DE4303743C2 - Verfahren zur Anbringung von elektronischen Bauelementen auf Leiterplatten - Google Patents

Verfahren zur Anbringung von elektronischen Bauelementen auf Leiterplatten

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbringung von elektronischen Bauelementen auf Leiterplatten, wobei die Leiterplatten beispielsweise in elektroni­ schen Geräten wie etwa Video- oder Audiogeräten oder Büroautomati­ sierungsgeräten eingebaut werden.
Eine Kostenreduzierung von elektronischen Geräten wie etwa Video- oder Audiogeräten oder Büroautomatisierungsgeräten wird ständig ge­ fordert. Einer der Bereiche, in denen die Kosten gesenkt werden kön­ nen, ist der Fertigungsbereich. Beispielsweise werden in derartigen elektronischen Geräten gedruckte Leiterplatten verwendet, wobei auf diesen gedruckten Leiterplatten elektronische Bauelemente angebracht sind.
Im folgenden wird ein herkömmliches Verfahren zur Anbringung von elektronischen Bauelementen auf gedruckten Leiterplatten erläutert.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt eines auf einer Leiterplatte auf herkömmli­ che Weise angebrachten elektronischen Bauelementes gezeigt. Vor der Anbringung des elektronischen Bauelementes wird auf das gedruckte Leitungsmuster 11a auf die Isolierplatte 11 ein Lötmittel 15 aufgebracht werden. Dann wird das elektronische Bauelement 14 auf der Platte 11 angebracht, derart, daß der Anschluß 14a des Bauelementes 14 auf dem Lötmittel 15 eng anliegend angeordnet wird. Wenn anschließend das Lötmittel 15 auf seine Schmelztemperatur erwärmt wird, schmilzt das Lötmittel 15. Nach dem Abkühlen ist das elektronische Bauelement auf der Leiterplatte 11 befestigt, wobei der Anschluß 14a des Bauelementes 14 und das gedruckte Leitungsmuster 11a miteinander elektrisch ver­ bunden sind.
Bei dem obenerwähnten Anbringungsverfahren bestehen jedoch die fol­ genden Probleme:
  • 1. Selbst für die Anbringung weniger Bauelemente ist ein zeitauf­ wendiger Herstellungsprozeß erforderlich, um das Lötmittel 15 aufzu­ drucken und selbiges zu schmelzen.
  • 2. In einem Herstellungsprozeß ist die Zufuhr von Wärme erforder­ lich (ungefähr 220 bis 280°C), um das Lötmittel ausreichend stark zu schmelzen; daher muß das Material der isolierenden Platte 11 und des Bauelementes 14 gegenüber dieser Wärme beständig sein. Dadurch werden die Kosten erhöht.
  • 3. Bei billigen gedruckten Leiterplatten wird im allgemeinen eine Silberpaste verwendet. Hierbei ist ein spezielles lötbares, leitendes Material für das gedruckte Muster 11a erforderlich, ferner ist die Ver­ wendung eines bei niedriger Temperatur schmelzenden Lötmittels not­ wendig.
Aus der Druckschrift US 4,631,820 ist ein Verfahren zur Verbindung von Elektroden einer elektronischen Komponente mit einem Verdrahtungsmuster einer gedruckten Schaltung bekannt. Der Kontakt wird über eine leitfähige Folie vermittelt. Das Kontaktieren erfolgt mittels Thermokompression.
