DE102013211117A1 - Trägerplatte für elektrische Schaltungen mit Abstandshaltern zur Montage von Bauteilen - Google Patents

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Dietmar Schaible
Steffen ORSO
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Trägerplatte mit einer oberen Seite, die einen Bereich für mindestens ein Bauteil aufweist, wobei die Trägerplatte zur Montage des Bauteils geeignet ist, und die Trägerplatte eine untere Seite aufweist, die zur Montage auf einer Leiterplatte oder einem Substrat geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Seite der Trägerplatte mindestens zwei Abstandshalter aufweist, wobei insbesondere die mindestens zwei Abstandshalter einstückig mit der Trägerplatte verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trägerplatte mit Abstandshalter zur Montage eines Bauteils, ein Elektronikmodul mit solch einer Trägerplatte, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Trägerplatte mit Abstandshalter und der Verwendung des Elektronikmoduls zur Prozesskontrolle einer Lötverbindung.
  • Stand der Technik
  • Oberflächenmontierbare Bauteile werden direkt mit den Anschlüssen auf eine Leiterplatte oder andere Substrate gelötet. Die oberflächenmontierbaren Bauteile unterscheiden sich im Wesentlichen in Packages mit Anschlussbeinen und ohne Anschlussbeine, den sogenannten leadless packages, z. B. quad flat no leads (QFN).
  • In der Schrift US 7183630 B1 wird ein Anschlussrahmen für Bauteile beschrieben, der Vertiefungen innerhalb des Moldkörpers aufweist. Diese Vertiefungen befinden sich an den Ecken des Moldgehäuses. Die Vertiefungen sind so konfiguriert, dass das Lötmittel die Oberfläche der Vertiefung ausreichend benetzen kann und sich ein sichtbarer Lötmeniskus ausbildet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Trägerplatte mit einer oberen Seite weist einen Bereich für mindestens ein Bauteil auf, wobei die Trägerplatte zur Montage des Bauteils geeignet ist. Des Weiteren weist die Trägerplatte eine untere Seite auf, die zur Montage auf einer Leiterplatte oder einem Substraten geeignet ist. Erfindungsgemäß weist die untere Seite der Trägerplatte mindestens zwei Abstandshalter auf, wobei insbesondere die mindestens zwei Abstandshalter einstückig mit der Trägerplatte verbunden sind.
  • Der Vorteil ist hierbei, dass Bauteile auf einfache Weise auf einer Leiterplatte angeordnet werden können.
  • In einer Weiterbildung werden die mindestens zwei Abstandshalter durch eine Verformung der Trägerplatte an mindestens zwei geeigneten Stellen erzeugt, wobei die Verformung insbesondere durch eine Einprägung einer Vertiefung auf der oberen Seite der Trägerplatte erzeugt wird. Die geeigneten Stellen sind so gewählt, dass die Trägerplatte bei Aufbringung auf eine Leiterplatte nicht verkippt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung werden die mindestens zwei geeigneten Stellen der Trägerplatte an der die mindestens zwei Abstandshalter erzeugt werden, vor der Verformung der Trägerplatte erwärmt.
  • In einer Weiterbildung erfolgt die Verformung der Trägerplatte punktuell oder flächig durch Aufbringen einer Kraft auf die obere Seite der Trägerplatte. Punktuell bedeutet dabei mit geringer flächiger Ausdehnung.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass die Abstandshalter auf einfache Weise erzeugt werden können.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist die Höhe der mindestens zwei Abstandshalter in Abhängigkeit der Kraft, die auf die obere Seite der Trägerplatte aufgebracht wird, einstellbar.
  • Das erfindungsgemäße Elektronikmodul mit einer Trägerplatte mit Abstandshaltern weist eine Leiterplatte auf, wobei der Abstand zwischen Trägerplatte und Leiterplatte durch die Höhe der Abstandshalter bestimmt ist, Trägerplatte und Leiterplatte durch eine Lötschicht miteinander verbunden sind und eine Höhe der Lötschicht in Abhängigkeit des Abstandes zwischen Trägerplatte und Leiterplatte einstellbar ist.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass der Abstand zwischen Leiterplatte und Trägerplatte konstant ist.
