WO2015067413A1 - Verfahren zur reparatur einer leiterplatte mit zumindest einem defekten bauteil - Google Patents

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WO2015067413A1
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circuit board
printed circuit
lotauftragsstempel
solder paste
contact point
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PCT/EP2014/070938
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Christoph Hippin
Jenny SCHÖNE
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Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for repairing a printed circuit board with at least one defective component, a Lot Fallssstkov, a
  • the circuit board is provided at the points to be equipped with solder paste, which forms a Lotpastendepot. Subsequently, the component is positioned on the corresponding solder depot.
  • the so-equipped printed circuit board is exposed to a heat source, for example, placed on a hot plate or supplied to a soldering oven, wherein the solder paste is melted and thereby a connection of the component is made with the circuit board.
  • solder paste according to one of the conventional methods such as stencil printing or solder paste printing is no longer possible. Since the openings required in the template for these methods are clearly too small, no solder paste or not enough solder paste from the openings of the conventional methods.
  • a method alternative to stencil printing or solder paste printing is the dispensing technique by means of, for example, a syringe or cartridge, whereby this method also reaches its limits with these ball sizes.
  • the diameter of the Lotpastendots are dispensed with this method at about 300 to 500 ⁇ .
  • Lotpastendepots can be generated with a minimum diameter of about 300 ⁇ . smaller
  • the object is achieved by a method, a solder order stamp, a
  • the object is achieved by a method for
  • Contact point is mechanically and / or electrically connected to the circuit board, wherein the method comprises at least the following steps:
  • the object is thus achieved in that for applying the solder paste a specially designed solder applicator stamp is used, via which the solder paste is transferred to the contact points of the printed circuit board, to be able to generate solder paste doses of 10 ⁇ to 30 ⁇ diameter.
  • a further advantage of the method according to the invention is that it is likewise possible to bring solder paste into solder deposits, that is to say cavities which have the printed circuit board. This is only possible to a very limited extent with the conventional methods, such as, for example, stencil printing.
  • the method offers increased flexibility, since it is not tied to the production of a template required for the specific printed circuit board, as is the case with stencil printing.
  • smaller distances between two solder pads to be wetted contact points can be realized with the inventive method.
  • the method provides that the wetting step is performed force-controlled, so that the
  • the method provides that the transfer step is carried out in a force-controlled manner, so that the wetted solder applicator stamp is deposited on the at least one printed circuit board-side contact point only up to a predefined second force. According to a further advantageous embodiment, the method provides that the cleaning of the printed circuit board side contact points is performed without contact.
  • solder applicator stamp comprises: - Basic body with an end face;
  • At least one projection which protrudes from the end face and having a projection surface, wherein the projection in longitudinal section has an at least partially concave contour between the end face and the projection surface.
  • An advantageous embodiment of the Lot Huaweisstempels provides that the protrusion surface is formed so that the ratio of the end face to the protrusion surface a maximum of a factor 10, preferably a factor of 7.5, particularly preferably a factor of 5 corresponds.
  • solder applicator stamp provides that the projection surface is formed such that the ratio of the end face to the projection surface corresponds to a maximum of a factor of 35, preferably a factor of 21, particularly preferably a factor of 15.
  • An advantageous embodiment of the Lot Huaweisstempels provides that the maximum distance between the end face and the projection surface and thus the height of the projection in the range of 50-250 ⁇ , preferably in the range of 80-150 ⁇ , is.
  • An alternative embodiment of the Lot concludedsstkovs provides that the maximum distance between the end face and the projection surface and thus the height of the projection in the range of 50-400 ⁇ , preferably in the range of 180-220 ⁇ , more preferably in the range of 280-320 ⁇ .
  • An advantageous embodiment of the Lot convincedsstkovs provides that the protruding surface has a diameter in the range of 300-180 ⁇ , preferably in the range of 180-130 ⁇ , more preferably in the range of 130-50 ⁇ .
  • solder applicator stamp further comprises a hydrophobic coating, which is applied to the base body at least in an area adjacent to the projection.
  • the task is accomplished by using the
  • the task is by a
  • Automation system for repairing a printed circuit board having at least one defective component solved, the automation system
  • an automatic positioning unit to which the solder applicator stamp is attached so as to enable automatic positioning of the solder applicator stamp
  • a board receiving unit which allows automatic positioning of a printed circuit board mounted in the board receiving unit with respect to the positioning unit.
  • Automation system provides that the positioning unit a
  • Fig. 3 a schematic representation of the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the bottom view of the solder applicator stamp according to the invention.
  • 1 shows a flow chart of the method according to the invention.
  • the defective component 2 which is mechanically and / or electrically attached to the printed circuit board 1 via contact points 3, is removed.
  • the circuit board 1 is clamped in an automation system, which has a circuit board receiving unit.
  • the automation system which has a circuit board receiving unit.
  • PCB receiving unit a sub-heater, which allows preheating of the entire circuit board 1.
  • Printed circuit board 1 soldered defective component 2 the automation system is equipped with a multi-channel annular nozzle.
  • the multi-channel annular nozzle is designed such that they can give off a hot air and on the other hand can draw vacuum or air. In this way, the solder between the contact points 3 of the defective component 2 and the contact points 3 of the circuit board 1 can be melted by means of the hot air.
  • the size of the multi-channel annular nozzle is dependent on the component size and chosen so that a substantially complete heating of the defective component 2 or the
