-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein derartiges Verfahren ist bereits aus der
DE 20 2005 007 549 U1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine Druckschablone verwendet, bei der die Öffnungen zur Erhöhung der mechanischen Stabilität mit einer Siebstruktur versehen sind. Hierbei kann die Siebstruktur bzw. können die durch die Siebstruktur ausgebildeten Öffnungen beliebige Formen bzw. Querschnitte aufweisen. Mittels einer derartigen Druckschablone und eines Rakels wird ein Verbindungsmittel, insbesondere in Form einer löt- oder klebfähigen Paste, auf Kontaktflächen eines Schaltungsträgers aufgebracht. Anschließend werden elektronische Bauelemente mit den Kontaktflächen verbunden. Das Aufbringen des Verbindungsmittels auf die Kontaktflächen erfolgt dadurch, dass mittels des Rakels das Verbindungsmittel in die Öffnungen bzw. die Durchlässe der Druckschablone eingebracht wird und sich entsprechend der Form der Durchlässe auf den Kontaktflächen des Schaltungsträgers abbildet bzw. sich das Verbindungsmittel im Bereich der Kontaktflächen ansammelt. Anschließend wird der Schaltungsträger von der Druckschablone axial entfernt, so dass der Schaltungsträger zur Bestückung mit Bauelementen einem weiteren Verarbeitungsprozess zugeführt werden kann. Somit wird über die Struktur bzw. Form der Durchlässe bzw. Öffnungen in der Druckschablone die Menge des abgegebenen Verbindungsmediums definiert und festgelegt. Das Entfernen der Druckschablone entspricht einem Entformen des innerhalb der Durchlässen eingeformten Verbindungsmittels. Beim Entformen findet ein Ablöseprozess des Verbindungsmittels von der Wandung der Durchlässe statt.
-
Aus der
DE 10 2004 046 629 A1 ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers bekannt, bei der die Druckschablone aus zwei übereinander angeordneten Schichten besteht, wobei die erste, dem Schaltungsträger zugewandte Schicht, vollflächig ausgebildete Öffnungen aufweist. Dem gegenüber weist die zweite, dem Schaltungsträger abgewandte Schicht Durchlässe mit verringertem Querschnitt auf, wobei diese Durchlässe innerhalb der Durchlässe der ersten Schicht angeordnet sind. Somit lässt sich mittels der Anzahl der Durchlässe in der zweiten Schicht ebenfalls die Menge des auf die Kontaktflächen der Schaltungsträgers abgegebenen Verbindungsmediums beeinflussen.
-
Sowohl bei der
DE 20 2005 007 549 U1 , als auch bei der
DE 10 2004 046 629 A1 sind die jeweiligen Druckschablonen jeweils in Anlagekontakt mit dem Schaltungsträger bzw. mit den Kontaktflächen des Schaltungsträgers angeordnet. Ferner stellen die Druckschablonen für das Verbindungsmittel eine Form dar, wobei insbesondere durch ein Anliegen an den Wandungen der Durchlässe der Druckschablone die Form des nach dem Drucken auf den Kontaktflächen des Schaltungsträgers verbleibenden Verbindungsmittel vorgegeben wird. Somit ist die Menge des über die Durchlässe bzw. die Öffnungen der Druckschablonen abgegebenen Verbindungsmittels von der Querschnittsfläche sowie von der Höhe der Druckschablone im Bereich der Durchlässe bzw. Öffnungen abhängig. Nachteilig ist, dass die Verkleinerung der Durchlässe und somit die minimale Größe der nach dem Drucken auf den Kontaktflächen des Schaltungsträgers verbleibenden Verbindungsmittel begrenzt ist. Dies ist begründet in dem zunehmend schlechteren Ablöseverhaltens des Verbindungsmittels von der Wandung der Durchlässe, insbesondere bei einem abnehmenden Verhältnis der Querschnittsöffnung der Durchlässe zur formgebenden Höhe der Durchlässe.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltungsträgers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass die Menge des über eine Druckschablone an die Kontaktflächen des Schaltungsträgers abgegebenen Verbindungsmediums mittels weiterer Parameter definiert bzw. festgelegt werden kann. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, durch eine Anordnung der Schablone bzw. der Unterseite der Schablone in einem Abstand zu den Kontaktflächen des Schaltungsträgers die Menge des an die Kontaktflächen abgegebenen Verbindungsmediums zusätzlich zur Dimensionierung der Durchlässe in der Schablone noch von anderen Prozessgrößen abhängig zu machen. Auf diese Weise ist die Dimensionierung nicht mehr durch ein formgebendes Element vorgegeben. Insbesondere wir erfindungsgemäß dadurch die Möglichkeit geschaffen, besonders kleine Dimensionierungen des an die Kontaktflächen des Schaltungsträgers abgegebenen Verbindungsmediums zu realisieren.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Schaltungsträgers sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei, von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
-
Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Menge des auf die Kontaktflächen aufgebrachten Verbindungsmittels in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit erfolgt, mit der das Rakelelement über die Durchlässe der Schablone bewegt wird. Das bedeutet, dass bei einer relativ hohen Geschwindigkeit eine im Vergleich zu einer relativ geringen Geschwindigkeit geringe Menge an Verbindungsmittel auf die Kontaktflächen aufgebracht wird, da bei einer relativ hohen Geschwindigkeit das Rakelelement nur relativ kurz Verbindungsmittel in die Durchlässe der Schablone einbringen kann.
