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Elektrisches Anschlußbauteil für die Bestückung einer elektrischen
Leiterplatte Die Erfindung betrifft ein elektrisches Anschlußbauteil für die Bestückung
einer Leiterplatte, die auf ihrer Oberseite und Unterseite und ggfs. in dazwischen
liegenden Ebenen jeweils eine elektrisch leitende Schicht aufweist, mit Anschlußdrähten,
die in in der Platte befindliche Löcher gesteckt und dort mit Hilfe eines an die
Plattenunterseite herangebrachten Lotbades festgelötet werden, wobei jede Lötverbindung
im Bereich eines Anschlußdrahtes die leitenden Schichten miteinander elektrisch
verbindet.
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Bei der Herstellung von elektrischen Schaltungen mit Hilfe von Leiterplatten
ist es bei überschreiten einer bestimmten Bestückungsdichte der Leiterplatten mit
Bauteilen unerläßlich, mehrschichtige Leiterplatten zu verwenden, also Leiterplatten,
die mindestens zwei elektrisch leitende Schichten aufweisen. In der Regel befinden
sich die leitenden Schichten auf der Ober-und Unterseite der Leiterplatte, wobei
der Oberseite die Bauteile zuge kehrt sind, während von der Unterseite her die Anschlußdrähte
der Anschlußbauteile mit der Leiterplatte verlötet werden.
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Während das Anlöten der Anschlußdrähte an einer Leiterplatte mit
nur einer elektrisch leitenden Schicht keine Schwierigkeiten bereitet, kommt es
bei mehrschichtigen Leiterplatten darauf an, daBA iMBereich eliies Loches zwischen
den an
dieser Stelle übereinander liegenden elektrisch leitenden
Schichten eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird, was bisher im wesentlichen
mit Hilfe von zwei Verfahren erreicht wird. Bei dem einen Verfahren werden die Löcher
auf ihrer Innenseite mit Hilfe eines chemo-technischen Vorganges metallisiert, so
daß die elektrische Verbindung zwischen den elektrisch leitenden Schichten bereits
vor der Lötung vorhanden ist. Dieses Verfahren ist erst bei einer Produktion von
Leiterplatten in großen Stückzahlen wirtschaftlich, bedingt den Einsatz großer Chemikalienmengen
und führt trotz sorgfältigster Produktionsüberwachung immer wieder zu fehlerhaft
präparierten Leiterplatten, da z.B. nur dann ein befriedigendes Ergebnis erzielt
wird, wenn die Innenseiten der Löcher völlig glattflächig sind.
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Das zweite bekannte Verfahren zur elektrisch leitenden Verbindung
der leitenden Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte ist für kleinere Stückzahlen
bzw. sogar nur für Einzelstücke von Leiterplatten wirtschaftlich, im übrigen wird
es als Reparaturverfahren für das vorangehend genannte eingesetzt. Jedes Loch wird
hierbei mit einem Hohlniet versehen, der in üblicher Weise nach dem Durchstecken
durch das Loch an der kopffreien Seite gespreizt wird. Auf diese Weise ist mit Hilfe
des metallischen Hohlnietes eine elektrische Verbindung bei spielsweise zwischen
der elektrisch leitenden Schicht auf der Ober- und Unterseite einer Leiterplatte
geschaffen. Darüber hinaus ist der Schaft jedes Hohlnietes an seiner Außenseite
mit in Richtung der Längsachse des Nietes verlaufenden Längsrillen versehen, die
dafür sorgen, daß bei einer Benetzung des Hohlnietes mit flüssigem Lot eine Kapillarwirkung
eintritt, die das Lot über die gesamte Schaftlänge des Nietes bis zur zweiten leitenden
Schicht hinaufzieht. Gleichzeitig wird innerhalb des Hohlnietes der Ans
)brechenden Bauteiles festgelötet,
so daß eine leitende Verbindung
zwischen dem Draht und dem Hohlniet und zwischen dem Hohlniet und den beiden elektrisch
leitenden Schichten gebildet wird, wobei zwischen den äußeren beiden elektrisch
leitenden Schichten noch weitere vorhanden sein können, die dann ebenfalls über
den Hohlniet elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Bei dem letztgenannten Verfahren treten zwar sehr wenige Fehlstellen
bei der Durchkontaktierung mehrschichtiger Leiterplatten im Bereich der Löcher auf,
es ist jedoch in der Durchführung sehr umständlich, da in jedes Loch ein Hohlniet
eingesetzt werden muß, bevor der Lötvorgang zum Anlöten der Anschlußdrähte der Bauelemente
vorgenommen werden kann. Es eignet sich daher nur bedingt für die Produktion von
Leiterplatten in großen Stückzahlen, so daß sein größter Vorteil, ohne den Einsatz
von die Umwelt belastenden Chemikalien auszukommen, bei der Massenproduktion nicht
genutzt werden kann.