  • In einer Weiterbildung befindet sich die Lötschicht in einem Bereich um die Abstandshalter.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das mindestens eine Bauteil der Trägerplatte über die mindestens zwei Abstandshalter mit der Leiterplatte elektrisch kontaktierbar.
  • Das erfindungsgemäße Elektronikmodul wird zur optischen Prozesskontrolle der Lötschicht zwischen der Trägerplatte und der Leiterplatte verwendet. Dabei stellt die Lötschicht eine Verbindung zwischen Trägerplatte und Leiterplatte im Bereich um die Abstandshalter dar. Die Verbindung wird optisch erfasst. In Abhängigkeit der Feststellung einer kegelförmigen, stoffschlüssigen Verbindung an den Abstandshaltern wird eine Weiterverwendung des Elektronikmoduls bestimmt.
  • Der Vorteil ist, dass die kegelförmige Verbindung durch das Vorhandensein der Abstandshalter einfach optisch zu erkennen ist.
  • In einer Weiterbildung wird in Abhängigkeit der Feststellung der kegelförmigen, stoffschlüssigen Verbindung an den Abstandshaltern, die Höhe der Verbindung optisch erfasst und in Abhängigkeit der Höhe die Weiterverwendung des Elektronikmoduls bestimmt.
  • Vorteilhaft ist hierbei, dass die Qualität der Verbindung schnell ermittelt werden kann.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Elektronikmodul aufweisend eine Trägerplatte mit Abstandshaltern, wobei die Abstandshalter rechtwinklig zur Trägerplatte angeordnet sind,
  • 2 ein Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte mit Abstandshaltern,
  • 3a ein Elektronikmodul aufweisend eine Trägerplatte mit Abstandshaltern, wobei die Abstandshalter schräg zur Trägerplatte angeordnet sind,
  • 3b ein weiteres Beispiel eines Elektronikmoduls aufweisend eine Trägerplatte mit Abstandshaltern und
  • 3c ein weiteres Beispiel eines Elektronikmoduls aufweisend eine Trägerplatte mit Abstandshaltern, wobei die Abstandshalter auf der Unterseite der Trägerplatte angeschweißt wurden.
  • 1 zeigt ein Elektronikmodul 12, das auf einer Leiterplatte 4 angeordnet ist. Das Elektronikmodul 12 umfasst eine Trägerplatte 1, ein Bauteil 3, Abstandshalter 2 und ein Moldgehäuse 10. Auf der Oberseite 8 der Trägerplatte 1 ist das Bauteil 3 angeordnet, beispielsweise ein Bauteil ohne Anschlussbeine. Die Unterseite 9 der Trägerplatte 1 weist die Abstandshalter 2 auf. Die Abstandshalter 2 sind an geeigneten Stellen der Trägerplatte 1 erzeugt worden. Diese geeigneten Stellen zeichnen sich dadurch aus, dass die Trägerplatte 1 beim Aufbringen auf eine Leiterpatte 4 nicht verkippt. Zur Vermeidung einer Verkippung der Trägerplatte 1 bei Aufbringung auf die Leiterplatte 4 müssen wenigstens zwei Abstandshalter an geeigneten Stellen vorhanden sein, die durch Aufbringung einer flächigen Kraft erzeugt wurden oder wenigstens drei Abstandshalter 2 an geeigneten Stellen vorhanden sein, die durch Aufbringung einer punktuellen Kraft erzeugt wurden. Punktuell bedeutet dabei mit geringer flächiger Ausdehnung.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist die Trägerplatte 1 drei Abstandshalter 2 auf, die durch Aufbringung einer punktuellen Kraft an geeigneten Stellen entstanden sind. Die Abstandshalter 2 sind so angeordnet, dass sie ein Dreieck aufspannen. Die Abstandshalter 2 befinden sich dabei in Randnähe der Trägerplatte 1.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Trägerplatte 1 vier Abstandshalter 2 auf, die durch Aufbringung einer punktuellen Kraft an geeigneten Stellen entstanden sind. Je ein Abstandshalter 2 befindet sich dabei in der Nähe einer Trägerplattenecke.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Trägerplatte 1 zwei Abstandshalter 2 auf. Diese beiden Abstandshalter 2 befinden sich jeweils auf sich gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatte 1, entweder auf den langen oder den kurzen Seiten der Trägerplatte 1. Die Abstandshalter 2 sind dabei in Form eines Grabens ausgebildet.
