电子电路制造方法、具有电子电路的组件以及制造电子电路的生产设备

摘要

本发明涉及一种在生产设备(23)(例如具有波峰焊设备(32)的软焊炉)中制造电子电路(19)的方法。此外，本发明涉及一种具有电路载体(13)和电子电路(19)的组件。最后，本发明涉及一种用于在电路载体(13)上制造电子电路(19)的生产设备(23)。按照本发明规定，在电路载体上使用测量模块(14)，其在实施的工艺步骤过程中已经具有功能并且可以将测量数据例如发送到外部的控制装置(25)。所述测量模块在执行完工艺步骤之后或者在电路载体(13)完成制造之后再次拆除。因此电路载体可以有利地廉价地制成，即使在测量模块(14)中实现的测量方法利用昂贵的部件来实施。因为测量模块(14)可以多次使用，测量模块的部件的成本对于待制造的电路载体的单件成本并不重要。

说明书

本发明涉及一种在生产设备中制造电子电路的方法。在该方法中，电路载体可供使用。该电路载体经历用于制造电子电路的至少一个工艺步骤。在电子生产中使用的典型工艺步骤是在电路载体上装配模块，设置接合介质(例如在电路载体上印制焊膏)，焊接，其可以使用例如焊接波装置或回流焊炉选择性地实现，或者在电触点上设置焊剂。所使用的电路载体例如可以是印刷电路板。然而，在本发明的范畴中的电路载体也可以理解为其他部件，其能够实现在其上构造电子电路的功能。因此，例如可以使用壳体件作为电子电路的载体。

此外，本发明涉及一种具有电子电路的组件，该组件具有电路载体，电子电路的元件与所述电路载体相连。这样的电路可以被认为是以上述方法制造的产品。

最后，本发明还涉及用于在电路载体上制造电子电路的生产设备，其中可执行至少一个用于制造的工艺步骤。因此，这种生产设备也适用于执行上述方法。

具有电子电路的组件，用于制造它们的方法和用于执行这些方法的生产设备在现有技术(电子装配)中已知。此外，已知电子组装的过程需要进行质量保证。DE 10 2013 211834 A1公开了为了质量保证的目的，测试板可以代替待装配的电路板通过生产设备，所述测试板配备传感器，所述传感器允许对于进行的生产过程的确定的描述。这些传感器板作为生产设备中的固定安装的传感器的补充检测数据和测量值，并且因此实现了制造过程本身的检验以及安装在生产设备中的传感装置的可靠功能的检验。以这种方式可以获得在随后的生产步骤中考虑的用于生产过程的参考数据。

本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于制造电子电路的方法，该方法可以实现生产过程的相对精细的质量控制。此外，本发明要解决的技术问题是提供一种具有在生产过程中的简化了质量管理的电子电路的组件。最后，本发明的目的是提供一种生产设备，借助其能够实现用于电子装配的生产过程的质量管理的改进。

所述技术问题借助前述方法、根据本发明通过提供以下生产步骤实现。在执行生产设备中的至少一个工艺步骤之前，电路载体可拆卸地与测量模块相连。在本发明的范畴中的测量模块可以被理解为可以用于执行测量的组件。为测量的目的，测量模块具有至少一个传感器。测量由测量模块独立进行。虽然电路载体上的电子电路在工艺步骤期间尚未完成，并且因此还不能或者至少不能完整地实现其功能，但是根据本发明，测量模块已经能够承担实施测量的任务。在至少一个工艺步骤进行期间，测量模块执行该测量，使得在工艺步骤期间生成附加的测量数据，所述测量数据不能通过在生产设备中固定安装的传感器获得。

