DE102020129830A1 - Method for soldering at least one first component onto a surface of a first printed circuit board - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auflöten mindestens eines ersten Bauelements (B1) auf eine Oberfläche einer ersten Leiterplatte (LP1), wobei das mindestens eine erste Bauelement (B1) eine Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen (C) auf einer Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements (B1) aufweist, wobei die Oberfläche der Leiterplatte (LP1) zumindest eine Vielzahl von ersten Kontaktflächen (K1) aufweist, die zum Auflöten der Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen (C) vorgesehen sind. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: das Aufbringen eines ersten Lots (L1) auf die ersten Kontaktflächen (K1) der Leiterplatte (LP1) (1); das Umschmelzen des ersten Lots (L1) auf den ersten Kontaktflächen (K1) bei einer Umschmelztemperatur, welche die Liquidustemperatur des ersten Lots (L1) überschreitet, wobei das umgeschmolzene erste Lot (L1) ein Lotdepot (Z) formt (2); und das Aufbringen eines zweiten Lots (L2) zumindest auf die Lotdepots (Z) (3).

Figure DE102020129830A1_0000
The invention relates to a method for soldering at least one first component (B1) onto a surface of a first printed circuit board (LP1), the at least one first component (B1) having a multiplicity of solder depot-free connections (C) on an end face of the at least one first Component (B1), wherein the surface of the printed circuit board (LP1) has at least a multiplicity of first contact areas (K1) which are provided for soldering on the multiplicity of solder depot-free connections (C). The method comprises the following steps: applying a first solder (L1) to the first contact surfaces (K1) of the printed circuit board (LP1) (1); remelting the first solder (L1) on the first contact surfaces (K1) at a remelting temperature which exceeds the liquidus temperature of the first solder (L1), the remelted first solder (L1) forming a solder depot (Z) (2); and applying a second solder (L2) at least to the solder deposits (Z) (3).
Figure DE102020129830A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auflöten mindestens eines ersten Bauelements auf eine Oberfläche einer ersten Leiterplatte, wobei das mindestens eine erste Bauelement eine Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen auf einer Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements aufweist, wobei die Oberfläche der Leiterplatte zumindest eine Vielzahl von ersten Kontaktflächen aufweist, die zum Auflöten der Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen vorgesehen sind.The invention relates to a method for soldering at least one first component onto a surface of a first printed circuit board, the at least one first component having a large number of solder depot-free connections on an end face of the at least one first component, the surface of the printed circuit board having at least a large number of first contact surfaces has, which are provided for soldering the plurality of solder deposit-free connections.

In der Prozess- und Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen eingesetzt. Als Feldgeräte werden dabei im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Dabei handelt es sich beispielsweise um Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- und Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessgrößen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder Leitfähigkeit erfassen. Feldgeräte weisen oftmals eine zumindest zeitweise und/oder zumindest abschnittsweise mit einem Prozessmedium in Kontakt stehende Sensoreinheit auf, welche der Erzeugung eines von der Prozessgröße abhängigen Signals dient. Ferner weisen Feldgeräte oftmals eine in einem Gehäuse angeordnete Elektronikeinheit auf, wobei die Elektronikeinheit der Verarbeitung und/oder Weiterleitung von von der Sensoreinheit erzeugten Signalen, insbesondere elektrischen und/oder elektronischen Signalen, dient. Oftmals weist die Elektronikeinheit hierzu eine Leiterplatte mit darauf angeordneten Bauelementen auf.In process and automation technology, field devices are often used to determine and/or monitor process variables. In principle, all devices that are used close to the process and supply or process process-relevant information are referred to as field devices. These are, for example, level meters, flow meters, pressure and temperature meters, pH and redox potential meters, conductivity meters, etc., which record the corresponding process variables level, flow, pressure, temperature, pH value, redox potential or conductivity. Field devices often have a sensor unit that is in contact with a process medium at least temporarily and/or at least in sections, which is used to generate a signal that is dependent on the process variable. Furthermore, field devices often have an electronics unit arranged in a housing, the electronics unit being used to process and/or forward signals generated by the sensor unit, in particular electrical and/or electronic signals. For this purpose, the electronics unit often has a printed circuit board with components arranged on it.

