DE102011014471A1 - Method for manufacturing electrical circuit device used in junction box of solar cell module, involves providing connection region for electronic component on substrate surface before hardening applied solder paste - Google Patents

Method for manufacturing electrical circuit device used in junction box of solar cell module, involves providing connection region for electronic component on substrate surface before hardening applied solder paste Download PDF

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Abstract

The method involves connecting electronic components with strip conductor (1) by reflow soldering process. A connection region for electronic component is provided on a substrate surface (3) before hardening the applied solder paste. The metal sheets made of copper are provided for the formation of the conductors. Several circuit devices are connected in a strip conductor at the time of assembling and soldering of bars (4). The tin solder is solidified by punching process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung mit einem durch Stanzbleche gebildete Leiterbahnen umfassenden Schaltungssubstrat, wobei elektronische Bauelemente mittels eines Reflow-Lötprozesses mit den Leiterbahnen verbunden werden.The invention relates to a method for producing an electrical circuit arrangement comprising a printed circuit board formed by printed circuit boards circuit substrate, wherein electronic components are connected by means of a reflow soldering process with the conductor tracks.

Derartige elektrische Schaltungsanordnungen werden insbesondere dort eingesetzt, wo durch diese hohe Ströme getragen werden müssen, etwa wenn es sich bei den verwendeten elektronischen Bauteilen um Leistungsbauelemente handelt. Ein Schaltungssubstrat dessen Leiterbahnen durch Stanzbleche aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gebildet sind, eignet sich hierzu besonders.Such electrical circuit arrangements are used in particular where high currents have to be carried by them, for example when the electronic components used are power components. A circuit substrate whose interconnects are formed by stamping plates made of a material with high electrical conductivity is particularly suitable for this purpose.

Ein Beispiel hierfür stellen Anschluss- und Verbindungsdosen für Solarmodule dar, bei denen neben der Verbindung der Leiter des Solarmoduls mit den äußeren Anschlussleitungen auch so genannte Bypass-Dioden mit den Leiterbahnen der Anschluss- und Verbindungsdose verbunden werden müssen. Diese Bypass-Dioden sind dabei antiparallel zu den Solarzellen geschaltet und bewirken, dass bei einer abgeschatteten Solarzelle innerhalb eines Solarzellenmoduls diese eine Solarzelle zwar keinen Beitrag mehr zur Gesamtspannung des Solarzellenmoduls leistet, der Stromfluss jedoch trotzdem erhalten bleibt. Das Solarzellenmodul zeigt somit lediglich eine verminderte Betriebspannung, fällt jedoch nicht vollständig aus, wie dies ohne die Bypass-Dioden der Fall wäre. Außerdem wird in der abgeschatteten Solarzelle keine Leistung mehr umgesetzt, so dass eine Beschädigung der abgeschatteten Solarzelle vermieden werden kann.An example of this are connection and junction boxes for solar modules, in which, in addition to the connection of the conductor of the solar module with the outer leads and so-called bypass diodes must be connected to the tracks of the connection and junction box. These bypass diodes are connected in anti-parallel to the solar cells and cause that in a solar cell shaded within a solar cell module this solar cell makes no contribution to the total voltage of the solar cell module, the current flow is still maintained. The solar cell module thus shows only a reduced operating voltage, but does not completely fail, as would be the case without the bypass diodes. In addition, no power is converted in the shaded solar cell, so that damage to the shaded solar cell can be avoided.

Die Bypass-Dioden werden dabei als SMD-Bauelemente auf den Leiterbahnen positioniert und dann in einem Reflow-Lötprozess mit diesen verlötet. Dazu werden die Leiterbahnen an den später die Anschlussbereiche bildenden Lötflächen zunächst mit einer Lötpaste versehen, was z. B. in einem Siebdruckverfahren erfolgen kann. Danach werden die Schaltungskomponenten – in der Regel durch eine automatische Bestückungsmaschine – mit ihren Anschlüssen in die Paste der entsprechenden Lötflächen gedrückt. Das so bestückte Schaltungssubstrat durchläuft danach in einer Reflow-Lötanlage ein Temperaturprofil, in dem zunächst bestimmte Bestandteile der Lötpaste ausgasen, bevor das enthaltene Flussmittel aktiviert wird, und schließlich in der Aufschmelzzone das in der Lötpaste enthaltene Lötzinn aufgeschmolzen und so die Lötverbindung hergestellt wird.The bypass diodes are positioned as SMD components on the interconnects and then soldered in a reflow soldering process with these. For this purpose, the conductor tracks are first provided with a solder paste on the later forming the terminal areas soldering surfaces, which z. B. can be done in a screen printing process. Thereafter, the circuit components - usually by an automatic placement machine - pressed with their connections in the paste of the corresponding pads. The thus assembled circuit substrate then undergoes a temperature profile in a reflow soldering system, in which initially outgas certain components of the solder paste before the flux contained is activated, and finally melted in the melting zone, the solder contained in the solder paste and so the solder joint is produced.

Während bei gewöhnlichen, gedruckten Leiterplatten durch die Geometrie der Lötpads und/oder den Einsatz von Lötstopplack gewährleistet werden kann, dass die elektronischen Bauteile in dem gesamten Prozess vom Bestücken der Leiterplatte bis zum Erstarren der Lötverbindung allein durch die Adhäsionskraft der Lötpaste in ihrer Position gehalten werden, ist dies bei einem durch Stanzbleche gebildete Leiterbahnen umfassenden Schaltungssubstrat nicht möglich. Hier „verschwimmen” die elektronischen Bauteile beim Aufschmelzen der Lötpaste aus ihrer ursprünglichen Bestückungsposition, so dass sie sich beim Erstarren des Lötzinns nicht mehr an ihrer bestimmungsgemäßen Position befinden. Wegen ihrer besonderen Eignung als Schaltungssubstrat für Schaltungsanordnungen der hier betroffenen Art werden als Stanzbleche häufig feuerverzinnte Kupferbleche eingesetzt, bei denen die angesprochene Problematik sogar noch verstärkt auftritt, weil während des Lötvorgangs neben der Lötpaste auch die vollflächig vorhandene Zinnschicht aufschmilzt.While in ordinary printed circuit boards, the geometry of the solder pads and / or the use of solder resist can ensure that the electronic components are held in position throughout the process from board assembly to solder joint solidification only by the adhesion force of the solder paste , this is not possible with a printed circuit board formed by printed circuit traces comprehensive circuit substrate. Here, the electronic components "blur" during the melting of the solder paste from its original placement position, so that they are no longer at their intended position when solidifying the solder. Because of their particular suitability as a circuit substrate for circuit arrangements of the type involved here are often used as stamped sheet hot-dip copper sheets, where the problem mentioned even more occurs because during the soldering process in addition to the solder paste and the entire surface existing tin layer melts.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik wirkungsvoll vermieden werden.The object of the present invention is therefore to provide a method in which the disadvantages of the prior art described are effectively avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst diese Aufgabe ohne Zuhilfenahme zusätzlicher mechanischer Bauteile, Klebemedien oder ähnlichem, dadurch, dass zumindest eine Leiterbahn in einem als Anschlussbereich für ein elektronisches Bauelement vorgesehenen Flächenbereich vor dem Aufbringen der Lötpaste aufgeraut wird.The method according to the invention achieves this object without the aid of additional mechanical components, adhesive media or the like, in that at least one printed conductor is roughened in a surface region provided as a connection region for an electronic component prior to the application of the solder paste.

Weitere Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben und gehen auch aus der nachfolgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels hervor.Further embodiments and expedient developments of the method according to the invention are specified in the dependent claims and will become apparent from the following description of the embodiment shown in the drawing.

Dabei zeigen:Showing:

1: einen so genannten Leiterbahnnutzen zur Herstellung von sechs Schaltungsanordnungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, in einer Aufsicht auf die Bestückungsseite vor dem Aufbringen der Lötpaste 1 : a so-called interconnect benefit for the production of six circuit arrangements according to the inventive method, in a plan view of the component side before applying the solder paste

2: eine erfindungsgemäß hergestellte elektrische Schaltungsanordnung nach dem Vereinzelungsvorgang 2 : an electrical circuit arrangement produced according to the invention after the singulation process

Der in 1 gezeigte, so genannte Leiterbahnnutzen umfasst die Leiterbahnen 1 zur Herstellung von sechs Schaltungsanordnungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Leiterbahnen 1 bestehen aus feuerverzinntem Kupferblech und sind zur Handhabung während des Bestückungs- und Lötvorgangs durch Stege 4 miteinander verbunden, die nach dem Erstarren des Lötzinns mittels eines Stanzprozesses entfernt werden. Dabei werden in mehreren Schritten zunächst die einzelnen Schaltungsanordnungen voneinander getrennt und nachfolgend innerhalb dieser die einzelnen elektrischen Potentiale. In der 1 ist ein Zwischenzustand während des Herstellungsvorgangs dargestellt, und zwar in einer Aufsicht auf die Bestückungsseite vor dem Aufbringen der Lötpaste. Auf dieser Bestückungsseite sind mehrere Flächenbereiche 3, 3' zu erkennen, in denen die Oberfläche der Leiterbahnen 1 aufgeraut ist. Die Aufrauung ist in der Zeichnung als Rasterung der entsprechenden Flächenbereiche 3, 3' dargestellt. Dabei sind zum einen erste, im wesentlichen rechteckig berandete Flächenbereiche 3 zu erkennen, von denen jeweils zwei durch einen geraden Spalt 5 getrennt einander gegenüberliegend angeordnet sind, sowie zweite, unregelmäßig berandete Flächenbereiche 3'. Die ersten aufgerauten Flächenbereiche 3 stellen dabei die Lötflächen für die auf den Leiterbahnen 1 zu positionierenden elektronischen Bauelemente 2 dar. Diese Lötflächen werden in einem nachfolgenden Verfahrensschritt mittels eines Siebdruckverfahrens mit einer Lötpaste versehen, in die danach die elektronischen Bauelemente 2, in diesem Falle die als SMD-Bauelemente ausgeführten Bypass-Dioden, durch eine automatische Bestückungsmaschine mit ihren Anschlüssen eingedrückt werden. Der bestückte Leiterbahnnutzen durchläuft danach die Reflow-Lötanlage in der das in der Lötpaste enthaltene Lötzinn aufgeschmolzen und so die Lötverbindung hergestellt wird.The in 1 shown, so-called track utility includes the interconnects 1 for the production of six circuit arrangements according to the method according to the invention. The tracks 1 consist of hot-dipped copper sheet and are for handling during the assembly and soldering process by webs 4 connected to each other, which are removed after the solidification of the solder by means of a stamping process. In this case, in a first step, the individual circuit arrangements are separated from one another, and subsequently within these, the individual electrical potentials. In the 1 is an intermediate state during the manufacturing process shown, in a plan view of the component side before applying the solder paste. There are several surface areas on this component side 3 . 3 ' to recognize, in which the surface of the conductor tracks 1 is roughened. The roughening is in the drawing as screening of the corresponding surface areas 3 . 3 ' shown. In this case, on the one hand, there are first, essentially rectangular, surface areas 3 to recognize, of which in each case two by a straight gap 5 are arranged separately opposite one another, and second, irregularly bounded surface areas 3 ' , The first roughened surface areas 3 make the solder pads for the on the tracks 1 to be positioned electronic components 2 These solder surfaces are provided in a subsequent process step by means of a screen printing process with a solder paste, in the then the electronic components 2 , In this case, the bypass diodes designed as SMD components are pressed by an automatic placement machine with their connections. The assembled interconnect benefits then pass through the reflow soldering system in which the solder contained in the solder paste is melted and thus the solder joint is produced.

Die Aufrauung der Oberfläche der Leiterbahnen 1 in den als Lötflächen für die Bypass-Dioden dienenden, ersten Flächenbereichen 3 erhöht deren Benetzbarkeit durch das geschmolzene Lötzinn und verhindert damit das Wegfließen desselben während des Lötvorgangs in der Reflow-Lötanlage. Durch diese Maßnahme wird somit das „Verschwimmen” der elektronischen Bauelemente 2 aus ihrer bestimmungsgemäßen Position wirksam verhindert.The roughening of the surface of the tracks 1 in the first surface areas serving as soldering surfaces for the bypass diodes 3 increases their wettability by the molten solder and thus prevents it from flowing away during the soldering process in the reflow soldering system. By this measure, thus, the "blurring" of the electronic components 2 effectively prevented from its intended position.

