DE102012112546A1 - Method for manufacturing mixed printed circuit board of measuring device, involves printing stencil with solder paste, and fitting surface mount device components with side of board, where components are soldered during soldering process - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von auf einer ersten Seite mit mindestens einem THT-Bauteil und auf einer zweiten Seite mit mindestens einem SMD-Bauteil bestückten Leiterplatten.The invention relates to a method for producing printed circuit boards populated on a first side with at least one THT component and on a second side with at least one SMD component.
Derartige mischbestückte Leiterplatten werden heutzutage in einer Vielzahl moderner elektrischer Geräte, insb. in Messgeräten, eingesetzt.Such mischbestückte PCBs are nowadays used in a variety of modern electrical devices, esp. In measuring devices.
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 Anschlüssen direkt auf hierfür auf der Leiterplatte vorgesehene Kontakte gelötet. SMD-Bauteile werden mit Bestückungsautomaten maschinell auf die mit Lotpaste versehenen 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.In order to reduce production costs, it is preferable to use surface-mountable components, so-called 'surface mounted devices' - SMD components for short. SMD components do not require any board holes for their installation, but are soldered with their connections directly to contacts provided for this purpose on the printed circuit board. SMD components are machined onto the solder paste contacts on the circuit board and then soldered together in a single reflow soldering process. SMD components can be mounted on both sides of the circuit board by first populating the first side with the appropriate components, soldering them there, then turning the circuit board, and then providing the second side with the corresponding SMD components in the same manner becomes.
Heute sind die meisten elektronischen Bauteile als SMD-Bauteile erhältlich, was zu einer erheblichen Reduktion der Herstellungskosten geführt hat.Today, most electronic components are available as SMD components, resulting in a significant reduction in manufacturing costs.
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.Another large component group is the SMD solderable components, which can be soldered in the same way together with SMD components in a single manufacturing process on the circuit board. In the broadest sense, these include the so-called PIH components (Pin In Hole components). These are wired components whose connecting wires are inserted into soldered blind holes printed on the circuit board and soldered there. In the following, no distinction is made explicitly between SMD components and SMD solderable components. The term SMD components is subsequently used in such a way that it also includes the SMD-solderable components.
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 sogenannte THT-Bauteile ausgebildet sind. THT ist die Abkürzung für Through Hole Technique. Diese Bauteile weisen stiftförmige oder drahtförmige Anschlüsse auf, die durch – regelmäßig metallisierte – Anschlussbohrungen in der Leiterplatte hindurch gesteckt und auf der dem Bauteil gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte verlötet werden.However, there are still a large number of components today, in particular of components which, due to their function, have larger dimensions, such as, for example, Plug and transformer, which are still preferably formed as a wired so-called THT components. THT is the abbreviation for Through Hole Technique. These components have pin-shaped or wire-shaped terminals, which are inserted through - regularly metallized - connection holes in the circuit board and soldered on the opposite side of the component of the circuit board.
Zur Reduktion von Fertigungskosten und zur Beschleunigung des Herstellungsprozesses ist man bemüht, die Bestückung und die Verlötung von THT-Bauteilen in den regelmäßig durch die große Anzahl der SMD-Bauteile dominierten Herstellungsprozess einzubinden. Dabei ist man im Hinblick auf die Fertigungsdauer und die Fertigungskosten bestrebt möglichst viele Verfahrensschritte maschinell auszuführen und nach Möglichkeit nur sogenannte Massenlötverfahren einzusetzen, bei denen eine große Anzahl von Bauteilen in einem gemeinsamen Lötvorgang verlötet werden.In order to reduce manufacturing costs and speed up the manufacturing process, efforts are being made to integrate the assembly and soldering of THT components into the production process that is regularly dominated by the large number of SMD components. In this case, with regard to the production time and the production costs, it is desirable to carry out as many method steps as possible by machine and, if possible, to use only so-called mass soldering methods in which a large number of components are soldered in a common soldering process.
