-
Die
Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit wenigstens einem thermisch
kritischen SMD-Bauteil, das auf wenigstens ein Lötpad auf einer ersten Seite der
Leiterplatte mittels einer Lotpaste lötbar ist, und ein Verfahren
zum Herstellen, Bestücken
und Löten einer
Leiterplatte mit einem solchen SMD-Bauteil.
-
Für eine Fertigung
von Leiterplatten stehen heute eine Vielzahl von SMD-Bauteilen (Surface-Mounted-Device)
zur Verfügung.
Nicht alle diese SMD-Bauteile
sind jedoch für
eine Lötung
mit bleifreiem Lot bzw. Lotpaste verwendbar, bei der in einem Reflow-Lötofen Temperaturprofile
mit erheblich höheren
Temperaturen erforderlich sind. Besonders hoch integrierte Halbleiter-SMD-Bauteile
oder solche, bei denen bei höheren
Temperaturen im Reflow-Lötofen
eine unerwünschte
Alterung eintreten kann, sind entweder für die Temperaturspitzen bei Lötvorgängen mit
bleifreiem Lot nicht geeignet oder, wenn überhaupt, nur als sehr teure
Hoch-Temperatur-Ausführungen
erhältlich.
Problematisch ist bei all diesen hier als "thermisch kritisch" bezeichneten SMD-Bauteilen nicht nur
ihr Gehäuse,
das häufig
aus Kunststoff besteht, sondern auch eine Temperaturempfindlichkeit
ihrer elektronischen Komponenten. Einige Hersteller von SMD-Halbleiter-Bauteilen
haben sich zur Temperaturproblematik dahingehend geäußert, daß sie keine
SMD-Bauteile entwickeln und anbieten wollen, die für die zum
Löten im
Reflow-Lötofen
mit bleifreiem Lot erforderlichen Temperaturen geeignet sind. Derartige,
für hohe
Temperaturen um 260°C
unkritische Bauteile wären
zu teuer und am Markt nur schwer durchsetzbar.
-
Um
dem Problem mit der Temperaturempfindlichkeit der thermisch kritischen
Bauteile zu begegnen, werden diese heutzutage, nachdem die anderen,
thermisch unkritischen Bauteile im Reflow-Lötofen gelötet wurden, in zwei zusätzlichen
Arbeitsschritten auf die Leiterplatte gebracht und anschließend auf
der Leiterplatte verlötet.
Diese zusätzlichen
Arbeitsschritte verlängern
nicht nur die Fertigstellung einer derart bestückten Leiterplatte sondern verteuern
sie wegen des Aufwands auch erheblich.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte und
ein Verfahren zu schaffen, mit denen es möglich ist, thermisch kritische SMD-Bauteile auch bei
hohen Temperaturen in einem Reflow-Lötofen zu löten.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine erste Variante einer Leiterplatte nach der Erfindung
mit wenigstens einem thermisch kritischen SMD-Bauteil, das auf wenigstens
ein Lötpad
auf einer ersten Seite der Leiterplatte mittels einer Lotpaste lötbar ist,
wobei die Lotpaste auf einer zweiten Seite der Leiterplatte aufgebracht
wird und mindestens eine Bohrung in unmittelbarer Nähe zum Lötpad vorgesehen
ist, durch die die Lotpaste an das SMD-Bauteil heranführbar ist.
-
Die
oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine zweite Variante
einer Leiterplatte nach der Erfindung mit wenigstens einem thermisch
kritischen SMD-Bauteil, das auf wenigstens ein Lötpad auf einer ersten Seite
der Leiterplatte mittels einer Lotpaste lötbar ist, wobei die Lotpaste
auf einer zweiten Seite der Leiterplatte aufgebracht wird und mindestens eine
Bohrung durch das Lötpad
vorgesehen ist, durch die die Lotpaste an das SMD-Bauteil heranführbar ist.
-
Bei
einer besonderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Leiterplatte
ist die Bohrung mit einer Metallisierungshülse ausgekleidet.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Leiterplatte
wird das SMD-Bauteil vor einem Lötvorgang
auf der Leiterplatte durch einen Klebstoff befestigt.
