DE4204882C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestücken von oberflächenmontierbaren Bauelementen mit kleinen Kontaktabständen - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zum Bestücken von oberflächenmontierbaren Bauelementen mit kleinen KontaktabständenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Bestücken von oberflächenmontierbaren elektronischen Bauele
menten mit sehr kleinen Kontaktabständen (Fine-Pitch-SMD-Bauelemente).
Derartige Bauelemente, z. B. Flachgehäuse-Bauelemente (Flat-
Packs), weisen eine Vielzahl von Kontakten (Anschlußbeinchen)
auf, die untereinander einen sehr kleinen Abstand (bis
zu 0,42 mm) haben. Diese Kontakte werden auf entsprechende
Anschlußkontakte von Leiterplatten gelötet.
Gebräuchliche Verfahren zum Löten von Fine-Pitch-SMD-Bauele
menten sind das Bügel-Löten, das Laser-Löten und das Hand-
Löten. Alle diese Verfahren sind Einzellötverfahren und re
lativ arbeits- und kostenaufwendig.
Vor allem dem Bügel-Löten kommt dabei eine größere indu
strielle Bedeutung zu, da sich mit diesem Verfahren am ehesten
gute Lötstellen in wirtschaftlich vernünftigen Zeiträumen
erzeugen lassen.
Das Bügel-Löten soll im folgenden näher beschrieben werden.
Aufgrund der engen Kontaktabstände läßt sich das Lot in der
Regel nicht mehr mit den üblichen Lotpasten und Verfahren
auf die Anschlußkontakte der Leiterplatte bringen. Daher
wird es üblicherweise bereits bei der Leiterplattenherstel
lung ausgetragen. Das erforderliche Flußmittel zur Aktivie
rung der Lötstellen wird üblicherweise von Hand mit einem
Pinsel aufgetragen, bevor das Bauelement aufgesetzt wird.
Danach erfolgt die Positionierung des Bauelements auf der
Leiterplatte. Wegen der erwähnten geringen Kontaktabstände
bestehen enge Toleranzen für die Positionierung, die daher
schwierig zu erreichen ist. Sie erfolgt in der Regel mit
Mikroskopsystemen und mittels einer Vakuumpipette von Hand.
Da die Anschlußbeinchen des Bauelements nicht, wie sonst in
der SMD-Technik üblich, in Lotpaste gesetzt werden, haften
sie nicht stabil in der beabsichtigten Position. Daher wird
das von der Vakuumpipette gehaltene Bauelement mittels eines
Metallbügels, der auf den Enden der Einschlußbeinchen auf
liegt, auf die Leiterplatte gepreßt, wie z. B. JP-A-1-265 593 zeigt. Da
nach wird ein geeigneter elektrischer Strom durch den Metallbügel geleitet,
wobei dieser widerstandsgeheizt wird und die für das Löten
erforderliche Wärme zur Verfügung stellt. Eine Regelung für
die Temperatur und die Lötzeit soll reproduzierbare Löt
ergebnisse liefern.
Die erwähnten Verfahrensschritte erfordern relativ teuere
Anlagen. Außerdem ist dieses Einzellötverfahren bei hohen
Stückzahlen der zu lötenden Bauelemente ohne eine unwirt
schaftliche Kostenerhöhung ungeeignet.
Es wurde vorgeschlagen, vor dem Löten mehrere Bauelemente
gemeinsam durch einen Rahmen auf einer Leiterplatte zu posi
tionieren. Dabei sitzen die Bauelemente lose auf den ent
sprechenden Kontakten der Leiterplatte. Der sich über die
gesamte Leiterplatte erstreckende Rahmen ist vor dem Aufset
zen auf die Leiterplatte nicht mit den Bauelementen verbind
bar und bietet keine Möglichkeit, Unebenheiten auf der Lei
terplatte und Ungenauigkeiten der Positionierung bzw. Kon
taktlücken auszugleichen.
Aus der DD 2 26 722 A1 ist es bekannt, die Bauelemente
mittels einer Schablone auf der Leiterplatte zu positionieren,
wobei die Bauelemente in Aussparungen der Schablonen an
ihren Ecken gehalten werden. Die Positionierung der Schablonen
erfolgt mit Hilfe von Stiften in Löchern der Leiterplatten,
die für andere Verwendungszwecke vorhanden sind.
