DD226722A1 - Schablone zur positionierung und fixierung von aufsetzbaren bauelementen - Google Patents

Abstract

Schablone zur Positionierung und Fixierung von aufsetzbaren Bauelementen. Die Erfindung betrifft eine Schablone zum Positionieren und Fixieren von aufsetzbaren Bauelementen beliebiger Bauform auf einer Leiterplatte, die anschliessend simultan kontaktiert werden. Ziel ist eine rationelle Loesung im unteren Stueckzahlbereich, wobei keine Veraenderungen an den Bauelementen und der Leiterplatte durchzufuehren sind. Die Schablone weist Positionshilfen in Form von Stiften oder Loechern auf, die sich in ihrer Anordnung untereinander nach den in der zu bestueckenden Leiterplatte fuer andere Verwendungszwecke vorhandenen Loechern richten und die zwischen den einzelnen Loechern und Aussparungen fuer die aufsetzbaren Bauelemente exakt die gleichen masslichen Beziehungen besitzen, wie sie auf der zu bestueckenden Leiterplatte vorhanden sind. Die Aufnahme der Bauelemente in den Aussparungen erfolgt an den Ecken der Bauelemente. Fig. 3

Description

Schablone zur Positionierung und Fixierung von aufsetzbaren Bauelementen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schablone zum manuellen Positionieren und Fixieren von aufsetzbaren Bauelementen auf Leiterplatten, die anschließend simultan kontaktiert werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Dem Trend der Miniaturisierung elektronischer Geräte folgend, wurden bereits eine Vielzahl von aufsetzbaren Bauelementen entwickelt , die keine Anschlußdrahte in der ursprünglichen Form und deren Raster aufweisen.

Die aufsetzbaren Bauelemente sind entweder anschlußdrahtlos oder besitzen kurze Anschlüsse und werden in jedem Fall auf die Leiterplatte gesetzt bzw. positioniert. Sie werden derzeitig überwiegend gemischt mit Bauelementen der Loch/Bein-Technik bestückt. Das Raster der Anschlüsse verringert sich von 2,5 (2,54) inm auf 1,016 mm und noch geringere Werte. Neben aufsetzbaren Bauelementen mit 2 Anschlüssen (Chip, MeIf) werden heute bereits aufsetzbare Bauelemente mit bis zu 156 Anschlüssen (Chip-Carrier) angeboten und verarbeitet.

Für die aufsetzbaren Bauelemente macht sich deshalb einmal eine exakte Positionierung notwendig, zum anderen müssen die aufsetzbaren Bauelemente infolge fehlender Bohrungen bis zur erfolgten Simultanlcontaktierung eine zusätzliche Fixierung erhalten.

Ζχιγ Lösung der Probleme sind die verschiedensten Ausrüstungen entwickelt worden. Alle diese Ausrüstungen bzw. Verfahren weisen Tür das vorgesehene Anwendungsgebiet verschiedene Mängel auf. Die hohen Anforderungen an die Positionierung werden vorrangig durch automatische Positionierung (z. B. pick and place Prinzip) und anschließende Siinultankontaktierung gelöst.

Aus wirtschaftlichen Gründen sind aber die Positionierautoraaten erst bei VerarbeitungsStückzahlen > 10 Mill, BE/a zu empfehlen.

Ein weiterer derzeitiger Nachteil für eine eventuelle Reparatur (Bausteinwechsel) leitet sich aus der Tatsache ab, daß die Bauelemente im Rahmen der Positionierung bis zur folgenden Simultankontaktierung grundsätzlich mit Klebern fixiert werden. Die für die Kleberfixierung entwickelten Harze sind auf hohe Temperaturbelastung gezüchtet und durch kurzfristige Temperaturbelastung thermisch in der Regel nicht zersetzbar. Das heißt, das kleberfixierte Bauelemente,die eine durchgetastete Kleberfuge besitzen, nicht zerstörungsfrei vom Trägermaterial gelöst werden können.

