DE19924245C1 - Positional height measurement device, especially for measuring circuit board pin height - Google Patents
Positional height measurement device, especially for measuring circuit board pin heightInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zum Messen der Höhenlage der Oberfläche eines oder mehrerer, in einer Basisplatte angebrachter Bauelemente, insbesondere eines oder mehrere Niete, relativ zu der Basisplattenoberfläche.The invention relates to a measuring device for measuring the height of the surface of one or more, in one Base plate attached components, especially one or multiple rivets, relative to the baseplate surface.
Bei der Bestückung von Basisplatten, beispielsweise Leiter platten, mit mechanischen, elektrischen oder elektronischen Bauteilen besteht in manchen Fällen die Anforderung, daß die se Bauteile so angebracht werden, daß ihre Oberfläche in ei ner definierten Höhenlage gegenüber der Basisplattenoberflä che liegt. Beispielsweise werden zur Verbesserung der Kühl wirkung in eine rückseitig mit einem plattenförmigen Kühlkör per beschichtete Leiterplatte ein oder mehrere gut wärmelei tende Bauelemente in Form von leitenden Stiften (Nieten) so eingebracht, daß ihre Oberfläche plan mit der Leiterplat tenoberfläche abschließt, so daß ein nachfolgend zu montie rendes, zu kühlendes Bauelement mit seiner Unterseite in op timalen wärmeleitenden Kontakt mit dem eingebrachten Stift und damit mit dem rückseitigen Kühlkörper gebracht werden kann. Wenn demgegenüber die Oberfläche des Stifts unterhalb der Leiterplattenoberfläche liegen sollte, ergibt sich zwi schen der Stiftoberfläche und der Unterseite des zu kühlenden elektronischen Bauelements ein Luftspalt, so daß die Kühlwir kung stark verschlechtert ist und die Gefahr einer thermi schen Überlastung des Leistungselements besteht. Wenn demge genüber die Stiftoberfläche über die Leiterplattenoberfläche hinausragen sollte, kann das elektronische Bauteil dann nicht mehr plan auf der Leiterplatte aufliegend montiert werden, so daß zwischen der Leiterplattenoberfläche und der Bauteilun terseite ein den Stift umgebender Spalt gebildet wird, der nicht nur die Kühlwirkung massiv herabsetzt, sondern auch die Befestigungsstabilität des Bausteins stark beeinträchtigt. When assembling base plates, for example conductors plates, with mechanical, electrical or electronic In some cases, there is a requirement for components that the Se components are attached so that their surface in egg a defined altitude relative to the base plate surface che lies. For example, to improve cooling effect in the back with a plate-shaped heat sink one or more well-heated items on the coated circuit board ing components in the form of conductive pins (rivets) introduced that their surface flat with the printed circuit board finishes so that a subsequent assembly renden, to be cooled component with its underside in op maximum thermal contact with the inserted pen and thus brought with the back heat sink can. In contrast, if the surface of the pen below the surface of the PCB should lie between between the surface of the pen and the underside of the item to be cooled electronic component, an air gap so that the cooling wir kung is greatly deteriorated and the risk of thermi overload of the power element. If demge opposite the pin surface over the circuit board surface the electronic component cannot protrude more flat on the PCB, so that between the circuit board surface and the component a gap surrounding the pin is formed not only massively reduces the cooling effect, but also that Fastening stability of the block severely impaired.
Ähnliche Probleme können sich auch in anderen Fällen stellen, bei denen Bauteile mit einem definierten Höhenversatz gegen über der Basisplatte, d. h. vorstehend oder vertieft, montiert werden müssen, damit beispielsweise ein nachfolgender Bestü ckungs- oder Montagevorgang planmäßig ablaufen kann.Similar problems can arise in other cases, where components with a defined height offset against over the base plate, d. H. protruding or recessed, mounted must be, for example, a subsequent stock Packing or assembly process can run according to plan.
Die Korrektheit der Montage von Bauteilen kann zwar visuell überprüft werden, jedoch ergibt sich hier keine ausreichende Bewertungssicherheit, insbesondere wenn nur geringe Toleran zen zulässig sind. Wenn stattdessen eine punktuell messende Meßvorrichtung, z. B. eine 3D-Meßvorrichtung mit Messungen in drei Dimensionen verwendet wird (siehe z. B. US 4,800,652 oder US 5,724,745), ergibt sich hoher Aufwand.The correctness of the assembly of components can be visual checked, but here is not sufficient Valuation certainty, especially if only low tolerance zen are permitted. If instead a selective measurement Measuring device, e.g. B. a 3D measuring device with measurements in three dimensions is used (see e.g. US 4,800,652 or US 5,724,745), there is a lot of effort.
