DE2343235A1 - Printed cct boards - enables mounting and connecting of subminiature components with soldering surfaces on one side - Google Patents

Printed cct boards - enables mounting and connecting of subminiature components with soldering surfaces on one side

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DE2343235A1 DE19732343235 DE2343235A DE2343235A1 DE 2343235 A1 DE2343235 A1 DE 2343235A1 DE 19732343235 DE19732343235 DE 19732343235 DE 2343235 A DE2343235 A DE 2343235A DE 2343235 A1 DE2343235 A1 DE 2343235A1
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Abstract

Components are placed on a prepared for soldering printed circuit board with their soldering surfaces downwards. A concentrated radiation beam is applied to the circuit board other side, which passes through the board. It generates, at the contact surface between soldering surfaces and printed circuit, a heat sufficient for soldering them together. The radiation is a visible or infra-red light. It is focussed by suitable optical means. The circuit board material is transparent for heat radiation and has good heat resistance. It consists of a polyester well filled with glass fibre.

Description

Philips PatentVerwaltung GmbH., Hamburg 1, Steindamm 94Philips PatentVerwaltung GmbH., Hamburg 1, Steindamm 94

Verfahren zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen BauelementenMethod for fastening and contacting electrical components

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Bauelementen, vorzugsweise Subminiatur-Bauelementen, die mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen versehen sind, auf gedruckten Schaltungen.The invention relates to a method for fastening and contacting electrical components, preferably Subminiature components, which are provided with solderable contact surfaces lying on one side of the component, on printed circuits.

Zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Bauelementen auf gedruckten Schaltungen ist es bekannt, in die Printplatte, d.h. die Trägerplatte mit den aufgebrachten Leitungsbahnen, Löcher einzubringen, in die die Anschlußdrahte der zu befestigenden und kontaktierenden Bauelemente eingesteckt werden. Die Verlötung erfolgt dann entweder mit einem Lötkolben unter Beigabe von Lötzinn oder in einem Schwallötbad.For fastening and contacting electrical components on printed circuits, it is known in the PCB, i.e. the carrier plate with the applied conductor tracks, to make holes in which the connecting wires the components to be fastened and contacted are inserted. The soldering takes place either with a soldering iron with the addition of tin solder or in a wave solder bath.

PHD 73-146 ' - 2 -PHD 73-146 '- 2 -

(PTO 60/112) 509813/0A40(PTO 60/112) 509813 / 0A40

Bei sehr kleinen Bauelementen, sogenannten Subminiatur-Bauelementen, und entsprechenden gedruckten Schaltungen, die auch als "Miniprints" "bezeichnet werden, ist das genannte bekannte Verfahren nicht anwendbar. Es ist nämlich in der Massenfertigung nicht mehr möglich, wirtschaftlich Löcher in die Printplatten einzubringen, die einen Durchmesser haben, der kleiner als etwa 0,8 mm ist. Da aber die Anschlußdrähte der Bauelemente mit Rücksicht auf die Güte der Lötverbindung nur höchstens 0,15 mm kleiner sein dürfen als die löcher in den Printplatten, ist die Befestigung von kleinen Bauelementen mit entsprechend dünnen Anschlußdrähten nicht möglich.For very small components, so-called subminiature components, and corresponding printed circuits, which are also referred to as "miniprints" ", is the aforementioned known procedures not applicable. This is because it is no longer possible in mass production, economically To make holes in the printed circuit boards that have a diameter that is smaller than about 0.8 mm. But since the The connecting wires of the components may only be a maximum of 0.15 mm smaller, taking into account the quality of the soldered connection than the holes in the printed circuit boards, the attachment of small components with correspondingly thin connecting wires not possible.

Es sind bereits Subminiatur-Bauelemente bekannt, die mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen versehen sind und die auf sogenannte Schicht schaltungen (Dick- oder Dünnschichtschaltungen) aufgebracht werden. There are already known subminiature components with on one side of the component lying solderable contact surfaces are provided and the so-called layer circuits (Thick or thin-film circuits) are applied.

