SE509938C2 - Förfarande och anordning vid mönsterkort - Google Patents

Description

10 15 20 25 509 938 2 I den europeiska patentansökningen EP-A2-O 433 720 beskrivs ett förfarande där lödstoppslack i ett lviahàl på ett kretskort avlägsnas. Förfarandet omfattar att lödstoppslacken beläggs med skikt av fotoresist. Även det amerikanska patentet US 4 230 793 anger ett förfarande för att belägga ett mönsterkort med lödstoppslack. Viahál på mönsterkortet befrias omsorgsfullt frán lödstoppslack.

För att spara utrymme pà mönsterkorten eller korta skapa förbindelser, kan ett viahàl placeras under eller strax intill en pad. En pad är den yta av det elektriskt ledande materialet som en komponent ansluts till.

Vid s.k. omsmältningslödning av ett kretskort inträffar det att det lödtenn som komponenten är fastsatt med rinner ned i viahàlet. Detta sker obehindrat då viahälets metallyta har frilagts, exempelvis med de ovan nämnda metoderna. Komponentens lödförband försämras härvid.

För att undvika att lödtenn ska kunna rinna ned i ett närliggande viahàl vid en omsmältningslödning är det vidare förut känt att täta viahàlet med en pasta av epoxi.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning angriper ett problem som uppstår vid omsmältningslödning av ett kretskort, d.v.s. ett mönsterkort med fastlödda komponenter, vilka är anslutna till ytor med pläterade viahål. Närmare bestämt uppstår problemet då lödtenn på kretskortet vid en omsmältningslödning blir flytande och rinner »Detta ned i viahàlen. innebär att kvalitén pà lödningarna försämras. lfll 10 15 20 25 3 509 938 Ett likartat problem uppstår vid våglödning och släplödning då lödtenn utan avsikt kan stiga upp i viahålen. Ändamålet med föreliggande uppfinning är således att förhindra att lödtenn kan passera igenom ett genomgående hål, t.ex. ett pläterat viahål, vid olika former av lödning.

Uppfinningen anger ett förfarande, en anordning som utnyttjas vid förfarandet samt ett lödstopp för att lösa nämnda problem.

Uppfinningstanken är att man utnyttjar den tidigare nämnda nackdelen, där lödstoppslack vid vissa tillfällen rinner ned i viahàlen, genom att påverka lödstoppslackens viskositet så att en viss mängd lack avsiktligt rinner ned i viahålen. Lacken i hålen härdas och bildar lödstopp i viahålen. Nämnda lödstopp förhindrar därvid att flytande tenn kan passera igenom viahàlen genom att lödstoppen av lödstoppslack förhindrar att lödtennet kan rinna ned och väta viahälets väggar.

Uppfinningen avser mer konkret ett förfarande där lödstoppslackens viskositet väljs så att lödstoppslacken alltid rinner ned i ett eller flera viahàl. Därefter avgränsas delar av ämnet så att icke-transparenta och transparenta ytor täcker lacken. De icke-transparenta ytorna som täcker nämnda viahål omsluter helt eller delvis transparenta centrumytor. En efterföljande belysning av lödstoppslacken sker från ämnets båda sidor. Detta innebär att lödstoppslacken i hålen belyses dels genom de tidigare nämnda transparenta centrumytorna på ämnets ena sida och dels genom viahålens öppningar på ämnets motstående sida. Härvid skapas nämnda lödstopp i viahàlen när lödstoppslacken polymeriseras, d.v.s. härdas.

En anordning för att åstadkomma nämnda avgränsning utgörs enligt uppfinningen av en mask som innefattar de nämnda icke- 10 15 20 25 509 938 _ 4 transparenta och transparenta ytorna, där helt de icke-transparenta ytorna eller delvis omsluter vissa förutbestämda C ranspareflta Cent IUIUYCOI' .

Fördelarna med föreliggande uppfinning är att den är enkel och mycket billig att utföra. Uppfinningen kan utföras med befintlig- utrustning och som en del av redan kända produktionssteg vilket innebär att den inte tar någon extra tid i tillverkningsprocessen. Uppfinningen lämpar sig både för tillverkning i smà serier och för massproduktion. Inget extra material behöver stoppas in i viahálen för att förhindra att lödtenn passerar igenom viahálen.