Es ist weiterhin bekannt, eine manuelle Positionierung mittels Vakuumpipette unter eventueller Nutzung optischer Hilfsmittel (G-roßfeldlupe) und Fixierung der Bauelemente mitteis Kleber vorzunehmen.

Neben den oben bereits diskutierten Nachteilen, die sich aus der Kleberfixierung ergeben, werden an die Arbeitskräfte bei der geforderten exakten Positionierung hohe physische und psychische Anforderungen gestellt. Sie sind nicht mehr zu akzeptieren, wenn die pro Jahr zu positionierenden Bauelemente-Stückzahlen die Belange eines Musterbaues übersehrerten.

Zur Vermeidung dieser Anforderungen wären z. B. die in der DE-OS 3048780 und DE-OS 3127120 beschriebenen Lösungsvarianten denkbar. Hier werden in Vertiefungen einer Schablone mit vorbestimmten Positionen in spiegelbildlicher Anordnung bezogen auf die zu bestückende Leiterplatte aufsetzbare Bauelemente gebracht. Auf die-

se Bauelemente wird dann die mit dem bereits erwähnten Fixierkleber beschichtete Leiterplatte (DE-OS 30^8780) oder eine mit einer Klebeschicht versehene Trägerfolie (DE-OS 3127120) gedrückt. Die Bauelemente haften somit an der Leiterplatte bzw. bei der zweiten Variante wird die Trägerfolie rait den Bauelementen auf die Leiterplatte geklebt.

Diese Lösungen haben folgende Nachteile. Neben den erheblichen technologischen Schwierigkeiten, die sich aus der Kleberfixierung bei der Reparatur ergeben, erweisen sich hier die ergänzenden Arbextsoperatxonen als zeitaufwendig.

Die Verfahren sind außerdem nur für die aufsetzbaren Bauelemente konzipiert worden (Chip, MeIf), die hinsichtlich der Positioniergenauigkeit noch den großen Spielraum lassen. Die oben erwähnten Nachteile (Kleberauswirkung, Positionierung) sollen in dem DD-WP HO5K/259 138 überwunden werden.

Eine bestimmte Anzahl von Anschlüssen eines aufsetzbaren Bauelementes wird bereits durch den Bauelement-Hersteller in einer größeren Länge ausgebildet und das aufsetzbare Bauelement auf der Leiterplatte in extra für diese.Bauelement-Anschlüsse gebohrten Bohrungen rait Hilfe dieser längeren Anschlüsse vorfixiert. Eine zweite Fixierung erfolgt dann durch eine Schwallötung. Von dem so fixierten aufsetzbaren Bauelement werden dann mit einem beliebigen RefIowlötverfahren die anderen Anschlüsse kontaktiert.

Mit diesem Patent werden zwar die bisherigen Nachteile für aufsetzbare Bauelemente in Bauweise flat-pack überwunden, aber noch folgende größere Schwierigkeiten auf anderen Gebieten geschaffen. Bauelemente und deren Anschlüsse (Trägerstreifen) sind standardisiert, da sie für verschiedene Abnehmer gefertigt werden. Eine Änderung der Anschlußgestaltung ist, wenn praktisch überhaupt beim Bauelement-Hersteller durchsetzbar, mit Zusatzkosten verbunden ,

Weiterhin benötigt diese Lösung zur Fixierung Bohrungen, die zusätzlich gebohrt werden müssen. Da diese Bohrungen für die ver-

längerten Anschlüsse vorgesehen sind, gellt auf der Leiterplatte zusätzlich Platz verloren. Zusammengefaßt läßt sich sagen: Es gibt international bei der Verarbeitung von aufsetzbaren Bauelementen mit vielpoligen Anschlüssen (Positionierung, Fixierung und anschließende Simultankontaktierung) im unteren Stückzahlenbereich ( <10.000 TBE/a) weder in der manuellen Positionierung noch in der Fixierung eine Lösung, die nicht erhebliche technologische Schwierigkeiten mit sich bringt.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Positionierung und Fixierung aufsetzbarer Bauelemente im unteren Stückzahlbereich rationeller zu lösen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Vorrichtung zu schaffen, mit der aufsetzbare Bauelemente unterschiedlichster Bauformen manuell entsprechend dem herzustellenden Schaltungsbild in entsprechender Genauigkeit auf die Leiterbahn positioniert und fixiert werden, ohne dafür vorher Veränderungen an den Bauelementen und der Leiterplatte durchzuführen.

