DE102014118544B4

DE102014118544B4 - Verfahren zum Schutz von Bauteilen auf einer Leiterplatte vor Löttemperaturspitzen

Info

Publication number: DE102014118544B4
Application number: DE102014118544.7A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Birgel; Thomas Striegel; Andrea Berlinger; Michael Feucht; Alexander Bannwarth
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2023-09-07
Anticipated expiration: 2034-12-13
Also published as: DE102014118544A1; WO2016091794A1

Abstract

Verfahren zum Schutz von Bauteilen (14, 16, 20) oder einer Baugruppe bestehend aus mehreren Bauteilen auf einer Leiterplatte (10), wobei vor einem Lötvorgang in einem Lötautomaten auf die zu schützenden Bauteile (14, 16, 20) oder auf die Baugruppe eine Abdeckung (24, 26, 28) aus Lötstopppaste aufgetragen wird, wobei die Lötstopppaste auf solche Bauteile (14, 16, 20) oder die Baugruppe aufgetragen wird, die gegenüber Löttemperaturspitzen beim Lötvorgang geschützt werden müssen und dass die Lötstopppaste auf solche Bauteile oder die Baugruppe, die beim Lötvorgang nicht gelötet werden sollen, aufgetragen wird und dort eine Abdeckung (34) bildet, wobei die Lötstopppaste nach dem Lötvorgang entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz von Bauteilen auf einer Leiterplatte vor Löttemperaturspitzen beim Lötvorgang.
Es ist bekannt, dass nicht alle auf einer Leiterplatte gewünschten Bauteile für einen Lötvorgang in einem Lötautomaten geeignet sind.
Damit die gewünschten Bauteile auf einer Leiterplatte in einem Lötautomaten, beispielsweise einem Reflow-Lötofen, in einem Lötschritt gelötet werden können, müssen alle Bauteile für die gewünschten Löttemperaturen und für die vorgesehene Verweildauer in der bzw. eigentlichen Lötsektionen des Reflow-Lötofens gleichermaßen geeignet sein. Besonders bei bleifreien Zinn-Silber-Loten, wo hohe Löttemperaturspitzen einzuhalten sind, kann die Temperaturfestigkeit der gewünschten Bauteile auf der Leiterplatte ein Kostenproblem aufwerfen. In der Praxis wird daher eine Mischbestückung der Leiterplatte mit thermisch unkritischen und thermisch kritischen, „konventionellen“ weil kostengünstigeren Bauteilen angestrebt.
Eine Möglichkeit derartige, mischbestückte Leiterplatten zu löten, besteht darin, beim Löten in einem Reflow-Lötofen mechanische Schutzmasken auf der Leiterplatte so anzuordnen, um so die konventionellen, thermisch kritischen Bauteile vor zu hohen Löttemperaturspitzen abzuschirmen.
Eine andere Möglichkeit, mischbestückte Leiterplatten automatisch zu löten, besteht darin, Mehrfachlötungen durchzuführen, bei denen zunächst in einem ersten Schritt thermisch unkritische Bauteile mit einem Lötprofil mit hohen Löttemperaturspitzen in einem Reflow-Lötofen gelötet werden. In einem weiteren Schritt werden danach thermisch kritische Bauteile mit niedriger schmelzender Lotpaste mit einem Lötprofil mit weniger hohen Löttemperaturspitzen im Reflow-Lötofen gelötet.
Noch eine andere Möglichkeit die Bauteile mischbestückter Leiterplatten zu löten, ist die Anwendung von Selektivlötverfahren. Dabei werden die thermisch unkritischen Bauteile wie oben beschrieben im Reflow-Lötofen gelötet und die thermisch kritischen Bauteile danach in einem separaten Lötverfahren, indem letztere Bauteile einzeln und separat oder gemeinsam in einem Wellen-Lötautomaten gelötet werden.
Die Schriften DE 101 14 897 A1 , DE 692 18 828 T2 , US 4 246 147 A , DE 698 26 456 T2 und JP H09- 252 174 A beschreiben die Anwendung oder die Herstellung von Lötstopplacken.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem konventionelle, thermisch kritischen Bauteile derart geschützt werden, dass sie auch in einem automatischen Lötvorgang bei an sich unverträglichen Temperaturspitzen gelötet werden können.
Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Patentanspruch 1. Besondere und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass mit einem Auftrag einer handelsüblichen Lötstopppaste bzw. eines handelsüblichen Lötabdecklacks auf konventionelle, an sich thermisch kritische Bauteile, die üblicherweise nicht im Reflow-Lötofen gelötet werden können, diese Bauteile gegenüber der auf die Leiterplatte einwirkenden Lötwärme derart abgeschirmt werden können, dass sie tatsächlich ohne Probleme im Reflow-Lötofen gelötet werden können. Der nach der Erfindung vorgeschlagene Lötabdecklack auf Latex-Basis ist zum Drucken geeignet und kann sogar mit einem in einer Produktionslinie integrierten Dispenser automatisch appliziert werden. Beim Aushärten des Lötabdecklacks bei Lötvorgang bildet sich eine elastische Abdeckung der Bauteile, die einfach abgezogen werden kann.
Die für die Erfindung verwendeten Lötstopppasten, auch Lötstopplacke oder Lötabdecklacke genannt, die für eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch als 1-Komponenten-Siebdrucklacke angeboten werden, werden üblicherweise zum Abdecken solcher Bereiche auf den unbestückten Leiterplatten verwendet, die beim Galvanisieren oder Verzinnen der Leiterplatten geschützt werden sollen. Vor dem eigentlichen Lötvorgang werden die getrockneten Lötstopppasten wie eine elastische Folie von den Leiterplatten selbst abgezogen. Bisher werden solche Lötstopppasten oder Lötstopplacke nicht auf Bauteile auf der Leiterplatte appliziert.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung genauer beschrieben und erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipskizze einer mischbestückte Leiterplatte mit Sicht auf deren Oberseite;
2 die Leiterplatte nach 1 nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit aufgetragener Lötstopppaste auf einzelne Bauteile; und
3 die Leiterplatte nach 1 mit Sicht auf deren Unterseite und großflächig aufgetragener Lötstopppaste zur Vorbereitung einer selektiven Lötung von THT-Bauteilen.