Die genaue Positionierung der Bauelemente ist hierbei sehr
aufwendig, da die Toleranzen der Bauelementegehäuse für deren
genaue Aufnahmen in den Schablonen sehr eng sein müssen.
Des weiteren ist der Fertigungsaufwand der Schablonen für deren
genaue Positionierung auf den Leiterplatten sehr hoch.
In der US 4 733 462 wird das Bauelement von einem Saugrohr
angesaugt, auf der Leiterplatte aufgesetzt und dabei mittels
eines Positionierstiftes in die richtige Lage gebracht. Dieses
Verfahren garantiert ebenfalls nicht die erforderliche
Genauigkeit bei der Positionierung der Bauteile auf der Leiterplatte.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestücken von Fine-Pitch-SMD-
Bauelementen zur Verfügung zu stellen, wobei große Stückzah
len von Bauelementen mittels eines Massenlötverfahrens ein
fach, kostengünstig und sehr genau auf Leiterplatten gelötet
werden können.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1
bzw. 10 gelöst.
Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus,
die zu lötenden Bauelemente mit Hilfe einer Haltevorrich
tung, in der sie lösbar befestigbar sind, auf einer Leiter
platte zu positionieren und zu fixieren und anschließend
gleichzeitig auf die Leiterplatte zu löten.
Diese Haltevorrichtung weist einen Rahmen zum Halten eines
Bauelements und eine Positioniereinrichtung auf, um das Bau
element zu positionieren und die Kontakte des Bauelements
gegen die entsprechenden Kontakte der Leiterplatte zu pressen.
Die Vorteile der Erfindung liegen in einer einfachen Kon
struktion der Vorrichtung, einer hohen Positioniergenauig
keit und einem einfachen, kostengünstigen und automatisier
baren Verfahren für große Stückzahlen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Fine-Pitch-SMD-Bauelement
(Stand der Technik),
Fig. 1b eine Seitenansicht des Bauelements gemäß Fig. 1a,
Fig. 2a eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Rahmen,
Fig. 2b einen Querschnitt längs der Linie A-A′ in Fig. 2a,
Fig. 3a eine Draufsicht auf einen Leiterplattenausschnitt
mit erfindungsgemäßen Bohrungen für die erfindungs
gemäße Positioniereinrichtung,
Fig. 3b einen Querschnitt längs der Linie B-B′ in Fig. 3a,
Fig. 4a eine Draufsicht auf eine auf einem Fine-Pitch-SMD-
Bauelement und einer Leiterplatte montierten erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 4b einen Querschnitt längs der Linie C-C′ in Fig. 4a
(im Vordergrund Seitenansicht des Bauelements) und
Fig. 5 eine Seitenansicht einer angeschnittenen Ausfüh
rungsform des erfindungsgemäßen Rahmens auf einem
Bauelement gemäß Fig. 1a.
Die Fig. 1a und 1b zeigen eine übliche Ausführungsform
eines Flat-Pack-Bauelements 1. Das Bauelement 1 weist an
seinen Seiten eine Vielzahl von Kontakten 4 auf, die vonein
ander sehr gering beabstandet sind. Die Kontakte 4 sind stu
fenförmig ausgebildet und bilden mit ihrem unteren Absatz
und einem entsprechenden Anschlußkontakt auf einer Leiter
platte die Lötstelle aus.
In den Fig. 2a und 2b wird ein Rahmen 3 der erfindungsge
mäßen Vorrichtung dargestellt. Er enthält Bohrungen 7 für
seine Arretierung in der Leiterplatte. Fig. 2a zeigt eine
erfindungsgemäße Ausführungsform einer lösbaren Befestigung
des Bauelements 1 im Rahmen 3. Auf zwei gegenüberliegenden
Seiten des Rahmens 3 sind Stifte 12 in Bohrungen 11 angeord
net. Die Stifte 12 sind durch Spiralfedern 13 mit dem Rahmen
3 verbunden, werden lösbar durch die im Rahmen gehalterten
Klemmfedern 14 und abgefedert durch die Spiralfedern 13 ge
gen das Bauelement 1 gedrückt und halten so das Bauelement 1
im Rahmen 3. Der Rahmen 3 kann aus Metall, Keramik oder
Kunststoff bestehen. Er kann auch als Transportbehälter ver
wendet werden, um die empfindlichen Bauelemente in üblicher
Weise zu schützen.