-
Noch
einer andere Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Leiterplatte
betreffen eine mechanische Halterung zur Befestigung des SMD-Bauteils
vor einem Lötvorgang
auf der Leiterplatte.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der Leiterplatte nach der Erfindung wird zum Löten des SMD-Bauteils derart
durch einem Reflow-Lötofen
transportiert wird, daß ihre
erste Seite mit dem SMD-Bauteil nach unten weist, so daß die beim
Löten erwärmte Lotpaste
auf der zweiten Seite der Leiterplatte durch die Bohrung hindurch
zum Lötpad
und zum SMD-Bauteil fließt.
-
Bei
noch einer weiteren Ausführungsform der
Leiterplatte nach der Erfindung ist die zum Löten des thermisch kritischen
SMD-Bauteils verwendete Lotpaste eine bleifreie Lotpaste ist.
-
Außerdem wird
die oben genannte Aufgabe gelöst
durch eine erste Variante eines erfindungsgemäßes Verfahrens zum Herstellen,
Bestücken
und Löten
einer Leiterplatte mit wenigstens einem thermisch kritischen SMD-Bauteil
mit folgenden Verfahrensschritten:
herstellen einer Leiterplatte
mit wenigstens einem Lötpad
für das
SMD-Bauteil auf einer ersten Seite der Leiterplatte;
bohren
einer Bohrung durch die Leiterplatte in unmittelbarer Nähe zum Lötpad;
befestigen
des SMD-Bauteils auf der ersten Seite der Leiterplatte;
aufbringen
von Lotpaste auf einer zweiten Seite der Leiterplatte auf bzw. in
die Bohrung;
nach vollständigen
Bestücken
der zweiten Seite der Leiterplatte Löten der dortigen Bauteile und
des auf der ersten Seite der der Leiterplatte befindlichen thermisch
kritischen SMD-Bauteils in einem Reflow-Lötofen.
-
Die
genannte Aufgabe wird darüber
hinaus gelöst
durch eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen,
Bestücken
und Löten
einer Leiterplatte mit wenigstens einem thermisch kritischen SMD-Bauteil
mit folgenden Verfahrensschritten:
herstellen einer Leiterplatte
mit wenigstens einem Lötpad
für das
SMD-Bauteil auf einer ersten Seite der Leiterplatte;
bohren
einer Bohrung durch das Lötpad
der Leiterplatte;
befestigen des SMD-Bauteils auf der ersten
Seite der Leiterplatte;
aufbringen von Lotpaste auf einer zweiten
Seite der Leiterplatte auf bzw. in die Bohrung;
nach vollständigen Bestücken der
zweiten Seite der Leiterplatte Löten
der dortigen Bauteile und des auf der ersten Seite der der Leiterplatte
befindlichen thermisch kritischen SMD-Bauteils in einem Reflow-Lötofen.
-
Bei
einer besonderen Ausführungsform
des Verfahren nach der Erfindung wird die Bohrung durch eine die
Bohrung auskleidende Hülse
metallisiert.
-
Noch
eine andere Ausführungsform
des Verfahrens nach der Erfindung sieht vor, daß das SMD-Bauteil zur Befestigung
in einen auf die erste Seite der Leiterplatte aufgebrachten Klebstoff
eingesetzt wird.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das SMD-Bauteil in eine Snap-In-Befestigung auf der erste Seite
der Leiterplatte eingesetzt wird.
-
Bei
wieder einer anderen Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die zum Löten
des thermisch kritischen SMD-Bauteils verwendete Lotpaste eine bleifreie
Lotpaste.
-
Der
Erfindung liegt die Idee zugrunde, die thermisch kritischen SMD-Bauteile
einerseits vor der zum Löten
erforderlichen Wärmeeinwirkung
im Reflow-Lötofen dadurch
zu schützen,
daß die
thermisch kritischen SMD-Bauteile im Reflow-Lötofen auf der Seite der Leiterplatte
positioniert werden, die von der zum Löten notwendigen Wärmeeinwirkung
abgewandt ist, und die Leiterplatte selbst als eine Art Wärmeschild
für die
thermisch kritischen SMD-Bauteile wirkt. Andererseits erlaubt die
Erfindung aber auch die ungehinderte Einwirkung der zum Löten erforderlichen
Energie auf die Lotpaste, mit der die thermisch kritischen SMD-Bauteile
gelötet
werden.
