ITFI970023A1

ITFI970023A1 - Procedimento per la realizzazione di circuiti stampati e circuiti stampati cosi'ottenuti

Info

Publication number: ITFI970023A1
Application number: IT97FI000023A
Authority: IT
Inventors: Antonio Canova
Original assignee: Magnetek Spa
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-17
Also published as: ES2170477T3; EP0974249A1; DE69803664D1; WO1998036625A1; EP0974249B1; US6401332B1; IT1291779B1; US20020056571A1; ITFI970023A0; US6858806B2; DE69803664T2; DK0974249T3

Description

PROCEDIMENTO PER LA REALIZZAZIONE DI CIRCUITI STAMPATI E CIRCUITI STAMPATI COSI' OTTENUTI"

DESCRIZIONE

Campo tecnico

La presente invenzione riguarda un procedimento per la realizzazione di circuiti stampati, del tipo comprendente un supporto laminare o scheda, su cui è realizzata una pluralità di piste elettricamente conduttive per il collegamento di una pluralità di componenti elettronici .

Più in particolare il procedimento secondo l'invenzione riguarda una nuova tecnica per l’applicazione di elementi conduttivi ausiliari sulla scheda, aventi lo scopo di incrementare la conduttività delle piste in punti determinati del circuito, dove sono disposti i componenti di potenza.

L'invenzione riguarda anche un circuito stampato ottenuto con questo nuovo procedimento nonché un caricatore di elementi conduttivi ausiliari realizzato per essere utilizzato con un procedimento secondo l’invenzione.

Stato della tecnica

Per la realizzazione di circuiti elettronici noto l'impiego di supporti laminari o schede, realizzati in "vetronite" o materiale equivalente, su una od entrambe le facce dei quali sono realizzate piste di materiale conduttivo, tipicamente rame. Queste ultime si ottengono depositando sulla faccia del supporto laminare una lamina di rame o materiale equivalente, e procedendo poi ad un processo di stampa ed incisione. Sulle piste così realizzate vengono applicati i componenti del circuito elettronico, che sono tipicamente componenti di potenza ad alto assorbimento e componenti di logica a basso assorbimento. La sezione delle varie piste conduttive varia a seconda della potenza assorbita dai singoli componenti elettronici, così da offrire una resistenza sufficientemente limitata ed evitare un riscaldamento eccessivo. La sezione può essere aumentata aumentando lo spessore della lamina di rame applicata sul supporto laminare, oppure aumentando la larghezza della pista. Entrambe le dimensioni della sezione trasversale di una pista non possono essere aumentate a piacere per motivi diversi. Per quanto riguarda lo spessore, poiché tutte le piste sono realizzate a partire da una stessa lamina conduttiva, quest'ultima non può presentare uno spessore eccessivo per non aumentare oltre certi limiti il costo del circuito. Non si possono infatti sovradimensionare gli spessori delle piste dedicate ai componenti di logica per avere sufficiente conduttività nelle piste dedicate ai componenti di potenza. Inoltre, occorre evitare gli effetti delia sottoincisione che si verifica in presenza di elevati spessori della lamina conduttiva da cui vengono ricavate le piste conduttive del circuito. Per quanto riguarda la larghezza della pista, questa è limitata da esigenze di spazio e di layout del circuito.

Per ovviare a questi inconvenienti, è noto applicare sulle piste, dove ciò si rende necessario per l'elevato assorbimento dei componenti ivi collegati, elementi conduttivi ausiliari consistenti in spezzoni di rame che vengono saldati sulle piste. L'applicazione di questi elementi conduttivi ausiliari richiede attualmente una notevole incidenza di mano d'opera, in quanto ciascun elemento conduttivo è realizzato in modo dedicato alla specifica applicazione e saldato manualmente nel punti in cui si richiede un incremento della sezione della pista conduttiva a causa della presenza di elementi di potenza caratterizzati da alto assorbimento. Scopi e sommario dell'invenzione

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un procedimento per il montaggio di circuiti stampati con elementi conduttivi ausiliari, che sia più semplice, più economico e più rapido dei sistemi tradizionali .

Nell'ambito di questo scopo generale, uno scopo particolare della presente invenzione è la realizzazione di un procedimento che possa essere attuato con le macchine e gli impianti attualmente conosciuti per il montaggio dei componenti elettronici sulle schede stampate.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è la realizzazione di un procedimento che consenta una produzione semplice ed economica dei circuiti stampati di vario tipo senza la necessità di dimensionare in modo specifico e dedicato gli elementi conduttivi ausiliari per ogni singolo circuito.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è la realizzazione di un circuito stampato con elementi conduttivi ausiliari che sia di minor costo e di maggiore semplicità rispetto ai circuiti tradizionali.

