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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mischbestückten
Leiterplatten, auf denen SMD-Bauteile und mindestens ein bedrahtetes Bauteil
angeordnet sind, und eine Fertigungslinie zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
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Derartige
mischbestückte Leiterplatten werden heutzutage in einer
Vielzahl moderner elektrischer Geräte, insb. in Messgeräten,
eingesetzt.
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Die
Bestückung erfolgt vorzugsweise maschinell, kann aber,
wenn z. B. unterschiedliche Bauteilarten verwendet werden, in nacheinander
auszuführende Teilbestückungsprozesse unterteilt
sein. Das gleiche gilt für die mechanische Befestigung
und den elektrischen Anschluss dieser unterschiedlichen Bauteile.
Hier können in Abhängigkeit von den verwendeten
Bauteilarten einzelne Bauteilarten nacheinander in unterschiedlichen
Lötverfahren verlötet werden. Gängige
Lötverfahren sind das Reflowlöten, das Wellenlöten
und das Selektivlöten. In Ausnahmefällen kann
es auch erforderlich sein einzelne Bauteile von Hand zu verlöten.
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Zur
Reduktion von Herstellungskosten werden vorzugsweise oberflächenmontierbare
Bauteile, so genannte 'Surface Mounted Devices' – kurz
SMD Bauteile eingesetzt. SMD Bauteile benötigen für
deren Montage keine Leiterplattenlöcher, sondern werden
mit ihren Kontakten direkt an vorgesehenen Anschlüssen
angelötet. SMD-Bauteile werden mit Bestückungsautomaten
maschinell auf mit Lotpaste versehene Kontakte auf der Leiterplatte
platziert und gemeinsam in einem einzigen Reflowlötprozess
aufgelötet. SMD-Bauteile können auf beiden Seiten
der Leiterplatte angebracht werden, indem zunächst die erste
Seite mit den entsprechenden Bauteilen bestückt wird, diese
dort verlötet werden, die Leiterplatte anschließend
gewendet wird, und dann die zweite Seite auf die gleiche Weise mit
den entsprechenden SMD Bauteilen versehen wird.
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Heute
sind die meisten elektronischen Bauteile als SMD-Bauteile erhältlich,
was zu einer erheblichen Reduktion der Herstellungskosten geführt
hat.
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Eine
weitere große Bauteilgruppe stellen die SMD-lötfähigen
Bauteile dar, die auf die gleiche Weise zusammen mit SMD-Bauteilen
in einem einzigen Fertigungsprozess auf der Leiterplatte aufgelötet werden
können. Hierzu gehören im weitesten Sinn auch
die sogenannten PIH Bauteile (Pin In Hole – Bauteile).
Dabei handelt es sich um bedrahtete Bauteile, deren Anschlussdrähte
auf der Leiterplatte in metallisierte mit Lotpaste bedruckte Sacklochbohrungen
hineingesteckt und dort verlötet werden. Nachfolgend wird
nicht mehr explizit zwischen SMD-Bauteilen und SMD-lötfähigen
Bauteilen unterschieden. Der Begriff SMD-Bauteile wird nachfolgend
derart verwendet, dass er auch die SMD-lötfähigen
Bauteile umfasst.
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Allerdings
gibt es auch heute noch eine Vielzahl von Bauteilen, insb. von Bauteilen
die bedingt durch deren Funktion größere Abmessungen
aufweisen, wie z. B. Stecker und Übertrager, die nach wie vor
bevorzugt als bedrahtete sogenannten THT Bauteile ausgebildet sind.
THT ist die Abkürzung für Through Hole Technique.
Diese Bauteile weisen stiftförmige Anschlussdrähte
auf, die durch metallisierte Anschlussbohrungen in der Leiterplatte
hindurch gesteckt und dort von Hand oder in einem Wellenlötverfahren,
insb. in einem Selektivlötverfahren, verlötet werden.
Auf diese Weise lässt sich ein höhere mechanische
Festigkeit der Lötverbindung erzielen, als dies für
SMD Bauteile bisher möglich ist. Die Verlötung
dieser THT-Bauteile stellt jedoch in der Regel einen zusätzlichen
Arbeitsgang dar, der im Anschluss an die einseitige oder beidseitige
Aufbringung der SMD-Bauteile erfolgt. So ist beispielsweise in der
DE 10 2005 043 279
A1 ein Herstellungsverfahren beschrieben, bei dem im Anschluss
an die Reflowlötung der SMD-Bauteile ein Prozessschritt
angeschlossen wird, indem die THT-Bauteile nachträglich
bestückt und selektiv gelötet werden. Diese zusätzlichen
Arbeitsgänge benötigen Zeit und verursachen zusätzliche
Kosten.
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Um
bedrahtete Bauteile in den durch die große Anzahl der SMD-Bauteile
dominierten Herstellungsprozess einzubinden wird vorzugsweise das unter
der Bezeichnung Backside-Reflow Verfahren bekannt gewordene Verfahren
verwendet werden. Beispiele hierzu sind in der
WO 03/079743 A2 beschrieben.
