Gerät zum Steuern der Betriebsparameter eines Ladungsträgerstrahles und der Lage desselben relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Steuern der Betriebsparameter eines Ladungsträgerstrahles und der Lage desselben relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück. Nach dem gegenwärtigen Stand der Tech nik werden die Leitungen zwischen den einzelnen Komponenten und Kristallkreisen in mikrominiaturi sierten Vorrichtungen von Hand durch Löten in einem äusserst aufwendigem und zeitraubenden Verfahren un ter starken Mikroskopen gezogen.
Bis heute ist es unmöglich geblieben, das Verfahren des Schweissens oder der anderweitigen Befestigung der Leitungen an Transistoren oder Elektronikblocks an Kontaktleisten auf Platten zu automatisieren, auf die Verbindungs pfade aufgedampft, plattiert oder aufgedruckt sind. Dieses Unvermögen, ein solches Verfahren zu automa tisieren, ist darin begründet, dass die Herstellungsko sten von Halbleitervorrichtungen den erzielbaren Her stellungstoleranzen eine Grenze setzen. Das heisst, dass man bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen und insbesondere von Elektronikblocks bei tragbaren Kosten besonders darauf achten muss, dass die Ferti gungstoleranzen der Vorrichtungen oder der herme tisch abgedichteten Packungen, in welche solche Vor richtungen eingeschlossen werden, nicht unnötig einge schränkt werden.
Deshalb ist es nicht unwahrschein lich, dass bei der Herstellung von hermetisch eingekap selten Anschlussvorrichtungen an denjenigen Stellen, an denen Leiter angebracht werden, Toleranzen von 0,00762 cm (0,003 Zoll) bestehen, um die Herstel lungskosten solcher Vorrichtungen klein zu halten.
Das Schweissen mit einem Elektronenstrahl stellt ein sehr günstiges Verfahren zum Anschliessen der Leitungen solcher Verbindungsvorrichtungen an die Kontaktstreifen eines Schaltbrettes dar. Die Verwen dung eines Elektronenstrahles ist vorteilhaft, da sich ein Elektronenstrahl als Werkzeug leicht steuern lässt, da man ihn mühelos bündeln kann, da sich seine Lei stung einfach einstellen lässt und da er elektrisch auf einen beliebigen Punkt ausgelenkt werden kann.
Ein solches auf der Anwendung eines Elektronen- strahles beruhendes Verfahren lässt sich weiter ohne die Gefahr ausführen, dass naheliegende Halbleiterele mente thermisch beschädigt werden, da die mit dem Strahl erzeugte Schmelzverbindung in äusserst kurzer Zeit und mit einem hohen Energieausnutzungsgrad bewirkt werden kann. Dies ist möglich, da die mit den heute vorhandenen Elekbronenstrahlgeneratoren erhält- liöhen Energiedichten bis zu 10 Watt pro 6,45 am2 (1 Quadratzoll) betragen können.
Zum Erreichen aller dieser Vorteile muss der ver wendete Elektronenstrahlgenerator ein Präzisionsin strument sein, das einen stark gebündelten Elektronen strahl liefert.
Solche Instrumente, wie sie z. B. in einem Zeiss- Patent beschrieben werden, ergeben Elektronen strahlen mit einer Energiedichte von 107-109 Watt pro 6,45 cm2 (1 Quadratzoll) bei einem Strahldurch- messer von 0,0127 mm (0,0005 Zoll). Bei gegebener Gesamtleistung ist die Energiedichte bei geringerem Strahldruchmesser höher, so dass die Zeit, die zum Anschliessen einer Leitung an einen Kontaktstreifen erforderlich ist, umso kürzer wird.
Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist es äusserst wichtig, die zum An schliessen einer Leitung an einen Kontaktstreifen erfor derliche Zeit herabzusetzen, da damit die Gefahr einer thermischen Schädigung der Halbleiterelemente ver mindert wird.
Elektronenstrahl-Schweissen ist das einzige heute vorhandene wirtschaftliche und praktische Verbin dungsverfahren, das für alle praktischen Zwecke die Möglichkeit einer solchen thermischen Schädigung aus schaltet. Wie man jedoch aus dem vorstehenden er sieht, ist der kleinste erhältliche Elektronenstrahldurch- messer viele Male kleiner als die den Halbleiterfabri kanten auferlegten Fertigungstoleranzen und der Strahldurchmesser ist daher kleiner als der mögliche Fehler in der Lage der Leitungen, die von den Transi storen eines Elektronikblocks ausgehen.
Das heisst, dass ein blosses Festlegen der Halbleiter vor dem Schweissen mit dem Elektronenstrahl nicht ausreicht, um eine Automation des Verfahrens zuzulassen. Mit einem Programmieren der Ablenkung des Elektronen strahles lassen sich ebenso die Leitungen nicht an die Kontaktstreifen anschliessen, da der Elektronenstrahl infolge der möglichen Schwankungen in der Lage der Leitungen an diesen vorbeitreffen kann.