Die DE 85 30 818 U1 offenbart eine Messvorrichtung zum Messen der Höhenlage der Oberfläche eines in einer Basisplatte ange brachte Bauelemnents relativ zu der Basisplattenoberfläche mit auf die Basisplatte aufsetzbaren Abstandshaltern, zwi schen denen Messtaster relativ zu den Abstandhaltern beweg lich gelagert sind, die eine Schaltfunktion in Abhängigkeit eines Abstandes zu der Leiterplattenebene aufweisen und die Bauhöhe des Bauteils abtasten.DE 85 30 818 U1 discloses a measuring device for measuring the height of the surface of a base plate brought building elements relative to the base plate surface with spacers that can be placed on the base plate, between those probes move relative to the spacers Lich stored that a switching function depending have a distance to the circuit board level and the Scan the overall height of the component.
Die DE 44 43 534 C1 offenbart eine Meßvorrichtung des Über stands von Stanzstempeln über die Umfangsoberfläche eines Ro tationsstanzzylinders mit einer auf die Rotationsstanzzylin deroberfläche aufsetzbaren Auflage, in deren Innerem ein Meß taster mit einem Messfühler in Form einer Kufe relativ zur Auflsge beweglich gelagert ist und einer mit dem Messtaster verbundenen Messuhr zum Messen der Messtaster-Lage.DE 44 43 534 C1 discloses a measuring device of the Uber stamps on the circumferential surface of a Ro tationsstanzzylinders with one on the Rotationsstanzzylin the surface mountable edition, inside of which a measurement button with a sensor in the form of a skid relative to the Aufschlge is movably mounted and one with the probe connected dial gauge for measuring the probe position.
Die US 4 653 191 offenbart eine Messvorrichtung zum Messen der Einstellung eines Pfeilführungsknopfes an einem Sportbo gen und zwar zum Messen der Lage der Oberfläche des Pfeilfüh rungsknopfes relativ zu der Oberfläche des Bogen fensters, in dem er angebracht ist, mit einer auf die Bogen fensteroberfläche aufsetzbaren Messgabel, innerhalb der ein Meßtaster mit planer, parallel zur Messgabelspitzebene ver laufender Grundfläche relativ zur Messgabel beweglich gela gert ist, und mit einer mit dem Messtaster verbundenen Mess- Skala zum Messen der Messtaster-Lage.US 4,653,191 discloses a measuring device for measuring the setting of an arrow guide button on a sports bo conditions for measuring the position of the surface of the arrow guide button relative to the surface of the bow window in which it is installed with one on the arch window surface mountable measuring fork, within the one Probe with planer, parallel to the measuring fork tip level running base movable relative to the measuring fork device and with a measuring device connected to the Scale for measuring the probe position.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung zum Messen der Höhenlage eines an oder in einer Basisplatte angebrachten Bauelements relativ zu dieser Basisplatte zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine zuverlässige, einfach durchführbare Messung ermöglicht.The invention has for its object a measuring device for measuring the height of one on or in a base plate attached component relative to this base plate create that with simple structure a reliable, simple feasible measurement enabled.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.This object is achieved with those mentioned in claim 1 Features resolved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüche angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the sub claims specified.
Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist mit einem auf die Ba sisplatte aufsetzbaren Meßrohr und einem in diesem geführten, beweglichen Meßtaster mit planer Tastfläche versehen. Zur Messung wird das Meßrohr so auf die Basisplatte aufgesetzt, daß es das zu messende Bauelement umgibt. Der Meßtaste wird mit seiner planen Abtastfläche an die Bauelementoberfläche angedrückt und liegt damit stets an dem höchsten Oberflächen punkt des Bauelements an, unabhängig davon, ob dessen Ober fläche plan, schräg, halbkugelförmig oder in sonstiger Weise gekrümmt verläuft. Selbst wenn der höchste Oberflächenpunkt gegenüber der Bauelement-Mittelachse versetzt sein sollte, wird die parallel zur Basisplattenebene orientierte Ab tastfläche des Meßtasters stets auf diesen höchsten Oberflä chenpunkt eingestellt. Durch Messung der Abweichung zwischen der aktuellen Höhenlage der Meßtaster-Grundfläche gegenüber der in der Regel durch die Meßrohr-Mündungsoberfläche gebil deten Referenzebene läßt sich die Höhenlage des obersten Oberflächenpunkts des zu messenden Bauteils relativ zu dieser Referenzebene exakt ermitteln. Diese Abweichung kann gegebe nenfalls direkt an einer an der Meßvorrichtung angebrachten Meßskala visuell abgelesen werden, wird vorzugsweise aber in Form eines elektrischen Signals an eine Auswerteeinrichtung gesendet, die das Meßergebnis mit einem Sollwert vergleicht und ermittelt, ob die Bauteil-Höhenlage in oder außerhalb ei nes zulässigen Toleranzbereichs liegt.The measuring device according to the invention is with a Ba sis plate attachable measuring tube and a guided in this Provide a movable probe with a flat tactile surface. For Measurement, the measuring tube is placed on the base plate that it surrounds the component to be measured. The measure button will with its flat scanning surface on the component surface pressed and is therefore always on the highest surface point of the component, regardless of whether its upper flat, oblique, hemispherical or in any other way is curved. Even if the highest surface point should be offset from the component center axis, Ab is oriented parallel to the base plate level tactile surface of the probe always on this highest surface set point. By measuring the deviation between compared to the current height of the probe base which is usually created by the measuring tube mouth surface The reference level can be the altitude of the top Surface point of the component to be measured relative to this Determine reference plane exactly. This deviation can exist if necessary, directly on one attached to the measuring device Measuring scale can be read visually, but is preferably in Form of an electrical signal to an evaluation device sent, which compares the measurement result with a target value and determines whether the component height is inside or outside permissible tolerance range.