Uppfinningen kan utföras vid olika typer av lödningar, t.ex. vàglödning och omsmältningslödning.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen. skall nu beskrivas med. hänvisning till bifogade ritningar.

Figur 1 visar ett tvärsnitt av en uppförstorad del av en mikrostripp med ett viahàl och en komponent.

Figur 2 visar ett flödesschema över ett utföringsexempel av det föreslagna förfarandet enligt uppfinningen.

Figur 3 visar ett tvärsnitt av en mikrostripp enligt ett andra steg i förfarandet visat i figur 2.

Figur 4 visar ett tvärsnitt av ovan nämnda mikrostripp med en pàlagd mask enligt ett tredje steg i förfarandet visat i figur 2. 10 15 20 25 5 509 938 Figur 5 visar ett tvärsnitt av ovan nämnda mikrostripp vid UV- belysning enligt ett femte steg i förfarandet visat i figur 2.

Figur 6 visar ett tvärsnitt av ovan nämnda mikrostripp efter ett sjunde steg i förfarandet visat i figur 2.

Figur 7 visar ett tvärsnitt av ovan nämnda mikrostripp med lödstopp och en fastlödd komponent.

Figur 8 visar ett antal exempel på tvärsnitt av lödstopp.

Figur 9 visar ett tvärsnitt av ett dubbelsidigt mönsterkort med lödstopp och en fastlödd komponent.

Figur 10 visar en vy av en mask.

Figur ll visar en delvy av en mask med en centrumyta i dess mitt.

Figur 12 visar en detaljförstoring av figur 4.

FÖREDRAGNA uTFöRINGsFom-:ER Som tidigare nämnts används lödstoppslacken för att skydda de elektriskt ledande ytorna pà ett mönsterkort mot fukt och korrosion samt begränsa lödtennets utbredning längs de ledande ytorna. Tre vanliga metoder att applicera lödstoppslacken på ytan av ett nbnsterkortsämne är ridàlackering, elektrostatisk lackering och screentryckning.

Screentryckning (Photopolymeric Coating eller silk screen printing) innebär att en lödstoppslack screentrycks pà ämnets yta. En screentrycksschablon tas fram med hjälp av en fotografisk nætod. Schablonen placeras över mönsterkortsämnet innan lack eller färg hälls över schablonen. Med hjälp av en 10 15 _20 25 .509 938 6 gummirakel pressas lacken eller färgen genom schablonen ned på mönsterkortsämnet.

Ridålackering (Curtian Coating) innebär att ämnet passerar en ridà av fotografiskt känslig lack son! belägger hela ytan på ämnet. Lacktjockleken på ämnet kontrolleras bl.a. variera lackens viskositet och/eller ämnets hastighet genom ridån av lack.

Elektrostatisk lackering innebär att lacken laddat sprayas på ett elektriskt mönsterkortsämne. -I övrigt är det samma process som ridålackeringen.

Viskositeten som är ett mått på en vätskas inre friktion anges ofta med enheten dPas (deciPascalsekund, 0.1 N s/m2). En alternativ metod för att definiera viskositeten är DIN 53 2llf som det tar för vätskan att bilda som anger den tid (i sekunder) en droppe.

En lödstoppslack kan innefatta en eller flera typer av hårdare som kan härdas i ett eller flera steg efter olika typer av påverkan. En 'vanligt förekommande lödstoppslack härdas i ett första steg med UV-ljus och i ett andra steg med värme. Under härdningen polymeriseras lacken. Detta innebär att lackens egenskaper förändras på ett sådant sätt att lacken blir hård och tålig mot åverkan.

Ett exempel på ett mönsterkort som används för mikrovàgstillämpningar är ett s.k. mikrostripp.