在至少一个工艺步骤(并且可能还有另外的工艺步骤)结束之后，测量模块从电路载体分离。为此，根据本发明提供了可拆卸连接。该措施的优点在于，测量模块在从电路载体移除之后用于另外的待制造的电路载体，测量模块可再次可拆卸式装配到该电路载体上。因此有利的是，测量模块中使用的测量技术可以是高价值的，因为它不会保留在电路载体上，因此不会直接影响电路载体的单件成本。相反，测量模块或多个测量模块的购买仅仅是对整个电路载体系列产生间接影响的投资。有利地，可以使用高价值的测量模块来产生描述电路载体的直接环境中的状态的测量数据。这些数据可用于直接控制至少一个流程。在过程步骤中可以立即对质量问题产生反应。

自然地，也可以一并考虑传感器的测量结果，所述测量结果以已知方式由固定安装在生产设备中的传感器获得。测量值的集体评估进一步改善了对进行的工艺步骤的质量描述的可能性。

根据本发明的一个有利的技术方案规定，在至少一个工艺步骤期间，测量模块访问作为电路载体上的电子电路的一部分的电子部件。在此其必须是这样一种电子的部件，其功能在相关的工艺步骤期间至少在访问的预期范围方面已经通过测量模块保证。该访问例如可以为了对该部件进行功能测试而进行，其中，在此可以产生测量值，测量值描述了该部件的正常运作。另一个选择是使用该部件来确保测量模块的工作的功能。作为示例，可以使用用于存储由测量模块生成的数据的部件。当测量模块已经从电路载体中移除时，这些数据有利地也供后续的工艺步骤使用。所述部件也可以是天线。

结合本发明，作为部件可以理解为功能单元，该功能单元向测量模块的访问提供由测量单元所要求的功能。所述功能单元也可以由多个元件组成。

根据本发明的另一个技术方案规定，在所述测量模块从电路载体上移除之后，测量模块被另外的电子模块所取代。所述另外的电子模块例如可以同样承担测量功能，所述测量功能在制造结束后被需要。例如测量值可以有助于电路载体的后续运输或运行。但是在这种情况下要产生的测量值是用更便宜的传感器生成，其例如不需要经受所述工艺步骤的环境温度(例如在回流焊接的情况下)。由于这个原因，另外的电子模块可以有利地更廉价地实施。

当测量模块在测量期间产生测量数据并且经由接口将所述测量数据转发到生产设备时，获得本发明的特别的技术方案。这有利地实现还在工艺步骤期间就评估所确定的测量数据，并且因此也可提供用于控制工艺步骤。在这种情况下，使用控制单元，其在本发明的范畴中被理解为是生产设备的一部分。除了根据本发明产生的测量模块的测量数据之外，控制设备还可以处理另外的数据，例如通过固定安装在生产设备中的传感器确定其它数据。

作为通过接口传送测量数据的替代方案的是，将测量数据存储在测量模块中，或者如已经提到的那样存储在电路载体上。在这种情况下，测量数据可用于在工艺步骤之后的评估。以此在已经使用优化的工艺参数运行的生产过程中也可以执行质量控制。作为示例，可以以这种方式证实生产设备中的由于老化导致的质量波动。

此外可以有利地规定，测量模块在测量期间产生测量数据、处理所述测量数据、并根据处理结果将描述测量结果的数据经由接口转发到生产设备中。在这种情况下，测量模块不将测量数据本身提供给生产设备，使得所述测量数据在生产设备处才在数据处理的情况下导致产生控制命令，而是测量模块本身已经具有用于数据处理的设备(智能测量模块)。例如，从测量模块向生产设备只发送确定的公差范围的偏离，例如“检测到X-Y平面中的偏移”的诊断特征。然后通过控制单元产生控制命令作为反应，例如，“纠正X-Y平面中的偏移”。

进一步的措施在于，所述测量模块根据测量数据、甚至将用于影响至少一个工艺步骤的控制指令通过接口向生产设备传送。在这种情况下，测量模块可以分层地嵌入到用于生产设备的控制环境中，使得控制命令由生产设备直接实现。另一种可能性在于，控制指令首先经由接口转发到生产设备的控制装置，使得控制指令总和汇集在控制装置中。

