DE19954765A1

DE19954765A1 - Electronic circuit carrier, in particular, circuit board comprises areas which are free from solder stop lacquer, and have a size at least equal to the heat-radiating surfaces of the components in danger of overheating

Info

Publication number: DE19954765A1
Application number: DE1999154765
Authority: DE
Inventors: Juergen Beuthner; Hans-Joerg Schmidt
Original assignee: Technisat Digital GmbH
Current assignee: Technisat Digital GmbH
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2001-06-13

Abstract

The electronic circuit carrier, in particular, in the form of a circuit board (10) comprises areas (11) which are left free from solder stop lacquer (12), and have a size at least equal to the critical heat-radiating surfaces of the electronic components (1, 2) in danger of overheating mounted on these areas. Also claimed is method for producing such circuit boards. It involves use of screen printing techniques for lacquering of the circuit board.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Schaltungs träger, insbesondere eine elektronische Leiterplatte und ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to an electronic circuit carrier, in particular an electronic circuit board and a process for its manufacture.

In elektronischen Geräten werden in der Regel Leiterplat ten eingesetzt, die funktionell die Verbindung der ein zelnen Bauelemente untereinander entsprechend der zu rea lisierenden Schaltung übernehmen.Electronic devices are usually printed circuit boards ten that functionally connect the one individual components among themselves according to the to rea take over the switching circuit.

Diese Leiterplatten bestehen aus zumindest einem Träger material und darauf aufgebrachten, speziell strukturier ten Leiterzügen mit Kontaktflächen für die Aufnahme elek tronischer Bauelemente.These printed circuit boards consist of at least one carrier material and applied, specially structured th conductor tracks with contact surfaces for the elec tronic components.

Das für die Leiterzüge verwendete Material ist vorzugs weise Kupfer, wobei die zu lötenden Kontaktflächen, die als runde oder rechteckige Flächen ausgelegt sein können, entweder metallisch blank bleiben bzw. passiviert werden oder heiß oder chemisch verzinnt werden. Alle anderen Flächen, wie auch die Leiterzüge selbst, werden zur Ver meidung von Oberflächenveränderungen durch Umweltein flüsse und zur Verhinderung von Lötzinnbrücken beim Löt schwallbad mit einer Lackschicht, mit einem sogenannten Lötstopplack, überzogen.The material used for the conductor tracks is preferred wise copper, the contact surfaces to be soldered, the can be designed as round or rectangular areas, either remain shiny metallic or be passivated or can be tinned hot or chemically. All other Areas, like the conductor tracks themselves, are used for ver avoidance of surface changes due to environmental factors flows and to prevent solder bridges when soldering wave pool with a layer of lacquer, with a so-called Solder mask, coated.

Aus konstruktiven und technologischen Gründen wird eine großflächige Beschichtung unter Freilassung der Kontakt flächen durchgeführt. Diese Lötstopplacke auf Epoxydharz basis haben also eine gute Abweisbarkeit gegenüber Fremd stoffen, besitzen die bekannte Temperaturfestigkeit aller Epoxydharze und sind in der Regel zur besseren Sichtbar keit speziell eingefärbt.For constructional and technological reasons, a large-scale coating leaving the contact free areas carried out. This solder mask on epoxy resin basis therefore have good rejectability against third parties fabrics have the known temperature resistance of everyone Epoxy resins and are usually visible for better specially colored.

Für die Betriebsweise der unmittelbar auf der Leiterplat te angeordneten Bauelemente ist sicherzustellen, dass die DIN-Vorschrift EN 60065 eingehalten wird. Für den norma len und gestörten Betrieb sind in Abhängigkeit des Trä germaterials bestimmte Temperaturgrenzwerte einzuhalten. Die im gestörten Betrieb auftretenden Übertemperaturen werden entsprechend dieser Vorschrift durch Kurzschließen oder Abtrennen eines Widerstandes, eines Kondensators oder einer Induktionsspule bestimmt. Andere Lastverhält nisse bleiben dabei unberücksichtigt. In der Praxis kön nen jedoch Bauelemente ihre Eigenschaften so verändern, dass ein vom Kurzschluss- und Leerlauffall abweichender Zustand auftritt. Dieser kann dazu führen, dass die gemäß Standard zulässige Übertemperatur an der Leiterplatten oberfläche deutlich überschritten wird. Das ist besonders dann kritisch, wenn das fehlerhafte Bauelement in gerin gem Abstand auf der Leiterplattenoberfläche angeordnet ist, was besonders typisch für SMD-Bauelemente ist.For the operation of the directly on the circuit board te arranged components is to ensure that the DIN regulation EN 60065 is observed. For the norma len and disturbed operation are dependent on the weary certain temperature limits. The excess temperatures that occur during disturbed operation are short-circuited in accordance with this regulation or disconnecting a resistor, a capacitor or an induction coil. Other load ratios nisse are not taken into account. In practice, However, components change their properties in such a way that a different from the short circuit and open circuit case Condition occurs. This can lead to the according Standard permissible overtemperature on the printed circuit boards surface is clearly exceeded. It is special then critical if the defective component is low arranged according to the distance on the circuit board surface is what is particularly typical of SMD components.

Unter diesen Bedingungen kann nicht ausgeschlossen wer den, dass die Übertragungstemperatur auf der Leiterplat tenoberfläche einen solchen Wert annimmt, dass der Versa gensbereich des Lötstopplackes erreicht wird. Dieser äu ßert sich in der Form, dass die Eigenschaften nicht mehr den vorgegebenen Anforderungen entsprechen und sich irre versibel verändern.Under these conditions, it cannot be excluded who that the transfer temperature on the circuit board surface assumes such a value that the Versa area of the solder resist is reached. This outside Expresses itself in the form that the properties no longer meet the given requirements and are mistaken change versible.

Wird in einem gestörten Betrieb der Versagensbereich er reicht, brechen die Polymerketten des Lötstopplackes auf. Dabei entweichen verschiedene Stoffe beispielsweise Bromwasserstoffsäure als "Feuerlöscher", aber auch leit fähige und daher sehr kritische Polymerkettendämpfe. Letztere schlagen sich dann auch am darüberliegenden Bau element als leitfähige Schicht nieder. Dabei entsteht eine niederohmige Kriechstromstrecke, die wiederum eine weitere Temperaturerhöhung zur Folge hat. So entsteht eine lawinenartige Temperaturerhöhung, die eine Quelle für Gefährdungsmöglichkeiten darstellt.If the failure area becomes in a disturbed operation is sufficient, the polymer chains of the solder resist break open. Various substances escape, for example Hydrobromic acid as a "fire extinguisher", but also conductive capable and therefore very critical polymer chain vapors. The latter then hit the building above element as a conductive layer. This creates a low-resistance leakage current path, which in turn is a further temperature increase results. This is how it is created an avalanche-like temperature rise that is a source for possible hazards.

