EP0144413A1 - Leiterplatte zum auflöten von integrierten miniaturschaltungen und verfahren zur herstellung von solchen leiterplatten - Google Patents

Leiterplatte zum auflöten von integrierten miniaturschaltungen und verfahren zur herstellung von solchen leiterplatten

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EP0144413A1
EP0144413A1 EP84902450A EP84902450A EP0144413A1 EP 0144413 A1 EP0144413 A1 EP 0144413A1 EP 84902450 A EP84902450 A EP 84902450A EP 84902450 A EP84902450 A EP 84902450A EP 0144413 A1 EP0144413 A1 EP 0144413A1
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connecting legs
printed circuit
soldering
circuit board
integrated miniature
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Walter Kundler
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Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board for soldering integrated miniature circuits / which have flat solderable connecting legs which are to be aligned for specific soldering positions on the printed circuit board, and it also relates to a method for producing such printed circuit boards.
  • the starting material plates made of electrically insulating material are used, which are coated on at least one side with a metallic conductive layer.
  • the known methods aim to produce large, medium or small quantities quickly and inexpensively.
  • a particular disadvantage of these prior art methods is that printed circuit boards which contain both integrated miniature circuits and normal components such as resistors and capacitors to be soldered in bores with solder eyes can hardly be processed using a uniform technology .
  • the invention has for its object to provide a printed circuit board which enables simplified assembly and soldering of integrated miniature circuits on the printed circuit board, and an improved method for producing such printed circuit boards is also to be created which is simple to carry out and for PCB leads, which can be easily equipped with miniature circuits. In this case, it should also be possible, in particular, to produce drilled circuit boards to be soldered from below.
  • claim 1 characterizes the solution of this task in general form.
  • DE-OS 3022 310 discloses a ceramic circuit board on which electrical module components are attached.
  • the circuit board for soldering each terminal lug of each module component has circuit elements in the form of blocks, which are formed, for example, by the deposition of an alloy of indium and lead on the ceramic plate. These blocks thus define the specific position in which each module component is to be aligned and soldered onto the ceramic plate.
  • positioning of the module components requires very careful and precise alignment work to ensure that the terminal lugs of the module components actually match the blocks provided on the ceramic plate.
  • DE-PS 878 979 which is about 3 decades older, and which deals with a method for producing soldered connections and has proposed a strip with two parallel metal strips, between which the capacitors and resistors customary at that time should be connected using a solder connection.
  • the switching strip was equipped with openings at the intended connection points of the capacitors and resistors for passing the connecting wires of the capacitors and resistors, and the metal strips each had depressions in the area of the openings for fixing the connecting wires.
  • Printed circuit boards produced by the method according to the invention can be equipped with flat solderable integrated circuits without special aids and their connecting legs can be soldered on manually or in a soldering bath in a simple manner.
  • the handling is integrated 5 -
  • Fig. 1 shows a section through a circuit board with attached miniature integrated circuit.
  • Fig. 2 shows an enlarged detail
  • 3 and 4 show individual sections turned through 90 °.
  • FIG. 5 shows a plan view of a printed circuit board " with capillary bores offset at adjacent engraved depressions.
  • the method according to the invention is based on plates 3 made of insulating material. These can either be copper-coated or uncoated.
  • plates 3 made of insulating material These can either be copper-coated or uncoated.
  • a suitable profile pattern ⁇ 9 from adjacent recesses 4 (FIG. 5) is made for each integrated circuit, corresponding to the number of connecting legs of the integrated circuit in the surface of the plate engraved.
  • This process can be combined in a variety of ways with known production processes for printed circuit boards. As an example of these possibilities, an example will be explained in detail, with the omission of insignificant steps, such as cleaning and rinsing steps.