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Das
Backside Reflow Verfahren ermöglicht es beidseitig bestückte
mischbestückte Leiterplatten herzustellen. Dabei werden
auf der ersten Seite der Leiterplatte SMD-Bauteile und THT-Bauteile
und auf der zweiten Seite der Leiterplatte SMD-Bauteile angeordnet.
Beim Backside Reflow Verfahren werden die auf der ersten Seite angeordneten
THT-Bauteile überkopf von der zweiten Seite der Leiterplatte
her zusammen mit den auf der zweiten Seite angeordneten SMD-Bauteilen
in einem Arbeitsgang in einem Reflowlötverfahren verlötet.
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Dabei
wird zunächst die erste Seite der Leiterplatte mit SMD-Bauteilen
versehen. Dazu wird die Seite maschinell mit Lotpaste bedruckt und
mit den SMD-Bauteilen bestückt. Anschließend wird
die Leiterplatte in einen Reflowlötofen eingebracht, wo
die SMD-Bauteile verlötet werden.
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In
einem daran anschließenden Arbeitsgang wird die erste Seite
der Leiterplatte mit den THT-Bauteilen bestückt und es
werden die THT-Bauteile auf der Leiterplatte derart fixiert, dass
sie auch dann noch in ihrer Position verbleiben wenn die Leiterplatte gewendet
wird, und die THT-Bauteile beim Überkopflöten
unter der Leiterplatte hängen. Dies geschieht entweder
durch eine Klebung oder durch die Verwendung der in der
DE 103 44 261 A1 beschriebenen Softlock-Technik.
Bei der Softlock-Technik werden die Anschlussbohrungen, in die die
Anschlussdrähte der THT-Bauteile eingesetzt werden mit
Klemmkragen ausgestattet, deren Durchmesser geringfügig geringer
als der Außendurchmesser der Anschlussdrähte ist.
Die Anschlussdrähte der THT-Bauteile werden durch die durch
den Klemmkragen gebildete Verengung hindurch gesteckt. Hierdurch
entsteht eine Presspassung, durch die das jeweilige THT-Bauteil
in seiner Position fixiert ist.
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Anschließend
werden die aus den einzelnen Anschlussbohrungen herausragenden Enden
der Anschlussdrähte gekürzt, so dass sie einer
maschinellen Bedruckung der zweiten Seite der Leiterplatte mit Lotpaste
nicht mehr im Wege stehen. Nachfolgend werden in einem Arbeitsgang
die auf der zweiten Seite befindlichen Kontaktflächen der
auf der zweiten Seite aufzubringenden SMD-Bauteile und die ebenfalls
auf der zweiten Seite befindlichen Kontaktflächen der auf
der ersten Seite angeordneten THT-Bauteile mit Lotpaste bedruckt.
Danach erfolgt die Bestückung der zweiten Seite mit den
hierfür vorgesehenen SMD-Bauteilen. Abschließend
werden sowohl die auf der zweiten Seite angeordneten SMD-Bauteile
als auch die Anschlüsse der auf der ersten Seite angeordneten
THT Bauteile in einem einzigen Reflowlötprozess verlötet.
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Das
Backside Reflow Lötverfahren ist jedoch nicht immer einsetzbar.
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Probleme
treten z. B. bei der Verarbeitung von Bauteilen mit sehr hoher Wärmekapazität
auf. Um eine ausreichende Energiezufuhr für die Verlötung
dieser Bauteile zu liefern, ist es in der Regel erforderlich, deutlich
höhere Temperaturen im Lötofen anzufahren, um
eine zuverlässige Verlötung der Bauteile mit der
hohen Wärmekapazität sicher zu stellen. Dies ist
jedoch nicht immer möglich, da in der Regel nicht alle
Bauteile diesen höheren Temperaturen standhalten können.
Es ist heute möglich, dieses Problem lösen, indem
im Lötofen an den entsprechenden Stellen gezielt zusätzliche
Wärmeenergie zugeführt wird. Die gezielte räumlich
auf die Positionen der Bauteile mit der höheren Wärmekapazität begrenzte
Wärmezufuhr kann beispielsweise in Form von Heißluft
oder durch Infrarotstrahler zugeführt werden. Alternativ
können auch entsprechend platzierte Abschirmungen oder
Kühleinrichtungen verwendet werden, die die übrigen
Bereiche der Leiterplatte vor einer zu starken Erwärmung
schützen.
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Überall
dort, wo dies nicht möglich ist, werden diese Bauteile
aus dem Leiterplattenherstellungsprozess ausgegliedert und nachträglich
auf die ansonsten vollständig bestückte und verlötete
Leiterplatte in einem Selektivlötverfahren oder von Hand aufgelötet.
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Ein
weiteres Problem stellt die Fixierung der THT-Bauteile dar. Im Fall
der Klebung muss ein zusätzlicher Prozessschritt ausgeführt
werden, in dem der Kleber aufgebracht und ausgehärtet wird.
Die Leiterplatte kann nach der Bestückung mit den THT-Bauteilen
erst dann gewendet werden, wenn der Kleber vollständig
ausgehärtet ist. Dieser zusätzliche Prozessschritt
führt zu einer Verzögerung des Herstellungsprozesses.