Den anfangs oben beschriebenen Vorteilen des Lötstopplac kes stehen also auch nachteilige Eigenschaften, wie oben und folgend beschrieben, entgegen. So ist in der DE 197 28 842 A1 eine schlechte Haftfestigkeit zwischen dem Lötstopplack und einem zusätzlich über dem Lötstopplack aufgebrachten elektrisch isolierenden Schutzlackes be schrieben, die dadurch verbessert wird, dass nur die Lei terzüge mit Lötstopplack beschichtet werden, um eine mög lichst große Fläche von der originalen die bessere Haf tung ermöglichende Leiterplattenoberfläche zur Verfügung zu haben. Es ist weiterhin bekannt, dass ein elektrisch hochisolierender Schutzlack mit hoher mechanischer Wider standsfähigkeit auf Epoxydharzbasis hergestellt ist und somit bei Temperaturüberhöhung ähnliche Effekte der Bil dung von leitfähigen Polymerkettendämpfen hervorruft, so dass mit diesem Schutzlack zwar durch äußere Verunreini gungen verursachte Kriechstromstrecken vermieden werden können, aber nicht die Kriechstromstrecken durch Diffusi on leitfähiger Polymere aus dem Lackinneren bei Tempera turüberhöhung. Folglich wird mit einer solchen Zusatziso lierung das hier vorliegende Problem nicht gelöst. Des weiteren müssen bei der alleinigen Beschichtung der Lei terzüge mit Lötstopplack auch deren Flanken mit beschich tet werden. Das bedeutet, dass für die Erstellung eines Drucksiebes für den Lötstopplack die Leiterzugbreiten des Originalleiterzugbildes um einen bestimmten Betrag auto matisch verbreitert werden müssen. Dazu wird ein aufwen diges und teueres Entwurfsprogramm benötigt.The advantages of the solder stopplac described above So there are also disadvantageous properties, as above and described below. So is in the DE 197 28 842 A1 a poor adhesive strength between the Solder mask and an additional one over the solder mask applied electrically insulating protective lacquer be wrote, which is improved by the fact that only the Lei can be coated with solder mask to avoid possible The largest area from the original is the better Haf circuit board surface to have. It is also known to be an electric highly insulating protective lacquer with high mechanical resistance Stability is made on the basis of epoxy resin and thus similar effects of the Bil generation of conductive polymer chain vapors, so that with this protective varnish through external contamination conditions caused by leakage current paths are avoided can, but not the leakage paths through Diffusi on conductive polymers from the interior of the paint at Tempera superelevation. Consequently, with such an additional iso problem solved here. Des more must be used for the sole coating of the Lei Terzug with solder mask also their flanks with coating be tested. That means that for creating a Print screen for the solder mask the conductor widths of the Auto original train picture by a certain amount need to be broadened mathematically. This will be an expense and expensive design program needed.

Damit liegt der Zweck der vorliegenden Erfindung darin, das durch Erhitzen von Bauelementen erzeugte Entweichen leitfähiger, aus einem Lötstopplack und/oder einem Schutzlack auf Epoxydharzbasis herrührender Polymerket tendämpfe, die durch Aufdampfen an den an der Leiterplatte relativ dicht aufliegenden, als Wärmeursache sich herausbildenden Bauelementen eine Kriechstromstrecke bil den, zu verhindern. Es sollen die Brandsicherheit eines elektronischen Gerätes erhöht und Verschmorungsschäden mit den damit verbundenen Ersatzleistungen wegen Nichtre paraturfähigkeit eines Gerätes und Verunreinigungen all gemeiner Art durch Rauchschäden vermieden werden.Thus the purpose of the present invention is the escape generated by heating components more conductive, from a solder mask and / or one Protective varnish based on epoxy resin based polymer chain vapors caused by vapor deposition on the circuit board relatively close, as a cause of heat components forming a leakage current bil to prevent that. Fire safety should be one electronic device increases and charring damage with the associated replacement services due to non repairability of a device and contamination all general kind can be avoided by smoke damage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektro nischen Schaltungsträger, insbesondere eine Leiterplatte, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung zu entwickeln, wobei eine lawinenartige Temperaturerhöhung auf einer Leiterplattenoberfläche an der Stelle eines relativ dicht aufliegenden durch Vorerhitzung erwärmten Bauelementes, das sich durch unbestimmte Störfälle als Störwärmequelle herausgebildet hat, zu verhindern. Der auf dieser Leiter plattenoberfläche befindliche Lack soll nicht permanent bis in seinen Versagensbereich erhitzt und belastet wer den. Es sollen sich permanent keine leitfähigen Polymer ketten an der Leiterplattenoberfläche an dem angrenzenden Bauelementen niederschlagen können.The invention has for its object an electro African circuit board, in particular a printed circuit board, and to develop a process for its production, being an avalanche-like temperature increase on a PCB surface at the location of a relatively dense overlying component heated by preheating, which is characterized by indefinite accidents as a source of interference heat has evolved to prevent. The one on this ladder Lacquer on the surface of the plate should not be permanent heated up to his failure area and stressed the. There should be no conductive polymer permanently chains on the circuit board surface at the adjacent one Can precipitate components.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen elektroni schen Schaltungsträger entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltende Merk male sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben. Hergestellt werden diese Schaltungsträger durch jeweils ein Verfahren gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der An sprüche 4 bis 7.According to the invention, the task is carried out by an electroni circuit carriers according to the characteristic Features of claim 1 solved. Designing note male are described in subclaims 2 and 3. These circuit carriers are manufactured by a method according to the characterizing features of the An sayings 4 to 7.