Die Trägerkörper von Schicht schaltungen bestehen aus Materialien wie AI2O3 oder Glas, die weitgehend wärmebeständig sind, so daß sich die Bauelemente z.B. durch Ofenlötung auf diesen Schichtschaltungen befestigen lassen, soweit die Bauelemente selbst hinreichend wärmefest sind.The carrier bodies of layered circuits are made of materials like AI2O3 or glass, which are largely heat-resistant so that the components can be soldered to one another, e.g. by furnace soldering let these layer circuits attach, as far as the components are themselves sufficiently heat-resistant.

Die Befestigung von wärme empfindlichen Bauelementen wie z.B. !Dantal-, Elektrolyt- oder Folienschichtkondensatoren und die Befestigung von Bauelementen auf üblichen gedruckten Schaltungen, bei denen der Trägerkörper normalerweise nicht sehr temperaturbeständig ist, ist mit dem genannten bekannten Verfahren nicht möglich.The fastening of heat-sensitive components such as dantalum, electrolyte or film-layer capacitors and the fastening of components on conventional printed circuits, in which the carrier body is normally not very temperature-resistant, is not possible with the known method mentioned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Verfahren anzugeben, das es erlaubt, "beliebige elektrische Bauelemente, die mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen versehen sind, einfach und sicher auf gedruckten Schaltungen zu befestigen und zu kontaktieren. The invention is based on the object of eliminating this disadvantage and specifying a method that allows "any electrical components that are provided with solderable contact surfaces on one side of the component to be easily and securely attached to printed circuits and contacted.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebene Ausbildung des Verfahrens gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characteristics of the main claim specified training of the method solved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further refinements of the invention emerge from the subclaims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auf besondere Bohrungen in den gedruckten Schaltungen verzichtet werden kann und elektrische Bauelemente mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen (sogenannte chip-Bauelemente), ohne Warmeschädigungen befürchten zu müssen, auch auf normalen gedruckten Schaltungen befestigt und kontaktiert werden können.The advantages achieved by the invention are in particular that on special holes in the printed Circuits can be dispensed with and electrical components can be soldered with lying on one side of the component Contact surfaces (so-called chip components) without having to fear heat damage, even on normal ones printed circuits can be attached and contacted.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. Show it:

Pig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem alsPig. 1 shows a first embodiment in which as

Strahlung von einer Glühlampe ausgehendes sichtbares Licht verwendet wird undRadiation from an incandescent lamp is used and visible light

Pig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem alsPig. 2 shows a second embodiment in which as

Strahlung Laserlicht verwendet wird.Radiation laser light is used.

Die Pig. 1 zeigt ein elektrisches Bauelement 1, das auf einer Seite (hier der Unterseite) mit lötbaren Kontaktflächen 10 versehen ist. Diese lötbaren Kontaktflächen 10 können aus . Anhäufungen von Lotmaterial (sogenannten solderbumps) bestehen. The Pig. 1 shows an electrical component 1 that has solderable contact surfaces on one side (here the underside) 10 is provided. These solderable contact surfaces 10 can be made from. There are accumulations of solder material (so-called solder bumps).

Wie die Pigur zeigt, liegt das Bauelement 1 mit seinen Kontaktflächen auf Kontaktbahnen 20 einer gedruckten Schaltung 2, an der es befestigt und mit der es kontaktiert werden soll, auf. Die gedruckte Schaltung 2 besteht aus einem Trägerkörper 21 und den darauf aufgebrachten Leiterbahnen 20.As the Pigur shows, the component 1 lies with its contact surfaces on contact tracks 20 of a printed circuit 2 to which it is to be attached and with which it is to be contacted, on. The printed circuit 2 consists of a carrier body 21 and the conductor tracks 20 applied thereon.

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Der Trägerkörper 21 der gedruckten Schaltung 2 besteht aus einem Material, das für Wärmestrahlung gut durchlässig ist. Solche Materialien sind z.B. Polyester mit Glasfaserfüllstoffen, wobei der Anteil an Füllstoff höher gewählt werden kann als bei den normalerweise verwendeten Trägerkörpern für gedruckte Schaltungen, da in ihn keine Löcher mehr eingestanzt zu werden brauchen. Andere geeignete Materialien sind z.B. Polyamid (Kapton) oder Polytetrafluoräthylen (Teflon) .The carrier body 21 of the printed circuit 2 consists of a material that is well permeable to thermal radiation. Such materials are e.g. polyester with glass fiber fillers, the proportion of filler being selected to be higher can than the normally used carrier bodies for printed circuits, since there are no more holes in it need to be punched. Other suitable materials are e.g. polyamide (Kapton) or polytetrafluoroethylene (Teflon) .