  • 2 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Trägerplatte 1 mit mindestens zwei Abstandshaltern 2. Mit Schritt 200 wird das Verfahren durch Erwärmen geeigneter Stellen der Trägerplatte 1 gestartet. Wie bereits zu 1 erwähnt, zeichnen sich die geeigneten Stellen dadurch aus, dass die Trägerplatte 1 beim Aufbringen auf eine Leiterpatte 4 nicht verkippt.
  • In einem folgenden Schritt 210 wird auf die erwärmten Stellen mit Hilfe eines Stempels eine Kraft punktuell auf die Oberseite der Trägerplatte 1 ausgeübt. Durch die Kraft auf die Oberseite der Trägerplatte 1 wird die Trägerplatte 1 an dieser Stelle verformt. Daher bilden sich auf der Unterseite der Trägerplatte 1 Abstandshalter 2 aus. Somit sind die Abstandshalter 2 in der Trägerplatte 1 integriert. Durch die Verformung der Trägerplatte 1, weisen die Abstandshalter 2 im Wesentlichen die Form des Stempels auf.
  • In einem folgenden Schritt 220 wird die Höhe der Abstandshalter 2 in Abhängigkeit der Verformung der Trägerplatte 1 eingestellt. Die Verformung ist dabei abhängig von der Kraft, die auf die Oberseite 8 der Trägerplatte 1 wirkt, dem Winkel in dem die Kraft auf die Trägerplatte 1 aufgebracht wird, dem Material und der Dicke der Trägerplatte 1 und der Tatsache, ob der Bereich unterhalb der Trägerplatte 1 während der Kraftaufbringung beispielsweise durch eine weitere Platte räumlich begrenzt ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Kraft auf die Oberseite 8 der Trägerplatte 1 auf einer Linie flächig aufgebracht, sodass eine Art Graben entsteht. Für eine stabile Anordnung der Trägerplatte 1 auf der Leiterplatte 4, werden zwei solcher Abstandshalter 2 benötigt. Die Abstandshalter 2 befinden sich zu diesem Zweck jeweils auf sich gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatte 1. Diese Abstandshalter 2 weisen größere Abmessungen auf als die Abstandshalter, die mit Hilfe einer punktuellen Kraft erzeugt wurden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Abstandshalter 2 durch Anschweißen von Pins an den geeigneten Stellen der Trägerplatte 1 erzeugt. Die Abstandshalter 2 sind somit einstückig mit der Trägerplatte 1 verbunden. Das Anbringen der Pins an die Trägerplatte 1 kann auch erst nach Fertigstellung des Elektronikmoduls erfolgen.
  • Anhand von 1 wird die Verwendung des Elektronikmoduls 12 zur optischen Prozesskontrolle der Lötschicht zwischen Trägerplatte 1 und Leiterplatte 4 erläutert. Die Trägerplatte 1 und die Leiterplatte 4 des Elektronikmoduls 12 sind über eine Lötschicht miteinander verbunden. Durch das Löten bildet sich an den Abstandshaltern 2 jeweils eine Verbindung aus, die in der Regel kegelförmig ist. Da das Bauteil 3 beispielsweise mit Hilfe von Bonddrähten 11 mit den Teilen der Trägerplatte 1 verbunden ist, die die Abstandshalter 2 aufweisen, wird das Bauteil 3 durch die Lötverbindung mit der Leiterplatte 4 elektrisch kontaktiert.