Für die Ausfallsicherheit der Elektronikeinheit bzw. des Feldgeräts ist eine hohe Qualität der Lötstellen zwischen den Anschlüssen des jeweiligen Bauelements und den Kontaktflächen der Leiterplatte von großer Bedeutung. Die Qualität der Lötstellen ist unter anderem abhängig davon, ob der Abstand zwischen Anschluss und Kontaktfläche, die sogenannte Lotspalthöhe, ausreichend groß ist. Bei einer zu kleinen Lotspalthöhe können z.B. zum einen unter zeitlichen Temperaturschwankungen spannungsinduzierte Risse in der Lötstelle auftreten. Insbesondere bei einem hohen Gewicht des Bauelements und der daraus resultierenden niedrigen Lotspalthöhe der Lötstelle besteht die Gefahr, dass unerwünschte Lufteinschlüsse, sogenannte Voids, innerhalb der Lötstellen gebildet werden. Diese Voids resultieren in der Regel aus dem Verdampfen des in dem Lot vorhandenen Flussmittels während des Lötvorgangs, welches mitunter bis zu 50% des Volumens des Lots ausmacht. Die Problematik der Lufteinschlüsse tritt besonders dann auf, wenn die Anschlüsse des Bauelements unter dem Bauelement liegen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass bei vergleichsweise schweren Bauelementen mit einer Vielzahl von Anschlüssen selbst bei Vakuumlötverfahren Voids innerhalb der Lötstelle nicht vollständig vermieden werden können.A high quality of the solder joints between the connections of the respective component and the contact areas of the printed circuit board is of great importance for the fail-safety of the electronic unit or the field device. The quality of the solder joints depends, among other things, on whether the distance between the connection and the contact surface, the so-called solder gap height, is large enough. If the solder gap height is too small, stress-induced cracks can occur in the solder joint due to temperature fluctuations over time. In particular, if the component is heavy and the resulting low solder gap height of the soldering point, there is a risk that unwanted air inclusions, so-called voids, will form within the soldering points. These voids usually result from the evaporation of the flux present in the solder during the soldering process, which sometimes accounts for up to 50% of the volume of the solder. The problem of air inclusions occurs in particular when the connections of the component are underneath the component. Investigations by the applicant have shown that in the case of comparatively heavy components with a large number of connections, voids within the soldering point cannot be completely avoided, even with vacuum soldering methods.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt geworden, die Anschlüsse des Bauelements mit Lot vorzubeloten und dadurch beim anschließenden Verlöten mit den Kontaktflächen der Leiterplatte eine stabilere Lötstelle zu erhalten. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass die Bauelemente aus ihrem Gurt entfernt und in ein Tray eingelegt werden müssen, um die Anschlüsse mit einem Lot zu bedrucken, was einen hohen Aufwand erfordert. Zudem führt das Umschmelzen des Lots auf den Anschlüssen zu einer ersten thermischen Belastung der Bauelemente. Thermische Belastungen stellen in der Regel Stress für das Bauelement dar und können die Leistung und Funktionstüchtigkeit des Bauelements erniedrigen, weshalb die Anzahl der Löt-Prozesse, denen ein Bauelement ausgesetzt ist, typischerweise begrenzt ist. Für Bauelemente, die prinzipiell nur einmal thermisch belastet werden dürfen, ist eine Vorbelotung der Anschlüsse nicht möglich.It has become known from the prior art to pre-solder the connections of the component with solder and thereby obtain a more stable soldering point during the subsequent soldering to the contact surfaces of the printed circuit board. The disadvantage of this method, however, is that the components have to be removed from their tape and placed in a tray in order to print solder onto the connections, which requires a great deal of effort. In addition, the remelting of the solder on the connections leads to an initial thermal load on the components. Thermal stresses typically stress the device and can degrade the device's performance and functionality, which is why the number of soldering processes that a device is subjected to is typically limited. Pre-soldering of the connections is not possible for components that, in principle, may only be subjected to thermal stress once.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches eine stabile und voidarme Lötstelle zwischen einem Bauelement und einer Leiterplatte ermöglicht.The object of the present invention is therefore to specify a method which enables a stable and low-void solder joint between a component and a printed circuit board.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Auflöten mindestens eines ersten Bauelements auf eine Oberfläche einer ersten Leiterplatte, wobei das mindestens eine erste Bauelement eine Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen auf einer Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements aufweist, wobei die Oberfläche der ersten Leiterplatte zumindest eine Vielzahl von ersten Kontaktflächen aufweist, die zum Auflöten der Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen vorgesehen sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