Die Aufgabe wird mit einer Schablone, mit Stiften zur Justierung der Schablone in x- und y-Richtung und mit Aussparungen in den Positionen, in denen die Bauelemente auf die Leiterplatte übertragen werden sollen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schablone Justierhilfen in Form von Stiften oder Löchern aufweist, die sich in ihrer Anordnung untereinander exakt nach auf der zu bestückenden Leiterplatte für andere Verwendungszwecke vorhandenen Löchern richten (z. B. für durchsteckbare Bauelemente^ für Aufnahmebohrungen oder Unterstützungsbohrungen) und die zwischen den einzelnen Löchern und den Aussparungen für die aufsetzbaren Bauelemente exakt die gleichen maßlichen Beziehungen besitzen, wie sie auf der zu bestückenden Leiterplatte existieren. Die Schablone besteht weiterhin aus η-Schichten und die Aussparungen sind so gestaltet, daß die Bauelementeanschlüsse freigelegt sind und die Aufnahme an den Ecken der Bauelemente erfolgt.

Die speziell gestalteten Aussparungen sichern gemeinsam mit den exakten maßlichen Beziehungen der Aussparung zu den Stiften einerseits die exakte Positionierung der aufsetzbaren Bauelemente ab, andererseits gewährleisten sie eine qualitätsgerechte Kontaktierung. Die Energie kann beim Kontaktieren ungehindert an die Anschlüsse.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Schablone als partielle oder totale SpezialSchablone für einen bestimmten zu bestückenden Leiterplattentyp unter Beachtung aller darauf befindlichen Bauformen ausgelegt.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Positionshilfen in Form von Löchern im Leiterplattenraster über die gesamte Schablone angeordnet sind.

Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, daß die Schablone als partielle Universalschablone für jeweils eine bestimmte Bauform der aufsetzbaren Bauelemente für alle zu bestückenden Leiterplatten typen ausgelegt ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung besteht die Schablone aus einer Schicht mit großem Reflexionsvermögen und aus einer Schicht mit geringer Wärmeleitung.

Nach einer weiteren Ausgestaltung entspricht die Dicke der Schablone der Höhe der Bauelemente und auf der Schablone ist ein Niederhalter befestigt. Das dient zur Unterstützung der Reflowsimultankontaktierung.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Gestaltung der Schablone eine exakte Positionierung und Fixierung von aufsetzbaren Bauelementen bei niedrigen Kosten möglich ist, da bereits vorhandene Löcher und deren genaue maßliche Beziehungen zu den Aussparungen genutzt werden. Die hohen psychischen und physischen Belastungen der Arbeitskräfte entfallen. Die Beschädigungen der Leiterplatten und des Bauelementes, die sich bei der Verwendung von Klebern mit hoher Temperaturbelastung in der Re-

paratur ergeben, entfallen. Die derzeitig vorhandenen erheblichen technologischen Schwierigkeiten für existierende Lösungen entfallen somit.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an drei Ausführungsbeispielen erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Leiterplatte, die partiell mit aufsetzbaren Bauelementen der Bauform CC bestückt ist

Fig. 2: eine partielle Schablone mit fest angebrachten Stiften

Fig. 3: die Ausrichtung der partiellen Schablone auf der Leiterplatte über vorhandene Bohrungen und die Positionierung des Bauelementes in der Form CC

Fig. k: eine partielle Universalschablone.