此外按照本发明规定，在测量模块中还处理来自测量模块外部的传感器的测量数据。其他传感器可以是安装在处于工艺步骤中的电路载体上的其他测量模块、或者由其它同样位于工艺步骤中的电路载体装配。此外，如果固定安装在生产设备中的传感器可以通过接口将测量数据传送到测量模块，则也可以使用固定安装在生产设备中的传感器。

根据本发明，测量模块的接口必须确保数据的传输。所述接口可以实施为无线的或有线的。例如，无线的实施形式有利地简化了在安装在电路载体上时测量模块的处理。装配有测量模块的电路载体的处理以此也被简化。有线连接的接口有利地在测量数据传输期间具有增高的可靠性。

测量模块与其它传感器的连接可有利地用于各种目的。作为示例，测量数据的比较可以校准传感器(测量模块外部和内部)。在这种情况下，可以优先考虑具有最高测量精度的传感器。另一种可能性是由测量模块在电路载体的位置处产生的测量数据被赋予优先权，而生产设备的固定传感器(其由于相对电阻载体的距离而会生成测量误差)可以借助通过测量模块产生的测量数据被校准。此外通过记录数据历史可行的是，例如由于传感器老化在生产设备中产生的测量数据的漂移被纠正。

有利地，测量模块可以通过粘接、钩连、插接或通过磁力固定到电路载体上。所有这些连接可以有利地再次轻松地拆开，因此实现重复使用测量模块。

有利地，待检查的至少一个工艺步骤可以包括电路载体的焊接、电路载体的装备、以焊料沾湿电路载体、或者在电路载体上形成焊接(通过波峰焊或回流焊)。电子电路的制造通常需要这些工艺步骤。测量模块可以仅经历所述工艺步骤之一或者按顺序经历多个所述工艺步骤，其中，在测量模块也能够安装多个传感器，它们适应在不同的工艺步骤中的要求。

此外，上述技术问题通过按照本发明的组件解决，其中，承载所述组件的电路载体还可拆卸地与测量模块相连。根据本发明，测量模块在其电源和其测量值生成方面能独立于电子电路地发挥作用。借助所述组件和可拆卸地安装在其上的测量模块可根据本发明实施上述方法。由此可以实现结合上述方法所描述的优点。

在本发明的范畴中的可拆卸连接可以被理解为这样的连接，其功能允许连接的多次拆开和建立。在这种情况下，电路载体和测量模块都不得被损毁或损坏，从而电路载体在测量模块拆除之后可以带来其预期功能。根据本发明，测量模块应该是可重复使用的，即在执行其中要生成测量值的工艺步骤之后，能够可拆卸地与电路载体相连，其还未经历所述工艺步骤。

根据组件的一个有利的技术方案规定，测量模块具有自主的能源。这具有的优点在于，在工艺步骤期间的测量期间，测量模块不必与外部电源进行接触。自主能源在工艺步骤期间确保测量模块的功能。所述自主能源例如可以是蓄能器，如电池。其可以配设实现对测量模块进行无线充电的充电器。另一种可能性是配设能量转换器，例如把工艺步骤(例如在回流焊接的情况下)的热能转换成用于测量模块的电能。能量转换器也可以用作测量模块中的蓄能器的充电器，使得即使在能量转换器不能产生足够的能量的时候，也可以通过蓄能器在测量模块中提供运行所需的能量。

此外可以有利地规定，在电路载体上设置电子存储器模块和/或电子发送模块和/或电子接收模块(其一并包括电子发送接收模块)，其与测量模块可断开电接触。在此这些模块是在电路载体完成之后旨在执行特定功能的部件。只要在生产步骤期间所述部件已经可以被调用，那么在测量模块与它们电接触时就可以被测量模块使用。自然地，这种电接触也必须实施为可拆卸的，因为测量模块应该在完成处理模块之后从电路载体移除。