Die Erfindung überwindet die oben genannten Nachteile. Erfindungsgemäss wird dies dadurch er reicht, dass Abtastmittel vorgesehen sind, die zur Er zeugung eines Steuersignals auf von dem Werkstück ausgehende Strahlung ansprechen, und auf das Steuer signal ansprechende Führungsmittel und Intensitäts- steuermittel für den Ladungsträgerstrahl vorgesehen sind, um den Ladungsträgerstrahl gegenüber der durch Strahlung abgegrenzten, zu bearbeitenden Stelle des Werkstückes in Betriebsstellung zu bringen und zu bewirken,
dass der Ladungsträgerstrahl dort die Bear beitung vornimmt.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes beschrie ben. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht mehrerer auf einer Schaltplatte angeordneter funktioneller Elektronikblocks und ande rer Schaltungselemente, wobei die Schaltplatte leitende Verbindungspfade aufweist, Fig.2 die vergrösserte Darstellung eines auf eine Schaltplatte aufgesetzten Elektronikblocks, der an die Kontaktstreifen angeschlossen werden soll, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer ersten Ausfüh rung, die mit einer Elektronenstrahlmaschine verwen det wird, Fig.4 eine vergrösserte Ansicht eines einzigen Leiters,
der von einem anschlussfertig auf eine Schalt platte aufgesetzten Elektronikblock ausgeht, und Fig.5 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausfüh rung zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Elektronenstrahlmaschine.
Fig. 1 zeigt eine typische mikrominiaturisierte elek tronische Schaltung. Diese Schaltung setzt sich aus einer Schaltplatte 10 mit Kontaktstreifen und Leitungs pfaden zusammen, die durch Auftragen in Gasatmo sphäre, Aufdampfen oder auf andere Weise gebildet wurden. Zwei Stoffe, Beryllerde (Be0) und Tonerde (A1.03), sind bisher vorwiegend zur Herstellung von Schaltplatten für Mikrominiaturkreise verwendet wor den.
Wegen ihrer höheren Wärmeleitfähigkeit eignet sich Beryllerde bestens für Fälle, bei denen hohe ther- mische Belastungen auftreten, wie in Servorverstärkern. Tonerde ist dann von Interesse, wenn ausergewöhnli- che thermische Belastungen nicht erwartet werden, da sie sich fabrikationsmässig leichter bearbeiten lässt. In einem typischen Fall werden die Kontaktplättchen 12,
an die die Leitungen von den aktiven und passiven Schaltungselementen angeschlossen werden sollen, auf der Oberseite der Schaltplatte ausgebildet. Vertikale Durchführungen zwischen den Kontaktplättchen und der Unterseite der Schaltplatte erhält man dadurch, dass man auf bekannte Weise mit einem Elektronen strahl oder Ultraschall Löcher in die Schaltplatten bohrt und diese dann mit leitendem Material füllt, das dann an die Kontaktplättchen angelötet oder ge- schweisst wird. Hierzu kann man Stifte aus diesen Materialien in die Bohrungen einsetzen.
Auf der Rück seite der Schaltplatte werden die Leitungspfade zur Verbindung der vertikalen Durchführungen und damit der aktiven und der passiven Schaltungselemente zur Bildung der gewünschten elektronischen Schaltung durch Aufdampfen von Chrom und Galvanisieren mit Nickel ausgebildet. Chrom wird im allgemeinen als flä chenleitender Film verwendet, da es mit solchen kera mischen Stoffen, wei Tonerde und Beryllerde, eine zähe Bindung eingeht. Zum Herabsetzen des elektri schen Widerstandes und zum Erhöhen der thermischen Leitfähigkeit wird dann Nickel auf den Chromfilm auf galvanisiert.
Dadurch wird auch eine Oberfläche ge schaffen, an die Leitungen und Stifte durch Elektro- nenstrahlschweissen, Löten usw. mühelos angeschlos sen werden können. Ein üblicherweise begangener Weg zum Ausbilden der leitenden Pfade auf der Rückseite der Schaltplatten liegt darin, dass man deren gesamte Oberfläche mit der Chrom- und Nickellage überzieht und dann Teile dieses leitenden Materials selektiv durch örtliche Verdampfung mit einem Elektronenstrahl weg- ätzt. Dieses Verfahren bildet diskrete leitende Pfade,
die durch Flächen getrennt werden, in denen das lei tende Material selektiv entfernt wurde. In den Rillen 13, die während der Herstellung der Schaltplatten in deren Oberfläche ausgebildet wurden, befinden sich bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel Elektronikblocks 14.
Die Verbindung der Anschlüsse dieser Elektronik blocks mit dem Kontaktplättchen auf der Unterlage stellt ein Problem dar, das eine Automatisierung der Herstellung solcher Schaltungen bis heute unmöglich machte. Ein typischer Elektronikblock von der heute im Handel erhältlichen Form hat Abmessungen von 0,3175 ,mal 0,635 mal 0,0889 cm (0,125x0,250 x 0,035 Zoll), wobei bis zu zehn Kovar-Leitungen 15 von einer Seite ausgehen. In einem typischen Fall haben diese Leitungen Abmessungen von 0,00762 mal 0,0254 cm <B>(0,003x0,01</B> Zoll) und einen Mittenabstand von 0,127 cm (0,05 Zoll).