-
Bisherige
Meinungen der Fachleute gehen dahin, daß sie in Bezug auf ein Layout
einer mit SMD-Bauteilen zu bestückenden
Leiterplatte eine Anordnung von Bohrungen in unmittelbarer Nachbarschaft
zu Lötpads
für die
SMD-Bauteile dringend
abraten. Ebenso war es bisher für
die Fachwelt undenkbar, Bohrungen in den Lötpads selbst vorzusehen, da die
Lotpaste auf den Lötpads
durch diese Bohrungen beim herkömmlichen
Lötvorgang
im Reflow-Lötofen durch
die Bohrungen unkontrollierbar verschwinden würde. Gleiches passiere bei
den Bohrungen in unmittelbarer Nähe
zu den Lötpads
auch. Der große Vorteil
der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die herrschende Meinung
der Fachleute in Bezug auf Bohrungen in Lötpads oder in deren unmittelbarer Nähe überwunden
hat und im verein mit einer Technik des Überkopf-Lötens der thermisch kritischen Bauteile
im Reflow-Lötofen
die der herrschenden Meinung zugrunde liegenden Nachteile solcher
Bohrungen zum Vorteile nutzt. Die Erfindung erlaubt auf diese Weise,
auf teure thermisch unkritische SMD-Bauteile beim Löten im Reflow-Lötofen zu
verzichten und zusätzliche
Verfahrensschritte zur Bestückung
und Lötung
dieser SMD-Bauteile
zu vermeiden, auch bei Verwendung von bleifreien Loten.
-
Ein
weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß die Bohrungen
selbst, durch die das Lot zu den zu den Lötpads für die SMD-Bauteilen gelangt, nach
dem Löten
mit Lot gefüllt
sind und so selbst mit den Lötpads
verbunden sind. Zum Testen der SMD-Bauteile genügt es daher, Nadelkontakte
eines üblichen
Nadelbett-Testadapters auf das Lot in den Bohrungen bzw. in die
Bohrungen selbst zu setzen. Dieses Verfahren, bei dem die Nadelkontakte
auf die den zu testenden SMD-Bauteilen gegenüberliegende Seite der Leiterplatte
aufgesetzt werden, erlaubt es, Test- bzw. Prüfpunkte einzusparen auf der
mit den zu testenden SMD-Bauteilen bestückten Seite der Leiterplatte.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend genauer erläutert und beschrieben, wobei
auf verschiedene in der beigefügten
Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele
der Erfindung verwiesen wird. dabei zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer herkömmlichen, zur Lötung in
einem Reflow-Lötofen vorbereiteten
Leiterplatte mit verschiedenen SMD-Bauteilen;
-
2 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Leiterplatte
nach der Erfindung mit einem darauf befestigten thermisch kritischen
SMD-Bauteil;
-
3 eine
Darstellung der Leiterplatte nach 2 nach dem
Aufbringen von Lotpaste;
-
4 eine
Darstellung der Leiterplatte nach 2 nach dem
Löten in
einem Reflow-Lötofen;
-
5 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Leiterplatte
nach der Erfindung mit einem thermisch kritischen SMD-Bauteil;
-
6 eine
Darstellung der Leiterplatte nach 5 nach dem
Aufbringen von Lotpaste; und
-
7 eine
Darstellung der Leiterplatte nach 5 nach dem
Löten in
einem Reflow-Lötofen
mit aufgesetzten Nadelkontakten.
-
Falls
sinnvoll und zur Vereinfachung werden nachfolgend für gleiche
Elemente, Module oder Teile der verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung gleiche Bezugszeichen verwendet.
