DE10152330C1 - Verfahren zur rückseitigen Oberflächenmontage von Komponenten - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur rückseitigen Oberflächenmontage von Komponenten auf einer vorderseitig bereits bestückten, flexiblen Leiterplatte, beruht darauf, dass DOLLAR A a) zunächst die Leiterplatte (2) auf der zu bestückenden Rückseite von einer steifen und zumindest abschnittsweise planen Unterlage (3) gestützt wird, DOLLAR A b) zu bestückende Bereiche der Leiterplatte (2) von mindestenes einer Stiftplatte (4) bedeckt werden, welche biegesteif und mit zahlreichen längsverschieblich gelagerten Stiften (5) besetzt ist, DOLLAR A c) Stiftplatte(n) (4) und Leiterplatte (2) so zueinander angenähert werden, dass die Stifte (5) die Komponenten (1) und die Leiterplatte (2) berühren, DOLLAR A d) die Stifte (5) in dieser Position bezüglich der Stiftplatte(n) (4) arretiert werden, DOLLAR A e) die Gesamtheit aus Leiterplatte (2) und Stiftplatte(n) (4) gegebenenfalls gehandhabt wird, DOLLAR A f) die Leiterplatte (2) vorderseitig von den Stiften (5) gestützt wird und DOLLAR A g) die Rückseite der Leiterplatte (2) bestückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rückseitigen Ober­ flächenmontage von Komponenten auf einer vorderseitig be­ reits bestückten, flexiblen Leiterplatte.

Eine flexible Folienleiterplatte kann nach Schmidt, W.; Röhrs, G.; Kostelnik, J.: Neue Dimensionen in der Leiterplattentechnik. F (Feinwerktechnik, Mikrotechnik, Meßtechnik) 102 (1994) 5-6, S. 219-225 einseitig mit Lotpaste bedruckt und bestückt werden, indem sie auf einen Rahmen oder Träger zeitweilig aufgeklebt, an einen Träger angesaugt oder mit einem Kern permanent vereint wird. Im Verbund mit Rahmen, Träger oder Kern bildet die Folienlei­ terplatte mit ihrer zu bedruckenden oder zu bestückenden Seite eine steife und plane Fläche, und es lassen sich die bekannten, der starren Leiterplatte angepassten Siebdruck-, Bestückungs- und Montagetechniken, z. B. maschinelles Be­ stücken und Nacktchipverarbeitung, anwenden. Jedoch sind auf diese Weise elektronische Komponenten auf der Rückseite einer Folienleiterplatte nicht ohne weiteres zu montieren, wenn auf der Vorderseite bereits Komponenten montiert sind.

Ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der US 58 19 394 A bekannt. Weitergehend wird über die e­ lektronischen Komponenten eine Folie angeordnet und mittels Unterdruck an die Konturen der Komponenten angepasst. Die Abschnitte der Leiterplatte, die mit Komponenten zu bestü­ cken sind, werden mit einem steifen Formelement abgedeckt, das mit einer Öffnung versehen ist. Der Raum zwischen Lei­ terplatte und der inneren Oberfläche des Formelements wird durch die Öffnung mit einem fließfähigen Formstoff ausge­ gossen. Nach dem Aushärten des Formstoffs wird die Leiter­ platte wieder von Formelement, Formstoff und Folie ge­ trennt. Für die weitere Handhabung ist die so hergestellte Vorrichtung von Interesse.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Pass-Ungenauigkeit der mit diesem Verfahren hergestellten Vorrichtung zu den bereits einseitig bestückten flexiblen Leiterplatten. Dies ist besonders bei feinstrukturierten Leiterplatten oder kleinen Komponenten problematisch.

Ein weiteres Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 199 07 295 C1 bekannt. Weitergehend wird ei­ ne bereits einseitig mit Komponenten versehene flexible Leiterplatte an eine steife und plane Unterlage angelegt und auf dieser fixiert, an den rückseitig zu bestückenden Stellen mit einem oder mehreren Formelementen, die Funkti­ onsöffnungen aufweisen, überdeckt. Der Raum zwischen der bereits bestückten Seite der Leiterplatte und der inneren Oberfläche des Formelements wird durch die Funktionsöffnun­ gen mit einem fließfähigen Formstoff ausgegossen, der nach dem Ausgießen erhärtet. Für die weitere Handhabung ist der so hergestellte Verbund aus einseitig bestückter Leiter­ platte, Formstoff und Formelement von Interesse.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist zweierlei. Zum einen kann keine ausreichende Anpassung der thermischen Ausdeh­ nungen von bestückter Leiterplatte und Formstoff garantiert werden, so dass sich der Verbund aus einseitig oder später zweiseitig bestückter Leiterplatte, Formstoff und Formele­ ment zwangsläufig verwölbt. Zum zweiten ist bei dauerhaft auf der Leiterplatte verbleibendem Formstoff der hohe Ver­ brauch an Formstoff, bei nur zeitweilig aufgebrachtem Form­ stoff der hohe Aufwand des Verfahrens nachteilig. Geringe Zuverlässigkeit der auf diese Weise hergestellten Baugrup­ pen und hohe Kosten des Verfahrens sind die Folge.