Auf oder Oberseite der Schalt platte sind weiter mehrere passive Elemente ,an#ge- bracht, wie z. B. temperaturunabhängige Widerstände 16, Spannungsunabhängige Kondensatoren 17 und ein hermetisch eingekapselter Transformator 18.
Ein besseres Verständnis des vorstehend erörterten Verbindungsproblems ergibt sich bei Bezug auf Fig. 2, die einen Teil eines auf einer keramischen Schaltplatte 11 stehenden Elektronikblocks 14 zeigt, dessen Leitun gen 15 an die Kontaktplättchen 12 angeschlossen wer den sollen. Betrachtet man zuerst die rechts von dem Elektronikblock abgehende Leitung, so sei einmal an genommen, dass diese genau innerhalb des Toleranzbe reiches zentriert ist.
Um daher diese Leitung durch Elektronenstrahlschweissen mit dem darunterliegenden Kontaktplättchen zu verbinden, liesse sich die Ablenk- spannung des Elektronenstrahles so programmieren, dass der Strahl auf die Koordinaten X4, Y2 des Bar überliegenden und in Fig. 2 gezeigten Gitters abgelenkt würde. Bei einer Betrachtung der links von dem Elek tronikblock 14 ausgehenden Leitung sieht man, dass diese Leitung zwar noch innerhalb der bei der Herstel lung des Elektronikblocks zu beachtenden Toleranz grenzen liegt, doch aus ihrer optimalen Lage nach rechts verschoben ist.
Wenn daher die Strahlablenkung so programmiert wäre, dass eine Ablenkspannung ent stünde, dass der Strahl dort auf das Arbeitsstück auf treffen würde, wo eine Leitung optimal auf einem Kon- taktplättchen liegt, wie an den Koordinaten X2, Y2, dann würde der Strahl vollständig an der Leitung vor beigehen.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführung der Erfindung, die es möglich macht, dass die Leitungen der Elektronik- Blocks, der Kapazitäten und Widerstände aus Fig. 1 automatisch mit den Kontaktplättchen 12 auf den Schaltplatten verbunden werden. Zur Lösung dieser Auf gabe muss vor dem Einsetzen der Schaltelemente in die Rillen auf den Schaltplatten ein Vorstufenarbeitsschritt durchgeführt werden. Dieser Arbeitsschritt besteht darin, dass ein Tupfen 19 aus einem fluoreszierenden Farbstoff auf die von jedem Schaltelement ausgehenden Leitungen aufgebracht wird. Dieser Farbstoff ist in den Fig. 2 und 4 zu sehen, in denen er durch die Schraffierung ange deutet wird.
Nach dem Auftragen des Farbstoffes wird die Schaltung von Hand zusammengesetzt, indem man die Schaltelemente auf die Schaltplatte aufsetzt, die ihrerseits in eine Halterung gestellt wird. Die Halterung wird dann in der Vakuumkammer 24 einer Elektronen strahlmaschine 22 auf einen beweglichen Tisch 20 ge stellt. Wie in dem oben genannten Patent von Karl Zeiss ausgeführt wird, handelt es sich bei Elektronenstrahl maschinen um Vorrichtungen, die die kinetische Energie eines Elektronenstrahles zur Bearbeitung eines Materials ausnutzen.
Der Elektronenstrahl ist ein Schweiss-, Schneid- und spanabhebendes Werkzeug, das praktisch keine Masse, aber wegen der den Elektronen erteilten äusserst hohen Geschwindigkeiten eine hohe kinetische Energie aufweist. Die Übertragung dieser kinetischen Energie auf die Gitterelektronen des Werkstückes er zeugt höhere Gitterschwingungen, die innerhalb des Ge bietes, auf das die Elektronen auftreffen, die Temperatur genügend weit anhebt, um die Arbeit auszuführen.
Beim gegenwärtigen Entwicklungsstand der Elektronenstrahl maschinen lässt sich auf Grund kürzlich entwickelter Verbesserungen in der Elektronenoptik ein Strahl so weit bündeln, dass Energiedichten in der Grössenordnung von 10 mal 109 Watt pro 6,4516 cm2 (1 Quadratzoll) ent stehen. Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, lassen sich die Elektronen, die durch ein Potential von etwa 100 000 kV oder bis auf das 0,55fache der Lichtge schwindigkeit beschleunigt werden, zu einem Strahl bün deln, der an der Auftreffstelle auf dem Werkstück einen Durchmesser von weniger als 0,00127 cm (0,0005 Zoll) hat.