-
Zum
besseren Verständnis
der Erfindung ist in 1 ist eine nach herkömmlichen
Verfahren in einem Reflow-Lötofen
zu lötende
mehrlagige Leiterplatte 1 in einer ausschnitthaften Darstellung
veranschaulicht. Äußere und
innere Leiterbahnen 2 sind hier nur angedeutet. Symbolhaft
ist auf der Leiterplatte 1 ein erstes SMD-Bauteil 3 angeordnet,
beispielsweise ein Widerstand, wobei auf für das erste SMD-Bauteil 3 vorgesehene
Lötpads 4a auf
der Leiterplatte 1 bereits Lotpaste 5 aufgebracht
worden ist. In diese Lotpaste wurde das erste SMD-Bauteil 3 mit seinen
Kontaktflächen 4b eingesetzt.
Stellvertretend für
weitere SMD-Bauteile, die eine solche Leiterplatte 1 in
der Realität üblicherweise
aufweist, ist auf ihr auch noch ein zweites SMD-Bauteil 6 angeordnet
mit unter dem zweiten SMD-Bauteil 6 befindlichen Kontaktflächen 7a,
beispielsweise ein Halbleiterchip. Das in 1 dargestellte
zweite SMD-Bauteil 6 ist eine sogenanntes Ball-Grid-Array-Bauteil.
Bei solchen SMD-Bauteilen, bei denen wie in 1 veranschaulicht
die Kontaktflächen 7a unterhalb
des SMD-Bauteils 6 angeordnet sind, applizieren die Hersteller
bereits kleine, so daß das
eigentlich SMD-Bauteil 6 zusammen mit den Kugeln 8 aus
Lot erhältlich
ist. In der in 1 gewählten Darstellung ist das SMD-Bauteils 6 do
auf die Leiterplatte 1 aufgesetzt, daß die Kugeln 8 aus
Lot auf für
das SMD-Bauteil 6 vorgesehenen Lötpads 7b aufsitzen.
Die in 1 dargestellte und bestückte Leiterplatte 1 ist
vorbereitet und fertig zum Löten
in einem Reflow-Lötofen,
der hier zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Üblicherweise
wird bei herkömmlichen
Lötverfahren
die Leiterplatte 1 in der in 1 dargestellten
Position in den Reflow-Lötofen gegeben
und so gelötet,
wobei – üblicherweise – die zum
Löten erforderliche
Energie von oben zugeführt wird.
Die SMD-Bauteile 3, 6 müssen also in Bezug auf den
Lötvorgang
thermisch unkritisch und gegenüber
Temperaturspitzen im Reflow-Lötofen
beständig sein.
-
Sind
die SMD-Bauteile hingegen thermisch kritische Bauteile in Bezug
auf Temperaturspitzen bei heute üblichen
Lötvorgängen mit
bleihaltigem Lot oder in Bezug auf die höheren Temperaturspitzen beim
Löten mit
bleifreiem Lot, so ist eine Leiterplatte bzw. ein Verfahren nach
der Erfindung zu verwenden.
-
Die 2 bis 7 zeigen
verschiedene Ausführungsbeispiele
einer Leiterplatte nach der Erfindung, mittels derer thermisch kritische
SMD-Bauteile, beispielsweise solche wie sie im Zusammenhang mit
der 1 beschrieben wurden, ohne Schaden im Reflow-Lötofen gelötete werden
können.
Das erfindungsgemäße Verfahren
zum Herstellen, Bestücken
und Löten
einer solchen Leiterplatte mit einem thermisch kritischen SMD-Bauteil
wird danach im Zusammenhang mit der 8 beschrieben.
-
In 2 ist
eine mehrlagige, beidseitig bestückbare
Leiterplatte 10 dargestellt mit innen und außen auf
der Leiterplatte 10 liegenden Leiterbahnen 12.
Für ein
thermisch kritisches SMD-Bauteil 14 sind Lötpads 16 vorgesehen,
die mit den Leiterbahnen 12 verbunden sind. Auf die Leiterplatte 10 ist
ein Klebestoff 22 aufgebracht worden, mit dem das thermisch kritisches
SMD-Bauteil 14 auf der Leiterplatte befestigt ist. Der
Klebstoff 22 kann in bekannter Weise auf die Leiterplatte 10 aufgebracht
werden, beispielsweise mit einem Dispenser, und zusammen mit anderen auf
der Leiterplatte 10 anzubringenden Klebstoffpunkten für andere,
hier nicht dargestellte Bauteile.
