DE4192038C2 - Herstellungsverfahren für bedruckte Schaltungsplatinen, bei dem sowohl Wellenlöten als auch das Einpressen von Bauteilen ermöglicht wird - Google Patents

Herstellungsverfahren für bedruckte Schaltungsplatinen, bei dem sowohl Wellenlöten als auch das Einpressen von Bauteilen ermöglicht wird

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe mit auf einer Leiterplatte aufgebrachten Bauteilen, das den effizienten Einsatz von Einpreßtechniken und Wellenlöttechniken zuläßt. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Baugruppe, die den Einsatz des Verfahrens ermöglicht.
Das Anbringen von Bauteilen (Komponenten) auf einer Leiterplatte (PCB) mittels Wellenlöttechnik ist hinlänglich bekannt. Die einzelnen Bauteile werden auf einer Oberfläche der PCB so angeordnet, daß ihre Leitungen durch metallisierte Löcher zur Lötseite der PCB ragen. Die PCB wird an ihren Kanten durch eine Haltevorrichtung gehalten und von einer Förderungseinrichtung so befördert, daß die Lötoberfläche der PCB mit einer Welle von geschmolzenem Lot in Berührung kommt und davon wieder getrennt wird. Es ist offensichtlich, daß alles, was auf der Lötseite der PCB angeordnet ist, eine Beschaffenheit aufweisen muß, die es gestattet, die Wellenlötoperation auszuhalten.
Bestimmte Bauteile und Baugruppen sind prinzipiell nicht für das Wellenlöten geeignet. Ein derartiges Problem liegt vor, wenn die PCB dazu benützt wird, um Verbindungen mit anderen Baugruppen auf beiden Oberflächen der PCB aufzuweisen, wie das der Fall ist, wenn Anschlüsse (pins) sich von beiden Oberflächen erstrecken. Falls derartige Anschlußstifte (pins) vor der Wellenlötoperation eingesetzt werden, wird der Abschnitt des Anschlußstiftes (pin), der sich von der Lötoberfläche her erstreckt, mit Lot versehen werden. Dies ist bei vielen Anwendungen, bei denen zuverlässige Verbindungen nötig sind, unerwünscht. Derartige Anschlußstifte (pins) weisen daher häufig eine spezielle Ummantelung auf, wie etwa eine Goldumhüllung, um die Zuverlässigkeit des Kontakts zu erhöhen, welche wiederum vermindert werden würde, wenn der Anschlußstift mit Lot ummantelt würde. Obwohl es möglich ist, eine geeignete Abdeckung zu verwenden, um zu verhindern, daß die Stifte mit dem Lot in Berührung kommen, führt dies häufig zu unbefriedigenden Ergebnissen. Eine derartige Technik erfordert meist umfangreiche manuelle Betätigungen und führt zu Herstellungsfehlern. Eine als Rückwand (back plane) bekannte PCB kann dazu eingesetzt werden, andere Karten und Baugruppen miteinander zu verbinden. Derartige Rückwände weisen typischerweise eine Reihe von Anschlußstiften (pins) auf, die sich von beiden Oberflächen der PCB erstrecken, um eine Verbindung mit anderen Baugruppen oder Verbindern zu erreichen. Wenn auf der Rückwand Bauteile befestigt werden, die verlötet werden müssen, so werden sie typischerweise mittels eines Lötkolbens verlötet, nachdem sie in die Platine eingesetzt wurden.
Es besteht ein Bedürfnis nach einem Verfahren, das es gestattet, in PCBs Verbindungsanschlußstifte aufzunehmen, die sich von beiden Oberflächen erstrecken und dabei gleichzeitig die Verwendung der Wellenlöttechnik gestatten, um zusätzliche Bauteile anzubringen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Verfahren bekannt, mit denen Platinenlöcher während des Lötvorgangs offengehalten werden. Aus der DE 37 90 315 C2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Platinenlöcher mit Lötmittelabdeckungen versehen werden. Die Abdeckungen für die Löcher werden durch Bedrucken der Platine mit einer Walze erzeugt. Die Löcher der Platine bleiben auch nach dem Löten dauerhaft verschlossen.