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Bei
der Verwendung der Softlock-Technik ist dieser zusätzliche
Prozessschritt nicht erforderlich. Allerdings ist die Softlock-Technik
nicht immer einsetzbar. Sehr schwere Bauteile, wie z. B. große
Trafos, die ein Eigengewicht von mehreren hundert Gramm aufweisen
können, können auf diese Weise nicht mehr fixiert
werden, da die hierfür erforderliche Haltekraft nicht durch
die beschriebene Presspassung aufgebracht werden kann.
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Auch
bei Bauteilen, die eine große Anzahl von Anschlussdrähten
aufweisen, ist die Softlocktechnik nicht einsetzbar, da es in diesem
Fall aufgrund von Fertigungstoleranzen und der mechanischen Verformbarkeit
der Anschlussdrähte in der Regel nicht möglich
ist, alle Anschlussdrähte zeitgleich in die jeweiligen
zugeordneten Softlockbohrungen einzuführen.
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Ein
weiteres Problem stellen Bauteile mit vorverzinnten Anschlussdrähten,
wie z. B. Litzen, dar. Die Verzinnung dieser Anschlussdrähte
ist mechanisch weich und die äußeren Abmessungen
weisen fertigungsbedingte Toleranzen auf, die zu groß sind,
um durch eine Verengung in der zugehörigen Anschlussbohrung
eine reproduzierbare zuverlässige Presspassung zu bewirken.
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Ähnliche
Schwierigkeiten treten bei Bauteilen mit sehr dünnen Anschlussdrähten,
z. B. von Anschlussdrähten mit Durchmessern von 100 μm
und mehr, auf. Derart dünne Anschlussdrähte sind
sehr biegsam und können dementsprechend auch nicht auf
diese Weise fixiert werden.
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In
der Regel ist die große Masse der auf der Leiterplatte
aufzubringenden Bauteile fertigungstechnisch unter Verwendung des
Backside Reflow Verfahrens in einem einheitlichen Herstellungsprozess verarbeitbar.
Die Anzahl der problematischen Bauteile ist demgegenüber
typischer Weise sehr gering, verursacht aber nichts desto trotz
einen erheblichen zusätzlichen Aufwand, der z. B. in der
nachträglichen Verlötung dieser Bauteile, der
Einfügung eines zusätzlichen Prozessschritts für
die Klebung der THT-Bauteile oder der Vorsehung von Maßnahmen zur
Erreichung der für Bauteile mit hoher Wärmekapazität
erforderlichen zusätzlichen Wärmeenergie besteht.
Im ungünstigsten Fall müssen alle diese genannten
zusätzlichen Prozesse bzw. Maßnahmen für die
Herstellung einer Leiterplatte ausgeführt werden. Dies
ist z. B. der Fall wenn mindestens ein THT-Bauteil geklebt werden
muss, mindestens ein Bauteil eine erhöhte Wärmekapazität
aufweist und ein weiteres Bauteil aufgrund seiner Bauteileigenschaften,
wie z. B. einem hohen Eigengewicht, dünnen oder verzinnten
Anschlussdrähten oder einer Vielzahl von Anschlussdrähten,
nachträglich selektiv oder von Hand verlötet werden
muss. Dadurch erhöht sich der Zeitaufwand und der Kostenaufwand
für die Herstellung einer solchen Leiterplatte erheblich.
Außerdem ist für die Herstellung verschiedener
solcher Leiterplatten jeweils eine individuell an die auf der Leiterplatte
vorzusehenden Bauteile angepasste Fertigungslinie erforderlich.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von
mischbestückten Leiterplatten und eine Fertigungslinie
zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, mit dem bzw.
mit der auf einheitliche zeitsparende Weise unterschiedliche Arten von
THT-Bauteilen zusammen mit SMD-Bauteilen in einem einheitlichen
zeiteffizienten Fertigungsprozess auf eine Leiterplatte aufgebracht
werden können.
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Hierzu
besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte,
auf deren ersten Seite mindestens ein THT-Bauteil angeordnet ist,
und auf deren zweiten Seite mindestens ein SMD-Bauteil angeordnet
ist, mit dem
- – mindestens ein ausgewählter
Anschluss mindestens eines THT-Bauteils in einem Selektivlötverfahren
verlötet wird, und alle übrigen Anschlüsse
der THT-Bauteile in einem Reflowlötverfahren verlötet
werden, bei dem
- – Lotpaste auf alle auf der zweiten Seite der Leiterplatte
für die SMD-Bauteile vorgesehenen Kontaktflächen
und auf alle für die übrigen Anschlüsse
vorgesehenen von der zweiten Seite der Leiterplatte her zugängliche
Kontaktflächen der THT-Bauteile aufgedruckt wird,
- – die Leiterplatte gewendet wird,
- – die erste Seite der Leiterplatte mit den THT-Bauteilen
bestückt wird,
- – die ausgewählten Anschlüsse der
THT-Bauteile mittels einer Selektivlötung verlötet
werden,
- – die Leiterplatte gewendet wird,
- – die zweite Seite der Leiterplatte mit den SMD-Bauteilen
bestückt wird, und
- – die auf der zweiten Seite der Leiterplatte angeordneten
SMD-Bauteile und alle übrigen Anschlüsse der auf
der ersten Seite der Leiterplatte angeordneten THT-Bauteile in einem
einzigen Reflow-Lötvorgang verlötet werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung des Verfahrens wird vor dem Aufdrucken der Lotpaste
auf die auf der zweiten Seite der Leiterplatte angeordneten Kontaktflächen
Lotpaste auf alle auf der ersten Seite der Leiterplatte für
SMD- Bauteile vorgesehenen Kontaktflächen aufgedruckt, es
wird die erste Seite der Leiterplatte mit den auf dieser Seite aufzubringenden SMD-Bauteilen
bestückt, und es werden die SMD-Bauteile in einem Reflow-Lötverfahren
verlötet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung wird zur Selektivlötung ein Lot
verwendet, das einen Schmelzpunkt aufweist, der höher als
der Schmelzpunkt der Lotpaste ist.
