DE3231056A1 - Method for fitting unwired components on to printed circuit boards - Google Patents
Method for fitting unwired components on to printed circuit boardsInfo
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Abstract
Description
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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen: Berlin und München VPA g η j β g QSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our reference: Berlin and Munich VPA g η j β g Q
Verfahren zum Aufbringen von unbedrahteten Bauelementen auf Leiterplatten _Process for applying unwired components to circuit boards _
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von unbedrahteten Bauelementen mit flächigen Anschlüssen auf eine Leiterplatte oder eine integrierte Mikrowellenschaltung, auf die außerdem weitere Bauelemente aufgebracht werden können.The invention relates to a method for applying unwired components with flat connections on a printed circuit board or an integrated microwave circuit, on which further components are also applied can be.
Als unbedrahtete Bauelemente werden im folgenden Bauelemente bezeichnet, die zur Kontaktierung lötbare Anschlüßflächen besitzen; beim Bauelement selbst kann es sich um einen Halbleiter oder um ein passives Bauelement handeln.Unwired components are referred to below as the connection surfaces that can be soldered for contacting own; the component itself can be a semiconductor or a passive component.
In der Schichtschaltungstechnik werden diese Bauelemente auf der Schichtschaltung fixiert und im Tauch- oder Reflow-Verfahren aufgelötet. Beim Tauchlöten werden diese Bauelemente dem Lot insgesamt ausgesetzt, so daß nur Bauelemente verwendet werden können, die ein vollständiges Untertauchen in flüssigem Lot vertragen, dabei können sich dennoch an bestimmten Stellen Lotanhäufungen ergeben, die zu mechanischen Spannungen nach dem Erstarren des Lotes im Bauelement oder zu Lötstellenbrüchen führen.In the layer circuit technology these components are fixed on the layer circuit and in the immersion or Reflow process soldered on. During dip soldering, these components are exposed to the solder as a whole, so that only components that form a complete Immersion in liquid solder tolerated, but solder accumulations can still occur in certain places result in mechanical stresses after the solder has solidified in the component or in broken solder joints to lead.
Beim Reflowlöten in der Schichtschaltungstechnik erfolgt die Wärmezufuhr zum Aufschmelzen des Lotes aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Substrates von unten, also durch das Substrat hindurch, was bei Leiterplatten und flexiblen Schaltungen nicht möglich ist.When reflow soldering in the layer circuit technique takes place the heat supply for melting the solder due to the good thermal conductivity of the substrate from below, that is through the substrate, which is not possible with printed circuit boards and flexible circuits.
Ah 1 Shy / 20.8.82Ah 1 Shy / 8/20/82
.·\ j.: ·:··:. χ*:· 3231Ο56 . · \ J .: ·: ·· :. χ * : 3231Ο56
--2 - VPA 82 P 16S0 DE--2 - VPA 82 P 16S0 DE
Bauteileseite der Leiterplatte oder flexible Schaltung
ist dabei die Seite, auf der sich die Bauelemente und Bauteile konzentrieren und die nach bisherigem Verfahren
keinen direkten Kontakt mit dem flüssigen Lot einer Schwall- oder Schlepplötanlage hatte. Auf der Gegenseite,
als Lötseite bezeichnet, ragten die Anschlußdrähte der Bauelemente und die Bauteile hervor und diese
Seite wurde beim Lötvorgang mit dem flüssigen Lot in Kontakt gebracht.
10The component side of the circuit board or flexible circuit is the side on which the components and components are concentrated and which, according to the previous method, had no direct contact with the liquid solder of a surge or drag soldering system. On the opposite side, called the soldering side, the connecting wires of the components and the components protruded and this side was brought into contact with the liquid solder during the soldering process.
