EP4074148A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrischen anordnung - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer elektrischen anordnung

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Publication number
EP4074148A1
EP4074148A1 EP21708130.6A EP21708130A EP4074148A1 EP 4074148 A1 EP4074148 A1 EP 4074148A1 EP 21708130 A EP21708130 A EP 21708130A EP 4074148 A1 EP4074148 A1 EP 4074148A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor track
circuit board
track structure
primary side
vias
Prior art date
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Pending
Application number
EP21708130.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario BRESECKE
Henri KRÜGER
Dieter WENGERTSMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4074148A1 publication Critical patent/EP4074148A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/341—Surface mounted components
    • H05K3/3415—Surface mounted components on both sides of the substrate or combined with lead-in-hole components
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing electrical assemblies and to electrical assemblies as such.
  • the invention relates to a method for producing an electrical arrangement on the basis of a printed circuit board, which has: a first conductor track structure having conductor tracks on one side of the circuit board, hereinafter referred to as the primary side, a conductor track having a second conductor track structure on the other Side of the circuit board, hereinafter referred to as the secondary side, and / or is arranged as an internal conductor track structure in an intermediate layer of the circuit board, and a number of through-holes by means of which a conductor track of the first conductor track structure can be electrically connected to a conductor track of the second conductor track structure, with the Primary side, at least one first electrical component is arranged, which is soldered to the first conductor track structure by means of a first soldering step.
  • circuit boards are well known in the field of circuit board technology. It is also known to have at least one electrical component, for example in the form of a surface-mounted component (also called SMD (Surface Mounted Device) component) or a through-hole component, also known as a THD (Through-Hole Device) component put on the primary side and soldered to the first or second conductor track structure.
  • SMD Surface Mounted Device
  • THD Through-Hole Device
  • the invention is based on the object of providing a method that provides better results than previously known methods with regard to corrosion protection of through-contacts. According to the invention, this object is achieved by a method having the features according to patent claim 1. Advantageous embodiments of the method according to the invention are given in subclaims Un.
  • At least one of the through contacts is closed exclusively on the primary side by means of a protective layer before at least one first electrical component is arranged on the primary side and soldered by means of the first soldering step.
  • a significant advantage of the method according to the invention is that by closing the through-contacts that remain unpopulated, the protective layer ensures that reliable corrosion protection is also achieved with regard to the primary side. If, for example, through contacts that remain unassembled are covered by components to be attached to the circuit board or later attached, it is not ensured that reliable corrosion protection can be guaranteed later in the context of later steps.
  • the vias on the primary side are coated with the protective layer before components are attached to the primary side ensures that no hidden vias can remain that are not protected with a suitable protective layer on the primary side.
  • any corrosion-inhibiting material that can withstand subsequent processing steps can be used for the protective layer.
  • the protective layer is formed by a solder stop layer, which acts as a solder stop in particular in the first soldering step.
  • solder mask coating step can be used in an advantageous manner - with the creation of a synergy effect - in order to also close the unpopulated through contacts on the primary side.
  • the solder mask has a double function in this case: on the one hand, it coats and protects the conductor tracks from solder material that could wet the conductor tracks in subsequent soldering steps, and on the other hand it serves as a top or primary-side seal for the through contacts that remain unpopulated ; Both protective functions can be achieved with this coating step.
  • Epoxy resin is preferably used as the solder mask.
  • the primary side of the circuit board is coated at least in areas with through-contacts with a cover layer, which is in particular an acrylate resin or a varnish containing acrylate resin.
  • a cover layer which is in particular an acrylate resin or a varnish containing acrylate resin.
  • the resulting arrangement on both sides of the circuit board can be coated with such a cover layer over the entire area or at least in partial areas.
  • any material that is suitable for the electrical operation of the arrangement and offers good corrosion protection can be used as the material for the cover layer, for example silicone or silicone-containing paint.
  • silicone or silicone-containing paint With a view to particularly good protective properties, especially good corrosion protection, it is considered advantageous if, after the circuit board has been fitted with electrical components, the resulting arrangement on both sides of the circuit board over the entire surface or at least in areas that are provided with through contacts is coated with a cover layer in the form of acrylate resin or an acrylate resin ent containing paint.
  • Acrylate resin or acrylate resin The paint it contains is robust and not very gas-permeable, at least more robust and less gas-permeable than silicone.
  • the secondary side is coated over the whole area or at least in areas with through-contacts by means of a cover layer made of in particular acrylic resin or of a lacquer containing acrylic resin.
  • the first electrical component is soldered to one or more conductor tracks of the first conductor track structure.
  • At least one second electrical component is arranged on the primary side and soldered to, in particular, one or more conductor tracks of the second conductor track structure by means of a second soldering step.
  • plated-through holes are excluded from the coating by means of the protective layer and remain unsealed, which are used to arrange the at least one second electrical component.
  • all those electrically conductive through contacts on the inside wall side remain excluded from the coating by means of the protective layer and not closed, which - after assembly and after soldering of the first electrical component or components - for mounting the second electrical component or components on the primary side and for soldering the second electrical component or components to at least one of the second conductor tracks of the second conductor track structure.
  • through contacts which are located below the second compo after the assembly of the at least one second electrical component, are closed by means of the protective layer on the primary side before the at least one first electrical component is arranged on the primary side and by means of the first Soldering step is soldered.
  • the second conductor track structure is an inner conductor track structure which is arranged in an intermediate layer of the circuit board, it is advantageous if the electrically conductive through contacts or at least a subgroup thereof extend to the intermediate layer and the primary side and the intermediate layer extend electrically connect with each other.