Bei mit SMD- und THT-Bauteilen zu bestückenden Leiterplatten, wird häufig derart vorgegangen, dass zunächst eine erste Seite der Leiterplatte mit Lotpaste bedruckt, und dann mit SMD-Bauteilen bestückt wird, die dann in einem ersten Reflowlötverfahren verlötet werden. Nachfolgend wird die zweite Seite der Leiterplatte mit Lotpaste bedruckt, und danach mit SMD-Bauteilen bestückt, die dann in einem zweiten Reflowlötverfahren verlötet werden. Abschließend wird die Leiterplatte dann auf einer der beiden Seiten mit THT-Bauteilen bestückt, die von der anderen Seite her in einem selektiven Wellenlötverfahren verlötet werden. Dabei wird auf der der Lotwelle zugewandte Leiterplattenunterseite z.B. eine Schablone eingesetzt, die die auf dieser Seite angeordneten SMD-Bauteile abdeckt, und Durchbrechungen aufweist, die die selektiv zu verlötenden Lötstellen der THT-Bauteile freigeben.In the case of printed circuit boards to be assembled with SMD and THT components, it is often the case that initially a first side of the printed circuit board is printed with solder paste, and then fitted with SMD components, which are then soldered in a first reflow soldering process. Subsequently, the second side of the circuit board is printed with solder paste, and then fitted with SMD components, which are then soldered in a second reflow soldering. Finally, the printed circuit board is then populated on one of the two sides with THT components, which are soldered from the other side in a selective wave soldering process. In this case, on the solder wave facing the underside of the PCB, e.g. a template is used which covers the arranged on this side of the SMD components, and has openings that release the selectively soldered solder joints of the THT components.
Auf diese Weise können alle Lötstellen der THT-Bauteile in einem Arbeitsgang beim Überfahren der Lotwelle verlötet werden.In this way, all solder joints of the THT components can be soldered in one operation when crossing the solder wave.
Dieses nachgeschaltete Wellenlötverfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass in der Umgebung dieser Lötstellen ein vergleichsweise großer -häufig als Prozessfenster bezeichneter- Bereich frei zugänglich sein muss, um zu gewährleisten, dass die Lotwelle die Lötstellen der THT-Bauteile erreicht. Dabei ist der frei zugängliche Bereich umso größer zu bemessen, je größer die SMD-Bauteile sind, die sich in der Umgebung der Lötstellen der THT-Bauteile befinden.However, this downstream wave soldering method has the disadvantage that in the vicinity of these solder joints, a comparatively large area-frequently referred to as a process window-must be freely accessible in order to ensure that the solder wave reaches the solder joints of the THT components. In this case, the larger the size of the SMD components located in the vicinity of the solder joints of the THT components, the larger the freely accessible area.
Innerhalb dieses Bereichs dürfen keine Bauteile angeordnet sein. Entsprechend ergibt sich ein von der Größe der SMD-Bauteile abhängiger Mindestabstand der Lötstellen der THT-Bauteile zu benachbarten SMD-Bauteilen und zu benachbarten Lötstellen von weiteren THT-Bauteilen, der nicht unterschritten werden darf. Dieser Mindestabstand steht jedoch einer in der Regel erwünschten Miniaturisierung von elektronischen Baugruppen entgegen.Within this area no components may be arranged. Accordingly, there is a dependent on the size of the SMD components minimum distance of the solder joints of the THT components to adjacent SMD components and adjacent solder joints of other THT components, which must not be fallen below. However, this minimum distance is contrary to a generally desired miniaturization of electronic assemblies.