Figur 1 visar ett längsgående tvärsnitt av en mikrostripp 8 med en på dess ovansida fastsatt komponent 10. Mikrostrippen 8 omfattar dels ett elektriskt isolerande skikt ll, ett s.k. laminat, och dels ett jordplan 12 bestående av ett elektriskt genom att~ 10 15 20 25 7 509 93.8 ledande material, t.ex. koppar eller nickel, under det isolerande skiktet 11. Över det isolerande skiktet appliceras ett mönster av elektriskt ledande material l3a-b, t.ex. kopparledare. En lödstoppslack 18 är placerad på en bestämd del av' mönstret l3a-b.

Jordplanet 12 pà undersidan fungerar som áterledare av strömmen i mönstret 13a-b pà ovansidan av. mikrostrippen 8. Ett genomgående hål 14 är visat i figuren.

Hålet 14 är genompläterat 15 med ett elektriskt ledande material, t.ex. Detta hål 14, koppar. vilket benämns viahål är avsett som en jordförbindelse mellan ett ben 16 pá komponenten 10 och jordplanet 12. Benet 16 är fastsatt i mikrostrippen 8 medelst lödning varvid ett lödställe 17 bildats.

Om lödtennet vid en omsmältningslödning blir flytande kommer det att rinna ned i. viahàlet 14, vilket som tidigare nämnts kan orsaka att fastlödningen av komponenten 10 kraftigt försämras.

Lödstoppet som àstadkommes med föreliggande förfarande avser att förhindra nämnda problem.

Ett första exempel av det uppfinningsenliga förfarandet visas i ett flödesdiagram i figur 2. I ett första steg 21 appliceras en lödstoppslack 18 pà en ndkrostripp 8, varvid lödstoppslackens viskositet valts så att lödstoppslacken 18 rinner ut över mikrostrippen 8 och ned i viahàlet 14, företrädesvis minst 0.3- 0.4 mm ned i hålet.

I ett andra steg 22 torkas lödstoppslacken 18 pá mikrostrippen 8 och i viahàlet 14, därvid bildas en krans 31, se figur 3, av lack i hålet. Torkningen kan t.ex. ske medelst en fläkt, i en torkmaskin eller genom självtorkning.

I ett tredje steg 23 avgränsas bestämda delar av mikrostrippen.

Avgränsningen kan t.ex. ske genom att en mask 41, se figur 10, 10 15 20 25 509 938 8 med förutbestämda transparenta 42a-b och icke-transparenta 43a-f ytor placeras över den torkade lödstoppslacken 18, se figur 4, varvid en transparent centrumyta 44 som helt omsluts av en icke-transparent yta 43a på nmsken 41 centreras över en övre öppning 53 i viahàlet 14.

I ett fjärde steg 24, enligt figur 2, fixeras masken 41 nmt lödstoppslacken 18.

I ett femte steg 25 belyses (exponeras) förutbestämda delar av lödstoppslacken 18 pà mikrostrippen 8 och i viahàlet 14 med UV- ljus varvid de delar av lödstoppslacken 18 som belyses av UV- ljuset härdas (polymeriseras) en första gång.

I ett sjätte steg 26 avlägsnas masken 41 varefter mikrostrippen 8 tvättas så att de delar av lödstoppslacken 18 som inte har härdats (polymeriserats) avlägsnas från mikrostrippen 8.

I ett sjunde steg 27 placeras mikrostrippen 8 i en värmeugn, varvid lödstoppslacken härdas (polymeriseras) helt av värmen i ugnen en sista gäng. Den kvarvarande fullständigt härdade kransen 31 av lödstoppslacken i viahàlet 14 har därvid format ett lödstopp 61, se figur 6, som kan förhindra att flytande lödtenn passerar igenom viahàlet 14.

Figur 3 visar ett längsgående tvärsnitt av mikrostrippen 8 efter det andra steget 22, så som beskrivits i anslutning till figur 2. Lödstoppslacken 18 är applicerad på laminatet 11. I viahàlet 14 har lödstoppslacken 18 runnit ned och format kransen 31.

Figur 4 visar ovanstående tvärsnitt efter det tredje steget 23, så som beskrivits i anslutning till figur 2. Masken 41 med en transparent yta 42a cxflx den. icke-transparenta ytan. 43a är 10 15 20 25 9 509 938 placerad över mikrostrippen 8.