  • the through-contacts or at least a subgroup thereof can extend through the circuit board and electrically connect the primary side to the secondary side.
  • the at least one second electrical component has connection contacts which, when the second component is arranged, are introduced into through-holes that are not covered by the coating with the protective layer, and the connection contacts are soldered to the second conductor track structure by means of the second soldering step.
  • a diameter of the through contacts is dimensioned such that by means of the Second soldering step, solder material is drawn from the secondary side in the direction of the primary side due to a Kapillaref fect and the vias are completely or at least partially filled with solder material.
  • a reflow soldering process is preferably carried out in the first soldering step and / or a wave soldering or wave soldering process is preferably carried out in the second soldering step.
  • the first components are preferably surface mount components.
  • the second components are preferably through plug-in components.
  • the invention also relates to an electrical arrangement with a printed circuit board, the printed circuit board having: a first conductor track structure having a conductor track on one side of the circuit board, hereinafter referred to as the primary side, a second conductor track structure having a conductor track on the other side of the circuit board , hereinafter referred to as the secondary side, and / or is arranged as an internal conductor track structure in an intermediate layer of the circuit board, and a number of vias, by means of which a conductor track of the first conductor track structure can be electrically connected to a conductor track of the second conductor track structure, and at least one electrical component is arranged on the primary side and soldered to the first and / or second conductor track structure.
  • At least one of the vias which is arranged below the at least one electrical component, is closed exclusively on the primary side by means of a protective layer.
  • the protective layer is a solder resist layer.
  • the primary side of the printed circuit board is coated in areas with vias with a cover layer, which consists in particular of acrylic resin or of a varnish containing acrylic resin, and / or the secondary side of the printed circuit board is over the whole area or coated at least in areas with through contacts with a cover layer, which consists in particular of an acrylate resin or of a lacquer containing acrylate resin.
  • the invention also relates to a rail vehicle, in particular one with at least one traction converter.
  • the rail vehicle in particular its or one of its traction converters, has an electrical arrangement as described above and / or produced as described above.
  • Figure 1 shows an embodiment of a circuit board that can be used to produce an embodiment for an inventive arrangement
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an arrangement according to the invention which can be produced on the basis of the printed circuit board according to FIG. 1,
  • FIG. 3 in the form of a flowchart, method steps of an exemplary embodiment for an inventive ßes method for producing the arrangement according to Figure 2, and
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment for a rail vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows, in a schematic cross section, a section of a printed circuit board 10 which is to be processed further to produce an electrical arrangement.
  • the printed circuit board 10 has on one of its sides, hereinafter referred to as the primary side 11, a first conductor track structure 11a, which comprises a plurality of conductor tracks.
  • first conductor track structure 11a which comprises a plurality of conductor tracks.
  • secondary side 12 On the opposite side, hereinafter referred to as secondary side 12, there is a second conductor track structure 12a, which also comprises a plurality of conductor tracks.
  • the through contacts 21 to 25 are also through contacts coated on the inside wall side with conductive material B and thus electrically conductive on the inside wall side as vias, of which the through contacts 21 to 25 are used to electrically connect conductor tracks of the first conductor track structure 11a with conductor tracks of the second conductor track structure 12a connect to.
  • the through contacts 21 to 25 thus remain unassembled and are not used to accommodate connection contacts of components to be placed on the circuit board 10.
  • the through contacts 26 and 27 are used to enable connection contacts of so-called through plug-in components to be passed through.
  • Such vocationalsteckbauele elements can be placed on the primary side 11 of the circuit board 10 and their connection contacts are passed through the fürgangskon contacts 26 and 27 in order to connect them to the second conductor track structure 12a.
  • the generally relatively thin conductor track structures 11a and 12a are not shown to scale in FIG. 1, but are shown very much thicker than they actually are, in order to illustrate the interaction with the through contacts.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of an electrical arrangement 50 produced on the basis of circuit board 10 according to FIG. 1, which includes circuit board 10 according to FIG. 1 as well as a first component 100 and a second component 200.
  • the first component 100 is preferably a surface-mounted component, also called an SMD (Surface Mounted Device) component;
  • the second component 200 is preferably a plug-in component, also called a THD (Through-Hole Device) component.
  • circuit board 10 can also carry more surface-mounted components and more push-through components than shown here; 2 is limited to the components 100 and 200 mentioned only for reasons of clarity. Likewise only for reasons of clarity, the illustration according to FIG. 2 lacks the two conductor track structures 11a and 12a, which are shown in FIG. 1 and whose thickness is very small is.
  • FIG. 2 The arrangement according to FIG. 2 is preferably produced using method steps that are shown in the form of a flow diagram in FIG. In the following, FIGS. 2 and 3 are referred to jointly.
  • a protective layer in the form of a solder stop layer 30 is first applied to the primary side 11 of the printed circuit board 10 provided with the conductor track structures 11a and 12a.
  • the solder stop layer 30 preferably covers all sections of the first conductor track structure 11a that are not to be covered with solder in the course of a subsequent first soldering step.
  • the through contacts 26 and 27 merely remain free of the solder stop layer 30, since these are subsequently intended to be used for inserting connection contacts 210 and 220 of the plug-in component 200.
  • the printed circuit board 10 is fitted on the primary side 11 with the first component 100 or all surface-mounted construction elements.
  • the component assembly according to method step 1200 preferably includes the application of soldering paste to those conductor track sections of the first conductor track structure 11a that are to be soldered to connection contacts 110 and 120 of the first component 100.
  • the first component 100 is "reflow" soldered to the first conductor track structure 11a of the circuit board 10 as part of a first soldering step 1300, preferably within a reflow oven.