  • - Aufbringen eines ersten Lots auf die ersten Kontaktflächen der ersten Leiterplatte,
  • - Umschmelzen des ersten Lots auf den ersten Kontaktflächen bei einer Umschmelztemperatur, welche die Liquidustemperatur des ersten Lots überschreitet, wobei das umgeschmolzene erste Lot ein Lotdepot formt,
  • - Aufbringen eines zweiten Lots zumindest auf die Lotdepots,
  • - Positionieren des mindestens einen ersten Bauelements relativ zur ersten Leiterplatte derart, dass die Oberfläche der ersten Leiterplatte der Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements zugewandt ist, und
  • - Verlöten der lotdepotfreien Anschlüsse mit den ersten Kontaktflächen bei einer Löttemperatur, welche oberhalb der Liquidustemperaturen des ersten Lots und des zweiten Lots liegt.
The object is achieved according to the invention by a method for soldering at least one first component onto a surface of a first printed circuit board, the at least one first component having a multiplicity of solder depot-free connections on an end face of the at least one first component, the surface of the first printed circuit board having at least one Has a multiplicity of first contact surfaces which are provided for soldering on the multiplicity of solder depot-free connections, the method comprising the following steps:
  • - Applying a first solder to the first contact areas of the first printed circuit board,
  • - remelting the first solder on the first contact surfaces at a remelting temperature which exceeds the liquidus temperature of the first solder, the remelted first solder forming a solder depot,
  • - Application of a second solder at least to the solder depots,
  • - Positioning the at least one first component relative to the first printed circuit board in such a way that the surface of the first printed circuit board faces the end face of the at least one first component, and
  • - Soldering the solder deposit-free connections to the first contact surfaces at a soldering temperature which is above the liquidus temperatures of the first solder and the second solder.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt somit eine Vorbelotung der ersten Kontaktflächen der ersten Leiterplatte. Das dabei entstandene Lotdepot weist eine hochlötfähige Oberfläche auf und ist größtenteils frei von Flussmitteln, welche typischerweise im ursprünglichen ersten Lot enthalten sind. Durch das Aufdrucken eines zweiten Lots auf die Lotdepots wird weiterhin so viel Flussmittel in den Bereich der Lötstelle eingebracht, dass eine Oxidation der ersten Kontaktflächen, der Anschlüsse oder der Lotdepots verhindert wird. Da im Lotdepot das Flussmittel aber (größtenteils) bereits verbraucht ist, befindet sich insgesamt weniger Flussmittel im Bereich der Lötstelle als bei herkömmlichen Lötverfahren, die keine Vorbelotung vorsehen. Die reduzierte Menge an Flussmittel kann somit leichter und schneller während des Lötprozesses verdampfen, wodurch sich weniger Voids in den Lötstellen bilden und stabilere Lötstellen entstehen können. Das erste Lot und das zweite Lot können sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden oder identisch sein.By means of the method according to the invention, the first contact areas of the first printed circuit board are pre-soldered. The resulting solder depot has a highly solderable surface and is largely free of fluxes, which are typically contained in the original first solder. By printing a second solder onto the solder deposits, sufficient flux is introduced into the area of the soldering point that oxidation of the first contact surfaces, the connections or the solder deposits is prevented. However, since the flux in the solder depot has (largely) already been used up, there is less flux in the area of the solder joint than with conventional soldering processes that do not provide for pre-soldering. The reduced amount of flux can thus evaporate more easily and quickly during the soldering process, which means fewer voids form in the solder joints and more stable solder joints can develop. The composition of the first lot and the second lot may differ or be identical.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit besonders für solche Bauelemente einsetzbar, welche nur einem einzigen Lötprozess oder einer einmaligen thermischen Belastung ausgesetzt werden dürfen, und/oder für vergleichsweise schwere Bauelemente, deren Verlötung mit der ersten Leiterplatte ohne Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Lötstellen mit einer hohen Dichte an Voids führen würde.The method according to the invention can therefore be used particularly for such components which may only be exposed to a single soldering process or a single thermal load, and/or for comparatively heavy components whose soldering to the first printed circuit board without using the method according to the invention results in soldering points with a high density would lead to voids.

Von großem Vorteil ist besonders, dass das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise in bestehende Prozesslinien integriert werden kann, da hierbei beispielsweise herkömmliche Schablonendrucker und Reflow-Öfen eingesetzt werden können. Ein aufwändiges Bearbeiten und Einsetzen von einzelnen Bauelementen, wie im Fall der Vorbelotung der Anschlüsse der Bauelemente, entfällt.It is particularly advantageous that the method according to the invention can be easily integrated into existing process lines, since, for example, conventional stencil printers and reflow ovens can be used here. Complex processing and insertion of individual components, as in the case of pre-soldering the connections of the components, is no longer necessary.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das erste Lot auf die ersten Kontaktflächen mittels einer ersten Schablone aufgebracht. Das erste Lot wird in der Regel als Paste auf die ersten Kontaktflächen aufgetragen, wobei der Einfachheit halber eine erste Schablone zum Aufdrucken der Paste eingesetzt wird, welche Durchführungen für das Aufbringen des ersten Lots auf die ersten Kontaktflächen aufweist.In a development of the method according to the invention, the first solder is applied to the first contact surfaces using a first template. The first solder is generally applied as a paste to the first contact areas, with a first stencil being used for printing the paste for the sake of simplicity, which stencil has leadthroughs for applying the first solder to the first contact areas.

Eine weitere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das zweite Lot auf die Lotdepots mittels einer zweiten Schablone aufgebracht wird. Für ein schnelles und automatisiertes Bedrucken der Lotdepots mit dem zweiten Lot wird eine zweite Schablone eingesetzt. Die zweite Schablone weist Durchführungen für das Auftragen des zweiten Lots auf die Lotdepots auf.A further development of the method according to the invention provides that the second solder is applied to the solder depots using a second template. A second stencil is used for quick and automated printing of the solder deposits with the second solder. The second template has passages for applying the second solder to the solder deposits.

In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine zweite Schablone bereitgestellt, welche in einer den Lotdepots zugewandten Fläche der zweiten Schablone eine erste Ausnehmung für die Aufnahme eines Lotdepots aufweist, und welche in einer den Lotdepots abgewandten Fläche der zweiten Schablone eine zweite Ausnehmung für die Aufnahme des zweiten Lots aufweist. Die zweite Schablone berücksichtigt somit die ungefähren Maße der Lotdepots, so dass die benötigte Menge an zweitem Lot mittels der zweiten Ausnehmung passend auf die Lotdepots aufgetragen werden kann.In a further development of the method according to the invention, a second template is provided which has a first recess for receiving a solder deposit in a surface of the second template facing the solder deposits, and which has a second recess for receiving the solder deposit in a surface of the second template facing away from the solder deposits second lot has. The second template thus takes into account the approximate dimensions of the solder depots, so that the required amount of second solder can be applied to the solder depots in a suitable manner by means of the second recess.