Die Maschine 22 enthält eine evakuierte Kammer 24, in der sich der bewegliche Tisch 20 befindet, auf dem mehrere in eine Halterung 26 eingesetzte Schalt platten liegen. Die Maschine 22 enthält auch eine Elektronenstrahlsäule, die mit der Kammer 24 in Ver bindung steht und die die Elektronenquelle, die Strahl bildungsmittel und Strahlbündelungsmittel enthält.
Die Elektronenquelle besteht aus einer direkt geheizten Kathode 28, die aus einer Stromquelle 30 mit Heiz strom gespeist wird. Über einen Vorspannungsregler 32 ist nooh :eine hohe negative BiescWeunigungsspan- nungsquelle 34 an die Kathode 28 angeschlossen. Eine Lochblende 36 liegt in der Elektronenstrahlsäule zwi schen der Kathode 28 und dem Werkstück. Die Anode 36 ist an das Gehäuse der Maschine angeschlossen, das bei 44 geerdet ist.
Ebenso ist die positive Klemme der Hochspan nungsquelle 34 an Masse angeschlossen. Der zwischen der Kathode 28 und der Anode 36 liegende Potential unterschied bewirkt, dass die von der Kathode abge sprühten Elektronen in der Säule nach unten in Rich tung auf das Arbeitsstück beschleunigt werden. Die Elektronen werden durch ein elektronenoptisches System zu einem Strahl gebündelt. Das elektronenopti sche System enthält mehrere Vertellspulen und (nicht gezeigte) Blenden, sowie eine Magentlinsenanordnung 38, die aus einer Stromquelle 40 mit Fokussierstrom gespeist wird. Der gebündelte Elektronenstrahl wird über die Oberfläche des Werkstückes gelenkt.
Hierzu wird die Ablenkspannung verändert, die einem Satz von magnetischen Ablenkspulen 72 auf der Maschine 22 zugeleitet wird. Die Lage des Werkstückes relativ zu der Strahlachse lässt sich durch Verschieben des beweglichen Tisches 20 ändern.
Hinter der Kathode 28 befindet sich eine Steuer elektrode 42. Hierbei kann es sich um einen Wehnelt- Zylinder handeln. Auch die Steuerelektrode ist über den Vorspannungsregler 32 an den negativen Pol der Hoch spannungsquelle 34 angeschlossen und wird auf einem Potential gehalten, das negativer als die Kathodenspan nung ist. Als Vorspannungsregler 32 kann jeder beliebige bekannte Reglertyp verwendet werden.
Hierbei kann es sich einfach um ein Widerstandsnetzwerk handeln mit einem Mittel, um einen Teil des Widerstandes zwischen der Kathode und der Hochspannungsquelle kurzzu- schliessen. Die Steuerelektrode 42 wirkt zur Regelung des Strahlstromes in gleicher Weise wie das Gitter einer Triode. Das heisst, durch Verändern der Vorspannung zwischen der Kathode 28 und der Steuerelektrode 42 wird der Strahl an- und abgeschaltet und seine Stärke bzw. sein Energieinhalt geregelt.
Die Elektronenstrahlmaschine 22 enthält weiter noch ein optisches Betrachtungssystem, über das sich das Werkstück beobachten lässt. Dieses optische System ent hält Spiegel 50 und 52, ein Schutzglas 54, ein Mikroskop mit einer Objektlinse 56 und einen weiteren Spiegel 58. Das Werkstückbild läuft in der Elektronenstrahlsäule nach oben und wird von den Spiegeln 50 und 52 reflek tiert, die wie ein Penta-Prisma wirken und das Bild um 90 drehen. Der Spiegel 50 ist gelocht und ermöglicht, dass der Strahl durchtritt und in der Säule nach unten läuft.
Vom Spiegel 52 tritt das Bild durch ein Fenster 46 durch, das in der Wand der evakuierten Strahlsäule an geordnet ist, und wird dann durch die Objektlinse 56 scharf auf dem Spiegel 58 abgebildet. Das von dem Spie gel 58 reflektierte Bild wird dann seinerseits auf die Oberfläche einer emittierenden Kathode 60 einer Foto zelle 62 projiziert. Hierbei kann es sich um eine Bildum- kehrröhre handeln, wie sie von der International Tele phone and Telegraph Gesellschaft als Type 6411 her gestellt wird. Im gezeigten Beispiel weist diese Fotozelle Ablenkspulen 66 auf.
Zur Beleuchtung des Werkstückes, so dass ein Bild entsteht, das schliesslich auf die emittie rende Kathode 60 projiziert wird, ist in der evakuierten Arbeitskammer 24 eine ultraviolettes Licht abstrahlende Quelle 68 vorgesehen. Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, werden die Leitungen der Elektronikblocks und der anderen Schaltungselemente vor dem Einbau mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert. Bei Bestrah lung mit dem von der Lampe 68 abgegebenen Ultra violettlicht leuchten diese Farbstoffpunkte stark auf. Hierdurch erreicht man, dass der Spiegel 52 ein Bild des Werkstückes auf die Objektlinse 56 projiziert, wobei die jenigen Stellen besonders hell erscheinen, an denen Farb stoff aufgetragen wurde.