In 1 ist eine mischbestückte Leiterplatte 10 veranschaulicht in einer Draufsicht auf deren Oberseite 11, die in einem hier nicht dargestellten Reflow-Lötofen gelötet werden soll. Diese Oberseite 11 ist mit verschiedensten SMD-Bauteilen 12 bestückt, deren Anschlusspins oder -Flächen in entsprechende Lotpaste eingesetzt sind. Diese SMD-Bauteile 12 sind thermisch unkritisch und können auch bei hohen Löttemperaturspitzen mit heutigen bleifreien Zinn-Silber-Loten Reflow-Lötofen gelötet werden. Zusätzlich ist die Leiterplatte 10 auf ihrer Oberseite 11 jedoch auch mit thermisch kritischen, konventionellen Bauteilen bestückt, die oder deren Gehäuse üblicherweise die geforderten hohen Löttemperaturspitzen im Reflow-Lötofen nicht unbeschadet überstehen würden. Beispielhaft und zur Vereinfachung der Darstellung und im Sinne der Übersichtlichkeit sind in 1 für solch thermisch kritische, konventionelle Bauteile Elektrolyt-Kondensatoren 14, Anschlussblöcke 16 mit Schraubanschlüssen oder Steckanschlüsse 20 dargestellt, in diesem Fall also THT-Bauteile, wie an den dargestellten Anschlussbohrungen 18 und 22 erkennbar ist. Dem Fachmann sind auch weitere Bauteile, auch SMD-Bauteile bekannt, die bei heutigen Löttemperaturspitzen im Reflow-Lötofen, insbesondere für bleifreie Zinn-Silber-Lote bekannt.
In Erweiterung der Darstellung von 1 zeigt 2 die Leiterplatte 10 nach 1 nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit aufgetragener Lötstopppaste auf die thermisch kritischen, konventionellen Bauteile 14, 16 und 20. Auf die Elektrolyt-Kondensatoren 14 ist eine Abdeckung 24 von Lötstopppaste, auf Anschlussblöcke 16 ist eine Abdeckung 26 von Lötstopppaste und auf die Steckanschlüsse 20 ist eine Abdeckung 28 von Lötstopppaste aufgetragen worden. Es ist klar, dass nicht nur einzelne Bauteile sondern auch aus mehreren Bauteilen bestehende Baugruppen mit Lötstopppaste abgedeckt werden können.
Als Lötstopppaste für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich beispielsweise handelsübliche Lötabdecklacke bzw. Lötstopplacke auf Latex-Basis. Diese Lötstopppasten können im Siebdruckverfahren oder mit einem in einer Produktionslinie integrierten Dispenser nach dem Bestücken der Leiterplatten 10 automatisch appliziert werden. Sie können aber auch ggf. manuell auf die zu schützenden Bauteile 14, 16, 20 aufgetragen werden. Die beschriebenen Lötstopplacke bzw. Lötabdecklacke sind für die heutigen Löttemperaturspitzen im Reflow-Lötofen geeignet, werden im Reflow-Lötofen fest, bilden eine filmartige, elastische Abdeckung und können nach Durchlauf durch den Lötofen einfach von den betreffenden Bauteilen 14, 16, 20 abgezogen werden. In der Praxis hat sich bei Temperaturmessungen während eines Lötvorgangs im Reflow-Lötofen gezeigt, dass bei einer oben beschriebenen Abdeckung von Lötstopppaste eine am abgedeckten Bauteil gemessene maximale Temperatur um ca. 20°C geringer war als die gemessene maximale Löttemperaturspitze im Lötofen. Damit ist es in vielen Fällen thermisch kritischer Bauteile möglich, diese zusammen mit thermisch unkritischen Bauteilen in einem Lötvorgang im Reflow-Lötofen zu löten.
3 veranschaulicht einen weiteren Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zur Vereinfachung der Darstellung ist hier eine Unterseite 30 der Leiterplatte 10 nach 1 gezeigt. Im Gegensatz zur Darstellung in 1 sind jedoch noch keine THT-Bauteile 14, 16, 20 (siehe 1 und 2) bestückt. SMD-Bauteile auf der Oberseite 11 und der Unterseite 30 der Leiterplatte 10 sind bereits im Reflow-Lötofen gelötet worden. Die THT-Bauteile 14, 16, 20, deren Pins von der Oberseite 11 der Leiterplatte 10 her in Anschlussbohrungen 18, 22 und 32 gesteckt werden, sollen in dem in 3 gezeigten Fall selektiv in einem Wellen-Lötautomaten gelötet werden. Um die bereits auf der Unterseite 30 der Leiterplatte 10 gelöteten SMD-Bauteile vor der ebenfalls auf die Unterseite 30 einwirkenden Lotwelle im Wellen-Lötautomaten zu schützen, sind die besagten SMD-Bauteile auf der Unterseite 30 der Leiterplatte 10 relativ großflächig nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Lötstopppaste abgedeckt worden. In 3 ist diese Abdeckung mit 34 bezeichnet, die vor dem Lötvorgang im Wellenlötautomaten ausgehärtet werden muss. Wie bereits oben beschrieben, kann die Lötstopppaste für die Abdeckung 34 auch in diesem Fall im Siebdruckverfahren oder mit einem Dispenser automatisch appliziert werden. Sie kann aber auch ggf. manuell aufgetragen werden.
Bezugszeichenliste