Aus der DE 37 01 343 A1 ist ein Verfahren zur Montage eines LSI- bzw. IC-Bausteins auf einer Verdrahtungsunterlage bekannt. In dem Verfahren werden die Anschlüsse des LSI- bzw. IC-Bausteins auf ein Wärmeversiegelungsmittel, das auf das Leitungsmuster der Ver­ drahtungsunterlage aufgedruckt ist, aufgelegt. Die gesamte Oberfläche oder ein Teil der Oberfläche des LSI- bzw. IC-Bausteins einschließlich seiner Anschlüsse werden mit einem Filmstreifen abgedeckt. Anschließend erfolgt ein Wärmepreßvorgang.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zeit für die Anbringung der Bauelemente auf gedruckten Leiterplatten zu verrin­ gern und die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlüssen der Bauelemente und den Verdrahtungsmustern auf den gedruckten Leiterplatten zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß werden anstatt des im Stand der Technik üblichen Lötmittels für die Verbindung zwischen dem Anschluß des Bauelemen­ tes und der gedruckten Leiterplatte anisotrope leitende Materialien verwendet. Zusätzlich zu dieser gedruckten Leiterplatte ist eine ge­ druckte Leiterfolie vorgesehen, wobei der Anschluß des Bauelementes zwischen den anisotropen Materialien auf der gedruckten Leiterplatte und auf der Unterseite der gedruckten Leiterfolie eingebracht wird. Von den beiden Außenseiten der gedruckten Leiterplatte bzw. der ge­ druckten Leiterfolie wird dem Anschlußteil Wärme zugeführt und gleichzeitig auf diesen ein Druck ausgeübt, d. h., daß eine Kontaktie­ rung mittels Thermokompression verwirklicht wird.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Anbringungsverfahrens besteht darin, daß die Fertigungsprozesse des Aufbringens von Lötmittel und des Zuführens von Wärme in das gesamte Produkt nicht notwendig sind und daß ein Isoliermaterial verwendet werden kann, das lediglich Tem­ peraturen von beispielsweise 150 bis 200°C widersteht. D. h., daß ein billigeres Isoliermaterial verwendet werden kann. Außerdem ist nur ei­ ne teilweise Erwärmung erforderlich. Die Herstellungskosten werden durch die Verkürzung der Zeit für die Anbringung der Bauelemente auf den gedruckten Leiterplatten reduziert.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Anbringungsverfahrens besteht darin, daß die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem Anschluß der Bauelemente und den Verdrahtungsmu­ stern auf den gedruckten Leiterplatten verbessert wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1(a) einen Querschnitt eines elektronischen Bauelementes und ei­ ner Leiterplatte vor der Anbringung in einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 1(b) einen Querschnitt des elektronischen Bauelementes nach sei­ ner Anbringung auf der Leiterplatte in dem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt eines auf herkömmliche Weise auf einer Leiterplatte angebrachten elektronischen Bauelementes;
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A' des Anschlußbe­ reichs des in Fig. 1(b) gezeigten ersten Beispiels der vorlie­ genden Erfindung;
Fig. 4(a) eine Draufsicht eines Bauelementes mit mehreren Anschlüs­ sen wie etwa eines Flachgehäuse-IC's, der auf der Leiter­ platte des ersten Beispiels der vorliegenden Erfindung ange­ bracht ist;
Fig. 4(b) einen Querschnitt des Beispiels von Fig. 4(a) entlang der Li­ nie B-B';
Fig. 4(c) einen Teilquerschnitt des obigen Beispiels der vorliegenden Erfindung entlang der Linie C-C'; und
Fig. 5 einen Querschnitt eines auf einer Leiterplatte angebrachten elektronischen Bauelementes gemäß eines zweiten Beispiels der vorliegenden Erfindung.
In den Fig. 1(a) und 1(b) sind Querschnitte des elektronischen Bauele­ mentes und der Leiterplatte vor bzw. nach der Anbringung des Bau­ elementes auf der Leiterplatte gemäß dem Verfahren der Erfindung ge­ zeigt.
Das untere Verdrahtungsmuster 1a wird auf die Oberseite der unteren Isolierplatte 1 gedruckt. Das obere Verdrahtungsmuster 2a wird auf die Unterseite der oberen Isolierfolie 2 gedruckt, die dem unteren Verdrah­ tungsmuster 1a zugewandt ist. Das untere anisotropische leitende Mat­ erial 3a ist an der Oberseite des unteren Verdrahtungsmusters 1a auf­ gebracht, während das obere anisotropische leitende Material 3b an der Unterseite des oberen Verdrahtungsmusters 2a aufgebracht ist. Der Anschluß 4a des elektrischen Bauelementes 4 wird zwischen das obere Verdrahtungsmuster 2a und das untere Verdrahtungsmuster 1a einge­ setzt.