Nach dem Abkühlen des fertig gelöteten Leiterbahnnutzens werden die einzelnen Schaltungsanordnungen durch Ausstanzen aus dem Leiterbahnnutzen herausgelöst. In 2 ist eine vereinzelte Schaltungsanordnung gezeigt. In dieser vereinzelten Schaltungsanordnung sind zwischen den Leiterbahnen 1 noch solche Stege 4 vorhanden, die zur Trennung der unterschiedlichen einzelnen elektrischen Potentiale entfernt werden müssen. In den Leiterbahnen 1 sind mehrere Bohrungen 6 zu erkennen, mittels derer diese auf entsprechenden Positionierdomen in einem zur Aufnahme der Schaltungsanordnung vorgesehenen Gehäuse bestimmungsgemäß gehalten werden. Sobald die Leiterbahnen 1 auf diese Weise fixiert sind, können die restlichen Stege 4 ebenfalls entfernt werden. Die verschiedenen Potentialen zugeordneten Abschnitte der Leiterbahnen 1 sind dann elektrisch nur noch durch die elektronischen Bauelemente 2 verbunden. Die hier gezeigten, als SMD-Bauelemente ausgeführten Bypass-Dioden sind dabei einerseits mit ihrer unteren Gehäuseseite, die den einen Kontakt darstellt, direkt auf einem Abschnitt der Leiterbahn 1 aufgelötet, die Anschlussbeinchen, die den anderen Kontakt bilden, sind auf dem durch den Spalt 5 davon getrennten, gegenüberliegenden Abschnitt der Leiterbahn 1 aufgelötet.After cooling of the finished soldered interconnect utility, the individual circuit arrangements are removed by punching out of the interconnect benefits. In 2 an isolated circuit arrangement is shown. In this isolated circuit arrangement are between the interconnects 1 still such bars 4 present, which must be removed to separate the different individual electrical potentials. In the tracks 1 are several holes 6 to recognize, by means of which they are properly held on appropriate positioning domes in a housing provided for receiving the circuit arrangement. Once the tracks 1 fixed in this way, the remaining webs can 4 also be removed. The various potentials associated sections of the conductors 1 are then electrically only by the electronic components 2 connected. The here shown, designed as SMD components bypass diodes are on the one hand with its lower side of the housing, which represents the one contact, directly on a portion of the conductor 1 soldered, the connection pins making the other contact are on the through the gap 5 separate, opposite section of the track 1 soldered.

Bei den bereits vorher erwähnten, und in der 1 erkennbaren, zweiten aufgerauten Flächenbereichen 3' handelt es sich um solche, die bei dem Stanzvorgang zur Vereinzelung der Schaltungsanordnungen zum größten Teil von diesen entfernt werden. In der vereinzelten Schaltungsanordnung in 2 sind nur noch in den äußersten Randbereichen Reste dieser Flächenbereiche 3' zu erkennen. Die Aufrauung in diesen Flächenbereichen 3' dient dazu, die davor bei dem zur Herstellung des Leiterbahnnutzen aus dem verwendeten Plattenmaterial durchgeführten Stanzvorgang in das Blech eingebrachten Materialspannungen abzubauen.In the already mentioned, and in the 1 recognizable, second roughened surface areas 3 ' These are those which are removed during the punching process for separating the circuit arrangements for the most part of these. In the isolated circuit arrangement in 2 are only in the outermost edge areas remnants of these surface areas 3 ' to recognize. The roughening in these surface areas 3 ' serves to reduce the previously introduced in the manufacture of the conductor track benefits from the plate material used punching process introduced into the sheet material stresses.

