DE4038460C2

DE4038460C2 - SMD-Bauteilverbindung zu einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE4038460C2
Application number: DE4038460A
Authority: DE
Inventors: Johannes Lamers
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1990-12-03
Filing date: 1990-12-03
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2010-12-04
Also published as: DE4038460A1; FR2670074B1; GB9125507D0; GB2251344B; GB2251344A; FR2670074A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektrischen Verbinden von elektronischen oberflächenmontierten Bau teilen (SMD) mit einer Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, elektronische SMD-Bauteile auf einer Lei terplatte derart anzuordnen, daß die Anschlußpunkte bzw. Anschlußbeinchen am SMD-Bauteil-Gehäuse mit einem entspre chenden Lötpunkt-Muster auf der Leiterplatte zur Deckung kommt. Anschließend werden die SMD-Bauteile direkt durch Verlöten ihrer Anschlußpunkte mit den Lötpunkten der Lei terplatte elektrisch verbunden. Sowohl die Bestückung, al so die Anordnung der Bauteile auf der Leiterplatte, als auch der Lötvorgang werden heute überwiegend automatisiert durchgeführt.

Bei militärischer Verwendung derartiger SMD-bestückter Lei terplatten, insbesondere in Geschossen, hat sich gezeigt, daß die beim Abschuß auf die elektronischen Bauteile und die Leiterplatte wirkenden Kräfte die Funktionsfähigkeit derartiger Schaltungen beeinträchtigen.

So sind beispielsweise Artilleriegeschosse, in denen die oben geschilderten elektronischen Schaltungen verwendet werden, beim Abschuß einer Beschleunigung in der Größen ordnung von 30 000 g ausgesetzt. Dies führt dazu, daß rela tiv große und damit relativ schwere Bauteile wie z. B. hoch integrierte Schaltkreise (ICs) so stark gegen die Stahlhy brid-Leiterplatte gedrückt werden, daß ihre Gehäuse zerbre chen.

Weiterhin ist beobachtet worden, daß unter der Wirkung der bei den besagten Artilleriegeschossen auftretenden Rota tionsbeschleunigungen infolge einer Drallbeaufschlagung enorme Verwindungskräfte auf die SMD-Gehäuse wirken, was zu einem Abreißen der direkten Lötverbindungen der Gehäu se-Anschlüsse mit den Lötpunkten der Leiterplatte führt.

Zur Lösung dieser Probleme sind bisher verschiedene Wege eingeschlagen worden.

Zum einen wurde versucht, relativ große und schwere SMD-Ge häuse, wie z. B. der Bauformen LCCC(Leadless Ceramic Chip Carrier)-Gehäuse oder PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)-Ge häuse, die bis zu 84 Anschlußpunkte aufweisen, durch gasge polsterte Folien, in die die Halbleiter-Chips eingebettet sind, zu ersetzen. Auf diese Weise sollte die Gehäusemasse verringert und durch das enthaltene Gas eine Art Puffe rungseffekt bei hohen Beschleunigungskräften erreicht wer den. Nachteilig bei dieser Art von Gehäusen ist jedoch, daß sie bei sehr vielen Anschlüssen sehr teuer in der Fer tigung und außerdem nicht unbedingt mit üblichen Lötverfah ren mit den angesprochenen Leiterplatten verbindbar sind. Zum zweiten wurde versucht, insbesondere bei PLCC-Gehäusen durch eine elastische Einlage zwischen der Gehäuseuntersei te und der Leiterplatte die Einwirkung von Beschleunigungs kräften auf die Gehäuse zu kompensieren. Es hat sich je doch gezeigt, daß unter dem Einfluß hoher Beschleunigungs kräfte, insbesondere großer Querbeschleunigungen, die Löt verbindungen zwischen den bei PLCC-Gehäusen vorgesehenen Anschlußbeinchen und der Leiterplatte versagten.

Aus der US 4,631,820 ist ferner eine Anordnung zum elektri schen Verbinden von elektronischen Bauteilen mit einer Lei terplatte bekannt, wobei die Leiterbahnen u. a. auch auf flexi blen Folien angeordnet werden können. Hierdurch soll vor allem eine einfache und genaue Montage der elektrischen Verbindung zwischen Bauteilen und Leiterplatten erreicht werden. Einen Hinweis, auf welche Weise diese bekannte Anordnung weiterge bildet werden könnte, damit die Anordnung beschleunigungsfest ist, läßt sich dieser Schrift indessen nicht entnehmen.