10
Die Aufgabe der Erfindung liegt also darin, ein Verfahren zu finden, das es gestattet, auch solche unbedrahtete Bauelemente, die das Untertauchen in flüssigem Lot oder die Temperaturbelastung beim Reflowlöten mit Wärmezufuhr von unten und oben nicht vertragen, ohne wesentliche Lotanhäufungen auf der Bauteileseite von Leiterplatten und flexiblen Schaltungen, zu kontaktieren, dabei sollen bedrahtete Bauelemente im gleichen Arbeitsgang mitgelötet bzw. bei einem nachfolgenden Komplettlöten sicher kontaktiert werden.The object of the invention is therefore to find a method that allows even those that are not wired to be used Components that are exposed to immersion in liquid solder or the temperature load during reflow soldering Heat supply from below and above not tolerated, without substantial solder accumulations on the component side of Printed circuit boards and flexible circuits to contact, while wired components should be in the same This operation must also be soldered or safely contacted during a subsequent complete soldering.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Lötflächen an den Stellen auf der Bauelementeseite der Leiterplatte erzeugt werden, an denen nach dem Aufbringen der unbedrahteten Bauelemente deren Anschlüsse aufliegen, daß auf dazu gegenüberliegenden Stellen der Lötseite der Leiterplatte ebenfalls Lötflächen erzeugt werden, daß die Lötflächen verbindende Bohrungen in die Leiterplatte eingearbeitet werden, die anschließend metallisiert werden, daß danach die unbedrahteten Bauelemente so auf der Bauelemsnteseite der Leiterplatte befestigt werden, daß zur Verhinderung eines Luftpolsters die unbedrahteten Bauelemente die Bohrungen nicht vollständig bedecken, daß die Leiterplatte gegebenenfalls mit weiteren Bauelementen bestückt wird und daß alle Bauelemente in einem einzigen Vorgang maschinell aufgelötet werden.According to the invention the object is achieved in that soldering surfaces at the points on the component side of the Printed circuit boards are produced, on which the connections are made after the non-wired components have been applied, that on opposite points on the soldering side of the circuit board also produces soldering areas that the soldering surfaces connecting holes are worked into the circuit board, which then metallized are that then the unwired components so attached to the Bauelemsnteseite of the circuit board that to prevent an air cushion, the unwired components do not completely drill the holes cover that the circuit board is optionally equipped with further components and that all Components can be machine soldered in a single process.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht dabei auf der Erkenntnis, daß beim maschinellen Komplettlöten das flüssige Lot durch metallisierte Bohrungen oder Formdurchbrücke von der Lot- zur Bauelementeseite der Leiterplatte aufsteigen kann. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen hauptsächlich darin, daß die planaren Bauelemente auf der Bauelementeseite der Leiterplatte aufgebracht werden können und dadurch gegen eine vollständige Benetzung durch flüssiges Lot geschützt sind, daß diese Bauelemente gegebenenfalls auch maschinell durch Aufkleben bestückt werden, daß eine anschließende automatische Bestückung der Leiterplatte durch mit Anschlußdrähten versehene Bauelemente ohne weiteres möglich ist, daß beide Arten von Bauelementen mittels eines einzigen Lötvorganges kontaktiert werden, daß sich durch die gezielte Führung des Lotes keine Lotanhäufungen und damit auch keine wesentlichen mechanischen Spannungen auf das Bauelement ergeben und daß bei der Konstruktion der Leiterplatte keine Kompromisse im Hinblick auf Vorzugslötrichtungen oder einen besonders günstigen Lötfluß getroffen werden müssen.The method according to the invention is based on the knowledge that in the case of complete machine soldering, the liquid solder through metallized holes or through-bridges in the form can rise from the solder to the component side of the circuit board. The advantages of the invention Method are mainly that the planar components on the component side of the circuit board can be applied and thus protected against complete wetting by liquid solder are that these components are possibly also mechanically fitted by gluing, that a subsequent automatic assembly of the printed circuit board through components provided with connecting wires without It is also possible that both types of components are contacted by means of a single soldering process, that the targeted guidance of the solder does not lead to any accumulations of solder and thus also no significant mechanical ones Stresses on the component and that no compromises in the construction of the circuit board Must be taken with regard to preferred soldering directions or a particularly favorable soldering flow.
Eine wegen ihrer Einfachheit bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch, daß die unbedrahteten Bauelemente mittels Kleben befestigt und mittels Schwallöten kontaktiert werden und daß die Verbindung der Anschlüsse mit den Lötflächen mittels die metallisierten Bohrungen durchsteigendes Lot erfolgt. A variant of the method according to the invention which is preferred because of its simplicity results from the fact that the unwired components are attached by gluing and contacted by wave soldering and that the The connections are connected to the soldering surfaces by means of solder that penetrates the metallized holes.