  • the holes 8 for receiving the wire ends of resistors, capacitors, etc. are drilled in a copper-coated insulating material plate 3 and the profile patterns 9 consisting of the recesses 4 are engraved for inserting the integrated miniature circuits 1 which can be soldered flat. Subsequently, a thin copper layer 10 is metallized, even on the later insulating surfaces. The engraved inner surfaces become conductive and the holes 8 are metallized. Then the negative conductor pattern is printed on both sides with an insulating ink. The conductors and profile patterns on the component side and the conductors and solder eyes on the opposite side remain in copper color. Then all uncovered copper surfaces are tin-plated.
  • the printed ink is dissolved and in a further bath the copper surfaces previously covered with ink are removed by means of an etching solution which dissolves copper and does not attack tin.
  • the integrated miniature circuits 1 can now be inserted into the printed circuit board produced in this way and soldered on from above.
  • the connecting legs (not shown) of the other components can be inserted through the bores 8 and soldered on from below
  • capillary bores 5 with a diameter of approximately 0.6 mm are drilled in the recesses 4 of the profile pattern at the soldering points before the metallization.
  • a small pad 6 is attached to each capillary bore.
  • the depressions 4 of the profile pattern 9 are produced with an engraving stylus with a small tip angle.
  • the metallized conductive layer 10 is identified by thick lines.
  • the additional capillary bores 5 are also provided with a conductive layer and the small soldering eye 6 a closes on the side opposite the assembly.
  • the profile pattern consists of a number of engraved line-shaped depressions corresponding to the number of connecting legs of the integrated miniature circuit, the length and width of which are dimensioned such that the integrated miniature circuit can be used in a latching and precise position.
  • the profile pattern consists of a smaller number of engraved line-shaped depressions than the number of connecting legs of the integrated miniature circuit and part of the connecting legs of the integrated miniature circuit is bent out of the plane of the other connecting legs for the purpose of snapping into the profile pattern.
  • the method according to the invention can in principle be applied with the aid of an engraving machine (pantograph) and corresponding templates.
  • an engraving machine prograph

Description

Leiterplatte zum Auflöten von integrierten Miniatur¬ schaltungen und Verfahren zur Herstellung von solchen
Leiterplatten
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte zum Auflöten von integrierten Miniaturschaltungen/ welche flach auf¬ lötbare Anschlußbeine haben, die zum Auflöten auf be¬ stimmte Positionen auf der Leiterplatte auszurichten sind, und sie betrifft auch ein Verfahren zur Her¬ stellung von solchen Leiterplatten. Als Ausgangsmate¬ rial werden Platten aus elektrisch isolierendem Mate¬ rial verwendet, die mindestens auf einer Seite mit einer metallisch leitfähigen Schicht überzogen sind.
Für die Herstellung von gedruckten Schaltungen sind sowohl galvanische als auch mechanische Verfahren be¬ kannt. Bei den galvanischen Techniken wird das Bild der Verdrahtung photo- oder drucktechnisch auf elek¬ trisch isolierende Platten, die mit einer Kupferbe¬ schichtung versehen sind, übertragen, wonach verschie¬ denen Prozesse hintereinandergeschaltet werden, die dazu führen, daß die leitenden Verbindungen stehen bleiben und die Isolationen unter der Kupferbeschich¬ tung freigelegt werden. Bei den mechanischen Techni¬ ken werden mit Fräs- oder Funkenerosionswerkzeugen die isolierenden Flächen oder die Umrandungen der Leiterbahnen aus der Kupferbeschichtung einer Isolier- stoffplatte abgetragen (DE-PS 2 622 711 , DE-OS 2 000 571, CH-PS 399 559, DE-AS 1 076 212),
Die bekannten Verfahren zielen darauf ab, große , mittle¬ re oder kleine Stückzahlen jeweils schnell und kosten¬ günstig herzustellen.