Aus der US 4,959,900 ist eine Anordnung zum elektrischen Verbinden elektronischer Bauteile mit Leiterplatten bekannt, wobei die Bauteile über einzelne gebogene Anschlußdrähte miteinander verbunden sind. Dadurch sollen insbesondere Spannungen durch Temperaturschwankungen kompensiert werden; doch wird dadurch nicht das Abreißen der Anschlüsse oder das Zerbrechen der Bauelementgehäuse durch hohe Beschleunigungs kräfte, wie sie beispielsweise bei drallstabilisierten Ge schossen auftreten, verhindert.

Aus der EP 0 216 363 A2 ist eine Anordnung zum elektrischen Verbinden von Bauelementen mit einer Leiterplatte bekannt, bei der zur Kompensation von auf die Anschlußdrähte wirkenden äußeren Kräften diese stufenförmig ausgebildet sind. Abgesehen davon, daß diese Anordnungen relativ platzaufwendig sind, sind auch sie für die Aufnahme hoher Beschleunigungskräfte nicht geeignet. Ein Zerbrechen der Bauelementgehäuse durch diese Anordnung läßt sich ebenfalls nicht vermeiden.

Schließlich sind aus der EP 0322 121 A1 auf einer Leiterplatte angeordnete SMD-Bauteile bekannt, die vor allem zur genauen Justierung der Bauteile zueinander sowie später zur Aufnahme von Temperaturschwankungen mit einem Elastomer verklebt sind. Die Anschlüsse der Bauteile sind ohne Anschlußdrähte mit den entsprechenden Anschlüssen der Leiterplatten verlötet. Auch diese Anordnung eignet sich nicht für die Befestigung von elektronischen Bauelementen auf Leiterplatten in Geschossen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anord nung zum Verbinden üblicher, großer und schwerer hochinte grierter SMD-Bauteile mit einer Leiterplatte, beispiels weise einer Stahlhybrid-Leiterplatte, zu schaffen, die bei Verwendung in einem Geschoß hohen Beschleunigungen problemlos ausgesetzt werden kann und die darüber hinaus einfach herzustellen und zu montieren ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Anord nung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen des kennzeichnen den Teiles des Patentanspruches 1.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß große, schwere SMD-Bauteile, wie bei spielsweise ICs, Quarze etc, in LCCC- und PLCC- sowie SO-Gehäusen, die normalerweise unter der Einwirkung großer Beschleunigungen zerstört werden oder deren direkte Lötver bindungen zu einer Stahlhybrid-Leiterplatte versagen, nicht direkt auf die Leiterplatte gelötet werden. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung, die im wesentlichen dazu dient, die betreffenden Gehäuse über ihre Anschlüsse mit flexiblen, an sich bekannten flächenhaften Leiterbahn-Ab schnitten zu verlöten und erst diese mit den entsprechen den Lötpunkten auf der Leiterplatte zu verbinden, ist es möglich, die auf die gesamte Schaltungs-Anordnung wirken den Beschleunigungskräfte soweit abzufangen, daß eine Be schädigung der Bauteile sowie ein Versagen bzw. Beschädi gen der jeweiligen Lötverbindungen ausgeschlossen wird.

Dabei ist vorgesehen, die zur Verbindung zwischen den betreffenden SMD-Bauteilen und der Leiterplatte dienenden flexiblen Lei terbahn-Abschnitte derart zu biegen bzw. vorzuformen, daß sie eine zusätzliche quasi federnde Kompensation der ein wirkenden Beschleunigungskräfte bereitstellen.

Die dazu verwendeten flexiblen Leiterbahn-Abschnitte sind an sich bekannt. Sie bestehen üblicherweise aus einer An ordnung metallischer zungenartiger Leiterbahnen, die nach außen und untereinander durch flexible Kunststoff- Folien isoliert sind. Sie sind in verschiedenen Ausfüh rungsformen erhältlich.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung von großen, schweren SMD-Bauteilen auf flexiblen Leiterbahn-Ab schnitten besteht darin, daß sie einfach herzustellen ist, einfach zu montieren - auch automatisierbar - und auch die Lötvorgänge nach üblichen Methoden ausgeführt werden kön nen. Darüber hinaus können die in die flexiblen Anschluß- Leiterbahnabschnitte eingesetzten Bauteile unter Vermei dung zusätzlicher Adapter sofort getestet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Zuhilfenahme einer Zeichnung ausführlich erläutert und beschrieben; dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines flexiblen Anschlußbahn-Rahmens;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des flexiblen Anschlußbahn-Rahmens mit darin be festigten 28-poligen LCCC-Bauteilen;