Vorzugsweise stimmt die Form der Meßtaster-Grundfläche mit der Querschnittsform des zu messenden Bauteils überein, wobei die Abmessungen der Grundfläche (Seitenlängen oder Durchmes ser) gleich groß wie oder nur geringfügig kleiner sind als die Querschnittsabmessungen des zu messenden Bauelements. Da mit wird die Bauelement-Oberfläche bei der Messung vollstän dig, oder zumindest im wesentlichen, durch den Meßtaster überdeckt, so daß auch eventuell hochstehende, eine spätere Montage eines elektronischen Bauelements störende Bauelement- Randbereiche detektierbar sind. Zudem kann der Meßtaster bei vertiefter Anbringung des zu messenden Bauelements in die entsprechende Basisplatten-Öffnung eintauchen und damit eine Messung auch in einer Lage unterhalb der Basisplattenoberflä chenebene ausführen.The shape of the probe base preferably coincides the cross-sectional shape of the component to be measured, where the dimensions of the base area (side lengths or diam ser) are the same size as or only slightly smaller than the cross-sectional dimensions of the component to be measured. There with the component surface is complete during the measurement dig, or at least essentially, by the probe covered, so that eventually standing, a later Assembly of an electronic component Edge areas are detectable. In addition, the probe can deeper mounting of the component to be measured in the Immerse the corresponding base plate opening and thus one Measurement also in a position below the base plate surface Execute at the kitchen level.
Vorzugsweise ist mindestens der obere Bereich der zur Aufnah me des zu messenden Bauelements dienenden Basisplatten- Öffnung gegenüber den Abmessungen des Bauelements verbreitet, so daß zwischen dem Bauelement-Seitenrand und der Aufnahme öffnung ein Freiraum, z. B. ein Ringspalt, vorhanden ist. Dies erleichtert die Positionierung des Meßtasters, da selbst bei geringfügen Achsenversatz zwischen der Bauelement-Mittelachse und der Meßtaster-Mittelachse keine Gefahr besteht, daß der Meßtaster an dem oberen Öffnungsrand der zur Bauelementauf nahme dienenden Basisplatten-Öffnung in Anlage kommt und blockiert wird, d. h. nicht bis zur Oberseite des Bauelements hinab tauchen kann.At least the upper area is preferably that for receiving of the base plate serving to be measured Opening in relation to the dimensions of the component, so that between the component side edge and the receptacle opening a space, e.g. B. an annular gap is present. This makes it easier to position the probe because even at slight axis offset between the component center axis and the probe center axis there is no risk that the Probe on the upper edge of the opening to the component serving base plate opening comes into contact and is blocked, d. H. not up to the top of the device can dive down.
Bei dem Meßobjekt handelt es sich vorzugsweise um einen mas siven Rundniet, der in einer Leiterplatte angebracht ist und eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen einem rückseitigen Kühlkörper und der Unterseite eines auf der gegenüberliegen den Leiterplattenseite zu montierenden, wärmeerzeugenden Bau teils, insbesondere Leistungshalbleiterbauelements herstellt.The measurement object is preferably a mas sive round rivet, which is attached in a circuit board and a good heat-conducting connection between a back Heatsink and the bottom one on the opposite the circuit board side to be assembled, heat generating construction partly, especially power semiconductor device.
Vorzugsweise ist das Meßrohr samt Meßtaster an einem in Ver tikalrichtung beweglichen Stativ angebracht. Die Bewegung in der Horizontalebene erfolgt entweder durch Antrieb des Sta tivs in dieser Ebene, oder vorzugsweise durch Anordnung der Meßobjekte, beispielsweise der Leiterplatten, auf einem in der Horizontalebene (Richtungen X und Y) beweglichen Meß tisch.Preferably, the measuring tube together with the probe on one in Ver tical direction movable tripod attached. The movement in the horizontal plane is done either by driving the Sta tivs in this level, or preferably by arranging the DUTs, such as the circuit boards, on a in the horizontal plane (directions X and Y) movable measuring table.