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Es ist demnach Aufgabe der Erfindung ein elektrisches Anschlußbauteil
für die Bestückung einer mehrschichtigen Leiterplatte vorzuschlagen, das eine Produktion
von Leiterplatten in großen Stückzahlen ohne den Einsatz von Chemikalien bei geringen
Kosten ermöglicht, und bei dessen Verwendung eine äußerst geringe, bisher nur bei
der Verwendung eines Hohlniets erreichbare Fehlerquote bei der Produktion auftritt.
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Die Erfindung besteht darin, daß das freie Ende jedes Anschlußdrahtes
mit in Längsrichtung des Drahtes verlaufenden Rillen, an deren obere Enden sich
ein Kragen anschließt und/ oder mit einem aus Lot bestehenden Ring versehen ist,
wobei
der Durchmesser des Kragens bzw. des Lotringes größer als
der des Loches in der Platte ist und der Abstand des Kragens bzw.
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des Lotringes von dem freien Ende des Anschlußdrahtes etwas größer
als die Dicke der Platte ist.
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Die Erfindung geht davon aus, daß zum Anlöten der Anschlußdrähte
der einzelnen Bauelemente an der Leiterplatte ein von der Unterseite her an die
Leiterplatte herangebrachtes Lotbad mit flüssigem Lot vorhanden ist, so daß zumindestens
die elektrische Verbindung jedes Anschlußdrahtes mit der untersten elektrisch leitenden
Schicht der Leiterplatte ohne weiteres zustande kommt. Die Lötverbindung zwischen
den anderen, darüber liegenden elektrisch leitenden Schichten, insbesondere mit
der Schicht auf der Oberseite der Leiterplatte, wird mit Hilfe von Lot bewirkt,
das entweder von der Unterseite auf die Oberseite gelangt oder in Form eines Ringes
auf der Oberseite angeboten wird.
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Im letzteren Fall führt der Kontakt des Anschlußdrahtes mit dem flüssigen
Lotbad an dessen unteren Ende dazu, daß der Lotring nach Erreichen seiner Schmelztemperatur
zerfließt und dabei einen Lötvorgang auf der dem Lötbad abgewandten Seite der Leiterplatte
auslöst. Bei in den Anschlußdraht eingeprägten Rillen, einschließlich eines Kragens
hingegen wird das an der Oberseite der Leiterplatte benötigte Lot in an sich bekannter
Weise mit Hilfe einer Kapillarwirkung durch das Loch hindurchgebracht, wobei nach
Art der bekannten Hohlnieten
diese Wirkung einzig durch die Rillen
vom Kragen bis zu dem freien Ende des Drahtes zustande kommt. Die Rillen und die
dazwischen befindlichen Stege gehen stufenlos in den Kragen über, wodurch insbesondere
die Unterseite des Kragens ausreichend mit Lot versorgt wird.
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Bei der Erfindung beschränken sich die zusätzlichen Arbeiten, die
gegenüber einer Leiterplatte mit nur einer elektrisch leitenden Schicht erforderlich
sind, auf das Aufsetzen eines Lotringes -auf das Ende eines Anschlußdrahtes bzw.
auf das Einprägen eines Kragens einschließlich der zugehörigen Rillen.Eine derartige
Vorbehandlung der Anschlußdrähte bedeutet bei einer Fertigung von hohen Stückzahlen
keinerlei Schwierigkeit, da z.B. die Zange zum Abtrennen der Anschlußdrähte bei
der Herstellung der Bauelemente von einer Drahtrolle bereits so ausgebildet sein
kann, daß der Trennvorgang auch gleichzeitig das Stauchen zur Bildung eines Kragens
und das Einprägen der Rillenmit einschließt. Ebenso sind Trennwerkzeuge herstellbar,
die in einem vorgegebenen Abstand von der Trennstelle einen Lotring fortlaufend
auf jeden abgetrennten Anschlußdraht aufsetzen.