Die gedruckte Schaltung 2 mit dem darauf liegenden Bauelement 1 liegt auf einem Tisch 5 auf, der mit einer öffnung 51 versehen ist, durch die Strahlung zugeführt wird, die in der gestrichelt angedeuteten Ebene 3, in der sich die Kontaktflächen des Bauelements mit den Leiterbahnen der ge-The printed circuit 2 with the component 1 lying on it rests on a table 5 which has an opening 51 is provided, through which radiation is supplied, which is in the plane 3 indicated by dashed lines, in which the contact surfaces of the component with the conductor tracks of the

15' druckten Schaltung berühren, eine solche Wärme erzeugt, daß das Bauelement mit der gedruckten Schaltung verlötet wird.15 'touch printed circuit, generates such heat that the component is soldered to the printed circuit.

Sie Strahlung geht von einer Glühlampe 4, die z.B. eine Halogenlampe sein kann, aus, die sich im Brennpunkt eines Ellipsenspiegels (oder eines Parabolspiegels) mit zusätz-Iieher Optik 41 befindet. In der Öffnung 51 des Tisches 5 ist eine Blende 45 angeordnet, mit der die Strahlungsmenge in der Berührungsebene 3 eingestellt werden kann.The radiation emanates from an incandescent lamp 4, which can e.g. be a halogen lamp, which is in the focal point of a Elliptical mirror (or a parabolic mirror) with additional Optic 41 is located. In the opening 51 of the table 5, a diaphragm 45 is arranged with which the amount of radiation can be set in touch level 3.

Wie die Pig. 2, in der das Bauelement 1 und die gedruckte Schaltung 2 dem in fig. 1 Dargestellten entsprechen, zeigt, kann die Glühlampe 4 und der Spiegel 41 durch einen Laserstrahl hoher Leistung ersetzt werden, der von einem Laser 40 ausgeht und mit Hilfe einer Mikrooptik 42 so aufgeweitet wird, daß der Brennfleck in der Berührungsebene 3 den gewünschten Durchmesser besitzt. Der Laserstrahl wird dabei durch ein Prisma 43 umgelenkt und mit Hilfe einer in der öffnung 51 des Tisches 5 angeordneten Kondensoroptik 44 so stark konvergent gemacht, daß er mit einem größeren Durchmesser in den Trägerkörper 21 der gedruckten Schaltung 2 eindringt und erst in diesem Material selbst zu einem PIeckLike the Pig. 2, in which the component 1 and the printed circuit 2 correspond to the one shown in fig. 1, shows For example, the incandescent lamp 4 and the mirror 41 can be replaced by a high-power laser beam emitted by a laser 40 goes out and is widened with the help of a micro-optics 42 that the focal point in the contact plane 3 is the desired Diameter. The laser beam is deflected by a prism 43 and with the help of a opening 51 of the table 5 arranged condenser optics 44 made so strongly convergent that it has a larger diameter in the carrier body 21 of the printed circuit 2 penetrates and only in this material itself becomes a piece

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des gewünschten Durchmessers konvergiert. Dies hat den Vorteil, daß der Trägerkörper 21 durch die geringere Energiedichte weniger erhitzt wird als bei parallelen oder sogar divergenten Strahlen.of the desired diameter converges. This has the advantage that the carrier body 21 by the lower Energy density is heated less than with parallel or even divergent rays.

Um bei der Erhitzung der lötbaren Kontaktflächen das Fließen des Lotmaterials zu erleichtern, tcnEieii- der Tisch 5 und/oder eine das zu befestigende und kontaktierende Bauelement haltende und in die gewünschte Position bringende (nicht dargestellte) Vorrichtung mit einer (ebenfalls nicht dargestellten) Ultraschallquelle verbunden werden. Die zugeführte Ultraschallenergie kann dabei so groß gewählt werden, daß im flüssigen Lotmaterial Kavitation auftritt.In order to facilitate the flow of the solder material when the solderable contact surfaces are heated, tcnEieii- the table 5 and / or one that holds the component to be fastened and contacted and brings it into the desired position (not shown) device can be connected to an (also not shown) ultrasound source. The ultrasonic energy supplied can be selected to be so large that cavitation in the liquid solder material occurs.