  • circuit board 1 in an already cooled second
  • Automation system to be further processed.
  • this cleaning is satisfied contactless.
  • the automation system is equipped with a multi-channel cleaning nozzle.
  • the multi-channel cleaning nozzle is in turn designed such that they can give off a hot air and on the other hand can draw a vacuum or air, wherein the sucked air is passed through a bypass via a filter.
  • the contact points 3 are traversed, wherein the remaining solder, which is still vorahnden after removal of the defective component 2, is heated by the hot air, in order to subsequently remove it.
  • a solder paste 4 is applied to the cleaned board-side contact points 3.
  • the automation system is equipped with a Lotadossstempel 5, which serves for the transfer or transfer of the solder paste 4 from a reservoir 6 to the contact point 3. Subsequently, the Lotadossstkov 5 of a positioning of the
  • Automation system driven over the reservoir 6 and deposited in the reservoir 6 at least partially, so that a wetting of the
  • Lot order stamp 5 is done.
  • the solder applicator stamp 5 is deposited into the reservoir 6 only up to a predefined first force, for example 1 N.
  • the solder applicator stamp 5 wetted with solder paste 4 is again removed from the reservoir 6 to a predetermined position on the Printed circuit board 1, on which the replacement component 7 is provided, driven.
  • the solder applicator stamp 5 is deposited on the printed circuit board-side contact point 3, for example a copper pad, so that the solder paste 4 is applied or transferred to the contact point 3.
  • the Lotéessstempel 5 with a predefined second force, for example. 0.7N deposited on the contact point 3.
  • the positioning of the automation system moves the Lot convincedsstkov 5 force controlled, ie the force acting on the contact point 3 when placing or pressing the Lot convincedsstempels 5 is controlled by the positioning and in the case that the force acting a predefined (first and / or second) force exceeds, the settling process is stopped or stopped.
  • a dip tank having a defined depth can serve as the reservoir 6.
  • the solder paste 4 is introduced and then removed the excess solder paste 4 by means of a doctor blade. In this way, a very reproducible amount of solder paste 4 in the reservoir 6 or the dip well can be realized.
  • Dipvane 6 have a nano-coating, so a simpler
  • the third step is repeated several times or a Lot Huaweisstkov 5 is used, which can wet several contact points 3 simultaneously.
  • the printed circuit board 1 is equipped with a replacement component 7 provided for the defective component 2.
  • the multi-channel annular nozzle already used in the first step is used to extract the replacement component 7 from a component belt and to convey it to the desired position on the printed circuit board 1.
  • the previously placed on the circuit board 1 spare component 7 is soldered.
  • the replacement component 7 placed on the preheated printed circuit board 1 is soldered to the printed circuit board 1 by means of the hot air function of the multichannel annular nozzle.
  • Fig. 2 shows a schematic representation to illustrate the
  • a printed circuit board 1 with three components is shown in Fig. 2 a) by way of example, wherein the left-hand component 2 is defective.
  • This defective component 2 is removed according to the first step described above.
  • Fig. 2 b) shows the circuit board 1, in which the defective component 2 is removed and the circuit board side contact points 3 are cleaned.
  • Fig. 2 c) shows the
  • Printed circuit board 1 in which the solder paste 4 is applied to the contact points 3.
  • Fig. 2 d) shows the circuit board 1 with the soldered replacement component 7.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the inventive
  • This has a main body 8 with an end face A s . From the end face A s is a projection 9, which has a
  • Projection area A v which preferably extends substantially parallel to the end face A s of the main body 8.
  • the projection 9 is designed in such a way that, in longitudinal section, it has an at least partially concave contour 10 between the end face A s and the projection surface A v .
  • About the concave contour 10 takes the Lot Huaweisstempel 5 when it is placed or brought into a reservoir 6, the solder paste 4.
  • the maximum distance D of the projection surface A v of the projection 9 to the end face A s of the base body 8 is in the range of 50-400 ⁇ , preferably in the range of 80-150 ⁇ . Particularly suitable is a maximum distance of about 300 ⁇ has been found.
  • the maximum distance D is chosen such that the end face A s of the base body 8 wets with solder paste 4 when the Lot Huaweisstempel 5 is deposited in the reservoir 6, that the projecting surface A s the Bottom of the reservoir 6 touched.
  • a reservoir 6 as already mentioned, for example, serve a dip, the example.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the bottom view of
  • the end face A s is square. Conceivable, however, are other geometric shapes, such as. A round cross-section.
  • the projection 9 and thus also the projection surface A s are formed such that they have a round cross-section.
  • the cross-sectional area of the projection 9 decreases steadily from the end face A s , towards the projection surface A v .
  • a round cross-section but are also other geometric shapes,
  • the cross-sectional area of the substantially square base body 8 has an area which is in the range of 0.16 mm 2 to 0.64 mm 2 , preferably in the range of 0.64 mm 2 to 1 mm 2 , particularly preferably in the range of 1 mm 2 to 2.25 mm 2 .
  • the diameter of the projection surface A v depending on the contact point to be wetted, in the range of 300-180 ⁇ , preferably in the range of 180-130 ⁇ , particularly preferably in the range of 130-50 ⁇ .
  • the solder applicator stamp shown in Fig. 3 comprises a hydrophobic coating (1 1) which is applied at least on a part of the surface of the base body (8).
  • the base body is provided with the hydrophobic coating at least in the region adjacent to the projection.
  • the hydrophobic coating can continue to extend over the entire body up to the side facing away from the end face of the body. Furthermore, it has been found that it is advantageous if the bottom of the reservoir or the dip tank is also provided with a hydrophobic coating.
  • Such a trained Lot Castelsstempel 5 can be used in the repair of a printed circuit board 1 with at least one defective component 2, wherein the component 2 has at least one contact surface 3 with a maximum dimension of ⁇ to 20 ⁇ , preferably a maximum dimension of 470 ⁇ to 160 ⁇ .
  • the Lotadossstempel 5 can be used in the repair of a printed circuit board 1 with at least one defective component 2, wherein the component 2 has at least two contact surfaces, wherein the contact points 3 have a distance from each other of 175 ⁇ , preferably 150 ⁇ , more preferably from 125 ⁇ ,

