DE19729587A1 - Verfahren zum Aufbringen von Lot auf Anschlußflächen einer Leiterplatte, Verfahren zur Herstellung eines mit Lot beschichteten Trägers für ein derartiges Verfahren sowie ein derartiger Träger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von Lot auf Anschlußflächen einer Leiterplatte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung eines mit Lot beschichteten Trägers für ein derartiges Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie einen Träger, der mit einem derartigen Verfahren herstellbar ist.

In elektronischen Schaltungen werden häufig Leiterplatten als mechanischer Träger und elektrisches Verbindungselement für elektronische Bauelemente verwendet. Beispielsweise ist aus der EP-OS 0 478 313 eine Mehrlagen-Leiterplatte bekannt, bei welcher auf der einen Seite einer Trägerschicht aus elek­ trisch isolierendem Material eine Lage aus elektrisch leiten­ dem Material zur Versorgung der elektronischen Bauelemente mit der Versorgungsspannung und auf der anderen Seite eine Verdrahtungsschicht aufgebracht sind. An der Oberfläche der Verdrahtungsschicht befinden sich flächig ausgebildete An­ schlußflächen für oberflächenmontierbare Bauelemente. Lei­ tungen zur elektrischen Verbindung der Anschlußflächen ver­ laufen innerhalb der Verdrahtungsschicht. Aufgrund der feinen Strukturen der Leiterbahnen, die bei der bekannten Mehrlagen-Lei­ terplatte möglich sind, wird eine hohe Packungsdichte elektronischer Bauelemente bei geringer Anzahl von Verdrah­ tungslagen erreicht.

Die Miniaturisierung von Halbleiterstrukturen elektronischer Bauelemente führt dazu, daß immer mehr Funktionen in einem Bauelement integriert werden können. Allerdings nimmt die Zahl der für die Kommunikation nach außen notwendigen An­ schlüsse stark zu. Dadurch bedingt, werden auch die Abmessun­ gen und Abstände der Bauelementeanschlüsse kleiner. Durch den entsprechend geringeren Abstand der Anschlußflächen auf der Mehrlagen-Leiterplatte wird die Fertigungssicherheit des Lot­ pastenauftrages im Siebdruck beeinträchtigt und die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Anschlüssen durch Brücken­ bildung beim Lötvorgang erhöht.

Zur Verbesserung der Fertigungssicherheit ist aus dem Aufsatz "Vier unterschiedliche SSD-Verfahren im Vergleich: Für fein­ ste Strukturen geeignet", veröffentlicht in der Zeitschrift "productronic" 10-1994, Seiten 56 bis 62, das sogenannte High-Pad-Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Lotauftrag in festen Lotdepots vorgenommen, die von einer Lötstoppmaske sicher umschlossen sind. Der Aufbau der Lot­ depots erfolgt direkt auf der zu bestückenden Leiterplatte durch elektrolytisches Abscheiden von SnPb. Für den Aufbau der Lotdepots sind somit zusätzliche Verfahrensschritte in der Leiterplattenherstellung erforderlich, welche den Aufwand und die Kosten der Herstellung erhöhen. Dabei sind die zu­ sätzlichen Verfahrensschritte an der Leiterplatte auch dann erforderlich, wenn nur wenige hochpolige Bauelemente diese Art des Lotauftrags erfordern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen von Lot auf Anschlußflächen einer Leiterplatte, ein Verfahren zur Herstellung eines mit Lot beschichteten Trägers für ein derartiges Verfahren sowie einen Träger, der nach einem derartigen Verfahren herstellbar ist, zu finden, welche einen kostengünstigeren Lotauftrag und auch bei klei­ neren Abmessungen der Anschlußflächen eine gute Fertigungs­ sicherheit von Leiterplatten ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Verfahren zum Auf­ bringen von Lot auf Anschlußflächen einer Leiterplatte die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale, das neue Verfahren zur Herstellung eines mit Lot beschichte­ ten Trägers für ein derartiges Verfahren und der damit her­ stellbare Träger die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 8 angegebenen Verfahrensschritte bzw. Merkmale auf.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Verwendung eines Trägers nicht die gesamte Leiterplatte zum Aufbringen von Lot zusätzlichen fototechnischen und chemischen/galvanischen Fertigungsschritten unterzogen werden muß. Diese Verfahrens­ schritte werden lediglich mit einem oder mehreren Trägern durchgeführt, deren Abmessungen insgesamt die Teilbereiche der Leiterplatte abdecken, die mit hochpoligen Bauelementen oder integrierten Schaltkreisen zu bestücken sind und daher einen präzisen Lotauftrag erfordern.