Die Meßvorrichtung zeichnet sich durch einfachen Aufbau, leichte Bedienbarkeit und sehr gute Meßgenauigkeit aus und erlaubt zuverlässige Messungen im Mikrometerbereich mittels einer standardmäßigen, mit dem Meßtaster verbundenen Mikrome ter-Meßuhr. Die Meßvorrichtung ist damit auch direkt im Pro duktionsbereich zur Ausführung schneller und genauer Messun gen der Höhenlage der montierten Bauelemente, insbesondere der Wärmeleitungs-Nieten (beispielsweise Kupfernieten), ein setzbar.The measuring device is characterized by a simple structure, easy usability and very good measuring accuracy from and allows reliable measurements in the micrometer range a standard microme connected to the probe ter dial gauge. The measuring device is also directly in the Pro Production area for quick and accurate measurements against the height of the assembled components, in particular the heat conduction rivets (for example copper rivets) settable.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrie ben.The invention is illustrated below by means of an embodiment game described with reference to the drawings ben.
Fig. 1 zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellte Seiten ansicht des Ausführungsbeispiels, Fig. 1 is a side partially sectioned view showing the embodiment
Fig. 2 zeigt eine von der rechten Seite der Fig. 1 her gese hene Seitenansicht des Ausführungsbeispiels, Fig. 2 shows one of the Figure from the right side. 1 sailed forth hene side view of the embodiment,
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel, und Fig. 3 shows a plan view of the embodiment, and
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Meßab schnitts einschließlich einer Leiterplatte. Fig. 4 shows an enlarged sectional view of the Meßab section including a circuit board.
Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel der Meßvor richtung weist ein sich in vertikaler Richtung erstreckendes Stativ 1 auf, an dem eine vertikal verlaufende Schienenanord nung 2 angebracht ist. An der Schienenanordnung 2 ist ein Schlitten 3 vertikal beweglich geführt, der mit einem hori zontal verlaufenden Trägerarm 4 fest verbunden ist. Der Trä gerarm 4 trägt an seinem freien Ende eine Meßeinrichtung 5 mit Meßuhr 6, Meßrohr (Meßhülse) 7 und in dieser geführtem Meßtaster 8.The embodiment shown in the figures of the Meßvor direction has a tripod 1 extending in the vertical direction, on which a vertically extending rail arrangement 2 is attached. On the rail assembly 2 , a carriage 3 is vertically movably guided, which is fixedly connected to a horizontal support arm 4 . The Trä gerarm 4 carries at its free end a measuring device 5 with dial gauge 6 , measuring tube (measuring sleeve) 7 and in this guided probe 8th
Am oberen Ende des Stativs 1 ist eine horizontal verlaufende Stützplatte 9 fest angebracht, mit der eine Stelleinrichtung 10 zur Einstellung der vertikalen Lage des Trägerarms 4 und damit der Meßeinrichtung 5 verbunden ist. Die Stelleinrich tung 10 umfaßt einen manuell betätigbaren, an der Oberseite der Stelleinrichtung 10 angebrachten Hebel 11 (siehe Fig. 2). In der in Fig. 2 durchgezogen gezeigten Hebellage befindet sich die Meßeinrichtung 5 in der abgesenkten Meßposition, wo hingegen durch Umlegen des Hebels 11 in die entgegengesetzte, strichliert gezeigte Lage der Trägerarm 4 und damit die Meßeinrichtung 5 in eine angehobene Lage hochbewegt wird, in der das Meßobjekt, z. B. die Leiterplatte mit eingepreßtem Niet, austauschbar ist.At the upper end of the stand 1 , a horizontally extending support plate 9 is fixedly attached, with which an adjusting device 10 for adjusting the vertical position of the support arm 4 and thus the measuring device 5 is connected. The actuating device 10 comprises a manually operable lever 11 attached to the top of the actuating device 10 (see FIG. 2). In the lever position shown in solid line in Fig. 2, the measuring device 5 is in the lowered measuring position, where, however, by moving the lever 11 in the opposite position shown in broken lines, the support arm 4 and thus the measuring device 5 is moved up into a raised position in which the measurement object, e.g. B. the circuit board with pressed rivet is interchangeable.
