DE19753125A1

DE19753125A1 - Verfahren zur Überbrückung von Leiterbahnen bei der Oberflächenmontage von Leiterplatten

Info

Publication number: DE19753125A1
Application number: DE19753125A
Authority: DE
Inventors: Roland Pfleghar
Original assignee: AKO Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl AKO Stiftung and Co KG
Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1997-11-29
Publication date: 1999-06-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer in oberflächenmontierbarer Technik (SMD) bestückten, mit elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen versehenen Leiterplatte, bei welcher mindestens zwei der Leiterbahnen elektrisch miteinander verbunden werden sollen, mit den Verfahrensschritten:

(a) Erzeugen von elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen auf einem Substrat,
(b) Aufbringen einer Isolierschicht auf das mit Leiterbahnen versehene Substrat, und
(c) Erzeugen von Ausnehmungen in der Isolierschicht an vorbestimmten Stellen, welche sich über elektrisch miteinander zu verbindenden Leiterbahnen befinden.

Die Herstellung von gedruckten Schaltungen und Leiterplatten geschieht im wesentlichen durch drei Bestückungsvarianten:

Bei der Einsteckmontage wird zunächst eine Leiterplatte mit Leiterbahnen versehen. In der Leiterplatte werden an bestimmten Stellen Bohrungen vorgesehen, in welche bedrahtete Bauelemente mit ihren Anschlußpins gesteckt und verlötet werden.

Bei der Hybridtechnik werden die aktiven Bauteile mit Hilfe der sogenannten Planartechnik hergestellt und die passiven Bauteile werden aufgedampft.

Bei der Oberflächenmontage (SMD = Surface Mounted Device) werden anstelle von bedrahteten Bauelementen flach auflötbare Bauelemente auf die Leiterplatte gebracht. Diese flach auflötbaren Bauelemente sind ganz besonders für eine automatische Bestückung der Leiterplatte geeignet. Die automatische Bestückung erfolgt mittels sogenannten Bestückungsautomaten, wobei die Bauelemente in Verpackungen untergebracht werden und mit diesen Verpackungen dem Bestückungsautomaten zugeführt. Eine solche Verpackungsart ist die sogenannte Gurtverpackung, bei welchem die Bauelemente hintereinander in einem Gurt liegen.

Die Vorteile der Oberflächenmontage sind die rationelle Baugruppen-Fertigung, die Verkleinerung der Flachbaugruppen und die Erhöhung der Zuverlässigkeit. Während bei der Einsteckmontage die Bauelemente nur auf einer Seite plaziert sind und auf der anderen Seite gelötet werden, können bei der Oberflächenmontage auch auf beiden Seiten Bauelemente aufgebracht werden, wobei als nicht unwesentlich anzusehen ist, daß die Vielzahl von Bohrungen für die herkömmliche Einsteckmontage entfallen kann. Die Bauelemente für die Oberflächenmontage werden plan mittels Lötpaste oder mit einem nichtleitenden Kleber auf der Leiterplatte fixiert und anschließend gelötet.

Für die Überbrückung von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte werden bei der Oberflächenmontage zwei verschiedenen Verfahren alternativ verwendet:

Bei dem ersten Verfahren werden, wie bei der Einsteckmontage, bei der Bestückung der Leiterplatte Drahtbrücken eingesetzt, die mit ihren Enden in Bohrungen der Leiterplatte eingesteckt und dort verlötet werden. Zusätzlich ist man aber auch schon dazu übergegangen, Leiterbahnen mit Widerständen in SMD-Technik und 0-Ohm- Widerstandswert einzusetzen. Dies ist aber wegen der extrem kleinen Widerstände nur für maximal zwei nebeneinanderliegenden Leiterbahnen möglich. Dazu wird es als Nachteil angesehen, daß für die Überbrückung Widerstände hergenommen werden, die sich nur bedingt für eine Überbrückung eignen und dem Wesen nach eine andere Funktion beinhalten.

Bei dem zweiten Verfahren, der sogenannten "Carbon-Tecknik", werden zunächst elektrisch voneinander getrennte Leiterbahnen auf einem Substrat erzeugt. Darüber kann dann ein Lötstoplack gedruckt werden. Anschließend wird eine Isolierschicht auf das mit Leiterbahnen versehene Substrat aufgebracht. Bei dem Auftragen der Isolierschicht werden Stellen auf den Leiterbahnen freigehalten, welche miteinander verbunden werden sollen. In dieser Art werden also Ausnehmungen an vorbestimmten Stellen in der Isolierschicht erzeugt, welche sich über elektrisch miteinander zu verbindenden Leiterbahnen befinden. In einem weiteren Druckvorgang wird dann eine leitende Carbonschicht aufgebracht. Die Carbonschicht steht dann mit den elektrisch miteinander zu verbindenden Leiterbahnen in Kontakt und bildet damit Überbrückungsglieder, über welche die entsprechende Leiterbahnen elektrisch miteinander verbunden sind. Anschließend wird die Leiterplatte mit Bauelementen bestückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich bei der Oberflächenmontage optimal für die Überbrückung von Bauelementen und Bauteilen, insbesondere für die Überbrückung von Leiterbahnen auf einer Leiterplatte eignet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