Die EP 0 043 224 B1 beschreibt einen mit Stiften versehenen Halteblock. Die Stifte stecken während des Schwallötens in den Platinenlöchern und verhindern so ein Zulöten der Löcher. Die Stifte sind so ausgeformt (vorzugsweise konisch), daß die Wände der Leitungslöcher mit Lötmittel benetzt werden.
Die DE 28 07 874 A1 beschreibt übereinander angeordnete Platinen, die fluchtend ausgerichtete metallisierte Löcher aufweisen. Als Isolierschichten zwischen den Platinen werden dünne Folien verwendet. Anschlußstifte, die in die Löcher eingeschoben werden, durchstoßen diese Folien.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein zuverlässiges, billiges, in der Massenproduktion einsetzbares Verfahren anzugeben, mit dem Anschlußstifte nach einem Schwallötprozeß in den Platinenlöchern befestigt werden können, wobei eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Anschlußstiften und der Platine entsteht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine mit dem Verfahren herstellbare Baugruppe anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Durch das Aufbringen einer Maskierungsschicht auf der Lötseite der Leiterplatte, wobei die Maskierungsschicht leicht durchstoßen oder durchbrochen werden kann, werden freibleibende Löcher zuverlässig abgedeckt und Anschlußstifte können nach dem Schwallöten problemlos in die offenen Löcher eingesetzt werden.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt im einzelnen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer PCB,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer PCB, die einen Einpreßsteckverbinder zeigt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine PCB 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Sie beinhaltet eine Anzahl von durchmetallisierten Löchern (plated-through holes) 12, die in einer Reihe angeordnet sein können, um Anschlußstifte aufzunehmen. Eine aufgedruckte Leitung 14 auf der Oberfläche der PCB und eine aufgedruckte Leitung 16 auf der Rückseite der PCB dienen als Verbindung zu anderen durchmetallisierten Löchern oder Bauteilen auf der PCB. Eine Lötmaske 18 auf der Oberfläche des PCB schützt die PCB, während sie Gebiete um die durchmetallisierten Löcher freiläßt.
Zusätzliche durchmetallisierte Löcher 20 in der PCB sind ausgelegt, um herkömmliche Bauteile, wie etwa einen Widerstand 22, der axiale Leitungen 24 aufweist, die durch die durchmetallisierten Löcher 20 ragen, aufzunehmen.
Es ist klar, daß die Zeichnungen lediglich der Veranschaulichung dienen und daß eine Vielzahl von herkömmlichen zu verlötenden Bauteilen auf der Oberfläche der PCB zusätzlich zu den Steckverbinderstiften angeordnet sein können.
Die Rück- oder Lötseite der PCB weist eine Lötmaske 26 auf, die den größten Teil der PCB bedeckt und schützt. Gemäß der vorliegenden Erfindung bedeckt diese Maske jedoch nur die durchmetallisierten Löcher 12 auf der Rückseite der PCB, jedoch nicht die durchmetallisierten Löcher 20, welche die Leitungen der Bauteile oder andere Teile, die einer Wellenlötung unterzogen werden sollen, enthalten. Die Lötmaske 26 kann aus einem trockenen Filmmaskenmaterial bestehen, wie etwa Vacrel, wie es von DuPont hergestellt wird und als 0,004 Inch (0,01 cm) dicker Film erhältlich ist. Dieser Film muß in der Lage sein, die Löcher 12 zu überspannen.
Fig. 3 zeigt eine PCB 10, bei der eine Steckverbinderbaugruppe auf der Oberfläche der PCB befestigt ist. Die Baugruppe enthält leitende Stifte 30, die auf dem Steckverbindergehäuse 30 befestigt sind und sich von diesem aus erstrecken. Die Stifte weisen bevorzugtermaßen einen quadratischen Querschnitt auf und sind an den Enden abgeschrägt (34). Die Stifte weisen eine Querschnittsdimensionierung auf, die es gestattet, sie in die Löcher 12 einzupressen, so daß dadurch ein elektrischer Kontakt und eine mechanische Befestigung zu der PCB erreicht wird. Die Abschnitte 36 der Stifte ragen deutlich über die Lötseitenoberfläche der PCB 10 hinaus, um den Eingriff mit anderen Steckverbindern oder Baugruppen zu ermöglichen.