-
Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es auch möglich, die Menge des auf die Kontaktflächen aufgebrachten Verbindungsmittels über eine Einstellung des in Richtung der Schablone wirkenden Druckes des Rakelelementes auf die Schablone zu beeinflussen. So ist es bei einem relativ hohen Druck für das unmittelbar vor dem Rakelelement in Richtung der Durchlässe geförderte Verbindungsmittel nicht möglich, aus dem Bereich des Rakelelementes zu gelangen, so dass relativ viel Verbindungsmedium in die Durchlässe eingebracht werden kann. Hingegen ist es bei einer Reduzierung des Druckes, im Extremfall bei einer geringen Beabstandung des Rakelelementes zu der dem Rakelelement zugewandten Oberseite der Schablone möglich, dass Verbindungsmittel unter dem Rakelelement hindurch verdrängt wird, so dass relativ wenig Verbindungsmedium in die Durchlässe eindosiert wird. Der Druck lässt sich auch über eine Einstellung des Winkel des Rakels zur Schablone beeinflussen. Durch die Art, wie das Rakel im geometrischer Zuordnung zur Schablone positioniert wird, ist der das Verbindungsmittel einschließende Winkel zwischen dem Rakel und dem Verbindungsmittel bestimmt. Dadurch wird insbesondere dann die Kraftwirkung bzw. Druckwirkung auf das in Richtung der Durchlässe geförderte Verbindungsmittel bestimmt.
-
Eine weitere Alternative oder aber zusätzliche Möglichkeit sieht vor, dass die Menge des auf die Kontaktflächen aufgebrachten Verbindungsmittels über eine Dimensionierung der Querschnittsfläche bzw. des Querschnittsverlaufs bzw. der Anzahl der Durchlässe in der Schablone erfolgt. Insbesondere in einer zu den vorgenannten Möglichkeiten zusätzlichen Art und Weise wird hierzu die Möglichkeit geschaffen, über relativ kleine Durchlässe, bei ansonsten gleichen Rakelbedingungen, relativ wenig Verbindungsmedium auf die Kontaktflächen zu dosieren, was insbesondere bei kleinen Kontaktflächen von Vorteil ist.
-
Eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Menge des auf die Kontaktflächen aufgebrachten Verbindungsmittels über die Anzahl der Rakelvorgänge eingestellt wird.
-
Um das Benetzen der Kontaktflächen mittels des Verbindungsmittels zu beschleunigen bzw. zu verbessern, indem das durch die Durchlässe strömende bzw. eingepresste Verbindungsmittel sich leichter von der Oberfläche der Durchlässe der Schablone nach erfolgtem Rakeldruck löst, ist es vorgesehen, dass die Schablone zur Unterstützung des Ablöseprozesses des Verbindungsmittels von der Unterseite der Schablone, zumindest zeitweise, in horizontale Schwingungen versetzt wird.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Abstand zwischen der Unterseite der Schablone zu den Kontaktflächen des Schaltungsträgers in Abhängigkeit von der Menge des Verbindungsmittels und seiner physikalischen Eigenschaften, insbesondere seiner Viskosität, ausgewählt wird. So ist es bei einem relativ niedrigviskosen Verbindungsmittel vorteilhaft, den Abstand zwischen der Unterseite der Schablone und den Kontaktflächen relativ gering zu wählen, damit das Verbindungsmittel mit einem relativ niedrigem Geschwindigkeitsimpuls auf die Kontaktfläche auftrifft und somit ein über die Kontaktflächen hinaus stattfindendes Verfließen des Verbindungsmittels vermieden wird.