-
Bei
dem in 2 veranschaulichten thermisch kritisches SMD-Bauteil 14,
beispielsweise ein Widerstand oder ein Kondensator, bei dem, wie
in 2 dargestellt, Kontaktflächen 26 außen am SMD-Bauteil 14 vorgesehen
sind, empfiehlt es sich den Klebstoff 22 zwischen die Lötpads 16 zu
plazieren, so daß das
SMD-Bauteil 14, nach Aufsetzen auf die Leiterplatte 10 etwa
in seiner Mitte befestigt wird. In unmittelbarer Nähe der Lötpads 16 sind
Bohrungen 18 durch die Leiterplatte 10 hindurch
gebohrt worden, die, wie in 2 dargestellt,
metallisiert wurden. Eine dadurch in den Bohrungen 18 hergestellte Metallisierungshülse 20 ist
sinnvollerweise mit den Lötpads 16 und/oder
Leiterbahnen 12 verbunden, muß es aber nicht. Die Metallisierungshülse 20 erlaubt
aber die Möglichkeit
eine Verbindung mit im Innern der Leiterplatte 10 befindlichen
Leiterbahnen 12, wie hier dargestellt.
-
Anstatt
das SMD-Bauteil 14 durch einen Klebstoff 22 auf
der Leiterplatte 10 zu befestigen, sind auch andere Arten
einer mechanischen Befestigung denkbar, wie z.B. eine Snap-In-Befestigung.
-
3 zeigt
die Leiterplatte 10 und das darauf befestigte thermisch
kritische SMD-Bauteil 14, nachdem sie gewendet worden ist,
so daß sich
das SMD-Bauteil 14 unterhalb
der Leiterplatte 10 befindet. Oben auf die Leiterplatte 10,
genauer: auf und in die Bohrungen 18, ist eine zum Löten des
SMD-Bauteils 14 gewählte
Lotpaste 24 aufgebracht worden. Vorzugsweise wird die Lotpaste 24 gedruckt,
und zwar im Zusammenhang mit dem Lotpasten-Auftrag auf die gesamte
hier betrachtete Seite der Leiterplatte 10.
-
In 4 ist
die in 3 dargestellte Leiterplatte 10 veranschaulicht,
nachdem sie in einem hier nicht gezeigten Reflow-Lötofen gelötet wurde.
Während
des Lötvorgangs
wurde die Leiterplatte 10 in der in 4 dargestellten
Position durch den Reflow-Lötofen
transportiert, so daß die
Leiterplatte 10 das unter hier befindliche thermisch kritische
SMD-Bauteil 14 gegenüber
der von oben auf die Leiterplatte 10 einwirkenden Lötwärme als
thermischer Schutzschild abgeschirmt hat. Die auf bzw. in den Bohrungen 18 aufgebrachte
Lotpaste 24 ist beim Löten
durch die Bohrungen 18 hindurch auf die andere Seite der
Leiterplatte 10 und zwischen die Lötpads 16 und die Kontaktflächen 26 des
SMD-Bauteils 14 geflossen und hat diese verbunden. Es hat
sich gezeigt, daß auf
diese Weise mechanisch und elektrisch hochwertige Fügestellen
zwischen dem SMD-Bauteil 14 und der Leiterplatte 10 geschaffen
werden. Durch die besondere Anordnung der Leiterplatte 10 im
Reflow-Lötofen
gelingt es einerseits ein thermisch kritisches SMD-Bauteil 14 gegenüber der
zum Löten
erforderlichen Energieeinstrahlung von oben auf die Leiterplatte 10 abzuschirmen,
andererseits ist die Lotpaste 24 der Energieeinstrahlung
und der Lötwärme ausgesetzt.
Es sind auch bereits Reflow-Lötöfen erhältlich,
bei denen die Unterseite der Leiterplatten während des Lötvorganges zusätzlich gekühlt werden
kann. Mit einem solchen Reflow-Lötofen
ist es möglich,
thermisch kritische SMD-Bauteile auch beim Löten mit bleifreiem Lot im Reflow-Lötofen zu löten. Eine
Lötung
thermisch kritischer SMD-Bauteile in einem separaten Arbeitsgang,
wie bisher beispielsweise im Wellenlotbad oder beim Handlöten, kann
durch die Erfindung eingespart werden.
-
In
Ergänzung
zur der in den 2–4 dargestellten
Leiterplatte 10 zeigt 5 eine andere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Leiterplatte 10,
die hier beispielhaft wieder eine mehrlagige, beidseitig bestückbare Leiterplatte 10 mit
innen und außen
auf der Leiterplatte 10 liegenden Leiterbahnen 12 ist.
Für ein
anderes thermisch kritisches SMD-Bauteil 30 sind Lötpads 32 vorgesehen,
die mit den Leiterbahnen 12 verbunden sind. Das hier zur Veranschaulichung
der Erfindung gewählte
thermisch kritische SMD-Bauteil 30 ist wiederum ein sogenanntes
Ball-Grid-Array-Bauteil, wie es bereits oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben
worden ist. Die vom Hersteller des SMD-Bauteils 30 bereits
auf Kontaktflächen 42 des
SMD-Bauteils 30 befestigten und mitgelieferten Kugeln aus
Lot 39 liegen auf den Lötpads 32 der
Leiterplatte 30 auf. Im Gegensatz zu dem in den 2–4 dargestellten SMD-Bauteil 14 sind
hier die Kontaktflächen 42 unterhalb
und nicht seitlich vom SMD-Bauteil 30 angeordnet. Auf der
Unterseite des SMD-Bauteil 30 ist daher kein Platz für eine Befestigung
auf der Leiterplatte 10 mittels eines punkförmigen dosierten
Klebstoffs. Deswegen ist hier ein Klebstoff 38 neben für das SMD-Bauteil 30 vorgesehenen
Lötpads 32 auf der
Leiterplatte 30 so plaziert, daß er eine Befestigung des SMD-Bauteils 30 in
dessen Randbereich sicherstellt. Diese Situation ist in 5 (und
den 6, 7) verdeutlicht. Der Klebstoff 38 kann wieder
in bekannter Weise auf die Leiterplatte 30 aufgebracht
werden, beispielsweise mit einem Dispenser, und zusammen mit anderen
auf der Leiterplatte 30 anzubringenden Klebstoffpunkten
für andere,
hier nicht dargestellte Bauteile.
-
Sind
im Ausführungsbeispiel
der 2–4 Bohrungen
durch die Leiterplatte in unmittelbarer Nähe zu Lötpads angeordnet, so sind solche
Bohrungen 34 beim Ausführungsbeispiel
der Erfindung in den 5–7 durch
die Lötpads 32 selbst
gebohrt, die hier ebenfalls metallisiert wurden. Eine dadurch in
den Bohrungen 34 hergestellte Metallisierungshülse 36 ist
sinnvollerweise mit den Lötpads 32 und/oder
Leiterbahnen 12 verbunden, muß es aber nicht. Die Metallisierungshülse 36 erlaubt aber
die Möglichkeit
eine Verbindung mit im Innern der Leiterplatte 10 befindlichen
Leiterbahnen 12, wie hier dargestellt. 6 zeigt
die Leiterplatte 10 und das darauf befestigte thermisch
kritische SMD-Bauteil 30 nach 5, nachdem
die Leiterplatte 10 gewendet worden ist, so daß sich das
SMD-Bauteil 30 unterhalb der Leiterplatte 10 befindet.
Oben auf die Leiterplatte 10, genauer: auf und in die Bohrungen 34,
ist eine zum Löten
des SMD-Bauteils 30 gewählte Lotpaste 40 aufgebracht
worden. Vorzugsweise wird die Lotpaste 40 gedruckt, und
zwar im Zusammenhang mit dem Lotpasten-Auftrag auf die gesamte hier betrachtete
Seite der Leiterplatte 10.
-
In 7 ist
die Leiterplatte 10 nach 6 dargestellt,
nachdem sie in einem hier nicht gezeigten Reflow-Lötofen gelötet wurde.
Während
des Lötvorgangs
wurde die Leiterplatte 10 wieder in der in 6 dargestellten
Position durch den Reflow-Lötofen
transportiert, so daß die
Leiterplatte 10 das unter ihr befindliche thermisch kritische
SMD-Bauteil 30 gegenüber
der von oben auf die Leiterplatte 10 und dort befindlichen
sonstigen Bauteile und die Lotpaste einwirkenden Lötenergie
quasi als thermisches Schild abgeschirmt hat. Die auf bzw. in den
Bohrungen 34 aufgebrachte Lotpaste 40 ist beim
Löten durch
die Bohrungen 34 hindurch auf die andere Seite der Leiterplatte 30 und
zwischen die Lötpads 32 und
die Kontaktflächen 42 des
SMD-Bauteils 30 geflossen und hat diese zusammen mit den
ebenfalls im Reflow-Lötofen
aufgeschmolzenen Kugeln aus Lot 39 (siehe dazu 5 und 6)
verbunden. Auch hierbei hat sich gezeigt, daß so mechanisch und elektrisch
hochwertige Fügestellen
zwischen dem SMD-Bauteil 30 und der Leiterplatte 10 geschaffen werden.
Wie bereits oben zur 4 beschrieben, gelingt es damit
einerseits ein thermisch kritisches SMD-Bauteil 30 gegenüber der
zum Löten
erforderlichen Energieeinstrahlung von oben auf die Leiterplatte 10 abzuschirmen,
andererseits ist die Lotpaste 40 der Energieeinstrahlung
und der Lötwärme ausgesetzt.
Mithilfe der ebenso oben zur 4 bereits beschriebenen
Reflow-Lötöfen mit
zusätzlicher
Kühlung
können
auch thermisch kritische Ball-Grid-Array-Bauteile mit bleifreiem
Lot im Reflow-Lötofen gelötet werden.
Anstelle bisher üblicher
bleihaltiger Lotpasten eignet sich die Erfindung auch für eine Verwendung
bleifreier Lotpaste.
-
7 veranschaulicht
auch noch einen besonderen Vorteil der Erfindung. Auf Leiterplatten,
insbesondere solchen mit SMD bestückten komplexen Halbleiter-Bauteilen,
sind üblicherweise
Testpunkte bzw. Prüfpads
vorgesehen, auf die nach vollständigem
Löten der
Leiterplatte und aller darauf vorgesehenen Bauteile sogenannte Nadelkontakte 44 aufgesetzt
werden, um die Funktion der Bauteile auf der Leiterplatte 10 zu
testen. Ein solcher Funktionstest ist beispielsweise dann wichtig,
wenn ein Bauteil, wie das in den 5–7 dargestellte
SMD-Bauteil 30 Kontaktflächen 42 auf seiner
Unterseite aufweist. Nach dem Löten
solcher Bauteile sind die Löt-
bzw. Fügestellen
verdeckt und nicht direkt prüf-
und kontaktierbar. Außerdem
gibt es beispielsweise Leiterplatten, die eine komplexe und sehr
dichte Bestückung
mit SMD-Bauteilen aufweisen sollen aber darüber hinaus auch sehr klein
müssen.
Bei solchen Leiterplatten suchen Layouter immer wieder nach Möglichkeiten
die Testpunkte bzw. Prüfpads
einzusparen.
-
Die
Erfindung erlaubt ein Testen der SMD-Bauteile durch Aufsetzen der
Nadelkontakte 44 eines üblichen
und hier nicht dargestellten Nadelbett-Testadapters einer Prüfmaschine
auf das Lot in den Bohrungen 34 bzw. in die Bohrungen 24 selbst zu
setzen. Dieses Verfahren, bei dem die Nadelkontakte 44 auf
die den zu testenden SMD-Bauteilen gegenüberliegende Seite der Leiterplatte
aufgesetzt werden, erlaubt es, Test- bzw. Prüfpunkte einzusparen auf der
mit den zu testenden SMD-Bauteilen 30 bestückten Seite
der Leiterplatte 10.