Eine mögliche Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die erste Ausnehmung und/oder die zweite Ausnehmung mittels Fräsen oder Laserbearbeitung in die zweite Schablone eingebracht werden.A possible development of the method according to the invention provides that the first recess and/or the second recess are made in the second template by means of milling or laser processing.

Eine weitere mögliche Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass auf der ersten Leiterplatte mindestens eine zweite Kontaktfläche für das Auflöten mindestens eines zweiten Bauelements bereitgestellt wird. Das mindestens eine zweite Bauelement kann dabei von dem mindestens einen ersten Bauelement verschieden sein. Insbesondere kann das mindestens eine zweite Bauelemente andere Anforderungen an den Lötprozess stellen als das mindestens eine erste Bauelement, so dass beispielsweise das Vorbeloten der ersten Kontaktflächen der ersten Leiterplatte für das mindestens eine zweite Bauelement keine Rolle spielt. Zum Beispiel könnte es sich um ein kleineres und leichteres mindestens eines zweites Bauelement handeln.A further possible development of the method according to the invention includes that at least one second contact surface for soldering at least one second component is provided on the first printed circuit board. The at least one second component can be different from the at least one first component. In particular, the at least one second component can make different demands on the soldering process than the at least one first component, so that, for example, pre-soldering of the first contact surfaces of the first printed circuit board is irrelevant for the at least one second component. For example, it could be a smaller and lighter at least one second component.

In einer weiteren Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zweite Lot auf die mindestens eine zweite Kontaktfläche mittels einer in der zweiten Schablone vorgesehene Durchführung aufgebracht. Die zweite Schablone dient damit neben dem Aufbringen des zweiten Lots auf die Lotdepots auch zum Aufbringen des zweiten Lots auf die zweiten Kontaktflächen. So kann die gesamte erste Leiterplatte mithilfe der zweiten Schablone mit dem zweiten Lot in einem einzigen Schritt bedruckt werden, bevor das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Bauelement jeweils mit der ersten Leiterplatte verlötet werden.In a further development of the method according to the invention, the second solder is applied to the at least one second contact surface by means of a passage provided in the second stencil. In addition to applying the second solder to the solder depots, the second template is also used to apply the second solder to the second contact surfaces. The entire first printed circuit board can thus be printed with the second solder in a single step using the second stencil before the at least one first and the at least one second component are each soldered to the first printed circuit board.

Vorteilhafterweise erfolgt das Verlöten der lotdepotfreien Anschlüsse mit den ersten Kontaktflächen in einem Reflow-Ofen. Das Reflow-Verfahren bietet sich insbesondere für das Löten von SMD Bauteilen mittels Weichlot an.The solder deposit-free connections are advantageously soldered to the first contact surfaces in a reflow oven. The reflow process is particularly suitable for soldering SMD components using soft solder.

Bevorzugterweise wird auf einem elektrisch isolierenden Bereich der Oberfläche der ersten Leiterplatte mindestens ein Lötstopp bereitgestellt. Der Lötstopp, beispielsweise ein Lötstopplack, verhindert beispielsweise das Benetzen der ersten Leiterplatte mit erstem oder zweitem Lot an Stellen außerhalb der Kontaktflächen.At least one soldering stop is preferably provided on an electrically insulating area of the surface of the first printed circuit board. The soldering resist, for example a soldering resist, prevents, for example, the first printed circuit board from being wetted with the first or second solder at points outside the contact surfaces.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als mindestens eines erstes Bauelement eine zweite Leiterplatte mit einer auf der zweiten Leiterplatte angeordneten, integrierten Schaltung verwendet, wobei die Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements durch die Oberfläche der zweiten Leiterplatte gebildet ist und auf einem elektrisch isolierenden Bereich der Stirnfläche mindestens ein Lötstopp aufgebracht ist, und wobei die Vielzahl der Anschlüsse des mindestens einen ersten Bauelements als ein auf der Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements angeordneter Land Grid Array (LGA) ausgeführt wird. Für das mindestens eine erste Bauelemente vom Typ LGA ist das vorgestellte Verfahren besonders vorteilhaft anwendbar, da LGA Bauelemente zum einen nur ein einziges Mal einer thermischen Belastung in Form eines Lötvorgangs ausgesetzt werden dürfen und damit nicht vorbelotet werden können. Zum anderen sind LGA Bauelemente in der Regel vergleichsweise schwere Bauelemente, die eine niedrigere Lötspalthöhe verursachen und deren dazugehörige Lötstellen auch unter Vakuum nicht voidfrei herstellbar sind.In a further development of the method according to the invention, a second printed circuit board with an integrated circuit arranged on the second printed circuit board is used as at least one first component, the end face of the at least one first component being formed by the surface of the second printed circuit board and on an electrically insulating area of the At least one solder stop is applied to the end face, and wherein the plurality of connections of the at least one first component is designed as a land grid array (LGA) arranged on the end face of the at least one first component. The method presented can be used particularly advantageously for the at least one first component of the LGA type, since LGA components may only be subjected to thermal stress in the form of a soldering process once and therefore cannot be pre-soldered. On the other hand, LGA components are usually comparatively heavy components, which cause a lower soldering gap height and whose associated soldering points cannot be produced void-free even under vacuum.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 6 näher erläutert werden. Sie zeigen:

  • 1: ein Flussschema des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2: eine schematische Darstellung einer ersten Leiterplatte vor dem Auftragen des ersten Lots.
  • 3: eine schematische Darstellung einer ersten Leiterplatte nach dem Auftragen des ersten Lots.
  • 4: eine schematische Darstellung einer ersten Leiterplatte nach dem Umschmelzen des ersten Lots.
  • 5: eine schematische Darstellung einer ersten Leiterplatte in Verbindung mit der zweiten Schablone.
  • 6: eine schematische Darstellung einer ersten Leiterplatte kurz vor dem Verlöten mit einem ersten und einem zweiten Bauelement.
The method according to the invention is described below with reference to the figures 1 until 6 be explained in more detail. They show:
  • 1 : a flow chart of the method according to the invention.
  • 2 : a schematic representation of a first printed circuit board before the application of the first solder.
  • 3 : a schematic representation of a first printed circuit board after the application of the first solder.
  • 4 : a schematic representation of a first printed circuit board after the remelting of the first solder.
  • 5 : a schematic representation of a first printed circuit board in connection with the second stencil.
  • 6 : a schematic representation of a first printed circuit board shortly before soldering to a first and a second component.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Auflöten mindestens eines ersten Bauelements B1 auf eine Oberfläche einer ersten Leiterplatte LP1, wobei das mindestens eine erste Bauelement B1 eine Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen C auf einer Stirnfläche des ersten Bauelements B1 aufweist, wobei die Oberfläche der Leiterplatte LP1 zumindest eine Vielzahl von ersten Kontaktflächen K1 aufweist, die zum Auflöten der Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen C vorgesehen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle ersten Leiterplatten LP1 und mindestens ersten Bauelemente B1 einsetzbar, insbesondere jedoch für solche Kombinationen aus erster Leiterplatte LP1 und mindestens einem ersten Bauelement B1, die beim Verlöten in der Regel Lötstellen bilden, welche von Voids durchsetzt sind.The method according to the invention is used for soldering at least one first component B1 onto a surface of a first printed circuit board LP1, the at least one first component B1 having a multiplicity of solder depot-free connections C on an end face of the first component B1, the surface of the printed circuit board LP1 having at least a multiplicity of first contact areas K1, which are provided for soldering on the plurality of solder depot-free connections C. The method according to the invention can be used for all first printed circuit boards LP1 and at least first components B1, but in particular for those combinations of first printed circuit board LP1 and at least one first component B1 which, during soldering, generally form solder joints which are interspersed with voids.

In der Figur 1 ist ein Flussschema des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt 1 wird das erste Lot L1, typischerweise in Form einer Lotpaste, auf die ersten Kontaktflächen K1 der ersten Leiterplatte LP1 aufgebracht. Dieses Aufbringen des ersten Lots L1 kann beispielsweise mittels einer ersten Schablone S1 erfolgen. In einem zweiten Schritt 2 wird das erste Lot L1 auf den ersten Kontaktflächen K1 umgeschmolzen, so dass ein Lotdepot Z auf den ersten Kontaktflächen K1 erhalten wird. Das Umschmelzen des ersten Lots L1 erfolgt bei einer Umschmelztemperatur, welche die Liquidustemperatur des ersten Lots L1 überschreitet.In the figure 1 a flow chart of the method according to the invention is shown. In a first step 1, the first solder L1, typically in the form of a solder paste, is applied to the first contact areas K1 of the first printed circuit board LP1. This application of the first solder L1 can take place, for example, by means of a first template S1. In a second step 2, the first solder L1 is remelted on the first contact areas K1, so that a solder depot Z is obtained on the first contact areas K1. The first solder L1 is remelted at a remelting temperature which exceeds the liquidus temperature of the first solder L1.