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Insbesondere bei der Verwendung eines eingeprägten Kragens und eines
entsprechenden Trennwerkzeuges, das die Prägung einschließlich der Rillen selbsttätig
vornimmt, ist das Verkürzen eines Anschlußdrahtes zur Bildung einer kompakten Leiterplatte
völlig unschädlich, da mit jedem Trennvorgang auch die entsprechende Vorbehandlung
des Anschlußdraht-Endes einhergeht, so daß die gemäß der Erfindung zusätzliche Vorbereitung
des Drahtendes nicht als zeitliche Belastung bei der Ermittlung der Herstellzeit
eingeht.
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Bei einer Herstellung von Leiterplatten unter Verwendung des erfindungsgemäßen
Anschlußbauteils kann auf den Einsatz von Chemikalien verzichtet werden, wenn man
einmal von der Bereitstellung des bisher auch schon notwendigen Lötbades absieht.
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Hier sind also Vorteile gegenüber dem bisher einzigen, für die Groß
serie tauglichen Verfahren bezüglich der Umweltbelastung vorhanden, darüber hinaus
sind bei der Anwendung der Erfindung Fehllötungen so gut wie ausgeschlossen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von ausgeführten Beispielen,
die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische
Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäß vorbereiteten
Anschluß-Drahtendes, Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Drahtendes gemäB Fig. 1
im Bereich der Rillen, Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 1 eines weiteren Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Längsschnittes durch den Anschlußdraht gemäß
der Erfindung in einem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine
Ansicht. gemäß Fig. 1 und 3 des erfindungsgemäß mit einem Kragen versehenen Anschlußdrahtes
und Fig. 6 eine Ansicht gemäß Fig. 5 eines weiteren Ausführungsbeispiels.
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In Fig. 1 ist im Querschnitt eine Leiterplatte 1 dargestellt, die
auf ihrer Oberseite und ihrer Unterseite mit jeweils einer elektrisch leitenden
Schicht 10 versehen ist. Zur Bestückung der Leiterplatte 1 mit nicht dargestellten
Anschlußbauteilen werden Anschlußdrähte 2 verwendet, die in ein in der Leiterplatte
befindliches Loch 3 eingesteckt werden und dort von der Unterseite der Leiterplatte
her angelötet werden. Dazu wird die Leiterplatte mit einem Lotbad in Berührung gebracht,
das sowohl die untere elektrisch leitende Schicht 10 als auch die Gesamtheit der
Anschlußdrähte 2 über die Schmelztemperatur des Lotes erwärmt und somit den übergang
des Lotes von dem Bad auf die Drähte und die Schicht bewirkt.
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Zur sogenannten Durchkontaktierung des Loches 3 muß außerdem die
obere elektrisch leitende Schicht 10 mit der unteren verbunden werden, was bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 über den Anschlußdraht 2 geschieht. Dieser
ist oberhalb der Oberseite der Leiterplatte 1 mit einem Kragen 6 versehen, der z.B.
durch einen Stauchvorgang des Drahtes 2 herstellt ist.
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Außerdem sind unterhalb des Kragens 6 bis zum freien Ende des Anschlußdrahtes
2 Längsrillen 4 vorgesehen (siehe auch Fig. 2), die für das von unten an das Drahtende
herangeführte Lot eine Kapillarwirkung haben und so das Lot bis zur Unterseite des
Kragens
6 durch das Loch 3 hindurch hochziehen. Dabei gelangt das an der Unterseite des
Kragens angesammelte Lot auf die Oberseite der oberen elektrisch leitenden Schicht,
wodurch auch an dieser Stelle eine innige, fehlerfreie Lötverbindung zwischen dieser
Schicht und dem Anschlußdraht 2 hergestellt wird.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 ist oberhalb des Kragens
6 noch eine ebenfalls durch Stauchen erzeugte Kerbung 12 vorhanden, die vor dem
Einsetzen des Anschlußdrahtes 2 in das Loch 3 bereits mit Lot gefüllt ist, das wulstartig
die Kerbung 12 an dieser Stelle umgibt (in Fig. 3 gestrichelt dargestellt). Das
durch die Rillen an dem Anschlußdraht 2 emporgezogene Lot von der Unterseite der
Leiterplatte 1 her wird mit Hilfe des in der Kerbung 12 bereitgehaltenen Lotes zusätzlich
angereichert, da letzteres durch die in dem Anschlußdraht 2 aufsteigende Wärme zerfließt
und dabei den darunterliegenden Kragen 6 überschreitet. Dabei gelangt es auf die
obere elektrisch leitende Schicht 10 der Leiterplatte 1 und vermischt sich mit dem
in den Rillen 4 emporgezogenen Lot.
