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Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement von zur Oberflächenmontage mittels eines Lötverfahrens geeigneten Bauteilen, sowie ein Verfahren zum Anbringen von Lot an Kontaktelemente eines zur Oberflächenmontage mittels eines Lötverfahrens geeigneten Bauteils.
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Bei elektronischen Bauelementen, die in sogenannter Oberflächenaufbautechnik (surface mount technology, SMT) auf eine Leiterplatte gelötet sind, tritt, beispielsweise bei Steckverbindern, eine hohe Packungsdichte mit einer hohen Anzahl eng beieinander stehender Kontaktpins des elektronischen Bauelements auf. Das Verlöten eines solchen elektronischen Bauelements auf eine Leiterplatte, was beispielsweise in einem Reflow-Lötverfahren geschehen kann, birgt die Gefahr, dass es bei eng benachbarten Kontaktelementen zu unerwünschten Kontaktbrücken kommen kann.
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Fertiggestellte elektronische Baugruppen, bei denen eine Vielzahl von zum Teil teuren elektronischen Bauelementen auf einen Baugruppenträger, in der Regel eine Leiterplatte, gelötet sind, repräsentieren oftmals einen erheblichen wirtschaftlichen Wert. Wenn deshalb nach Fertigstellen einer solchen Baugruppe ein Defekt an einer der Bauelement-Lötverbindungen festgestellt wird, so muss das betreffende elektronische Bauelement ausgelötet gegebenenfalls ersetzt und erneut eingelötet werden. Bei elektronischen Bauelementen, die beispielsweise eine Anordnung der Kontaktpins in einem zweidimensionalen, matrixförmigen Array aufweisen, ist ein nachträgliches manuelles Einlöten der einzelnen Kontaktpins nicht mehr möglich, da die innenliegenden Kontaktpins von der Seite aus nicht mehr erreicht werden können. Eine bekannte Lösung dieses Problems besteht beispielsweise darin, die Kontaktelemente des elektronischen Bauelements zunächst mit jeweils einem Lotdepot in Form eines Lotpastenauftrags zu versehen. Da ein definierter und gleichmäßiger manueller Auftrag von Lotpaste auf die Kontaktflächen der Leiterplatte, die bereits teilweise bestückt ist, nicht möglich ist, müssen die auf den Kontaktflächen entstehenden Lotdepots eine definierte Form und ein definiertes Volumen haben, um fehlerhafte Lotresultate zu vermeiden. Ein Überschuss an Lotpaste kann nämlich bei eng benachbarten Kontaktflächen zu unerwünschten Kontaktbrücken führen. Ein Unterschuss an Lotpaste kann wiederum zu einer nicht ausreichenden Kontaktierung führen.
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In der Offenlegungsschrift
DE 198 07 279 A1 ist ein elektronisches Bauelement und Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben. Dabei werden die Kontaktpins eines elektronischen Bauelements mit einem Lotdepot versehen. Das Problem, dass das aufgeschmolzene Lot dabei am Kontaktpin hochkriecht und Lötbrücken verursachen kann, wird dadurch gelöst, dass, während die Lotpaste aufgeschmolzen wird, auf das elektronische Bauelement eine Beschleunigungskraft ausgeübt wird, die verhindert, dass das Lot am Kontaktpin hochkriecht. Das dort beschriebene Herstellungsverfahren eines elektronischen Bauelements, dessen Kontaktelemente mit Lotdepots versehen werden, ist sehr aufwendig, da eine Zentrifuge erforderlich ist, um die beschriebene Beschleunigungskraft aufzubringen.
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Das
US-Patent Nr. 4,864,079 offenbart ein Kontaktelement eines zur Oberflächenmontage mittels eines Lötverfahrens geeigneten Bauteils, wobei ein Bereich des Kontaktelements mit einer Beschichtung versehen wird, die ein Anhaften des Lots an diesem Bereich des Kontaktelements verhindert.