Durch die Verwendung einer Walze oder Platte als Träger kann die Aufbringung des Lots auf die Anschlußflächen der Leiter­ platte in einer Drucktechnik erfolgen.

Durch Erwärmen der Leiterplatte oder ein Vorbehandeln mit Flux kann eine Klebewirkung an den Anschlußflächen erreicht werden, die das Übertragen des Lots beim Andrücken des Trä­ gers erleichtert.

Zusätzlich kann das Lot beim Aufbringen auf die Anschluß­ flächen erwärmt werden, damit es sich leichter vom Träger ablöst und besser auf den Anschlußflächen klebt.

In vorteilhafter Weise kann der Teilbereich, dessen Anschluß­ flächen gleichzeitig durch einen Träger mit Lot versehen wer­ den, die Anschlußflächen genau eines hochpoligen, integrier­ ten Schaltkreises einschließen. Dadurch können Träger bau­ elementespezifisch vorgefertigt und einem Bauelement, das auf den jeweiligen Anschlußflächen bestückt wird, zugeordnet werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Fertigungs­ genauigkeit und zu geringeren Herstellungskosten, da die Träger in größeren Serien herstellbar sind.

Zu einer weiteren Erhöhung der Fertigungsgenauigkeit können an Träger und/oder Leiterplatte Zentrierhilfen zur leichteren Positionierung zueinander vorgesehen werden. Beispielsweise kann an dem Träger eine Markierung angebracht werden, die mit optischen Mitteln erfaßt und zur Lagebestimmung herangezogen wird.

Das Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht an den Stellen des Trägers, an denen sich kein Lot befinden soll, kann in hoher Präzision mit den aus der Leiterplatten­ technologie bekannten fototechnischen Verfahren erfolgen.

Durch eine elektrolytische Abscheidung des Lots auf dem Träger wird eine glatte Oberfläche des Lotdepots erreicht, die zu einer guten Klebewirkung auf den Anschlußflächen der Leiterplatte führt. Zudem kann die Dicke des SnPb-Lots durch Vorgabe der Parameter des Elektrolyseprozesses in einem wei­ ten Einstellbereich mit hoher Genauigkeit vorgegeben werden.

In vorteilhafter Weise ist der Herstellungsprozeß des Trägers von der Leiterplattentechnologie weitgehend unbeeinflußt. Die Lotdepots sind auf dem Träger bereits vor dem Aufbringen des Lots auf die Leiterplatte prüfbar. Fehlerhafte Lotdepots kön­ nen daher in kostengünstiger Weise bereits vor ihrer Aufbrin­ gung auf die Leiterplatte durch Aussondern des Trägers ent­ fernt werden.

Das Verfahren ist ohne weiteres auch zur beidseitigen Auf­ bringung von Lot bei Leiterplatten mit beidseitiger Be­ stückung von oberflächenmontierten Bauelementen verwendbar.

Anhand der Figuren, in denen ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt ist, werden im folgenden Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen in symbolischer, nicht maßstabsgetreuer Darstel­ lung:

Fig. 1 ein Trägersubstrat,

Fig. 2 einen Träger,

Fig. 3 einen mit Fotolack beschichteten Träger,

Fig. 4 einen Träger mit entwickeltem Fotolack,

Fig. 5 einen Träger nach SnPb-Abscheidung,

Fig. 6 einen Träger nach Strippen des Fotolacks,

Fig. 7 ein Verfahren zum Aufbringen von Lot auf eine Leiterplatte,

Fig. 8 eine Leiterplatte mit Lotdepots und

Fig. 9 eine mit einem Bauelement bestückte Leiterplatte.