Questi ed ulteriori scopi e vantaggi, che appariranno chiari agli esperti del ramo dalla lettura del testo che segue, sono ottenuti in sostanza prevedendo che gli elementi conduttivi ausiliari siano applicati sul supporto laminare tramite un impianto di applicazione di componenti in tecnologia SMD (Surface Mounted Device).

L'invenzione si basa quindi sulla idea di manipolare gli elementi conduttivi ausiliari come se fossero dei normali componenti elettronici in tecnologia SMD. Questo permette di semplificare enormemente il montaggio, in quanto anche gli elementi conduttivi ausiliari vengono applicati dalle macchine automatiche nella stessa fase di applicazione dei componenti SMD.

In pratica, il procedimento secondo l’invenzione può presentare le seguenti fasi:

- realizzare sul supporto laminare almeno una pista conduttiva ;

- applicare sul supporto laminare uno strato protettivo cosiddetto "solder-resist", lasciando sulla pista conduttiva almeno una zona sostanzialmente priva di detto strato di solder-resist;

- applicare sulla pista conduttiva in corrispondenza di detta zona un collante per l'incollaggio dell'elemento conduttivo ausiliario;

- incollare l'elemento conduttivo ausiliario ed eventuali ulteriori componenti circuitali SMD sul supporto laminare;

- saldare l'elemento conduttivo ausiliario ed eventuali ulteriori componenti circuitali SMD sul supporto laminare.

Sul supporto laminare possono essere montati componenti elettronici sia su una faccia sia su due facce, prevedendo normalmente che gli elementi conduttivi ausiliari siano montanti su di un'unica faccia insieme agli altri componenti circuitali in tecnologie SMD.

Analogamente a quanto finora previsto nella tecnologia SMD, quando sullo stesso supporto laminare vengono montati componenti su entrambe le facce, si procederà in primo luogo ad applicare componenti circuitali in tecnologie SMD, compresi gli elementi conduttivi ausiliari, su una faccia tramite incollaggio. Una volta proceduto all'applicazione tramite collante, si effettuerà 1'essicazione del collante in un apposito forno e si provvederà alla rotazione del supporto per procedere al montaggio dei componenti circuitali sulla faccia opposta, tramite l'inserimento dei reofori negli appositi fori normalmente previsti nel supporto laminare. La saldatura finale dei componenti elettronici e degli elementi conduttivi ausiliari, che completa il ciclo produttivo, verrà effettuata con un processo di saldatura di tipo conosciuto, ad esempio una saldatura ad onda in lega di stagno o simile.

Gli elementi conduttivi ausiliari sono preferibilmente tra loro uguali per ottenere la massima standardizzazione del procedimento. Non si esclude, peraltro, di usare anche dimensioni diverse, od almeno alcuni standard dimensionali diversi sullo stesso circuito.

Essi possono essere costituiti da piastrine metalliche di sviluppo sostanzialmente rettangolare di limitata altezza, e possono essere realizzati in rame od altro metallo o lega metallica altamente conduttiva ed eventualmente rivestiti con opportuno strato metallico che faciliti l'incollaggio e la successiva saldatura. Ad esempio, gli elementi conduttivi ausiliari possono presentare un trattamento di stagnatura a fuoco od altro, allo scopo anche di prevenirne l'ossidazione durante 1 'immagazzinamento.

Per consentire l'automazione del processo di montaggio degli elementi conduttivi ausiliari, l'invenzione prevede vantaggiosamente che essi siano caricati in strisce di materiale flessibile (ad esempio plastica, cartoncino od altro) corredate di una pluralità di sedi tra loro uguali in cui sono alloggiati gii elementi conduttivi ausiliari. Queste strisce hanno la stessa struttura dei normali caricatori di componenti in tecnologia SMD utilizzati per gli impianti di montaggio. E' così possibile manipolare gli elementi conduttivi ausiliari come normali componenti in tecnologia SMD.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche del procedimento secondo l'invenzione, del circuito stampato con esso ottenuto e della striscia di caricamento degli elementi conduttivi ausiliari sono indicati nelle allegate rivendicazioni.