(d) die elektrisch miteinander zu verbindende Leiterbahnen während des Bestückungsvorganges durch ein aus einem lötbaren und elektrisch leitenden Draht bestehendes Überbrückungsglied elektrisch miteinander verbunden werden, wobei elektrisch leitende und nichtleitende Elemente und Bauteile, insbesondere Leiterbahnen, durch das Überbrückungsglied überbrückt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung werden also die notwendigen Überbrückungsglieder nicht in einem gesonderten Druckvorgang mit einer Carbonschicht, sondern in einfacher Weise erst bei der Bestückung der Leiterplatte erzeugt. Der zusätzliche Druckvorgang entfällt somit und die Herstellung der Leiterplatte wird erheblich vereinfacht.

Das Überbrückungsglied wird von einem einfachen Draht gebildet, der einfach auf die Isolierschicht aufgelegt wird und in einem Lötverfahren (z. B. Reflow-Lötung) zusammen mit den übrigen Bauelementen verlötet wird.

Da die erfindungsgemäßen Überbrückungsglieder direkt auf eine Isolierschicht der Leiterplatte gelegt werden, können die dafür verwendeten Drähte unisoliert sein. Die Form der Drähte ist dabei unkritisch. Beispielsweise können die Drähte im Querschnitt flach oder rund ausgebildet sein. Die als Überbrückungsglieder dienenden Drähte können auch einen beliebigen Verlauf auf der Leiterplatte nehmen, so daß die Gestalt der Drähte an die vorliegenden Verhältnisse angepaßt werden kann. Die Drähte können also beispielsweise einen geraden, einen gebogenen, einen wellenförmigen oder einen schlangenförmigen Verlauf nehmen.

Die Drähte können manuell bestückt werden. Vorteilhafterweise erfolgt jedoch die Bestückung mit den Drähten automatisch mittels eines Bestückungsautomaten, wie er für die Bestückung der sonstigen Bauelemente der Leiterplatte eingesetzt wird. Dabei kann der Draht auf einer Rolle aufgewickelt sein. Der Draht wird dann von der Rolle abgezogen und auf eine jeweils erforderliche Länge abgetrennt. Die Drähte können aber auch einzeln in einer Halterung, beispielsweise in einem Magazin oder in einer sogenannten Gurtverpackung gehaltert und mit diesem dem Bestückungsautomaten bzw. der entsprechenden Lötstelle zugeführt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung und zeigt eine Leiterplatte mit Leiterbahnen, Lötstoplack, Isolierschicht und einem als flacher Draht ausgebildeten Überbrückungsglied.

Fig. 2 ist eine Seitenansicht der mit dem flachen Draht bestückten Leiterplatte von Fig. 1.

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 1 und zeigt die Bestückung der Leiterplatte mit einem als runder Draht ausgebildeten Überbrückungsglied.

In den Fig. 1-3 ist mit 10 ein Substrat bezeichnet. Auf dem Substrat 10 befinden sich Leiterbahnen. In Fig. 1 sind fünf solche Leiterbahnen 12, 14, 16, 18 und 20 dargestellt. Auf dem Substrat 10 und auf den Leiterbahnen 12, 14, 16, 18 und 20 befindet sich eine Lötstoplackschicht 22. Über die Lötstoplackschicht 22 befindet sich eine Isolierschicht 24 in Form von Isolierlack. In der Isolierschicht 24 sind zwei Ausnehmungen 26 und 28 vorgesehen. Dabei befindet sich die Ausnehmung 26 über der Leiterbahn 20 und die Ausnehmung 28 über der Leiterbahn 12. Auf der Isolierschicht 24 quer über den Leiterbahnen 12-20 befindet sich einen Draht 30 (Fig. 1 und 2) bzw. 30' (Fig. 3) mit einem ersten Ende 32 bzw. 32' und einem zweiten Ende 34 bzw. 34'. Das erste Ende 32 bzw. 32' des Drahtes 30 bzw. 30' ist über eine Lötstelle 36 bzw. 36' mit der Leiterbahn 20 mechanisch und elektrisch verbunden. Das zweite Ende 34 bzw. 34' des Drahtes 30 bzw. 30' ist über eine Lötstelle 38 bzw. 38' mit der Leiterbahn 12 mechanisch und elektrisch verbunden. In dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Draht 30 flach ausgebildet. In dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Draht 30' rund ausgebildet. Es sein jedoch bemerkt, daß auch andere Formen des Drahtes möglich sind.