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DE 87 09 301 U1 offenbart ein elektrisches Bauteil mit Anschlussstiften zum Einlöten auf Leiterplatten, wobei die vorzugsweise aus flachen Material bestehenden Anschlussstifte mit einer in Fließrichtung des Lots geriffelten Oberfläche versehen sind, um eine raschere Benetzung der Oberfläche des Anschlussstiftes mit dem Lot zu bewirken.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kontaktelement von zur Oberflächenmontage mittels eines Lötverfahrens geeigneten Bauteilen anzugeben, bei dem auf einfache Weise das Problem der Lötbrücken-Bildung gelöst ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines als Reparaturbauteil geeigneten elektronischen Bauelements anzugeben, welches ohne zusätzliche und aufwendige Apparaturen auskommt und die Möglichkeit einer Serienfertigung anbietet. Insbesondere bei solchen elektronischen Bauelementen, die eine Vielzahl von Kontaktelementen aufweisen, ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Koplanarität der Kontaktelemente und damit die Kontaktsicherheit beizubehalten.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe von einem Kontaktelement von zur Oberflächenmontage mittels eines Lötverfahrens geeigneten Bauteilen gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kontaktelement zumindest einen Abschnitt aufweist, der ein Loch oder eine Kontur aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie geeignet ist, das Aufsteigen von Lot entlang der Oberfläche des Kontaktelements beim Lötverfahren zu unterbinden oder zu reduzieren. Die Erfindung beruht dabei auf der Grundidee, das Aufsteigen von Lot entlang der Oberfläche der Kontaktelemente beim Lötverfahren nicht durch Aufbringen einer Zentrifugalkraft oder einer Beschichtung zu erreichen, sondern an den Kontaktelementen Abschnitte vorzusehen, die derart ausgebildet sind, dass sie als Lotstop wirken.
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Beim Auflöten von elektronischen Bauelementen auf eine Trägerplatte, beispielsweise in einem Reflow-Lötverfahren, kann das Lot nicht an den Kontaktelementen entlang in Richtung Gehäuse kriechen, sondern verbleibt erfindungsgemäß an der vorgesehenen Lötstelle und sorgt für eine zuverlässige elektrische und mechanische Kontaktierung des Kontaktelements mit der Kontaktfläche.
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Besonders vorteilhaft wirkt sich die Anbringung eines erfindungsgemäßen Lotstops an den Kontaktelementen eines elektronischen Bauteils aus, welches eine Vielzahl von eng gerasterten beziehungsweise dicht beieinander liegenden Kontaktelementen aufweist.
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Außerdem wird es durch die erfindungsgemäßen Lotstop-Abschnitte möglich, ein einfaches Verfahren anzugeben für die Herstellung von Reparaturbauteilen. Denn bei einer Vorbelotung der Kontaktelemente bilden sich auf Grund der Lotstop-Abschnitte die erforderlichen Lotdepots an den dafür vorgesehenen Stellen am Ende der Kontaktpins. Somit kann die Herstellung beziehungsweise Vorbelotung der Reparaturbauteile in einem üblicherweise ohnehin vorhandenen herkömmlichen Reflow-Lötofen erfolgen, ohne daß hierfür zusätzliche, aufwendige Vorrichtungen notwendig wären. Dieses Verfahren ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung von solchen Reparaturbauteilen und bietet darüberhinaus die Möglichkeit einer einfachen Serienfertigung.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Lotstop-Abschnitte durch ein oder mehrere Löcher im Kontaktelement gebildet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Lotstop-Abschnitte dadurch gebildet, daß die Vorverzinnung der Kontaktelemente in einem Abschnitt entfernt wird, was beispielsweise mittels Laser geschehen kann.
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Eine Ausführung der Kontaktelemente als Doppelkontakt kann, unter Beibehaltung der Koplanarität der Kontaktelemente des Bauelements, beispielsweise in Verbindung mit einer zusätzlichen Kontur mit verringertem Querschnitt vorteilhaft sein bezüglich der Wirkung als Lotstop sowie der Erhöhung der Kontaktsicherheit.