  • connection contacts 210 and 220 are placed on the primary side 11 of the circuit board 10, the connection contacts 210 and 220 being inserted into the through- gang contacts 26 and 27 are inserted into and preferably through them. It is advantageous if the connection contacts 210 and 220 extend as far as the second conductor track structure 12a on the secondary side 12.
  • a subsequent second soldering step 1500 which is preferably a wave soldering or wave soldering process step
  • the second component 200 with its connection contacts 210 and 220 with the second conductor track structure 12a (see Figure 1) on the secondary side 12 of the circuit board 10 soldered.
  • the solder 35 can pull itself up from the bottom or the secondary side 12 wetted with solder 35 by the capillary effect upwards into the through contacts 26 and 27;
  • the same also applies to the through contacts 21 to 25 which are open at the bottom, if the cross-section is sufficiently large, even if this is not explicitly shown in FIG.
  • the resulting assembly is preferably cleaned on both sides as part of a cleaning step 1600.
  • a subsequent drying step 1700 the assembly is dried.
  • the entire assembly is provided with a covering layer 40 in the form of protective varnish, which is a silicone varnish or silicone-containing varnish, over the entire surface, both on the primary side 11 and on the secondary side 12 of the circuit board 10, as part of a painting step 1800 can.
  • a covering layer 40 in the form of protective varnish, which is a silicone varnish or silicone-containing varnish, over the entire surface, both on the primary side 11 and on the secondary side 12 of the circuit board 10, as part of a painting step 1800 can.
  • the cover layer 40 is acrylate resin or at least contains acrylate resin, that is to say forms an acrylate resin lacquer.
  • the painting in painting step 1800 also closes the unassembled vias 21 to 25 on the secondary side 12, so that all unassembled vias 21 to 25 of the circuit board 10 are now sealed or closed on both sides, namely on the Primary side 11 through the solder stop layer 30 and the overlying cover layer 40 and on the secondary side 12 through the cover layer 40 alone.
  • the resulting arrangement 50 according to FIG. 2 is dried in a drying step 1900.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment for a rail vehicle 500 according to the invention, which has one or more traction converters 510.
  • the traction converters 510 each have one or more arrangements 50, as have been described above in connection with FIGS. 1 to 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung auf der Basis einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte eine Leiterbahnen aufweisende erste Leiterbahnstruktur auf einer Seite der Leiterplatte, nachfolgend Primärseite genannt, eine Leiterbahnen aufweisende zweite Leiterbahnstruktur, die auf der anderen Seite der Leiterplatte, nachfolgend Sekundärseite genannt, und/oder als innenliegende Leiterbahnstruktur in einer Zwischenschicht der Leiterplatte angeordnet ist, und eine Anzahl Durchkontaktierungen, mittels welcher jeweils eine Leiterbahn der ersten Leiterbahnstruktur mit einer Leiterbahn der zweiten Leiterbahnstruktur elektrisch verbindbar ist, aufweist, wobei auf der Primärseite zumindest ein erstes elektrisches Bauelement angeordnet wird, welches mittels eines ersten Lötschritts mit der ersten Leiterbahnstruktur verlötet wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest eine der Durchgangskontaktierungen mittels einer Schutzschicht ausschließlich auf der Primärseite verschlossen wird, bevor zumindest ein erstes elektrisches Bauelement auf der Primärseite angeordnet und mittels des ersten Lötschritts verlötet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen elektrischer Anordnungen sowie auf elektrische Anordnungen als solche.
Unter anderem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung auf der Basis ei ner Leiterplatte, die aufweist: eine Leiterbahnen aufweisende erste Leiterbahnstruktur auf einer Seite der Leiterplatte, nachfolgend Primärseite genannt, eine Leiterbahnen aufweisen de zweite Leiterbahnstruktur, die auf der anderen Seite der Leiterplatte, nachfolgend Sekundärseite genannt, und/oder als innenliegende Leiterbahnstruktur in einer Zwischenschicht der Leiterplatte angeordnet ist, und eine Anzahl Durchkontaktie rungen, mittels welcher jeweils eine Leiterbahn der ersten Leiterbahnstruktur mit einer Leiterbahn der zweiten Leiter bahnstruktur elektrisch verbindbar ist, wobei auf der Primär seite zumindest ein erstes elektrisches Bauelement angeordnet wird, welches mittels eines ersten Lötschritts mit der ersten Leiterbahnstruktur verlötet wird.
Derartige Leiterplatten sind auf dem Gebiet der Leiterplat tentechnik allgemein bekannt. Auch ist bekannt, zumindest ein elektrisches Bauelement, zum Beispiel in Form eines oberflä chenmontierten Bauelements (auch SMD (Engl. Surface Mounted Device) -Bauelement genannt), oder eines Durchsteckbauele ments, auch THD (Through-Hole Device)-Bauelement genannt, auf die Primärseite aufzusetzen und mit der ersten bzw. zweiten Leiterbahnstruktur zu verlöten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu geben, das hinsichtlich eines Korrosionsschutzes von Durch kontaktierungen bessere Ergebnisse liefert als vorbekannte Verfahren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Un teransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eine der Durchgangskontaktierungen mittels einer Schutzschicht ausschließlich auf der Primärseite verschlossen wird, bevor zumindest ein erstes elektrisches Bauelement auf der Primär seite angeordnet und mittels des ersten Lötschritts verlötet wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be steht darin, dass durch das Verschließen der Durchgangskon taktierungen, die unbestückt bleiben, mittels der Schutz schicht sichergestellt wird, dass auch bezüglich der Primär seite ein sicherer Korrosionsschutz erreicht wird. Werden beispielsweise Durchgangskontaktierungen, die unbestückt bleiben, durch auf der Leiterplatte anzubringende bzw. später aufgebrachte Bauelemente verdeckt, so ist nicht sicherge stellt, dass im Rahmen späterer Schritte nachträglich noch ein sicherer Korrosionsschutz gewährleistet werden kann. Dadurch, dass erfindungsgemäß eine Beschichtung der Durch gangskontaktierungen auf der Primärseite mit der Schutz schicht erfolgt, bevor Bauelemente auf der Primärseite befes tigt werden, ist sichergestellt, dass keine verdeckten Durch gangskontaktierungen verbleiben können, die nicht mit einer geeigneten Schutzschicht primärseitig geschützt werden.