Das entsprechende Gegenstück für den Rahmen 3 und das Bau
element 1 auf der Leiterplatte 2 ist in den Fig. 3a und
3b dargestellt. Die Kontakte 5 bilden mit den entsprechenden
Kontakten 4 des Bauelements die Lötstellen aus. Bohrungen 8
dienen zur Aufnahme der Positioniereinrichtung durch den
Rahmen 3.
Die Fig. 4a und 4b zeigen die erfindungsgemäße Vorrich
tung mit dem Rahmen 3 und der Positioniereinrichtung 6a, 6b
auf dem Bauelement 1 und der Leiterplatte 2. Der Rahmen 3
kann teilweise auf den Kontakten 4 des Bauelements 1 aufsit
zen, um diese gegen die Kontakte 5 der Leiterplatte zu pres
sen. Durch die Positioniereinrichtung 6a, 6b wird eine ge
naue, nicht verrutschende Ausrichtung der Kontakte 4 und 5
gewährleistet. Der entsprechende Anpreßdruck kann durch das
Gewicht des Rahmens 3 ausgeübt werden, dann erfolgt die Po
sitionierung vorzugsweise durch mindestens zwei Zylinder
stifte 6a in den Bohrungen 7 und 8. Eine andere Möglichkeit
zum Erreichen eines ausreichenden Anpreßdruckes ist das
Klemmen des Rahmens 3 vorzugsweise durch ein Federelement 6b
in den Bohrungen 7 und 8 auf der Leiterplatte 2, wobei der
Rahmen 3 zusätzlich durch ein oder zwei Zylinderstifte 6a
ausgerichtet wird.
Darüber hinaus sind auch noch andere Ausführungsformen für
die Positioniereinrichtung möglich. So kann z. B. Positionie
rung mittels Nuten in der Leiterplatte 2, die mit entspre
chenden Vorsprüngen im Rahmen 3 in Eingriff stehen, und die
Fixierung über Federklemmen, die auf der Leiterplatte 2 be
festigt sind und auf den Rahmen 3 drücken, erfolgen.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der
der Rahmen 3 mittels Bügeln 9 auf den Kontakten 4 des Bau
elements 1 aufsitzt. Die Bügel 9 sind durch je zwei Teles
kopfedern 10 mit dem Rahmen 3 verbunden und befinden sich an
jeder Seite des Rahmens 3. Durch diese voneinander unabhän
gige Federung der Bügel 9 pressen die Federn 10 nach dem Po
sitionieren und Fixieren über die Bügel 9 die Kontakte 4 ge
gen die entsprechenden Kontakte der Leiterplatte, können so
Unebenheiten auf der Leiterplatte ausgleichen und gewähr
leisten eine genaue und sichere Lötverbindung der Kontakte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vor dem Löten und ge
gebenenfalls bereits beim Bauelementhersteller zum Trans
portschutz an den Bauelementen 1 befestigt werden. Mehrere
Bauelemente mit diesen Vorrichtungen können dann zur Vorbe
reitung des Lötvorganges erfindungsgemäß auf der Leiter
platte positioniert und fixiert werden. Dies ermöglicht das
gleichzeitige Löten mehrerer Bauelemente (Massen-Lötverfah
ren), z. B. durch ein Reflow-Lötverfahren oder durch Dampf
phasenlöten.
Ein mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführtes
bevorzugtes Lötverfahren weist somit die folgenden Schritte
auf:
- a) Positionieren des Bauelements 1 mit dem Rahmen 3 auf der Leiterplatte 2, wobei das Bauelement 1 schon vorher im Rahmen 3 angeordnet und befestigt oder erst auf den Kon takten 5 der Leiterplatte positioniert und dann der Rah men aufgesetzt und befestigt werden kann,
- b) Arretieren des Rahmens 3, wobei die Kontakte 4 des Bau elements 1 gegen die Kontakte 5 der Leiterplatte 2 ge preßt werden,
- c) Löten der Kontaktstellen 4 und 5 und
- d) Abnehmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung (gegebenen falls zur Wiederverwendung).
Das Löten kann vorzugsweise mittels Dampfphasen-Löten erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist automatisierbar und er
möglicht hohe Stückzahlen mit guter Reproduzierbarkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch bei einem TAB (Tape
automated bonded)-Verfahren einsetzbar, wobei am Bestüc
kungsautomaten nach der Zufuhr und Aufsetzen des Bauelements
auf der Leiterplatte die erfindungsgemäße Haltevorrichtung
auf das Bauelement aufgesetzt und an diesem befestigt und
danach die eigentliche Positionierung in der oben beschrie
benen Weise vorgenommen wird.