In den Figuren werden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.

Zur Herstellung eines mit Lot beschichteten Trägers kann so­ wohl ein elektrisch leitendes Basismaterial, z. B. Kupfer, verwendet werden, als auch ein elektrisch isolierendes Mate­ rial, z. B. Glas. Damit das in einem späteren Verfahrens­ schritt aufgebrachte Lot leichter ablösbar ist, weist ein Träger aus einem Trägersubstrat 1 gemäß Fig. 1 vorzugsweise eine vorbehandelte, glatte Oberfläche 2 auf. Wenn der Träger aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, wird ent­ sprechend Fig. 2 die Oberfläche 2 des Trägersubstrats 1 mit einem elektrisch leitenden Material, z. B. durch Bedampfen oder chemisches Beschichten mit einem Metall, beschichtet. Für diese elektrisch leitende Schicht 3 wird vorzugsweise Kupfer verwendet, da sich dieses Metall zur späteren elektro­ lytischen Abscheidung von SnPb-Lot bewährt hat. Die Dicke der Schicht 3 beträgt vorzugsweise weniger als 0,5 µm, da bereits eine sehr geringe Dicke für das elektrolytische Abscheiden von Lot ausreicht und eine derart dünne Schicht 3 einen spä­ teren Lötvorgang kaum beeinflußt.

Auf die Schicht 3 wird gemäß Fig. 3 eine lichtempfindliche Schicht (Fotoresist) aufgebracht. Dabei können flüssige Foto­ resiste oder vorzugsweise Folien verwendet werden. Entspre­ chend Fig. 4 wird dieses Fotoresist belichtet und ent­ wickelt, so daß eine strukturierte, elektrisch isolierende Schicht 5 entsteht, welche die Schicht 3 lediglich an den Stellen bedeckt, an denen sich später kein Lot befinden soll.

Wie in Fig. 5 gezeigt, wird in einem weiteren Schritt auf den freien Stellen der Oberfläche der Schicht 3 durch elek­ trolytische Abscheidung SnPb-Lot aufgebracht, das hier auf zwei Lotdepots 6 und 7 aufgeteilt ist. Die Höhe der Lotdepots 6 und 7 liegt vorzugsweise zwischen 50 µm und 200 µm.

Anschließend wird die elektrisch isolierende Schicht 5 ent­ fernt (Strippen), und ein mit Lot beschichteter Träger, den Fig. 6 zeigt, ist fertiggestellt.

Derartige Träger können kostengünstig bausteinspezifisch ausgeführt und in hohen Stückzahlen gefertigt werden. Auf­ grund der geringen Abmessungen und der fototechnischen Struk­ turierungsverfahren wird eine hohe Fertigungsgenauigkeit er­ reicht. Wenn die Höhe des Lots die Schicht 5 in Fig. 5 über­ steigt, kann das Strippen des Fotoresists entfallen.

In einem weiteren, in den Zeichnungen nicht dargestellten Verfahrensschritt kann, sofern sich die Schicht 3 leichter vom Trägersubstrat 1 löst als das Lot von der Schicht 3, die Schicht 3 durch Ätzen auf die durch das Lot abgedeckten Teile reduziert werden.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird der Träger umgekehrt über An­ schlußflächen 8 und 9 einer Leiterplatte 10 exakt positio­ niert. Damit eine gute Klebewirkung erreicht wird, ist die Leiterplatte 10 mit Flux vorbehandelt und von der Rückseite her erwärmt. Dies geschieht beispielsweise durch eine Be­ strahlung mit Infrarotlicht. Die Anschlußflächen 8 und 9 können auch mit Heißluft von der Bestückseite her kurzzeitig erwärmt werden. Der Träger wird mit den Lotdepots 6 und 7 auf die Anschlußflächen 8 und 9 aufgesetzt und das Trägersub­ strat 1 wieder abgehoben.

