird der Rakelkopf 32 entlang der y-Achse verkippt, um die erste Klinge des Rakelkopfs von der Lötmitteleingriffspositon wegzubewegen und zu ermöglichen, dass die zweite Klinge des Rakelkopfs das Lötmittel von Position B zur Position A, in 5 verschiebt. Die Lötpaste zur Verarbeitung der Platine A, befindet sich zwischen Position A und Position A₁.
Dann hebt der Rakelkopf die Klingen an und bewegt sich von Position A, zu Position A' auf Bahn B, um hierdurch die Lötmittellinie 46b zu überspringen und einen Kontaktdruck auf der Mitte der Schablone zu vermeiden. Der Rakelkopf arbeitet in ähnlicher Weise auf Bahn B, unter Bewegung von Position A' zu B' zur Verarbeitung der Platine B1 und von Position B' zu A₁' zur Verarbeitung der Platine B2.
In einer alternativen Ausführung können zwei unabhängig bewegbare Rakelköpfe über der Schablone 40 angeordnet sein, wobei zwei Schablonenmuster in die Schablone geschnitten sind, wie in 5 gezeigt. In dieser alternativen Ausführung können die zwei Rakelköpfe, die wie oben konstruiert oder beschrieben sein können, jeweils unabhängig über ein jeweiliges Schablonenmuster in den gleichen Bewegungsrichtungen des Kopfs 32 verschoben werden, wie in 5 gezeigt. Die Ruhe- oder "Grund"-Stellung der zwei Rakelköpfe kann entweder zwischen den zwei Schablonenmustern oder außerhalb beider Schablonenmuster liegen. In dieser alternativen Ausführung können zwei Schaltungsplatinen gleichzeitig verarbeitet oder schabloniert werden, wenn natürlich zwei Schaltungsplatinen zur Verarbeitung positioniert sind. Ferner kann in dieser alternativen Ausführung die Sequenz, die oben beschrieben und in 6a–6d gezeigt ist, modifiziert werden, um gleichzeitige Schaltungsplatinen zum Bereich der Schablonierungsmaschine auszuliefern, an der die Verarbeitung stattfindet. Das Ausrichten der zwei Schaltungsplatinen kann durch den oben beschriebenen optischen Ausrichtungsschritt durchgeführt werden oder mit der mechanischen Befestigungsvorrichtung, wie sie weiter im Detail unten beschrieben wird.
In einer noch anderen Ausführung der Erfindung kann das in 2 dargestellte Doppelbahn-Schablonierungssystem derart modifiziert werden, dass der Rakelarm 35 durch einen Lötmittelsammel-Rakelarm 135 ersetzt wird, der sowohl das Auftragen von Lötmittel als auch das Sammeln bei jedem Hub auf der Schablone gestattet. Durch Vorsehen eines Lötmittelsammel-Rakelarms, der in der Lage ist, sowohl Lötmittel für jeden Hub über die Schablone anzuordnen als auch zu sammeln, kann die Leistung des Doppelbahn-Schablonierungssystems verbessert werden, weil beide Schaltungsplatinen im Arbeitslager in Serie verarbeitet werden können, ohne dass das zeitaufwendige Anheben und Absenken des Z-Turms erforderlich ist.
Zum Beispiel ist nun in Bezug auf 7 eine Ausführung eines Lötmittelsammel-Rakelarms 135 gezeigt, der alternativ in dem Schablonierungssystem von 2 angewendet werden kann. Der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 arbeitet in jedem Hub dahingehend, sowohl Lötmittel auszugeben als auch überschüssiges Lötmittel aufzunehmen. Der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 ist in den y- und x-Achsen bewegbar. Der Lötmittelsammel-Rakelarm bewegt sich in der y-Achse, um von der Vorderseite der Schablonierungsmaschine zur Rückseite der Schablonierungsmaschine (und umgekehret) zu traversieren, um das Lötmittel über die Schablonen und die Schaltungsplatinen in dem Arbeitslager der Schablonierungsmaschine zu verschieben. Der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 bewegt sich auch in der z-Achse zum Eingriff und Lösen der Rakelklingen 146 und 152 mit der Oberfläche der Schablone. Ein Vorteil der Verwendung des Lötmittelsammel-Rakelarms ist, dass das Doppelbahn-Schablonierungssystem nicht auf die Verarbeitung von Schaltungsplatinen beschränkt ist, wie sie in den 6a–6d oben beschrieben sind. In der Verarbeitungssequenz, wie sie in den 6a–6d beschrieben ist, wurden, wegen der Art, in der Lötpaste ausgegeben wurde, zwei Platinen auf jeder Bahn vor dem Umschalten zur nächsten Bahn bearbeitet,. In der Ausführung der 6a–6d wird das Lötmittel vor der Rakelklinge geschoben. Wenn die Klinge 32 das Lötmittel zur Position vor der Schablonierung der A2-Platine von 6b geschoben wurde, ist es unmöglich, dass die Platine B1, vor dem Bedruckken der A2-Platine, als nächste bedruckt wird. Der Grund hierfür ist, dass kein Mechanismus das Lötmittel zu einer Position zur Druckplatine B1 bewegt. Somit ist in der Ausführung der 6a–6d die Vielseitigkeit nicht vollständig.
Weil jedoch, unter Verwendung des Lötmittelsammel-Rakelarms 135, dieser bei jedem Hub Lötmittel sowohl ausgibt als auch sammelt, kann eine beliebige Vielzahl von Verarbeitungssequenz in dem Doppelbahn-Schablonierungssystem angewendet werden. In 7 ist ein Ausführungsbeispiel des Lötmittelsammel-Rakelarms 135 so gezeigt, dass er einen Schlitten 112 enthält. Der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 ist im Detail im US-Patent Nr. 5 044 306 beschrieben und wird hierin unter Bezugnahme aufgenommen. Der Schlitten 112 trägt die Rakel 146 und 144 und die Pastenausgabeeinheit 134. Die Pastenausgabeeinheit 134 erstreckt sich durch den Schlitten 112 und gibt Lötpaste zwischen dem Paar von Rakelklingen 146 und 144 aus. Die Rakelklinge 146, die nachfolgend als auch als Wischrakel bezeichnet wird, ist aus Polyurethan hergestellt und ist in einem Beschlag 148 durch einen Block 133 austauschbar befestigt. Der Beschlag 148 hängt davon ab und ist in dem Schlitten 112 beweglich. Während des Betriebs wischt der Wischrakel 146 Lötpaste quer über die Oberfläche der Schablone. Zusätzlich wird am Ende des Lötpastenverschiebevorgangs der Wischrakel 146 benutzt, um überschüssige Lötpaste in einen Lötmittelsammelkopf 124 zu bewegen, was nachfolgend beschrieben wird. Der zweite Rakel 144, nachfolgend auch als Verteilungsrakel 144 bezeichnet, ist bevorzugt aus Teflon hergestellt und ist an einem Rakelhalter 126 durch Schrauben austauschbar befestigt. Der Rakelhalter 126 ist gegenüber der Kraft einer Feder 123, die mit dem Schlitten 112 gekoppelt ist, frei schwimmend. Sobald in eine gewünschte Position eingestellt, verbleibt der Verteilungsrakel 144 an dem Schlitten fest, um über der Oberfläche der Schablone hin- und zurückbewegt zu werden. Wie unten in der Beschreibung des Betriebs des Lötmittelsammel-Rakelarms ersichtlich, hat der Verteilungsrakel vielmehr die Wirkung, Lötmittel zwischen den Klingen zu halten, und ist kein notwendiges Element des Lötmittelsammel-Rakelarms.
Der Schlitten 112 ist mit einem Ansatz 114 gekoppelt, der einen Schlitz enthält, der einen Arm 118 einstellbar aufnimmt. Der Arm 118 wird durch den Rakelmotor 133 (2) angetrieben. Der Rakelmotor steuert die Voranbewegung des Arms 118 und demzufolge des Lötmittelsammel-Rakelkopfs 135 in der y-Richtung auch mit dem Ansatz 114 ist ein z-Achsensteuerträger 122 gekoppelt. Der z-Achsensteuerträger ist in der z-Achsenrichtung bewegbar. Wie unten im näheren Detail beschrieben, wird der z-Achsensteuerträger auch durch den Rakelmotor 33 gesteuert, um den Lötmittelsammel-Rakelarm 135 während des Schablonierungsvorgangs anzuheben und abzusenken.