Wegen der extrem kleinen Abstände der Anschlußbeine von integrierten Miniaturschaltungen und wegen deren Formgebung, die zum flachen Auflöten auf die Oberflä¬ che von Leiterplatten vorgesehen ist, ist es gemäß dem Stand der Technik erforderlich mit Hilfe eines Posit-io- niersystems die integrierten MiniaturSchaltungen zu plazieren, sie in ihrer Position zum Beispiel durch An¬ kleben zu fixieren und dann mit Hilfe von Spezial- Löteinrichtungen oder Lötmethoden anzulöten (Siehe Druck¬ schrift VALVO:Integrierte Schaltungen im Miniaturge¬ häuse SO... 1982, Seiten 2,3). Sehr vorsichtige Hand¬ habung ist erforderlich um ein unabsichtliches Ver¬ schieben von Bauteilen vor dem Löten bzw. Kleben zu verhüten. Ein besonderer Nachteil dieser dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren liegt darin, daß Leiterplatten, die sowohl integrierte Miniatur¬ schaltungen als auch normale in Bohrungen mit Löt¬ augen anzulötende Bauelemente wie Widerstände und.Kon¬ densatoren enthalten, kaum mit einer einheitlichen Technik verarbeitet werden können. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte zu schaffen, welche eine vereinfachte Montage und Lötung von integrierten Miniaturschaltungen auf der Leiter¬ platte ermöglicht, und es soll auch ein verbessertes Verfahren zur Herstellung solcher Leiterplatten ge¬ schaffen werden, welches einfach ausführbar ist und zu Leiterplatten führt, welche selbst auf einfache Weise mit Miniaturschaltungen bestückt werden können. Dabei sollen nach dem Verfahren auch insbesondere gebohrte, von unten zu lötende Leiterplatten herstellbar sein. Ausgehend von einer Leiterplatte der eingangs als bekannt vorausge¬ setzten Art kennzeichnet Anspruch 1 die Lösung dieser Auf¬ gabe in allgemeiner Form.
Zum Stande der Technik sei auch noch auf die DE-OS 3022 310 verwiesen, welche eine Leiterplatte aus Keramik offenbart, auf der elektrische Modulbausteine angebracht sind. Dabei hat die Leiterplatte zum Anlöten einer jeden Anschlußfahne jedes Modulbausteines Schaltungselemente in Form von Klötzchen, die beispielsweise durch die Ab¬ lagerung einer Legierung aus Indium und Blei auf der Keramikplatte gebildet sind. Diese Klötzchen definieren somit die bestimmte Position, in der jeder Modulbaustein auf der Keramikplatte auszurichten und anzulöten ist. Für eine derartige Positionierung der Modulbausteine bedarf es dabei aber einer sehr sorgfältigen und präzisien Aus¬ richtarbeit, um sicherzustellen, damit die Anschlußfahnen der Modulbausteine tatsächlich auch mit den auf der Keramik¬ platte vorgesehenen Klötzchen übereinstimmen.
O PI Zum Stand der Technik ist weiterhin zu verweisen auf die etwa 3 Jahrezehnte ältere DE-PS 878 979, die sich mit einem Verfahren zur Herstellung von Lötverbindungen befasst und eineSchil leiste mit zwei parallelen Metall¬ streifen vorgeschlagen hat, zwischen welchen die damals gebräuchlichen Kondensatoren und Widerstände mittels Lötverbindung angeschlossen werden sollten. Dabei war die Schaltleiste an den vorgesehenen Anschlußstellen der Kondensatoren und Widerstände mit Öffnungen zum Hindurchführen der Anschlußdrähte der Kondensatoren und Widerstände ausgerüstet und die Metallstreifen wiesen im Bereich der Öffnungen jeweils Vertiefungen zum Fest¬ legen der Anschlußdrähte auf. Dieses bekannte Verfahren, welches mit einer vorgefertigten Schaltleiste mit zwei parallelen langgestreckten Metallstreifen zum Anlöten von Kondensatoren, Widerständen etc. arbeitet, hat jedoch keine Anhaltspunkte für die Lösung der Probleme gegeben, welche sich bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen ergeben, die mit flach auflötbaren integrierten Miniatur¬ schaltungen bestückt werden. Hier kann mit eingelegten Metallstreifen wie bei dem vorliegenden Stand der Technik nicht gearbeitet werden und bieten die Miniaturisierung der integrierten Schaltungen mit ihren auf engstem Raum benachbarten zahlreichen Anschlußbeinen und die besondere Natur der Leiterplatten aus elektrisch isolierendem Materia und die damit verbundene Schwierigkeit sicherer Kontakt¬ gabe an den einzelnen Anschlußbeinen besondere Schwierigkei Unter dem Gesichtspunkt der sicheren Kontaktgabe mag dabei die Ablagerung von Klötzchen aus Legierungsmaterial wie bei
lU
O der zuvor erörterten DE-OS 3 022 310 vorteilhaft erschienen sein, hat dabei aber umsomehr von der durch die vorliegende Erfindung gelehrten Technik abgelenkt.
Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß die bereits er¬ wähnte DE-AS 1 076 212 im Jahre 1957 bereits vorgeschlagen hat, die einzelnen leitenden Schaltverbindungen zur Her¬ stellung gedruckter Schaltungen durch spanabhebende Be¬ arbeitung wie z.B. Fräs- und/oder Gravierwerkzeuge auf einer mit Metallfolie beschichteten Isolierstoffplatte zu bilden.
All diese bekannten Verfahren haben jedoch die vorteil¬ hafte Merkmalskombination nach der vorliegenden Erfindung nicht nahelegen können.
Mit der Erfindung wurde auch gefunden, daß das hier zugrunde liegende Prinzip sich auch mit besonderem Vor¬ teil in der im Anspruch 2 gekennzeichneten Weise derart anwenden läßt, daß die metallisierten Vertiefungen zuτι Einrasten der Anschlußbeine mit durchgehenden, metallisier¬ ten Kapillarbohrungen für Lötungen von der Plattenunter¬ seite versehen sind.
Anspruch 3 und folgende kennzeichnen vorteilhafte Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten nach den Ansprüchen 1 und 2.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Leiter¬ pletten können ohne besondere Hilfsmittel mit flach auflöt¬ baren integrierten Schaltungen bestückt werden und deren An¬ schlußbeine können auf einfache Weise manuell oder im Lötbad angelötet werden. Bei der Handhabung sind die integrierten 5 -
Schaltungen gegen Verschiebung geschützt. Ausserdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren das Problem gelöst, auch normale Bauelemente mit in Lötaugen anzu¬ lötenden Anschlußdrähten auf derselben Leiterplatte zu verwenden.
Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Leiterplatte mit aufgesetzter integrierter Miniaturschaltung.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Einzelausschnitt aus
Fig. 1 ' .
Fig. 3 und 4 zeigen um 90° gewendete Einzelausschnitte.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte" mit an benachbarten gravierten Vertiefungen versetz angebrachten Kapillarbohrungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von Platten 3 aus isolierendem Material aus. Diese können entweder kupferbeschichtet oder auch unbeschichtet sein. Zum Einrasten der Anschlußbeine 2 von flach auflötbaren integrierten Miniaturschaltungen 1 wird für jede inte¬ grierte Schaltung ein passendes Profilmuster ^9 aus benachbarten Vertiefungen 4 (Fig. 5) , und zwar ent¬ sprechend der Zahl der Anschlußbeine der integrierten Schaltung in die Oberfläche der Platte eingraviert. Danach wird mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht, vorzugsweise Kupfer, aufmetallisiert. Dieses Verfahren kann in mannigfaltiger Weise mit bekann¬ ten Herstellungsverfahren von Leiterplatten ver¬ knüpft werden. Stellvertretend für diese Möglich¬ keiten sei ein Beispiel im einzelnen erläutert, unter Weglassung von unwesentlichen Schritten, wie z.B. Reinigungs- und Spülungsschritten.