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Eine
erste Variante der Erfindung umfasst ein Verfahren, bei dem mindestens
ein THT-Bauteil eingesetzt wird, dass eine Vielzahl von Anschlüssen aufweist,
von denen nur ein ausgewählter Anschluss oder eine geringe
Anzahl von ausgewählten Anschlüssen zur Fixierung
des THT-Bauteils selektiv verlötet werden, und die übrigen
Anschlüsse im Reflow-Lötverfahren verlötet
werden.
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Eine
zweite Variante umfasst ein Verfahren, bei dem mindestens ein THT-Bauteil
eingesetzt wird, das mindestens einen ausgewählten Anschluss
aufweist, der in einem Bereich des Bauteils angeordnet ist, in dem
dieses eine hohe Wärmekapazität aufweist, und
dieser ausgewählte Anschluss selektiv verlötet
wird.
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Eine
dritte Variante umfasst ein Verfahren, bei dem mindestens ein THT-Bauteil
eingesetzt wird, das vorverzinnte Anschlüsse aufweist,
von denen nur ein ausgewählter Anschluss oder eine geringe
Anzahl von ausgewählten Anschlüssen zur Fixierung des
THT-Bauteils selektiv verlötet werden, und die übrigen
Anschlüsse im Reflow-Lötverfahren verlötet werden.
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Eine
vierte Variante umfasst ein Verfahren, bei dem mindestens ein THT-Bauteil
eingesetzt wird, das ein hohes Eigengewicht aufweist, und bei dem die
ausgewählten Anschlüsse dieses THT-Bauteils diejenigen
Anschlüsse sind, durch deren selektive Verlötung
eine zuverlässige Fixierung dieses THT-Bauteils bewirkt
wird.
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Eine
fünfte Variante umfasst ein Verfahren, bei dem mindestens
ein THT-Bauteil eingesetzt wird, das dünne Anschlussdrähte,
insb. Anschlussdrähte mit einem Durchmesser von 100 μm
und mehr, aufweist, bei dem die ausgewählten Anschlüsse
dieses THT-Bauteils diejenigen Anschlüsse sind, durch deren
selektive Verlötung eine zuverlässige Fixierung dieses
THT-Bauteils bewirkt wird.
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Weiter
umfasst die Erfindung eine Fertigungslinie zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, die die folgenden
Fertigungsstationen in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- – eine Druckvorrichtung zum Bedrucken
der zweiten Seite der Leiterplatte mit Lotpaste,
- – eine Vorrichtung zum Wenden der Leiterplatte,
- – eine Vorrichtung zur Bestückung der ersten
Seite der Leiterplatte mit THT-Bauteilen,
- – eine Selektivlötvorrichtung, zur gezielten
Lötung der ausgewählten selektiv zu verlötenden
Anschlüsse der THT-Bauteile,
- – eine Vorrichtung zum Wenden der Leiterplatte,
- – eine Vorrichtung zur Bestückung der zweiten Seite
der Leiterplatte mit SMD-Bauteilen, und
- – ein Reflowlötofen, in dem die auf der zweiten Seite
der Leiterplatte angeordneten SMD-Bauteile zusammen mit den übrigen
Anschlüssen der THT-Bauteile verlötet werden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung umfasst die Fertigungslinie eine Transportvorrichtung,
auf der die Leiterplatten durch die Fertigungslinie transportiert werden,
und die Selektivlöteinrichtung weist eine relativ zur Transportvorrichtung
bewegliche Vorrichtung zur Erzeugung einer auf die darüber
befindlichen selektiv zu verlötenden Lotstellen ausgerichteten
Lötwelle auf.
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Im
Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten nachträglichen
Selektivlötung einzelner THT-Bauteile bietet das erfindungsgemäße Verfahren
den Vorteil, dass die Bauteile, die ausgewählte selektiv
zu verlötende Anschlüsse aufweisen, zusammen mit
allen anderen THT-Bauteilen in einem Arbeitsgang maschinell bestückt
werden können.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass nur diejenigen Anschlüsse
ausgewählt und selektiv verlötet werden müssen,
für die das zwingend notwendig ist. Alle übrigen
Anschlüsse werden in einem einzigen Arbeitsgang zusammen
mit den auf der zweiten Seite angeordneten SMD-Bauteilen im Reflowlötverfahren verlötet.