Ein Lötmittelsammelkopf 124 ist über ein bewegbares Kolben- und Stößelpaar 140 und 142 und eine bewegbare Stange 136 an dem Schlitz angebracht. Der Lötmittelsammelkopf 124 kann einen Plattenabschnitt 127 und Seitenstücke 129 enthalten, um Lötmittel in dem Lötmittelsammelkopf zurückzuhalten. Dementsprechend ist der Lötmittelsammelkopf 124 allgemein schaufelartig. Der Lötmittelsammelkopf 124 ist an Stiften 128 an einem umgekehrt U-förmigen Rahmenelement 130 durch ein etwas größe res U-förmiges Rahmenelement 132 schwenkbar angebracht, welches das Rahmenelement 130 umgibt. Der Schaufelabschnitt des Lötmittelsammelkopfs 124 ist am Unterende des Rahmenelements 132 gesichert, wie in 2 gezeigt. Mit dem Rahmenelement 130 ist ein Anschlagstift 131 gekoppelt. Das Rahmenelement 132 (und demzufolge der Schaufelabschnitt des Lötmittelsammelkopfs) schwenkt an den Stiften 128, bis das Rahmenelement 132 an den Anschlagstift 131 angreift.
Die Stange 136 hat die Wirkung, das Rahmenelement 30 und somit auch den Lötmittelsammelkopf 124 zu dem Schlitten 112 hin und von diesem weg anzutreiben. Die Stange 136 ist an dem Rahmenelement 130 und seitlichen und horizontalen Bohrungen in dem Schlitten 112 befestigt. Somit bewegt sich der Lötmittelsammelkopf 124 zu dem Schlitten 112 hin und von diesem weg, wenn die Stange 136 in und aus dem Schlitten 112 gleitet.
Gemäß einer Ausführung ist ein Paar von Luftzylindern 140 oder anderen äquivalenten Mitteln an dem Schlitten 112 angebracht. Die Kolben 142 erstrecken sich aus den Zylindern heraus und sind an dem Rahmenelement 132 fest angebracht. Wenn durch den Rakelmotor 33 (2) aktiviert, drehen die Kolben 142 den Lötmittelsammelkopf 132 um die Stifte 128, um zu bewirken, dass der Schaufelabschnitt des Lötmittelsammelkopfs in Bezug auf die Schablone verschwenkt, um während des Betriebs Lötmittel von dem Sieb abzuheben.
Nun wird zum Beispiel in Bezug auf die 8A–8C der Betrieb des Lötmittelsammel-Rakelarms 135 beschrieben. In 8A ist in der Pastenausgabeeinheit (der Klarheit wegen hier nicht gezeigt) die Lötmittelpaste zwischen dem Wischrakel 146 und dem Verteilerrakel 144 angeordnet. Die Kolben 142 und die Zylinder 140 werden ausgefahren, um den Lötmittelsammelkopf 124 von den Rakeln 146 und 144 wegzuhalten. Der Rakelmotor 33 (2) wird aktiviert, um zu bewirken, dass der Schlitten 112 und demzufolge der Rakel 146 sich quer über die Schablone S bewegen, wobei Lötmittel auf die Schaltungsplatine verteilt.
Wenn, in 8B, am Ende des Hubs eine Schaltungsplatine verarbeitet worden ist, wird die Stange 136 durch den Rakelmotor bewegt, um das Rahmenelement 130 zu dem Schlitten 112 hinzubewegen. Zusätzlich bewegen die Kolben- und Stößelanordnung 140 und 140 die Oberseite des Rahmenelements 132 zu dem Schlitten hin, derart, dass der Lötmittelsammelkopf 124 mit einem Winkel unter den Verteilerrakel 144 gleitet, um mit dem Mischrakel 146 zusammenzutreffen. Wenn der Lötmittelsammelkopf durch die Stange zu dem Schlitten hin angetrieben wird, bewirkt das Kolben/Stößelpaar 140/142, dass sich der Lötmittelsammelkopf auf den Schwenkstiften 128 dreht, wie in 8B gezeigt, um das Lötmittel wirkungsvoll von der Basis des Siebs abzuheben. Die ungenutzte Lötmittelpaste wird durch den Wischrakel 146 einbehalten und wirkungsvoll auf den Lötmittelsammelkopf 124 geschoben und durch den Verteilerrakel 144 zurückgehalten.
Da die erste Schaltungsplatine fertiggestellt worden ist, wird der Lötmittelsammel-Rakel entweder zur Platine auf der anderen Bahn der Doppelbahn-Schablonierungsmaschine oder zu einer Platine auf derselben Bahn voranbewegt; das heißt es besteht keine Beschränkung, welche Platine als nächstes verarbeitet werden soll, weil das Lötmittel zur Schablonierung der Platine in dem Lötmittelkopf zurückgehalten wird und nicht auf der Sieboberfläche angeordnet wird. Wie in 8C gezeigt wird der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 von dem Sieb angehoben und zu der richtigen Position bewegt, um den die nächste ausgewählte Schablone zu bearbeiten. Das Anheben des Lötmittelsammel-Rakelarms reduziert auf diese Weise vorteilhaft die Abnutzung und Reißbelastung der Schablone. Wenn die Position zur Verarbeitung der nächsten Schaltplatine erreicht worden ist, senkt sich der Lötmittelsammelkopf ab zum Eingriff der Rakel mit der Schablone für den nächsten Hub.
Um zusätzlich flexible Verarbeitungssequenzen zu gestatten, verbessert die Verwendung eines Lötmittelsammel-Rakelkopfs, wie etwa den in Bezug auf die 7 und 8A–8C beschriebenen, die Leistung des Doppelbahn-Schablonierungssystems, weil die Verarbeitung an jeder der Platinen seriell durchgeführt werden kann, ohne den z-Turm zwischen der Platinenverarbeitung anzuheben und abzusesnken. Zum Beispiel ist nun in Bezug auf 9a ein Verfahren der Schablonierung zweier Schaltungsplatinen in dem Doppelbahn-Schablonierungssystem von 2 mittels des Lötmittelsammelkopfs von 7 gezeigt. Wie in den 6A–6D sind die relativen Betriebspositionen der Platinen, wie in den 9A–9E gezeigt, mit gestrichelten Kästen angegeben und mit Position eins, Position zwei und Position drei markiert. In 9A werden Platinen A1 auf der Bahn A und A1 auf Bahn B in Position 1 bewegt. An diesem Punkt ist der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 an der Rückseite der Schablonierungsmaschine benachbart der Platine B1 positioniert. In 9B werden die Platinen A1 und B1 zur Position zwei bewegt; d. h. zum Arbeitslager des Doppelbahn-Schablonierungssystems. An oder um diese Zeit herum werden die Platinen B2 und A2 in Position 1 bewegt. Sobald die Platinen B1 und A1 in Position 2 sind, beginnt der Prozess der Ausgabe von Lötmittelpaste auf der Schablone und an und demzufolge auf der Schaltungsplatine. Der Rakelarm wird zum Eingriff der Schablone abgesetzt, und es wird Lötpaste zwischen den Rakelklingen 146 und 144 ausgegeben. Während der ersten Hubbewegung verschiebt sich der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 von der in 9B gezeigten Position zur in 9C gezeigten Position, wo er sich zwischen den zwei Platinen befindet. Weil es vorteilhaft ist, die Abnutzung und Reißbelastung der Schablone zu reduzieren, wird an diesem Punkt der Rakelarm angehoben (wie in Bezug auf 8C beschrieben), und zur Ausgangsposition für die Platine A1 voranbewegt. Während der nächsten Hubbewegung wird die Platine A1 schabloniert, und der Rakelarm 135 bewegt sich zur in 9D gezeigten Position voran. An diesem Punkt sind die A1- und B1-Platinen beide schabloniert worden, und der Lötmittelsammel-Rakelarm kann in seine Ausgangsposition zurückkehren. Während der Lötmittelsammel-Rakelarm 135 zur Ausgangsposition zurückkehrt, wird der Z-Turm abgesenkt, damit sich die Platinen B1 und A1 zur Position 3 bewegen können die die Platinen A2 und B2 zur Position 2 bewegen können, wie in 9E gezeigt. Der Prozess beginnt somit erneut zur Schablonierung der Platinen A2 und B2.
Obwohl in der obigen Ausführung der Rakelarm so gezeigt ist, dass sich zurück in seine Ausgangsposition bewegt, kann in einer anderen Ausführung der Lötmittelsammel-Rakelarm auch um 180 Grad drehbar sein, um sich zur Schablonierung von Platinen in beide Richtungen auf der y-Achse voranzubewegen. Die Verwendung eines drehbaren Lötmittelsammel-Rakelarms würde somit den Rückkehrschritt des Rakelarms in seine Ausgangsposition erübrigen, während ein neues Platinenpaar in das Arbeitslager gefördert wird. Zusätzlich würde die Verwendung eines drehbaren Lötmittelsammel-Rakelarms erlauben, dass die Verarbeitungssequenz, die in Bezug auf die 6A–6D beschrieben ist, benutzt wird, wobei sich der Lötmittelsammel-Rakelarm nach jedem Hub der Platine dreht, zur Verarbeitung zweier Platinen in jeder Schiene vor der Bewegung zur anderen Schiene.