Das Stativ 1 ist auf einer horizontal verlaufenden Bodenplat te 12 befestigt, die zugleich als Standfläche für die Meßvor richtung dient und sich unterhalb des Trägerarms 4 über die sen hinausreichend erstreckt. Auf der Bodenplatte 12 ist im Bereich unterhalb der Meßeinrichtung 5 ein tischförmiger Hal ter 13 zum Halten eines Meßobjekts so angebracht, daß er in der horizontalen Ebene, d. h. in Richtung der Achsen X und Y, bewegbar ist. Damit kann die Meßstelle unter die Meßeinrich tung 5 bewegt werden. Die Verstellung des Halters 13 in der Horizontalebene kann manuell oder unter motorischer Steuerung ausgeführt werden.The tripod 1 is mounted on a horizontally extending Bodenplat te 12 , which also serves as a footprint for the Meßvor direction and extends below the support arm 4 beyond the sen extending. On the bottom plate 12 in the area below the measuring device 5, a table-shaped Hal ter 13 for holding a measurement object is attached so that it is movable in the horizontal plane, ie in the direction of the axes X and Y. So that the measuring point under the Meßeinrich device 5 can be moved. The adjustment of the holder 13 in the horizontal plane can be carried out manually or under motor control.
Der Halter 13 weist Positionierungselemente, z. B. in Form von aufrecht stehenden Positionierungsstiften 14 auf, die in ent sprechende Ausnehmungen des Meßobjekts, hier einer eine Ba sisplatte bildende Leiterplatte 15 einführbar sind.The holder 13 has positioning elements, for. B. in the form of upright positioning pins 14 which are in ent speaking recesses of the object, here a Ba sisplatte forming circuit board 15 are inserted.
Zur Durchführung einer Messung wird zunächst das plattenför mige Meßobjekt, beispielsweise eine oder mehrere Leiterplat ten 15, auf den rahmenförmigen Halter 13 aufgebracht und dort exakt positioniert, wonach der Halter 13 manuell oder moto risch, z. B. durch Führung an Anschlagleisten mittels einer X- Y-Antriebseinrichtung, so verschoben wird, daß die Meßpositi on des Meßobjekts direkt unterhalb dem Meßrohr 7 positioniert ist. Hierbei befindet sich die Meßeinrichtung 5 samt Schlit ten 3 und Trägerarm 4 in der angehobenen Stellung (Hebel 11 ist in die in Fig. 4 strichliert gezeigten Position ge bracht), so daß ausreichender Freiraum zwischen der Untersei te der Meßeinrichtung und der Oberseite des Meßobjekts vor handen ist. Nach Einfahren des Meßobjekts in die Meßposition, an der sich die hinsichtlich ihrer Höhenlage zu messende Kom ponente befindet, wird die Meßeinrichtung 5 durch Umlegen des Hebels 11 in die in Fig. 2 mit durchgehenden Linien veran schaulichte Position so abgesenkt, daß das untere, offene, plane und in der Horizontalebene liegende Ende des Meßrohrs 7 in Anlage an der Oberfläche des Meßobjekts (Basisplatte) ge langt und dann die Höhenlage der Oberfläche bzw. des höchsten Oberflächenpunkts des abgetasteten Bauelements gemessen wird. To carry out a measurement, the plattenför shaped measurement object, for example one or more printed circuit boards 15 , is first applied to the frame-shaped holder 13 and positioned exactly there, after which the holder 13 is manually or mechanically, for. B. by guiding on stop bars by means of an X-Y drive device so that the Meßpositi on of the test object is positioned directly below the measuring tube 7 . Here is the measuring device 5 including Schlit th 3 and support arm 4 in the raised position (lever 11 is brought into the position shown in dashed lines in Fig. 4 ge), so that there is sufficient space between the underside te of the measuring device and the top of the object in front is there. After moving the measuring object into the measuring position at which the component to be measured with regard to its altitude is located, the measuring device 5 is lowered by moving the lever 11 into the position illustrated in FIG. 2 by solid lines so that the lower, open one , plane and lying in the horizontal plane end of the measuring tube 7 in contact with the surface of the measurement object (base plate) ge and then the height of the surface or the highest surface point of the scanned component is measured.