Bei der Verwendung von unbedrahteten Bauelementen mit ungünstiger Körperform ist es zweckmäßig, für das Auflöten zusätzlich eine Lotpaste oder Lotformkörper vor« zusehen. In diesen Fällen oder bei der Verwendung von unbedrahteten Bauelementen, deren Anschlußflächen bereits ausreichend Lot enthalten, kann eine Variante desWhen using unwired components with an unfavorable body shape, it is useful for soldering in addition, a solder paste or solder preform should be seen. In these cases or when using Unwired components, the pads of which already contain sufficient solder, can be a variant of the
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erfindungsgemäßen Verfahrens angewandt werden, bei der zur Kontaktierung von Bauelementen mit ungünstiger Körperform die Verbindung der Anschlüsse der unbedrahteten Bauelemente mit den Lötflächen hauptsächlich durch vor dem Lötvorgang aufgebrachtes Lot erfolgt, während die Verbindung der Anschlußdrähte der anderen Bauelemente mit der Leiteip latte durch aus dem Lötschwall stammendes Lot geschieht und das die Bohrungen durchsteigende Lot hauptsächlich als Wärmeträger dient. Dabei dient das durch die metallisierten Bohrungen und Durchbrüche stei-• gende Lot vornehmlich als Wärmeträger und nicht als LotProcess according to the invention are used in the for contacting components with an unfavorable body shape, the connection of the connections of the unwired Components with the soldering surfaces are mainly made by solder applied before the soldering process, while the Connection of the connecting wires of the other components with the Leiteip latte by coming from the solder surge Solder happens and the solder passing through the holes mainly serves as a heat transfer medium. That serves Due to the metallized holes and openings, the • rising solder is primarily used as a heat transfer medium and not as a solder zufuhr.supply.
Die für die Kontaktierung der unbedrahteten Bauelemente notwendigen Lötflächen und metallisierten Bohrungen : können für die Funktion der Schaltung mit herangezogenThe soldering surfaces and metallized holes required for contacting the unwired components : can be used for the function of the circuit
werden, indem die Bohrungen so durchmetallisiert werden, '»; daß sich gleichzeitig eine Verbindung mindestens zweier L Lagen der Leiterplatte ergibt.by plating the holes through so '»; that at the same time there is a connection between at least two L layers of the circuit board result.
2020th
ii« Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise breit anwendbar, so können mit diesem Verfahren auch in |f einfacher Weise die planaren Bauelemente auf eine flexible Leiterplatte aufgebracht werden. 25ii «The inventive method is advantageous widely applicable, this method can also be used to apply the planar components to a flexible printed circuit board in a simple manner. 25th
φφ Zur Verringerung des Herstellungsaufwandes ist eine Wei-To reduce the manufacturing costs, a
terbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig, bei der das Einarbeiten der Bohrungen in die Leiterplatte sowie das Aufbringen von Lötflächen und die Metallisierung der Bohrungen bereits bei der Herstellung der Leiterplatte mit erfolgt.formation of the method according to the invention is expedient, in which the machining of the holes in the circuit board as well as the application of soldering surfaces and the metallization of the holes already during manufacture the printed circuit board is carried out.
Im Zuge der Herstellung kann eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig sein, bei der zunächst die Bohrungen in die Leiterplatte eingearbeitetIn the course of production, a variant of the method according to the invention can be expedient in which the bores are first worked into the circuit board
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werden und anschließend diese Bohrungen metallisiert und die Lötflächen erzeugt werden.and then these holes are metallized and the soldering surfaces are generated.
Durch Schaltungs- und Sinbaugegebenheiten bedingt kann eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig sein, bei der zur Kontaktierung der Anschlußdrähte bedrahteter Bauelemente die Anschlußdrähte so abgebogen werden, daß sie auf vorgesehenen Lötflächen der Bauelementeseite aufliegen, die über durchmetallisierte Bohrungen mit der Lötseite verbunden sind und anschließend die Verlötung erfolgt.Can be conditioned by circuit and installation conditions a further development of the method according to the invention may be useful in the case of contacting the connecting wires wired components, the connecting wires are bent so that they are on the intended soldering surfaces Rest on the component side, which are connected to the solder side via plated-through holes and then the soldering takes place.