In Fig. 1 ist eine Leiterplatte 1 dargestellt auf der ein auf— setzbares Bauelement 2 in der Bauform CC zu positionieren und kontaktieren ist. Parallel zu dem aufsetzbaren Bauelement 2 sind Bauelemente mit axialen Anschlüssen 3,¹Z. B. Widerstände, Kondensatoren in Loch/Bein-Technik links und rechts angeordnet. In Fig. 2 ist die zugehörige SpezialSchablone dargestellt. Sie hat wegen der hier im Beispiel später vorgesehenen Reflow-Kontaktierung durch Strahlungsenergie (z.B. Infrarot) einen zweischichtigen Aufbau. Schicht 7 besteht aus einem Material mit großem Reflexionsvermögen und Schicht 8 hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Die Dicke der Schablone entspricht der Höhe der zu positionierenden Bauelemente 2.

Die Schablone k wird in Fig. 3 mittels der Stifte 5 auf der Leiterplatte 1 justiert. Das aufsetzbare Bauelement 2 wird in die Aussparung 6 mit z. B. einer Vakuumpipette eingelegt und an den Ecken der Bauelemente positioniert und in x- und y-Richtung ausreichend für eine Reflow-Kontaktierung, die sich in einem Durchlaufofen, über ein Transportband erreichbar, unmittelbar anschließt, fixiert.

Bei größeren Entfernungen und zur weiteren Unterstützung der Kontaktierung kann das aufsetzbare Bauelement über seine Diagonale zusätzlich durch eineian der SpezialSchablone befestigten Niederhalter 9 geklemmt werden. Die SpezialSchablone hat im Bereich der Bauelementeanschlüsse derartig gestaltete Aussparungen, daß die Energie (im Beispiel Strahlungsenergie) ungehindert an die Anschlüsse gelangen kann. Die Anschlüsse des aufsetzbaren Bauelementes 2 und/oder die Leiterzüge der Leiterplatte 1 haben entsprechend dem Stand der Technik einen Zusatzlotauftrag vor dem Positionieren erhalten.

Nach der Kontaktierung des aufsetzbaren Bauelementes 2 werden alle sonstigen Bauelemente mit axialen Anschlüssen 3 in Loch/Bein-Technik bestückt und mittels Schwallöten kontaktiert.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die gleiche Aufgabenstellung nach Fig. 1. Die Positionierung wird diesmal mit der in Fig. k dargestellten Universalschablone vorgenommen. Da in der Kontaktierung diesmal beispielhaft ein Reflow-Kondensationsloten praktiziert wird, hat die Universalschablone diesmal nur eine Schicht, die aber geringe Wärmeleitung besitzt (z. B. Tempaxglas, Cevansit). Die Dicke der Schablone k entspricht der Höhe des aufsetzbaren Bauelementes 2.

Die Universalschablone weist über die gesamte Fläche Löcher 10 im Leiterplattenraster auf. Außerdem enthält sie für das aufsetzbare Bauelement 2 eine gleichartig gestaltete Aussparung 6 wie in der Spezialschablone des ersten Ausführungsbeispiels.

Die Universalschablone wird grob manuell mittels der Aussparung und dem Leiterbild für das aufsetzbare Bauelement positioniert. Vier separate Stifte 5 zur Aufnahme werden dann durch die Leiterplattenbohrungen (für die Bauelemente mit axialen Anschlüssen rechts und links vom aufsetzbaren Bauelement 2) und sich ergebende zugehörige Löcher 10 im Leiterplattenraster der Universalschablone gesteckt. Die Universalscliablone ist mit ihrer Aussparung 6 exakt positioniert.

Das aufsetzbare Bauelement 2 wird eingelegt und durch die Universalschablone exakt positioniert. Eine zusätzliche Fixierung mittels an der Universalschablone befestigten Niederhalter 9 über die Diagonale des aufsetzbaren Bauelementes 2 ist ebenfalls möglich. Danach ergibt sich der gleiche Verf ahrensablauf wie ±m ersten Ausführungsbeispiel:

Kontaktierung mit Kondensat ions lötung, Entfernung der Schablone, Bestücken der restlichen Bauelemente, Schwallötkontaktierung.

