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Gebiet
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Technologie beziehen sich allgemein auf das Gebiet von Bauelementverbindern.
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Hintergrund
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Herkömmliche Doppelreihenspeichermodul-Verbinder (DIMM-Verbinder; DIMM = dual in-line memory module) umfassen typischerweise Platinenverriegelungen, die den DIMM-Verbinder an einer DIMM-Verbindergrundfläche auf der gedruckten Verdrahtungsplatine (PWB; PWB = printed wiring board) oder dem Substrat anordnen und befestigen. Die Platinenverriegelungen sind senkrecht zu der longitudinalen Achse des DIMM-Verbinder-Isolatorkörpers ausgerichtet und halten und beschränken den DIMM-Verbinder auch in der Richtung der longitudinalen Achse des DIMM-Verbinders. Während des Lötens kann jede Differenz bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE; CTE = coefficient of thermal expansion) zwischen dem DIMM-Verbinderisolator und dem PWB-Laminat nachteilige Effekte an dem DIMM-Verbinder, Lötverbindungen und/oder der PWB verursachen. Die nachteiligen Effekte sind ausgeprägter, wenn der DIMM-Verbinder in der PWB beschränkt ist (z. B. durch die Platinenverriegelungen begrenzt ist). Beispiele der nachteiligen Effekte sind Belastung auf die Lötverbindungen zwischen dem DIMM-Verbinder und der PWB, Leerläufe und Kurzschlüsse aufgrund von Verwerfung und Wölbung des DIMM-Verbinders und/oder der PWB und die erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass Lötverbindungen versagen.
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Typischerweise wird ein DIMM-Verbinder an einem Substrat über PTH-Technologie (PTH = plated-through hole = durchplattiertes Loch) befestigt, teilweise aufgrund der mechanischen Verbindungsstärke des DIMM-Verbinders mit der PWB. In einigen Fallen kann es jedoch sein, dass es nicht möglich ist, PTH zu implementieren, aufgrund von Entwurfsanforderungen, die die Nutzung der PTH-Befestigungstechnologie verhindern können.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt ein Beispiel eines SMT-Bauelementverbinders gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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2 stellt ein Beispiel einer SMT-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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3 stellt ein Beispiel einer SMT-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
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Die Zeichnungen, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, sollten so verstanden werden, dass dieselben nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind, es sei denn, dies ist speziell angemerkt.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nachfolgend wird im Einzelnen auf Ausführungsbeispiele der vorliegenden Technologie Bezug genommen, von der Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Obwohl die Technologie in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben wird, ist klar, dass dieselbe die vorliegende Technologie nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Im Gegenteil, die vorliegende Technologie soll Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die in der Wesensart und dem Schutzbereich der verschiedenen Ausführungsbeispiele enthalten sein können, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
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Ferner sind in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zahlreiche spezifische Einzelheiten aufgeführt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Technologie zu liefern. Die vorliegende Technologie kann jedoch ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden. In anderen Fällen wurden gut bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Einzelnen beschrieben, um Aspekte der vorliegenden Ausführungsbeispiele nicht unnötig zu behindern.
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Das Verbinden einer DIMM-Karte in einem DIMM-Verbinder kann übermäßige Kraft auf den Verbindungspunkt zwischen dem DIMM-Verbinder und einem Substrat verursachen, da die DIMM-Karte als eine Erweiterung des Verbinders wirken kann und als großer Hebel wirken kann, der Lötverbindungen so belastet, dass dieselben brechen. Daher ist ein DIMM-Verbinder typischerweise mit einem Substrat durch PTH verbunden, teilweise da die mechanische Stärke von PTH-Lötverbindungen das stärkste Mittel einer Lötbefestigung an dem Substrat ist.
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Allgemein hat eine PTH-Komponente eine Mehrzahl von Anschlussstiften, die einer Mehrzahl von durchplattierten Löchern (z. B. Durchgangslöchern) auf einer PWB entsprechen. Die PTH-Komponente ist auf die PWB platziert, mit den Anschlussstiften in die entsprechenden Durchgangslöcher eingepasst. Die PWB mit den PTH-Komponenten wird durch einen Schwalllötprozess platziert, der Lötmittel an die Unterseite der Platine aufbringt, von der die Anschlussstifte der Komponenten vorstehen. Das Lötmittel dringt in die durchplattierten Löcher ein über Kapillaraktion und wird danach fest. Somit sind die Komponenten elektrisch und mechanisch mit der PWB verbunden.