Ein weiteres auf Massenlötverfahren basierendes Verfahren zu Herstellung mischbestückter Leiterplatten ist in der
Auch hier ist jedoch zwischen den einzelnen auf der ersten Seite der Leiterplatte befindlichen Lötstellen jeweils ein ausreichend großer freier Bereich vorzusehen, um sicher zu stellen, dass das Lot der Welle, die einzelnen Lötstellen erreicht. Dabei ist zu beachten, dass sich hinter jedem einzelnen auf der ersten Seite befindlichen SMD-Bauteil ein von der Größe des jeweiligen Bauteils abhängiger Schattenbereich ausbildet, in den das Lot der Lotwelle nicht vordringt.Again, however, between the individual located on the first page of the circuit board solder joints each provide a sufficiently large free area to make sure that the solder reaches the wave, the individual solder joints. It should be noted that behind each individual located on the first page SMD component forms a dependent on the size of the respective component shadow area, in which the solder of the solder wave does not penetrate.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung mischbestückter Leiterplatten ist in der
Anschließend wird die zweite Seite der Leiterplatte mit Lotpaste bedruckt. Dabei werden sowohl die Lotstellen der auf die zweiten Seite zu verlötenden SMD-Bauteile als auch die auf der zweiten Seite befindlichen im Reflow-Lötverfahren verlötbaren Lötstellen der anschließend auf der ersten Seite anzuordnenden THT-Bauteile mit Lotpaste bedruckt. Anschließend wir die erste Seite der Leiterplatte mit allen benötigten THT-Bauteile bestückt. Danach werden die nicht im Reflow-Lötverfahren verlötbaren Lötstellen dieser THT-Bauteile einzeln nacheinander mittels der Selektivlötvorrichtung verlötet. Abschließend wird die bereits vor der Selektivlötung bedruckte zweite Seite der Leiterplatte mit SMD-Bauteilen bestückt, und es werden diese SMD-Bauteile, sowie die auf der zweiten Seite befindlichen im Reflow-Lötverfahren verlötbaren Lötstellen der THT-Bauteile in einem gemeinsamen Reflow-Lotverfahren verlötet.Subsequently, the second side of the circuit board is printed with solder paste. In this case, both the solder joints of the second side to be soldered SMD components as well as those located on the second side solderable by reflow soldering solder joints of subsequently to be arranged on the first page THT components are printed with solder paste. Afterwards we equip the first side of the PCB with all required THT components. Thereafter, the solder joints of these THT components which can not be soldered in the reflow soldering method are soldered one after the other by means of the selective soldering apparatus. Finally, the already printed before the Selektivlötung second side of the circuit board is equipped with SMD components, and there are soldered these SMD components, as well as on the second page solderable by reflow soldering solder joints of the THT components in a common reflow soldering process ,
Hierdurch wird die Anzahl der sukzessiv nacheinander einzeln zu verlötenden Lötstellen der THT-Bauteile zwar auf diejenigen Lötstellen beschränkt, die nicht im Reflow-Lötverfahren verlötet werden können. Die Einzelverlötung dieser Lötstellen stellt jedoch nach wie vor einen zeitaufwendigen Verfahrensschritt dar.As a result, the number of solder joints of the THT components which are successively soldered one after the other is limited to those solder joints which can not be soldered in the reflow soldering process. The Einzelverlötung these solder joints, however, is still a time-consuming process step.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von mischbestückten Leiterplatten anzugeben, mit dem Lötstellen von THT-Bauteile in geringen Abstand zu benachbarten SMD-Bauteilen angeordnet werden können, und in einem Massenlötverfahren verlötet werden können.It is an object of the invention to provide a method for producing mischbestückten circuit boards, can be arranged with the solder joints of THT components at a small distance to adjacent SMD components, and can be soldered in a Massenlötverfahren.
Hierzu umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mischbestückten Leiterplatte, bei dem
- – eine erste Seite der Leiterplatte mit mindestens einem THT-Bauteil bestückt wird,
- – auf einer zweiten Seite der Leiterplatte endende Anschlüsse dieser THT-Bauteile in einem Wellenlötverfahren verlötet werden,
- – auf einer zweiten Seite der Leiterplatte vorgesehene Kontakte für dort aufzubringende SMD-Bauteile mittels einer die verlöteten Anschlussenden der THT-Bauteile überdeckenden Druckschablone mit Lotpaste bedruckt werden,
- – die zweite Seite mit den dort aufzubringende SMD-Bauteile bestückt wird, und
- – diese SMD-Bauteile in einem Reflow-Lötverfahren verlötet werden.
