DE10349957A1

DE10349957A1 - Aufbringen von Flussmittel auf Leiterplatten mit Lotdepots

Info

Publication number: DE10349957A1
Application number: DE10349957A
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: 2005-06-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte (1), auf der sich mindestens ein Lotdepot (2) befindet, mit mindestens einem Bauteil. Die Erfindung beinhaltet, dass im Bereich des Lotdepots (2) lokal begrenzt und maschinell Flussmittel (3) aufgebracht wird, dass das Bauteil auf der Leiterplatte (1) platziert wird und dass das Bauteil mit der Leiterplatte (1) in einem Lötvorgang verbunden wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum maschinellen Auftrag von Flussmittel (3) auf eine Leiterplatte (1), auf der sich mindestens ein Lotdepot (2) befindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte, auf der sich mindestens ein Lotdepot befindet, mit mindestens einem Bauteil. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum maschinellen Auftrag von Flussmittel auf eine Leiterplatte, auf der sich mindestens ein Lotdepot befindet.
Leiterplatten werden üblicherweise mit Bauteilen bestückt, indem zunächst Lot und Flussmittel auf der Leiterplatte appliziert und dann die Bauteile positioniert werden. Anschließend wird beispielsweise in einem Lötofen das Bauteil mechanisch und meist auch elektrisch mit der Leiterplatte verbunden. Das Aufbringen von Lotpaste und Flussmittel geschieht meist über das Sieb- oder Maskendruckverfahren. Dabei wird eine Paste mit Flussmittel und Lot mittels eines Rakels über eine Maske verteilt, wobei die Maske dort Aussparungen aufweist, wo die Paste, d.h. wo das Lot und/oder das Flussmittel auf der Leiterplatte aufgebracht werden soll. Dieses Verfahren setzt eine relativ große Ausgangsmenge dieser Paste voraus, damit sie mechanisch verteilt werden kann. Weiterhin wird relativ viel Paste auf die entsprechenden Stellen appliziert und überdies muss eine jeweils entsprechende Maske für das jeweils spezielle Layout der Leiterplatte gestaltet werden. Mittels des „OPTIPAD"- (siehe die Patentschrift US 5,051,339 ) oder des „SIPAD"- (Firma Siemens, siehe dazu beispielsweise die Einleitung des Patentes DE 693 04 911 T2 ) Verfahrens sind Leiterplatten möglich, die bereits Lotdepots aufweisen. Somit entfällt in der Fertigung dieser Schritt bzgl. des Lots. Es bleibt jedoch noch, dass Flussmittel aufgebracht werden muss. Dafür wird also immer noch das relativ umständliche Siebdruck- oder Maskendruckverfahren benötigt, wobei die aufzubringende Paste kein Lot mehr enthält.
Somit ist die Aufgabe der Erfindung, das Aufbringen des Flussmittels auf Leiterplatten mit bereits darauf befindlichen Lotdepots zu vereinfachen. Dafür sind ein Verfahren und eine Vorrichtung erforderlich.
Die Erfindung löst die Aufgabe in Hinsicht auf das Verfahren dadurch, dass im Bereich des Lotdepots lokal begrenzt und maschinell Flussmittel aufgebracht wird, dass das Bauteil auf der Leiterplatte platziert wird, und dass das Bauteil mit der Leiterplatte in einem Lötvorgang verbunden wird. Die Idee ist also, dass das Flussmittel lokal beschränkt aufgebracht wird. Das Flussmittel wird also nicht mehr gleichzeitig großflächig auf mehreren Stellen wie beim Maskendruckverfahren auf der ganzen Leiterplatte aufgebracht. Das Flussmittel wird in der Erfindung nur an bestimmten Stellen, d.h. an denen, an welchen sich die Lotdepots befinden, aufgetragen. Nach dem Auftragen des Flussmittels wird das Bauteil platziert – vorzugsweise maschinell mit einem Bestückungsautomaten – und mit der Leiterplatte in einem entsprechenden Verfahren – z.B. allgemein in einem Lötofen oder speziell in einem Reflowofen – mechanisch und meist auch elektrisch verbunden. Bei den Bauteilen kann es sich dabei um klassische Bauteile mit mindestens einem drahtförmigen Kontakt oder um SMD (surface mounted device)-Bauteile handeln. SMD-Bauteile weisen Kontakte auf, die so ausgestaltet sind, dass die Bauteile direkt auf der Leiterplatte positioniert und verbunden werden können im Gegensatz zu klassischen Bauteilen, die für ihre drahtförmigen Kontakte Bohrungen in den Leiterplatten erfordern. Für klassische Bauteil müssen also ggf. noch Bohrungen in der Leiterplatte erzeugt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Flussmittel mittels mindestens eines Tintenstrahldruckerkopfes aufgebracht wird. Dies ist eine sehr einfache und preisgünstige Ausgestaltung, die vor allem die hohe technische Entwicklung der Tintendrucksysteme sowohl in Hinsicht der Bauteile als auch im Bereich der Ansteuersoftware ausnutzen kann. Solche Druckerköpfe funktionieren üblicherweise nach der Piezo- oder der Bubble-Jet-Methode. Im einen Fall wird das aufzubringende Material – hier das Flussmittel anstelle der sonst üblichen Tinte – durch ein piezoelektrisches Element aus einer Düse herausgedrückt. Im anderen Fall wird das aufzubringende Material erhitzt und durch den Dampfdruck aus der entsprechenden Heizkammer geschleudert. Werden mehrere Druckerköpfe parallel verwendet, so kann damit die Verarbeitungszeit verkürzt werden.