Den transparenta centrumytan 44 är centrerad över den övre öppningen 53 i viahålet 14.

Figur 5 visar ovanstående tvärsnitt under femte steget 25, så som beskrivits i anslutning till figur 2. UV-ljuset, vars strålgång visas medelst de streckade linjerna 51a-g, mot kransen 31 av lödstoppslack dels igenom centrumytan 44 (strålarna 51c-d) och dels genom en undre öppning 52 (strålarna 51f-g) i viahålet 14 på en undersida 54 på mikrostrippen 8. Den icke~transparenta ytan 43a på masken 41 sträcker sig en liten bit ut över viahålets övre öppning- 53, varvid endast snett infallande UV-ljus genom centrumytan 44 kan nå fram till lödstoppslacken 18 i viahålet 14. Detta innebär att endast den delen av lödstoppslacken 18 som är belägen mellan viahålets övre öppning 53 och dess undre öppning 52 kan träffas av UV-ljuset.

Figur 6 visar ovanstående tvärsnitt efter det sjunde steget 27, så som beskrivits i anslutning till figur 2. Mikrostrippen 8 är belagd med ett skyddande lager av lödstoppslacken 18 och försedd med lödstoppet 61 i viahålet 14. Ett område 62a-b runt en kant 63 på viahålet 14 har beroende på den icke-transparenta ytan 43 blivit fritt från lödstoppslacket varvid en pad bildats.

Figur 7 visar ett längsgående tvärsnitt av mikrostrippen 8 med komponenten 10 fastsatt medelst lödning 71 på mikrostrippens ovansida. Lödtennet 71 runt komponentens ben 16 hindras av lödstoppet 61 att rinna ned i viahålet 14 vid en omsmältning.

Det ovan beskrivna uppfinningsenliga förfarandet för att skapa ett lödstopp i ett enda viahål kan med fördel även utövas på flera viahål 14 samtidigt. infaller- 10 15 20 25 5Û9 938 i 10 En laser kan ersätta UV-ljuset vid exponeringen av lödstoppslacken.

Figur 8 visar ett antal exempel pà tvärsnitt av olika utföringsformer 81-84 av lödstoppet. Lödstoppet kan vara en sluten krans 81,83 eller en delvis sluten krans 82,84 som följer hàlets kontur. Den delvis slutna kransen innefattar ett antal sektioner 85 med ett visst inbördes avstånd 86. Summan av längderna på de nämnda avstànden 86 bör ej överstiga 1/4 av kransens 82,84 totala omkrets.

Det första steget 21 i det uppfinningsenliga förfarandet kan vid screentryckning med fördel utföras med en lödstoppslack 18 med en viskositet inom ett intervall av 128 till 130 dPas.

Vid ridàlackering kan lacknedrinningen justeras genom att justera matningshastigheten av mönsterkorten som passerar genom lackridàn eller genom att justera lackens viskositet. Beroende pà vilken typ av lack olika och process som används kan matningshastigheter och 'viskositeter användas. För exempelvis CIBA-GEIGY's process ®Probimer är en lämplig hastighet 95-98 m/s.

För Lackwerke PETERS ELPEMER® GL 2469 SM, vilken är en lödstoppslack, är en viskositet omkring 60s (enligt DIN 53 2llf) lämplig.

Förfarandet enligt uppfinningen kan även tillämpas på dubbelsidiga mönsterkort och pá flerlagersmönsterkort.

Ett dubbelsidigt mönsterkort innefattar ett mönster av elektriskt ledande material pà bàda sidorna av mönsterkortet. flertal mönster av Ett flerlagersmönsterkort innefattar ett elektriskt ledande material med elektriskt isolerande material 10 15 20 25 11 509 938 mellan dessa mönster. Detta bildar ett mönsterkort med' flera lager av nämnda mönster.

Det uppfinningsenliga förfarandet utförs på samma sätt som det tidigare nämnda förfarandet för mikrostrippen.

Figur 9 ^visar ett längsgående tvärsnitt av' ett dubbelsidigt- mönsterkort 91 med lödstoppet 61 i viahålet 14 mellan en övre sida 92 och en undre sida 93 av mönsterkortet.