-
Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft ein Rakelelement vorzusehen, welches in seinen Randbereichen in Rakelrichtung gabelartige Begrenzungselemente aufweist. Bei einer derartigen Ausbildung des Rakelelements wird über die gesamte Breite des Rakelelements ein nahezu konstanter Druck des Verbindungsmittels in Richtung der Durchlässe erzielt, da das Verbindungsmittel nicht mehr seitlich ausweichen kann. Insofern wird über den Querschnitt des Schaltungsträgers auch eine besonders gleichmäßige Benetzung der Kontaktflächen mit dem Verbindungsmittel erzielt.
-
Der zum Durchführen des Verfahrens gewählte Abstand der Schablone zu den Kontaktflächen des Schaltungsträgers lässt sich in vorteilhafter Weise auf verschiedenen Arten einstellen. Denkbar ist eine Zustelleinheit vorzusehen, auf welcher die Schablone befestigt ist und welche die Schablone in einem definierten Abstand zu den Kontaktflächen des Schaltungsträgers bringt. Mit weniger Aufwand verbunden ist die Möglichkeit, die Schablone mit einem Rahmen oder Abstandselementen unterseitig zu versehen, so dass durch diese bei einem Aufliegen auf dem Substratträger die in der Schablone angeordneten Durchlässe in einem definierten Abstand zum Schaltungsträger bzw. zu den dort vorliegenden Kontaktflächen gebracht werden. Alternativ können durch einen entsprechend vorgesehene Substrataufbau Auflagen vorgesehen werden, auf welchen dann die Schablone alleine oder mit den einen Abstand einstellende Elementen aufliegen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Schaltungsträgers ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
-
Diese zeigen in:
-
1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zum Aufbringen eines Verbindungsmittels auf einem Schaltungsträger in vereinfachter Darstellung,
-
2 die Einrichtung gemäß 1, ebenfalls in einem vereinfachten Längsschnitt, am Ende des Dosiervorganges des Verbindungsmittels,
-
3 eine Druckschablone mit im Querschnitt unterschiedlichen Durchlässen zum Dosieren des Verbindungsmittels in vereinfachtem Längsschnitt,
-
4 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Druckschablone mit schlitzförmigen Durchlässen,
-
5 eine Seitenansicht eines speziellen Rakels, wie er bei einer Einrichtung gemäß der 1 eingesetzt werden kann und
-
6 eine Vorderansicht des Rakels gemäß der 5.
-
Gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit denselben Bezugsziffern versehen.
-
In der 1 ist ein Schaltungsträger 10 dargestellt, wie er insbesondere als sogenannte Platine in elektrischen oder elektronischen Geräten in großer Anzahl Verwendung finden kann. Hierzu weist der Schaltungsträger 10 an seiner Oberseite 11 Kontaktflächen 12 auf, über die (nicht dargestellte) elektrische oder elektronische Bauteile, insbesondere sogenannte „SMD-Bauteile”, mit dem Schaltungsträger 10 elektrisch verbunden werden können. Die Verbindung bzw. Ankopplung der entsprechenden Bauteile erfolgt dadurch, dass auf die Kontaktflächen 12 eine bestimmte Menge an insbesondere pastösem Verbindungsmittel 1, z. B. Lötpaste oder aber leitfähiger Klebstoff, aufgebracht wird. Anschließend wird der so behandelte Schaltungsträger 10 mit den Bauteilen bestückt und durch einen insbesondere als Wärmeprozess ausgebildeten Prozessschritt mit den Bauteilen fest verbunden. Wesentlich ist hierbei, dass lediglich die Kontaktflächen 12, welche auch als sogenannte „Lands” bezeichnet werden, mit dem Verbindungsmittel 1 versehen sind, um insbesondere elektrische Kurzschlüsse zwischen den in relativ geringem Abstand zueinander angeordneten Kontaktflächen 12 bzw. Bauteilen zu vermeiden.