In einem dritten Schritt 3 wird ein zweites Lot L2 auf die Lotdepots Z aufgetragen, was beispielsweise mit einer zweiten Schablone S2 erfolgen kann. Beispielsweise ist die zweite Schablone S2 so ausgestaltet, dass in einer den Lotdepots Z zugewandten Fläche der zweiten Schablone S2 eine erste Ausnehmung A1 für die Aufnahme des Lotdepots Z vorgesehen ist und in der den Lotdepots Z abgewandten Fläche der zweiten Schablone S2 eine zweite Ausnehmung A2 für die Aufnahme des zweiten Lots L2 vorgesehen ist. Optional sind die erste Ausnehmung A1 und/oder die zweite Ausnehmung A2 der zweiten Schablone S2 mittels Fräsen oder Laserbearbeitung in die zweite Schablone S2 eingebracht. Für den Fall, dass beispielsweise die erste Leiterplatte LP1 mindestens eine zweite Kontaktfläche K2 für das Auflöten zumindest eines zweiten Bauelements B2 aufweist, wird im dritten Schritt 3 das zweite Lot L2 zusätzlich auf die mindestens eine zweite Kontaktflächen K2 aufgetragen. Das Aufbringen des zweiten Lots L2 auf die mindestens zweite Kontaktfläche K2 erfolgt beispielsweise mittels einer in der zweiten Schablone S2 vorgesehenen Durchführung D.In a third step 3, a second solder L2 is applied to the solder depot Z, which can be done using a second template S2, for example. For example, the second template S2 is designed such that a first recess A1 for receiving the solder deposit Z is provided in a surface of the second template S2 facing the solder deposit Z and a second recess A2 for receiving the solder deposit Z is provided in the surface of the second template S2 facing away from the solder deposit Z the recording of the second solder L2 is provided. Optionally, the first recess A1 and/or the second recess A2 of the second template S2 are introduced into the second template S2 by means of milling or laser processing. In the event that, for example, the first printed circuit board LP1 has at least one second contact surface K2 for soldering at least one second component B2, the second solder L2 is additionally applied to the at least one second contact surface K2 in third step 3. The second solder L2 is applied to the at least second contact surface K2, for example, by means of a feedthrough D provided in the second template S2.

Im anschließenden vierten Schritt 4 wird das mindestens eine erste Bauelement B1 relativ zur ersten Leiterplatte LP1 derart ausgerichtet, dass die Oberfläche der ersten Leiterplatte LP1 der Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements B1 zugewandt ist, bevor im fünften Schritt 5 die lotdepotfreien Anschlüsse C mit den ersten Kontaktflächen K1 verlötet werden. Das Verlöten erfolgt dabei bei einer Löttemperatur, welche oberhalb der Liquidustemperaturen des ersten Lots L1 und des zweiten Lots L2 liegt, und kann beispielsweise in einem Reflow-Ofen erfolgen.In the subsequent fourth step 4, the at least one first component B1 is relative to the first th printed circuit board LP1 aligned such that the surface of the first printed circuit board LP1 faces the end face of the at least one first component B1 before the solder depot-free connections C are soldered to the first contact areas K1 in the fifth step 5. In this case, the soldering takes place at a soldering temperature which is above the liquidus temperatures of the first solder L1 and of the second solder L2, and can take place in a reflow oven, for example.

Als mindestens eines erstes Bauelement B1 wird beispielsweise eine zweite Leiterplatte LP2 mit einer auf der zweiten Leiterplatte LP2 angeordneten, integrierten Schaltung verwendet. Die Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements B1 ist durch die Oberfläche der zweiten Leiterplatte LP2 gebildet, wobei auf einem elektrisch isolierenden Bereich der Stirnfläche mindestens ein Lötstopp P aufgebracht ist. Die Vielzahl von Anschlüssen C des mindestens einen ersten Bauelements B1 wird als ein auf der Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements B1 angeordneter Land Grid Array (LGA) ausgeführt.A second printed circuit board LP2 with an integrated circuit arranged on the second printed circuit board LP2, for example, is used as at least one first component B1. The end face of the at least one first component B1 is formed by the surface of the second printed circuit board LP2, with at least one solder stop P being applied to an electrically insulating area of the end face. The multiplicity of connections C of the at least one first component B1 is designed as a land grid array (LGA) arranged on the end face of the at least one first component B1.

In Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer ersten Leiterplatte LP1 vor dem Auftragen des ersten Lots L1 dargestellt. Optional ist eine erste Schablone S1 an der ersten Leiterplatte LP1 angeordnet, um anschließend das erste Lot L1 mittels der ersten Schablone S1 auf die ersten Kontaktflächen K1 aufzurakeln. In 3 ist das erste Lot L1 auf den ersten Kontaktflächen K1 aufgetragen.In figure 2 a schematic representation of a first circuit board LP1 is shown before the application of the first solder L1. A first stencil S1 is optionally arranged on the first printed circuit board LP1 in order to subsequently squeegee the first solder L1 onto the first contact surfaces K1 using the first stencil S1. In 3 the first solder L1 is applied to the first contact areas K1.

In 4 ist eine schematische Darstellung einer ersten Leiterplatte LP1 mit den Lotdepots Z nach dem Umschmelzen des ersten Lots L1 auf den ersten Kontaktflächen K1 gezeigt. In 2 ist damit das Ergebnis nach dem zweiten Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Zwischen den ersten Kontaktflächen K1 ist beispielshaft ein Lötstopp P aufgebracht.In 4 a schematic representation of a first printed circuit board LP1 with the solder depots Z after the remelting of the first solder L1 on the first contact areas K1 is shown. In 2 the result after the second step 2 of the method according to the invention is thus shown. A soldering stop P is applied between the first contact areas K1, for example.