»Figur 10 visar ett exempel på en uppfinningsenlig anordning som används i det ovan beskrivna uppfinningsenliga förfarandet.

Anordningen_ består av en mask 41 utformad så att ljus som infaller på masken 41 når ned i viahàlet 14, figur 5, på mikrostrippen 8. Masken 41 uppvisar de transparenta ytorna 42a-b och de icke-transparenta ytorna 43a-f, vilka visar olika exempel på möjliga utföringsformer som för enkelhetens skull är sammanställda i en figur. Masken 41 kan t.ex. bestå av en transparent film med svarta ytor. De transparenta ytorna 42a-b täcker de ytor av mikrostrippen 8 som ska vara täckta av lödstoppslacken 18. De icke transparenta ytorna 43a-f täcker de ytor av mikrostrippen 8 som inte ska vara täckta av lödstoppslacken, t.ex. vissa lödytor 62a-b se figur 6. Figur 10 visar även en centrumyta 102 som är delvis omsluten av den icke- transparenta ytan 43c. Figur 11 visar en uppförstorad del 101 av masken 41 med den icke-transparent ytan 43a som helt omsluter en centrumyta 44.

Den transparenta centrumytan 44: är placerad över hålet 14, se figur 12, som ska förses med lödstoppet. Den transparenta centrumytan 44 har en utsträckning di och hålet 14 har en utsträckning D.

Centrumytans utsträckning di ska vara mindre än hålets utsträckning D Detta medför att det ljus som infaller genom centrumytan 44 träffar lödstoppslacken 18 under 509 938 12 hálets övre öppning 53 i hålet 14. Centrum pà centrumytan Ci är centrerad över hálets centrum CD.

De nämnda utföringsformerna av uppfinningen är tillämpbara pà mönsterkort och speciellt för mikrostripp.

Claims (16)

10 15 20 25 '13 509 938 PATENTKRAV i minst (8), (8) av elektriskt isolerande

1. Förfarande vid tillverkning av lödstopp (61) ett genomgående pläterat (15) hål (14) i ett ämne företrädesvis ett mönsterkort material (ll) med ett mönster av ledare (l3a-b) av elektriskt ledande material, där hålet (14) i ämnet har en (8), varvid en (8) på ett sådant sätt (52,53) på vardera sidan av ämnet öppning lack (18) appliceras (21) på ämnet att lacken (18) rinner ned (31) i det pläterade hålet (14), k ä n n e t e c k n a t av att: (18) i hålet (14) behandlas på ett sådant sätt bibehålles då den a) lacken att en del av lacken (18) i hålet (14) applicerade lacken i övrigt avlägsnas, varvid den i hålet bibehållna delen av lacken bildar nämnda lödstopp (61).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att steg a) innefattar: b) fixering (24) av en mask (41) med ett mönster av (42) och icke-transparenta (43a-f) ytor över (8): tIaflSpareHta lacken (18) på ämnet c) belysning (25,51a-g) av masken (41), varigenom de områden av lacken (18) som är täckta av de transparenta ytorna (42a-b) av masken (41) belyses på ett sådant sätt att ett förutbestämt område (31) av lacken (18) i hålet (14) påverkas i syfte att ändra lackens egenskaper; d) avlägsnande (26) av de områden av lacken (18) där lackens egenskaper ej har ändrats av nämnda belysning (25), med en för ändamålet och typen av lack (18) lämplig metod, varvid det kvarvarande området (61) av lacken i 10 15 20 25 30 '14 509 938 hålet (14) som påverkats i syfte att ändra lackens egenskaper bildar nämnda lödstopp (61).

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t av att steg d) även innefattar: härdning (27) av lödstoppslacken (18) på ämnet (8) i en värmeugn.

4. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att ämnet (8) med lacken (18) belyses (figur 5) från dess båda sidor (54,55), varvid belysningen (51a-g) når lacken (31) i hålet (14) dels genom en transparent centrumyta (44,102) som åtminstone delvis omsluts av en icke-transparent täckyta (43a,43c) på masken (41), där masken (41) täcker ämnets (8) ena sida (55), och dels genom hålets undre öppning (52) på ämnets andra sida (54).