Entsprechend Fig. 8 verbleiben nach Abheben des Trägersub­ strats 1 die Lotdepots 6 und 7 aus SnPb-Lot auf den Anschluß­ flächen 8 und 9 der Leiterplatte 10.

Nach einer weiteren Behandlung der Leiterplatte 10 mit Flux wird ein oberflächenmontierbares Bauelement 11 durch einen Bestückautomaten auf den Lotdepots 6 und 7 der Leiterplatte 10 aufgesetzt und dort bis zum anschließenden Lötvorgang durch Klebewirkung gehalten. Fig. 9 zeigt eine Leiterplatte nach diesem Verfahrensschritt.

In vorteilhafter Weise kann das "Drucken" der Lotdepots 6 und 7 auf die Leiterplatte 10 mit demselben Bestückautomaten erfolgen, mit dem auch das Bauelement 11 aufgesetzt wird.

Claims (14)

1. Verfahren zum Aufbringen von Lot auf Anschlußflächen (8, 9) einer Leiterplatte (10), dadurch gekennzeich­ net, daß das Lot (6, 7) von einem Träger (1), der an zu den Anschlußflächen (8, 9) zumindest eines Teilbereichs der Leiterplatte (10) korrespondierenden Stellen mit einer je­ weils vordefinierten Menge Lot (6, 7) für die Anschlußflächen (8, 9) beschichtet ist, auf die Anschlußflächen (8, 9) auf­ gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) walzen- oder plattenförmig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lot (6, 7) durch Kleben vom Träger (1) auf die Anschlußflächen (8, 9) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Lot (6, 7) beim Auf­ bringen auf die Anschlußflächen (8, 9) erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Teilbereich die Anschluß­ flächen (8, 9) eines hochpoligen, integrierten Schaltkreises (11) umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) bauelementespezifisch vorgefertigt ist und einem Bauelement (11), das auf den jeweiligen Anschlußflächen (8, 9) bestückt wird, zugeordnet ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß Träger (1) und/oder Leiter­ platte (10) mit einer Zentrierhilfe zur leichteren Positio­ nierung zueinander versehen sind.

8. Verfahren zur Herstellung eines mit Lot beschichteten Trägers für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

• - Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht (5) an den Stellen eines Trägers (1) mit elektrisch leitender Ober­ fläche, an denen sich kein Lot auf dem Träger befinden soll, und
• - Aufbringen des Lots (6, 7) durch elektrolytische Abschei­ dung auf den freien Stellen der elektrisch leitenden Ober­ fläche.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus elektrisch leitendem Material, z. B. einem Metall, besteht, von dessen Oberfläche das elektrolytisch ab­ geschiedene Lot durch Ziehen ablösbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem elektrisch isolierenden Träger­ substrat (1), z. B. Glas, besteht, dessen Oberfläche (2) elektrisch leitend beschichtet ist durch Aufbringen einer vorzugsweise weniger als 0,5 µm dicken, elektrisch leitenden Schicht (3), z. B. durch Sputtern, Bedampfen oder chemisches Beschichten mit einem Metall.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Aufbringen des Lots (6, 7) die elektrisch isolierende Schicht (5) entfernt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß nach dem Entfernen der elektrisch isolierenden Schicht (5) die elektrisch leitende Schicht (3) entfernt wird, z. B. durch Ätzen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Oberfläche (2) des elektrisch isolierenden Basismaterials (1) des Trägers derart beschaffen ist, daß die verbleibenden Stellen der Schicht (3) zusammen mit dem Lot (6, 7) durch Ziehen ablösbar sind.

14. Träger, der mit einem Verfahren nach einem der Ansprü­ che 8 bis 13 herstellbar ist.