Die am weitesten verbreiteten Lotpastendrucker und Bestü­ cker sind für eine horizontal gehaltene Leiterplatte ausge­ legt, auf deren Oberseite gedruckt bzw. bestückt wird. Ist die flexible Leiterplatte auf der einen Seite bestückt, so muss sie zur Montage von Komponenten auf der Rückseite um­ gedreht werden. Die naheliegende Lösung besteht darin, die Leiterplatte zur Rückseitenbestückung mit den Komponenten nach unten in einen Rahmen einzuspannen.

Dieser Lösungsansatz ist mindestens durch zwei Probleme ge­ kennzeichnet. Zum einen hängt die Folie unter der Last der Komponenten durch, vor allem bei großflächigen Substraten, zum anderen führt die im Rahmen aufgehängte flexible Lei­ terplatte bei Bestückungsaktionen mit einem der gebräuchli­ chen aufsetzkraftgesteuerten Bestückerköpfe zu unterschied­ lichen Gegenreaktionen an den Ecken und in der Mitte der Leiterplatte. Das Ergebnis sind Bestückungsfehler. Wenn die Folienleiterplatte mit ihrer bestückten Seite nach unten auf einem Träger oder Arbeitstisch flächig aufliegend posi­ tioniert werden soll, müssen die Höhenunterschiede auf der bereits bestückten Seite ausgeglichen werden.

Aus der US 5 626 278 sind Vorrichtungen bekannt, die in diskreter Form unter den elektronischen Komponenten plat­ ziert werden und die flexible Folie so stabilisieren, so dass eine Bestückung mittels Durchsteckmontage ermöglicht wird. Dabei wird keine vollständige, sondern nur eine par­ tielle Stabilisierung und kein Ausgleich der Höhenunter­ schiede erreicht.

Die WO 97/33312 A1 beschreibt ein Verfahren zur Umhüllung von Halbleitern. Dabei wird lediglich ein nackter Chip um­ gossen. Das Stabilisieren einer gesamten Baugruppe zum Zweck der Montage ist nicht vorgestellt. Ausgangspunkt die­ ser Problemlösung ist ein nackter Chip und sein Endprodukt ein Chipgehäuse, das den Chip vor Umwelteinflüssen schützt und seine Testbarkeit und Montagefähigkeit gewährleistet. Die Druckschriften Röhrs, G.; Hanke, A.: Fortschritte bei recyclingfähigen Leiterplatten, Teil 2. F (Feinwerktech­ nik, Mikrotechnik, Meßstechnik) 106 (1998) 6, S. 423-426 und WO 97/00598 A behandeln das Problem einer Versteifung einseitig oder zweiseitig bestückter flexibler Leiterplat­ ten. Sie geben jedoch keine Möglichkeit an, wie die flexib­ le Leiterplatte im Bestückungsprozess stabilisiert wird, und damit auch kein Verfahren zur industriellen doppelsei­ tigen Bestückung.

Aus der JP 7-131198 A ist ein Verfahren zum zweiseitigen Bestücken biegesteifer Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen bekannt, bei dem die bereits auf der Vorder­ seite bestückte Leiterplatte auf der Vorderseite mit bürs­ tenartigen Unterstützungshilfen im Bereich der Bauelemente und der Leiterplatte gestützt wird, während die Rückseite bestückt wird. Entsprechendes gilt für ein aus der JP 8- 046397 A zu entnehmenden Verfahren zum Fixieren von biege­ steifen Leiterplatten, bei dem auf die bereits bestückte Leiterplattenseite während des Bestückens der Rückseite ein mit einer elastischen Schicht versehener Schwamm gedrückt wird.

Der Pastenauftrag (Lotpasten und Leitkleber) und die Monta­ ge von Komponenten auf einer Leiterplatte, aber auch das Testen und Reparieren (etwa Entlöten, neu Bestücken und neu Löten) erfordern eine vorgegebene Steifigkeit und Ebenheit der Leiterplatte sowie Bezugspunkte oder Bezugsflächen für die Positionierung beim jeweiligen Verfahren.