所说明的单独的模块可以在电路载体上分别以相互电隔离的形式实施为单独的元件或组件。作为备选，这些功能也可以被集成在组件或元件中，其作为整体与测量模块电接触。借助发送模块保证了与生产设备的单向通信。这是测量模块能够将测量数据、测量结果或控制命令转发给生产设备的前提条件。若设置一个发送接收模块或各一个发送模块和一个接收模块，则测量模块也可以从生产设备接收数据。作为示例，当存在用于进行的工艺步骤的质量保证的特定测量的时机时，生产设备可以调用测量模块的不同测量功能。以此可以有利地减少传输的数据速率，因为测量模块仅需要根据需要执行测量。

在存储器模块内可以存储测量值。这些测量值要么由测量模块本身、要么由生产设备进行评估。作为示例，可以通过测量数据历史来确定是否存在漂移的过程参数，其在存疑情况中必须被纠正。还可行的是，测量数据被用于校准测量模块中的传感器或来自生产设备的外部传感器(如已经描述那样)。

如果其他的模块(存储器模块和/或传输模块和/或接收模块)没有配设在电路载体上，则它们当然也可以集成在测量模块中。然后在工艺步骤完成之后，这些模块再与传感器一起从电路载体除去。有利地，测量模块的所有这些部件安装在共同的壳体中。

最后，所述技术问题还通过前述的生产设备来解决，其中生产设备具有配备至少一个传感器的测量模块，该测量模块在生产设备中是可移动的。这种移动性确保测量模块可拆卸地固定在待制造的电路载体上，并且可以在生产设备待执行的工艺步骤期间保持与电路载体固定地连接。随后，可拆卸的固定实现测量模块的移除，并且实现在待制造的其他电路载体上的装配。

此外，根据本发明，生产设备具有数据接口，通过其可以建立与测量模块的数据连接。由此可行的是，在执行所述工艺步骤期间建立与测量模块的数据连接，使得生产设备可以评估数据用于过程控制。与此相关的优点已经与上述按照本发明的方法相关地被描述。

根据生产设备的一种有利的技术方案规定，存在安装在生产设备中并且可以经由数据接口与测量模块通信的传感器。这也可以实现在固定安装的传感器和测量模块之间建立数据连接，其中，不同的测量设备(即测量模块、固定安装的传感器)的通信能够以已经对于组件描述过的方式用于校准测量设备和校正测量数据。

本发明其他的细节以下结合附图说明。相同的或对应的附图元件分别配备相同的附图标记并且仅在单个附图之间的区别方面进行多次阐述。在附图中：

图1至图4以侧视图示意地示出制造电子组件的不同的程序步骤，作为按照本发明的方法的实施例，其中按照本发明的生产设备的实施例被使用并且按照本发明的组件的实施例被制造，

图5示意地和部分剖切地示出按照本发明的组件的另一个实施例的局部，

图6剖切地示出按照图5的细节VI。

图1以方框示意性地示出自动装备机11。在该自动装备机中，存在用于作为电路载体13的印刷电路板的运输系统12(例如，销链输送机系统)。该电路载体13在被引入自动装备机11之前就已经设置有测量模块14。作为备选还可行的是，抓臂15优选在第一装配动作的框架内将测量模块14定位在电路载体13上。为此目的，电路载体具有两个孔16，测量模块具有两个引脚17，其确保测量模块14精确地定位在电路载体13上。孔16可以补充套筒或涂层18。由此可以提高引脚17的配合精度。

此外，插口或涂层18可以根据引脚的功能由电绝缘或导电材料制造。当引脚17不应与电路调节器13的区域电接触时，电绝缘材料就可以适用。当引脚17应该与电路载体13上的部件电连接时，涂层18(或插口)也可以实施为导电的。特别地，还可以建立与电路载体内的导电路径的电连接，这在图1中未示出。