Damit ist es erstmal möglich Anschlüsse eines
einzigen THT-Bauteils in ausgewählte selektiv zu verlötende
und übrige im Reflowlötverfahren zu verlötende
zu unterteilen. Dadurch kann die Anzahl der selektiv zu verlötenden
Anschlüsse deutlich reduziert werden und damit Zeit eingespart
werden.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass die vorgezogene Selektivlötung
eine sofortige Fixierung der jeweiligen THT-Bauteile bewirkt. Damit
kann die Leiterplatte unmittelbar nach der Lötung gewendet werden.
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Die
Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der
Zeichnung, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt
ist, näher erläutert; gleiche Elemente sind in
den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine mischbestückte Leiterplatte;
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm für die Aufbringung von SMD-Bauteilen
auf einer ersten Seite der Leiterplatte;
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3 zeigt
eine Fertigungslinie; und
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine Ansicht einer erfindungsgemäß hergestellten
mischbestückten Leiterplatte 1. Auf der ersten
(in der Darstellung nach oben weisenden) Seite 3 dieser
Leiterplatte 1 sind exemplarisch ein SMD-Bauteil 5 und
zwei verschiedene THT-Bauteile 7, 9 dargestellt.
Auf der (in der Darstellung nach unten weisenden) zweiten Seite 11 der
Leiterplatte 1 ist exemplarisch ein weiteres SMD-Bauteil 13 angeordnet.
Die SMD-Bauteile 5 und 13 sind hier stellvertretend
für eine je nach Einsatzgebiet der Leiterplatte 1 durchaus
beträchtliche Anzahl von SMD-Bauteilen sowie von SMD-lötfähigen
Bauteilen, wie z. B. PIH-Bauteilen, angeordnet. Auch die SMD-lötfähigen Bauteile
sind hier unter der Bezeichnung SMD-Bauteil mitgeführt
und nachfolgende nicht mehr gesondert erwähnt, da sie sich
im Bezug auf den Herstellungsprozess der Leiterplatte 1 nicht
von klassischen SMD-Bauteilen unterscheiden.
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Die
auf der Leiterplatte 1 aufzubringenden THT-Bauteile werden
unterschieden in eine Gruppe von unproblematischen Bauteilen, die
unter Verwendung der Softlock-Technik im klassischen Backside Reflow
Lötverfahren ohne besondere zusätzliche Maßnahmen
verlötet werden können und in problematische THT-Bauteile 7, 9 bei
denen das nicht möglich ist. In 1 sind lediglich
Beispiele für die problematischen THT-Bauteile 7, 9 dargestellt.
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Erfindungsgemäß werden
auch die problematischen THT-Bauteile 7, 9 in
den Herstellungsprozess integriert indem mindestens ein ausgewählter Anschluss 15 des
jeweiligen THT-Bauteils 7, 9 in einem in einem
Selektivlötverfahren verlötet wird, und alle übrigen
Anschlüsse 17 dieser THT-Bauteile 7, 9 zusammen
mit den gegebenenfalls vorhandenen unproblematischen, hier nicht
dargestellten THT-Bauteilen im Backside-Reflow Verfahren verlötet
werden.
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Erfindungsgemäß ist
das Selektivlötverfahren hier ein vorgeschaltetes Selektivlötverfahren, dass
vor der Ausführung der aus dem klassischen Backside Reflow
Verfahren bekannten Reflowlötung ausgeführt wird.
Die vorgezogene Selektivlötung bietet den Vorteil, dass
durch sie eine unmittelbare Fixierung des zugehörigen THT-Bauteils 7, 9 bewirkt
wird, die es erlaubt die Leiterplatte 1 unmittelbar nach
der Selektivlötung zu wenden. Sie kann damit gezielt anstelle
einer Klebung eingesetzt werden, bzw. dann eingesetzt werden, wenn
das jeweilige THT-Bauteil 7, 9 nicht durch die
Verwendung der Softlock-Technik fixiert werden kann. Dies ist insb.
bei THT-Bauteilen mit verzinnten Anschlussdrähten, bei
THT-Bauteilen mit sehr dünnen Anschlussdrähten,
insb. mit Anschlussdrähten mit Durchmessern in der Größenordnung
von 100 μm und mehr, und bei THT-Bauteilen mit einem hohen
Eigengewicht der Fall. Des Weiteren kann sie gezielt ein gesetzt
werden, um eine für eine Lötung eines Anschlusses 15 erforderlichen
erhöhte Wärmeenergiezufuhr zu liefern, ohne dass
dadurch die Temperatur im nachfolgenden Reflow Lötverfahren
verändert werden muss.
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Ein
weiterer Vorteil des vorgezogenen Selektivlötens besteht
darin, dass es möglich ist die Anschlüsse 15,
die selektiv verlötet werden, gezielt auszuwählen.