Für die Schutzschicht kann gemäß einer Weiterbildung des er findungsgemäßen Verfahrens ein beliebiges korrosionshemmendes Material eingesetzt werden, das nachfolgenden Bearbeitungs schritten, beispielsweise Lötschritten, standhalten kann. Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn die Schutzschicht durch eine Lötstoppschicht gebildet ist, welche insbesondere bei dem ersten Lötschritt als Lötstopp wirkt. Um Leiterbahnen, die nicht mit Lotmaterial in Berührung kommen sollen, vor dem Benetzen mit Lötmaterial zu schützen, ist be- kannt, vor dem ersten Lötschritt sogenannten Lötstopplack auf die Leiterbahnen aufzutragen. Dieser Lötstopplackbeschich- tungsschritt lässt sich in vorteilhafter Weise - unter Erzie lung eines Synergieeffekts - nutzen, um auch die unbestückt bleibenden Durchgangskontaktierungen auf der Primärseite zu verschließen. Der Lötstopplack übt in diesem Falle mit ande ren Worten eine Doppelfunktion aus: Zum einen beschichtet und schützt er die Leiterbahnen vor Lotmaterial, das in nachfol genden Lötschritten die Leiterbahnen benetzen könnte, und zum anderen dient er als oberer bzw. primärseitiger Verschluss der unbestückt bleibenden Durchgangskontaktierungen; beide Schutzfunktionen lassen sich durch diesen Beschichtungs schritt erzielen.
Als Lötstopplack wird vorzugsweise Epoxidharz verwendet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird nach dem Bestücken der Leiterplatte mit elektrischen Bauelementen die Primärsei te der Leiterplatte zumindest in Bereichen mit Durchkontak tierungen mit einer Abdeckschicht, welche insbesondere ein Acrylatharz oder aus einem Acrylatharz enthaltenden Lack be steht, beschichtet. Insbesondere kann die resultierende An ordnung auf beiden Seiten der Leiterplatte ganzflächig oder zumindest in Teilbereichen mit einer solchen Abdeckschicht beschichtet werden.
Als Material für die Abdeckschicht kann jedes Material einge setzt werden, das für den elektrischen Betrieb der Anordnung geeignet ist und guten Korrosionsschutz bietet, beispielswei se Silikon oder silikonhaltiger Lack. Mit Blick auf besonders gute Schutzeigenschaften, insbesondere besonders guten Korro sionsschutz, wird es jedoch als vorteilhaft angesehen, wenn nach dem Bestücken der Leiterplatte mit elektrischen Bauele menten die resultierende Anordnung auf beiden Seiten der Lei terplatte ganzflächig oder zumindest in Bereichen, die mit Durchgangskontaktierungen versehen sind, mit einer Abdeck schicht in Form von Acrylatharz oder einem Acrylatharz ent haltenden Lack beschichtet wird. Acrylatharz oder Acrylatharz enthaltender Lack ist robust und wenig gasdurchlässig, zumin dest robuster und weniger gasdurchlässig als Silikon.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird nach dem Bestücken der Leiterplatte die Sekundärseite ganzflächig oder zumindest in Bereichen mit Durchkontaktierungen mittels einer Abdeck schicht aus insbesondere Acrylatharz oder aus einem Ac- rylatharz enthaltenden Lack beschichtet.
Als vorteilhaft wird es dabei angesehen, wenn alle diejenigen unbestückt bleibenden Durchgangskontaktierungen, die nach der Montage des oder der ersten elektrischen Bauelemente unter halb dieser Bauelemente liegen und von diesen nach dem Befes tigen und Verlöten dieser Bauelemente verdeckt werden, mit tels der Schutzschicht auf der Primärseite verschlossen wer den, bevor die ersten elektrischen Bauelemente auf der Pri märseite befestigt und im Rahmen des ersten Lötschritts ver lötet werden.
Im Rahmen des ersten Lötschritts wird das erste elektrische Bauelement mit einer oder mehreren Leiterbahnen der ersten Leiterbahnstruktur verlötet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird nach dem ersten Lötschritt zumindest ein zweites elektrisches Bauelement auf der Primärseite angeordnet und mittels eines zweiten Lötschritts mit insbesondere einer oder mehreren Leiterbahnen der zweiten Leiterbahnstruktur verlötet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung werden Durchkontaktierun gen von der Beschichtung mittels der Schutzschicht ausgenom men und bleiben unverschlossen, welche der Anordnung des zu mindest einen zweiten elektrischen Bauelements dienen.