Breve descrizione dei disegni

Il trovato verrà meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una pratica esemplificazione non limitativa del trovato stesso. Nel disegno mostrano: la

Fig.l una vista in pianta di una porzione di un supporto laminare con una pista conduttiva predisposta per l'applicazione elementi conduttivi ausiliari secondo l'invenzione; le

Figg.2 a 5 mostrano, in una sezione trasversale fortemente ingrandita, secondo II-II di Fig.l, del supporto laminare, fasi successive del processo di montaggio secondo l'invenzione; le

Figg.6 e 7 mostrano una sezione longitudinale ed una vista in pianta di una striscia di caricamento degli elementi conduttivi ausiliari; le

Figg.8 a 10 mostrano forme alternative di incollaggio dell'elemento conduttivo ausiliario; e la

Fig.ll mostra una forma di attuazione con una saldatura a rifusione anziché ad onda.

Descrizione dettataqliata di una forma di realizzazione de ll'invenzione

In Fig.l è mostrata, in modo del tutto esemplificativo e semplificato, una porzione di supporto laminare (scheda) per la realizzazione di circuiti stampati con il procedimento secondo l'invenzione.

La Fig.2 mostra una sezione trasversale secondo la linea II-II di Fig.l in forte ingrandimento della porzione di supporto laminare di Fig.l. La disposizione delle piste conduttive, dei fori, delle piazzole per l'applicazione dei componenti SMD è puramente casuale ed ha unicamente lo scopo di facilitare la comprensione del procedimento secondo l'invenzione.

In sostanza il supporto laminare 1 è costituito in modo di per sè noto, da una lamina di "vetronite", o materiale equivalente, che presenta su una prima faccia (quella visibile in Fig.l) una serie di piste e di piazzole per l'applicazione di componenti circuitali in tecnologia SMD, indicate con 3 e 5. Viene inoltre prevista sulla stessa faccia del supporto laminare 1 una pista conduttiva 7 di maggiore sezione per il collegamento di componenti di potenza. Come noto agli esperti del ramo, le piste 3 e 7 e le piazzole 5 sono ottenute tramite stampa ed incisione di una lamina di rame applicata sul supporto laminare 1 e quindi tagliata secondo un disegno predeterminato. Su quelle zone delle piste 3 e 7, sulle quali non devono essere saldati componenti elettronici od elementi conduttivi ausiliari, è applicato uno strato di vernice protettiva 9 (vedasi Fig.2) denominata "solder-resist".

Nell'esempio illustrato la pista conduttiva 7, lungo la quale sono indicati in via del tutto esemplificativa alcuni fori 11, 13 per il montaggio di componenti elettronici, è rivestita da uno strato di solder-resist 9 su tutta la propria superficie ad eccezione di una serie di zone a sviluppo sostanzialmente rettangolare indicate con 15. In corrispondenza di queste zone verranno applicati, nel modo descritto nel seguito, gli elementi conduttivi ausiliari, con il procedimento della presente invenzione. Ciascuna zona scoperta 15 della pista 7 presenta al proprio interno due aree limitate di sviluppo rettangolare indicate con 17, rivestite di "solder-resist" .

Per il montaggio degli elementi conduttivi ausiliari si procede nel modo seguente. Sulle aree 17 vengono applicati punti di collante 19 (Fig.2) come previsto per il montaggio dei componenti circuitali in tecnologia SMD. L'applicazione del collante e la successiva applicazione degli elementi conduttivi ausiliari può avvenire nella stessa fase di lavorazione in cui in corrispondenza delle piazzole 5 vengono incollati i componenti circuitali SMD.

Una volta applicato il collante 19 sulle varie aree 17 delle zone 15, su ciascuna zona 15 viene applicato, tramite un normale impianto di montaggio di componenti in tecnologia SMD, un elemento conduttivo ausiliario 21, costituito da una piastrina metallica di sviluppo sostanzialmente rettangolare e di dimensioni generalmente (ma non necessariamente) minori rispetto alla dimensione della zona 15 (Fig.3). Il montaggio degli elementi conduttivi ausiliari 21 sulla rispettiva faccia del supporto laminare 1 avviene nella stessa fase di applicazione di tutti i componenti circuitali in tecnologia SMD sulla stessa faccia. Una volta completata questa operazione, il supporto laminare viene passato in un forno, in cui (come è noto nella tecnica del ramo) il collante 19 viene essiccato per stabilizzare i componenti SMD e gli elementi conduttivi ausiliari 21 sulla rispettiva faccia del supporto laminare.