In eine kupferbeschichtete Isolierstoffplatte 3 werden die Bohrungen 8 zur Aufnahme der Drahtenden von Widerständen, Kondensatoren usw. gebohrt und die aus den Vertiefungen 4 bestehenden Profilmuster 9 zum Einsetzen der flach auflötbaren integrierten Miniatur¬ schaltungen 1 graviert. Anschließend wird eine dünne Kupferschicht 10 aufmetallisiert, und zwar auch auf die später isolierenden Flächen. Dabei werden die gravierten Innenflächen leitfähig und die Bohrungen 8 durchmetallisiert. Dann wird beidseitig das negative Leiterbild mit einer isolierenden Farbe aufgedruckt. Die Leiter und Profilmuster auf der Bauteileseite und die Leiter und Lötaugen auf der Gegenseite bleiben also kupferfarbig stehen. Anschließend werden alle unbedeckten Kupferflächen galvanisch verzinnt. In einem folgenden Bad wird die aufgedruckte Farbe aufgelöst und in einem weiteren Bad werden mittels einer Ätzlösung, welche Kupfer auflöst und Zinn nicht angreift, die zuvor mit Farbe abgedeckten Kupferflächen entfernt. In die so hergestellte Leiterplatte können nun die integrierten Miniaturschaltungen 1 rastend einge¬ setzt und von oben angelötet werden. Die nicht ge¬ zeigten Anschlußbeine der anderen Bauelemente können durch dieBohrungen 8 gesteckt und von unten angelötet wer
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßig dadurch erweitert, daß vor dem Aufmetallisieren in die Vertiefungen 4 der Profilmuster an den Lötstellen Kapillarbohrungen 5 mit einem Durchmesser von etwa 0,6 mm gebohrt werden. Auf der den Vertiefungen 4 gegenüberliegenden Seite der Platte wird an jeder Kapillarbohrung ein kleines Lötauge 6 angebracht. Dies ermöglicht es, daß die integrierten Miniatur¬ schaltungen 1 von der nicht bestückten Seite der Leiterplatte 3 aus manuell oder im Lötbad angelötet werden können, und zwar gemeinsam mit den anderen Bau¬ elementen in einem Arbeitsgang. Zur Verhütung von Lötzinnbrücken im Lötbad und zur Erleichterung bei manueller Lötung werden die Kapillarbohrungen 5 in benachbarten gravierten Vertiefungen 4 des Profil¬ musters 9 in Längsrichtung der Linien gegeneinander versetzt.
Die Vertiefungen 4 des Profilmusters 9 erzeugt man mit einem Gravierstichel mit einem kleinen Spitzen¬ winkel. Die aufmetallisierte leitende Schicht 10 ist durch dicke Linien gekennzeichnet. Die zusätz- liehen Kapillarbohrungen 5 sind ebenfalls mit einer leitenden Schicht versehen und auf der der Bestückung gegenüberliegenden Seite schließt sich das kleine Löt¬ auge 6 a .
Das Verfahren kann insbesondere in folgenden Abwandlungen benutzt werden:
a) Das Profilmuster besteht aus einer der Anzahl der Anschlußbeine der integrierten Miniatur¬ schaltung entsprechenden Anzahl von eingravierten linienförmigen Vertiefungen, deren Länge und Breite so bemessen sind, daß die integrierte Miniatur¬ schaltung rastend und lagegenau einsetzbar ist.
b) Das Profilmuster besteht aus einer kleineren Anzahl von eingravierten linienförmigen Vertiefungen als die Anzahl der Anschlußbeine der integrierten Miniaturschaltung beträgt und ein Teil der Anschlu߬ beine der integrierten Miniaturschaltung wird zum Zweck der Einrastung in das Profilmuster aus der Ebene der übrigen Anschlußbeine herausgebogen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell mit Hilfe einer Graviermaschine (Pantograph) und entsprechenden Schablonen angewandt werden. Zweckmäßig ist jedoch die Verwendung einer programmgesteuerten • Gravier- oder Fräsmaschine, bei der die Profilmuster und die Positionen der Kapillarbohrungen vorprogrammiert sind und aufgerufen werden können und bei der auch die Gravur der Leiterbahnen programmgesteuert erfolgen kann.

