DE19802580A1

DE19802580A1 - Elektrischer Schaltungsträger

Info

Publication number: DE19802580A1
Application number: DE1998102580
Authority: DE
Inventors: Henryk Frenzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-08-05

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltungsträger, auf dem elektronische Bauelemente angeordnet sind, die unter einander durch Leiterbahnen miteinander verbunden sind. Sol che Schaltungsträger werden auch als Leiterplatten bezeich net.

Leiterplatten, die aus einer Trägerplatte aus Isoliermaterial und darauf aufkaschierten elektrisch leitenden Schichten be stehen, sind hinreichend bekannt. Solche Leiterplatte können auch Durchkontaktierungen aufweisen, durch die die elektrisch leitenden Schichten auf der Oberseite der Leiterplatte mit denen auf der Unterseite elektrisch verbunden werden. Wenn solche Leiterplatten mit anderen Leiterplatten verbunden wer den, so werden üblicherweise Steckverbinder verwendet. Dabei ist ein Steckerteil auf der ersten Leiterplatte und das dazu passende, andere Steckerteil auf der zweiten Leiterplatte be festigt. Es wird also ein Steckverbinder als ein zusätzliches Bauteil benötigt, dessen Teile sowohl an die eine als auch an die andere Leiterplatte üblicherweise gelötet wird.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Leiterplatte zu schaffen, die einfach aufgebaut ist sowie einfach und zu verlässig mit einer anderen Leiterplatte elektrisch zu ver binden ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Dabei weist die Leiterplatte Löt stifte auf, die aus der Leiterplatte herausragen. Die Löt stifte sind Teil der Leiterplatte und sind vollständig von einer elektrisch leitenden Schicht umgeben. Diese Lötstifte können dann in Bohrungen einer zweiten Leiterplatte einge steckt und dort verlötet werden. Somit wird eine einfache und elektrisch sowie mechanisch zuverlässige Verbindung zwischen zwei Leiterplatten geschaffen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüche gekennzeichnet. So können die Lötstifte durch Fräsen oder Stanzen der Leiterplatte hergestellt werden. Üb licherweise sind die leitenden Schichten aus Kupfer herge stellt, die anschließend verzinnt werden. Die elektrisch lei tende Schicht der Lötstifte werden in einem Arbeitsgang zu sammen mit den Leiterbahnen und den Durchkontaktierungen, falls welche vorhanden sind, hergestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einer erfindungsgemäßen Leiter platte,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte gemäß Fig. 1, die mit einer anderen Leiterplatte elektrisch verbunden ist,

Fig. 3A bis 3H Schnitte durch eine Leiterplatte, deren Lötstifte und Durchkontaktierungen in Panel-Plating-Technik hergestellt sind, und

Fig. 4A bis 4K Schnitte durch eine Leiterplatte, deren Lötstifte und Durchkontaktierungen in Pattern-Plating-Technik hergestellt sind.

Ein erfindungsgemäßer Schaltungsträger (im folgenden als er ste Leiterplatte 1 bezeichnet; Fig. 1) weist nicht darge stellte Leiterbahnen auf, durch die elektrische Verbindungen zu einem oder zu und zwischen mehreren Bauelementen 2 auf der Leiterplatte 1 geschaffen werden. Um diesen Leiterplatte 1 mit einer zweiten Leiterplatte 3 elektrisch zu verbinden, weist die erfindungsgemäße Leiterplatte 1 einen oder mehrere Lötstifte 4 zumindest an einer ihrer Stirnseiten auf.

Zu den Lötstiften 4 führen je nach Bedarf Leiterbahnen, die auch mit den Bauelementen 2 elektrisch verbunden sind. Somit wird eine elektrische Verbindung von den Bauelementen 2 zu den Lötstiften 4 hergestellt.

Mit Hilfe dieser Lötstifte 4 wird die Leiterplatte 1 gemäß Fig. 2 mit der zweiten oder weiteren Leiterplatten 3 elek trisch verbunden, indem die Lötstifte 4 durch Bohrungen 5 der zweiten Leiterplatte 3 gesteckt werden und anschließend ver lötet werden.

Damit eine zuverlässige Lötverbindung zwischen den Lötstiften 4 und der zweiten Leiterplatte 3 hergestellt wird, sind die Lötstifte 4 umlaufend mit einer Metallschicht versehen. Diese Beschichtung wird zusammen mit den Leiterbahnen und eventuell vorhandenen Durchkontaktierungen der Leiterplatte 1 in einem Arbeitsgang hergestellt.