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens beinhaltet, dass auf der Leiterplatte mehrere Lotdepots vorgesehen sind, dass das Flussmittel mindestens auf einem Lotdepot mittels des Maskendruckverfahrens aufgebracht wird, und dass das Flussmittel mindestens auf einem Lotdepot lokal begrenzt und maschinell aufgebracht wird. Diese Ausgestaltung kombiniert also das Maskendruckverfahren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Idee ist, dass beispielsweise in einem ersten Schritt Flussmittel auf einer Vielzahl von Lotdepots über das Maskendruckverfahren aufgebracht wird. Ausgespart werden dabei die Bereiche mit Lotdepots, auf die z.B. Flip-Chips oder CSP (Chip Size Packaging)-Bauteile aufgebracht werden. Diese Bauteile sind sehr klein, die Kantenlänge liegt teilweise zwischen 3 und 4 mm. Daher sind auch die Lötstellen sehr eng benachbart, weshalb das Aufbringen von Flussmittel über das Maskendruckverfahren zu grob ist. Für solche Bauteile wird dann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt. Die Kombination aus Maskendruckverfahren und erfindungsgemäßem Verfahren kann also z.B. dazu beitragen, die Verarbeitung zu beschleunigen und das Flussmittel für Bauteile entsprechend den Bedürfnissen aufzutragen. Bei Flip-Chips besteht auch eine Methode darin, dass die zu verbindende Seite des Chips in Flussmittel getaucht und der Chip direkt auf der Leiterplatte befestigt wird. Dabei findet sich dann kein Lotdepot auf der Leiterplatte. Für diese Umsetzung ohne Lotdepot auf der Leiterplatte lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls anwenden, indem also Flussmittel oder Flussmittel und Lot gezielt und lokal beschränkt auf dem Flip-Chip aufgebracht wird.
Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung dadurch, dass mindestens eine Auftragseinheit vorgesehen ist, die das Flussmittel lokal begrenzt auf die Leiterplatte aufbringt, dass mindestens ein Tank vorgesehen ist, der die Auftragseinheit mit Flussmittel versorgt, und dass mindestens eine Positioniereinheit vorgesehen ist, die die Auftragseinheit relativ zur Leiterplatte und/oder die Leiterplatte relativ zur Auftragseinheit positioniert. Die Idee der Erfindung besteht also darin, dass das Flussmittel mittels einer Auftragseinheit lokal begrenzt auf die Leiterplatte aufgebracht wird, vorzugsweise im Bereich der vorhandenen Lotdepots. Die Auftragseinheit wird von einem Tank oder einem sonstigen Behälter mit Flussmittel – z.B. eine versorgt. Weiterhin ist eine Positioniereinheit vorgesehen, welche die Leiterplatte und/oder die Auftragseinheit relativ zueinander so positioniert, dass das Flussmittel auf den gewünschten Stellen aufgebracht wird. Dabei können Positioniereinheit, Auftragseinheit und Tank eine gemeinsame Einheit bilden. Dieses lokal begrenzte Aufbringen des Flussmittels erspart somit eine Siebdruckanlage.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, das es sich bei der Auftragseinheit um mindestens einen Tintenstrahldruckerkopf handelt. Tinte für einen Drucker und Flussmittel sind durchaus vergleichbar in der Konsistenz. Somit besteht die Idee darin, einen Druckerkopf eines normalen Tintenstrahldruckers für das Aufbringen des Flussmittels umzufunktionieren. Der oben beschriebene Tank des Flussmittels ist somit eine Tintenkartusche, die mit Flussmittel gefüllt ist. Diese Ausgestaltung ist sehr einfach, kostengünstig und praktisch. Weiterhin erzielen moderne Tintenstrahldruckköpfe sehr hohe und gut reproduzierbare Auflösungen. Weiterhin ist meist schon eine Steuerelektronik vorhanden, die den Druckkopf in wenigstens einer Richtung bewegt. Eine solche Steuerungselektronik in Verbindung z.B. mit einem verschiebbaren Tisch, auf dem sich die Leiterplatten befinden, ergibt dann obige Positioniereinheit.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In der 1 befindet sich eine Leiterplatte 1 auf einem Transportband 13 des Trägersystems 14. Die Leiterplatte 1 weist mehrere Lotdepots 2 auf, also Bereiche, auf denen sich bereits z.B. Lötzinn befindet. Es handelt sich also um eine Leiterplatte, die z.B. nach dem „OPTIPAD"- ( US 5,051,339 ) oder dem „SIPAD"- (Einleitung von DE 693 04 911 T2 ) Verfahren hergestellt worden ist. Das Transportband 13 verschiebt die Leiterplatte 1 in der durch den Pfeil bezeichneten Richtung. Die Auftragseinheit 10 – dabei kann es sich um einen Tintenstrahldruckkopf handeln – wird in der Richtung senkrecht (siehe den Doppelpfeil) zur Transportrichtung des Transportbandes 13 durch den Positionierkopf 15 verschoben, der an einem Portal 16 hängt. Das Transportband 13 und der Positionierkopf 15 bilden also über das Trägersystem 14 und das Portal 16 die Positioniereinheit 12. Anstelle des Positionierkopfes 15 kann jedoch auch die für einen Tintenstrahldrucker übliche Elektronik benutzt werden. Die Auftragseinheit 10 – beispielsweise ein Tintendruckerkopf, der mit einem Piezoelement arbeitet – wird also in beiden Raumrichtungen passend positioniert und bringt dann das Flussmittel 3 auf die gewünschten Stellen der Leiterplatte 1 auf. Das Flussmittel 3 entstammt dem Tank 11. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Kartusche, die mit Flussmittel 3 befüllt ist. Der Tintendruckerkopf als Auftragseinheit 10 bringt also anstelle von üblicher Druckertinte das Flussmittel 3 auf. Tinte und Flussmittel besteht zum Großteil aus einem Träger – meist Wasser oder Alkohol -, in dem zu einem kleinen Anteil (ca. 1 bis 2%) die Farbpigmente oder entsprechend das Flussmittel gelöst ist. Die Auftragseinheit 10 bringt als Druckerkopf eine sehr hohe erreichbare Auflösung mit sich, die z.B. für die Befestigung von Flip Chips angewendet werden kann. Bei diesen ist im Stand der Technik ein Verfahren, dass das Flussmittel großflächig aufgetragen wird und dass anschließend nach dem Aufbringen des Chips auf das Flussmittel die Stellen, die nicht von Flussmittel bedeckt werden sollen, gereinigt werden müssen. Dies ist ein sehr umständliches Verfahren, dass durch die Erfindung umgangen werden kann. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vor oder hinter der beschriebenen Anlage noch eine Anlage zum Aufbringen des Flussmittels mit dem Maskendruckverfahren vorgesehen sein. Es können auch mehrere Auftragseinheiten 10 oder Tintenstrahldruckerköpfe gleichzeitig benutzt werden, um damit die Verarbeitung zu beschleunigen.