Es besteht deshalb die Aufgabe, nach dem kompletten Bestü­ cken der ersten Seite einer flexiblen Leiterplatte die E­ benheit und die Formstabilität der unbestückten Leiterplat­ tenseite herzustellen und zu sichern sowie Bezugspunkte o­ der Bezugsflächen für ihre Positionierung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch ge­ löst, indem das Oberflächenprofil der Abschnitte der fle­ xiblen Leiterplatte, auf deren Rückseite weitere Komponen­ ten zu montieren sind, mit Hilfe zahlreicher, in einer Ebe­ ne angeordneter, elastisch gelagerter, nadelartiger Stifte abgetastet und nach dem Abtasten zeitweilig arretiert wird, die Leiterplatte in dem von den Stiften abgebildeten fi­ xierten Profil festgehalten wird, anschließend die Gesamt­ heit aus Leiterplatte und arretierten Stiften von der Un­ terlage abgehoben und gewendet wird, auf die nun oben lie­ gende, unbestückte Leiterplattenrückseite mit anderweitig bekannten Techniken weitere Komponenten montiert werden und die flexible Leiterplatte mit den arretierten Stiften wäh­ rend dieser Komponentenmontage zeitweilig verbunden ist. Die einseitig bestückte flexible Leiterplatte liegt bei­ spielsweise mit der bereits bestückten Seite nach oben auf einer steifen und porösen Unterlage auf und wird an diese Unterlage angesaugt. Das Oberflächenprofil, gebildet aus Leiterplatte und Komponenten, wird mit Hilfe der in einer Ebene angeordneten, verschieblich gelagerten Stifte abge­ tastet. Nach dem Abtasten werden die Stifte arretiert und die Leiterplatte wird an das Stiftprofil angelegt, bei­ spielsweise durch Ansaugen.

Anschließend wird das Ansaugen der Leiterplatte an die Unterlage beendet. Die Gesamtheit aus der Anordnung von Stiftplatte und Leiterplatte wird gehandhabt, beispielswei­ se gewendet und/oder versetzt, und die Rückseite der Lei­ terplatte mit anderweitig bekannten Verfahren bestückt.

Vorteilhaft ist die Anordnung mit Stiften umlaufend mit ei­ ner Abdichtung versehen, die sich an die abgetastete Lei­ terplatte anschmiegt, so dass diese beim Ansaugen von der bereits bestückten Seite mit geringem Aufwand gehalten wird.

Nach einer vorteilhaften Weiterentwicklung werden gleich­ zeitig mehrere Leiterplatten, beispielsweise in Form von Nutzen, durch die Stifte gemeinsam abgetastet und fixiert.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass der Lötpas­ tenauftrag und die Montage von Komponenten, aber auch das Prüfen und Reparieren (Entlöten, Neubestücken und Neulöten) auf der Rückseite einer einseitig bestückten flexiblen Lei­ terplatte erfolgen kann, ohne die zuvor bereits bestückte Seite der flexiblen Leiterplatte zeitweise oder dauerhaft mit einem Formstoff überziehen zu müssen. Die Gesamtheit aus Anordnung mit Stiften und Leiterplatte ist stabil und lässt eine genaue Positionierung zu. Damit lassen sich auch zur Rückseitenbestückung die gebräuchlichen Montagetechni­ ken, zum Beispiel SMT und COB anwenden. Es können die für starre Leiterplatten bekannten Verfahren zum Einsatz kom­ men.

Im Vergleich zu solchen Verfahren, die das Oberflächenpro­ fil einer Musterleiterplatte dauerhaft abformen und zur Komponentenmontage einer Serie gleicher Leiterplatten ver­ wenden, ergibt sich der Vorteil hoher Passgenauigkeit zu jeder einzelnen, einseitig bestückten Leiterplatte und da­ mit höherer Verfahrensrobustheit. Die an den Stiften gehal­ tene Folienleiterplatte kann bei den Verfahrensschritten der Montage weder durchhängen noch nachgeben. Die Folien­ leiterplatte kann während aller Verfahrensschritte der Mon­ tage gehalten werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass kein Formstoff erforderlich ist, der thermomechanische Spannungen beim Löten, Repara­ turlöten und Lagern einprägt, die die Zuverlässigkeit nega­ tiv beeinflussen. Ein Vorteil ergibt sich insbesondere bei Komponenten mit flächiger Anordnung der Anschlüsse, z. B. BGA und CSP, die nach einem Test oder einer Röntgen-Inspek­ tion unter Umständen erneut zu verlöten sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer möglichen Aus­ führungsform anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Verfah­ rens­ ablaufs und

Fig. 2 eine Darstellung der Unterlage 3 mit angelegter und durch Ansaugen fixierter Folienleiterplatte 2.

Entsprechend Fig. 1a wird eine nach den bekannten Technolo­ gien einseitig mit Komponenten 1, z. B. elektrischen, elektronischen, optoelektronischen Bauelementen und Bauele­ mentegruppen, bestückte und getestete biegeschlaffe Folien­ leiterplatte 2 auf eine mindestens abschnittsweise plane Unterlage 3 mit den Komponenten 1 nach oben aufgelegt.