Demzufolge ist ein flexibles Doppelbahn-Schablonierungssystem beschrieben worden, das einen Lötmittelsammel-Rakelkopf benutzt, der sicherstellt, dass keine Einschränkung dahingehend vorliegt, welche Platine oder welche Bahn als nächste bearbeitet werden muss, da das Lötmittel zur Schablonierung der Platine im Lötmittelkopf zurückgehalten wird und nicht auf das Sieb verteilt wird. Zusätzlich erlaubt der Lötmittelsammelkopf eine Verarbeitungssequenz mit verbesserter Leistung, da der Z-Turm nur einmal für die Verarbeitung zweier Platinen angehoben werden muss. In einer alternativen Ausführung ist der Lötmittelsammel-Rakelkopf drehbar, um die Schablonierung in jeder y-Achsenrichtung zu erlauben, um hierdurch die Vielzahl der Verarbeitungsmethoden zu erhöhen, die in dem Doppelbahn-Schablonierungssystem zur Verfügung stehen.
Nun sind in Bezug auf die 10A–10C eine Anzahl von Ausführungen eines Lötmittelausgabekopfs gezeigt, der in der Schablonierungsmaschine von 2 benutzt werden kann. Der Lötmittelausgabekopf 310 von 10A ist im Detail in der PCT-Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer W096/20088 beschrieben, mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR DISPENSING VISCOUS MATERIAL, eingereicht am 21. Dezember 1995 von der Ford Motor Company Limited. Der Lötmittelausgabekopf 310 arbeitet allgemein wie folgt.
Der Lötmittelsammelkopf 310 kann aus Metall, wie etwa Eisen, rostfreiem Stahl oder einem anderen Material gebildet sein, der zur Verwendung mit unter Druck gesetzten viskosen Material, wie etwa Lötpaste geeignet ist. Der Lötmittelausgabekopf 310 enthält eine Deckfläche 311, an der ein Spritzengehäuse (nicht gezeigt) angebracht werden kann, das ein viskoses Material wie etwa Lötmittelpaste enthält. Das Spritzengehäuse ist angeschlossen, um Lötmittel 300 in einen verjüngten Innenraum 313 des Lötmittelausgabekopfs in Antwort auf eine Druckquelle (nicht gezeigt) zu pressen. Die Druckquelle kann mechanisch, elektrisch oder hydraulisch arbeiten, um viskoses Material aus dem Spritzengehäuse oder einem anderen Reservoir hinauszudosieren. Zusätzlich kann Pneumatikdruck direkt angewendet werden, um das viskose Lötmaterial aus einem Reservoirgehäuse durch den Lötmittelausgabekopf 310 zu drücken.
Der verjüngte Innenhohlraum 313 enthält Diffusoren 325. Die Diffusoren 325 und die verjüngte Form des Innenhohlraums 313 haben die Wirkung, die Progressionsrate des Lötmittels duch den Innenhohlraum 313 zu verlangsamen. Der verjüngte Innenhohlraum 313 endet in einem allgemein rechteckigen Ausgang 314. Ein Volumen 312 von Lötmittel wird aus der rechtwinkligen Öffnung 314 gepresst und durch eine im Wesentlichen gleichförmige Öffnung 315 getrieben, die durch eine Kompressionskopfkappe 320 begrenzt ist. Die Kompressionskopfkappe 320 ist aus durchgehenden Wänden gebildet, die das Volumen 312 des Lötmittels in dem Lötmittelausgabekopf 310 definieren. Die Kompressionskopfkappe 320 kann entweder einheitlich sein oder aus separaten Elementen gebildet sein, und ist zur Kontaktierung einer Schablone ausgestaltet, um für eine gleichmäßige und im Wesentlichen fluchtende Vereinigung mit einer Schablone am Kontaktpunkt zu sorgen.
Somit fließt das Lötmittel in die Kompressionskopfkappe 320 nach Verlassen der Innenkammer 313 des Lötmittelausgabekopfs 310, und die Kompressionskopfkappe 320 hat die Wirkung, den Lötmittelfluss aufzunehmen und in die Schablone hineinzurichten. Wie in 10A gezeigt, enthält die Kompressionskopfkappe 320 rechteckige Klingen 318 und eine Endkappe 316, die die allgemein rechteckige Öffnung 315 definiert. In einer Ausführung sind die Klingen dünn und aus starren Materialien wie etwa Eisen und rostfreiem Stahl gebildet. Die Klingen 318 arbeiten vorteilhaft dahingehend, dass die Schablone kontaktierende Lötmittel innerhalb der Kompressionskopfkappe 320 abzuscheren, wenn die Vorrichtung mit horizontal über die Schablone hinweg angeordnet wird. Die Klingen sind starr und gewinkelt, um vorteilhaft ein glattes Abscheren des Lötmaterials zu erreichen. Die Endkappen sind aus einer flexiblen Oberfläche gebildet, wie etwa Polyurethan, um eine Beschädigung der Schablone während des Betriebs zu vermeiden. Die Klingen 318 und die Endkappe 180 sind jeweils an der Kompressionskopfkappe 320 fest angebracht.
Die Kompressionskopfkappe 320 sorgt für eine umschlossene Umgebung, um unter Druck stehendes Lötmittel durch die Öffnung in der Schablone zu richten und das Extrudieren davon zu unterstützen. Das extrudierte Lötmittel wird dann auf dem Muster der gedruckten Schaltungsplatine aufgelagert. Somit sorgt der Lötmittelausgabekopf 310 für eine sehr hohe Druckgeschwindigkeit, während die Druckdefinition erhalten bleibt und die Schablonierungszykluszeit reduziert wird. Die Menge an Lötpaste, die während des Schablonierungsprozesses verbraucht wird, ist wegen der umschlossenen Umgebung minimiert, die durch die Kompressions kopfkappe 320 bereitgestellt wird. Die Länge der rechteckigen Öffnung in der Kopfkappe gestattet, dass ein Kompressionsdruck durch eine Mehrzahl von Öffnungen in der Schablone gleichzeitig stattfindet. Die Kompressionskopfkappe 320 ist bevorzugt rechtwinklig, so dass sie bei jedem Durchlauf eine signifikante Fläche der Schablone bearbeiten kann.
Während des Schablonierungsvorgangs der Schaltungsplatine wird der Lötmittelausgabekopf 310 in Kontakt mit der Oberseite einer Schablone gebracht, um die Schablone abwärtszudrücken, bis sie in engem Kontakt mit der Schaltungsplatine darunter ist und quer über die Schablone bewegt wird. Während der Bewegung des Lötmittelausgabekopfs wirkt die Druckquelle auf das Spritzengehäuse, um das Lötmaterial aus dem Spritzengehäuse in den Innenhohlraum 313 des Lötmittelausgabekopfs 310 zu drücken, wo es durch Diffusoren 325 verteilt und zu dem rechteckigen Ausgang 314 gerichtet wird. Das viskose Material tritt dann ins Volumen 312 der Kompressionskopfkappe 320 ein, die durch die Klingen 318 und Endkappen 316 eine umschlossene Umgebung bietet, und das unter Druck stehende viskose Material auf die Oberseite der Schablone zu richten. Das viskose Material wird dann durch die Öffnungen in der Schablone, über die die Kompressionskopfkappe läuft; extrudiert und wird auf die gedruckte Schaltungsplatine gedruckt. Die Bewegung der Kompressionskopfkappe 316 über die Schablonenoberfläche bewirkt, dass die nachlaufenden Klingen 318, relativ zu der Innenkammer 313 einwärts gewinkelt, das viskose Material von der Oberseite der Schablone abscheren. Sobald der Lötmittelausgabekopf die Länge der Schaltungsplatine überquert hat, kehrt der Lötmittelausgabekopf 310 seine Richtung um und setzt den Kompressionsdruckprozess fort.