Die Erzeugung der Aufrauungen erfolgt für die beiden genannten Arten von Flächenbereichen 3, 3' in der gleichen Art und Weise. Dabei wird ein auch als Prägerichten bekanntes Verfahren angewendet, bei dem mit einem Werkzeug, das mit einem Netz pyramidenförmiger Spitzen versehen ist, die eine quasi „waffelförmige” Struktur ausbilden, ein entsprechendes Netz von Vertiefungen in die Oberfläche der Leiterbahnen 1 eingeprägt wird. Je nach Härte des zur Herstellung des Leiterbahnnutzens verwendeten Plattenmaterials, dringen die Spitzen dabei bis zu 0,1 mm in das Blech ein. Sie ebnen dabei die durch das vorhergehende Stanzen in das Plattenmaterial eingebrachten Wölbungen ein und ersetzen diese durch definierte, kleine neue Spannungszonen, die gleichmäßig in einer Ebene liegen.The generation of the roughening takes place for the two types of surface areas mentioned 3 . 3 ' in the same way. In this case, a method known as embossing is used, in which a tool, which is provided with a network of pyramid-shaped tips which form a quasi "waffle-shaped" structure, forms a corresponding network of depressions in the surface of the conductor tracks 1 is impressed. Depending on the hardness of the plate material used to produce the conductor track, the tips penetrate up to 0.1 mm into the plate. In doing so, they level the bulges introduced by the previous punching into the plate material and replace them with defined, small new stress zones that lie evenly in one plane.

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung mit einem durch Stanzbleche gebildete Leiterbahnen (1) umfassenden Schaltungssubstrat, wobei elektronische Bauelemente (2) mittels eines Reflow-Lötprozesses mit den Leiterbahnen (1) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leiterbahn (1) in einem als Anschlussbereich für ein elektronisches Bauelement (2) vorgesehenen Flächenbereich (3) vor dem Aufbringen der Lötpaste aufgeraut wird.Method for producing an electrical circuit arrangement with a strip conductor formed by stamped sheets ( 1 ) circuit substrate, wherein electronic components ( 2 ) by means of a reflow soldering process with the conductor tracks ( 1 ), characterized in that at least one conductor track ( 1 ) in a connection area for an electronic component ( 2 ) ( 3 ) is roughened before applying the solder paste. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufrauung in dem Flächenbereich (3) erzeugt wird, indem mit einem Werkzeug, das mit eine Netz pyramidenförmiger Spitzen versehen ist, ein entsprechendes Netz von Vertiefungen in die Oberfläche der Leiterbahnen (1) eingeprägt wird.A method according to claim 1, characterized in that the roughening in the area ( 3 ) is created by using a tool which is provided with a network of pyramidal tips, a corresponding network of depressions in the surface of the tracks ( 1 ) is impressed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pyramidenförmigen Spitzen bei dem Prägevorgang bis zu 0,1 mm in das Stanzblech eindringen. A method according to claim 2, characterized in that the pyramidal peaks penetrate in the stamping process up to 0.1 mm in the stamping sheet. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (1) für mehrere Schaltungsanordnungen in einem Leiterbahnnutzen während des Bestückungs- und Lötvorgangs durch Stege (4) miteinander verbunden sind, die nach dem Erstarren des Lötzinns mittels eines Stanzprozesses entfernt werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the conductor tracks ( 1 ) for a plurality of circuit arrangements in a conductor track during the assembly and soldering process by webs ( 4 ), which are removed after solidification of the solder by means of a stamping process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Stanzbleche zur Bildung der Leiterbahnen (1) feuerverzinnte Kupferbleche eingesetzt werden.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that as punching plates for forming the conductor tracks ( 1 ) tinned copper sheets are used. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Flächenbereiche des Leiterbahnnutzens zum Abbau der bei dem zu seiner Herstellung aus dem verwendeten Plattenmaterial durchgeführten Stanzvorgang in das Blech eingebrachten Materialspannungen aufgeraut werden.A method according to claim 4 or 5, characterized in that further surface regions of the conductor track utility are roughened to reduce the material stresses introduced in the punching process carried out for its production from the sheet material used in the sheet metal. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung einer elektrischen Schaltungsanordnung für eine Anschluss- und Verbindungsdose für Solarmodule.Use of a method according to one of claims 1 to 6 for the production of an electrical circuit arrangement for a connection and connection box for solar modules.
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