在自动装备机11中，电路载体13被装备模块19，其被抓臂15放置在电路载体13的安装侧20上。两个模块19中的左侧的一个例如可以是电阻器，其借助接触导线21以未进一步示出的方式插穿电路载体中的预备开口(未详细示出)。右侧的元件19在其下侧(其面向安装侧20)具有未被更详细地示出的接触件，其中，在电路载体13的安装侧20上设置合适的接触面(同样未示出)，它们与元件19的接触件相接触。

传送系统12可以是例如用于输送电路载体13通过自动装备机11的销链传送系统。为了能够确定电路载体13的位置，测量模块14可以配备实现电路载体13定位并因此实现确定其位置的发射器(未被更详细地示出)。为了定位的目的，在自动装备机11中位置固定地安装适当的接收装置作为传感器22，其中，传感器22和测量模块14之间的连接由虚线箭头所示。

图2至图4描绘了焊接设备23中的各个站，其再次示意性地表示为方框。在焊接设备23中也使用支承电路载体13的传送系统12。在焊接设备23中也可以设置与图1一致的、用于确定电路载体13的位置的传感器22，但是没有更详细地示出。根据图2至图4，焊接设备23具有连接到计算机25的天线形式的接口24。通过该接口24可以把测量信号、基于测量信号在测量模块14中的评估的测量结果、或源于测量模块14的控制命令从测量模块14无线地向计算机25传送，计算机25例如能够具有用于测量结果、控制命令或测量数据的数据库。所述数据库可以附加地填充参考值，使得计算机可以使用存储的数据和参考值来计算用于焊接设备的运行或电路载体的制造过程的修改的过程参数。

借助计算机(其以未示出的方式也包含焊接设备的控制器)例如可以实施自动化的参数化(电路载体13通过焊接设备的通过时间，焊接设备的温度管理，设备部件相对于电路载体13的定位等)、设备的准备或编程(而不是在设备自身上进行教导或迭代编程)。通过生产过程中的短时的控制循环还可以执行质量保证。结果是减少了待生产的产品(电路载体)的废品，因为可以在比较早的时刻介入进行的生产过程。在这种情况下，可以在制造电路载体的整个工艺链期间针对产品或者说工件地确定和存储详细的工艺细节。

另一个优点是减少了设备的维护耗费，例如通过取消现场编程。还减少维护间隔和手动跟踪过程校正，因为可以更迅速地检测发生的错误，并且可以基于此准备和进行必要的措施。在监视设备运行的情况下也可以实现节能，因为例如如果焊接时的温度变化可以被预测或至少被精密监测，例如就能及时关闭加热器。在这种情况下，同时可以把用于制造过程的处理窗口选择为更窄，因为随着工件数量增加，关于制造的产品的经验知识出现得就越多。

在图2中，焊接设备中当前要监视的生产步骤通过施加焊剂表示。为此，在焊接设备23中设置了所谓的焊剂涂覆器26，该焊剂涂覆器包括例如可以将接触线21浸入其中的焊剂供应源27。为了确定焊剂涂覆器26相对于电路载体13的参考位置，焊剂涂覆器26另外具有接触叉28，焊剂涂覆器26可以通过接触叉28向测量模块14的引脚17靠近和接触。根据该实施例，引脚17被实施为导电的，使得借助接触桥28的接触闭合电流回路，该电流回路可以记录在测量模块14中。然后，测量模块14可以将信号“焊剂涂覆器的参考位置确定”通过接口24向计算机25发送(为此目的，测量模块14同样具有用于发送所述信号和其它测量结果的未详细描述的发送模块)。

根据图3描绘了焊接设备中的工艺步骤，其中焊接设备的内部空间29通过加热装置30进行温度控制。温度一方面可以以本身已知的方式通过温度传感器31监视，温度传感器31位置固定地安装在焊接装置23中。然而，为了能够精确地确定电路载体13上的当前温度，测量模块14中集成未详细示出的温度传感器，其可以实现确定电路载体13近前的温度。这可以实现仅基于加热电路载体13而获得的结果来控制加热装置30的加热功率。由此可以有利地在理想地降低加热设备30的耗能的同时实现更高的过程可靠性。