Der Prozess, der zum Schablonieren einer Schaltungsplatine mittels eines Kompressionskops, wie etwa des Lötmittelausgabekopfs 310, verwendet wird, unterscheidet von den Prozessen, die in Bezug auf die 6A–6D und 9A–9E beschrieben sind, da allgemein die Breite der Spitze des Löt mittelausgabekopfs allgemein enger ist als die Breite der zu bearbeitenden Schaltungsplatine. Dementsprechend werden häufig mehrere Durchläufe des Lötmittelausgabekopfs 310 vorgenommen, um die gesamte Schaltungsplatine zu schablonieren. Jedoch wird, wie die anhand der 7 und 8 beschriebene Lötmittelsammelkopfausführung, die Lötpaste in dem Lötmittelausgabekopf zurückgehalten, und daher ist die Schablonierungsmaschine frei darin, Schaltungsplatinen in jeder gewünschten Reihenfolge zu verarbeiten.
Nun ist in Bezug auf 10B eine zweite Ausführung eines Lötmittelausgabekopfs 350 zur Verwendung in der SCM 2 gezeigt. Der Lötmittelausgabekopf 350 ist im Detail in der US-Patentanmeldung 4,622,239 von Schoenthaler et al beschrieben. Der Lötmittelausgabekopf 350 arbeitet allgemein wie folgt. Der Lötmittelausgabekopf 350 umfasst ein rechteckiges Gehäuse 360, das an einem Paar von Armen 372 angebracht ist, die mit einem Mechanismus (nicht gezeigt) verbunden sind, der dazu dient, das Gehäuse quer über die Schablone entlang einer Achse zu bewegen, die durch den Doppelpfeil 374 dargestellt ist. DAs Gehäuse umfasst ein paar paralleler, mit Abstand angeordneter Seitenwände 362. Vom Unterrand jeder der Wände 362 erstreckt sich eine eines Paars einwärts und auswärts gerichteter Bodenwände 363. Die Bodenwände 363 geben dem Gehäuse 360 einen V-förmigen Boden. Die Bodenwände 363 schneiden sich nicht, weil ein Spalt oder Schlitz 365 dazwischen vorgesehen ist, der entlang der Länge der Seitenwände 362 verläuft.
Jede der Bodenwände 363 weist in ihrer unteren freiliegenden Oberfläche eine Tasche 368 in Verbindung mit dem Schlitz 365 auf. Jede der Taschen 368 läuft entlang der Länge der Seitenwände 362 horizontal und ist bemessen, um da separat eine eines Paars stangenförmiger elastomerer Rakelklingen 368A aufzunehmen, so dass ein Rand an jeder Klinge von der Tasche vertikal abwärts vorsteht. Die Klingen 368A haben eine Breite, die ein wenig größer ist als jede der Taschen 368, so dass der Abstand zwi schen den Klingen kleiner ist als die Breite des Schlitzes 365. Zwischen den Klingen 368A ist ein Arbeitsbereich 364 definiert.
In dem Gehäuse 360 ist ein Kolben 370 verschiebbar angebracht. Der Kolben 370 ist allgemein rechteckförmig und hat einen V-förmigen Boden 376. Ein Paar mit Abstand angeordneter paralleler durchgehender Lippen 374 erstreckt sich horizontal auswärts von den Seiten und Enden des Kolbens 370. Die Lippen 374 reduzieren die Fläche des Kolbens 370, der die Innenoberfläche des Gehäuses 360 kontaktiert, um die Reibung dazwischen zu minimieren.
Zwischen den Lippen 374 befindet sich ein U-förmiger Kanal 378. Nachdem der Kolben in das Gehäuse 360 eingesetzt worden ist, wird der Kanal mit einem Fluid (nicht gezeigt) zugefüllt, um zu verhindern, dass Luft von zwischen dem Kolben 370 und dem Gehäuse 360 austritt. Um den Zutritt des Fluids in den Kanal 378 zu erleichtern, sind Öffnungen in Form von Kerben oder dergleichen in der oberen der Lippen 374 vorgesehen.
Ein viskoses Verbindungsmaterial, wie etwa Lötpaste, wird in das Gehäuse 360 unter den Kolben 370 durch einen hohlen Krümmer 380 gelassen, der an einer der Seitenwände 362 des Gehäuses angebracht ist. Der Krümmer hat einen Hohlraum 382, der durch eine Platte 383 abgedichtet ist. An der Mitte des Krümmers 380 befindet sich ein Einlass 384 in Verbindung mit dem Hohlraum 382, um den Zutritt der Lötpaste in den Hohlraum mit relativ hohem Druck zu gestatten. Eine Mehrzahl mit Abstand angeordneter Öffnungen ist in der Platte 383 vorgesehen, so dass sie durch eine Seitenwand 362 des Gehäuses 360 erstrecken, um den Zutritt der Lötpaste von dem Hohlraum 382 zum Eintritt in das Gehäuse 360 zu erlauben. Der Vorteil davon, die viskose Lötpaste durch den Hohlraum 382 und in die mit Abstand angeordneten progressiv größer bemessenen Öffnungen zu richten, ist es, dass der Druckabfall, dem die Lötpaste während ihres Flusses unterliegt, durch die vergrößerten Querschnittsflächen des Hohlraums und den progressiv zunehmenden Durchmesser der Öffnungen kompensiert wird. Auf diese Weise füllt die Lötpaste gleichmäßig einen Hohlraum in dem Gehäuse 360 unter dem Kolben 370 ohne Leerräume oder Blasen. Um sicherzustellen, dass die Paste in das Gehäuse 360 unter dem Kolben 370 gelangt, können Anschläge (nicht gezeigt) an jeder Seite der Endwände vorgesehen sein, um zu verhindern, dass der Kolben sich unter die Öffnungen hinaus absenkt. In einer Ausführung läuft ein Streifenheizer 390 horizontal zu der Seitenwand 362 gegenüber derjenigen, in die der Krümmer 380 mündet, um das Lötmittel zu erhitzen, um die Viskosität der Lötpaste einzustellen und zu steuern. Demzufolge kann die Lötpaste, die normalerweise eine hohe Viskosität hat, die die Ausgabe derselben sehr schwierig macht, auf einen frei fließenden Zustand zur leichteren Ausgabe erhitzt werden. Sobald die erhitzte Lötpaste durch die Schablonenöffnung auf die Oberfläche der Schaltungsplatine gepresst ist, kühlt die Paste ab, wodurch die Viskosität und die Haftfähigkeit des Lötmittels zu ihren ursprünglichen Pegeln zurückkehrt.
Während des Betriebs wird das Gehäuse quer über die Schablone bewegt, während gleichzeitig ein Druckfluid gegen den Kolben 370 gerichtet wird. Der Fluiddruck bewirkt, dass sich der Kolben 370 in das Gehäuse 360 absenkt, um hierdurch die Lötpaste durch den Schlitz 365 hinaus und in den Arbeitsbereich 364 über der Schablone zu drücken. Die Klingen 370 drücken die Paste innerhalb des Bereichs in die Öffnungen der Schablone, um die Lötpaste auf die Schaltungsplatine zu drucken. Sobald eine ausreichende Lötmittelmenge auf die Schaltungsplatine gedruckt worden ist, wird der Druck gegen den Kolben gelöst, um die Ausgabe der Paste zu beenden.
Dementsprechend wird eine zweite Ausführung des Lötmittelausgabekopfs angegeben, der einen Fluiddruck auf einen Kolben nutzt, um Lötmittel durch ein Sieb und auf eine Schaltungsplatine zu pressen. Wie die Ausführung von 10A werden häufig mehrere Durchläufe des Lötmittelaus gabekopfs 310 vorgenommen, um die gesamte Schaltungsplatine zu schablonieren. Zusätzlich wird, wie bei der Ausführung des Lötmittelsammelkopfs, die in Bezug auf die 7 und 8A–8C beschrieben ist, die Lötpaste in dem Lötmittelausgabekopf zurückgehalten, und daher ist die Schablonierungsmaschine frei darin, Schaltungsplatinen in jeder gewünschten Reihenfolge zu verarbeiten. Da der Lötmittelausgabekopf 350 das Lötmittel in dem Kopf zurückhält, ist es nicht erforderlich, die in Bezug auf die 6a–6d beschriebenen Verarbeitungsschritte auszuführen, da alle Schritte innerhalb des Kopfes enthalten sind.
Nun ist in Bezug auf 10C eine dritte Ausführung eines Lötmittelausgabekopfs gezeigt. Der Lötmittelausgabekopf 428 von 10C ist in der US-Patentanmeldung 08/598,288, eingereicht am 8. Februar 1996 von Freeman et al, beschrieben. Allgemein arbeitet der Lötmittelausgabekopf 428 wie folgt. Der Ausgabekopf 428 von 10C enthält ein Gehäuse 434 mit einer länglichen Kammer 436 mit einem drehbaren Element 440 darin. Das Gehäuse 434 hat einen Einlass 442, der zur Aufnahme von Lötpaste in die Kammer 436 verbunden ist, sowie eine längliche Öffnung 444 am Boden der Kammer zur Ausgabe der Lötpaste aus der Kammer.