A questo punto il supporto laminare viene rovesciato per effettuare il montaggio dei componenti circuitali sulla faccia opposta. In via del tutto esemplificativa in Fig.4 viene mostrato il montaggio di un componente 23 con rispettivi reofori 25 che si inseriscono in corrispondenti fori realizzati nel supporto laminare 1 (non visibili in Fig.4) per essere saldati insieme ai componenti disposti sulla faccia opposta, dove si trovano gli elementi conduttivi ausiliari 21. Anche sulla faccia dove avviene il montaggio dei componenti 23 sono realizzate piste conduttive indicate con 27, opportunamente ricoperte dove necessario con uno strato di solder-resist 29.

Il supporto laminare così corredato di componenti elettronici su entrambe le facce e degli elementi conduttivi ausiliari 21, viene sottoposto ad una serie di operazioni di tipo di per sè conosciuto per effettuare la saldatura dei componenti e degli elementi conduttivi 21. Questa saldatura può essere effettuata, previo decapaggio se necessario, tramite una tecnica di saldatura ad onda in lega di stagno o simile. Il risultato finale è mostrato schematicamente in Fig.5: oltre alla normale saldatura dei componenti SMD sulla faccia inferiore (in questa figura) e dei componenti 23 corredati dei rispettivi reofori 25 sulla faccia superiore, si ottiene anche la saldatura tramite uno strato di stagno 31 degli elementi conduttivi ausiliari 21. Lo stagno riveste ciascun elemento conduttivo ausiliario 21 e penetra anche al di sotto di esso tra la superficie della zona 15 della pista conduttiva 7 e la superficie dell'elemento conduttivo 21 rivolta verso la pista stessa. In sostanza l'elemento conduttivo ausiliario 21 è "incapsulato" in un rivestimento di lega di stagno, od altra lega di saldatura equivalente, che garantisce il contatto elettrico oltre alla adesione dell'elemento 21 stesso al circuito stampato.

Nelle Figg.6 e 7 è schematicamente mostrata la configurazione di un caricatore di elementi conduttivi ausiliari 21 per l'alimentazione di una macchina di montaggio di componenti in tecnologia SMD. Il caricatore è costituito da una striscia flessibile 31 in materiale plastico o simile, in cui sono realizzate sedi 33 nelle quali sono incastrati elementi conduttivi ausiliari 21, in forma di piastrine metalliche. La striscia 32 viene alimentata alle macchine di montaggio e da esse manipolata come una normale striscia di caricamento di componenti SMD.

Nelle Figg. 8 a 10 sono mostrate tre diverse alternative per l'incollaggio degli elementi 21 al supporto laminare 1. In Fig.8 l’incollaggio avviene tramite due punti di colla 19 posti in corrispondenza del perimetro dell'elemento conduttivo ausiliario 21.

In Fig.9 l'incollaggio avviene tramite un punto di colla 19 in posizione centrale, applicato direttamente sullo strato isolante 1, avendo preventivamente asportato la lamina conduttiva.

In Fig.10 è mostrata una forma modificata della modalità di applicazione della Fig.9, con un foro centrale nell'elemento ausiliario 21, entro cui penetra il collante 19.

In ciò che precede si è fatto riferimento ad una saldatura ad onda degli elementi conduttivi ausiliari 21 e degli eventuali componenti elettronici. Non si esclude, peraltro, che la saldatura avvenga con tecniche diverse, ad esempio per rifusione, in particolare quando sul circuito siano presenti solo componenti SMD (su una sola faccia o su entrambe).

In Fig.ll (dove parti uguali o corrispondenti sono indicate con gli stessi numeri di riferimento), l'elemento conduttivo 21 è applicato al circuito nel seguente modo: sulle piazzole di saldatura 15 viene applicata una crema saldante 34, preferibilmente secondo un metodo serigrafico; quindi viene applicato l'elemento conduttivo ausiliario 21 con adesione alla crema saldante che funge in tal caso da adesivo in sostituizione dell'adesivo 19; il circuito viene posto i un forno a raggi infrarossi od equivalente, per provocare la rifusione della crema saldante 34.

Non si escludono altri processi di saldatura.