Fig. 3 eine erste Art einer Verbindung des Rahmens ge mäß Fig. 2 mit einer Leiterplatte;

Fig. 4 eine zweite Art der Verbindung des Rahmens gemäß Fig. 2 mit einer Leiterplatte.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 10, die aus untereinander zusammenhängenden flächenhaften, flexiblen Anschlußbahnen-Folien 12.1, 12.2, 12.3 und 12.4 besteht. In Abhängigkeit von einem aufzunehmenden SMD-IC-Gehäuse 18 (siehe dazu auch Fig. 2) ist zu jedem Anschlußpunkt des SMD-Gehäuses 18 eine Leiterbahn vorgesehen. Die einzelnen Bahnen 12.1 bis 12.4 bilden eine Art Rahmen, in dessen In nerem mit 14 bezeichnete Leiterbahnen zur direkten Verbin dung zum SMD-Gehäuse zu sehen sind.

Quasi auf dem äußeren Bereich des Rahmens sind die einzelnen Anschlußbahnen fortgesetzt und bilden mit 16 bezeichnete Kontaktbahnen, die zu den entsprechenden Anschlußpunkten auf der Leiterplatte 24 (siehe dazu auch Fig. 3 bis 5) führen.

Es ist allerdings auch eine Anordnung 10 aus einzelnen Abschnitten 12.1 bis 12.4 möglich.

Die für die Anordnung verwendeten flexib len Leiterbahnen sind in dem in Fig. 1 dargestellten Mu ster erhältlich. Dabei ist es möglich, daß die mit 12.1 bis 12.4 bezeichneten Anschlußbahnen möglichst zusammenhän gend gefertigt werden, wobei sie, wie in Fig. 1 abgebil det, durch hier nicht näher bezeichnete kleine Streben an ihren Eckpunkten miteinander verbunden sein können. Im In nern des von den Abschnitten 12.1 bis 12.4 gebildeten Rah mens sind die Leiterbahnen 14 fingerartig ausgebildet, so daß vorzugsweise das Isolationsmaterial zwar gerade noch die einzelnen Leiterbahnen bedeckt, aber zwischen ihnen entfernt wurde. Gleiches gilt für die Kontaktbahnen 16, die letztendlich auf die Leiterplatte 24 gelötet werden. Auch sie sollten vorzugsweise fingerartig ausgebildet sein. Dabei können insbesondere die Kontaktbahnen 16 als Leiterbahn geringer Breite, wie in Fig. 1 abgebildet, oder mit entsprechend breiten Anschlüssen, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgeführt werden. Letzteres ermöglicht eine einfachere Löttechnik und bietet eine bessere Befestigung der Anordnung 10 auf der Leiter platte 24.

In Fig. 2 ist im wesentlichen die in Fig. 1 dargestellte Anordnung 10 wiedergegeben, wobei schon benannte Merkmale mit den gleichen Bezugsziffern versehen wurden.

Zusätzlich ist in Fig. 2 die Anordnung 10, also der flexible Anschlußbahnen(12.1. bis 12.4)-Rahmen bereits mit einem SMD-IC 18, hier in einem 24-poligen LCCC-Gehäuse, bestückt. Da, wie schon erwähnt, die nach innen ragenden Leiterbahnen 14 (siehe dazu Fig. 1) fingerartig und in einer der Leiterbahn entsprechenden Breite ausgeführt sind, kann das LCCC-Gehäuse von einer an sich beliebigen Seite her quasi durch die Anordnung 10 gesteckt werden, wo bei sich die Leiterbahnen 14 entsprechend aufbiegen und kommen damit auf mit 20 bezeichneten Anschlüssen am LCCC-Gehäuse 18 zu liegen, womit sie in üblicher Weise verlötet werden können. Von diesem Punkt an ist es möglich, das IC und seine Lötverbindungen an den Anschlüssen 20 direkt über die Leiterbahnen 16 unter Vermeidung eines zusätzlichen Adap ters zu testen.

In den Fig. 3 und 4 sind zur Verdeutlichung verschie dene Verbindungsarten der flexiblen An schlußbahnen 12 mit einer Leiterplatte 24 und mit einem SMD-Bauteil dargestellt. Der Einfachheit halber ist die Anordnung 10 jeweils am Beispiel des flexiblen Leiter bahnen-Abschnitts 12.4 (siehe dazu Fig. 1 und 2) und des schon in Fig. 2 beispielhaft benannten LCCC-Gehäuses 18 abgebildet, jedoch gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößert.