Insbesondere bleiben alle diejenigen innenwandseitig elektrisch leitfähigen Durchgangskontaktierungen von der Be schichtung mittels der Schutzschicht ausgenommen und unver schlossen, die - nach erfolgter Montage und nach dem Verlöten des oder der ersten elektrischen Bauelemente - zur Montage des oder der zweiten elektrischen Bauelemente auf der Primär seite und zum Verlöten des oder der zweiten elektrischen Bau elemente mit zumindest einer der zweiten Leiterbahnen der zweiten Leiterbahnstruktur dienen.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung werden Durchgangskontak tierungen, welche nach der Montage des zumindest einen zwei ten elektrischen Bauelements unterhalb des zweiten Bauele ments liegen, mittels der Schutzschicht auf der Primärseite verschlossen, bevor das zumindest eine erste elektrische Bau element auf der Primärseite angeordnet und mittels des ersten Lötschritts verlötet wird.
Handelt es sich bei der zweiten Leiterbahnstruktur um eine innenliegende Leiterbahnstruktur, die in einer Zwischen schicht der Leiterplatte angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn sich die innenwandseitig elektrisch leitfähigen Durch gangskontaktierungen oder zumindest eine Teilgruppe davon bis zur Zwischenschicht erstrecken und die Primärseite und die Zwischenschicht elektrisch miteinander verbinden.
Liegt die die zweite Leiterbahnen aufweisende zweite Leiter bahnstruktur auf der Sekundärseite, können sich die Durchkon taktierungen oder zumindest eine Teilgruppe davon durch die Leiterplatte hindurcherstrecken und die Primärseite mit der Sekundärseite elektrisch verbinden.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist das zumindest eine zweite elektrische Bauelement Anschlusskontakte auf, welche bei der Anordnung des zweiten Bauelements in von der Be schichtung mit der Schutzschicht ausgenommene Durchkontaktie rungen eingeführt werden, und werden die Anschlusskontakte mittels des zweiten Lötschritts mit der zweiten Leiterbahn struktur verlötet.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist ein Durchmesser der Durchgangskontaktierungen derart bemessen, dass mittels des zweiten Lötschritts Lotmaterial aufgrund eines Kapillaref fekts von der Sekundärseite in Richtung Primärseite gezogen wird und die Durchgangskontaktierungen komplett oder zumin dest partiell mit Lotmaterial füllt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird im ersten Lötschritt vorzugsweise ein Wiederaufschmelzlötverfahren durchgeführt und/oder im zweiten Lötschritt vorzugsweise ein Wellenlöt oder Schwalllötverfahren durchgeführt.
Die ersten Bauelemente sind vorzugsweise oberflächenmontierte Bauelemente. Die zweiten Bauelemente sind vorzugsweise Durch steckbauelemente .
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine elektri sche Anordnung mit einer Leiterplatte, wobei die Leiterplatte aufweist: eine Leiterbahn aufweisende erste Leiterbahnstruk tur auf einer Seite der Leiterplatte, nachfolgend Primärseite genannt, eine Leiterbahn aufweisende zweite Leiterbahnstruk tur, die auf der anderen Seite der Leiterplatte, nachfolgend Sekundärseite genannt, und/oder als innenliegende Leiterbahn struktur in einer Zwischenschicht der Leiterplatte angeordnet ist, und eine Anzahl Durchkontaktierungen, mittels welcher jeweils einer Leiterbahn der ersten Leiterbahnstruktur mit einer Leiterbahn der zweiten Leiterbahnstruktur elektrisch verbindbar ist, und wobei zumindest ein elektrisches Bauele ment auf der Primärseite angeordnet und mit der ersten und/oder zweiten Leiterbahnstruktur verlötet ist.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zumindest eine der Durchkontaktierungen, welche unterhalb des zumindest einen elektrischen Bauelements angeordnet ist, mittels einer Schutzschicht ausschließlich auf der Primärseite verschlossen ist.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sowie vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem er findungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung ist die Schutzschicht eine Lötstopplackschicht.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist die Pri- märseits der Leiterplatte in Bereichen mit Durchkontaktierun gen mit einer Abdeckschicht, welche insbesondere aus Ac- rylatharz oder aus einem Acrylatharz enthaltenden Lack be steht, beschichtet, und/oder ist die Sekundärseite der Lei terplatte ganzflächig oder zumindest in Bereichen mit Durch kontaktierungen mit einer Abdeckschicht, welche insbesondere aus einem Acrylatharz oder aus einem Acrylatharz enthaltenden Lack besteht, beschichtet.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Schienenfahrzeug, insbesondere eines mit zumindest einem Traktionsumrichter. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schienenfahrzeug, insbesondere dessen oder einer seiner Traktionsumrichter, ei ne elektrische Anordnung, wie oben beschrieben und/oder wie oben beschrieben hergestellt, aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Leiterplatte, die zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels für ei ne erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden kann,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung, die auf der Basis der Leiterplatte ge mäß Figur 1 hergestellt werden kann,
Figur 3 in Form eines Flussdiagramms Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemä- ßes Verfahrens zur Herstellung der Anordnung gemäß Figur 2, und
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug .
In den Figuren werden für identische oder vergleichbare Kom ponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die Figur 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt einen Abschnitt einer Leiterplatte 10, die zur Herstellung einer elektrischen Anordnung weiterverarbeitet werden soll. Die Leiterplatte 10 weist auf einer ihrer Seiten, nachfolgend Primärseite 11 genannt, eine erste Leiterbahnstruktur 11a auf, die eine Vielzahl an Leiterbahnen umfasst. Auf der ge genüberliegenden Seite, nachfolgend Sekundärseite 12 genannt, befindet sich eine zweite Leiterbahnstruktur 12a, die eben falls eine Vielzahl an Leiterbahnen umfasst.
