DE10349956A1

DE10349956A1 - Leiterplatte mit mindestens einem Bauteil

Info

Publication number: DE10349956A1
Application number: DE2003149956
Authority: DE
Inventors: Dietmar Birgel; Karl-Peter Hauptvogel
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte (1), die mindestens eine Bohrung (10) aufweist, die mindestens eine bohrungsfreie Stelle (11) aufweist, und die mit mindestens einem Bauteil (15) bestückt ist, wobei das Bauteil (15) mindestens einen ersten (15.1) und einen zweiten Kontakt (15.2) aufweist, wobei der erste Kontakt (15.1) in die Bohrung (10) eingebracht ist, wobei der zweite Kontakt (15.2) auf die bohrungsfreie Stelle (11) der Leiterplatte (1) aufgebracht ist und wobei beide Kontakte (15.1, 15.2) mechanisch mit der Leiterplatte (1) verbunden sind. Weiterhin beschreibt die Erfindung ein entsprechendes Bauteil und ein Bestückungsverfahren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte mit mindestens einem Bauteil, auf ein entsprechendes Bauteil und auf ein Verfahren, ein solches Bauteil auf einer Leiterplatte zu befestigen.
Leiterplatten mit Bauteilen – Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, Spulen etc. – sind heutzutage sehr weit verbreitet und quasi in jedem elektrischen Gerät zu finden. Bei den Bauteilen bestehen in Bezug auf die Bestückung der Leiterplatten prinzipiell zwei Möglichkeiten: In der einen Gruppe weisen die Bauteile drahtförmige Kontakte auf, die in entsprechende Löcher oder Bohrungen in der Leiterplatte hineingesteckt und dann über geeignete Mittel und Verfahren – z.B. Lötung – mit der Leiterplatte mechanisch und meist auch elektrisch verbunden werden. Dafür besteht auch die Bezeichnung THT-Bauteil: through hole technique. Die zweite Gruppe ist die Gruppe der SMD-Bauteile: surface mounted device. Diese Bauteile weisen keine drahtförmigen Kontakte auf. Die Kontakte der Bauteile sind so ausgestaltet, dass das Bauteil als Ganzes auf die Leiterplatte aufgesetzt und dort mit Kontaktstellen der Leiterbahnen der Leiterplatte verbunden werden kann.
Beide Gruppe weisen sowohl Vor- als auch Nachteile auf. THT-Bauteile zeichnen sich generell durch eine höhere Stabilität auf, während SMD-Bauteile leichter zu befestigen sind, wobei auch die Erfordernis des Bohrens von Löchern wegfällt. Im Bereich der Bestückung und der Planung der Bestückung ist immer darauf einzugehen, um was für ein Bauteil es sich prinzipiell handelt: Schalter, Buchse, Abstandshalter, oder „normales" Bauteil wie Widerstand, Kondensator etc. und wie die Bedürfnisse des Bauteils auf der Leiterplatte realisiert werden können oder müssen: eine Buchse zum Einstecken eines Kabels sollte beispielsweise am Rand der Leiterplatte platziert werden oder größere Bauteile müssen anders platziert werden, wenn sie z.B. beim Einbau der bestückten Leiterplatte in das Gerät stören würden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Leiterplatte mit mindestens einem Bauteil anzugeben, wobei auf spezielle Erfordernisse der Ausgestaltung der Leiterplatte oder der Anwendung der Leiterplatte wie z.B. räumliche Gestaltungen, Ausgestaltung des Bauteils etc. variabel in Hinsicht auf mechanische Befestigung und elektronische Verbindung des Bauteils eingegangen werden kann. Dazu sind eine Leiterplatte, ein Bauteil und ein Bestückungsverfahren erforderlich.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Leiterplatte, die mindestens eine Bohrung aufweist, die mindestens eine bohrungsfreie Stelle aufweist, und die mit mindestens einem Bauteil bestückt ist, wobei das Bauteil mindestens einen ersten und einen zweiten Kontakt aufweist, wobei der erste Kontakt in die Bohrung eingebracht ist, wobei der zweite Kontakt auf die bohrungsfreie Stelle der Leiterplatte aufgebracht ist, und wobei beide Kontakte mechanisch mit der Leiterplatte verbunden sind. Die Erfindung beschreibt also eine Leiterplatte mit einem Bauteil, wobei für das Bauteil eine Bohrung und eine geschlossene Stelle auf der Leiterplatte erforderlich sind. Das Bauteil wird also zum Teil als THT- und zum Teil als SMD-Bauteil aufgebracht. Es lassen sich somit der Vorteile beider Techniken gezielt einsetzen und es kann somit Rücksicht auf die Erfordernisse oder Begrenzungen der Leiterplatte oder die weitere Verwendung der Leiterplatte genommen werden. Somit kann auch eine Mischbestückung der Leiterplatte in Kombination mit üblichen THT- oder SMD-Bauteilen vorgenommen werden.