Das anisotrope leitende Material wird im allgemeinen gebildet durch die Verteilung eines leitenden Materials wie etwa Kohlenstoff in einem thermoplastischen Harz wie etwa Polyester und Chloropren und besitzt die Eigenschaft, daß die Leitfähigkeit in Richtung des Drucks ansteigt, wenn dem Material Wärme zugeführt wird und gleichzeitig auf das Material ein Druck ausgeübt wird. In dem in Fig. 1(a) gezeigten Zu­ stand werden durch Zufuhr von Wärme und gleichzeitiges Ausüben ei­ nes Drucks von beiden Außenseiten der Anordnung, d. h. von der Un­ terseite der unteren Isolierplatte 1 und von der Oberseite der oberen Isolierfolie 2 das obere und das untere anisotropische leitende Material 3b bzw. 3a unter Wärmezufuhr aufeinandergepreßt, wie in Fig. 1(b) gezeigt ist. Dies hat zum Ergebnis, daß der Anschluß 4a des elektroni­ schen Bauelementes 4 und das obere Verdrahtungsmuster 2a über das obere anisotrope leitende Material 3b elektrisch leitend miteinander verbunden werden und daß der Anschluß 4a und das untere Verdrah­ tungsmuster 1a über das untere anisotropische leitende Material 3a elektrisch leitend verbunden werden. Darüber hinaus werden das obere und das untere Verdrahtungsmuster 2a bzw. 1a nicht über den An­ schluß 4a, sondern über das obere und das untere anisotropische leiten­ de Material 3b bzw. 3a elektrisch leitend miteinander verbunden. Auf diese Weise kann ein Verfahren zur Anbringung von elektronischen Bauelementen auf gedruckten Leiterplatten geschaffen werden, das eine hohe Qualität besitzt.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt des Anschlußbereichs von Fig. 1(b) entlang der Linie A-A' gezeigt. In diesem gezeigten Beispiel sind drei elektro­ nische Bauelemente auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht.
Beispiel 1
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Fig. 4(a) ist eine Draufsicht eines ersten Beispiels eines Bau­ elementes mit mehreren Anschlüssen wie etwa eines Flachgehäuse- IC's, das gemäß dem Verfahren der Erfindung auf einer gedruckten Leiterplatte angebracht ist. Fig. 4(b) ist ein Querschnitt desselben Beispiels entlang der Linie B-B' von Fig. 4(a). Fig. 4(c) ist ein Teilschnitt des ersten Beispiels entlang der Linie C-C' in Fig. 4(a).
In diesem Beispiel ist ein elektronisches Bauelement mit vielen An­ schlüssen 24 wie etwa ein Flachgehäuse-IC auf einer gedruckten Lei­ terplatte 21 angebracht. Wie in Fig. 4(b) gezeigt, sind die Abstände zwischen den einzelnen Anschlüssen 24 des elektronischen Bauelemen­ tes 25 einerseits und der unteren Leiterplatte 21 andererseits verschie­ den. Es können nämlich in der Praxis verformte Anschlüsse auftreten, die bei 24(a) gezeigt ist. Selbst wenn hierbei der Abstand 27a zwischen dem verformten Anschluß 24a und dem Verdrahtungsmuster 21a länger als ein normaler Abstand ist und selbst wenn die Strecke 27a einen ho­ hen Widerstand besitzt, wenn der Anschluß 24a mit dem oberen Ver­ drahtungsmuster 22a über das anisotrope leitende Material 26a leitend verbunden wird und das obere Verdrahtungsmuster 22a mit dem unte­ ren Verdrahtungsmuster 21a über das anisotrope leitende Material 23 leitend verbunden wird, ist der Anschluß 24a mit dem unteren Verdrah­ tungsmuster 21a leitend verbunden. Dadurch wird bei der Anbringung des Bauelementes auf der gedruckten Leiterplatte eine hohe Zuverläs­ sigkeit in bezug auf die Leitfähigkeit erzielt.