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Folglich ist die mechanische Stärke der Anschlussstifte des DIMM-Verbinders, die in die entsprechenden Durchgangslöcher in dem Substrat eingefügt sind, ein Grund, weshalb DIMM-Verbinder typischerweise über PTH an einem Substrat befestigt werden, im Vergleich zu einem gewöhnlicheren Befestigungsprozess der Oberflächenbefestigungstechnologie (SMT; SMT = surface-mount technology). Es kann jedoch vorteilhaft sein, einen DIMM-Verbinder über SMT anstatt PTH mit einem Substrat zu verbinden.
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Allgemein hat eine SMT-Komponente lötbare Anschlussleitungen, die Verbindungsanschlussflächen auf einer PWB entsprechen. Eine Lötmittelpaste wird auf die Verbindungsanschlussflächen der PWB schabloniert. Die SMT-Komponente wird dann auf die PWB platziert und mit den entsprechenden, mit Lötmittelpaste beschichteten, Verbindungsanschlussflächen ausgerichtet und in dieselben platziert. Die PWB mit den platzierten SMT-Komponenten wird typischerweise in einem Durchlauf-Rückflussofen oder einer anderen Heizvorrichtung erwärmt, die die Temperatur der PWB und der Komponenten auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der Lötmittelpaste bringt. Nach dem Kühlen der PWB und der Komponenten kehrt das Lötmittel zu einem Festzustand zurück, der die Komponenten elektrisch und mechanisch mit der PWB verbindet.
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1–3 stellen Beispiele eines SMT-Bauelementverbinders und einer SMT-Anordnung dar. 1 stellt einen SMT-Bauelementverbinder 100 dar zum Verbinden einer entfernbaren Komponente (nicht gezeigt) mit einem Substrat 160 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 stellt den SMT-Bauelementverbinder 100 ausgerichtet in Beziehung auf das Substrat 160 dar.
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2 stellt eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer SMT-Anordnung 200 dar, die eine entfernbare Komponente 150 (z. B. DIMM-Karte), einen SMT-Bauelementverbinder 100 (z. B. SMT-DIMM-Verbinder, Peripheriekomponentenverbindung (PCI; PCI = Peripheral Component Interconnect), Rambus-In-Line-Speichermodul-(RIMM-)Verbinder) und ein Substrat 160 (z. B. PWB) umfasst. 2 stellt die physikalische Beziehung zwischen der entfernbaren Komponente 150, dem SMT-Verbinderbauelement 100 und dem Substrat 160 dar.
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3 stellt eine Seitenansicht des SMT-Bauelementverbinders dar, der über lötbare Anschlussleitungen 155 mit dem Substrat 160 elektrisch verbunden ist. Die lötbaren Anschlussleitungen 155 entsprechen den Verbindungsanschlussflächen 165 auf dem Substrat 160. Eine Lötmittelpaste 130 ist auf den Verbindungsanschlussflächen 165 angebracht, wie es oben für den SMT-Prozess beschrieben ist.
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Der SMT-Bauelementverbinder 100 umfasst Auswurfvorrichtungen 130, ein isoliertes Gehäuse 135, Entlastungs- bzw. Belastungsabbaustützen 110 und eine Anordnungsstütze 114. Die Auswurfvorrichtungen dienen zum Auswerfen der entfernbaren Komponente von dem SMT-Bauelementverbinder. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die entfernbare Komponente eine DIMM-Karte und der SMT-Bauelementverbinder ist ein SMT-DIMM-Verbinder. Es sollte klar sein, dass der SMT-Bauelementverbinder jeder SMT-Bauelementverbinder sein kann, der an die elektrische und mechanische PWB-Verbindung gelötet werden kann.