-
Wie
bereits oben beschrieben, sind die Bohrungen 18 bzw. 34
der Leiterplatten 10 nach den 2–4 und 5–7 vorzugsweise
metallisiert. Diese Maßnahme
erleichtert das Durchfließen für das im
Reflow-Lötofen
erweichte Lot. Bei einer Lotpaste, die in Bezug auf das für die Leiterplatten 10 verwendete
Trägermaterial
gute Benetzungseigenschaften aufweist, ist es denkbar, ohne eine
Metallisierung der Bohrungen 18 bzw. 34 auszukommen.
-
Der
Vollständigkeit
halber ist in 8 eine bevorzugte Ausführungsform
eines Verfahrens 50 nach der Erfindung sowie zwei besondere
Ausgestaltungen dieses Verfahrens 50 dargestellt:
Nach
einem Herstellen 52 einer Leiterplatte, vorzugsweise einer
im Zusammenhang mit den 2–4 beschriebenen
erfindungsgemäßen Leiterplatte 10, mit
Lötpads 16 für ein thermisch
kritisches Bauteil 14 (siehe 2–4)
auf einer ersten Seite der Leiterplatte 10 erfolgt ein
Bohren 54 von jeweils einer Bohrung 18 (siehe 2–4)
in unmittelbarer Nähe zu
jedem Lötpads 16 durch
die Leiterplatte 10. Alternativ dazu kann – entsprechend
dem verwendeten thermisch kritischen SMD-Bauteil 30 – ein Bohren 56 von
Bohrungen 34 (siehe dazu 5–7)
direkt durch die Lötpads 32 durchgeführt werden.
Wahlweise kann dann eine Metallisierung 58 der Bohrungen 18 bzw. 34 erfolgen
und anschließend
ein Auftragen 60 von Klebstoff 22 oder 38 (siehe
dazu 2–7).
Nach einem Einsetzen der thermisch kritischen SMD-Bauteile 14 bzw. 30 in
den Klebstoff 22 bzw. 38 (siehe dazu 2–7)
wird die Leiterplatte 10 gewendet, was in 8 durch "64" veranschaulicht
wird, gefolgt von einem Auftragen 66 von Lotpaste 24 bzw. 40 auf
eine zweite Seite der Leiterplatte 10 auf bzw. in die Bohrungen 18 bzw. 34 (siehe dazu 2–7).
Bei einem anschließenden
Lötvorgang 68 wird
die Leiterplatte 10 mit ihrer zweiten Seite nach oben,
also in der vorher beschriebenen Lage mit unter der Leiterplatte 10 befindlichem
thermisch kritische SMD-Bauteil 14 oder 30, derart
durch einen Reflow-Lötofen
transportiert, daß die
Lotpaste 24 bzw. 40 der Energieeinstrahlung und
der Lötwärme ausgesetzt
wird, das SMD-Bauteil 14 oder 30 jedoch gegenüber der
Energieeinstrahlung von oben durch Leiterplatte 10 selbst
abgeschirmt wird. Die Lotpaste 24 bzw. 40 erweicht
und fließt
durch die jeweiligen Bohrungen 18 bzw. 34 (siehe
dazu 2–7)
an die Lötpads 16 bzw. 32 und
die Kontaktflächen 26 bzw. 42 der
SMD-Bauteile 14 bzw. 30 und verlötete diese.
-
Es
ist dem Fachmann natürlich
klar, daß eine Leiterplatte
in der Praxis üblicherweise
mehr Bauteile als die oben beschriebenen SMD-Bauteile aufweist, wobei
thermisch unkritische SMD-Bauteile zusammen mit wenigstens einem
der oben beschriebenen thermisch kritischen Bauteilen 14 oder 30 oder
mit einer beliebigen Kombination davon auf der Leiterplatte verwirklicht
werden können.
Es ist dem Fachmann auch klar, wie er auf einfache Weise weitere
Verfahrensschritte vornimmt, um Lotpaste für die anderen SMD-Bauteile
auf der Leiterplatte aufbringt und diese Bauteile dort hineinsetzt.
Die oben beschriebenen Leiterplatte und Verfahren nach der Erfindung
eignen sich besonders für
zweiseitig bestückte
Leiterplatten.