In Fig. 4 ist der Aufbau der Meßeinrichtung 5 zusammen mit einem Meßobjekt in größeren Einzelheiten dargestellt. Das im Querschnitt kreisringförmige Meßrohr 7 enthält in seinem un teren Bereich eine Innenschulter 7', die eine horizontale An schlagfläche für eine entsprechende, horizontal verlaufende Gegenschulter 8' des in dem Meßrohr 7 geführten Meßtasters 8 bildet. Der untere Bereich der Außenwand der Meßhülse 7 ist keilförmig verjüngt, während der Innendurchmesser der Durch gangsbohrung des Meßrohrs 7 in diesem Bereich konstant bleibt. Damit besitzt die Meßhülse 7 bei konstantem Innen lochdurchmesser eine verschmälerte Mündungswanddicke und kann damit in Form eines schmalen Rings auf die Oberfläche des Meßobjekts, hier der Leiterplatte 15, so aufgesetzt werden, daß es das zu messende Bauelement umgibt. Die Leiterplatte 15 besteht aus einer isolierenden Trägerplatte 16, auf deren Oberseite Lötanschlußflächen 17 zum flächigen Anlöten von Leistungs-Halbleiterbauelementen mit unterseitigem Kühlkör per, sowie nicht gezeigte Leiterbahnen, Kontaktpunkte, Löt stellen usw. vorgesehen sind. Nach dem Meßvorgang wird die Leiterplatte 15 in der ausführungsgemäßen Weise mit elektri schen und elektronischen Bauteilen bestückt. Auf der Unter seite der Leiterplatte 15 ist eine dicke Kühlplatte 18 aus Metall, z. B. Aluminium oder Kupfer, fest angebracht, die zur Wärmeabfuhr der von den auf der Oberseite der Trägerplatte 16 angebrachten Leistungsbauelementen während deren Betrieb er zeugten Wärme dient.In FIG. 4, the construction of the measuring device 5 is shown together with an object to be measured in more detail. The cross-sectionally circular measuring tube 7 contains in its lower region an inner shoulder 7 ', which forms a horizontal striking surface for a corresponding, horizontally extending counter shoulder 8 ' of the measuring probe 8 guided in the measuring tube 7 . The lower area of the outer wall of the measuring sleeve 7 is tapered in a wedge shape, while the inside diameter of the through bore of the measuring tube 7 remains constant in this area. So that the measuring sleeve 7 has a constant inner hole diameter a narrowed wall thickness and can thus be placed in the form of a narrow ring on the surface of the object, here the circuit board 15 , that it surrounds the component to be measured. The circuit board 15 consists of an insulating carrier plate 16 , on the upper side solder pads 17 for the flat soldering of power semiconductor components with heat sink underside, as well as conductor tracks, contact points, soldering, not shown, etc. are provided. After the measurement process, the printed circuit board 15 is equipped with electrical and electronic components in the manner described. On the underside of the circuit board 15 is a thick cooling plate 18 made of metal, for. As aluminum or copper, firmly attached, which serves to dissipate the heat generated by the power components attached to the top of the carrier plate 16 during their operation.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung ist in der Kühlplatte 18 ein Niet 19 fest eingebracht, z. B. eingepreßt, der aus gut wärmeleitendem Material, vorzugsweise Kupfer oder dem glei chen Material wie die Kühlplatte 18, besteht und als massiver Vollzylinder ausgebildet ist. Der Niet 19 ist in eine kreis förmige Öffnung der Kühlplatte 18 mit direktem, innigem Sei tenwandkontakt eingebracht und ragt durch ein kreisförmiges Loch 20 der Trägerplatte 16 hindurch nach oben vor, derart, daß seine oberseitige Stirnfläche entwurfsgemäß fluchtend in der Oberflächenebene der Trägerplatte 16 liegt. Das kreisför mige Loch 20 der Trägerplatte 16 besitzt geringfügig größeren Durchmesser als der Niet 19, so daß ein entsprechender kreis ringförmiger, den Niet 19 umgebender Ringspalt gebildet ist. Dieser Ringspalt wird bei der späteren Lötmontage eines Lei stungsbauelements auf der Lötfläche 17 mit Lot gefüllt, um die Wärmeübertragung und gegebenenfalls auch die mechanische Stabilität zu verbessern. Der Durchmesser des kreisförmigen Lochs 20 ist etwas geringer oder höchstens gleich groß wie der Innendurchmesser der Bohrung des Meßrohrs 7, so daß die Meßrohrmündung stabil auf dem das Loch 20 umgebenden Träger plattenmaterial aufsetzen kann.To improve the heat transfer, a rivet 19 is firmly inserted in the cooling plate 18 , e.g. B. pressed in, which consists of good heat-conducting material, preferably copper or the same material as the cooling plate 18 , and is designed as a solid solid cylinder. The rivet 19 is introduced tenwandkontakt in a circular opening of the cooling plate 18 with direct, intimate Be and protrudes through a circular hole 20 of the support plate 16 passes upwardly, so that its upper-side end surface is as designed in alignment in the surface plane of the carrier plate sixteenth The circular hole 20 of the support plate 16 has a slightly larger diameter than the rivet 19 , so that a corresponding circular ring, the rivet 19 surrounding annular gap is formed. This annular gap is filled with solder during the later soldering assembly of a power component on the soldering surface 17 in order to improve the heat transfer and possibly also the mechanical stability. The diameter of the circular hole 20 is slightly smaller or at most the same size as the inside diameter of the bore of the measuring tube 7 , so that the measuring tube mouth can be placed on the plate 20 surrounding the hole 20 carrier.