In Figur 5 weist die erste Leiterplatte LP1 neben den ersten Kontaktflächen K1 optionale zweite Kontaktflächen K2 auf, welche zum Auflöten mindestens eines zweiten Bauelements B2 vorgesehen sind. In 5 ist der zweite Schritt 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeschlossen und es folgt nun das Auftragen des zweiten Lots L2 auf die Lotdepots Z, sowie in dem optionalen Fall von 3 auf die zweiten Kontaktflächen K2. Beispielhaft wird eine zweite Schablone S2 gezeigt, mittels welcher das zweite Lot L2 aufgetragen wird. Im Bereich der Lotdepots Z weist die zweite Schablone S2 eine erste Ausnehmung K1 auf, sowie auf der den Lotdepots Z abgewandten Fläche der zweiten Schablone S2 eine zweite Ausnehmung A2 auf, in welche das zweite Lot L2 aufgenommen wird. Für das Auftragen des zweiten Lots L2 auf die zweiten Kontaktflächen K2 sind Durchführungen D in der zweiten Schablone S2 vorgesehen. Mithilfe der ersten und zweiten Ausnehmung A1, A2, sowie der Durchführungen D der zweiten Schablone S2 wird das zweite Lot L2 im dritten Schritt 3 des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Lotdepots Z und die zweiten Kontaktflächen K2 aufgetragen.In figure 5 the first circuit board LP1 has, in addition to the first contact areas K1, optional second contact areas K2, which are provided for soldering at least one second component B2. In 5 the second step 2 of the method according to the invention is completed and the second solder L2 is now applied to the solder depot Z, as well as in the optional case of 3 on the second contact surfaces K2. A second template S2 is shown as an example, by means of which the second solder L2 is applied. In the area of the solder depot Z, the second stencil S2 has a first recess K1, and on the surface of the second stencil S2 facing away from the solder depot Z, a second recess A2, in which the second solder L2 is received. Feedthroughs D are provided in the second template S2 for applying the second solder L2 to the second contact areas K2. The second solder L2 is applied to the solder deposits Z and the second contact areas K2 in the third step 3 of the method according to the invention with the aid of the first and second recesses A1, A2 and the passages D of the second template S2.

In Figur 6 ist schließlich das zweite Lot L2 au die ersten und zweiten Kontaktflächen K1, K2 aufgetragen. Nun können die ersten und zweiten Kontaktflächen K1, K2 mit den Anschlüssen auf der zweiten Leiterplatte LP2 des ersten Bauelements B1 und mit den Anschlüssen C der optionalen zwei zweiten Bauelementen B2 verlötet werden.In figure 6 Finally, the second solder L2 is applied to the first and second contact surfaces K1, K2. The first and second contact surfaces K1, K2 can now be soldered to the connections on the second printed circuit board LP2 of the first component B1 and to the connections C of the optional two second components B2.

BezugszeichenlisteReference List

LP1LP1
erste Leiterplattefirst circuit board
LP2LP2
zweite Leiterplattesecond circuit board
K1K1
erste Kontaktflächefirst contact surface
K2K2
zweite Kontaktflächesecond contact surface
PP
Lötstoppsolder stop
ZZ
Lotdepotsolder depot
B1B1
erstes Bauelementfirst component
B2B2
zweites Bauelement second component
S1S1
erste Schablonefirst template
S2S2
zweite Schablonesecond template
A1A1
erste Ausnehmungfirst recess
A2A2
zweite Ausnehmungsecond recess
DD
Durchführungexecution

Claims (10)