Die in Fig. 1-3 dargestellten Leiterplatten werden wie folgt hergestellt:

Zunächst werden die Leiterbahnen 12-20 auf dem Substrat 10 erzeugt. Diese Leiterbahnen 12-20 bestehen üblicherweise aus Kupfer und werden oftmals mit einer dünnen (etwa 35 µm) Leiterbahnschicht überdruckt. Darüber kann dann die Lötstoplackschicht 22 mit unterschiedlichen Eigenschaften gedruckt werden. Diese Lötstoplackschicht 22 befindet sich dabei in einer sehr dünnen Schicht auch oberhalb der Leiterbahnen 12-20. Die Pads für den Einsatz von Bauelementen werden bei allen Druckvorgängen freigehalten. Über die Leiterbahnen 12-20 mit Lötstoplackschicht 22 wird dann die Isolierschicht 24 als nächste Schicht gedruckt, um eine Isolierung von 2,5 kV zu gewährleisten. Bei dem Auftragen der Isolierschicht 24 werden die Stellen (Ausnehmungen 26 und 28) der Leiterbahnen 12-20 freigehalten, auf denen die Überbrückungsglieder (Drähte 30 bzw. 30') aufzutragen sind. Diese Stellen werden mit Lötpaste versehen. Auf diese wird dann der Draht 30 bzw. 30' gelegt. Eine in dieser Weise bestückte Leiterplatte kann dann im Reflow-Lötverfahren fertiggestellt werden, wobei während der Reflow-Lötung die Lötpaste und andere Lötstellen wie in einer Mikrowelle erhitzt werden, dadurch verflüssigen und so die elektrische und mechanische Verbindung herstellen.

Die Bestückung der Leiterplatte mit dem Draht 30 bzw. 30' kann entweder manuell oder automatisch mittels eines Bestückungsautomaten erfolgen. Solche Bestückungsautomaten sind an sich bekannt und daher hier nicht im einzelnen beschrieben. Der Draht 30 bzw. 30' kann sich dabei auf einer Rolle befinden, von der er axial abgezogen und in der gewünschten Länge zugeschnitten wird.

Bei einem Bestückungsautomaten werden die Bauelemente normalerweise in Halterungen zugeführt. Auch die Drähte 30 bzw. 30' können in solchen Halterungen, z. B. in Gurtverpackungen vorhanden sein. Solche Halterungen sind an sich bekannt und daher hier nicht im einzelnen beschrieben.

In den Fig. 1-3 ist der Draht 30 bzw. 30' als gerader Draht dargestellt. Je nach Lage der Ausnehmungen 26 und 28 kann der Draht jedoch auch einen anderen Verlauf auf der Leiterplatte haben.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer in oberflächenmontierbarer Technik (SMD) bestückten, mit elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen versehenen Leiterplatte, bei welcher mindestens zwei der Leiterbahnen elektrisch miteinander verbunden werden sollen, mit den Verfahrensschritten:

(a) Erzeugen von elektrisch voneinander getrennten Leiterbahnen (12, 14, 16, 18, 20) auf einem Substrat (10),
(b) Aufbringen einer Isolierschicht (24) auf das mit Leiterbahnen (12, 14, 16, 18, 20) versehene Substrat (10), und
(c) Erzeugen von Ausnehmungen (26, 28) in der Isolierschicht (24) an vorbestimmten Stellen, welche sich über elektrisch miteinander zu verbindenden Leiterbahnen (12, 20) befinden,
dadurch gekennzeichnet, daß
(d) die elektrisch miteinander zu verbindende Leiterbahnen (12, 20) während des Bestückungsvorganges durch ein aus einem lötbaren und elektrisch leitenden Draht (30, 30') bestehendes Überbrückungsglied elektrisch miteinander verbunden werden, wobei elektrisch leitende und nichtleitende Elemente und Bauteile, insbesondere Leiterbahnen (14, 16, 18), durch das Überbrückungsglied überbrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines unisolierten Drahtes (30, 30') als Überbrückungsglied.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines im Querschnitt flach ausgebildeten Drahtes (30) als Überbrückungsglied.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines im Querschnitt rund ausgebildeten Drahtes (30') als Überbrückungsglied.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines zur Anpassung an die vorliegenden Verhältnisse eine von einer geraden Form abweichende Gestalt besitzenden Drahtes als Überbrückungsglied.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestückung der Leiterplatte mit dem Draht (30, 30') manuell erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestückung der Leiterplatte mit dem Draht (30, 30') automatisch mittels eines Bestückungsautomaten erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (30, 30') axial von einer Rolle abgezogen wird und auf eine jeweils erforderliche Länge abgetrennt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von solchen Drähten (30, 30') in einer Hakerung gehaltert wird und mit diesem dem Bestückungsautomaten zugeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung von einer Gurtverpackung gebildet wird.