Die Objektlinse und die anderen nicht gezeigten Elemente des Mikroskops bilden einen Teil des Werkstückes auf dem Spiegel 58 ab. Das Bild dieses kleinen Teiles, der in seiner Grösse einem der in Fig. 2 gezeigten Gitterquadrate gleich ist, wird auf die emittierende Kathode 60 projiziert.
Im Betrieb wird das auf der emittierenden Kathode 60 der Bildwandlerröhre 62 erscheinende Bild abgetastet. Die Abtastung des Bildes erfolgt dadurch, dass Ablenk- Spannungen von zwei synchronisierten linearen Ablenk- generatoren, von denen nur der eine 64 dargestellt ist, zwei sich diametrisch gegenüberliegenden magnetischen Ablenkspulensätzen zugeführt werden, von denen nur der eine Satz 66 dargestellt und an der Röhre 62 be festigt ist. In Abhängigkeit vor. dem auf sie auftreffen den Licht emittiert die Kathode 60 Elektronen. Die Dichte der von irgendeiner Stelle auf der fotoemittieren den Oberfläche emittierten Elektronen ist der Stärke des auftreffenden Lichtes proportional.
Durch Verändern der Ablenkspannungen, die den Ablenkspulen 66 zuge führt werden, können die von jeder Stelle auf der foto emittierenden Kathode emittierten Elektronen am Mit telpunkt des phosphorüberzogenen Bildschirms am an deren Ende der Bildwandlerröhre gebündelt werden. Vor dem Leuchtschirm befindet sich eine Maske 74, die eine auf den Mittelpunkt des Schirmes .ausgerichtete öff- nun(, aufweist.
Wenn die von einer hellen Stelle auf dem Bild auf der fotoemittierenden Kathode emittierten Elek tronen, was dem Auftreten einer mit dem Farbstoff ge kennzeichneten Leitung entspricht, durch das Ablenkfeld im Mittelpunkt des Leuchtschirmes fokussiert werden, reicht die Zahl der auf den Leuchtschirm auftreffenden Elektronen aus, damit hier ein Lichtstoss emittiert wird, der durch die Öffnung in der Maske 74 durchtritt.
Die Ablenkspulen 66, mit denen das auf der fotoemittieren den Kathode 60 auftretende Licht über dne Öffnung in der Maske 74 abgetastet wird, sind über eine Ablenk- Koppelschaltung 70 an das entsprechende Ablenkspulen- paar 72 der Elektronenstrahlmaschine 22 angeschlossen. Bei der Koppelschaltung 70 kann es sich um einen linea ren Stromverstärker handeln. Die Strahlablenkspannung in der Elektronenstrahlmaschine folgt damit dem Ab tasten des Bildes.
Der von der Bildwandlerröhre 62 ausgehende Licht- stoss, der durch die Öffnung in der Maske 74 durch- tritt, wird von einer Fotodiode 76 aufgefangen, die in Abhängigkeit hierzu einen elektrischen Ausgangsimpuls erzeugt. Dieser Ausgangsimpuls von der Fotodiode 76 wird einer Triggerschaltung 78 zugeführt, bei der es sich um einen bistabilen Multivibrator handeln kann.
Beim Eintreffen eines Eingangsimpulses ändert die Trigger- schaltung 78 ihren leitendenZustand und liefert an ihrem mit 2 bezeichneten Ausgang ein Ausgangssignal, wäh rend das an dem mit 1 bezeichneten Ausgang stehende Signal verschwindet. Das auf der Leitung 2 der Trigger- schaltung 78 erscheinende Ausgangssignal wird einem Funktionsgenerator 80, einem Zähler 82 und einem Ab tast-Stoppschalter 84 zugeführt.
Bei der Zuführung des Signales von der Triggerschaltung 78 wird der Abtast- Stoppschalter 84, der zwischen dem Ablenkgenerator 64 und den Ablenkspulen 66 liegt, betätigt.
Bei Betätigung trennt der Abtast-Stoppschalter 84 die Ablenkspulen vom Ausgang der Ablenkgeneratoren. Während des Ab- tastens des Bildes wird die Ausgangsspannung des Ab- lenkgenerators 64 über den Abtast-Stoppschalter 84 auch in eine Speichervorrichtung 86 eingegeben, bei der es sich um eine bekannte Bauart einer Umschalt-Zähl- speicherschaltung handeln kann.
Das heisst, die Spei chervorrichtung 86 kann ein freilaufender Multivibrator sein, der ein Umschaltzählwerk und eine dazugehörige Wandlerschaltung antreibt. Der Multivibrator wird durch die Anstiegsflanke der Ausgangsspannung des Ab- Lenkgenerators angestossen. Die Multivibratorspannung, die eine Serie von Impulsen ist, wird dann dem Um schaltzählwerk zugeführt, bis die Ablenkspannung unter der Einwirkung des Abtast-Stoppschalters 84 vom Multivibrator abgenommen wird.