Zum vollständigen Metallisieren der Lötstifte 4 oder zum Her stellen von Durchkontaktierungen können die beiden folgenden Fertigungsverfahren verwendet werden: Zum einen die Panel-Plating-Technik (Fig. 3A bis 3H) und zum anderen die Pat tern-Plating-Technik (Fig. 4A bis 4K). In den Fig. 3 und 4 tragen Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion dieselben Bezugszeichen.

Bei der Panel-Plating-Technik wird eine Leiterplatte 1 mit einer Trägerplatte 6 aus Isoliermaterial verwendet, deren Ober- und Unterseite jeweils vollständig mit einer Metall schicht 7 versehen ist. In die Trägerplatte 6 werden bei Be darf Löcher 8 (Fig. 3A) gebohrt, und zwar an den Stellen, an denen eine elektrische Verbindung (als Durchkontaktierung be zeichnet) zwischen den Leiterbahnen auf der Oberseite und de nen auf der Unterseite der Leiterplatte 1 gewünscht wird.

Die Leiterplatte 1 ist in ihrer Größe auf den Platzbedarf der Bauelemente 2 abgestimmt, mit denen sie später bestückt wird. Zumindest ein Randbereich der Leiterplatte 1 wird mit den Lötstiften 4 versehen. Hierzu werden diese durch Fräsen oder Stanzen der Leiterplatte 1 hergestellt. Sie ragen randseitig aus der Leiterplatte 1 heraus.

Anschließend wird eine Leitschicht 9 (Fig. 3B) auf die ge samte Oberfläche der vorgefertigten Leiterplatte 1 aufgetra gen. Die Leitschicht 9 befindet sich dann sowohl auf der Ober und Unterseite der Leiterplatte 1, auf der gesamten Oberflä che der Löcher 8 als auch auf der Umfangsoberfläche der Löt stifte 4. Anschließend wird die gesamte Oberfläche galvanisch vorzugsweise mit einer photopositiven Kupferkaschierung 10 (Fig. 3C) versehen. Statt Kupfer können auch Kaschierungen aus einem anderen, elektrisch gut leitenden Material, wie Gold oder Silber verwendet werden.

Danach wird eine Positivmaske 12 (Fig. 3D) aufgebracht und die Trägerplatte mit UV belichtet sowie anschließend in einen Entwickler gegeben. Somit können die freistehenden Teile der elektrisch leitenden Schichten wegätzen werden (Fig. 3E). Die Positivmaske 12 wird anschließend entfernt (Fig. 3F) und ein Lötstopplack 13 (Fig. 3G) aufgetragen. Danach werden diejenigen Teile mit einer Zinnschicht 14 heißverzinnt (Fig. 3H), an denen dann später Lötstellen vorzusehen sind, damit später die Lötstelle vollständig mit Lot benetzt werden kön nen.

Bei der Pattern-Plating-Technik wird nach Bohren der Löcher 8 (Fig. 4A) und Aufbringen der Leitschicht 9 (Fig. 4B) eine Negativmaske 15 (Fig. 4C) auf die in einem späteren Arbeits schritt zu entfernenden Stellen der Metallschicht 7 aufge bracht. Danach wird galvanisch Kupfer 10 (Fig. 4D) aufge bracht und die Oberflächen galvanisch mit einer Blei-Zinn-Ver bindung (Fig. 4E) als Metallresist 16 beschichtet. Nach Entfernen der Negativmaske 15 (Fig. 4F) werden die freiste henden Teile weggeätzt (Fig. 4G) und die freistehenden Blei- Zinn-Verbindungen entfernt (Fig. 4H). Anschließend wird ein Lötstopplack 13 (Fig. 4I) aufgebracht und die noch freien Oberflächen der elektrisch leitenden Schichten (Metallschicht 7 und Kupferkaschierung 10) heißverzinnt (Fig. 4K).

Diese beiden Verfahren können zum Beschichten sowohl der Lö cher 8 in der Leiterplatte 1 (für die Durchkontaktierungen) als auch für das Beschichten der Lötstifte 4 angewandt wer den, auch wenn diese Verfahren in den Fig. 3A bis 4K nur für Durchkontaktierungen dargestellt ist.

Bei Durchkontaktierungen werden die Löcher 8 rundum mit elek trisch leitenden Schichten 9, 10, 14 versehen. Ebenso werden die Lötstifte 4 umlaufend mit elektrisch leitenden Schichten 9, 10, 14 umgeben. Da die Oberfläche der Lötstifte 4 rundum verzinnt ist, wird jeder Lötstift 4 später beim Löten rundum mit geschmolzenem Lot gut benetzt. Da die Durchkontaktierun gen auch verzinnt sind, fließt das Lot beim Löten auch in die Bohrungen der zweiten Leiterplatte 3 und füllt diese rundum aus.