Eine Ausgestaltung der Leiterplatte sieht vor, dass mindestens ein Kontakt elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist. Das Bauteil kann also rein mechanisch oder mindestens mit einem Kontakt auch elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden. Dies richtet sich auch nach der Art und Aufgabe des Bauteils.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Kontakt mittels eines Lots mit der Leiterplatte verbunden ist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens ein Kontakt mittels eines Klebers mit der Leiterplatte verbunden ist. Welcher Kontakt wie befestigt wird, liegt jedoch im Bereich der Erfordernisse des Bauteils, der Leiterplatte und der Möglichkeiten zur Befestigung.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Bauteil, das mindestens einen ersten und einen zweiten Kontakt aufweist, wobei der erste Kontakt in eine Bohrung in einer Leiterplatte einbringbar ist, und wobei der zweite Kontakt auf eine bohrungsfreie Stelle der Leiterplatte aufbringbar ist, und wobei beide Kontakte mechanisch mit der Leiterplatte verbindbar sind. Es handelt sich also quasi in Bezug auf die Art der Bestückung um ein Hybridbauteil, das die Eigenschaften eines SMD- und eines THT-Bauteils in sich vereinigt. Bei dem eigentlichen Bauteil kann es sich dabei um eine Buchse, um eine Steckerleiste oder um ein gewöhnliches elektronisches Bauteil handeln. Die Erfindung bezieht sich nicht auf eine spezielle Ausgestaltung des Bauteils, sondern auf die Möglichkeiten der Bestückung einer Leiterplatte mit dem Bauteil. Ein solches Bauteil eröffnet mehr Möglichkeiten der Platzierung und Befestigung auf einer Leiterplatte und kann sehr einfach auch mit Standard-Bauteilen kombiniert werden. Der Vorteil besteht darin, dass die Vorteile der SMD- und THT-Bauteile in Hinsicht auf Bestückungsmöglichkeiten und Befestigungseigenschaften kombiniert werden.