- A first side of the printed circuit board is equipped with at least one THT component,
- Soldering on a second side of the printed circuit board terminating terminals of these THT components in a wave soldering,
- Provided on a second side of the printed circuit board contacts for SMD components to be applied there by means of soldering the soldered terminal ends of the THT components covering printing stencil with solder paste,
- - The second side is equipped with the there applied SMD components, and
- - These SMD components are soldered in a reflow soldering process.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird im Wellenlötverfahren ein Lot verwendet, das einen höheren Schmelzpunkt aufweist, als das im nachfolgenden Reflow-Lötverfahren verwendete Lot.According to one embodiment of the invention, a solder having a higher melting point than the solder used in the subsequent reflow soldering method is used in the wave soldering method.
Weiter umfasst die Erfindung eine Weiterbildung, bei der vor der Bestückung der ersten Seite der Leiterplatte mit den THT-Bauteilen
- – auf der ersten Seite der Leiterplatte vorgesehene Kontakte für dort aufzubringende SMD-Bauteilen mit Lotpaste bedruckt werden,
- – die erste Seite der Leiterplatte mit den dort aufzubringenden SMD-Bauteilen bestückt wird, und
- – die auf der ersten Seite angeordneten SMD-Bauteile in einem Reflow-Lötverfahren verlötet werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist während des Wellenlötens auf der zweiten Seite der Leiterplatte eine dünne Maske vorgesehen,
- – die auf der zweiten Seite der Leiterplatte vorhandene Strukturen, insb. Leitungen, Anschlüsse oder Kontakte, abdeckt, und
- – die Durchbrechungen aufweist, die die Lotstellen der auf der ersten Seite befindlichen THT-Bauteile freigeben.
- - Printed on the first page of the PCB contacts for there applied SMD components are printed with solder paste,
- - The first side of the circuit board is equipped with the applied there SMD components, and
- - The arranged on the first page SMD components are soldered in a reflow soldering.
- According to a preferred embodiment, a thin mask is provided during the wave soldering on the second side of the printed circuit board,
- - The existing on the second side of the PCB structures, esp. Lines, terminals or contacts covers, and
- - Has the openings that release the Lotstellen the located on the first page THT components.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der letztgenannten Ausgestaltung weist die Maske eine Dicke in der Größenordnung von 0,1 mm bis 0,2 mm auf.According to a preferred embodiment of the latter embodiment, the mask has a thickness in the order of 0.1 mm to 0.2 mm.
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.The invention and further advantages will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing, in which an embodiment is shown; the same elements are provided in the figures with the same reference numerals.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine erste Seite einer Leiterplatte
Anschließend werden die auf der zweiten Seite der Leiterplatte
Da sich während dieses Verfahrensschritts noch keine Bauteile auf der mit der Lotwelle
Während des Wellenlötens ist auf der zweiten Seite der Leiterplatte
Anschließend wird die Leiterplatte
Als Druckschablonen eignen sich beispielsweise von der Christian Koenen GmbH unter der Bezeichnung PumpPrint z.B. für das Bedrucken von Leiterplatten mit Kleber angebotene Schablonen.Suitable printing stencils are, for example, from Christian Koenen GmbH under the name PumpPrint, e.g. Stencils for gluing printed circuit boards with adhesive.
Die Druckschablone
Nach dem Bedrucken wird die zweite Seite vorzugsweise maschinell, z.B. mit einem Bestückungsautomaten, mit den hierfür vorgesehenen SMD-Bauteilen
Da die THT-Bauteile
Um ein Anschmelzen der verlöteten Anschlussenden
Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus auch zu Herstellung von mischbestückten Leiterplatten
In dem Fall werden die auf der ersten Seite der Leiterplatte
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Leiterplatte circuit board
- 33
- THT-Bauteil THT component
- 55
- Anschluss connection
- 77
- Lotwelle solder wave
- 99
- Kontakt Contact
- 1111
- SMD-Bauteil SMD
- 1313
- Druckschablone stencil
- 1515
- verlötetes Anschlussende soldered connection end
- 1717
- Ausnehmung recess
- 1919
- Aussparung recess
- 2121
- SMD-Bauteil SMD
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102006035528 [0012] DE 102006035528 [0012]
- DE 102008035405 A1 [0014] DE 102008035405 A1 [0014]
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