Das Gehäuse 434 hat auch eine untere Fläche 446, die sich zu einer Dichtung oder Klinge 447 hin verjüngt, die einen dichtfähigen Kontakt mit der Oberseite der Schablone herstellt. In der Tat "schabt" jede der Klingen 447 das auf der Schablone verbleibende Lötmittel ab, so dass kein überschüssiges Lötmittel (das über die Zeit aushärten kann) auf der Schablone verbleibt. Das Gehäuse 434 wird in Richtung des Pfeils 452 bewegt, und das drehbare Element 440 dreht sich um die Drehachse 455. In einer Ausführung wird das drehbare Element 440 durch den Rakelmotor 33 (2) in Uhrzeigerrichtung gedreht, um einen höheren Druck über der länglichen Öffnung 444 zu erzeugen. Der Lötmittelausgabekopf 428 enthält auch einen Temperaturregler 449 zum Einstellen der Temperatur und somit der Viskosität der Lötpaste. Eine Drehung des drehbaren Elements 440 inner halb der Kammer 436 erzeugt eine Last auf das Element 440, das das Lötmittel zur Extrusion aus der Öffnung 444 herauspresst.
Während des Betriebs können die Drehgeschwindigkeit des zylindrischen Elements 440 sowie die Temperatur der Lötpaste eingestellt werden, um den Druck und die Viskosität der Lötpaste an der Öffnung 444 zu steuern und somit das Auftragen der Lötpaste durch die Schablone zu steuern. Während des Betriebs wird das Lötmittel innerhalb der Kammer 436 gefördert, und die Drehung des Elements 440 presst das Lötmittel aus dem Schlitz 444 auf die Schablone. Der Lötmittelausgabekopf kann dann in jeder Richtung entlang der Schablone in mehreren Durchläufen zur Schablonierung der Schaltungsplatine angetrieben werden.
Dementsprechend sind drei Ausführungen eines Lötmittelausgabekopfs angegeben worden, die auch in der in 2 dargestellten Schablonierungsmaschine benutzt werden können. Die Lötmittelausgabeköpfe haben einen Vorteil gegenüber dem Mehrzweck-Lötmittelkopf, der zuvor beschrieben wurde, welcher ein Paar von Klingen und einen Wulst aus Paste benutzt, der auf der Schablonenplatte angeordnet und dann in einer oben beschriebenen vorbestimmten Sequenz darüber hinweggerakelt wird. Zusätzlich benötigen die Lötmittelausgabeköpfe, obwohl sie mehrere Überläufe über jede der Schaltungsplatinen benötigen, keine Umkehrschritte oder das Sammeln des Lötmittels, wie sie in der Lötmittelsammelkopfvorrichtung benutzt werden. Jedoch kann, in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit von Komponenten und der gewünschten Verarbeitungszeit, jeder der Lötmittelsammel- oder -ausgabemechanismen, die hierin beschrieben wurden, alternativ in der Schablonenmechanismus-Schablonierungsmaschine benutzt werden, und dementsprechend sollte die Erfindung nicht auf irgendeine bestimmte Ausführungs beschränkt sein.
Dementsprechend ist ein flexibles Doppelbahn-Schablonierungssystem beschrieben worden, das entweder einen Lötmittelsammelrakelkopf oder unterschiedliche Lötmittelausgabeköpfe verwendet, um sicherzustellen, dass keine Einschränkung dafür besteht, welche Platine oder welche Bahn als Nächstes bearbeitet werden muss. Der Grund hierfür ist, dass das Lötmittel für Schablonierungsplatinen in dem Lötmittelkopf zurückgehalten wird, anstatt auf dem Sieb angeordnet zu werden. Zusätzlich erlaubt der Lötmittelsammelkopf eine Prozesssequenz, die eine verbesserte Leistung hat, da der Z-Turm zur Verarbeitung zweier Platinen nur einmal angehoben werden braucht. In einer alternativen Ausführung erlauben die Lötmittelköpfe die Schablonierung in jeder y-Achsenrichtung, so dass die Vielzahl der Verarbeitungsmethoden vergrößert wird, die in dem Doppelbahn-Schablonierungssystem verfügbar sind.
Gemäß einer anderen Ausführung wird das Doppelbahnsystem für die oben beschriebene Schablonierungsmaschine modifiziert, um für eine Bewegung der Schiene entlang der y-Achse zu sorgen. Indem erlaubt wird, das sich die Schienen entlang der y-Achse bewegen, können unterschiedlich große Platinen aufgenommen werden.
Die Auswahl davon, welche der Schienen bewegbar sein sollte, wird teilweise durch die Flexibilität der Aufnahme- und Setzmaschine des Herstellungsprozesses vorgegeben. Viele handelsübliche Aufnahme-und-Setzmaschinen sind mit einer ersten und dritten festen Schiene (nicht bewegliche) oder einer ersten und vierten festen Schiene versehen. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Schiene 1 fest sein, während die Schienen 2, 3 und 4 entlang der y-Achse bewegt werden können, um unterschiedlich breite Platinen aufzunehmen. Die Schienen 1, 2, 3 und 4 entsprechen jeweils den Schienen 22, 24, 26 und 28 der 6a–6d und der 9a–9e.
Nun ist in Bezug auf 11 die Steuerung der bewegbaren Schienen im näheren Detail gezeigt, enthaltend einen Schiene-2-Motor 60 und einen Schiene-3-Motor 62, die jeweils mit einer vorderen Tragplatte 71 gekoppelt sind, und einen Schiene-4-Motor 64, der mit einer hinteren Tragplatte 73 gekoppelt ist. Jeder dieser Motoren hat eine unabhängige Steuerung über die Positionierung der Schienen relativ zur Schiene 1. Jeder Motor wird über eine Steuerlogik gesteuert, die vom Computersystem der Schablonierungsmaschine gemanagt wird. Jeder Motor bewegt seine zugeordnete Schiene in der y-Achse 27 entlang der mit Abstand angeordneten Schienen 70. 11 zeigt noch klarer die Anordnung der x-Achsenmotoren 66 und 68, die die Voranbewegung der Förderbänder des Doppelbahnsystems steuern, wie es zuvor in Bezug auf 4 beschrieben ist.
Wie oben erwähnt, ist in einer Ausführung der Erfindung die erste Schiene fest. Die Öffnungen 69 bieten alternative feste Platzierungsorte für die erste Schiene.
In der in 11 gezeigten Ausführung können die Schienen eingestellt werden, um Platinen im Größenbereich von 5cm × 5 cm (2'' × 2'') bis 50cm × 25cm (20'' × 10'') im Doppelbahnmodus zu bearbeiten. Das System bietet ferner die zusätzliche Flexibilität darin, dass es in der Lage ist, größere Platinen im Einzelbahnmodus zu bearbeiten. Der Einzelbahnmodus kann erreicht werden, wie in 12 gezeigt, indem die Schienen der Bahn, die nicht in Benutzung sind, zu der hinteren Tragplatte 73 hin bewegt werden. Die Schienen 3 und 4 werden nebeneinander gelegt, und in dieser Position nehmen sie keine einkommenden Platinen auf. Die Schiene 2 wird neben die Schiene 3 bewegt und wird wie gewöhnlich mit der Schiene 1 benutzt, um zu verarbeitende Platinen auf der Bahn A zu stützen. In einer Ausführung ist im Einzelbahnmodus das System in der Lage, Platinen im Bereich von 2'' × 2'' bis 20'' × 20'' zu verarbeiten, in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der Schiene 2 und der Schiene 1.
Somit ist die Größenkonfigurierbarkeit der Schablonierungsmaschine flexibel genug, um die Abstandsanforderung zu erfüllen, wenn sich Platinenstandards oder Größen ändern. In einer bevorzugten Ausführung können sie von maximal zwei 8,5 Zoll breiten Platinen mit einem 2-Zoll-Abstand zwischen den Platinen bis zu 2, maximal 10 Zoll breiten Platinen mit einem 4-Zoll-Abstand zwischen den Platinen im Doppelbahnmodus reichen. Ähnlich können im Einzelbahnmodus maximale Platinenbreiten von 17 bis 20 Zoll reichen. Veränderungen in den Abstandsstandards erfolgen bevorzugt in 0,5-Zoll-Schritten, was eine Möglichkeit von 20-Schienenabständen-Varianten erzeugt, wobei aber diese Standards in Anpassung an die Bedürfnisse des Benutzers verändert werden können.