Die Schablone k ist im Beispiel mit einer Aussparung für die Bauform CC dargestellt. Analoge Ausführungen wären auch für die Bauformen SO, SOT u. a. möglich. Die jeweilige Universalschablone wäre damit für alle unterschiedlichsten bestückten Leiterplattentypen einsetzbar, bei denen aufsetzbare Bauelemente partiell angeordnet sind. .

In einem dritten Ausführungsbeispiel soll beispieUiaft eine bestückte Leiterplatte, die in größeren Stückzahlen mit aufsetz— baren Bauelementen (z. B. in der Bauform CC) und mit Bauelementen in Loch/Bein-Technik bestückt ist, gefertigt werden. Die bestückte Leiterplatte besitzt außerdem noch standardgerechte Löcher 10, die für einen anderen Arbeitsgang (Prüflingsaufnahme) vorgesehen sind. Es wird nun eine Spezialschablone für diesen zu bestückenden Leiterplattentyp angefertigt.

Je nach geplanten Kontaktierverfahren ist diese Schablone k aus η-Schichten aufgebaut. Sie enthält die speziell gestalteten Aussparungen 6 für die zu bestückenden aufsetzbaren Bauelemente Die Stifte 5 zur Aufnahme sind in diesem Beispiel fest mit der Schablone k verbunden. Ihre Position wird im Beispiel durch die Löcher 10 für die Prüflingsaufnahme und durch zwei beliebige Bohrungen für Bauelemente der Loch/Bein-Technik festgelegt. Selbstverständlich sind auch hier separate Aufnähmestifte möglich und es können auch andere vorhandene Bohrungen vorher zur Justierung festgelegt werden. Der weitere Verfahrensablauf erfolgt wie in den bereits dargelegten Ausführungsbeispielen.

Beim Einsatz von Kontaktierverfanren, die eine Kontaktierung nur auf der jeweiligen Unterseite der bestückten Leiterplatte realisieren können, ist die erfindungsgemäße Lösung nur für die exakte Positionierung einsetzbar.

Claims (6)

1. Erf indungsanspru ch

   1. Schablone zur Positionierung und Fixierung von aufsetzbaren Bauelementen der verschiedensten Bauforiaen auf Leiterplatten, die anschließend simultan kontaktiert werden, mit Stiften zur Justierung der Schablone in x- und y-Richtung und mit Aussparungen in den Positionen, in denen die Bauelemente auf die Leiterplatte übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (4) Positionshilfen in Form von Stiften (5) oder Löchern (1O) aufweist, die sich in ihrer Anordnung untereinander exakt nach auf der zu bestückenden Leiterplatte (1) für andere Verwendungszwecke vorhandenen Löchern (10) richten und die zwischen den einzelnen Löchern (1O) und den Aussparungen (6) für die aufsetzbaren Bauelemente exakt die gleichen maßlichen Beziehungen besitzen, wie sie auf der zu bestückenden Leiterplatte (1) existieren, daß die Schablone (4) aus η-Schichten besteht und daß die Aussparungen (6) so gestaltet sind, daß die Bauelementeanschlüsse freigelegt sind und die Aufnahme an den Ecken der Bauelemente erfolgt.
2. 2. Schablone nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (4) als partielle oder totale SpezialSchablone für einen bestimmten zu bestückenden Leiterplattentyp ausgelegt ist..
3. 3. Schablone nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionshilfen in Form von Löchern (1O) im Leiterplattenraster über die gesamte Schablone (4) angeordnet sind.
4. 4. Schablone nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (4) als partielle Universalschablone für alle zu bestückenden Leiterplattentypen ausgelegt ist.
5. 5. Schablone nach Punkt 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (4) aus einer Schicht (7) mit großem Reflexionsvermögen und aus einer Schicht (8) mit geringer Wärmeleitung besteht.
6. 6. Schablone nach. Punkt 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schablone (k) der Höhe der Bauelemente (2) entspricht und auf der Schablone ein Niederhalter (9) befestigt ist.

   - Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -