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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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Im Stand der Technik ist in der
DE 195 41 340 A1 beispielsweise ein Verfahren zum automatisierten Selektivlöten von Bauteilen auf einer Leiterplatte offenbart. Dabei wird die Produktionsanlage auf bestimmte Fertigungseinheiten eingestellt, welche dann durch das selektive Vorbeiführen an geeignet justierten Lotdüsen gelötet werden.
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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.
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So ist beispielsweise in der
US 2006/0273 138 A1 eine Fertigungslinie zum Löten einer gemischt bestückten Leiterplatte offenbart. Die Fertigungslinie umfasst eine Vorrichtung zum Bestücken der Leiterplatte mit THT Bauteilen, eine Vorrichtung zum Wenden der Leiterplatte sowie eine Vorrichtung zur Bestückung der zweiten Seite der Leiterplatte mit SMD Bauteilen. Die auf der zweiten Seite der Leiterplatte angeordneten SMD Bauteile werden dann in einem Reflowofen separat von den Anschlüssen der THT Bauteile gelötet.
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Duch das separate Löten der SMD und THT Bauteile wird ein zusätzlicher Arbeitsgang verursacht. Dieser zusätzliche Arbeitsgang benötigt Zeit und verursacht zusätzliche Kosten.
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Weiter 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. Auch hier wird durch diese zusätzlichen Arbeitsgänge Zeit benötigt und Kosten verursacht. 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 erster Seite mindestens ein THT-Bauteil, aufweisend mindestens einen ausgewählten Anschluss, angeordnet ist, und auf deren zweiter Seite mindestens ein SMD-Bauteil angeordnet ist, 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 weitere 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,
wobei eine Transportvorrichtung (24) vorgesehen ist, auf der die Leiterplatten (1) durch die Fertigungslinie transportiert werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung weist die Selektivlöteinrichtung 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, 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 Anschlüsse 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 15 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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Bezugszeichenliste
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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