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Das isolierte Gehäuse 135 dient zum Aufnehmen der entfernten Komponente, wie z. B. einer DIMM-Karte. Das isolierte Gehäuse umfasst eine Unteroberfläche 137. Die Unteroberfläche umfasst eine Mehrzahl von lötbaren Anschlussleitungen 155 (in 3 gezeigt), die einer Mehrzahl von Verbindungsanschlussflächen 165 (in 3 gezeigt) auf dem Substrat 160 entsprechen. Während des SMT-Prozesses, wie er oben beschrieben ist, werden die Anschlussleitungen durch Löten mechanisch und elektrisch mit den Verbindungsanschlussflächen verbunden.
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Die Anordnungsstütze 114 ist zentral entlang der longitudinalen Achse auf dem SMT-Bauelementverbinder angeordnet und dient zum Ausrichten und Anordnen des SMT-Bauelementverbinders und der Mehrzahl von Lötverbindungen mit den entsprechenden Verbindungsanschlussflächen 165 des Substrats 160 während des SMT-Prozesses. Die Anordnungsstütze 114 sitzt starr in einem entsprechenden PTH 115 auf dem Substrat 160 und wird nachfolgend während des SMT-Prozesses an die Platine gelötet. Anders ausgedrückt, das PTH 115 ist eine Öffnung, die die Anordnungsstütze 114 aufnimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnungsstütze 114 ein abgerundetes distales Ende, um die Einfügung der Anordnungsstütze in dem entsprechenden PTH 115 zu ermöglichen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Anordnungsstütze 114 ein rechteckiger Querschnitt, der von der Unteroberfläche des SMT-Bauelementverbinders vorsteht. Der rechteckige Querschnitt umfasst eine Vorderwand 125 und eine Seitenwand, wobei die Vorderwand länger ist als die Seitenwand. Die Vorderwand 125 oder longitudinale Wand ist senkrecht zu der longitudinalen Achse 140 des SMT-Bauelementverbinders ausgerichtet. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die longitudinale Achse 140 des SMT-Bauelementverbinders 100 die Achse, die sich von einem distalen Ende zu dem gegenüberliegenden distalen Ende erstreckt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Anordnungsstütze 114 eine Metallstütze, die in einem PTH 115 (wie in 2 gezeigt) angeordnet ist. Die PTH 115 umfasst Lötmittelpaste 130 zum Ermöglichen des Lötens des SMT-Bauelementverbinders an das Substrat 160 während des SMT-Prozesses.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Anordnungsstütze 114 eine Metallplatinenverriegelung, die entweder durch ein PTH oder ein nicht-durchplattiertes Loch (NPTH; NPTH = non-plated through hole) aufgenommen wird. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Anordnungsstütze 114 eine nicht gelötete Kunststoffstütze in einem NPTH.
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Entlastungsstützen 110 stehen von einer Befestigungsoberfläche 137 des isolierten Gehäuses 135 vor. Entlastungsstützen 110 entsprechen den Entlastungsstützenöffnungen 111 in dem Substrat 160. Entlastungsstützen 110 sitzen in den Entlastungsöffnungen 111 und werden nachfolgend während des SMT-Prozesses an das Substrat 160 gelötet. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Entlastungsöffnungen 111 eine PTH. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Entlastungsstützen 110 nicht gelötete Kunststoffstützen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Entlastungsstützen 110 Metallplatinenverriegelungen, die entweder durch PTHs oder nicht-durchplattierte Löcher (NPTH) aufgenommen werden.
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Entlastungsstützen 110 sind konfiguriert, um den Verbinder gegen Belastungen zu stabilisieren, die während eines SMT-Prozesses sowie nach dem Lötprozess auf den SMT-Bauelementverbinder 100 verursacht werden. Während des SMT-Rückflussprozesses werden der SMT-Bauelementverbinder 100 und das Substrat 160 erwärmt auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt der Lötmittelpaste. Falls der CTE des SMT-Bauelementverbinders 100 anders ist als der CTE des Substrats 160 (typischerweise gibt es einen leichten Unterschied), dann dehnt sich der SMT-Bauelementverbinder nicht proportional zu dem Substrat 160 aus, was bewirken kann, dass Belastungen sowohl auf den SMT-Bauelementverbinder als auch das Substrat verursacht werden. Falls darüber hinaus der SMT-Bauelementverbinder während des SMT-Rückflussprozesses starr an dem Substrat befestigt ist, dann wird der SMT-Bauelementverbinder gezwungen, sich auszudehnen aufgrund der thermisch verursachten Abmessungsänderungen des Substrats (und umgekehrt), was zu Verwerfungen führen kann von sowohl dem SMT-Bauelementverbinder als auch dem Substrat. Folglich werden Belastungen sowohl auf den SMT-Bauelementverbinder als auch die PWB verursacht. Insbesondere begrenzen herkömmliche Platinenverriegelungen die Translation mechanischer Kräfte durch den Verbinder, was zum Brechen von Lötverbindungen nach dem Löten führen kann. Herkömmliche Platinenverriegelungen können entweder NPTH oder PTH sein. Ein Beispiel eines NPTH ist eine nicht lötbare Kunststoffstütze oder eine angelötete Metallstütze. Ein Beispiel eines PTH ist eine lötbare Metallstütze.