Die Position der Muster auf den Schablonen, die in dem bewegbaren Schienensystem benutzt werden, ist direkt von dem spezifischen Abstand der Schienen für diesen Prozess abhängig. Somit können es bestimmte Schablonen erfordern, jede mögliche Schienenabstandsoption zu unterstützen.
Zusätzlich zum Vorsehen einer Anzahl von Schablonen zum Unterstützen verschiedener Platinengrößen und den Doppel- und Einzelbahnbetriebsmodi kann eine Anzahl von Portierplatten vorgesehen sein, um sicherzustellen, dass die Öffnungen in den Portierplatten geeignet angeordnet sind, um für ein optimales Rückhalten verschieden großer Schaltungsplatinen zu sorgen.
In einer Version dieser Ausführung wird das Computersystem 21 beim Rücksetzen oder Rebooten konfiguriert, um zu bestimmen, ob die Schienen für den Einzalbahnmodus oder den Doppelbahnmodus positioniert sind. Obwohl dieser Prozess manuell ausgeführt werden könnte, ist es gewünscht, dies unter Verwendung des unten beschriebenen Computersystems durchzuführen, um jegliche Beschädigung der Schablonierungsmaschine durch eine fehlerhafte Eingabe des Verwenders zu verhindern. Der Prozess, durch den das Computersteuersystem 21 das Rücksetzen/Rebooten erreicht, wird in Bezug auf die 13–15 beschrieben. 13 zeigt das Soppelschienensystem von 11, wobei die Schienen in einem Einzelbahnmodus positioniert sind, mit einem einzigen Arbeitslager 154, das zwischen der ersten Schiene 22 und der zweiten Schiene 24 positio niert ist. 14 zeigt das Doppelschienensystem von 11 mit zwei Arbeitslagern 150 und 152. Das Arbeitslager 150 ist zwischen der ersten Schiene 22 und der zweiten Schiene 24 positioniert, und das Arbeitslager 152 ist zwischen der dritten Schiene 26 und der vierten Schiene 28 positioniert. 15 zeigt ein Flussdiagramm des Rücksetz/Rebootprozesses 200. Die Schienen in den 14 und 15 können sich in Richtung des + Vorzeichens (definiert als positive Richtung) bewegen und können sich in Richtung des – Vorzeichens (definiert als negative Richtung) bewegen.
Wie in den 13 und 14 gezeigt, hat jede der zweiten, dritten und vierten Schienen einen Grundstellungs-Sensor 156, 158 und 160. Die Grundstellungs-Sensoren können mittels optischer, magnetischer oder anderer verfügbarer Sensoren implementiert werden. Diese Grundstellungs-Sensoren erfassen, ob die Sensoren mit einer der Markierungen A, B und C fluchten. Wenn ein Sensor eine der Markierungen erfasst, wird der Sensor als in einer "geschlossenen" Stellung definiert. Wenn ein Sensor keine Markierung erfasst, wird er als in einer "offenen" Stellung definiert. Durch Bewegen der Schienen und Erfassen der Übergänge von offen zu geschlossen gibt es fünf Positionen, an denen die absoluten Orte der Schienen bestimmt werden können (merke, dass sich die Schiene 4, in der mit dem + Vorzeichen angegebenen Richtung, nicht an der Markierung C vorbeibewegen kann).
Die Schienen enthalten auch Näherungssensoren. Die Schiene 4 hat Näherungssensoren 162 und 164, die Schiene 3 hat Näherungssensoren 166 und 168 und die Schiene 2 hat Näherungssensoren 170. Die Näherungssensoren werden mittels optischer, magnetischer oder anderer verfügbarer Sensoren implementiert und werden benutzt, um zu erfassen, wenn die Schiene in enger Nachbarschaft zu einem anderen Objekt (d. h. einem der Arbeitslager oder einen anderen Schiene) ist. Jeder der Grundstellungs-Sensoren und der Näherungssensoren ist mit dem Computersystem gekoppelt, um ihren Status (offen oder geschlossen) dem Computersystem zu übermitteln.
Der Prozess 200 zur Bestimmung des Betriebsmodus beim Rücksetzen oder Rebooten wird nun in Bezug auf 15 beschrieben. In Schritt 202 prüft das Computersystem den Status des Grundstellungs-Sensors 160 an der Schiene 4. Wenn der Status des Sensors "geschlossen" ist, dann geht der Prozess zu Schritt 206 weiter. Wenn der Status des Sensors "offen" ist, dann geht der Prozess zu Schritt 204 weiter, wo die Schiene 4 in der positiven Richtung bewegt wird, bis der Status des Grundstellungs-Sensors 160 zu "geschlossen" ändert (die Stellung der Schiene 4 in 14). Dann geht der Prozess zu Schritt 206 weiter.
In Schritt 206 wird die Schiene 3 in der positiven Richtung bewegt, bis entweder der Sensors 168 an der Schiene 3 durch das Arbeitslager 152 geschlossen wird oder bis der Sensor 162 an der Schiene 4 durch die Schiene 3 geschlossen wird. In Schritt 208 wird der Status des Grundstellungs-Sensors 158 duch das Computersystem geprüft. Wenn der Grundstellungs-Sensor 158 "offen" ist, dann ist die Schiene 3 in der in 13 gezeigten Stellung, und das System ist für den Einzelbahn-Betriebsmodus konfiguriert. Der Prozess geht dann zu Schritt 210 weiter, um die wahren Positionen der Schienen 2 und 3 zu bestimmen, durch Erfassung der Hinterränder der Markierungen A und B, und dann die Schienen gemäß Standardeinzelbahnmodus-Einstellungen zu positionieren.
Wenn in Schritt 208 der Grundstellungs-Sensor 158 in der "geschlossenen" Stellung ist, dann ist die Schiene 3 in der in 14 gezeigten Stellung, und das System ist für den Doppelbahnmodus konfiguriert. Der Prozess geht dann in Schritt 212 weiter, um die wahren Positionen der Schienen 2 und 3 zu bestimmen, durch Erfassen der Vorderränder der Markierungen A und B, und dann Positionieren der Schienen gemäß Standarddoppelbahnmodus-Einstellungen, die in dem Computersystem gespeichert sind.
Der oben beschriebene automatisierte Rücksetz/Rebootprozess bietet den Vorteil der automatischen Positionierung der Schienen zu Standardeinzelbahnmodus- oder Standarddoppelbahnmodus-Einstellungen auf der Basis der Konfiguration (Doppelmodus oder Einzelmodus) der Schablonierungsmaschine ohne Eingriff des Bedieners.
Nun ist in Bezug auf 16 eine andere Ausführung des Doppelschienensystems gezeigt, wobei die Schienen verkürzt sind. In dieser Ausführung sind die Schienen verkürzt worden, weil es passieren kann, dass ein Kunde, der das Doppelbahnsystem erwirbt, bereits Gerätschaften mit Wartestationen zum Laden und Entladen der Schablonierungsmaschine besitzt. Alternativ kann es passieren, dass die Aufnahme-und-Setzmaschine, die in einer Schaltungsherstellungsanlage vorhanden ist, bereits eine zugeordnete Ladeeinheit aufweist. Um Variationen vorhandener Konfigurationen zu erleichtern, ist diese Ausführung des Doppelschienensystems mit verkürzten Schienen 80, 82, 84 und 86 versehen. Der Betrieb dieser Einheit ist ähnlich jener, der in Bezug auf die 6a–6d und 9a–9e beschrieben ist, wobei die Position 1 und Position 3 jeweilige Wartepositionen in den Wartestationen 77 und 79 repräsentieren. Jedoch sollte angemerkt werden, dass in dieser Ausführung die Platinen nur zu einer Position innerhalb des Doppelschienensystems bewegt werden, jener Position, die das Arbeitslager 55 ist. Somit würde diese Konfiguration keinen Beschränkungen unterliegen, die Abschaltsituationen des Systems hervorrufen könnten, die oben in Bezug auf die 6a–6d beschrieben sind.
Nun ist in Bezug auf 17 eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung gezeigt, die die Fähigkeiten des Doppelbahnsystems zum Handhaben empfindlicher Materialien darstellt, z. B. green tape. Green tape ist eine keramikartige Substanz, die vor dem Brennen nicht starr ist. Wegen seiner nicht-starren Natur wird es gewöhnlich auf einer Palette durch das Schablonierungsmaschine transportiert, die für eine zusätzliche Stütze sorgt. In 17 ist eine Lade/Entladevorrichtung 92 gezeigt, die mit einem ersten Schienensatz 94 und 96 und einem zweiten Schienensatz 98 und 99 gekoppelt ist. Die Paletten treten in die Schablonierungsmaschine 90 vom Lader/Entlader auf dem ersten Schienensatz ein und kehren zu dem Lader von der Schablonierungsmaschine auf dem zweiten Schienensatz zurück. Die Paletten werden von dem ersten Schienensatz zu dem zweiten Schienensatz mittels einer Wechselvorrichtung 101 bewegt. Die Wechselvorrichtung empfängt Paletten, nachdem das Bedrucken erfolgt ist, von dem ersten Schienensatz und transportiert die Paletten zu dem zweiten Schienensatz. In 17 ist die Wechselvorrichtung in der Position gezeigt, um eine Palette von der Bahn A aufzunehmen. Nach Empfang einer Palette bewegt die Wechselvorrichtung die Palette in der Richtung des Pfeils, um die Palette auf der Bahn B anzuordnen.
Um das oben beschriebene rückführende Schienensystem aufzunehmen, ist das Arbeitslager 55 verändert, so dass es nur auf Platinen auf Bahn A und nicht auf Bahn B arbeitet. Somit kann während des Betriebs, wenn eine Platine, wie etwa die Platine A2, in dem Arbeitslager an dem Z-Turm angehoben wird, die Platine A1 unbeeinträchtigt auf Bahn B laufen und zum Lader/Entlader 92 zurückkehren.
Nun ist in Bezug auf 18 eine andere Ausführung der Erfindung gezeigt. In der fünften Ausführung hat eine Schablonierungsmaschine 100 einen ersten Schienensatz 108 und 110 und einen zweiten Schienensatz 104 und 106. Ähnlich der oben beschriebenen vierten Ausführung wrden in der fünften Ausführung Platinen (oder irgendein anderes Substrat) nur von einer Seite her in die Schablonierungsmaschine geladen und daraus entladen. Die fünfte Ausführung unterscheidet sich von der vierten Ausführung darin, dass die Platinen durch den Lader/Entlader 102 von jeder der Bahnen A und B geladen und entladen werden und das Bedrucken auf beiden Bahnen A und B stattfindet. In der fünften Ausführung erfolgt das Bedrucken gleichzeitig auf nur einer der Bahnen A und B abwechselnd.
Nun ist in Bezug auf 19 eine andere Ausführung der Erfindung gezeigt, die einen erhöhten Schablonierungsdurchsatz gestattet, indem sie die Schablonierung zweier Platinen mit einem Hub des Rakelkopfs 32 und einer z-Achsenbewegung gestattet. Die sechste Ausführung ist ähnlich der fünften Ausführung, außer dass in der sechsten Ausführung eine Schablonierungsmaschine 120 eine mechanische Fixierungsvorrichtung 112 enthält, die an der Stelle eines optischen Ausrichtungssystems benutzt wird, um die Platinen in den x-, y- und θ-Achsen richtig auszurichten. Die mechanische Fixierungsvorrichtung wird mit der Schablone vorausgerichtet, bevor die Platinen von der Schablonierungsmaschine empfangen werden, und stützt die Platinen in der richtig ausgerichteten Position. In einer Ausführung verwendet die mechanische Fixierungsvorrichtung seitliche Dämpfer zum Halten der Platine in richtiger Ausrichtung in der Schablonierungsmaschine. Diese Ausführung wird bevorzugt mit Platinen oder anderen Substraten benutzt, für die eine Ausrichtung der Platine mittels der Ränder der Platine erreicht werden kann.
Die mechanische Fixierungsvorrichtung kommt ohne den optischen Ausrichtungsschritt aus, der in Bezug auf die Schablonierungsmaschine von 1 beschrieben ist. In der Ausführung von 19 wird ein Lader/Entlader 102 oder irgendein anderer Ladertyp benutzt, um die Platinen zu dem Arbeitslager zu fördern. Der Rakel ist am Punkt A angeordnet und trägt Lötpaste über die Schablone in der oben beschriebenen Weise auf, um hierdurch beide Platinen zu bedruckten. Die Platinen werden dann von dem Lader/Entlader aufgenommen.
Die mechanische Fixiervorrichtung 112 von 19 kann auch in den Ausführungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, die ausgestaltet sind, um Material an einer Seite der Schablonierungsmaschine zu empfangen und Material an der anderen Seite der Schablonierungsmaschine zum Beispiel zu einer Aufnahme-und-Setzmaschine auszugeben, um hierdurch den Durchsatz der Schablonierungsmaschine zu erhöhen. In dieser Situation sollte die Aufnahme-und-Setzmaschine konfiguriert sein, um gleichzeitig zwei Platinen zu empfangen und darauf zu arbeiten, um den Durchsatz zu maximieren.
Es sind mehrere Ausführungen eines Doppelbahnsystems beschrieben worden, um die Flexibilität und das Fotential eines solchen Systems für viele unterschiedliche Schaltungsplatinen-Herstellungsanforderungen zu zeigen. Angemerkt werden sollte, dass, obwohl die obige Beschreibung ein Doppelbahnsystem diskutiert, die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konstruktion beschränkt ist. Es ist daran gedacht, dass ein Mehrfaclibahnsystem mit mehr als zwei Bahnen auch verwendet werden könnte, indem die Reihenfolge der Platinenbearbeitung eingestellt wird, und indem ggf. mehr Hardware hinzugefügt wird, wenn dies zum Leistungserhalt geboten ist. Anzumerken ist, dass das Mehrfachbahnsystem eine Anzahl fester Bahnen aufweisen könnte oder ähnlich den hierin gelehrten beweglichen Schienen-Betriebsmodus verwenden könnte.
Dementsprechend sind ein Verfahren und eine Vorrichtung gezeigt worden, um für eine erhöhte Leistung in der Schablonierungsphase des Schaltungsplatinen-Herstellungsprozesses zu sorgen. Durch Vorsehen eines Doppelbahnsystems wird der Schaltungsplatinendurchsatz erhöht, und die Verweilzeit zwischen den Maschinen wird reduziert. Zusätzlich sind zwei Prozesssequenzen aufgezeigt worden, die die Verwendung existierender Schablonierungskomponenten gestatten, um hierdurch das Ausmaßzusätzlicher Hardware zu minimieren und die Gesamtkosten des Systems zu minimieren. Jede der Prozesssequenzen kann unterschiedliche Lötmittelaufnahmeköpfe verwenden, und daher ist ein flexibles System aufgezeigt worden, das Schaltungsplatinen in einem Doppelbahn-Schablonierungssystem in einer Vielzahl von Sequenzen verarbeiten kann. Zusätzlich sind gemäß einer anderen Ausführung der Erfindung die Schienen der Doppelbahnen bewegbar, die Verarbeitung unterschiedlich breiter Platinen durch eine Schablonierungsmaschine zu gestatten. Zusätzlich ermöglichen die bewegbaren Schienen eine erhöhte Kompatibilität zwischen der Schablonierungsmaschine und einer Vielzahl von Aufnahme-und-Setzmaschinen, die von anderen Lieferanten bereitgestellt werden, sowie veränderlicher Größen gedruckter Schaltungsplatinen (PCB). Ferner erlaubt die Verwendung beweglicher Schienen, dass die Schablonierungsmaschine bei Bedarf für den Betrieb im Einzelbahnmodus umgewandelt wird. Die Doppelbahnschienen können alternativ verkürzt werden, in Anpassung an existierende Geräte in dem Schaltungsplatinen-Herstellungsprozess. Zusätzlich ist gezeigt worden, wie der Durchsatz zur Handhabung empfindlicher Materialien erreicht werden kann. Schließlich ist auch eine Vorrichtung beschrieben worden, die für einen hohen Durchsatz sorgt, indem das Bedrucken auf beiden Schienen erlaubt wird.
Obwohl Ausführungen der Erfindung primär in Bezug auf Schablonierungsmaschinen beschrieben wurden, die Lötmittelpaste auf Schaltungsplatinen drucken, sind die Ausführungen der vorliegenden Erfindung nicht auf Lötpastendrucker beschränkt, sondern können auch an anderen Druckern benutzt werden, um Material, wie etwa Klebstoffe und Farbstoffe auf andere Substrate als Schaltungsplatinen zu drucken.

Claims

Schablonierungssystem (30) zur Verwendung in einem Schaltungsplatinen-Herstellungsprozess, umfassend; eine Mehrzahl von Schienensätzen (22, 24, 26, 28), wobei jeder der Mehrzahl von Schienensätzen zum Tragen und Verlagern einer Mehrzahl von Schaltungsplatinen durch das Schablonierungssystem dient; und einen Lötmittelausgabekopf (34, 35), der selektiv über der Mehrzahl von Schienensätzen anordenbar ist, um, während der Schablonierung erster und zweiter Schaltungsplatinen auf einem ersten bzw. zweiten der Mehrzahl von Schienensätzen, auf eine Schablone (40) Lötmittel aufzutragen.