Claims (17)
1. Vorrichtung zum Bestücken von oberflächenmontierbaren Bau
elementen (1), insbesondere mit kleinen Kontaktabständen,
auf einer Leiterplatte (2), mit
- a) einem Rahmen (3) zum Haltern des Bauelements (1) und
- b) einer Positioniereinrichtung (6a, 6b), die mit dem Rahmen (3) und der Leiterplatte (2) in Eingriff ist, um den das Bauelement (1) haltenden Rahmen (3) in der Sollposition auf der Leiterplatte (2) zu fixieren,
dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) durch
eine lösbare Verbindung (12, 13, 14), die
aus mindestens zwei auf gegenüberliegenden
Seiten des Rahmens (3) in Bohrungen (11)
angeordneten Stiften (12) oder Klemmbacken besteht,
befestigt ist, wobei die Stifte
über Spiralfeldern (13) mit dem Rahmen (3) verbunden
und durch im Rahmen (3) gehalterte lösbare Klemmfedern
(14) gegen das Bauelement (1) gedrückt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rahmen (3) aus Metall, Keramik, Glas oder
Kunststoff besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Positioniereinrichtung mindestens zwei
Positionierstifte (6a) aufweist, die in Bohrungen (7 und
8) des Rahmens (3) bzw. der Leiterplatte (2) einpaßbar
sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Positioniereinrichtung eine Nut-Feder-
Verbindung zwischen dem Rahmen (3) und der Leiterplatte
(2) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gewicht des Rahmens (3) zur Er
zeugung eines ausreichenden Anpreßdrucks der Bauelement
kontakte (4) an die Leiterplatte bemessen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung ein Federelement
(6b) zum Erzeugen eines Anpreßdrucks der Bauelementkontakte
(4) an die Leiterplatte (2) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Federelement (6b) als mindestens eine Federklemme
ausgebildet ist, die auf der Leiterplatte (2) oder dem
Rahmen (3) befestigt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rahmen (3) Bügel (9) aufweist, die über Federn
(10) mit dem Rahmen (3) verbunden sind, wobei die Bügel
(9) die Bauelementkontakte (4) in der fixierten Sollposition
an die Leiterplatte (2) pressen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß je ein Bügel (9) an je einer Seite des Rahmens (3)
angeordnet ist und an zwei Ecken des Rahmens (3) über je
eine Teleskopfeder (10) mit dem Rahmen verbunden ist.
10. Verfahren zum Bestücken von SMD-Bauelementen
(1) auf einer Leiterplatte (2) mit einer Vorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1)
zuerst in kdem Rahmen (3) befestigt und dann auf die Leiterplatte
(2) aufgesetzt wird oder zuest das Bauelement (1) und
dann der Rahmen (3) auf die Leiterplatte (2) aufgesetzt werden
und dann die Befestigung des Bauelements (1) im Rahmen (3) erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rahmen (3) als Transportbehälter für das Bauelement
(1) dient.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rahmen (3) auf die Bauelement
kontakte (4) aufgesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rahmen (3) abgefedert auf der
Leiterplatte (2) fixiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Bauelemente (1) auf einer
Leiterplatte (2) positioniert, arretiert und gleichzeitig
gelötet werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß das Löten mittels Dampfphasenlöten
erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die
Vorrichtung nach dem Verlöten der Bauelementkontakte (4) mit
dem Leiterplattenkontakten (5) abgenommen wird.
Priority Applications (1)
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DE4204882A DE4204882C2 (de) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Vorrichtung und Verfahren zum Bestücken von oberflächenmontierbaren Bauelementen mit kleinen Kontaktabständen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4204882A DE4204882C2 (de) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Vorrichtung und Verfahren zum Bestücken von oberflächenmontierbaren Bauelementen mit kleinen Kontaktabständen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4204882A1 DE4204882A1 (de) | 1993-08-19 |
DE4204882C2 true DE4204882C2 (de) | 1997-02-20 |
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DE4204882A Expired - Fee Related DE4204882C2 (de) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Vorrichtung und Verfahren zum Bestücken von oberflächenmontierbaren Bauelementen mit kleinen Kontaktabständen |
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DE (1) | DE4204882C2 (de) |
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1992
- 1992-02-18 DE DE4204882A patent/DE4204882C2/de not_active Expired - Fee Related
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