In der Darstellung gemäß Figur 1 sind darüber hinaus innen wandseitig mit leitfähigem Material B beschichtete und somit innenwandseitig elektrisch leitfähige Durchgangskontaktierun gen als Durchkontaktierungen vorhanden, von denen die Durch gangskontaktierungen 21 bis 25 dazu dienen, Leiterbahnen der ersten Leiterbahnstruktur 11a mit Leiterbahnen der zweiten Leiterbahnstruktur 12a elektrisch zu verbinden. Die Durch gangskontaktierungen 21 bis 25 bleiben somit unbestückt und dienen nicht dazu, Anschlusskontakte von auf der Leiterplatte 10 zu platzierenden Bauelementen aufzunehmen.
Die Durchgangskontaktierungen 26 und 27 dienen dazu, ein Durchführen von Anschlusskontakten von sogenannten Durch steckbauelementen zu ermöglichen. Derartige Durchsteckbauele mente können auf die Primärseite 11 der Leiterplatte 10 auf gesetzt und deren Anschlusskontakte durch die Durchgangskon taktierungen 26 und 27 hindurchgeführt werden, um diese mit der zweiten Leiterbahnstruktur 12a zu verbinden. Die in der Regel relativ dünnen Leiterbahnstrukturen 11a und 12a sind in der Figur 1 nicht maßstäblich, sondern sehr viel dicker als real dargestellt, um das Zusammenwirken mit den Durchgangskontaktierungen zu verdeutlichen.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine auf der Basis der Leiterplatte 10 gemäß Figur 1 hergestellte elektri sche Anordnung 50, die die Leiterplatte 10 gemäß Figur 1 so wie ein erstes Bauelement 100 und ein zweites Bauelement 200 umfasst. Bei dem ersten Bauelement 100 handelt es sich vor zugsweise um ein oberflächenmontiertes Bauelement, auch SMD (Surface Mounted Device)-Bauelement genannt; bei dem zweite Bauelement 200 handelt es sich vorzugsweise um ein Durch steckbauelement, auch THD (Through-Hole Device)-Bauelement genannt.
Selbstverständlich kann die Leiterplatte 10 auch mehr ober flächenmontierte Bauelemente und mehr Durchsteckbauelemente tragen als hier dargestellt; nur aus Gründen der Übersicht beschränkt sich die Figur 2 auf die genannten Bauelemente 100 und 200. Ebenfalls nur aus Gründen der Übersicht fehlen bei der Darstellung gemäß Figur 2 die beiden Leiterbahnstrukturen 11a und 12a, die in der Figur 1 gezeigt sind und deren Dicke sehr gering ist.
Die Herstellung der Anordnung gemäß Figur 2 erfolgt vorzugs weise mit Verfahrensschritten, die in Form eines Flussdia gramms in Figur 3 aufgeführt sind. Nachfolgend wird somit auf die Figuren 2 und 3 gemeinsam Bezug genommen.
Zur Herstellung der Anordnung gemäß Figur 2 werden in einem ersten Verfahrensschritt 1000 zunächst die Leiterbahnstruktu ren 11a und 12a gemäß Figur 1 auf der Leiterplatte 10 defi niert, beispielsweise durch Ätzen, wie dies allgemein bekannt ist. Die mit den Leiterbahnstrukturen versehene Leiterplatte 10 dient für die nachfolgenden Ausführungen somit als Basis material, das noch weiter bearbeitet wird. In einem folgenden Verfahrensschritt 1100 wird auf der Pri märseite 11 der mit den Leiterbahnstrukturen 11a und 12a ver sehenen Leiterplatte 10 zunächst eine Schutzschicht in Form einer Lötstoppschicht 30 aufgebracht. Die Lötstoppschicht 30 deckt dabei vorzugsweise alle Abschnitte der ersten Leiter bahnstruktur 11a ab, die im Rahmen eines nachfolgenden ersten Lötschritts nicht mit Lot bedeckt werden sollen. Darüber hin aus werden im Rahmen der Beschichtung der Leiterplatte 10 mit der Lötstoppschicht 30 alle diejenigen Durchgangskontaktie rungen, die zur Herstellung der Anordnung gemäß Figur 2 nicht mit Durchsteckbauelementen bestückt bzw. versehen werden sol len, auf der Primärseite 11 verschlossen. Bei der Darstellung gemäß Figur 2 kommt es somit zu einem Verschließen der nicht zu bestückenden Durchgangskontaktierungen 21 bis 25.
Lediglich frei von der Lötstoppschicht 30 verbleiben die Durchgangskontaktierungen 26 und 27, da diese nachfolgend zum Durchstecken von Anschlusskontakten 210 und 220 des Durch steckbauelements 200 dienen sollen.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt 1200 erfolgt die Be stückung der Leiterplatte 10 auf der Primärseite 11 mit dem ersten Bauelement 100 bzw. allen oberflächenmontierten Bau elementen. Die Bauteilbestückung gemäß Verfahrensschritt 1200 schließt vorzugsweise das Aufbringen von Lötpaste auf denje nigen Leiterbahnabschnitten der ersten Leiterbahnstruktur 11a ein, die mit Anschlusskontakten 110 und 120 des ersten Bau elements 100 verlötet werden sollen.
Anschließend wird das erste Bauelement 100 im Rahmen eines ersten Lötschritts 1300, vorzugsweise innerhalb eines Reflow- Ofens, mit der ersten Leiterbahnstruktur 11a der Leiterplatte 10 "reflow"-verlötet.