Die Erfindung soll im folgenden anhand dreier Ausführungsbeispiele näher· erläutert werden. Beim araten Ausführungsbeispiel erfolgt als erster Arbeitsgang das Aufkleben der unbedrahteten Bauelemente mittels eines handelsüblichen Spezialklebers. Beim Aufkleben wird jeweils ein Teil der Durchmetallisierung freigelassen, so daß beim Löten die in den durchmetalliaierten Bchrungen enthaltene Luft und der Flußmitteldampf entweichen kennen und dadurch ein Luftpolster verhindert wird, damit das Flußmittel und das flüssige Lot die zu lötenden Flächen erreicht. Zur Sicherstellung des Lotdurchstieges besitzt die Leiterplatte auf der Lot- und Bauteileseite um die Durchmetallisierung herum mit ihr verbundenen Lötflächen, die auf der Bauelementeseite der Bauelementeanschlußgeometrie angepaßt ist.In the following, the invention is intended to be based on three exemplary embodiments are explained in more detail. In the araten embodiment the first step is the gluing of the unwired components by means of a commercial special adhesive. When sticking on, a part of the through-metallization is left free, so that when soldering the brackets in the metal-plated stanchions the air contained and the flux vapor can escape, thereby preventing an air cushion, so that the flux and the liquid solder reach the surfaces to be soldered. To ensure the solder penetration owns the circuit board on the solder and component side around the through-plating their connected soldering surfaces, which is adapted on the component side of the component connection geometry.
Nach dem Aufkleben der unbedrahteten Bauelemente erfolgt die Bestückung der Leiterplatte mit denjenigen Bauelementen, die Anschlußdrähte aufweisen. Eine automatische Bestückung ist dabei möglich, weil die aufgeklebten unbedrahteten Bauelemente die Funktion der Bestückungs-• automaten nicht behindern.After the unwired components have been glued on, the circuit board is fitted with those components which have connecting wires. Automatic assembly is possible because the glued on unwired components do not hinder the function of the pick and place machine.
Im Anschluß an die Bestückung, gegebenenfalls auch mit bedrahteten Bauelementen, erfolgt die eigentliche Kon-Following the assembly, possibly also with wired components, the actual con-
• t · ι• t · ι
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taktierung der Bauelemente mittels eines Komplettlötverfahrens (vorzugsweise mittels Schwallöten). Während die mit Anschlußdrähten versehenen Bauelemente auf der Lötseite der Leiterplatte gelötet werden, steigt das flüssige Lot durch die durchmetallisierten Bohrungen und Durchbrüche der Leiterplatte und kontaktiert die Bauelemente auf der Bauelementeseite mit der Leiterplatte. Das Durchsteigeniveau des Lotes durch die Leiterplatte ist dabei maßgebend vom Lotdruck und der Kapillarwirkung, also von der Lotwellenform, der Eintauchtiefe und vom Querschnitt der Durchmetallisierung abhängig.Timing of the components by means of a complete soldering process (preferably by means of wave soldering). While the components provided with connecting wires are soldered on the soldering side of the circuit board, this increases liquid solder through the metallized holes and openings in the circuit board and makes contact with the Components on the component side with the circuit board. The level of the solder through the circuit board is decisive for the solder pressure and the capillary effect, i.e. the solder wave shape and the immersion depth and depends on the cross-section of the through-plating.