E' inteso che il disegno non mostra che una esemplificazione data solo quale dimostrazione pratica del trovato, potendo esso trovato variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito del concetto che informa il trovato stesso. L'eventuale presenza di numeri di riferimento nelle rivendicazioni aceluse ha lo scopo di facilitare la lettura delle rivendicazioni con riferimento alla descrizione ed al disegno, e non limita l'ambito della protezione rappresentata dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la realizzazione di circuiti stampati comprendenti un supporto laminare (1), almeno una pista elettricamente conduttiva (7) su detto supporto laminare, ed almeno un elemento conduttivo ausiliario (21) saldato su detta pista conduttiva (7), caratterizzato dal fatto di applicare detto elemento conduttivo ausiliario tramite un impianto di applicazione di componenti SMD.
2. Procedimento come da rivendicazione 1, caratterizzato dalle fasi di: - realizzare, su detto supporto laminare (1), detta almeno una pista conduttiva (7); - applicare sul supporto laminare (1) uno strato protettivo (9), lasciando su detta pista conduttiva (7) almeno una zona (15) sostanzialmente priva di detto strato protettivo (9); - applicare su detta pista conduttiva, in corrispondenza di detta zona (15), un collante (19;34) per l'incollaggio dì detto elemento conduttivo ausiliario (21); - incollare detto elemento conduttivo ausiliario ed eventuali ulteriori componenti circuitali (23) su detto supporto laminare (1); - saldare detto elemento conduttivo ausiliario (21) e detti eventuali ulteriori componenti circuitali su detto supporto laminare.
3. Procedimento come da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che all'interno di detta zona (15) sostanzialmente priva di detto strato protettivo (9) viene lasciata almeno un'area (17) rivestita con detto strato, sulla quale viene applicato detto collante (19).
4. Procedimento come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la saldatura di detto elemento conduttivo ausiliario (21) avviene con un processo di saldatura ad onda.
5. Procedimento come da una o più delle rivendicazioni 1 a 3, caratterizato dal fatto che la saldatura di detto elemento conduttivo ausiliario (21) avviene tramite un processo di saldatura per rifusione.
6. Procedimento come da rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che su detta zona (15) sostanzialmente priva di strato protettivo (9) viene applicato un collante costituito da una crema saldante (34) e che dopo l'applicazione degli elementi conduttivi ausiliari (21) e degli eventuali componenti elettronici il supporto laminare viene passato in un forno per la rifusione della crema saldante (34).
7. Procedimento come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che prima della saldatura, su entrambe le facce di detto supporto laminare (1) vengono applicati ulteriori componenti circuitali (23), i componenti circuitali applicati sulla faccia su cui è applicato detto almeno un elemento conduttivo ausiliario (21) essendo componenti SUD.
8. Procedimento come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di applicare una pluralità di detti elementi conduttivi ausiliari tra loro uguali.
9. Procedimento come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti elementi conduttivi ausiliari sono in forma di piastrine metalliche.
10. Un circuito stampato comprendente un supporto laminare (1), su almeno una faccia di detto supporto laminare almeno una pista conduttiva (7), sulla quale è saldato almeno un elemento conduttivo ausiliario 21, caratterizzato dal fatto che detto elemento conduttivo ausiliario è applicato tramite un impianto di applicazione di componenti SMD.
11. Circuito come da rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento conduttivo ausiliario è applicato su detto supporto laminare tramite un collante e saldato su di esso con un processo di saldatura ad onda.
12. Circuito come da rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento conduttivo ausiliario è applicato su detto supporto laminare tramite una crema saldante ed un processo di saldatura a rifusione .
13. Circuito come da rivendicazione 10, 11 o 12, caratterizzato dal fatto di presentare su una faccia una pluralità di elementi conduttivi ausiliari (21) ed una pluralità di componenti elettronici SMD e sull'altra faccia una pluralità di componenti elettronici corredati di reofori che attraversano lo spessore di detto supporto laminare.
14. Circuito come da rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che detti elementi conduttivi ausiliari sono tra loro uguali.
15. Circuito come da una o più delle rivendicazioni 10 a 14, caratterizzato dal fatto che detti elementi conduttivi ausiliari sono in forma di piastrine metalliche.
16. Circuito come una o più delle rivendicazioni 10 a 15, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento conduttivo ausiliario è realizzato in un metallo ad alta conducibilità elettrica rivestito con uno strato metallico ad alta bagnabilità e con temperatura di fusione superiore alla temperatura di fusione della lega di saldatura.
17. Una striscia di materiale flessibile (32) comprendente una pluralità di sedi (33) affiancate, in ciascuna delle quali è alloggiato un rispettivo elemento conduttivo ausiliario (21) per l'attuazione del procedimento secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 7.
18. Striscia come da rivendicazione 17, caratterizzata dal fatto che detti elementi conduttivi ausiliari (21) sono in forma di piastrine metalliche.
19. Striscia come da rivendicazione 17 o 18, caratterizzata dal fatto che ciascun elemento conduttivo ausiliario è realizzato in un metallo ad alta conducibilità elettrica rivestito con uno strato metallico ad alta bagnabilità e con una temperatura di fusione superiore alla temperatura della lega di saldatura.