5. Förfarande enligt patentkrav 2, 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda påverkan (25) av lacken (18) i steg c) utförs genom att lacken belyses (51a-g) med. UV-ljus på ett sådant sätt att det belysta området av lacken (18) polymeriseras, samt att lacken som ej är polymeriserad därefter tvättas (26) bort med en för ändamålet och typen av lack lämplig metod, varvid det kvarvarande polymeriserade området (61) av lacken (18) i hålet bildar nämnda lödstopp (61).

6. Förfarande enligt patentkrav 1, 2, 3, 4, eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att lacken (18) rinner ned minst 0.3-0.4 mm i hålet (14), räknat från kanten (63) på hålets (53), den (14) öppning där nämnda öppning är öppning av hålet (14) som är placerad på den sidan (55) av ämnet (8) där lacken (18) pàlägges. 10 15 20 25 '15 509 938

7. Förfarande enligt patentkrav 1, 2, 3, 4, 5, eller 6, nnetecknat avattämnet (8) k ä är av typen mikrostripp.

8. Förfarande enligt patentkrav 1, 2, 3, 4, 5, 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t av att viskositeten på lödstoppslacken (18) anpassas pá ett sådant sätt att lacken (18) rinner ned (31) i det pläterade hålet (14);

9. Förfarande enligt patentkrav 1, 2, 3, 4, 5, 6, eller 7 k ä n n e t e c k n a t av att lacken (18) pálägges (21) genom ridålackering.

10. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a t av att matningshastigheten av mönsterkorten (8,91) genom ridàn av lack anpassas så att lödstoppslacken (18) rinner ned i viahàlet (14).

11. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a t av att viskositeten pà lödstoppslacken (18) anpassas pá ett sådant sätt att lacken (18) rinner ned (31) i det pläterade hålet (l4);

12. Förfarande enligt patentkrav 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a t av att lacken (18) pålägges (21) genom screentryckning.

13. Förfarande enligt patentkrav 11, k ä n n e t e c k n a t av att lackens (18) viskositet varierar inom ett intervall av 128 till 130 dPas 10 15 20 25 30 '16 509 958

14. Förfarande enligt patentkrav 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a t av att lacken (18) pålägges (21) genom elektrostatisk lackering.

15. Anordning vid tillverkning av lödstopp (61) i minst ett genomgående pläterat (15) hål (14) i ett ämne (8), företrädesvis ett mönsterkort (8) av elektriskt isolerande material (11) med ett mönster (l3a-b) av elektriskt ledande material, enligt förfarandet i något av patentkraven 1-14, varvid anordningen omfattar en mask (41) med Ininst en icke-transparent täckyta (43a) vilken placeras över hålet (14), k ä n n e t e c k n a t av att masken (41) även omfattar en transparent centrumyta (44,102) vilken åtminstone delvis_ år omsluten av den icke-transparenta täckytan (43a,43c), där den transparenta centrumytan (44) är varvid den centrerad över en öppning (53) hos hålet (14), transparenta centrumytan(44) år vald något mindre öppningen (53, D) hos hålet (14), på ett sådant sätt att en belysning (51aÄg) av hålet (14) genom centrumytan (44) av lacken (18) i hålet endast infaller mot den del (31) (14) soul befinner sig nedanför en tänkt förlängning av ämnets (8) yta (55) över hålet (14). (61) (8),

16. Anordning vid ett lödstopp i ett genomgående pläterat hål (14) i ett ämne företrädesvis ett mönsterkort (8) av elektriskt isolerande material (11) med ledande (52,53) ett mönster av ledare (l3a-b) av elektriskt material, varvid hålet (14) i ämnet har en öppning på vardera sidan av ämnet (8) och varvid förutbestämda ' 17 509 938 delar av ämnet (8) och ledarna (l3a-b) är belagda med en lödstoppslack (18), k ä n n e t e c k n a d av att en förutbestämd del av det pläterade hàlet (14) täcks av en helt eller delvis sluten krans (61) av lödstoppslacken (18) i hàlet (14).