Zu diesem Zeitpunkt hat das Umschaltzählwerk die Zahl der Impulse aufge speichert, die zwischen dem Beginn der Ablenkung und dem Abtasten einer mit dem Farbstoff markierten Lei tung erzeugt wurden. Die in dem Umschaltzählwerk ge speicherte Zahl lässt sich dann mit irgendeinem bekann ten Digital-Analog-Wandler oder mit einem Zeit-Ampli- tuden-Wandler in eine Gleichspannung umwandeln. Fasst man das obige zusammen, so ergibt sich,
dass die Spannung des Ablenkgenerators 64 bei Betätigung des Abtast-Stopp-Schalters 84 durch die Triggerschaltung 78 sowohl von den Ablenkspulen 66 als auch vom Eingang der Speichervorrichtung 86 abgenommen wird. Im Um schalt-Zählwerk in der Speichervorrichtung 86 ist damit eine Zahl eingespeichert, die dem Betrag der linearen Ablenkspannung des Ablenkgenerators 64 während des Zeitaugenblickes gleich ist, wenn ein aus diesem fluor eszierendem Farbstoff bestehender Punkt abgetastet wird, der das Auftreten einer Leitung in der Abbildung eines auf dem Schaltbrett liegenden Werkstückes anzeigt.
Die aufgespeicherte Zahl wird in der Speichervorrich tung 86 in eine Gleichspannung umgewandelt, die durch den Abtast-Stoppschalter 84 und über die Ablenk-Kop- pelschaltung 70 den Ablenkspulen 72 der Elektronen strahlmaschine zugeführt wird. Damit wird eine Strahl ablenkspannung in der richtigen Grösse erzeugt, um den Elektronenstrahl bis zu einer Stelle auszulenken, an der er auf die abgetastete Leitung auftrifft. Wie bereits oben aufgeführt wurde, ist der mit 2 bezeichnete Ausgang des Triggerkreises 78 ebenso noch an einen Funktionsgenerator 80 angeschlossen.
Unter Bezug auf Fig.4 wird nun die Aufgabe des Funktionsgenerators 80 erläutert. Die horizontalen Linien a, b und c zeigen den Weg, den der Elektronen strahl, wenn er angeschaltet ist, in Abhängigkeit von der Ablenkspannung nimmt, die den Ablenkspulen 72 über die Ablenkkoppelschaltung 70 vom Ablenkgene- rator 64 zugeführt wird.
Man ersieht aus Fig. 4, dass der Abtastvorgang bei Abtasten des auf einer Leitung liegenden fluoreszierenden Farbstoffes während des Laufes in der dritten oder der c-Reihe unterbrochen und die Abtastspannungen auf Werten gehalten wer den, bei denen der Elektronenstrahl auf den Punkt d auftreffen würde. Es ist einleuchtend, dass ein Anhef ten der Leitung an das Kontaktplättchen nur an dieser Stelle keine genügend feste Verbindung geben würde.
Aus diesem Grunde ist der Funktionsgenerator 80 vor gesehen, der eine Ablenk-Gleichspannung erzeugt, die der Spannung zugesetzt wird, die den Ablenkspulen 72 von der Speichervorrichtung 86 zugeführt wird. Diese geringe zusätzliche Ablenkspannung wird den Ablenk- spulen 72 zugeführt und sie erzeugt dort ein Ablenk- feld, das ausreicht, dass der Strahl nach oben läuft, bis er, wie es in Fig. 4 gezeigt wird, auf den Mittelpunkt der Leitung auftritt.
An dieser Stelle erzeugt eine Ablenk-Treiberschaltung 88 auf eine noch nachstehend beschriebene Weise eine hochfrequente Sinuswelle. Diese bewirkt, dass der Strahl während des Schweis- sens das auf der Leitung gezeigte sinusförmige Muster beschreibt, @so dass eine starke Bindung entsteht.
Der mit 2 bezifferte Ausgang der Triggerschaltung 78 ist ebenfalls mit dem Zählwerk 82 verbunden. Das Zählwerk 82 bewirkt eine kurze zeitliche Verzögerung, bevor der Elektronenstrahl angeschaltet wird. Diese zeitliche Verzögerung ist notwendig, damit der Funk tionsgenerator 80 die Spannung erzeugen kann, welche die zusammengefassten Strahlablenkfelder derart beeinflusst, dass der Strahl mitten auf die zu schweis- sende Leitung auftrifft. Als Zählwerk 82 lässt sich ein frei laufender Multivibrator verwenden, der ein Ring zählwerk bekannter Bauart antreibt.
Bei Auftreten eines Signals an dem mit 2 bezifferten Ausgang der Triggerschaltung 78 gibt der Multivibrator Impulse an das Ringzählwerk ab. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Bei spiel ist der Ausgang der fünften Stufe des Zählwerkes mit einer weiteren Triggerschaltung 90 verbunden, bei der es sich auch um einen bistabilen Multivibrator handeln kann. Nach einer kurzen Zeitspanne, die das Zählwerk zum Zählen der fünf Ziffern benötigt, liefert es einen Impuls, mit dem die Triggerschaltung 90 an- gestossen wird.