Nach Erkalten des Lots ist ein Lötkegel vorhanden, aus dem nur noch die vordere Spitze eines Lötstiftes herausschaut. Deshalb wird eine zuverlässige Lötstelle um jeden Lötstift 4 mit einer zuverlässigen elektrischen Verbindung hergestellt. Infolgedessen sind die beiden Leiterplatten 1, 3 nach Erstar ren des Lots fest und dauerhaft sowohl mechanisch als auch elektrisch miteinander verbunden.

Die Bauelemente 2 der ersten Leiterplatte 1 werden bereits vorher ein einem ersten Arbeitsgang gelötet oder geklebt. Das Löten der Lötstifte 4 geschieht danach in einem zweiten Ar beitsgang, beispielsweise durch Schwallöten. Die Lötstellen der ersten Leiterplatte 1 werden dadurch nicht beeinträch tigt.

Die erfindungsgemäße Leiterplatte hat den Vorteil, daß für das Metallisieren der Lötstifte 4 kein separater Arbeits schritt benötigt wird. Wenn die Leiterplatte 1 mit ihren Löt stiften 4 durch die Bohrungen 5 der zweiten Leiterplatte 3 hindurchgesteckt ist, kann die zweite Leiterplatte 3 mit ih ren Bauelementen in einem Arbeitsschritt zusammen mit den Lötstiften 4 gelötet werden. Auf diese Weise wird eine einfa che und zuverlässige elektrische Verbindung zwischen zwei Leiterplatten 1, 3 geschaffen.

Die Lötstifte 4 sind keine separaten Teile, die an der ersten Leiterplatte 1 befestigt werden, sondern sind durch Bearbei ten (Sägen, Fräsen, Stanzen) der ersten Leiterplatte 1 ent standen. Das Material der Trägerplatte 6 verleiht den Löt stiften 4 eine mechanische Stabilität. Zusätzlich wird diese Stabilität durch die metallische Schichten 9, 10, 14 ver stärkt. Auch die Lötstellen an den Lötstiften 4 stärken den mechanischen Halt der ersten Leiterplatte 1 in der zweiten Leiterplatte 3.

Die Lötstifte 4 der ersten Leiterplatte 1 können auch als Steckerstifte verwendet werden. Sie bilden dann einen Teil eines Steckverbinders, der dann in einen passenden Gegenstec ker eingesteckt wird, um eine elektrische Verbindung zwischen der Schaltung auf der ersten Leiterplatte 1 und einer Schal tung herzustellen, die mit dem Gegenstecker verbunden ist. Da die Steckerstifte in Form der Lötstifte 4 vollständig mit elektrisch leitenden Schichten umgeben sind, wird dadurch ei ne zuverlässige elektrische Verbindung geschaffen, zumal sich dem Gegenstecker eine genügend große Kontaktfläche (gesamte Oberfläche der Lötstifte 4) bietet.

Claims

1. Elektrischer Schaltungsträger, der aufweist

- eine Trägerplatte (6) aus Isoliermaterial, die auf ihrer Oberseite und auf ihrer Unterseite mit elektrisch leitenden Schichten (9, 10, 14) als Leiterbahnen und gegebenenfalls mit elektrisch leitenden Durchkontaktierungen in Löchern (8) der Trägerplatte (6) versehen ist, und
- Kontaktstifte (4), die Teil der Trägerplatte (6) sind und aus deren Stirnseite herausragen, wobei die Kontaktstifte von zumindest einer elektrisch leitenden Schicht (9, 10, 14) umlaufend umgeben sind.

2. Schaltungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (4) durch Fräsen oder Stanzen der Trä gerplatte (6) hergestellt sind.

3. Schaltungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Schichten (9, 10, 14) aus Kupfer, Zinn, Gold oder Silber hergestellt sind.

4. Schaltungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchkontaktierungen und die leitenden Schichten (9, 10, 14) der Kontaktstifte (4) mit Hilfe einer Panel-Plating-Technik oder einer Pattern-Plating-Technik hergestellt wer den.

5. Schaltungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Schichten (9, 10, 14) um die Kontaktstifte (4) zusammen mit den Leiterbahnen und gegebe nenfalls mit den Durchkontaktierungen in denselben Arbeits gängen hergestellt sind.