10: Leiterplatte
11: Oberseite der Leiterplatte
12: SMD-Bauteil
14: Elektrolyt-Kondensatoren
16: Anschlussblock
18: Anschlussbohrungen für (16)
20: Steckanschluss
22: Anschlussbohrungen für (20)
24: Abdeckung mit Lötstopppaste auf (14)
26: Abdeckung mit Lötstopppaste auf (16)
28: Abdeckung mit Lötstopppaste auf (20)
30: Unterseite von (10)
32: Anschlussbohrungen für (14)
34: großflächige Abdeckung mit Lötstopppaste

Claims

Verfahren zum Schutz von Bauteilen (14, 16, 20) oder einer Baugruppe bestehend aus mehreren Bauteilen auf einer Leiterplatte (10), wobei vor einem Lötvorgang in einem Lötautomaten auf die zu schützenden Bauteile (14, 16, 20) oder auf die Baugruppe eine Abdeckung (24, 26, 28) aus Lötstopppaste aufgetragen wird, wobei die Lötstopppaste auf solche Bauteile (14, 16, 20) oder die Baugruppe aufgetragen wird, die gegenüber Löttemperaturspitzen beim Lötvorgang geschützt werden müssen und dass die Lötstopppaste auf solche Bauteile oder die Baugruppe, die beim Lötvorgang nicht gelötet werden sollen, aufgetragen wird und dort eine Abdeckung (34) bildet, wobei die Lötstopppaste nach dem Lötvorgang entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötstopppaste ein Lötabdecklack auf Latex-Basis ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötstopppaste ein druckfähiger Lötabdecklack ist und im Siebdruckverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötstopppaste mittels eines Dispensers aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötstopppaste manuell aufgebracht wird.