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Das Anbringen eines Photoresist-Lacks mit anschließendem Entwickeln und Freilegen im Bereich der Lötzone kann in vorteilhafter Weise zur Bildung eines Lotstops herangezogen werden.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich die Anbringung eines beschriebenen Lotstop-Abschnittes an den zahlreichen Kontaktelementen eines elektronischen Bauelements, welches eine Vielzahl von in einem Raster angeordneten Kontaktelementen aufweist, wie beispielsweise bei einem SMT-Steckverbinder.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 Lotstop-Abschnitte an Kontaktelementen eines SMT-Steckverbinders, der in einer Schnittdarstellung ohne Gehäuse gezeigt ist, wobei in die Kontaktelemente beidseitig Vertiefungen eingeprägt sind,
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2 einen Querschnitt durch den Lotstop-Abschnitt eines der in 1 dargestellten Kontaktelemente,
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3 Kontaktelemente wie in 1, wobei die Lotstsop-Abschnitte durch Entfernen der Zinnbeschichtung gebildet sind,
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4 Kontaktelemente gemäß 1, wobei die Lotstop-Abschnitte durch Einritzen der Zinnbeschichtung gebildet werden,
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5 erfindungsgemäße Kontaktelemente gemäß 1, mit Löchern als Lotstop-Abschnitt,
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6 bis 8 jeweils eine vergrößerte Ansicht des Endabschnitts eines erfindungsgemäßen Kontaktelements, wobei die Lotstop-Abschnitte durch Anbringen von Konturen an die Kontaktelemente gebildet sind,
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9 einen SMT-Steckverbinder mit Kontaktelementen wie in 1, aufgesetzt auf eine Leiterplatte mit Kontakt-Pads,
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10 den SMT-Steckverbinder aus 9 ohne Gehäuse,
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11 und 12 jeweils eine Seitenansicht eines Steckverbinders mit Kontaktelementen gemäß 1, wobei die Kon-taktelemente in jeweils eine zugehörige Vertiefung hineinragen, die mit Lotpaste gefüllt ist,
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13 und 14 jeweils eine Seitenansicht eines Steckverbinders mit Kontaktelementen gemäß 1, wobei jedes Kontaktelement vorbelotet ist,
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15 und 16 jeweils eine Seitenansicht eines Steckverbinders mit Kontaktelementen gemäß 1, wobei an jedem Kontaktelement ein Lotdepot angebracht ist,
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17 und 18 jeweils eine Seitenansicht eines Steckverbinders mit Kontaktelementen gemäß 1 nach einem Einlöten,
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19 ein erfindungsgemäßes Kontaktelement gemäß 1 in Doppelkontakt-Ausführung,
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20 Kontaktelemente gemäß 1 in einer Ausführung mit Photoresist-Lack.
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In den 1 bis 8 ist jeweils eine mögliche Realisierungsalternative der erfindungsgemäßen Lotstop-Abschnitte angegeben. Auch eine Kombination mehrerer Alternativen, auch an jeweils einem einzigen Kontaktelement, ist möglich und kann sinnvoll sein.
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In 1 sind Kontaktelemente 1 eines SMT-Steckverbinders dargestellt. Die Figur zeigt dabei jeweils oben an den Kontaktelementen die Kontaktmesser 1a und am jeweiligen unteren Ende der Kontaktelemente die Kontaktpins zur Auflage auf die Leiterplatte in SMT-Bauweise. Die in die Kontaktelemente von beiden Seiten eingeprägten Rillen 4 verhindern wirkungsvoll ein Aufsteigen des Lotes bei einem Lötvorgang, und hierdurch insbesondere auch die Bildung von Lötbrücken, sogar unter einer Stickstoff-Atmosphäre.
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In 2 ist in einem Querschnitt eines Kontaktelements aus 1 das Profil der beschriebenen Lotstop-Abschnitte mit Einprägungen von beiden Seiten dargestellt.
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In 3 sind erfindungsgemäße Kontaktelemente 1 gezeigt, bei denen die vorhandene Zinn-Beschichtung in einen Abschnitt 3 der Kontaktelemente ringsum entfernt ist. Auch 4 zeigt die Entfernung der Vorverzinnung in einem Abschnitt 3 der Kontaktelemente, wobei die Zinnbeschichtung dadurch unterbrochen ist, daß das Zinn mit einer Hartmetallrolle ca. 0,05 mm tief eingeritzt ist. Eine weitere mögliche Alternative zur Realisierung eines Lotstop-Abschnitts zeigt 5. Hier ist in jeweils einen Abschnitt 3 der Kontaktelemente 1 ein Loch 5 durch das Kontaktelement hindurch angebracht. Auch diese Variante verhindert zuverlässig das Aufsteigen von Lot entlang der Kontaktelemente.
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In den 6–8 sind die Lotstop-Abschnitte 3 jeweils durch das Anbringen einer Kontur an die Kontaktelemente 1 realisiert. Eine Verringerung des Umfangs der Kontaktelemente 1 verhindert wirkungsvoll das weitere Aufsteigen von Lot entlang der Kontaktelemente 1.