Diese liefert ihrerseits ein Steuersignal, das dem Vorspannungsregler 32 zugeführt wird und den Strahl anschaltet. Die Ausgangsspannung der Trig- gerschaltung 90 wird weiter noch der Ablenk-Treiber- schaItung 88 zugeführt, bei der es sich um einen einen Stromverstärker ansteuernden Oszillator handeln kann, so dass die Schaltung 88 gleichzeitig mit dem Einblen den des Strahles das gewünschte Schweissmustersignal erzeugt.
Natürlich wird die Ablenk-Treiberschaltung in Wirklichkeit, wie alle in dieser Offenbarung gezeigten Schaltungen, doppelt ausgeführt, so dass der Strahl sowohl in Längsrichtung der Leitung als auch von Seite zu Seite ausgelenkt wird. Beim Abtasten einer zu schweissenden Leitung auf dem Bild des Werkstückes wird das Abtasten der Ablenkspannung angehalten, eine zusätzliche Leitungszentrier-Ablenkspannung er zeugt und der Strahl wieder angeschaltet. Der wieder aufgeblendete Strahl verfolgt dann beim Anschweissen der Leitung an das Kontaktplättchen den in Fig. 4 ge zeigten sinusförmigen Weg.
In der Zwischenzeit hat das Zählwerk 82 die Zählung fortgesetzt und erzeugt nach Ablauf der gewünschten Schweisszeit ein zweites Ausgangssignal, das die Flip-Flop-Schaltung 90 ab schaltet, worauf der Vorspannungsregler 32 den Strahl ausblendet.
Das von dem Zählwerk 82 abgegebene zweite oder Ausschaltsignal wird ebenfalls der Triggerschaltung 78 und einer Rückstellschaltung 92 zugeführt. Bei Eintref fen dieses Signales nimmt die Triggerchaltung 78 ihren ursprünglichen leitenden Zustand wieder an, entfernt dabei das Ausgangsssignal von der Leitung 2 und bil det dafür ein Ausgangssignal auf der Leitung 1 aus. Hierdurch werden die Aktivierungssignale vom Funk tionsgenerator 80, dem Zählwerk 82 und dem Abtast- stoppschalter 84 abgenommen.
Bei der Zuleitung des Strahl-Abschaltsignales vom Zählwerk 82 zur Rück stellschaltung 92 wird die Speichervorrichtung 86 und der Ablenkgenerator 84, die über die Rückstellschal- tung an Masse angeschlossen sind, zurückgestellt.
Das heisst, die in der Speichervorrichtung 86 eingespei- cherte Ziffer und die Kondensatoren in dem Ablenkge- nerator 84, über denen die lineare Ablenkspannung abgenommen wird, werden über die Rückstellschaltung 92 nach Masse entladen. Während des Rückstehens des Abtastsystems wird die auf der Leitung 1 der Trig- gerschaltung 78 stehenden Ausgangsspannung einer Tisch-Bandsteuerung 94 zugeführt.
Die Funktion die ser Bandsteuerung 94 besteht darin, den Tisch 20 bei Eintreffen eines Eingangssignales eine Stelle weiter zu schieben. Die Bandsteuerung 94 bewirkt dies dadurch, dass einem auf dem beweglichen Tisch 20 angeordne ten Motor 96 ein Antriebssignal zugeführt wird. Das Werkstück wird damit nach dem Befestigen einer Lei- tung auf einem Kontaktplättchen bis an eine Stelle wei tergeschoben, an der eine zweite Schweissung stattfin den soll. Das Abtasten wird darauf wiederholt.
Sobald die nächste a n ein Kontaktplättchen anzuschliessende Leitung abgetastet wird, entsteht eine weitere Schweis- sung in der oben beschriebenen Weise.
Fig.5 zeigt eine zweite Ausführung, bei der eine Bildwandlerröhre und eine ultraviolette Lichtquelle, wie sie bei der Ausführung nach Fig. 3 verwendet wer den, überflüssig sind. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Gerät wird der durch die Elektronenstrahlmaschine 22 er zeugte Elektronenstrahl selbst zum Abtasten des Werk stückes verwendet. Hierbei ist es selbstverständlich er forderlich, dass der Strahl zum Abtasten eine weit nie drigere Energie aufweist als zum Verbinden. Der Vor spannungsregler 32 wird daher so eingestellt, dass zwei verschieden starke Strahlströme entstehen.
Während des Abtastens wird nur eine verhältnismässig kleine Zahl von Elektronen in der Strahlsäule nach unten ge führt, wogegen während des Verbindungsvorganges, wenn der Vorspannungsregler 32 über die Flip-Flop- Schaltung 90 ein Steuersignal angelegt hat, ein hoher Strahlstrom zugelassen wird. Auf ähnliche Weise wird auch der Magnetlinienstrom in zwei verschiedenen Stärken erzeugt.