-
Oberhalb und in einem Abstand a zu den Oberseiten 13 der Kontaktflächen 12 ist eine Schablone 15 als Teil einer Vorrichtung 5 angeordnet. Die Schablone 15 kann hierbei, wie an sich bekannt, beispielsweise in einem der Versteifung dienenden Trägerelement angeordnet sein, oder aber als separates Bauteil ausgebildet sein. In der Schablone 15 befinden sich in Überdeckung mit den Kontaktflächen 12 des Schaltungsträgers 10 angeordnete Durchlässe 16. Hierbei ist der Öffnungsquerschnitt der Durchlässe 16 auf der Oberseite 17 der Schablone 15 vorzugsweise größer als an der Unterseite 18 der Schablone 15. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die Durchlässe 16 in der in der 1 dargestellten Schnittdarstellung trichterförmig erscheinen. Denkbar sind auch parallel verlaufende Wandungen der Durchlässe 16, die sowohl senkrecht oder schräg zur Ober- bzw. Unterseite der Schablone angeordnet sind. Die Querschnittsform der Durchlässe 16 (nicht dargestellt) ist allgemein insbesondere jeweils kreisförmig, kann jedoch auch beliebig andersartig ausgebildet sein.
-
Ferner erkennt man anhand der 1, dass den unterschiedlichen Kontaktflächen 12 auch eine unterschiedliche Anzahl von Durchlässen 16 zugeordnet sein kann. So sind der in der 1 mittleren Kontaktfläche 12 zwei Durchlässe 16 zugeordnet, während den beiden anderen Kontaktflächen 12 jeweils ein einziger Durchlass 16 zugeordnet ist.
-
Die Oberseite 17 der Schablone 15 wirkt mit einem Rakelelement 20 zusammen. Hierbei wird das Rakelelement 20 mit seiner insbesondere auf der Oberseite 17 der Schablone 15 aufliegenden Unterseite 21 parallel zur Oberfläche der Schablone 15 in Richtung des Pfeils 22 bewegt.
-
In der 1 ist der Zustand dargestellt, bei der eine bestimmte Menge von Verbindungsmittel 1 auf die Oberseite 17 der Schablone 15 abgegeben wurde, das Verbindungsmittel 1 jedoch noch nicht in die Durchlässe 16 eindosiert wurde. In der 2 ist dagegen der Zustand dargestellt, bei der das Rakelelement 20 gerade dabei ist, in dem in der Zeichnung rechten Durchlass 16 das Verbindungsmittel 1 einzudosieren bzw. abzugeben. Man erkennt ferner, dass, entsprechend der Größe der Kugeln 24 und 25 an Verbindungsmittel 1 auf den Kontaktflächen 12 bereits Verbindungsmittel 1 auf die in der Zeichnung linke und mittlere Kontaktfläche 12 abgegeben wurde. Dies erfolgte dadurch, dass das Rakelelement 20 in Richtung des Pfeils 22 bewegt wurde, wobei das vor dem Rakelelement 20 befindliche Verbindungsmittel 1 in die jeweiligen Durchlässe 16 eingepresst bzw. eingeschoben und letztendlich durch die Durchlässe 16 durchgedrückt wurde.
-
Die Menge des in die Durchlässe 16 abgegebenen Verbindungsmittels 1 ist dabei insbesondere abhängig von der Geschwindigkeit, mit der das Rakelelement 20 in Richtung des Pfeils 22 bewegt wird, von der Viskosität des Verbindungsmittels 1, von der Querschnittsfläche bzw. der Querschnittsform der Durchlässe 16 sowie von der Dicke der Schablone 15.
-
Während das Verbindungsmittel 1 an der linken Kontaktfläche 12 und der mittleren Kontaktfläche 12 bereits von der Unterseite 18 der Schablone 15 abgelöst ist, läuft das Verbindungsmittel 1 bei der rechten Kontaktfläche 12 gerade von der Unterseite 18 der Schablone 15 bzw. des Öffnungsquerschnittes des Durchlasses 16 an der Schablone 15 auf die betreffende Kontaktfläche 12.