In einem nachfolgenden Bauteilbestückungsschritt 1400 wird das zweite Bauelement 200 mit seinen Anschlusskontakten 210 und 220 auf die Primärseite 11 der Leiterplatte 10 aufge setzt, wobei die Anschlusskontakte 210 und 220 in die Durch- gangskontaktierungen 26 und 27 hinein und vorzugsweise durch diese hindurch gesteckt werden. Vorteilhaft ist es, wenn sich die Anschlusskontakte 210 und 220 bis zur zweiten Leiterbahn struktur 12a auf der Sekundärseite 12 erstrecken.
In einem nachfolgenden zweiten Lötschritt 1500, bei dem es sich vorzugsweise um einen Wellenlöt- oder Schwalllötverfah rensschritt handelt, wird das zweite Bauelement 200 mit sei nen Anschlusskontakten 210 und 220 mit der zweiten Leiter bahnstruktur 12a (siehe Figur 1) auf der Sekundärseite 12 der Leiterplatte 10 verlötet. Das Lot 35 kann sich dabei von un ten bzw. der mit Lot 35 benetzten Sekundärseite 12 durch den Kappilareffekt nach oben in die Durchgangskontaktierungen 26 und 27 hineinziehen; entsprechendes gilt bei vom Querschnitt her ausreichend großer Dimensionierung auch für die unten of fenen Durchgangskontaktierungen 21 bis 25, auch wenn dies in der Figur 2 nicht explizit eingezeichnet ist.
Nach dem Abschluss des zweiten Lötschrittes 1500 wird die re sultierende Baugruppe im Rahmen eines Reinigungsschritts 1600 vorzugsweise beidseitig gereinigt. In einem nachfolgenden Trocknungsschritt 1700 wird die Baugruppe getrocknet.
Nach Abschluss des Trocknens wird die gesamte Baugruppe im Rahmen eines Lackierschritts 1800 sowohl auf der Primärseite 11 als auch auf der Sekundärseite 12 der Leiterplatte 10 ganzflächig mit einer Abdeckschicht 40 in Form von Schutzlack versehen, bei dem es sich um einen Silikonlack oder silikon haltigen Lack handeln kann. Als besonders vorteilhaft wird es jedoch angesehen, wenn der Abdeckschicht 40 Acrylatharz ist oder zumindest Acrylatharz enthält, also einen Acrylatharz- lack bildet.
Durch das Lackieren im Lackierschritt 1800 kommt es zu einem Verschließen auch der unbestückten Durchgangskontaktierungen 21 bis 25 auf der Sekundärseite 12, sodass alle unbestückten Durchgangskontaktierungen 21 bis 25 der Leiterplatte 10 nun beidseitig versiegelt bzw. verschlossen sind, nämlich auf der Primärseite 11 durch die Lötstoppschicht 30 und der darüber liegenden Abdeckschicht 40 und auf der Sekundärseite 12 durch die Abdeckschicht 40 allein. Nach dem Lackieren wird die resultierende Anordnung 50 gemäß Figur 2 in einem Trocknungsschritt 1900 getrocknet.
Zusammengefasst wird durch die im Zusammenhang mit den Figu ren 2 und 3 beschriebenen Verfahrensschritte sichergestellt, dass unbestückte Durchgangskontaktierungen, also die Durch gangskontaktierungen 21 bis 25, beidseitig verschlossen wer den und somit eine Korrosion der innenwandseitigen Metalli sierung sicher verhindert wird. Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungs gemäßes Schienenfahrzeug 500, das einen oder mehrere Trakti onsumrichter 510 aufweist. Die Traktionsumrichter 510 weisen jeweils eine oder mehrere Anordnungen 50 auf, wie sie oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 3 beschrieben worden sind.
Bezugszeichenliste
10 Leiterplatte
11 Primärseite
11a erste Leiterbahnstruktur
12 Sekundärseite
12a zweite Leiterbahnstruktur
21-27 Durchkontaktierung
30 Lötstoppschicht / Schutzschicht
35 Lot
40 Abdeckschicht
50 elektrische Anordnung
100 erstes Bauelement / oberflächenmontiertes Bauelement
110 Anschlusskontakt
120 Anschlusskontakt
200 zweites Bauelement / Durchsteckbauelement
210 Anschlusskontakt
220 Anschlusskontakt
500 Schienenfahrzeug
510 Traktionsumrichter
1000 Verfahrensschritt
1100 Verfahrensschritt
1200 Verfahrensschritt
1300 erster Lötschritt
1400 Bauteilbestückungsschritt
1500 zweiter Lötschritt
1600 Reinigungsschritt
1700 Trocknungsschritt
1800 Lackierschritt
1900 Trocknungsschritt
B leitfähiges Material

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung (50) auf der Basis einer Leiterplatte (10), wobei die Leiterplatte (10) aufweist:
- eine Leiterbahnen aufweisende erste Leiterbahnstruktur (11a) auf einer Seite der Leiterplatte (10), nachfolgend Primärseite (11) genannt,
- eine Leiterbahnen aufweisende zweite Leiterbahnstruktur (12a), die auf der anderen Seite der Leiterplatte (10), nachfolgend Sekundärseite (12) genannt, und/oder als in nenliegende Leiterbahnstruktur in einer Zwischenschicht der Leiterplatte (10) angeordnet ist, und
- eine Anzahl Durchkontaktierungen (21-25), mittels welcher jeweils eine Leiterbahn der ersten Leiterbahnstruktur (11a) mit einer Leiterbahn der zweiten Leiterbahnstruktur (11a) elektrisch verbindbar ist, wobei auf der Primärseite (11) zumindest ein erstes elektri sches Bauelement (100) angeordnet wird, welches mittels eines ersten Lötschritts (1300) mit der ersten Leiterbahnstruktur (11a, 12a) verlötet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest eine der Durchkontaktierungen (21-25) mittels einer Schutzschicht (30) ausschließlich auf der Primärseite (11) verschlossen wird, bevor das zumindest eine erste elektrische Bauelement (100) auf der Primärseite (11) angeordnet und mit tels des ersten Lötschritts (1300) verlötet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schutzschicht (30) eine Lötstoppschicht (30) ist, welche insbesondere bei dem ersten Lötschritt (1300) als Lötstopp wirkt.