  • Die Prozesskontrolle hat die Aufgabe, die Elektronikmodule 12 auszusortieren, die keine ausreichende Verbindung zwischen Trägerplatte 1 und Leiterplatte 4 aufweisen. Dazu wird mit Hilfe eines optischen Systems, beispielsweise mit automatic optical inspection (AOI) Systemen, die Verbindung optisch erfasst und festgestellt, ob die Verbindung kegelförmig ist. Dies erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems. Liegt keine kegelförmige Verbindung vor, wird das Elektronikmodul 12 aussortiert. Liegt eine kegelförmige Verbindung vor, wird des Weiteren überprüft, ob die Verbindung zwischen Lötschicht und Abstandshalter stoffschlüssig ist. Dabei wird beispielsweise überprüft, ob ein Spalt zwischen Abstandshalter und Lötschicht vorhanden ist. Ist ein Spalt vorhanden, wird das Elektronikmodul 12 aussortiert oder nochmals neu verlötet. Ist kein Spalt vorhanden, wird das Elektronikmodul für gut befunden und gegebenenfalls weiterverarbeitet bzw. weiterverwendet.
  • In einem Ausführungsbeispiel wird die Höhe der Verbindung optisch erfasst. Entspricht die Höhe der Verbindung der Höhe der Abstandshalter, wird das Elektronikmodul für gut befunden.
  • Die 3a–3c zeigen weitere Beispiele der erfindungsgemäßen Elektronikmodule.
  • 3a zeigt ein Elektronikmodul mit einer Trägerplatte 1, bei der die Abstandshalter 5 einen bestimmten Winkel zur Trägerplatte 1 aufweisen. Der bestimmte Winkel ist dabei so gewählt, dass Kräfte, die beim Aufbringen der Trägerplatte auf die Leiterplatte entstehen, besser verteilt werden können. Durch die schrägen Abstandshalter können neben der Normalkraftkomponente auch eine Querkraftkomponente aufgenommen werden, sodass eine Art Federeffekt erzeugt wird. Die Stabilität des Elektronikmoduls gegenüber nachträglich aufgebrachter Kräfte ist dadurch höher als die Stabilität eines Elektronikmoduls 12 mit einem rechtwinklig angeordneten Abstandshalter. Außerdem ist es möglich die Größe der Kontaktfläche für das Drahtbonden einzustellen.
  • 3b zeigt ein weiteres Elektronikmodul mit einer Trägerplatte 1, bei der die Abstandshalter 6 durch Aufbringen einer Kraft auf die Stirnseiten der Trägerplatte 1, d. h. auf die kurzen Seitenflächen der Trägerplatte 1, entstanden sind. Die Abstandshalter 6 weisen somit eine Stelle auf, die spitz zuläuft. Es formt sich eine Art „Nase“ von der Stirnseite der Trägerplatte 1 nach unten. Das Erzeugen der Abstandshalter 6 kann auch nach der Fertigstellung des Elektronikmoduls erfolgen, sodass die Trägerplatte 1 erst am Ende des Herstellungsprozesses verformt wird.
  • 3c zeigt ein weiteres Elektronikmodul mit einer Trägerplatte 1, bei dem die Abstandshalter 7 auf der Unterseite 9 der Trägerplatte 1 angeschweißt sind. Die Abstandshalter 7 weisen dabei im Wesentlichen die Form der angeschweißten Pins auf.
  • 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
    • US 7183630 B1 [0003]

Claims (13)

  1. Trägerplatte (1) mit einer oberen Seite (8), die einen Bereich für mindestens ein Bauteil (3) aufweist, wobei die Trägerplatte (1) zur Montage des Bauteils geeignet ist, und die Trägerplatte (1) eine untere Seite (9) aufweist, die zur Montage auf einer Leiterplatte (4) oder einem Substrat geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Seite (9) der Trägerplatte (1) mindestens zwei Abstandshalter (2) aufweist, wobei insbesondere die mindestens zwei Abstandshalter (2) einstückig mit der Trägerplatte (1) verbunden sind.