作为示例，加热装置可以用于将内部空间29中的温度升高到例如实现SMT技术中元件19的回流焊接的程度。作为备选或补充，电路载体13的加热可以仅用于控制(作为元件的基板的)电路载体的温度。在随后的步骤中，如图4所示，可以使用波峰焊装置32来形成局部焊接。

波峰焊装置32产生熔融焊料的所谓的迷你波33。为了能够可靠地检查迷你波33的几何形状(主要方面是迷你波33的正确高度)，波峰焊装置32可以从下方向测量装置14的引脚17靠近，如图4所示。一旦迷你波33接触到对应的引脚17，则其中的温度就迅速上升。这可以由此检测，即引脚17将热量传导至测量模块14的温度传感器。引脚17应难以用焊料润湿，从而保证引脚17不被焊料材料润湿，因为测量模块不应该焊接在电路载体13上。

例如可以通过位置或加速度传感器34精确地确定波峰焊装置32的确切位置，其中，该加速度传感器34同样能够经由接口24与计算机25通信。基于迷你波的几何形状和波峰焊装置32的精确位置，现在可以例如从电路载体13的底侧焊接所述元件19的两个接触导线21。

在电路载体13上完成电子组件制造之后，可以去除测量模块14，因为其与电路载体13的连接是可拆卸的(通过插塞产生的连接)。在此示出另一个电子模块35，其可以取代测量模块被安装在插接位置上。这可以是用于监视运输条件和运行条件(温度，水分含量等)的模块。例如如果在运输期间出现对电路载体13有害的状态，则可以使用智能控制来采取对策(例如控制运输空间的温度)，或者将值存储在其他模块35中，即由于超过了许用的运输条件必须再一次检查电路载体的适应性。

图5示出了具有测量模块14的根据本发明的组件的细节。印刷电路板用作电路载体13。测量模块借助引脚17通过孔16插入电路载体13。测量模块14的固定通过插接容纳部36中，其中可以形成可拆卸的、形状配合的连接37。此外，在印刷电路板上设置有印刷天线作为电子部件38，其经由测量模块14的接触垫39与其形成接触。因此，天线可以被电子发送和接收模块40、41使用，如图5所示，其与接触垫39电接触。

发送和接收模块40、41(该发送和接收模块也可以以未示出的方式由单个传输模块和接收模块组成)还与中央控制模块42连接。该控制模块42控制测量模块14中的流程。为此，通过可再充电电池形式的能源43供电(通过双芯线路显示)。能源43上还连接有能量转换器44，其能够用于对能源43进行充电(由双芯线路表示)。在这种情况下，例如可以将机械能转换为电能或将热能转换为电能。因此，用能源43和能量转换器44实现自主能源，使得测量模块可以与位置无关地在没有外部能源的情况下使用。能量转换器44也通过控制模块42控制。

此外，在测量模块中设置有存储器模块45(并且连接到控制模块)，存储器模块中可以存储测量数据或控制数据。在工艺过程中就已经可以通过部件38(天线)读取这些数据。备选地存在这种可能性，这些数据在将测量模块14从电路载体13拆卸之后被读取。在此，引脚17例如可以在合适的插接装置中被使用。备选地，也可以为此配设集成在测量装置中的另外的接口(图5中未示出)。

在工艺步骤期间，借助引脚17测量过程变量。所述引脚17例如可以以图2和图4所述的方式使用。一方面，引脚17可以为了实现电接触而形成电极，其中，这些电极与控制模块42相连用以传递测量变量。两个引脚17中的右侧引脚此外设计为温度传感器，如其从图6的细节VI可以看出。在此可以看出，引脚本身由不导电的芯46构成，其具有金属层47。所述层47例如实现根据图2的接触连接。在芯46内部中安装有热电偶元件48，其实现了根据图4的温度测量。