Die Erfindung betrifft eine Anlage zum automatisierten, hermetischen Verschließen von Gehäusen, vorzugsweise von Metallgehäusen, in denen insbesondere in Sauerstoff- und wasserdampffreier Atmosphäre befindliche elektronische Bauteile angeordnet sind, wobei gegebenenfalls eine mit Stickstoffüberdruck oder Unterdruck betriebene Schweißkammer vorgesehen ist, die mindestens einen mit zwei zueinander bewegbare Elektroden ausgebildeten Schweißkopf und entsprechende Zu- und Abführeinrichtungen für die Gehäuse zum und vom Schweißkopf aufweist.

Derartige Anlagen finden vorwiegend in der Herstellung von Elektronikbauteilen ihre Anwendung.

Bei herkömmlichen Maschinen wurden bisher sogenannte „Glove-Boxen" eingebaut. Dies sind Kammern, die mit reinem Stickstoff gespült und mit leichten Innendruck betrieben werden, um ein Eindringen der Umweltatmosphäre bei eventuellen Undichtheiten zu verhindern. Servicearbeiten mußten mit Gummihandschuhen von außen durchgeführt werden. Ist eine derartige Wartung nicht möglich, mußte die Box bzw. Kammer geöffnet werden. Um wieder eine saubere Atmosphäre für die Schweißung zu erreichen, mußte die Kammer lange, unter Umständen länger als einen Tag, mit reinem Stickstoff gespült werden.

Zeitraubende Betriebsunterbrechnungen wirken sich natürlich in der industriellen

Massenfertigung äußerst nachteilig aus.

Darüber hinaus wurden die Elektroden entweder über großvolumige Pneumatikzylinder oder über Exzenterantriebe bewegt. Jeder dieser Antriebe hat jedoch auch Nachteile. So ist zwar der Pneumatikantrieb flexibel im Öffnungsweg und bei der Druckeinstellung, jedoch die Öffnungs- und Schließzeiten sind außerordentlich lang. Der Exzenterantrieb weist zwar hohe Schließgeschwindigkeit auf, ist aber äußerst unflexibel im Bewegungsablauf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeidet und die darüber hinaus eine höhere Qualität in der Fertigung gewährleistet. Ein Qualitätsmaßstab für derartige Anlagen ist es, daß ein hermetisches dichtes Verschließen der Gehäuse möglich ist, wobei der Innenraum der Gehäuse absolut frei von Sauerstoff und Wasserdampf sein soll.

Die eingangs zitierte erfindungsgemäße Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißkammer evakuierbar ist und der Schweißkopf mindestens eine über einen Servoantrieb bewegbare Elektrode aufweist. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, Servicearbeiten wie beispielsweise das regelmäßige Wechseln der Elektroden in kürzester Zeit durchzuführen. Darüber hinaus erlaubt der Servoantrieb, durch seine kurzen Schließzeiten, eine hohe Taktfrequenz in der Fertigungsstraße. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Anlage in Kompaktbauweise gebaut werden kann, sodaß ein möglichst geringes Evakuiervolumen auftritt.

So wird die Schweißkammer nach den Service- oder Wartungsarbeiten dicht verschlossen und evakuiert, wobei diese Evakuierung in durchschnittlich 15 Minuten durchgeführt ist. Alle atmosphärischen Gase werden abgesaugt und anschließend wird die Schweißkammer mit inertem Gas gefüllt. In kürzester Zeit ist die Anlage wieder betriebsbereit.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die Schweißkammer an einen Gastrocknungskreislauf angeschlossen. Dieser Gastrocknungskreislauf besteht im wesentlichen aus zwei Trocknungspatronen, die ein Gastrocknungsmittel beinhalten und wobei jede Trocknungspatrone separat an die Schweißkammer angeschlossen ist. Eine Patrone trocknet das Inertgas der im Betrieb befindlichen Schweißkammer. Bei der anderen Patrone wird dem Trocknungsmittel über Vaeuum und Temperatur die aufgenommene Feuchtigkeit entzogen. Durch diese alternierende Vorgangsweise ist die Betriebsfähigkeit der Anlage immer gewährleistet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der im Schweißkopf befindliche Schweißraum, der das zum Verschweißen vorgesehene Gehäuse umgibt, bei geschlossenen Elektroden evakuierbar. Um eine noch höhere Gasfreiheit im Innenraum des zu verschließenden Gehäuses zu erhalten, wird kurz vor dem Verschweißen im Schweißkopf bei geschlossenen Elektroden evakuiert. Dabei sind Vacuumwerte in der Größenordnung von 10 Torr zu erreichen.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist mindestens eine Elektrode des Schweißkopfes einen Kanal zur Evakuierung und einen Dichtring für die Abdichtung zur zweiten Elektrode auf. Der Vorgang im Schweißkopf ist folgender: Nach dem Einlegen des Gehäuses in eine Elektrode wird die zweite Elektrode geschlossen, bis der O-Ring abdichtet. Nach einigen Sekunden des Evakuierens werden die Elektroden auf die Schweißposition geschlossen. Nach dem Schweißvorgang werden die Elektroden geöffnet, und das Gehäuse mittels des Auswerfers ausgebracht. Die einfache Einrichtung zum Evakuieren hat eine deutliche Qualitätsverbesserung nach sich gezogen.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung sind der Schweißkammer ein Trocknungsofen und gegebenenfalls eine nachfolgende Vorkammer zur Zwischenlagerung der zu verschließenden Gehäuse vorgebaut, wobei die