Eine Ausgestaltung des Bauteils sieht vor, dass mindestens ein Kontakt elektrisch mit der Leiterplatte verbindbar ist. Dies ist bei den meisten Bauteilen der Regelfall, so dass also das Bauteil mit den mindestens zwei Kontakten jeweils mechanisch und mindestens einmal auch elektrisch mit der Leiterplatte verbunden wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Bauteils beinhaltet, dass die Länge des ersten Kontakts bei einer durchgehenden Bohrung in der Leiterplatte derartig bemessen ist, dass der Kontakt in der Bohrung höchstens bis zu der vom Bauteil abgewandten Seite der Leiterplatte reicht. Somit ist die Leiterplatte von beiden Seiten bestückbar. Weiterhin durchstößt der Kontakt nicht die Lötpaste, somit wird diese nicht verdrängt und es besteht auch nicht die Gefahr, dass zuviel Lot beim Löten wegfließt und dass zuwenig Lot der Lotverbindung dient. Ebenfalls ist ein Aufbringen von Lot oder Flussmittel auf der dem Bauteil gegenüberliegenden Seite z.B. durch das Siebdruckverfahren möglich.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte, die mindestens eine bohrungsfreie Stelle aufweist, mit mindestens einem Bauteil, das mindestens einen ersten und einen zweiten Kontakt aufweist, wobei in die Leiterplatte mindestens eine Bohrung eingebracht wird, wobei mindestens ein Lot und/oder ein Kleber auf die Leiterplatte aufgebracht wird, wobei der erste Kontakt in die Bohrung eingebracht wird, wobei der zweite Kontakt auf eine bohrungsfreie Stelle der Leiterplatte aufgebracht wird, und wobei die Kontakte mit der Leiterplatte mechanisch verbunden werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird also auf einer Leiterplatte mindestens eine Bohrung angebracht. Dann werden die entsprechenden Stellen, auf denen die Kontakte des Bauteils platziert werden, Lot und/oder Kleber aufgebracht. Der erste Kontakt wird dann in die Bohrung eingebracht und der zweite Kontakt wird auf eine bohrungsfreie Stelle aufgebracht. Es ist also zumindest eine bohrungsfreie Stelle vorzusehen, wie sie auf einer Leiterplatte üblich sein dürfte. Je nach Ausgestaltung von Bohrung und zweitem Kontakt kann der Kontakt jedoch auch über die Bohrung aufgesetzt werden, insoweit der Kontakt ausreichend Platz um die Bohrung herum findet. Anschließend wird eine mechanische Verbindung erzeugt, indem z.B. in einem Ofen über das Lot eine Lotverbindung hergestellt und der Kleber ausgehärtet wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahren ist vorgesehen, dass mindestens ein Kontakt elektrisch mit der Leiterplatte verbunden wird. Die Bohrung muss also ggf. mit einer Metallisierung ausgestattet sein, die einen Anschluss zu einer Leiterbahn der Leiterplatte aufweist bzw. die bohrungsfreie Stelle muss eine entsprechende Kontaktstelle aufweisen. Dementsprechend ist auch ggf. ein elektrisch leitfähiger Kleber vorzusehen.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass die Kontakte mit der Leiterplatte in einem Reflowofen verbunden werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung einer Leiterplatte, die mit einem elektrischen Bauteil bestückt ist;
2: eine schematische Darstellung einer Leiterplatte mit einem Bauteil, bei dem es sich um eine Stiftleiste handelt; und
3: eine schematische Darstellung einer Leiterplatte, die mit einer Buchsenleiste als Bauteil bestückt ist.