Bestimmte Schaltungs- und Einbaugegebenheiten können es dabei erforderlich machen, daß die Anschlußdrähte bedrahteter Bauelemente auf der Lötseite nicht herausragen dürfen, oder daß kein Platz für eine dem Drahtdurchmesser angepaßte Durchmetallisierung zur Verfügung steht. In solchen Fällen werden die Drahtanschlüsse der bedrahteten Bauelemente so abgebogen, daß sie nur auf den Lötflächen auf der Bauelementeseite aufliegen und über, dem Lay-out angepaßten, kleineren Durchmetallisierungen positioniert sind, so daß durch diese Bohrungen das Lot durchsteigen kann und in beschriebener Weise eine Verlötung der Anschlußdrähte mit der Schaltung erreicht wird.Certain circuit and installation conditions can make it necessary that the connecting wires of wired components do not protrude on the solder side or that there is no space available for a through-plating matched to the wire diameter. In such cases, the wire connections of the wired components are bent so that they are only on the soldering surfaces rest on the component side and positioned over smaller through-metallizations adapted to the layout are so that the solder can rise through these holes and soldering in the manner described the connecting wires with the circuit is achieved.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Aufschmelzen von Lot-Flußmittelgemengen, sogenannten Lotpasten, benutzt, wobei diese Lotpasten durch Stempeln, durch Schablonen- oder Siebdruck als Druckbild, aber auch mittels Dosierer in Einzelportionen aufgebracht werden. Die Verwendung von Lotpasten zum Auflöten von Bauelementen ist nicht neu, wurde aber bisher nur bei Schichtschaltungen angewandt, wobei die Wärmezuführung für den Löt-Vorgang von unten durch Wärmeleitung durch das Substrat hindurch oder partiell von oben erfolgt.In a second embodiment, the melting of solder-flux mixtures, so-called solder pastes, used, these solder pastes by stamping, by stencil or screen printing as a print image, but also by means of Dosers can be applied in individual portions. The use of solder pastes for soldering components is not new, but has so far only been used in layer circuits, whereby the heat supply for the soldering process takes place from below by conduction through the substrate or partially from above.
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Die für Leiterplatten für integrierte Mikrowellenschaltungen und für flexible Schaltungen hauptsächlich verwendeten Trägermaterialien auf Spoxydharzbasis, in Form von Teflon oder auf Polyimidbasis gestatten ohne Schadigung keine Erwärmung auf Löttemperatur zum Löten durch sie hindurch. Eine partielle Erwärmung von oben ist, sofern sich mehrere Bauelemente auf einer Schaltung befinden, nicht wirtschaftlich. Um nun trotzdem die aufgebrachte Lotpaste, in welche die Bauelemente von Hand,The carrier materials mainly used for printed circuit boards for integrated microwave circuits and for flexible circuits, based on spoxy resin, in the form of Teflon or polyimide-based do not allow heating to the soldering temperature for soldering without damage through them. Partial heating from above is not economical if there are several components on a circuit. In order to still use the applied solder paste, in which the components are inserted by hand, aber auch maschinell gesetzt worden sind, aufschmelzen zu können, muß eine dosierte, einem bestimmten Temperaturprofil angepaßte Wärmezuführung erfolgen. Dies ist mittels eines Lötofens möglich, welcher eine Teilerwärmung von unten gestattet, die Hauptwärme aber von obenbut have also been set by machine to be able to melt, a metered supply of heat adapted to a specific temperature profile must take place. This is possible by means of a soldering furnace, which allows partial heating from below, but the main heat from above Über Heißluft und geheiztem Stickstoff aufbringt. Es ergibt sich dadurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung zur Vermeidung örtlicher Überleitung.Applies via hot air and heated nitrogen. This results in a uniform temperature distribution to avoid local transfer.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wird auf die zu bestückende Schaltung im Komplettverfahren oder einzeln Lotpaste auf die Lötflächen aufgebracht. Die unbedrahteten und gegebenenfalls auch bedrahteten, jedoch speziell ausgeformten Bauelemente werden mit ihren Lötanschlüssen oder Drahtanschlüssen in diese Lotpaste gesetzt. Die Lotpaste fixiert in der Regel ohne zusätzliche mechanische Hilfsmittel das Bauelement für den nachfolgenden Reflow-Lötvorgang. Nach dem Lötvorgang kann dann, falls gegeben, die Bestückung und das Löten der bedrahteten Bauelemente in herkömmlicher Weise erfolgen.In a third exemplary embodiment, the circuit to be equipped is applied as a complete process or individually Solder paste applied to the soldering surfaces. The unwired and possibly also wired, but specially shaped components are inserted into this solder paste with their soldered connections or wire connections set. The solder paste usually fixes the component for the without additional mechanical aids subsequent reflow soldering process. After the soldering process, the assembly and soldering can then, if given the wired components take place in a conventional manner.
8 Patentansprüche8 claims
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Publications (1)
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ID=6171349
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