Um das zu befestigende und kontaktierende Bauelement gegen eine zu starke Strahlungseinwirkung zu schützen, kann es an seiner Oberfläche zwischen den zu kontaktierenden Flächen mit einem Wärmeschutz versehen sein. Als Wärmeschutz können z.B. eine Verspiegelung oder ein Plättchen aus einem schlecht leitenden Material verwendet werden.In order to protect the component to be fastened and contacted against excessive radiation exposure, it can be provided with heat protection on its surface between the surfaces to be contacted. As thermal protection you can For example, a mirror or a plate made of a poorly conductive material can be used.

Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich Bauelemente in etwa einer Sekunde mit der gedruckten Schaltung verbinden. Um eine Überlastung der Strahlungsquelle zu vermeiden, kann diese mit einer geeigneten Zeitschaltvorrichtung für die genannte Zeit eingeschaltet werden. Anschließend wird die Strahlungsquelle voll abgeschaltet, um eine schnelle Abkühlung zu erreichen und anschließend z.B. nur halb eingeschaltet, um sie dann mit geringer Verzögerungszeit voll einschalten zu können.
Die Teileinschaltung der Strahlungsquelle reicht, insbesondere wenn diese eine Halogenlampe ist, aus, um die Bauelemente 1 auf dem durchscheinenden Trägermaterial 21 der gedruckten Schaltung ohne zusätzliche Beleuchtung gegenüber ' den Leiterbahnen positionieren zu können.With the method described, components can be connected to the printed circuit in about one second. In order to avoid overloading the radiation source, it can be switched on with a suitable timer device for the specified time. The radiation source is then completely switched off in order to achieve rapid cooling and then only switched on halfway, for example, so that it can then be switched on fully with a short delay time.
The partial activation of the radiation source is sufficient, especially if it is a halogen lamp, to be able to position the components 1 on the translucent carrier material 21 of the printed circuit without additional lighting opposite the conductor tracks.

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Um möglichst gute Verbindungen zu erhalten und eine Oxidation der Leiterbahnen und der Kontaktflächen während der Wärmezufuhr zu vermeiden, wird das Verfahren zweckmäßigerweise in einer Atmosphäre aus einem diese Erscheinungen verhindernden Schutzgas durchgeführt.To get the best possible connections and an oxidation of the conductor tracks and the contact surfaces during To avoid the supply of heat, the process is expediently carried out in an atmosphere composed of one of these phenomena preventive protective gas carried out.

Um die mit Hilfe der Strahlung zuzuführenden Energiemengen kleinzuhalten, ist es möglich, die gedruckte Schaltung und/oder das an ihr zu befestigende und kontaktierende Bauelement vor der Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens vorzuwärmen. Auch die Verwendung von vorerhitztem Schutzgas vor und während der Lötung und gekühltem Schutzgas in der Abkühlphase kann vorteilhaft sein.In order to keep the amounts of energy to be supplied with the aid of the radiation small, it is possible to use the printed circuit and / or the component to be fastened and contacted to it before the implementation described here Process to preheat. Also the use of preheated shielding gas before and during soldering and cooled Protective gas in the cooling phase can be advantageous.

Patentansprüche:Patent claims:

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Claims (17)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Befestigung und Kontaktierung von elektrischen Bauelementen, vorzugsweise Subminiatur-Bauelementen, die mit auf einer Seite des Bauelements liegenden lötbaren Kontaktflächen versehen sind, auf gedruckten Schaltungen, dadurch .gekennzeichnet, daß die Bauelemente mit den Kontaktflächen nach unten auf die entsprechenden zu kontaktierenden, für die Iiötung vorbereiteten Flächen der gedruckten Schaltung gelegt werden und die gedruckte Schaltung von rückwärts mit einem konzen- · trierten Bündel einer Strahlung durchstrahlt wird, welches in der Berührungsebene der Kontaktflächen mit der gedruckten Schaltung eine.· solche Wärme erzeugt, daß die Kontaktflächen der Bauelemente mit der gedruckten Schaltung verlöten.1. A method for fastening and contacting electrical components, preferably subminiature components, which are provided with solderable contact surfaces lying on one side of the component, on printed circuits, characterized in that the components with the contact surfaces facing downwards on the corresponding to be contacted , surfaces of the printed circuit prepared for soldering are laid and the printed circuit is irradiated from the rear with a concentrated bundle of radiation which generates heat in the plane of contact of the contact surfaces with the printed circuit, so that the contact surfaces of the Solder the components to the printed circuit. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß als Strahlung sichtbares licht und/oder Infrarotlicht verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that «visible light and / or infrared light is used as radiation. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlung Laserlicht verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that laser light is used as radiation. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet» daß die Strahlung durch geeignete optische Mittel konzentriert wird.4. The method according to claim 2 or 3, characterized »that the radiation is concentrated by suitable optical means. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung verwendet wird, deren Trägerkörper aus einem Material mit guter Durchlässigkeit für Wärmestrahlung und mit guter !Temperaturbeständigkeit besteht.5. The method according to claim 1, characterized in that a printed circuit is used whose carrier body consists of a material with good permeability for thermal radiation and with good temperature resistance. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung verwendet wird, deren Trägerkörper aus einem Polyester-Material mit einem hohen Anteil an Glasfaserfüllstoff besteht.6. The method according to claim 5 » characterized in that a printed circuit is used whose carrier body consists of a polyester material with a high proportion of glass fiber filler. - 8 509813/0440 - 8 509813/0440 7. Verfahren nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß eine gedruckte Schaltung verwendet wird, deren Trägerkörper aus Polyamid (Kapton) mit oder ohne Füllstoff "besteht.7. The method according to claim 5t, characterized in that a printed circuit is used, the carrier body of which is made of polyamide (Kapton) with or without filler ". 8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß • eine gedruckte Schaltung mit einem Trägerkörper aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) verwendet wird.8. The method according to claim 5 » characterized in that • a printed circuit with a carrier body made of polytetrafluoroethylene (Teflon) is used. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kontaktieren sowohl das Bauelement als auch die gedruckte Schaltung vorgewärmt werden.9. The method according to claim 1, characterized in that both the component and the printed circuit are preheated before contacting. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es unter einem Schutzgas durchgeführt wird.10. The method according to claim 1, characterized in that it is carried out under a protective gas. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Bauelemente verwendet werden, die zwischen den lötbaren Kontaktflächen mit einem Wärmeschutz versehen sind.11. The method according to claim 1, characterized in that components are used which are provided with thermal protection between the solderable contact surfaces. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeschutz in Form einer Verspiegelung verwendet wird.12. The method according to claim 11, characterized in that heat protection in the form of a mirror coating is used. 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß 6in Wärmeschutz in Form eines Plattchens aus schlecht wärmeleitendem Material verwendet wird.13. The method according to claim 11, characterized in that 6in thermal protection in the form of a plate made of poorly thermally conductive material is used. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bauelement und/oder der gedruckten Schaltung Ultraschalls chwingungen zugeführt werden.14. The method according to claim 1, characterized in that the component and / or the printed circuit ultrasonic vibrations are supplied. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiedichte der zugeführten Ultraschall schwingungen bo hoch ist, daß im Lotmaterial Kavitation auftritt.15. The method according to claim 14, characterized in that the energy density of the supplied ultrasonic vibrations bo is high that cavitation occurs in the solder material. 509813/0440509813/0440 16. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl durch eine geeignete Optik zunächst divergent aufgeweitet und dann kurz vor der Berührungsebene durch eine weitere Optik wieder auf einen gewünschten Durchmesser konzentriert wird.16. The method according to claim 3, characterized in that the laser beam is initially widened divergently by suitable optics and is then concentrated again to a desired diameter shortly before the contact plane by further optics. 17. Verfahren imvii Anspruch 1, bei acm. ias ^u und zu kontaktierende Bauelement durch eine geeignete Vorrichtung in die gewünschte Lage gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement während des Kontaktierungsvorganges so weit, freigegeben wird, daß es unter dem Einfluß der Oberflächenspannungen des flüssig gewordenen Lotmaterials an den Kontaktflächen selbsttätig eine bestimmte Position einnehmen kann. ·17. The method imvii claim 1, at acm. ias ^ u and the component to be contacted is brought into the desired position by a suitable device, characterized in that the component is released so far during the contacting process that it automatically reaches a certain level under the influence of the surface tension of the solder material that has become liquid on the contact surfaces Position can take. · 509813/0440509813/0440 LeerseiteBlank page
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