Durch den Zusatz eines Linsenstrom reglers 98, der zwischen der Stromversorgung 40 und den Spulen 38 der Magnetlinse angeordnet ist, lassen sich nach Massgabe der Flip-Flop-Schaltung 90 zwei verschiedene Linsenströme einstellen. Der Linsen stromregler 98 kann einfach ein Reihenwiderstand sein, der nach Massgabe eines Signales der Flip-Flop- Schaltung 90 durch eine Diode oder eine Gasentla- dungsröhre, wie z.
B. ein Thyratron, kurzgeschlossen wird. Während des Abtastens trifft deshalb ein, etwas defokussierter Strahl mit niedrigem Energieinhalt auf das Werkstück auf. Es hat sich herausgestellt, dass ein solcher defokussierter Strahl mit niedrigem Energiein halt die mikrominiaturisierten Schaltelemente nicht beschädigt.
Der defokussierte Strahl tastet kleine Flächen des Werkstückes in der gleichen Weise ab, in der das Bild auf der emittierenden Kathode der Bildwandlerröhre aus Fig. 3 abgetastet wurde. D. h., dass die von dem Ablenkgenerator 64 abgenommene Ausgangsspannung über den Abtast-Stoppschalter 84 den Ablenkspulen 72 zugeführt wird, so dass der defokussierte Strahl einen Abschnitt des Werkstückes abtastet.
Kürzlich auf diesem Gebiet durchgeführte Forschungen haben zu der Entdeckung geführt, dass ein schwach defokussier- ter Elektronenstrahl mit niedrigem Energieinhalt ein wertvolles Werkzeug für die zerstörungsfreie Werk- stoffprüfung darstellt. Es wurde z. B. gefunden, dass reine Tonerde von der Art, wie sie für die Platten 10 nach Fig. 1 und 2 verwendet wird, bei Abtasten mit einem defokussierten Elektronenstrahl mit niedrigem Energiegehalt rot fluoresziert.
Auch der auf die Enden der Leitungen der Mikrominiatorschaltelemente aufge tragene Farbstoff fluoresziert bei Aktivierung durch diesen Elektronenstrahl mit niedrigem Energiegehalt. Der Farbstoff wird so ausgewählt, dass er in einer an deren Farbe als die Unterlage fluoresziert. Die Kon taktplättchen 12 selbst fluoreszieren nicht und decken die Fluoreszenz von der Unterlage ab. Im einfachsten Fall erscheint das Werkstück daher während des Abta- stens im optischen System abwechselnd mit Licht einer ersten Farbe, dunkel und dann als Licht einer zweiten Farbe. Dieses Spektrum wird auf den Spiegel 58 fokus- siert, der es seinerseits auf ein Filter 100 projiziert, das vor einer Fotodiode 76 angeordnet ist.
Das Filter 100 ist so gewählt, dass nur das den Fluoreszenz-Farbstoff anzeigende Licht durchgelassen wird. Während des Abtastens wird die Fotozelle 76 daher nur dann durch das auffallende Licht aktiviert, wenn der defokussierte Elektronenstrahl eine mit dem Farbstoff gekennzeich nete Leitung abtastet. In diesem Augenblick führt die Fotozelle 76 der Triggerschad:tung 78 ein Steuersignal zu, das in der im Zusammenhang mit der Ausführung nach Fig.3 beschriebenen Weise bewirkt, dass der Strahl das Abtasten beendet, sich nach oben und über die Mitte der Leitung bewegt.
Unter der gemeinsamen Einwirkung des Zählwerkes 82 und der Flip-Flop- Schaltung 90 werden dann der Vorspannungsregler 32 und der Linsenstromregler 98 aktiviert, so dass sie den Strahjstrom erhöhen und den Strahl scharf bündeln. Der dann einen hohen Energieinhalt aufweisende fokussierte Strahl vollzieht die Schweissung dann nach Massgabe des Schweissmustersignales, das von der Ablenk-Treiberschaltung 88 gebildet wird.
Nach Been digung der Schweissung wird die Schaltung für den nächsten A#btastvorgang zurückgestellt und das Werk- stück wird von dem Bandregler 94 auf die vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebene Weise be wegt.
Während bevorzugte Ausführungen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, lassen sich verschie denartige Abwandlungen und Ergänzungen durchfüh ren, ohne dass man dabei vom Wesen und dem Rah men der Erfindung abweicht. Während die Erfindung so z. B. im Zusammenhang mit der Anwendung eines Elektronenstrahls als Verbindungswerkzeug für den Zusammenbau der Mikrominiatur-Elektronikbauteile erörtert wurde, lässt sich für diesen Zweck bei gleich artiger Regelung auch ein Strahl aus einem festen oder gasförmigen LASER verwenden. Die Verbindung mit einem Elektronenstrahl wurde nur deshalb gezeigt und beschrieben, da dies beim gegenwärtigen Stand der Technik das wirkungsvollste Verbindungsverfahren darstellt, das sich für die hier behandelte sehr exakte Arbeit einet.