Anders als bei dem aus dem Stand der Technik bekannten nachgeschalteten
Selektivlöten müssen nicht zwangsläufig
alle Anschlüsse des jeweiligen problematischen THT-Bauteils 7, 9 selektiv verlötet
werden. Die Anzahl der selektiv zu verlötenden Anschlüsse 15 kann
durch eine entsprechende Auswahl derjenigen Anschlüsse 15,
bei denen die Selektivlötung wirklich notwendig ist, reduziert
werden. Die nicht ausgewählten übrigen Anschlüsse 17 werden
dann in dem nachfolgenden Reflowlötvorgang verlötet.
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Sind
auf beiden Seiten 3, 11 der Leiterplatte 1 SMD-Bauteile 5, 13 anzubringen,
so werden zunächst die auf der ersten Seite 3 aufzubringenden SMD-Bauteile 5 aufgebracht.
Hierzu wird auf die auf der ersten Seite 3 der Leiterplatte 1 für
die SMD-Bauteile 5 vorgesehenen Kontaktflächen 19 Lotpaste 21 vorzugsweise
maschinell aufgedruckt. Anschließend wird die erste Seite 3 der
Leiterplatte 1 mit den auf dieser Seite 3 aufzubringenden
SMD-Bauteilen 5 bestückt. Auch dies erfolgt vorzugsweise
maschinell mittels eines Bestückungsautomaten. Anschließend wird
die mit den SMD-Bauteilen 5 bestückte Leiterplatte 1 in
einen Reflow-Lötofen eingebracht und die SMD-Bauteile 5 werden
in einem Reflow-Lötverfahren verlötet. Ein entsprechendes
Ablaufdiagramm ist in 2 dargestellt.
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Im
Anschluss daran wird die Leiterplatte 1 gewendet, und gemäß dem
erfindungsgemäßen Verfahren weiter verarbeitet.
Hierzu wird sie vorzugsweise der in 3 dargestellten
erfindungsgemäßen Fertigungslinie zugeführt,
in der nacheinander die nachfolgend beschriebenen in dem Ablaufdiagramm von 4 aufgelisteten
Verfahrenschritte ausgeführt werden. Die Fertigungslinie
umfasst mehrere nachfolgend beschriebene Fertigungsstationen und
eine in 3 durch einen Pfeil schematisch
dargestellte Transportvorrichtung 24 durch die die Leiterplatte 1 in der
in 3 dargestellten Pfeilrichtung durch die einzelnen
Fertigungsstationen der Fertigungslinie geführt wird. Am
Eingang der Fertigungslinie ist eine Druckvorrichtung 23 zum
Bedrucken der zweiten Seite 11 der Leiterplatte 1 mit
Lotpaste vorgesehen. Hiermit wird Lotpaste 25 auf alle
auf der zweiten Seite 11 der Leiterplatte 1 für
die SMD-Bauteile 13 vorgesehenen Kontaktflächen 27 aufgedruckt.
In dem gleichen Arbeitsgang wird Lotpaste 29 auf alle für
die nicht ausgewählten und damit nicht selektiv zu verlötenden übrigen
Anschlüsse 17 vorgesehenen von der zweiten Seite 11 der
Leiterplatte 1 her zugänglichen Kontaktflächen
der THT-Bauteile 7, 9 aufgedruckt. Zu diesen übrigen
Anschlüssen 17 zählen sowohl die Anschlüsse
der problemlos im klassischen Backside Reflowverfahren verlötbaren
hier nicht dargestellten THT-Bauteile, sowie alle nicht für
die vorgezogene Selektivlötung ausgewählten Anschlüsse 15,
der eingangs genannten problematischen THT-Bauteile 7, 9.
Falls es bei einem THT-Bauteil erforderlich ist alle seine Anschlüsse
in dem vorgezogenen Selektivlötverfahren zu verlöten,
weist dieses Bauteil natürlich keine nicht ausgewählten übrigen Anschlüsse 17 mehr
auf.
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Danach
wird die Leiterplatte 1 über die Transportvorrichtung 24 einer
Vorrichtung 31 zum Wenden der Leiterplatte 1 zugeführt,
in der die Leiterplatte 1 gewendet wird.
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In
einem nächsten Fertigungsschritt wird die erste Seite 3 der
Leiterplatte 1 mit den THT-Bauteilen 7, 9 bestückt.
Dieser Schritt wird in der dargestellten Fertigungslinie von einer
hierfür vorgesehenen Vorrichtung 33 zur Bestückung
der ersten Seite 3 der Leiterplatte 1 mit THT-Bauteilen 7, 9 ausgeführt.
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Die
im Zusammenhang mit dem Stand der Technik eingangs erwähnte
Kürzung von Anschlüssen von THT-Bauteilen ist
für keines dieser Bauteile erforderlich, da die Bedruckung
der zweiten Seite 11 der Leiterplatte 1 mit Lotpaste 25, 29 bereits
vor der Bestückung der Leiterplatte 1 mit den
THT-Bauteilen 7, 9 ausgeführt wurde.