Gemäß dem vorliegenden, erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst eine PCB hergestellt, die geeignet verteilte durchmetallisierte Löcher 12 und 20 aufweist. Danach wird eine Oberflächenlötmaske 18 und eine Unterseitenmaske 26 aufgetragen. Es ist wichtig, daß die Unterseitenmaske 26 die durchmetallisierten Löcher 12 vollständig überdeckt, während sie die durchmetallisierten Löcher 20, die zum Aufnehmen der Anschlußleitungen der Bauteile, die gelötet werden sollen, dienen, freiläßt. Die Bauteile werden dann auf der Oberseite der PCB angeordnet, so daß sich ihre Leitungen durch die durchmetallisierten Löcher 20 erstrecken.
Die PCB mit den darin eingesetzten Bauteilen wird dann einer Wellenlötung unterzogen, indem die gesamte Unterseite der PCB mittels einer herkömmlichen Förderträgertechnik einer Wellenlötung unterzogen wird. Im Ergebnis werden die eingesetzten Bauteile an den durchmetallisierten Löchern 20 gelötet und die Löcher 12 verlassen die Wellenlötung, ohne daß sie mit Lot versehen sind. Dies liegt daran, daß sie durch die Maske 26 geschützt waren. Die mit der Wellenlötoperation verbundene Hitze macht die Maskenschicht 26, die die Löcher 12 bedeckt, brüchig.
Nach der Wellenlötoperation wird die PCB auf eine Halteeinrichtung 38 gebracht, welche so ausgelegt ist, daß sie die Unterseite der PCB trägt, während die Steckverbinderbaugruppe 28 von der Oberseite der PCB eingepreßt wird, so daß die Stifte 30 durch die Löcher 12 ragen. Die Enden 34 dieser Stifte durchbohren und brechen die relativ brüchige Lötmaske 26, die die lötseitigen Enden der Löcher 12 bedeckt. Die Halteeinrichtung 38 weist Vertiefungen oder Einbuchtungen auf, um Leitungen 24, die sich von anderen Komponenten, die auf der PCB befestigt sind, erstrecken, aufzunehmen und gestattet geeigneten Halt in der Nähe der Löcher 12 während der Einpreßoperation. Dies vervollständigt das Aufbringen von Baugruppen auf der PCB gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei Bauteile einer Wellenlötung unterzogen werden und Steckverbinder, die sich von der Lötseite her erstrecken, ohne eine Wellenlötoperation eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich als vorteilhaft, da es erlaubt, Bauteile auf einer PCB mittels Wellenlöttechnik anzubringen, ohne das spätere Befestigen eines Steckverbinders mit Stiften, die durch die PCB ragen, zu behindern. Damit bleibt die Zuverlässigkeit der Wellenlöttechnik für herkömmliche Bauteile bestehen, während außerdem die Zuverlässigkeit und Handhabbarkeit der Einpreßtechnik für Steckverbinder mit Stiften in die PCB erhalten bleibt.
Die Steckverbinderbaugruppe 28 wird bevorzugtermaßen von der Oberseite der bedruckten Leiterplatine aus aufgebracht, so daß die Abschnitte der Lötmaske 26, die die Enden der Löcher 12 bedecken, nach außen hin und weg von der PCB gebrochen werden. Jedoch kann es in bestimmten Situationen vorteilhaft sein, die Stifte von der Lötseite her einzustecken und dabei die Lötmaske nach innen in die Löcher hinein zu brechen. Alternativ dazu kann auch ein Stab verwendet werden, um die Löcher 12 von der Lötmaske zu befreien, bevor die Verbindungspins eingesetzt werden.