1: Leiterplatte
2: Lotdepot
3: Flussmittel
10: Auftragseinheit
11: Tank
12: Positioniereinheit
13: Transportband
14: Trägersystem
15: Positionierkopf
16: Portal

Claims

Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte (1), auf der sich mindestens ein Lotdepot (2) befindet, mit mindestens einem Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Lotdepots (2) lokal begrenzt und maschinell Flussmittel (3) aufgebracht wird, dass das Bauteil auf der Leiterplatte (1) platziert wird, und dass das Bauteil mit der Leiterplatte (1) in einem Lötvorgang verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel (3) mittels mindestens eines Tintenstrahldruckerkopfes (10) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (1) mehrere Lotdepots (2) vorgesehen sind, dass das Flussmittel (3) mindestens auf einem Lotdepot (2) mittels des Maskendruckverfahrens aufgebracht wird, und dass das Flussmittel (3) mindestens auf einem Lotdepot (2) lokal begrenzt und maschinell aufgebracht wird.
Vorrichtung zum maschinellen Auftrag von Flussmittel (3) auf eine Leiterplatte (1), auf der sich mindestens ein Lotdepot (2) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Auftragseinheit (10) vorgesehen ist, die das Flussmittel (3) lokal begrenzt auf die Leiterplatte (1) aufbringt, dass mindestens ein Tank (11) vorgesehen ist, der die Auftragseinheit (10) mit Flussmittel (3) versorgt, und dass mindestens eine Positioniereinheit (12) vorgesehen ist, die die Auftragseinheit (10) relativ zur Leiterplatte (1) und/oder die Leiterplatte (1) relativ zur Auftragseinheit (10) positioniert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Auftragseinheit (10) um mindestens einen Tintenstrahldruckerkopf handelt.