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Außerdem führt die Verwerfung sowohl des SMT-Bauelementverbinders als auch des Substrats zu einem Zwischenraum zwischen dem SMT-Bauelementverbinder und dem Substrat, da der SMT-Bauelementverbinder und das Substrat nicht koplanar sind. Folglich, wenn ein Bauelement (z. B. DIMM) manuell verbunden und/oder entfernt wird von dem SMT-Bauelementverbinder, wird eine Kraft auf den SMT-Bauelementverbinder und das Substrat ausgeübt, was die Verwerfung „abflacht”. Das Abflachen der Verwerfung verursacht Belastung auf den SMT-Bauelementverbinder, das Substrat und alle umgebenden Komponenten. Darüber hinaus wird auch ein Moment auf den SMT-Bauelementverbinder und das Substrat ausgeübt, das auch zusätzliche Belastung auf umgebende Komponenten verursacht.
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Die Entlastungsöffnungen 111 ermöglichen es den Entlastungsstützen 110 frei in die Richtung der longitudinalen Achse 140 des SMT-Bauelementverbinders 100 zu gleiten, da die Länge der Entlastungsöffnungen 111 länger ist als die Länge der Entlastungsstützen 110 in der Richtung der longitudinalen Achse des SMT-Bauelementverbinders, bis das geschmolzene Lötmittel gehärtet ist. Anders ausgedrückt, die Entlastungsstützen sind nicht erforderlich, um den SMT-Bauelementverbinder in der longitudinalen Richtung des SMT-Bauelementverbinders zurückzuhalten. Die Entlastungsöffnungen 111 beschränken jedoch die Entlastungsstützen 110 in der Richtung orthogonal zu der longitudinalen Achse 140 des SMT-Bauelementverbinders 100, um das Anordnen des SMT-Bauelementverbinders mit der SMT-Bauelementverbindergrundfläche auf dem Substrat 160 zu erleichtern. Es sollte klar sein, dass die Entlastungsöffnungen 111 Lötmittelpaste 130 umfassen zum Unterstützen der Befestigung des SMT-Bauelementverbinders an dem Substrat 160.
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Bei einem Ausführungsbeispiel erfüllen die Anordnungsstütze 114 und die Entlastungsstützen 110 gemeinsam die gleichen Funktionen, die Folgendes umfassen, aber darauf nicht begrenzt sind: (1) Stabilisieren des Verbinders während des Lötprozesses und (2) Erhöhen der Unterstützung der Verbinder nach Lötung, um dabei zu helfen, Hebeleffekten zu widerstehen, die Lötverbindungen während Karteneinfügung/-extraktion beschädigen können.
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Entlastungsstützen 110 stellen eine ausreichend gelötete Schlitzfüllung bereit aufgrund der Volumenverschiebung. Anders ausgedrückt, das Volumen der Entlastungsstützen 110 stellt ausreichend Lötmittelverschiebung innerhalb der Entlastungsöffnungen 111 bereit.
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Da sich der SMT-Bauelementverbinder und das Substrat beide während des Erwärmen des SMT-Rückflussprozesses ausdehnen, ermöglichen es die Entlastungsöffnungen 111 dem SMT-Bauelementverbinder 100, sich auszudehnen und erhöhen damit die Chancen, koplanar mit dem Substrat 160 zu bleiben, selbst wenn dieselben unterschiedliche CTEs haben. Insbesondere während sich der SMT-Bauelementverbinder 100 ausdehnt, gleiten die Entlastungsstützen 110 frei in den SMT-Entlastungsöffnungen 111. Als Folge bleibt der SMT-Bauelementverbinder während des Rückflussprozesses flacher auf dem Substrat, da der SMT-Bauelementverbinder in der Lage ist, sich während des Erwärmen und Abkühlens des SMT-Rückflusses zu entspannen. Folglich wird weniger Belastung auf die Lötverbindung verursacht, was zu verbesserter Lötverbindungszuverlässigkeit (d. h. weniger Leerläufen und Kurzschlüssen) führt.