Anschließend wird entsprechend Fig. 1b eine Stiftplatte 4, die zahlreiche, flächig angeordnete, längsverschieblich ge­ lagerte und vorzugsweise gleichlange Stifte 5 trägt, von oben auf die Leiterplatte 2 aufgesetzt, und zwar so weit, dass alle Stifte 5, die oberhalb der Leiterplatte 2 ange­ ordnet sind, mit ihr in Kontakt kommen, entsprechend Fig. 1c.

Nun werden, entsprechend Fig. 1d, die Stifte 5 in der Stiftplatte 4 arretiert, und die Leiterplatte 2 wird an den Stiften 5 durch Ansaugen gehalten. Die Ränder der Leiter­ platte 2 sind dabei durch Dichtlippen 6 weitgehend abge­ dichtet.

Anschließend wird die Gesamtheit aus Leiterplatte 2, Stift­ platte 4 und Dichtlippen 6, entsprechend Fig. 1e gewendet. Auf der nun oben liegenden noch unbestückten Rückseite der Leiterplatte 2 werden mit anderweitig bekannten Verfahren weitere Komponenten montiert, wobei sich die biegeschlaffe Leiterplatte 2 wie eine starre Leiterplatte verhält. Nach der Komponentenmontage wird die Leiterplatte 2 von der Stiftplatte 4 entfernt, indem das Ansaugen beendet wird. Fig. 1f zeigt die endbestückte Leiterplatte.

In Fig. 2 ist eine Darstellung gezeigt, bei der die flexib­ le Leiterplatte 2 auf der Unterlage 3 durch Ansaugen vor­ teilhaft fixiert ist.

Beim Bestücken von Leiterplatten oder Nutzen in Serie müs­ sen die Verfahrensschritte, soweit sie den Vorgang des Ab­ bildens der Konturen der vorderseitig bestückten Leiter­ platte im Stiftbett der Stiftplatte betreffen, nur für die erste Leiterplatte oder den ersten Nutzen der Serie ange­ wendet werden. Mit den in der Stiftplatte arretierten Stif­ ten können alle weiteren rückseitig zu bestückenden Leiter­ platten der Serie gestützt werden.

Es versteht sich, dass der Begriff "Vorderseite" einer Lei­ terplatte lediglich ausdrückt, dass diese Seite bestückt worden ist, bevor es gilt, die andere Seite, die "Rücksei­ te", zu bestücken, und insofern daraus keine Rückschlüsse auf das Layout der Leiterplatte selbst oder deren Einbau­ richtung in ein Gerät zu ziehen sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur rückseitigen Oberflächenmontage von Kompo­ nenten auf einer vorderseitig bereits bestückten, flexiblen Leiterplatte, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) zunächst die Leiterplatte (2) auf der zu bestückenden Rückseite von einer steifen und zumindest abschnittsweise planen Unterlage (3) gestützt wird,
• b) zu bestückende Bereiche der Leiterplatte (2) von mindes­ tens einer Stiftplatte (4) bedeckt werden, welche biege­ steif und mit zahlreichen längsverschieblich gelagerten Stiften (5) besetzt ist,
• c) Stiftplatte(n) (4) und Leiterplatte (2) so zueinander angenähert werden, dass die Stifte (5) die Komponenten (1) und die Leiterplatte (2) berühren,
• d) die Stifte (5) in dieser Position bezüglich der Stiftplatte(n) (4) arretiert werden,
• e) die Gesamtheit aus Leiterplatte (2) und Stiftplatte(n) (4) gegebenenfalls gehandhabt wird,
• f) die Leiterplatte (2) vorderseitig von den Stiften (5) gestützt wird und
• g) die Rückseite der Leiterplatte (2) bestückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) an die Stiftplatte (n) (4) im arretier­ ten Zustand der Stifte (5) angesaugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (1) auf der Rückseite der Leiterplatte (2) derart montiert werden, dass sowohl das Aufbringen einer Lotpaste und das Aufsetzen der Komponenten (1) als auch das Löten der Komponenten (1) bei gestützter Leiterplatte (2) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich das Aufbringen einer Lotpaste und das Aufsetzen der Komponenten (1) bei gestützter Leiterplatte (2) er­ folgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere Leiterplatten (2), beispielsweise in Form von Nutzen, durch eine Stiftplatte (4) gestützt wer­ den.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) mit einem steifen Rahmen dauerhaft o­ der zeitweilig verbunden ist.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bestücken von Lei­ terplatten (2) oder Nutzen in Serie die Verfahrensschritte a) bis c) nach Anspruch 1 nur für die erste Leiterplatte (2) oder den ersten Nutzen der Serie angewandt werden.