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach dem Bestücken der Leiterplatte (10) mit elektrischen Bauelementen (100) die Primärseite (11) der Leiterplatte (10) zumindest in Bereichen mit Durchkontaktierungen mit einer Ab deckschicht (40), welche insbesondere aus Acrylatharz oder aus einem Acrylatharz enthaltenden Lack besteht, beschichtet wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach dem Bestücken der Leiterplatte (10) die Sekundärseite (12) ganzflächig oder zumindest in Bereichen mit Durchkontak tierungen mittels einer Abdeckschicht (40) aus insbesondere Acrylatharz oder aus einem Acrylatharz enthaltenden Lack be schichtet wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach dem ersten Lötschritt (1300) zumindest ein zweites elektrisches Bauelement (200) auf der Primärseite (11) ange ordnet und mittels eines zweiten Lötschritts (1500) mit der zweiten Leiterbahnstruktur (12a) verlötet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
Durchkontaktierungen (26, 27) von der Beschichtung mittels der Schutzschicht (30) ausgenommen werden und unverschlossen bleiben, welche der Anordnung des zumindest einen zweiten elektrischen Bauelements (200) dienen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
Durchkontaktierungen (25), welche nach der Anordnung des zu mindest einen zweiten elektrischen Bauelements (200) unter halb des zweiten Bauelements (200) liegen, mittels der Schutzschicht (30) auf der Primärseite (11) verschlossen wer den, bevor das zumindest eine erste elektrische Bauelement (100) auf der Primärseite (11) angeordnet und mittels des ersten Lötschritts (1300) verlötet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das zumindest eine zweite elektrische Bauelement (200) eine Anzahl Anschlusskontakte (210, 220) aufweist, welche bei der Anordnung des zweiten Bauelements (200) in von der Beschich tung mit der Schutzschicht (30) ausgenommene Durchkontaktie rungen (26-27) eingeführt werden, und die Anschlusskontakte (210, 220) mittels des zweiten Lötschritts (1500) mit der zweiten Leiterbahnstruktur (12a) verlötet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Durchmesser der Durchkontaktierungen (21-27) derart be messen ist, das mittels des zweiten Lötschritts (1500) Lotma terial aufgrund eines Kapillareffekts von der Sekundärseite (12) in Richtung Primärseite (11) gezogen wird und die Durch kontaktierungen (21-27) komplett oder zumindest partiell mit Lotmaterial füllt.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- im ersten Lötschritt (1300) ein Wiederaufschmelzlötverfäh ren durchgeführt wird und/oder
- im zweiten Lötschritt (1500) ein Wellenlöt- oder Schwall lötverfahren durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die ersten Bauelemente (100) oberflächenmontierte Bauele mente (100) sind und/oder
- die zweiten Bauelemente (200) Durchsteckbauelemente sind.
12. Elektrische Anordnung (50) mit einer Leiterplatte (10), wobei die Leiterplatte (10) aufweist: - eine Leiterbahnen aufweisende erste Leiterbahnstruktur (11a) auf einer Seite der Leiterplatte (10), nachfolgend Primärseite (11) genannt,
- eine Leiterbahnen aufweisende zweite Leiterbahnstruktur (12a), die auf der anderen Seite der Leiterplatte (10), nachfolgend Sekundärseite (12) genannt, und/oder als in nenliegende Leiterbahnstruktur in einer Zwischenschicht der Leiterplatte (10) angeordnet ist, und
- eine Anzahl Durchkontaktierungen (21-25), mittels welcher jeweils eine Leiterbahn der ersten Leiterbahnstruktur (11a) mit einer Leiterbahn der zweiten Leiterbahnstruktur (12a) elektrisch verbindbar ist, und wobei zumindest ein elektrisches Bauelement (100) auf der Primärseite (11) angeordnet und verlötet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest eine der Durchkontaktierungen (21), welche unter halb des zumindest einen elektrischen Bauelements (100) ange ordnet ist, mittels einer Schutzschicht (30) ausschließlich auf der Primärseite (11) verschlossen ist.
13. Anordnung (50) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schutzschicht (30) eine Lötstoppschicht (30) ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Primärseits (11) der Leiterplatte (10) in Bereichen mit Durchkontaktierungen mit einer Abdeckschicht (40), welche insbesondere aus Acrylatharz oder aus einem Acrylatharz ent haltenden Lack besteht, beschichtet ist, und/oder die Sekundärseite (12) der Leiterplatte (10) ganzflächig oder zumindest in Bereichen mit Durchkontaktierungen mit einer Ab deckschicht (40), welche insbesondere aus einem Acrylatharz oder aus einem Acrylatharz enthaltenden Lack besteht, be schichtet ist.
15. Schienenfahrzeug (500), insbesondere Schienenfahrzeug mit Traktionsumrichter (510), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Schienenfahrzeug (500), insbesondere dessen oder einer seiner Traktionsumrichter (510) eine elektrische Anordnung (50) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 und/oder eine elekt- rische Anordnung (50), die nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt worden ist, aufweist.
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