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Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines vorbereiteten
Drahtendes unterscheidet sich von dem gemäß Fig. 3 ausschließlich durch die Art
der Herstellung, die Wirkungsweise ist die gleiche. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist keine Stauchung zur Bildung des Kragens vorhanden, sondern der Anschlußdraht
2 istaisschließlich durch einen Schnittvorgang bzw.
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durch einen Preßvorgang ohne Stauchwirkung entstanden. Es sind also
keine Erhebungen über den ursprünglichen Drahtquerschnitt hinaus vorhanden. Sowohl
die Rillen 4 als auch die Kerbung 12 liegen tiefer als der ursprüngliche Durchmesser,
wobei statt eines Kragens ein Lotring 6' vorgesehen ist. Im übrigen ist der Ablauf
während des Lötvorganges bei diesem Aus-~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
führungsbeispiel
dem gemäß Fig. 3 identisch, so daß auf eine weitere Beschreibung verzichtet werden
kann.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist wiederum
statt des Kragens aus Drahtmaterial ein Lotring vorhanden, der den Anschlußdraht
vollständig umgreift. Durch die von dem Lotbad auf der Unterseite der Leiterplatte
1 aufgebrachte Erwärmung, die in dem Anschlußdraht aufsteigt, beginnt der aus Lot
bestehende Ring 6' zu schmilzen, wobei die ursprünglich als Ring geformte Lotmenge
so gewählt ist, daß sie vollständig oder teilweise die obere elektrisch leitende
Schicht 10 der Leiterplatte 1 berührt. Damit tritt auch in dieser Schicht eine Erwärmung
auf, die kurze Zeit später zu einem Überfließen des Lotes und damit zu einer Lotbrücke
zwischen dem Anschlußdraht und der oberen elektrischen leitenden Schicht 10 führt.
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Derselbe Effekt wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ausgenutzt,
wobei hierbei der Ring 6' in Form von Lot nicht direkt auf dem Anschlußdraht 2,
sondern auf einer Hülse 8 angeordnet ist. Diese -Ausführungsform hat den Vorteil,
daß die Hülse 8 und damit der Lotring 6' genauer auf dem Anschlußdraht 2 positioniert
werden kann als der Lotring 6' bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5, da die
Hülse 8 eine bessere Klemmwirkung hat als das in der Regel sehr weiche Lot. Damit
ist ein unbeabsichtigtes Verschieben des Lotringes 6' gegenüber dem Ende des Anschlußdrahtes
2 so gut wie ausgeschlossen. Für die Wirkung ist es unerheblich, ob die von dem
Lotbad aufgebrachte Wärme durch den Anschlußdraht 2 oder durch die Hülse 8 zu dem
Lotring 6' aufsteigt. In jedem Fall wird das untere Ende der Hülse 8 mit der unteren
elektrisch leitenden Schicht 10 und mit dem darin befindlichen Anschlußdraht 2 verlötet,
so daß die in jedem Ausführungsbeispiel beabsichtigte elektrisch leitende
Verbindung
zwischen den beiden Schichten 10 und dem Anschlußdraht 2 indirekt über die Hülse
8 hergestellt ist.
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Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1, 3 und 4 sind für mehrschichtige
Leiterplatten geeignet, die mehr als zwei elektrisch leitende Schichten aufweisen.
Da nämlich das Lot von der Unterseite der Leiterplatte 1 auf die Oberseite hochgezogen
wird, tritt auch eine Lötverbindung zwischen dem Anschlußdraht und allen ggfs. innerhalb
der beiden dargestellten elektrisch leitenden Schichten 10 vorhandenen weiteren
Schichten ein, da wegen der Oberflächenspannung des Lotes bei genügendem Angebot
dieses über den ursprünglichen Durchmesser des Anschlußdrahtes 2 aus den Rillen
hervortritt und dabei Kontakt zu den ggfs. benachbarten elektrisch leitenden Schichten
findet.