Beispiel 2
In Fig. 5 ist ein Querschnitt eines auf einer Leiterplatte gemäß eines zweiten Beispiels der vorliegenden Erfindung angebrachten elektroni­ schen Bauelementes gezeigt. Der Unterschied gegenüber dem in den Fig. 1(a) und 1(b) gezeigten ersten Beispiel besteht darin, daß das elektrische Bauelement 4 mit der unteren Isolierplatte 1 mittels eines Klebstoffs 20 verbunden gebracht wird. Durch diese Maßnahme kann das elektronische Bauelement 4 an der unteren Isolierplatte 1 mittels des Klebstoffs 20 fest angebracht werden, wodurch die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem Anschluß 4a und dem obe­ ren und dem unteren anisotropen Material 3b bzw. 3a erhöht werden kann.
Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, auf die gedruckte Leiterplatte Lötmittel zu drucken und das gesamte Produkt einer hohen Temperatur auszusetzen; weiterhin sind erfindungsgemäß nicht nur die Anschlüsse des elektronischen Bauelementes mit dem oberen Verdrahtungsmuster und mit dem unteren Verdrahtungsmuster durch Kontaktierung mittels Thermokompression über anisotrope Materialien miteinander verbun­ den; vielmehr sind auch das obere Verdrahtungsmuster und das untere Verdrahtungsmuster über anisotrope Materialien direkt und nicht not­ wendig über den Anschluß des Bauelementes elektrisch miteinander verbunden. Somit kann ein hochzuverlässiges Anbringungsverfahren von elektronischen Bauelementen auf gedruckten Leiterplatten erhalten werden.
Als elektronische Bauelemente sind alle Arten von Bauelementen ge­ eignet, solange eine Kontaktierung mittels Thermokompression vorge­ nommen werden kann. Die Isolierplatte kann eine Isolierfolie sein.

Claims (2)

1. Verfahren zur Anbringung von elektronischen Bauelementen auf Leiterplatten
die folgenden Schritte umfassend:
Aufbringen eines anisotropen leitenden Materials (3a) auf die Oberseite eines unteren Ver­ drahtungsmusters (1a), das auf die Oberseite einer unteren Isolierplatte (1) oder Isolierfo­ lie gedruckt ist;
Aufbringen eines anisotropen leitenden Materials (3b) auf die Unterseite eines oberen Ver­ drahtungsmusters (2a), das auf die Unterseite einer oberen Isolierfolie (2) oder Isolierplatte gedruckt ist;
Einbringen von Anschlüssen (4a) des elektronischen Bauelements (4) zwischen das aniso­ trope leitende Material (3a) auf dem auf die Oberseite der unteren Isolierplatte (1) oder -folie gedruckten unteren Verdrahtungsmuster (1a) und das anisotrope leitende Material (3b) auf der Unterseite des an der Unterseite der oberen Isolierfolie (2) oder -platte ge­ druckten oberen Verdrahtungsmusters (2a), wobei die Kontaktstellen der beiden Verdrah­ tungsmuster (1a, 2a) und die zugehörigen Anschlüsse des Bauelements (4) übereinander angeordnet werden; und
Kontaktieren mittels Thermokompression in Richtung von den beiden Außenseiten der un­ teren Isolierplatte (1) oder -folie bzw. der oberen Isolierfolie (2) oder -platte.
2. Verfahren zur Anbringung von elektronischen Bauelementen auf gedruckten Leiterplatten gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement (4) vor­ her mittels eines Klebstoffs (20) mit der unteren gedruckten Leiterplatte (1) verbunden wird.
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