Damit wird das durch Erhitzen von Bauelementen erzeugte Entweichen leitfähiger und auf Epoxydharz basierender Po lymerkettendämpfe, die durch Aufdampfen an den an dar Leiterplatte relativ dicht aufliegenden, als Wärmeursache sich herausbildenden Bauelementen eine Kriechstromstrecke bilden, verhindert. Die Brandsicherheit von elektroni schen Geräten wird erhöht und Verschmorungsschäden mit den damit verbundenen Ersatzleistungen wegen Nichtreparaturfähigkeit eines Gerätes und Verunreinigungen allgemei ner Art durch Rauchschäden werden vermieden.This is what is generated by heating components Escaping conductive and based on epoxy resin Po Lymer chain vapors, which are produced by vapor deposition on the PCB lying relatively close, as a cause of heat developing components a leakage current path form, prevented. Fire safety from elektroni devices is increased and charring damage the associated replacement services due to non-repairability of a device and general contamination ner kind by smoke damage are avoided.

Weitere Vorteile sind bei der konstruktiven Gestaltung der lackfreien Flächen zu sehen. Beispielsweise sind bei der Erstellung der partiellen relativ kleinflächigen Aus sparungen für eine lötstopplackfreie Fläche am Layout des Lötstopplacksiebes einfachste manuelle Konstruktionsfer tigkeiten nötig. Mit dieser Methode sind Veränderungen in der Drucksiebgestaltung schnell, unkompliziert und billig realisierbar, ohne auf ein aufwendiges Entwurfssystem zu rückgreifen zu müssen.Other advantages are the constructive design of the paint-free surfaces. For example, at the creation of the partial relatively small area savings for a solder-free surface on the layout of the The simplest manual construction remover actions necessary. With this method, changes are made in the design of the printing screen quickly, easily and cheaply feasible without going to an elaborate design system to have to resort.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung an einem Aus führungsbeispiel und anhand von Zeichnungen näher erläu tert.Hereinafter, the present invention will be off management example and with reference to drawings tert.

Fig. 1 zeigt beispielsweise eine Darlington-Stufe und Fig. 1 shows, for example, a Darlington stage, and

Fig. 2 deren Realisierung auf einer Leiterplatte gemäß dem Stand der Technik. In Fig. 1 sind zwei Bauelemente, bei spielsweise zwei Transistoren (1, 2), mit den Elektroden für Basis, Emitter und Kollektor (3', 4', 5' und 6', 7', 8') über die Verbindungsleitungen (9) zu einer Darlington- Stufe zusammengeschaltet. Fig. 2 zeigt eine Leiterplat te (10) mit der räumlichen Anordnung der Transisto ren (1, 2) und deren Anschluss-Kontaktflächen (3, 4, 5 und 6, 7, 8) für Basis, Emitter und Kollektor, den Verbindungs leitungen (9), einen lötstopplackfreien Raum (11) an den Anschluss-Kontaktflächen und eine großflächig ausgeführte Lötstopplackfläche (12). Fig. 2 their implementation on a circuit board according to the prior art. In Fig. 1, two components, for example two transistors ( 1 , 2 ), with the electrodes for the base, emitter and collector ( 3 ', 4 ', 5 'and 6 ', 7 ', 8 ') via the connecting lines ( 9 ) interconnected to a Darlington stage. Fig. 2 shows a printed circuit board te ( 10 ) with the spatial arrangement of the Transisto ren ( 1 , 2 ) and their connection contact surfaces ( 3 , 4 , 5 and 6 , 7 , 8 ) for the base, emitter and collector, the connecting lines ( 9 ), a space ( 11 ) free of solder mask at the connection contact surfaces and a large-area solder mask surface ( 12 ).