Schablonierungssystem nach Anspruch i, worin der Lötmittelausgabekopf ein Kopf vam Kompressionstyp ist, umfassend: einen Mantel, der einen verjüngten Innenraum (313) begrenzt, wobei der verjüngte Innenraum ein erstes Ende (311) aufweist, das zur Aufnahme von viskosem Material gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das einen rechteckigen Kanal (314) definiert, durch den das viskose Material während des Betriebs extrudiert wird; und einen Kompressionskopf (320), der mit dem zweiten Ende des Mantels gekoppelt ist und ein Paar von Klingen (318) enthält, die sich von dem zweiten Ende des Mantels zu der rechteckigen Öffnung des Lötmittelausgabekopfs erstrecken, wobei der Kompressionskopf auch ein Paar von Endkappen (316) enthält, wobei jede der Endkappen mit jeweils einer der Klingen gekoppelt ist und eine äußerste Spitze des Lötmittelausgabekopfs definiert, und worin das viskose Material durch den rechteckigen Kanal des Mantels in ein Volumen, das zwischen dem Klingenpaar definiert ist, auf die Schablone extrudiert wird, wenn die Endkappen die Schablone (40) berühren, und worin die Klingen überschüssiges viskoses Material von der Schablone abscheren.
Schablonierungssystem nach Anspruch 1, worin der Lötmittelausgabekopf umfasst: ein Gehäuse (360), das eine Mehrzahl paralleler mit Abstand angeordneter Seitenwände aufweist; eine Mehrzahl von Bodenwänden (363), die sich von dem Unterrand der Mehrzahl mit Abstand angeordneter Seitenwände einwärts erstreckt, um eine Spaltöffnung (365) vorzusehen; einen Kolben (370), der in dem Gehäuse verschiebbar angebracht ist; und einen Krümmer, der mit dem Gehäuse unter dem Kolben gekoppelt ist, um viskoses Material zu einem Inneren des Gehäuses zu liefern, worin, während des Betriebs der Schablonierungsmaschine, Druck auf den Kolben den Kolben in dem Gehäuse abwärts drückt, um zu bewirken, dass viskoses Material durch die Spaltöffnung des Gehäuses ausgeworfen wird.
Schablonierungssystem nach Anspruch 1, worin der Lötmittelausgabekopf umfasst: ein Gehäuse (434), das eine längliche Kammer (436) enthält, einen Einlass (442) zur Aufnahme von viskosem Material in die längliche Kammer sowie eine Öffnung (444) zur Ausgabe von Lötmittelpaste zu einer Schablone; ein drehbares Element (440), das sich durch die längliche Kammer des Gehäuses hindurch erstreckt; und Mittel zum Drehen des drehbaren Elements, um zu bewirken, dass das Lötmittel in der länglichen Kammer aus der Öffnung auf die Schablone ausgeworfen wird.
Schablonierungssystem nach Anspruch 1, worin der Lötmittelausgabekopf ein Lötmittel sammelnder Rakelarm (135) ist, um Lötmittel auf die Schablone (40) aufzutragen und um überschüssiges Lötmittel von der Schablone, nach der Schablonierung, zu entfernen.
Schablonierungssystem nach Anspruch 5, worin der Lötmittel sammelnde Rakelarm (35) ferner umfasst: einen beweglichen Schlitten (112), der durch das Schablonierungssystem gesteuert ist, um sich quer über die Mehrzahl von Schienensätzen zu verlagern; zumindest eine Klinge (146, 152), die mit dem beweglichen Schlitten gekoppelt ist; und einen schwenkbaren Lötmittelsammelkopf (124), der mit dem beweglichen Schlitten gekoppelt ist, wobei der schwenkbare Lötmittelsammelkopf mit einem ersten Stößel (136) zum Steuern der Verlagerung des Lötmittelsammelkopfs zu und von dem Schlitten sowie einem zweiten Stößel (142) zum Steuern des Verschwenkens des Lötmittelsammelkopfs relativ zu der Schablone gekoppelt ist.
Lötmittel sammelnder Rakelarm nach Anspruch 6, worin die Lötmittelpaste zwischen der zumindest einen Klinge (146, 152) und dem schwenkbaren Lötmittelsammelkopf (124) angeordnet ist, ferner umfassend: einen Rakelmotor (33) zum Bewegen des zweiten Stößels (142) zum Verschwenken des schwenkbaren Lötmittelsammelkopfs relativ zu der Schablone, wobei der Rakelmotor auch zum Bewegen des ersten Stößels (136) dient, um den schwenkbaren Lötmittelsammelkopf zu dem Schlitten hin zu verlagern, worin die Verlagerung des schwenkbaren Lötmittelsammelkopfs zu dem Schlitten hin die Lötmittelpaste zu der zumindest einen Klinge hin schiebt, um zu erlauben, dass diese von der Schablone abgehoben wird und in dem schwenkbaren Lötmittelsammelkopf zurückgehalten wird.
Lötmittel sammelnder Rakelarm nach Anspruch 7, worin der Rakelmotor (33) durch Software gesteuert wird.
Lötmittel sammelnder Rakelarm nach Anspruch 6, der ferner eine Pastenausgabeeinheit (134) aufweist, die in dem Schlitten (112) angeordnet ist und sich zu der zumindest einen Klinge (146, 152) erstreckt, um Lötmittelpaste zwischen die zumindest eine Klinge und den schwenkbaren Lötmittelsammelkopf (124) auszugeben.
Verfahren zum Bearbeiten von Schaltungsplatinen in einem Schablonierungssystem, das zwei Bahnen (22, 24, 26, 28) aufweist, wobei jede Bahn ein Ladegerät zur Aufnahme von Schaltungsplatinen und Verlagern der Platinen zu gewünschten Positionen in den Bahnen aufweist, wobei das Schablonierungssystem einen Lötmittelausgabemechanismus (34, 35) aufweist, um auf eine auf den Bahnen angeordnete Schablone Lötmittel auszugeben, worin das Verfahren die Schritte umfasst: a) Aufnehmen zumindest einer Platine auf einer der Bahnen; b) In-Eingriff-Bringen der zumindest einen Platine, der Schablone und des Lötmittelausgabemechanismus; c) Verschieben des Lötmittelausgabemechanismus über die zumindest eine Platine derart, dass Lötmittel durch eine Öffnung in dem Lötmittelausgabemechanismus, durch die Schablone und auf die Schaltungsplatine extrudiert wird, wobei die Öffnung eine zugeordnete Breite aufweist; und d) Fortsetzen des Verschiebeschritts, bis die Öffnung das gesamte Muster der Schablone überquert hat, die der zumindest einen Schaltungsplatine zugeordnet ist, um die Gesamtheit der zumindest einen Schaltungsplatine zu schablonieren; worin die Schritte a)–d) an entweder einer oder beiden der zwei Bahnen des Schablonierungssystems zu jeder Zeit während des Betriebs des Schablonierungssystems durchgeführt werden.
Verfahren zum Bearbeiten von Schaltungsplatinen nach Anspruch 10, ferner umfassend: Entfernen von überschüssigem Lötmittel von der Schablone durch den Lötmittelausgabemechanismus.
Verfahren nach Anspruch 11, worin der Lötmittelausgabemechanismus einen Schlitten (112) aufweist, der über den zwei Bahnen (22, 24, 26, 28) zum Überqueren der Bahnen angeordnet ist, wobei der Schlitten zumindest eine Klinge (146, 125) aufweist, die orthogonal mit dem Schlitten gekoppelt ist, um mit der Schablone (40) während der Verlagerungsschritte in Eingriff zu treten, wobei der Schlitten auch einen Lötmittelsammelkopf (124) enthält, der mit dem Schlitten über einen Verlagerungsstößel (136) und einen Schwenkstößel (142) gekoppelt ist, wobei der Lötmittelsammelkopf ein Schwenkelement enthält, das mit einer Schaufelvorrichtung gekoppelt ist, wobei der Schritt des Entfernens von überschüssigem Lötmittel von der Schablone ferner die Schritte umfasst: Verlagern des Schwenkstößels zu dem Schlitten hin, um zu bewirken, dass der Lötmittelsammelkopf relativ zu der Schablone verschwenkt; Verlagern des Verlagerungsstößels zu dem Schlitten hin, um zu bewirken, dass die Schaufel des Lötmittelsammelkopfs entlang dem Sieb zu der zumindest einen Klinge vorangetrieben wird, wobei, infolge der Verlagerung des Verlagerungsstößels, die Schaufel das Lötmittel aufsammelt.