Bisher in der Beschreibung zu den Fig. 1 und 2 mit Be zugsziffern bezeichnete Merkmale der An ordnung 10 wurden mit gleicher Numerierung in den Fig. 3 bis 5 beibehalten.

Im einzelnen zeigt Fig. 3 einen etwa S-förmig gebogenen Leiterbahnen-Abschnitt 12.4, der einerseits mit einem je weiligen Anschluß 20 des SMD-ICs 18 (LCCC) mittels eines in der Elektronik üblichen Lots 22 verbunden ist.

Das andere Ende der betreffenden Leiterbahn, die Kontaktbahn 16 zur Leiterplatte 24, ist mittels des Lotes 22 mit einem mit 26 bezeichneten Lötpunkt auf der Stahlhybrid-Leiterplatte 24 verbunden. Zwischen dem LCCC-Gehäuse 18 und der Bestückungsseite der Stahl hybrid-Leiterplatte 24 ist ein elastischer Kleber 28 vorgesehen, der vorzugsweise ein Silikon-Kleber ist und punktförmig aufgebracht wird. Aufgrund der S-förmigen Anordnung der flexiblen Leiterbah nen-Abschnitte 12 in Verbindung mit den Silikon-Kleber- Punkten 28 zwischen dem keramischen LCCC-Bauteil 18 und der Stahlhybrid-Leiterplatte 24 können hohe Beschleuni gungskräfte, und zwar solche, die senkrecht zur Leiterplat te 24 einwirken, als auch solche, die sonst zur Verbindung der Bauteil-Lötverbindungen führen, sicher abgefangen werden, so daß das LCCC-Gehäuse 18 nicht zerbricht.

Fig. 4 zeigt am Beispiel des Leiterbahnen-Abschnittes 12.4 eine weitere Ausführung der flexib len Anordnung 10. Bei dieser Ausführungsform ist der Lei terbahnen-Abschnitt 12.4 mit seinem jeweiligen Kontakt 16 unter das LCCC-Gehäuse 18, genauer gesagt in den Zwischen raum zwischen dem Gehäuse 18 und der Leiterplatte 24, herumgeführt. Diese in Fig. 4 dargestellte Ausführungs form ist platzsparender als die in Fig. 3 und eignet sich in besonderer Weise bei Verwendung herkömmlichen Schaltungs-Layouts. Im übrigen zeigt die in Fig. 4 dargestellte Ausführung die gleichen Vorteile wie die in Fig. 3 dargestellte und beschriebene Anordnung.

Bezugszeichenliste

10 Anordnung
12.1 1. Flex-Bahn
12.2 2. Flex-Bahn
12.3 3. Flex-Bahn
12.4 4. Flex-Bahn
14 Leiterbahn zum SMD
16 Kontaktbahn zur Leiterplatte
18 SMD-IC (LCCC)
20 Anschluß am LCCC-Gehäuse
22 Lot
24 Leiterplatte (Stahlhybrid)
26 Lötpunkt auf (24)
28 Elastischer Kleber
30.1 Obere Leiterbahn
30.2 Untere Leiterbahn

Claims

1. Anordnung zum elektrischen Verbinden von elektronischen oberflächenmontierten Bauteilen (SMD) (18) mit einer Lei terplatte (24), wobei die SMD-Bauteile (18) und die Lei terplatte (24) über flexible Anschlußbahn-Folien (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) miteinander verlötet sind, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anschlußbahn-Folien (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) bogenförmig ausgebildet sind und daß zwischen der Leiterplatte (24) und dem jeweiligen SMD-Bauteil (18) ein elastischer Kleber (28) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbahn-Folien (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) zwischen den SMD-Bauteilen (18) und der Leiterplatte (24) S-förmig gebogen sind (Fig. 3).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbahn-Folien (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) zwischen den SMD-Bauteilen (18) und der Leiterplatte (24) die Form eines offenen Ringes aufweisen, wobei die Anschlußbahn- Folien (12.1, 12.2, 12.3, 12.4) von den Anschlüssen (20) des SMD-Bauteiles (18) in den Zwischenraum zwischen dem jeweiligen SMD-Bauteil (18) und der Leiterplatte (24) zu den entsprechenden Anschlüssen (26) der Leiterplatte (24) herumgeführt sind (Fig. 4).