Die Höhenlage der Stirnfläche des Niets 19 unterliegt sehr engen Toleranzen, beispielsweise +0,05 mm bis -0,07 mm, da gewährleistet sein muß, daß der auf dem Niet 19 und der Löt fläche 17 zu montierende Leistungstransistor, vorzugsweise mit unterseitigem Kühlkörper, vollflächig auf der Lötfläche 17 aufliegt und zugleich auch innigen Kontakt mit dem Niet 19 zur optimalen Wärmeableitung zur Kühlplatte 18 aufweist.The height of the end face of the rivet 19 is subject to very narrow tolerances, for example +0.05 mm to -0.07 mm, since it must be ensured that the power transistor to be mounted on the rivet 19 and the solder surface 17 , preferably with a heat sink on the underside, fully rests on the soldering surface 17 and at the same time also has intimate contact with the rivet 19 for optimal heat dissipation to the cooling plate 18 .
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist der Meßtaster 8 in seinem unteren Bereich im Durchmesser derart verkleinert, daß er dem Durchmesser des zu messenden Bauelements, d. h. hier des Niets 19 entspricht oder geringfügig kleiner als der Nietdurchmes ser ist. Dieser durchmesserverkleinerte untere Abschnitt des Meßtasters 8 geht über eine radial horizontal auswärts ver laufende Schulter 8" in einen durchmesserverbreiterten Meß taster-Abschnitt über, dessen Durchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des Meßrohrlochs unterhalb der Meßrohrschul ter 7' entspricht und damit durch diesen führbar ist. Ebenso entspricht der Durchmesser des zylindrischen Meßtasters ober halb der Schulter 8' im wesentlichen dem Innendurchmesser des Meßrohrlochs oberhalb der Schulter 7', so daß auch hier gute Meßtasterführung sichergestellt wird, die eine Meßtaster- Bewegung lediglich in vertikaler Richtung, nicht aber in ra dialer Richtung zuläßt. Alternativ kann die untere Führungs fläche zwischen den Schultern 7' und 8" auch entfallen, in dem beispielsweise die Schulter 8" gewissermaßen bis nach oben zur Schulter 8' hochverlagert wird.As can be seen from Fig. 4, the probe 8 is reduced in diameter in its lower region such that it corresponds to the diameter of the component to be measured, ie here the rivet 19 or is slightly smaller than the rivet diameter. This reduced-diameter lower section of the probe 8 passes over a radially horizontally outwardly extending shoulder 8 "into a diameter-widened probe section, the diameter of which corresponds substantially to the inside diameter of the measuring tube hole below the measuring tube shoulder 7 'and can thus be guided through it corresponds to the diameter of the cylindrical probe upper half of the shoulder 8 'substantially the inner diameter of the measuring tube hole above the shoulder 7 ', so that good probe guidance is also ensured here, which allows a probe movement only in the vertical direction, but not in ra dialer direction Alternatively, the lower guide surface between the shoulders 7 'and 8 "can also be omitted by, for example, shifting the shoulder 8 " up to the shoulder 8 '.
Der Meßtaster 8 ist nach unten vorgespannt, beispielsweise durch eine Feder 21, so daß der Meßtaster 8 in der angehobe nen Meßeinrichtungs-Stellung aus dem Meßrohr 7 nach unten vorsteht und sich die Schultern 7' und 8' in Anlage befinden. Die Feder 21 kann in der schematisch dargestellten Meßuhr 6 angeordnet sein, die eine gleichfalls nur schematisch gezeig te Sensoranordnung 22 zur Messung der aktuellen Meßtasterlage in Vertikalrichtung mit einer Genauigkeit im Mikrometerbe reich erlaubt. Je nach gewünschter Meßgenauigkeit wird eine entsprechend exakte Meßuhr eingesetzt, die vorzugsweise mit einer Meßgenauigkeit von ±1 µm elektronisch mißt.The probe 8 is biased downward, for example by a spring 21 , so that the probe 8 protrudes downward from the measuring tube 7 in the raised measuring device position and the shoulders 7 'and 8 ' are in contact. The spring 21 can be arranged in the schematically shown dial gauge 6 , which also allows a schematically shown ge sensor arrangement 22 for measuring the current probe position in the vertical direction with an accuracy in the micrometer range. Depending on the desired measuring accuracy, a correspondingly exact dial gauge is used, which preferably measures electronically with a measuring accuracy of ± 1 µm.