  2. Trägerplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Abstandshalter (2) durch Verformung der Trägerplatte (1) an mindestens zwei geeigneten Stellen erzeugt werden, insbesondere durch Einprägung einer Vertiefung auf der oberen Seite der Trägerplatte (1), wobei die geeigneten Stellen so gewählt sind, dass die Trägerplatte (1) bei Aufbringung auf eine Leiterplatte (4) nicht verkippt.
  3. Trägerplatte (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei geeigneten Stellen der Trägerplatte (1) an der die mindestens zwei Abstandshalter (2) erzeugt werden, vor der Verformung der Trägerplatte (1) erwärmt wurden.
  4. Trägerplatte (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung der Trägerplatte (1) punktuell oder flächig durch Aufbringen einer Kraft auf die obere Seite (8) der Trägerplatte (1) erfolgt.
  5. Trägerplatte (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der mindestens zwei Abstandshalter (2) in Abhängigkeit der Kraft, die auf die obere Seite (8) der Trägerplatte (1) aufgebracht wird, einstellbar ist.
  6. Elektronikmodul (12) mit einer Trägerplatte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Leiterplatte (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Trägerplatte (1) und Leiterplatte (4) durch die Höhe der Abstandshalter (2) bestimmt ist, Trägerplatte und Leiterplatte durch eine Lötschicht miteinander verbunden sind und eine Höhe der Lötschicht in Abhängigkeit des Abstandes zwischen Trägerplatte (1) und Leiterplatte (4) einstellbar ist.
  7. Elektronikmodul (12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lötschicht in einem Bereich um die Abstandshalter (2) befindet.
  8. Elektronikmodul (12) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Bauteil der Trägerplatte (1) über die mindestens zwei Abstandshalter (2) mit der Leiterplatte (4) elektrisch kontaktierbar ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Trägerplatte (1) mit mindestens zwei Abstandshaltern (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandshalter (2) durch Verformung der Trägerplatte (1) an mindestens zwei geeigneten Stellen der Trägerplatte (1) erzeugt werden, wobei die geeigneten Stellen so gewählt sind, dass die Trägerplatte (1) bei Aufbringung auf eine Leiterplatte (4) nicht verkippt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei geeigneten Stellen der Trägerplatte (1) an der die mindestens zwei Abstandshalter (2) erzeugt werden, vor der Verformung erwärmt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung der Trägerplatte (1) an mindestens zwei geeigneten Stellen der Trägerplatte (1) mit Hilfe eines Stempels durch Aufbringung einer Kraft auf der oberen Seite (8) der Trägerplatte (1) erzeugt werden.
  12. Verwendung eines Elektronikmoduls (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 zur optischen Prozesskontrolle der Lötschicht zwischen Trägerplatte (1) und Leiterplatte (4), wobei die Lötschicht im Bereich um die Abstandshalter (2) eine Verbindung zwischen Trägerplatte (1) und Leiterplatte (4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung optisch erfasst wird und in Abhängigkeit der Feststellung einer kegelförmigen, stoffschlüssigen Verbindung an den Abstandshaltern (2) eine Weiterverwendung des Elektronikmoduls (12) bestimmt wird.
  13. Verwendung eines Elektronikmoduls (12) nach einem der Ansprüche 6 bis 8 zur optischen Prozesskontrolle der Lötschicht zwischen Trägerplatte (1) und Leiterplatte (4) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Feststellung der kegelförmigen, stoffschlüssigen Verbindung an den Abstandshaltern (2), die Höhe der Verbindung optisch erfasst wird und in Abhängigkeit der Höhe die Weiterverwendung des Elektronikmoduls (12) bestimmt wird.
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