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Es sollte klar sein, dass es typischerweise immer eine CTE-Fehlanpassung gibt, und daher immer einen gewissen Grad an Verwerfung oder Wölbung. Die Belastungsentspannungsstützen 110, die in den Belastungsentspannungsöffnungen 111 angeordnet sind, minimieren jedoch die Verwerfung oder Wölbung, indem sie den Verbinder während des Rückflussprozesses nicht auf falsche Weise beschränken. Außerdem ermöglicht die Ausrichtung der Entlastungsstützen 110, die in den Entlastungsöffnungen 111 angeordnet sind, eine gewisse Ausdehnung, ohne dieselben gegen die Grenzen des PTH zu drücken.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfassen Entlastungsstützen 110 ein abgerundetes distales Ende, um das Einfügen der Stützen in entsprechende Entlastungsstützenöffnungen zu ermöglichen, entweder durch Maschinenplatzierung oder Handplatzierung. Beispielsweise trägt die abgerundete (z. B. spatenartige) Form dazu bei, das Einrasten einer Ecke während der Einfügung zu verhindern. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind Entlastungsstützen 110 ein rechteckiger Querschnitt, der von der Befestigungsoberfläche 137 des SMT-Bauelementverbinders 100 vorsteht. Der rechteckige Querschnitt umfasst eine Vorderwand 127 und eine Seitenwand, wobei die Vorderwand länger ist als die Seitenwand. Die Vorderwand 127 oder die longitudinale Wand ist parallel zu der longitudinalen Achse 140 des SMT-Bauelementverbinders 100 ausgerichtet.
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Entlastungsstützen 110 umfassen ein Durchgangsloch 120. Das Durchgangsloch 120 steht orthogonal zu der Vorderwand 127 vor. Durchgangslöcher 120 sind konfiguriert, um die Lötverbindungsstärke zwischen dem SMT-Bauelementverbinder und dem Substrat zu verbessern.
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Bei einem Ausführungsbeispiel haben die Belastungsentspannungsstützen 110 eine Länge (der Abstand von der Befestigungsoberfläche 137 zu dem distalen Ende der Stützen 110) von etwa einer Hälfte der Dicke des Substrats 160. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ermöglicht die Länge der Entlastungsstützen 110 eine effektive Verwendung der BIR-Technik (BIR = Buried Intrusive Reflow = vergrabener intrusiver Rückfluss). Allgemein umfasst BIR das Löten von Teilen durchplattierter Löcher in ein durchplattiertes Loch auf einem Substrat während eines SMT-Prozesses mit einem Anschlussstift, der absichtlich kürzer ist, etwa die Hälfte der Dicke der PWB, um eine gute Umfangs- und Longitudinal-Lötmittelkoaleszenz um den Stift herum zu ermöglichen. BIR verlässt sich auf Lötmittelpaste, die auf der Oberseite des Substrats (z. B. PWB) und in das PTH aufgebracht wird während des Oberflächenbefestigungspasteschablonierprozesses, um das Lötmittel und den Lötfluss bereitzustellen, die erforderlich sind für eine Lötverbindungsbildung sowohl für SMT-Anschlussstifte als auch PTH-Anschlussstifte. Während des Ofenrückflussprozesses wird Lötmittel geschmolzen und benetzt entlang der Oberfläche des Lötmittelendes und entlang der Wand des durchplattierten Lochzylinders (z. B. Schlitze 111) des Substrats. Oberflächenspannungen und Kapillarwirkung verteilen das Lötmittel um und entlang dem Stift (z. B. Stützen 110).
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Somit sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Obwohl die vorliegende Erfindung in bestimmten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht durch solche Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern gemäß den folgenden Ansprüchen zu interpretieren ist.