Es könnte auch ein Steckverbindergehäuse ähnlich dem Gehäuse 32 auf dem Abschnitt 36 des Stiftes 30 auf der Lötseite der PCB befestigt werden, um das Eingreifen und Halten eines passenden Steckverbinders oder einer passenden Baugruppe zu unterstützen. Obwohl anhand der Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, wird der Schutzumfang der Erfindung durch die beiliegenden Patentansprüche bestimmt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer Baugruppe (10) mit auf einer Leiterplatte aufgebrachten Bauteilen (22), das folgende Schritte umfaßt:
  • a) Anfertigen von Leiterbahnen (14; 16) auf mindestens einer Oberfläche der Leiterplatte, die eine Bauteilseite und eine Lötseite aufweist;
  • b) Anfertigen einer ersten und einer zweiten Anzahl von durchmetallisierten Löchern (12, 20) in der Leiterplatte;
  • c) Aufbringen einer Maskierungsschicht (26) auf der Fläche der Lötseite der Leiterplatte derart, daß die erste Anzahl von Löchern (12) von der Maskierungsschicht abgedeckt und die zweite Anzahl von Löchern (20) nicht abgedeckt ist;
  • d) Einsetzen der Bauteile (22) auf der Bauteilseite der Leiterplatte unter Verwendung der zweiten Anzahl von Löchern (20);
  • e) Führen der Lötseite der Leiterplatte über eine Lötwelle, so daß die zweite Anzahl von Löchern (20) und die darin eingesetzten Bauteile (22) verlötet werden;
  • f) Einsetzen von leitenden Stiften (30) in die erste Anzahl von Löchern (12), wobei die Maskierungsschicht leicht durchstochen oder durchbrochen werden kann und die Stifte sowohl auf der Bauteilseite als auch auf der Lötseite der Leiterplatte herausragen und so dimensioniert sind, daß sie eine Preßverbindung mit der ersten Anzahl von Löchern (12) eingehen und ein elektrischer Kontakt zustandekommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die leitenden Stifte (30) von der Bauteilseite der Leiterplatte her eingesetzt werden, wodurch die Maskierungsschicht (26), die die erste Anzahl von Löchern (12) bedeckt, so durchbrochen wird, daß die Maskierungsschicht nach außen hin, von den Löchern weg, durchbrochen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Einsetzen der Stifte weiterhin den Schritt des Einpressens einer Steckverbinderbaugruppe (28), die eine Vielzahl von Stiften (30) aufweist, die alle etwa gleichzeitig in die erste Anzahl von Löchern (12) eingesetzt werden, aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das außerdem den Schritt umfaßt:
Anordnen der Lötseite der Leiterplatte auf einer Haltevorrichtung (38), bevor die Stifte (30) in die erste Anzahl von Löchern (12) eingepreßt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Maskierungsschicht (26), die die erste Anzahl von Löchern (12) bedeckt, durch das Erhitzen mit der Lötwelle brüchig gemacht wird.
6. Baugruppe (10) mit:
einer Leiterplatte, die eine Bauteilseite und eine Lötseite aufweist;
einer ersten und einer zweiten Anzahl von durchmetallisierten Löchern (12, 20) in der Leiterplatte;
Leiterbahnen (14; 16), die auf mindestens einer Seite der Leiterplatte ausgebildet sind;
einer Maskierungsschicht (26), die auf der Fläche der Lötseite der Leiterplatte aufgebracht ist;
Bauteilen (22), die auf der Bauteilseite der Leiterplatte aufgebracht sind und deren Anschlußdrähte (24) an der zweiten Anzahl von Löchern (20) festgelötet sind; und
leitenden Stiften (30), die in der ersten Anzahl der Löcher (12) eingepreßt sind, wobei die Stifte sowohl auf der Bauteilseite als auch auf der Lötseite der Leiterplatte herausragen und die Maskierungsschicht von den leitenden Stiften (30) durchbrochen und mit diesen elektrisch verbunden ist.
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