Eintrittsöffnung in die Schweißkammer über eine Schleusenklappe verschließbar ist. Durch die Schleusenklappe ist der einwandfreie Betrieb der Schweißkammer sichergestellt. Die aus dem Trocknungsofen kommenden Gehäuse dürfen mit der Umweltatmosphäre nicht mehr in Berührung kommen. So können also Gehäuse, die aus dem Trocknungsofen angeliefert werden, auch bei Servicearbeiten in der

Schweißkammer vorgelagert werden. Darüber hinaus muß durch die Schleusenklappe nach den Servicearbeiten nur die Schweißkammer evakuiert werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Schweißkammer eine Ausgangsschleusenkammer nachgebaut, die sowohl evakuierbar als auch mit Inert- Gas spülbar ist, und deren Ein- und Austrittsöffnung mit je einer Schleusenklappe

verschließbar ist. Um eine Verunreinigung der Inertgas-Atmosphäre in der Schweißkammer bei der Ausbringung der Gehäuse zu verhindern, ist die Ausgangsschleusenkammer 8mit ihren zwei Schleusenklappen vom besonderen Vorteil.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist dem Stickstoff zum Betrieb der Schweißkammer Helium-Gas zugesetzt. Dieses zugesetzte Heliumgas ist ein Indikator für die Schweißqualität. Ist nämlich ein Gehäuse nach dem Schweißvorgang undicht, so strömt das Gas aus und wird mit einem Sensor erfaßt. Eine schnelle Methode zur Qualitätskontrolle ist vorzugsweise bei Stichproben damit gegeben.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung besteht der Servoantrieb aus einem elektronisch gesteuerten Elektromotor, der eine Spindel, vorzugsweise eine Kugelumlaufspindel antreibt. Dieser einfache Antrieb für die Schließung und Öffnung der Elektrode hat sich bestens bewährt. Vor allem durch die Einstellbarkeit der

Geschwindigkeit und auch des Beschleunigungsvorganges kann die Taktfrequenz der Fertigung enorm erhöht werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Elektrode über eine Federung vorzugsweise ein Federnpaket vertikal abgestützt. Diese federnde

Abstützung hat den Zweck, daß beim eigentlichen Schweißvorgang die Bördelung des Gehäuses praktisch null wird, und die Elektrode minimal nachfahren muß, um eine optimale Verschließung zu ermöglichen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die zur Evakuierung notwendige Abdichtung am rotierenden Spindelteil. Eine derartige Abdichtung ist mit herkömmlichen Maschinenbauelementen durchzufühen, wobei eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Die Erfindung wird an Hand von Ausfuhrungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der

Gesamtanlage, Fig. 2 den Schweißkopf mit dem Servoantrieb, Fig. 3 eine evakuierbare Elektrode und Fig. 4 den Bewegungsablauf beim Schweißen.

Gemäß der Fig. 1 besteht die Anlage zum Verschließen der Metallgehäuse aus mehreren Kammern. Das Kernstuck dieser Anlage ist die Schweißkammer 1, in der auch der Schweißkopf 2 angeordnet ist

Da in den Metallgehäusen elektronische Bauteile vorgesehen sind, müssen diese Metallgehäuse in Sauerstoff- und wasserdampffreier Atmosphäre verschlossen werden Damit diese Atmosphäre gegeben ist, wird die Schweißkammer 1 im Betrieb mit einem Stickstoffüberdruck, gegebenenfalls auch mit einen Unterdruck, betrieben Der später noch näher beschriebene Schweißkopf 2 besteht aus zueinander bewegbaren Elektroden. Da diese Elektroden in regelmäßigen Abständen gewartet werden müssen, muß die Schweißkammer 1 zwangsweise geöffnet werden Um nach diesen Wartungsarbeiten wieder eine saubere Atmosphäre in der Schweißkammer 1 für die Schweißung zu erreichen, ist diese evakuierbar So wird die Schweißkammer nach den Service- oder Wartungsarbeiten dicht verschlossen und evakuiert Die atmosphärischen Gase werden abgesaugt und anschließend wird die Schweißkammer 1 gegebenenfalls mit inertem Gas gefüllt, sodaß sie wieder in kürzester Zeit betriebsbereit ist