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Lösung. Unter den bei den Bauelementen, beispielsweise den Transistoren (1, 2) ist eine lötstopplackfreie Fläche (11) zusätzlich zu den zu den bereits bestehenden lötstopplackfreien Flächen der Anschluss-Kontakte angeordnet. Das Ausmaß der lötstopp lackfreien Fläche (11) ist in der vorliegenden Zeichnung größer als die Projektionsfläche des sich darüber befindlichen Bauelementes (1.2). Sie muss aber mindestens die gleiche Größe wie die kritische, hitzeabstrahlende Fläche überhitzungsgefährdeter Bauelemente besitzen. In der Pra xis kann die kritische, hitzeabstrahlende Fläche eines Bauelementes kleiner als seine Projektionsfläche sein. Im Vergleich zu Fig. 2 ist ferner ersichtlich, dass die löt stopplackfreien Flächen (11) durch Verlegung der Leiter züge (9) leiterzugfrei gestaltet sind. Das in der Abbil dung dargestellte Druckbild des Lötstopplackes mit seinen Aussparungen ist durch ein Siebdruckverfahren mit Hilfe eines speziell dafür entworfenen Drucksiebes hergestellt. Fig. 3 shows the solution according to the invention. Among the components, for example the transistors ( 1 , 2 ), a surface ( 11 ) free of solder mask is arranged in addition to the surfaces of the connection contacts which are already free of solder mask. The extent of the solder-free paint-free surface ( 11 ) is larger in the present drawing than the projection surface of the component ( 1.2 ) located above it. However, it must have at least the same size as the critical, heat-radiating surface of components that are at risk of overheating. In practice, the critical, heat-radiating area of a component can be smaller than its projection area. In comparison to Fig. 2 it can also be seen that the solder-free surfaces ( 11 ) by laying the conductors ( 9 ) are designed to be free of conductors. The print image of the solder resist with its recesses shown in the illustration is produced using a screen printing process with the help of a specially designed printing screen.

Claims

1. Electronic circuit carrier, in particular a printed circuit board ( 10 ), with applied conductor structures ( 9 ) for a line connection, contact surfaces ( 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 ) for contacting electrical components and a large area over the circuit board with release of the contact surfaces applied, existing on epoxy resin-based solder mask ( 12 ), characterized in that under heat-sensitive components ( 1 , 2 ) a solder mask-free area ( 11 ) has at least the size of the critical, heat-radiating area of overheated components.

2. Electronic circuit carrier according to claim 1 with an additionally applied, epoxy resin-based protective coating, characterized in that under heat-sensitive components ( 1 , 2 ) a solder-free lacquer and / or protective lacquer-free surface ( 11 ) at least the size of the critical, heat-radiating surface overheating components at risk.

3. Electronic circuit carrier according to claim 1, characterized in that the solder resist and / or protective lacquer-free surface ( 11 ) is free of components connecting conductor lines ( 9 ).

4. A method for producing an electronic scarf device carrier according to claims 1 to 3, characterized in that under heat-sensitive components ( 1 , 2 ) has a solder resist and / or protective lacquer-free surface ( 11 ) of at least the size of the critical, heat radiation the surface components that are at risk of overheating are screen printed using a screen designed for coating.

5. A method for producing an electronic scarf device carrier according to claims 1 to 3, characterized in that under heat-sensitive components ( 1 , 2 ) a solder resist and / or protective varnish-free surface ( 11 ) of at least the size of the critical, heat radiation, the surface components that are at risk of overheating in the photo printing process with the help of a specially designed working film.

6. The method for producing an electronic scarf device carrier according to claim 1 to 3, characterized in that under heat-sensitive components ( 1 , 2 ) a solder resist and / or protective lacquer-free surface ( 11 ) of at least the size of the critical, heat-radiating surface overheating-prone components is generated by subsequent mechanical removal of the paint.

7. The method for producing an electronic scarf device carrier according to claim 1 to 3, characterized in that under heat-sensitive components ( 1 , 2 ) a solder-free and / or protective lacquer-free surface ( 11 ) of at least the size of the critical, heat radiation, the surface of components prone to overheating is generated by a recess on the electronic circuit carrier.