-
Zur Unterstützung des Ablöse- bzw. Abfließprozesses des Verbindungsmittels 1 kann es, insbesondere bei relativ dickflüssigen bzw. niederviskosem Verbindungsmittel 1, vorteilhaft sein, die Schablone 15 entsprechend des Doppelpfeiles 26 in horizontale Schwingungen zu versetzen.
-
Sollte es nach einem einmaligen Überstreichen der Durchlässe 16 der Schablone 15 mittels des Rakelelements 20 nicht gelungen sein, eine entsprechende bzw. gewünschte Menge an Verbindungsmittel 1 auf die Kontaktflächen 12 zu dosieren, so kann das Rakelelement 20 anschließend beispielsweise in umgekehrter Richtung über die Schablone 15 verfahren werden, bzw. es können mehrere Durchgänge bzw. Rakelgänge in Richtung des Pfeiles 22 erfolgen.
-
Zusätzlich wird erwähnt, dass über eine Erhöhung des Druckes des Rakelelements 20 in Richtung der Schablone 15 ebenfalls die Menge des pro Rakelgang in die Durchlässe 16 eingebrachten Verbindungsmittels 1 beeinflusst werden kann.
-
In den 3 und 4 sind modifizierte Schablonen 15a, 15b dargestellt. Bei der Schablone 15a finden modifizierte Durchlässe 16a, 16b und 16c Verwendung. So ist der erste Durchlass 16a entsprechend dem Durchlass 16 ausgebildet, während der zweite Durchlass 16b einen konstanten Querschnittsverlauf aufweist, wobei jedoch dieser bezüglich einer Ebene senkrecht zur Schablone 15a schräg angeordnet ist. Der Durchlass 16c weist hingegen einen ersten, oberen Bereich auf, der eine relativ große Querschnittsfläche aufweist, während der untere, der Kontaktfläche 12 zugewandte Bereich einen relativ geringen Querschnitt aufweist.
-
In der 4 erkennt man bei der Schablone 15b die Verwendung von in Draufsicht rechteckiger bzw. schlitzförmiger Durchlässe 16d, wobei die Durchlässe 16d innerhalb der Fläche der Kontaktflächen 12 liegen.
-
In den 5 und 6 ist beispielhaft ein für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbares Rakelelement 20 dargestellt. Hierbei umfasst das Rakelelement 20 in Richtung seiner Vorschubbewegung randseitig je einen gabelartigen Fortsatz 28, 29, der bei einer Bewegung in Richtung des Pfeils 30 verhindert, dass das Verbindungsmittel 1 seitlich aus dem Bereich des Rakelelements 20 verdrängt wird. Insofern wird über die gesamte Breite des Rakelelements 20 ein nahezu konstanter Druck auf das Verbindungsmittel 1 erzielt, so dass sich über die Breite auch eine besonders gleichmäßige bzw. homogene Dosierung des Verbindungsmittels 1 in die Durchlässe 16 einstellt.
-
Aus den 1 bis 3 ist erkennbar, dass die Schablone 15 bzw. 15a mit ihrer jeweiligen Unterseite 18 jeweils in einem Abstand a oberhalb der Oberseiten 13 der Kontaktflächen 12 angeordnet ist. Dieser Abstand a kann je nach verwendetem Verbindungsmittel 1, insbesondere abhängig von dessen physikalischen Eigenschaften, wie Viskosität, variieren. Ferner wird erwähnt, dass ein Ablösen bzw. Abfließen des Verbindungsmittels 1 aus den Durchlässen 16 in Richtung der Kontaktflächen 12 gegebenenfalls erschwert wird bzw. längere Zeit benötigt, wenn der Abstand a zu gering gewählt wird.
-
Das soweit beschriebene Verfahren bzw. die soweit beschriebenen Schablonen 15, 15a können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser sieht insbesondere vor, dass die Schablone 15, 15a in einen Abstand a zur Oberseite 13 der Kontaktflächen 12 angeordnet ist, so dass von den Kontaktflächen 12 beim Dosieren des Verbindungsmittels 1 kein Gegendruck in den Durchlässen 16 aufgrund der Anlage an den Kontaktflächen 12 aufgebaut werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202005007549 U1 [0002, 0004]
- DE 102004046629 A1 [0003, 0004]