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Im
Anschluss an die Bestückung der Leiterplatte 1 mit
den THT-Bauteilen 7, 9 wird die Leiterplatte 1 einer
Selektivlötvorrichtung 35 zugeführt,
die dazu dient gezielt die einzelnen ausgewählten Anschlüsse 15 der
THT-Bauteile 7, 9 selektiv zu verlöten.
Hierzu weist die Selektivlötvorrichtung 35 vorzugsweise
eine relativ zur Transportvorrichtung 24 bewegliche und
damit gezielt auf die ausgewählten selektiv zu verlötenden
Anschlüsse 15 ausrichtbare Vorrichtung zur Erzeugung
einer auf die darüber befindlichen selektiv zu verlötenden
Lotstellen ausgerichteten Lötwelle auf. Dies ist in 3 durch
gekreuzte Pfeile dargestellt. Die Selektivlötvorrichtung 35 fährt
sukzessive die einzelnen ausgewählten Anschlüsse 15 an
und verlötet diese. Dieser Vorgang kann durch eine entsprechende
Steuerung vollautomatisch erfolgen.
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Alternativ
ist es natürlich auch mögliche die Leiterplatte 1 über
eine entsprechend ausgebildete Transportvorrichtung relativ zu einer
räumlich fest installierten Selektivlötvorrichtung
zu bewegen, um die Selektivlötung der ausgewählten
Anschlüsse 15 auszuführen.
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Das
in der Selektivlötvorrichtung 35 verwendete Lot
kann unabhängig von dem übrigen Fertigungsprozess
ausgewählt werden. Vorzugsweise wird für die Selektivlötung
der ausgewählten Anschlüsse 15 ein Lot
verwendet wird, das einen Schmelzpunkt aufweist, der höher
als der Schmelzpunkt der Lotpaste 21, 29 ist.
Hierzu eignet sich z. B. ein Zinn-Kupfer Lot oder ein Zinn-Silber
Lot.
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Mit
der Selektivlötvorrichtung 35 wird mindestens
ein ausgewählter Anschluss 15 mindestens eines
THT-Bauteils 7, 9 selektiv verlötet.
Je nach Art und Anzahl der auf der Leiterplatte 1 aufzubringenden
THT-Bauteile 7, 9 können bedarfsabhängig selbstverständlich
sehr viel mehr Anschlüsse 15 von THT-Bauteilen 7, 9 selektiv
verlötet werden. Durch die Selektivlötung wird
eine unmittelbare Fixierung des jeweiligen THT-Bauteils 5, 9 bewirkt,
so dass die Leiterplatte 1 unmittelbar nach der Selektivlötung
gewendet werden kann. Hierzu ist in der Fertigungslinie eine weitere
Vorrichtung 31 zum Wenden der Leiterplatte 1 vorgesehen.
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Anders
als bei der Verwendung von Kleber zur Fixierung von THT-Bauteilen,
ist hier kein zusätzlicher zeitaufwendiger Arbeitsgang
für das Aushärten des Klebers erforderlich.
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Anschließend
wird die Leiterplatte 1 in der Fertigungslinie einer Vorrichtung
zum Bestücken 37, z. B. einem Bestückungsautomaten,
zugeführt und es wird die zweite Seite 11 der
Leiterplatte 1 mit den hierfür vorgesehenen SMD-Bauteilen 13 bestückt.
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Abschließend
wird die Leiterplatte 1 einem Reflowlötofen 39 zugeführt,
in dem alle zuvor nicht selektiv verlöteten Anschlüsse 15 der
auf der ersten Seite 3 der Leiterplatte 1 angeordneten
THT-Bauteile 7, 9 und die auf der zweiten Seite 11 der
Leiterplatte 1 angeordneten SMD-Bauteile 13 in
einem einzigen Reflow-Lötvorgang verlötet werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Fertigungslinie machen es möglich die selektiv zu verlötenden
Anschlüsse 15 gezielt auszuwählen und
dadurch die die Anzahl der ausgewählten selektiv zu verlötenden
Anschlüsse 15 der THT-Bauteile 7, 9 gering
gehalten. Insb. ist man nicht mehr gezwungen, alle Anschlüsse
eines Bauteil selektiv zu verlöten.
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Alle
Anschlüsse von THT-Bauteilen, die unter Verwendung der
eingangs beschriebenen Softlock-Technik in einem Arbeitsgang bestückt
und fixiert werden können, werden im Backside-Reflow-Verfahren
in dem Reflowlötofen 39 verlötet. Die hierfür
erforderliche Lotpaste wird hierzu auf die dafür vorgesehenen
von der zweiten Seite 11 der Leiterplatte 1 her
zugängliche Kontaktflächen in dem gleichen Arbeitsgang
aufgedruckt, in dem zugleich auch die Lotpaste 25 auf die
auf der zweiten Seite 11 der Leiterplatte 1 für
die SMD-Bauteile 13 vorgesehenen Kontaktflächen 27 aufgedruckt
wird. Dies geschieht in dem ersten in 4 dargestellten
Verfahrensschritt.