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In 9 ist eine räumliche Darstellung eines Steckverbinders 2 mit einer Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Kontaktelementen 1 angegeben. Es handelt sich hierbei um einen DensiPac-Steckverbinder der Firma Siemens mit 72 Kontaktelementen, die in vier Reihen angeordnet sind. Der dargestellte Steckverbinder weist ein Rastermaß von 1,25 × 2,25 mm auf. An den unteren Enden der Kontaktelemente 1 sind die Lotstop-Abschnitte 3 gemäß 1 und 2 angeordnet. Der Steckverbinder ist auf eine Kontaktplatte 6 mit einer Vielzahl von jeweils einem Kontaktelement zugeordneten Kontaktpads 11 aufgesetzt. Bei einem anschließenden Durchlaufen eines Reflow-Lötofens werden die Kontaktelemente 1 mit jeweils einer Lötstelle auf der Trägerplatte 6 verlötet. Während dieses Vorgangs verhindern die erfindungsgemäßen Lotstop-Abschnitte 3 effektiv das Aufsteigen von Lot beziehungsweise die Bildung von Kontaktbrücken an einem SMT-Steckverbinder 2 mit engem Rastermaß. 10 zeigt den SMT-Steckverbinder aus 9, ohne das Gehäuse.
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Die 11–18 zeigen jeweils einen SMT-Steckverbinder 2 mit erfindungsgemäßen Kontaktelementen 1, mit Lotstop-Abschnitten 3 gemäß 1 und 2. Diese 11–18 dienen zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung von elektronischen Bauteilen 2, die als Reparaturbauteil geeignet sind, und bei denen deshalb die Kontaktelemente 1 mit jeweils einem Lotdepot geeigneter Form und Größe versehen werden müssen. 11 und 12 zeigen ein inertes Substrat 7, in dem Vertiefungen 8 angebracht sind, die jeweils einem Kontaktelement 1 zugeordnet sind. Diese Vertiefungen sind mit Lotpaste 11 gefüllt. Die Kontaktelemente des elektronischen Bauteils werden zur Herstellung von jeweils einem Lotdepot an den Kontaktelementen 1 so bezüglich des inerten Substrats angeordnet, daß jeweils ein Kontaktelement des Steckverbinders 2 in eine zugehörige Vertiefung 8, die mit Lotpaste 11 gefüllt ist, eintaucht. Bei einem anschließenden Durchlaufen beispielsweise eines Reflow-Lötofens (hier nicht dargestellt) wird das Lot 11 aufgeschmolzen und benetzt den jeweiligen Kontaktpin 1 unter Bildung eines Lotdepots. Hierbei erfüllt der Lotstop-Abschnitt 3 wiederum den Zweck, ein Aufsteigen des Lots entlang der Kontaktelemente zu unterbinden. In den 13 und 14 ist jeweils eine Seitenansicht gezeigt von mit Lotdepots 11 versehenen Kontaktelementen 1, wie sie beispielsweise dann entstehen könnten, wenn die Vertiefungen 8 im inerten Substrat einen in zwei orthogonalen Ebenen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen.
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Die 15 und 16 zeigen jeweils eine Seitenansicht eines elektronischen Bauteils 2, welches ebenfalls als Reparaturbauteil geeignet ist. Die dargestellte Form der Lotdepots 11 könnte beispielsweise dann entstehen, wenn die Vertiefungen 8 im Substrat 7 jeweils einen in zueinander orthogonal liegenden Ebenen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
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Die 17 und 18 zeigen jeweils eine Seitenansicht eines elektronischen Bauteils 2 mit Kontaktelementen 1, die Lotstop-Abschnitte 3 gemäß 1 und 2 aufweisen, im auf eine Leiterplatte 6 aufgelöteten Zustand. Wie zu erkennen ist, verhindern die eingeprägten Rillen 4 an den Kontaktelementen 1 wirksam ein Aufsteigen des Lotes an den Kontaktelementen 1 und somit sind zuverlässige Lötstellen gewährleistet.
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Die 19 zeigt einen Ausschnitt eines Kontaktelements 1 in einer Ausführung als Doppelkontakt 13 mit zusätzlicher Kontur 12, wobei die dargestellte Formgebung besonders gut ein Aufsteigen flüssigen Lotes bei einem Lötvorgang verhindert. Die Ausbildung als Doppelkontakt trägt zu einer erhöhten Kontaktsicherheit der Lötstelle bei.
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20 zeigt erfindungsgemäße Lotstop-Abschnitte 3 an Kontaktelementen 1 eines Steckverbinder-Bauteils. Durch Anbringen einer Photoresist-Lack-Schicht an den Kontaktelementen, sowie anschließendem Freilegen der Lötstelle, kann durch den zurückbleibenden Photoresist-Lack 14 wirksam ein Aufsteigen von Lot von der Lötstelle weg entlang der Kontaktelemente in Richtung Gehäuse verhindert werden.