1 zeigt die Leiterplatte 1, die mit dem elektrischen Bauteil 15 bestückt ist. Die Leiterplatte 1 ist z.B. eine handelsübliche starre Leiterplatte, z.B. aus einem Isolierstoff auf Epoxidharzbasis, oder eine flexible Leiterplatte, z.B. aus Polyimid. Die Leiterplatte 1 weist Leiterbahnen 5 auf. Diese bestehen üblicherweise aus Kupfer. In der Leiterplatte 1 ist eine durchgehende Bohrung 10 angebracht, die Innen mit einer Anschlussmetallisierung 6 versehen ist. Eine solche Anschlussmetallisierung 6 besteht z.B. aus einer Nickel- und einer Goldschicht. Das Nickel wird galvanisch, das Gold chemisch aufgebracht. Eine weitere Leiterbahn ist als Kontaktfläche 5.1 ausgebildet, die üblicherweise als Kupferpad bezeichnet wird. Das – hier elektrische – Bauteil 15 weist zwei Kontakte 15.1 und 15.2 auf. Der erste Kontakt 15.1 ist drahtförmig ausgestaltet und ist – wie bei einem üblichen THT- (through hole technique) Bauteil – in die Bohrung 10 eingebracht. Der erste Kontakt 15.1 wird mit dem Lot 16.1 mechanisch an der Leiterplatte 1 befestigt und elektrisch mit der Leiterbahn 5 verbunden. Es ist auch zu sehen, dass er erste Kontakt 15.1 in der Bohrung nur bis zu der dem Bauteil 15 gegenüberliegenden Seite und nicht darüber hinaus reicht. Somit stört auf der anderen seite der Kontakt nicht die Bestückung oder z.B. das Aufbringen von Lot oder Flussmittel mit einem Siebdruckverfahren. Der zweite Kontakt 15.2 wird – wie bei einem handelsüblichen SMD- (surface mounted device) Bauteil – mit dem Kleber 16.2 auf der bohrungsfreien Stelle 11 der Leiterplatte 1 befestigt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen elektrisch leitfähigen Kleber, wie er auch sonst bei SMD-Bauteilen verwendet wird. Der zweite Kontakt 15.2 benötigt also keine Bohrung. Das elektrische Bauteil 15 ist also über beide Kontakte 15.1 und 15.2 mit der Leiterbahn 5 und der Kontaktfläche 5.1. der Leiterplatte 1 elektrisch und mechanisch verbunden.
Beispiele der Vorteile der Erfindung zeigen sich anhand dieser Ausgestaltung: Der zweite Kontakt 15.2 kann beispielsweise am Randbereich der Leiterplatte 1 eingesetzt werden, in einem Bereich also, in dem Bohrungen ggf. schwierig und sehr umständlich sind. Der zweite Kontakt 15.2 kann sich auch in einem Bereich befinden, in dem durch weitere Ausgestaltungen und Bestückungen der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 1 bedingt keine Bohrung ausführbar ist. Somit ist durch die erfindungsgemäße Kombination eines ersten Kontaktes 15.1, die einem THT-Bauteil und einem zweiten Kontakt 15.2, die einem SMD-Bauteil nahe kommt, eine deutlich größere Flexibilität in Bezug auf die Bestückung und Ausgestaltung der Leiterplatte 1 gegeben. Durch die Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass nicht beide Befestigungen der Kontakte 15.1, 15.2 elektrischer und mechanischer Natur sind. Bei der Bohrung 10 kann der Fall gegeben sein, dass sich nicht eine Leiterbahn 5 in der Nähe befindet oder dass es zu umständlich wäre, einen elektrisch leitfähige Verbindung dorthin zu schaffen. Somit würde in diesem Fall über den ersten Kontakt 15.1 nur die mechanische Befestigung erzeugt und die elektrisch leitfähige Verbindung würde über den zweiten Kontakt 15.2 erzeugt werden.
2 zeigt eine Leiterplatte 1, auf der eine Stiftleiste als Bauteil 15 angebracht ist. Der erste Kontakt 15.1 ist über ein Lot 16.1 in der Bohrung 10 befestigt. Zwei zweite Kontakte 15.2 sind über den Kleber 16.2 mit den Leiterbahnen 5 verbunden. Diese Verbindung kann dabei mechanisch, aber auch elektrisch sein. Aufgrund der Größe der Stiftleiste 15 übernimmt der erste Kontakt 15.1 auch die Rolle einer Zentriereinheit. Daher ist eine Möglichkeit, dass der erste Kontakt 15.1 nur mechanisch mit der Leiterplatte 1 verbunden ist. Das Bauteil 15 wird also zunächst über den ersten Kontakt 15.1 befestigt und dann ausgerichtet.