Nach Positionierung der Leiterplatte 15 unterhalb der angeho benen Meßeinrichtung 5 derart, daß die Mittelachse des Niets 19 im wesentlichen mit der Mittelachse des Meßtasters 8 aus gerichtet ist, wird die Meßeinrichtung 5 in die abgesenkte Lage verfahren, bis das Meßrohr 7 mit seiner unterseitigen Öffnung auf der Trägerplatte 16 bzw. der dort vorhandenen Lötfläche 17 aufliegt. Hierbei gelangt die plane Stirnfläche des Meßtasters 8 in Anlage mit der Oberfläche des Niets 19 und wird durch diesen relativ zum Meßrohr 7 nach innen ver schoben. Diese Bewegung wird von der Sensoranordnung 22 der fest mit dem Meßrohr 7 verbundenen Meßuhr 6 erfaßt, so daß die Höhenlage der Oberfläche bzw. des oberflächenhöchsten Punkts des Niets 19 mit Mikrometer-Genauigkeit erfaßbar ist. Bei der Meßuhr 6 kann es sich beispielsweise um eine handels übliche digitale Meßuhr handeln, die über ein das Meßsignal übertragendes Kabel an eine Auswerteeinrichtung, beispiels weise einen Computer, angeschlossen sein kann. Zur Kalibrie rung der Meßuhr 6 vor einer aktuellen Messung wird vorzugs weise eine Referenzmessung ausgeführt, bei der die Meßein richtung 5 auf eine plangeschliffene Fläche aufgesetzt wird. Hierbei wird die Stirnfläche des Meßtasters 8 zwangsweise ex akt in die Stirnflächenebene des Meßrohrs 7 verlagert. Diese Stellung wird als Nullpunkt registriert, wobei nachfolgende Verlagerungen der Meßtaster-Stirnfläche aus dieser Ebene her aus nach unten als negative Werte, Verlagerungen der Meßta ster-Stirnfläche ins Innere der Meßhülse hinein demgegenüber als positive Werte eingestuft werden.After positioning the printed circuit board 15 below the measuring device 5 raised so that the central axis of the rivet 19 is essentially aligned with the central axis of the probe 8 , the measuring device 5 is moved into the lowered position until the measuring tube 7 with its opening on the underside the carrier plate 16 or the soldering surface 17 present there rests. Here, the flat end face of the probe 8 comes into contact with the surface of the rivet 19 and is pushed by this relative to the measuring tube 7 inwards ver. This movement is detected by the sensor arrangement 22 of the dial gauge 6 , which is firmly connected to the measuring tube 7 , so that the height of the surface or the surface-highest point of the rivet 19 can be detected with micrometer accuracy. The dial gauge 6 can be, for example, a commercially available digital dial gauge, which can be connected to an evaluation device, for example a computer, via a cable transmitting the measurement signal. To calibrate the dial gauge 6 prior to a current measurement, a reference measurement is preferably carried out, in which the measuring device 5 is placed on a flat-ground surface. Here, the end face of the probe 8 is forcibly shifted ex act into the end face plane of the measuring tube 7 . This position is registered as the zero point, with subsequent displacements of the probe end face from this level downward as negative values, displacements of the probe end face into the interior of the measuring sleeve, on the other hand, being classified as positive values.
Die Stirnflächengeometrie des Meßtasters 8 ist an die Ober flächengeometrie des zu messenden Bauelements angepaßt und kann z. B. bei quadratischem Bauelement quadratisch sein.The end face geometry of the probe 8 is adapted to the upper surface geometry of the component to be measured and can, for. B. be square with a square component.
Wie aus der in Fig. 3 gezeigten Draufsicht erkennbar ist, kann der rahmenförmige Halter 13 so ausgelegt sein, daß er zwei Leiterplatten 15 nebeneinanderliegend halten kann, die sukzessiv gemessen werden. Die Leiterplatten 15 sind mit strichpunktierten Linien dargestellt. Der Halter 13 weist ei ne rechteckförmige, durch eine dicke Linie umrandete Vertie fung 23 auf, in der die Kühlplatten 18 der beiden Leiterplat ten nebeneinanderliegend einbringbar sind. Hierdurch wird ei ne sichere Halterung der Leiterplatten 15 gewährleistet. Die Leiterplatten 15 weisen jeweils zwei Ausnehmungen 24 für die Positionierstifte 14 und zwei Nieten 19 auf, die hinsichtlich ihrer Höhenlage sukzessiv durch entsprechende Verstellung des Halters 13 gemessen werden.As can be seen from the top view shown in FIG. 3, the frame-shaped holder 13 can be designed in such a way that it can hold two printed circuit boards 15 next to one another, which are successively measured. The circuit boards 15 are shown with dash-dotted lines. The holder 13 has egg ne rectangular, surrounded by a thick line Vertie tion 23 , in which the cooling plates 18 of the two printed circuit boards th side by side can be introduced. This ensures egg ne secure mounting of the circuit boards 15 . The circuit boards 15 each have two recesses 24 for the positioning pins 14 and two rivets 19 , which are successively measured in terms of their height by corresponding adjustment of the holder 13 .
Die Meßvorrichtung eignet sich nicht nur zur Messung der Hö henlage von Nieten 19, sondern allgemein von Bauelementen, deren Höhenlage relativ zu der Trägerplattenebene von Wich tigkeit ist.The measuring device is suitable not only for measuring the height of rivets 19 , but generally of components, the height of which is relative to the carrier plate plane of importance.
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