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Die
Selektivlötung ausgewählter Anschlusse 15 wird
insb. dann eingesetzt, wenn mindestens ein THT-Bauteil, hier das
THT-Bauteil 9, eingesetzt wird, bei dem die Softlock-Technik
nicht angewendet werden kann. Das ist z. B. in der Regel dann der
Fall, wenn das THT-Bauteil 9 eine Vielzahl von Anschlüssen
aufweist, wenn das THT-Bauteil 9 vorverzinnte Anschlüsse
aufweist, wenn das THT-Bauteil 9 dünne Anschlussdrähte 15, 17,
insb. Anschlussdrähte 15, 17 mit einem
Durchmesser von 100 μm und mehr, aufweist, oder wenn das
THT-Bauteil 9 eine hohes Eigengewicht aufweist, und deshalb
zu schwer ist, um mittels der Softlock-Technik auf der Leiterplatte 1 fixiert
zu werden. Bei diesen Bauteilarten können auch andere Befestigungsverfahren,
wie z. B. die Befestigung durch Sicken oder durch Clinchen nicht
eingesetzt werden.
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In
diesen Fällen wird vorzugsweise nur ein Anschluss 15 oder
eine geringe Anzahl von Anschlüssen 15 aus den
Anschlüssen des jeweiligen THT-Bauteils 9 ausgewählt
und zur Fixierung des THT-Bauteils 9 selektiv verlötet.
Dabei können aus der Vielzahl der Anschlüsse dieses
Bauteils 9 gezielt diejenigen ausgewählt werden,
die für eine wirksame Fixierung dieses Bauteils besonders
geeignet sind.
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Die
gegebenenfalls verbleibenden übrigen Anschlüsse 17 werden
wie beschrieben im Backside-Reflow-Lötverfahren verlötet.
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Des
Weiteren kommt die selektive Verlötung ausgewählter
Anschlüsse 31 immer dann zum Einsatz, wenn mindestens
ein THT-Bauteil, hier das THT-Bauteil 7, eingesetzt wird,
dass mindestens einen Anschluss aufweist, der in einem Bereich des
jeweiligen THT-Bauteils 7 angeordnet ist, in dem dieses
eine hohe Wärmekapazität aufweist. Hierzu zählen
natürlich Bauteile, die insgesamt eine hohe Wärmekapazität
aufweisen, wie z. B. der hier dargestellte Stecker. In diesem Fall
werden alle Anschlüsse 15 dieses THT-Bauteils 7 selektiv
gelötet. Es gibt aber auch Bauteile, bei denen nur an einem
oder an einem Teil der Anschlüsse eine hohe Wärmekapazität
vorliegt. Ein Beispiel hierfür sind Bauteile, die eine
Abschirmung aufweisen, wie z. B. Relais. Im Bereich des Anschlusses
dieser Abschirmung besteht aufgrund der großen durch die
Abschirmung an den Anschluss derselben angebundenen Masse eine Wärmekapazität,
die deutlich höher ist, als die Wärmekapazität
im Bereich der übrigen Anschlüsse. In diesem Fall
werden nur die Anschlüsse 15 selektiv verlötet,
in deren Umgebung die erhöhte Wärmekapazität
vorliegt. Alle anderen Anschlüsse werden auch hier, auf die
gleiche Weise wie die Anschlüsse 17 im Backside-Reflow-Lötverfahren
verlötet.
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Damit
ist ein sehr zeiteffizientes Herstellverfahren gegeben mit dem in
einer einzigen durchgängigen Fertigungslinie Leiterplatten
mit SMD-Bauteilen und mit sehr unterschiedlichen THT-Bauteilen mit den
genannten unterschiedlichen Anforderungen an deren Fixierung, Lötung
und die erforderliche bei der Lötung zuzuführende
Wärmeenergie, hergestellt werden können.
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Alle
diese THT-Bauteile können nun in einem einheitlichen Verfahren
aufgebracht werden. Eine nachträglich Lötung einzelner
Bauteile, die Klebung einzelner THT-Bauteile und die besonderen
Vorkehrungen zur Überwindung des Problems hoher Wärmekapazitäten
sind nicht mehr erforderlich.
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- 1
- Leiterplatte
- 3
- erste
Seite der Leiterplatte
- 5
- SMD-Bauteil
- 7
- THT-Bauteil
- 9
- THT-Bauteil
- 11
- zweite
Seite der Leiterplatte
- 13
- SMD-Bauteil
- 15
- selektiv
zu verlötende ausgewählte Anschlüsse
- 17
- übrige
Anschlüsse
- 19
- Kontaktfläche
- 21
- Lotpaste
- 23
- Druckvorrichtung
- 24
- Pfeil
- 25
- Lotpaste
- 27
- Kontaktfläche
- 29
- Lotpaste
- 31
- Vorrichtung
zum Wenden der Leiterplatte
- 33
- Vorrichtung
zum Bestücken der Leiterplatte
- 35
- Selektivlötvorrichtung
- 37
- Vorrichtung
zur Bestückung der SMD-Bauteile
- 39
- Reflowlötofen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005043279
A1 [0007]
- - WO 03/079743 A2 [0008]
- - DE 10344261 A1 [0011]