Claims

NEUE PATENTANSPRÜCHE
1. Leiterplatte zum Auflöten von integrierten Miniatur schaltungen, welche flach auflötbare Anschlußbeine haben die zum Auflöten auf bestimmte Positionen auf der Leiter platte auszurichten sind, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n t, daß auf der Leiterplatte (3) im Bereich der Lötstellen (6) für die Anschlußbeine (2) mehrere metallisierte Vertiefungen (4) vorgesehen sind, in welch je ein Anschlußbein (2)einrastet.
2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne daß die metallisierten Vertiefungen (4) zum Einrasten de Anschlußbeine (2) mit durchgehenden metallisierten Kapillarbohrungen(5) für Lötungen (6) von der Plattenunt seite versehen sind.
3. Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten nach Anspruch 1 oder 2 zur Bestückung mit mittels ihrer An¬ schlußbeine in bestimmten Positionen flach auf die Leiter¬ platte auflötbaren integrierten Miniaturschaltungen unter Verwendung von Platten aus elektrisch isolierendem Material, die wenigstens auf einer Seite mit einer elektrisch leiten¬ den Schicht versehen sind, g e k e n n z e i c h n e t durch
(I) Gravieren eines Profilmusters aus eingravierten Linien, deren Länge und Breite zur Aufnahme der Anschlu߬ beine bemessen sind, so daß die integrierte Miniatur¬ schaltung rastend und lagegenau einsetzbar ist, und nachfolgend
(II) Aufmetallisieren mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht und zwar wenigstens an den STellen, welche den eingravierten Linien entsprechen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gravierte Profilmuster aus einer der Anzahl der Anschlußbeine der integrierten Miniaturschaltung entsprechen¬ den Anzahl von Linien besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gravierte Profilmuster aus einer kleineren Anzahl von eingravierten Linien besteht, als die Anzahl der An¬ schlußbeine der integrierten Miniaturschaltung beträgt, und daß ein Teil der Anschlußbeine zum Zweck der Einrastung in das Profilmuster aus der Ebene der übrigen Anschlußbeine entfernt, insbesondere herausgebogen wird.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Herstellung von doppelseitigen Leiterplatten, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufmetallisieren mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht Kapillarbohrungen an den Anschlußstellen der Anschlußbeine angebracht werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarbohrungen benachbarter gravierter Linien in Längsrichtung der Linien gegeneinander versetzt sind, um einen möglichst großen Lötpunktabstand zu erzielen.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Platte ausser den gravierten Linien zur Aufnahme der Anschlußbeine der integrierten Miniaturschaltungen auch Bohrungen zur Aufnahme von anderen Bauelementen gebracht werden und daß die Leitungs er¬ bindungen zwischen den Bauelementen durch Ätzung abge¬ grenzt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 - 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das Profilmuster durch eine programmge¬ steuerte Gravier— oder Fräsmaschine erzeugt wird.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilmuster und die Kapillar¬ bohrungen mit verschiedenen rotierenden Werkzeugen auf einer programmgesteuerten Gravier- oder Fräsmaschine er¬ zeugt werden.
EP84902450A 1983-06-15 1984-06-15 Leiterplatte zum auflöten von integrierten miniaturschaltungen und verfahren zur herstellung von solchen leiterplatten Withdrawn EP0144413A1 (de)

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DE3321694A DE3321694A1 (de) 1983-06-15 1983-06-15 Leiterplatte zum aufloeten von integrierten miniaturschaltungen
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EP84902450A Withdrawn EP0144413A1 (de) 1983-06-15 1984-06-15 Leiterplatte zum auflöten von integrierten miniaturschaltungen und verfahren zur herstellung von solchen leiterplatten

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