Der Schweißkammer 1 sind ein Trocknungsofen 3 und eine Vorkammer 4 vorgebaut Darüber hinaus weist die Schweißkammer 1 auch eine Ausgangsschleusenkammer 5 auf. Sicherlich äußerst wichtig bei dieser Anlage ist es. daß mindestens die Offnungen der Schweißkammer 1 also die Eintrittsoffnung von der Vorkammer 4 in die Schweißkammer 1 sowie auch die Öffnung von der Schweißkammer 1 in die Austrittsschleusenkammer 5 über Schleusenklappen 6, 7 verschließbar sind Die Ausgangsschleusenkammer 5 ist auch ausgangsseitig mit einer Schleusenklappe 8 versehen. Darüber hinaus ist auch die Verbindungsoffnung von Trocknungsofen 3 zur Vorkammer 4 mit einer Verbindungsschleuse 9 versehen

Die mit den elektronischen Bauteilen versehenen Metallgehäuse werden im Trocknungsofen 3 getrocknet, in der Vorkammer 4 zwischengelagert, in der Schweißkammer 1 verschlossen und über die Ausgangsschleusenkammer 5 ausgebracht.

Um in der Schweißkammer 1 immer eine für das Verschließen optimale Atmosphäre zu haben, ist die Schweißkammer 1 an einen Gastrocknungskreislauf angeschlossen.

Gemäß der Fig. 2 weist der Schweißkopf 2 zum Bewegen der Elektrode 10 einen Servoantrieb 11 auf. Im Gehäuse 12 des Schweißkopfes 2 ist über eine

Spindellagerung 13 die Spindel 14 gelagert. Außerhalb des Gehäuses 12 ist über einen Antriebsriemen 15 der Servoantrieb 1 1 mit der Spindel 14 verbunden. Natürlich ist sowohl die Spindellagerung 13 wie auch die Welle des Servoantriebes 11 vakuumabgedichtet .

Die Spindel 14 ist mit einer Spindelmutter 16 versehen, die wiederum über mindestens zwei Bolzen 17 die Elektrode 10 bewegt. Die Bolzen 17 weisen eine Federung 19 auf. Die Federung 18 kann auch ein Federnpaket sein

Mit diesem einfachen Antrieb, der sich durch die Einstellbarkeit der Geschwindigkeit und des Beschleunigungsvorganges auszeichnet, kann die Taktfrequenz der Fertigung enorm erhöht werden.

Um eine noch höhere Gasfreiheit im Innenraum des zu verschließenden Gehäuses zu erhalten, wird kurz vor dem Verschweißen im Schweißkopf 2 bei geschlossenen

Elektroden 10 evakuiert. Gemäß Fig. 3 weist dazu sowohl die obere Elektrode 10a als auch die untere Elektrode 10b je einen Kanal 19 zur Absaugung bzw. Evakuierung auf. Das zu verschweißende Metallgehäuse 20 liegt in einer entsprechenden Ausnehmung der unteren ElektrodelOb. Die obere Elektrode 10a weist für die Abdichtung zur zweiten Elektrode 10b einen Dichtring 21 auf.

Nach dem Schließen der Elektroden 10a, 10b und vor dem Verschweißen wird evakuiert, diese zusätzliche Evakuierung hat eine deutliche Qualitätsverbesserung gebracht.

Gemäß der Fig. 4 ist der Bewegungsablauf im Zuge des Schweißvorganges über die Zeit dargestellt. Das Diagramm a zeigt den Kraftaufbau während des Schweißvorganges, das Diagramm b den Federweg der Federung 18, das Diagramm c die Bewegung der Elektrode 10a, das Diagramm d den Bewegungsablauf des Servoantriebes und das Diagrammm e die Summation der Bewegungsabläufe bzw. die Geschwindigkeit des Gesamtsystems.

Nach dem Einlegen des Gehäuses 20 mit dem zu verschweißenden Element in der unteren Elektrode 10b wird, wie aus dem Diagramm e ersichtlich, der Servoantrieb mit maximaler Geschwindigkeit bis zum ersten Berührungspunkt mit dem zu verschweißenden Element gestartet. Kurz vor Erreichen des Aufsetzpunktes

(Diagramm e Punkt 30) wird abgebremst und danach mit reduzierter Geschwindigkeit des Servoantriebes ein Kraftaufbau zwischen den beiden zu verschweißenden Teilen bis zu einer Maximalkraft. Während dieser letzten Phase wird die Federung 18 endgültig gespannt (Diagramm b), wobei die Elektrode 10a die maximale Anpreßkraft im Punkt 31 erreicht hat (Diagramm a). Im Zeitpunkt 32 erfolgt der Schweißvorgang, wobei die Verformung der zu verschweißenden Elemente durch die Federung 18 ausgeglichen wir (Diagramm b Punkt 33)

Nach Abschluß des Schweißvorganges erfolgt eine Rückführung der Elektrode in die Ausgangsposition mit maximaler Geschwindigkeit (Diagramm e Position 34).