Verfahren zum Auflöten mindestens eines ersten Bauelements (B1) auf eine Oberfläche einer ersten Leiterplatte (LP1), wobei das mindestens eine erste Bauelement (B1) eine Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen (C) auf einer Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements (B1) aufweist, wobei die Oberfläche der ersten Leiterplatte (LP1) zumindest eine Vielzahl von ersten Kontaktflächen (K1) aufweist, die zum Auflöten der Vielzahl von lotdepotfreien Anschlüssen (C) vorgesehen sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Aufbringen eines ersten Lots (L1) auf die ersten Kontaktflächen (K1) der ersten Leiterplatte (LP1) (1), - Umschmelzen des ersten Lots (L1) auf den ersten Kontaktflächen (K1) bei einer Umschmelztemperatur, welche die Liquidustemperatur des ersten Lots (L1) überschreitet, wobei das umgeschmolzene erste Lot (L1) ein Lotdepot (Z) formt (2), - Aufbringen eines zweiten Lots (L2) zumindest auf die Lotdepots (Z) (3), - Positionieren des mindestens einen ersten Bauelements (B1) relativ zur ersten Leiterplatte (LP) derart, dass die Oberfläche der ersten Leiterplatte (LP) der Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements (B1) zugewandt ist (4), und - Verlöten der lotdepotfreien Anschlüsse (C) mit den ersten Kontaktflächen (K1) bei einer Löttemperatur, welche oberhalb der Liquidustemperaturen des ersten Lots (L1) und des zweiten Lots (L2) liegt (5).Method for soldering at least one first component (B1) onto a surface of a first printed circuit board (LP1), wherein the at least one first component (B1) has a multiplicity of solder depot-free connections (C) on an end face of the at least one first component (B1), wherein the surface of the first printed circuit board (LP1) has at least a multiplicity of first contact areas (K1) which are provided for soldering on the multiplicity of solder depot-free connections (C), the method comprising the following steps: - applying a first solder (L1). the first contact areas (K1) of the first circuit board (LP1) (1), - remelting of the first solder (L1) on the first contact areas (K1) at a remelting temperature which exceeds the liquidus temperature of the first solder (L1), the remelted first Solder (L1) forms a solder depot (Z) (2), - Applying a second solder (L2) at least to the solder deposits (Z) (3), - Positioning the at least one first component (B1) relative to the first printed circuit board (LP) in such a way that the surface of the first printed circuit board (LP) corresponds to the end face of the at least one first component (B1) faces (4), and - soldering the solder depot-free connections (C) to the first contact surfaces (K1) at a soldering temperature which is above the liquidus temperatures of the first solder (L1) and the second solder (L2) lies (5). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Lot (L1) auf die ersten Kontaktflächen (K1) mittels einer ersten Schablone (S1) aufgebracht wird.procedure after claim 1 , The first solder (L1) being applied to the first contact surfaces (K1) by means of a first template (S1). Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Lot (L2) auf die Lotdepots (Z) mittels einer zweiten Schablone (S2) aufgebracht wird.Method according to at least one of the preceding claims, in which the second solder (L2) is applied to the solder deposits (Z) by means of a second template (S2). Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine zweite Schablone (S2) bereitgestellt wird, welche in einer den Lotdepots (Z) zugewandten Fläche der zweiten Schablone (S2) eine erste Ausnehmung (A1) für die Aufnahme eines Lotdepots (B) aufweist, und welche in einer den Lotdepots (Z) abgewandten Fläche der zweiten Schablone (S2) eine zweite Ausnehmung (A2) für die Aufnahme des zweiten Lots (L2) aufweist.Method according to at least one of the preceding claims, wherein a second template (S2) is provided, which has a first recess (A1) for receiving a solder deposit (B) in a surface of the second template (S2) facing the solder deposits (Z), and which has a second recess (A2) for receiving the second solder (L2) in a surface of the second template (S2) facing away from the solder deposits (Z). Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Ausnehmung (A1) und/oder die zweite Ausnehmung (A2) mittels Fräsen oder Laserbearbeitung in die zweite Schablone (S2) eingebracht werden.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the first recess (A1) and/or the second recess (A2) are made in the second template (S2) by means of milling or laser processing. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der ersten Leiterplatte (LP) mindestens eine zweite Kontaktfläche (K2) für das Auflöten mindestens eines zweiten Bauelements (B2) bereitgestellt wird.Method according to at least one of the preceding claims, wherein at least one second contact area (K2) for soldering on at least one second component (B2) is provided on the first printed circuit board (LP). Verfahren nach Anspruch 6, wobei das zweite Lot (L2) auf die mindestens eine zweite Kontaktfläche (K2) mittels einer in der zweiten Schablone (S2) vorgesehene Durchführung (D) aufgebracht wird.procedure after claim 6 , wherein the second solder (L2) is applied to the at least one second contact surface (K2) by means of a passage (D) provided in the second template (S2). Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verlöten der lotdepotfreien Anschlüsse (C) mit den ersten Kontaktflächen (K1) in einem Reflow-Ofen erfolgt.Method according to at least one of the preceding claims, in which the soldering of the solder depot-free connections (C) to the first contact surfaces (K1) takes place in a reflow oven. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf einem elektrisch isolierenden Bereich der Oberfläche der ersten Leiterplatte (LP1) mindestens ein Lötstopp (P) bereitgestellt wird.Method according to at least one of the preceding claims, wherein at least one soldering stop (P) is provided on an electrically insulating area of the surface of the first printed circuit board (LP1). Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei als mindestens eines erstes Bauelement (B1) eine zweite Leiterplatte (LP2) mit einer auf der zweiten Leiterplatte (LP2) angeordneten, integrierten Schaltung verwendet wird, wobei die Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements (B1) durch die Oberfläche der zweiten Leiterplatte (LP2) gebildet ist und auf einem elektrisch isolierenden Bereich der Stirnfläche mindestens ein Lötstopp (P) aufgebracht ist, und wobei die Vielzahl der Anschlüsse (C) des mindestens einen ersten Bauelements (B1) als ein auf der Stirnfläche des mindestens einen ersten Bauelements (B1) angeordneter Land Grid Array (LGA) ausgeführt wird.Method according to at least one of the preceding claims, wherein a second printed circuit board (LP2) with an integrated circuit arranged on the second printed circuit board (LP2) is used as at least one first component (B1), the end face of the at least one first component (B1) is formed by the surface of the second printed circuit board (LP2) and at least one solder stop (P) is applied to an electrically insulating area of the end face, and wherein the plurality of connections (C) of the at least one first component (B1) as one on the end face of the at least one first component (B1) arranged Land Grid Array (LGA) is executed.
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