In 3 ist das Bauteil 15 als Buchsenleiste ausgestaltet. Um der Belastung durch das Einbringen eines Steckers (nicht dargestellt) in die Buchsenleiste 15 zu begegnen, sind die zweiten Kontakte 15.2 in Form von Abstützungen ausgebildet. Diese Abstützungen 15.2 sind in diesem Fall nur mechanisch mit der Leiterplatte 1 über den Kleber 16.2 verbunden. Alternativ könnten sie jedoch auch mittels eines Lots befestigt werden. Die elektrische Kontaktierung ist über die ersten Kontakte 15.1 gewährleistet. Der Funktion als Buchsenleiste und der damit verbundenen Belastung des Bauteils 15 wird auch durch die Dimensionierung einer der beiden ersten Kontakte 15.1 Rechnung getragen.

1: Leiterplatte
5: Leiterbahn
5.1: Kontaktfläche
6: Anschlussmetallisierung
10: Bohrung
11: Bohrungsfreie Stelle
15: Bauteil
15.1: Erster Kontakt des Bauteils
15.2: Zweiter Kontakt des Bauteils
16.1: Lot
16.2: Kleber
20: Stift

Claims

Leiterplatte (1), die mindestens eine Bohrung (10) aufweist, die mindestens eine bohrungsfreie Stelle (11) aufweist, und die mit mindestens einem Bauteil (15) bestückt ist, wobei das Bauteil (15) mindestens einen ersten (15.1) und einen zweiten Kontakt (15.2) aufweist, wobei der erste Kontakt (15.1) in die Bohrung (10) eingebracht ist, wobei der zweite Kontakt (15.2) auf die bohrungsfreie Stelle (11) der Leiterplatte (1) aufgebracht ist, und wobei beide Kontakte (15.1, 15.2) mechanisch mit der Leiterplatte (1) verbunden sind.
Leiterplatte (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Kontakt (15.1, 15.2) elektrisch mit der Leiterplatte (1) verbunden ist.
Leiterplatte (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Kontakt (15.1) mittels eines Lots (16.1) mit der Leiterplatte (1) verbunden ist.
Leiterplatte (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Kontakt (15.2) mittels eines Klebers (16.2) mit der Leiterplatte (1) verbunden ist.
Bauteil (15), das mindestens einen ersten (15.1) und einen zweiten Kontakt (15.2) aufweist, wobei der erste Kontakt (15.1) in eine Bohrung (10) in einer Leiterplatte (1) einbringbar ist, wobei der zweite Kontakt (15.2) auf eine bohrungsfreie Stelle (11) der Leiterplatte (1) aufbringbar ist, und wobei beide Kontakte (15.1, 15.2) mechanisch mit der Leiterplatte (1) verbindbar sind.
Bauteil (15) nach Anspruch 5, wobei mindestens ein Kontakt (15.1, 15.2) elektrisch mit der Leiterplatte (1) verbindbar ist.
Bauteil (15) nach Anspruch 5, wobei die Länge des ersten Kontakts (15.1) bei einer durchgehenden Bohrung (10) in der Leiterplatte (1) derartig bemessen ist, dass der Kontakt (15.1) in der Bohrung (10) höchstens bis zu der vom Bauteil (15) abgewandten Seite der Leiterplatte (1) reicht.
Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte (1), die mindestens eine bohrungsfreie Stelle (11) aufweist, mit mindestens einem Bauteil (15), das mindestens einen ersten (15.1) und einen zweiten Kontakt (15.2) aufweist, wobei in die Leiterplatte (1) mindestens eine Bohrung (10) eingebracht wird, wobei mindestens ein Lot (16.1) und/oder ein Kleber (16.2) auf die Leiterplatte (1) aufgebracht wird, wobei der erste Kontakt (15.1) in die Bohrung (10) eingebracht wird, wobei der zweite Kontakt (15.2) auf eine bohrungsfreie Stelle (11) der Leiterplatte (1) aufgebracht wird, und wobei die Kontakte (15.1, 15.2) mit der Leiterplatte (1) mechanisch verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Kontakt (15.1, 15.2) elektrisch mit der Leiterplatte (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Kontakte (15.1, 15.2) mit der Leiterplatte (1) in einem Reflowofen verbunden werden.