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Abstract

Verfahren zur Reparatur einer Leiterplatte (1) mit zumindest einem defekten Bauteil (2), welches über zumindest eine leiterplattenseitige Kontaktstelle (3) mechanisch und/oder elektrisch mit der Leiterplatte (1) verbunden ist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: - Entfernen des defekten Bauteils (2) von der Leiterplatte (1); - Reinigen der mindestens einen leiterplattenseitigen Kontaktstelle (3); - Aufbringen einer Lotpaste (4) auf die mindestens eine gereinigte leiterplattenseitige Kontaktstelle (3) mittels eines Lotauftragsstempels (5), wobei der Lotauftragsstempel (5) zuerst in einem Benetzungsschritt zur Benetzung mit der Lotpaste (4) in ein Reservoir (6) mit Lotpaste (4) zumindest teilweise abgesetzt wird und anschließend der benetzte Lotauftragsstempel (5) in einem Übertragungsschritt auf der mindestens einen gewünschten leiterplattenseitigen Kontaktstelle (3) abgesetzt wird, so dass ein Aufbringen der Lotpaste (4) auf die mindestens eine leiterplattenseitige Kontaktstelle (3) ermöglicht wird; - Bestücken der Leiterplatte (1) mit einem für das defekte Bauteil (2) vorhergesehenen Ersatzbauteil (7); - Anlöten des Ersatzbauteils (7).

Description

Verfahren zur Reparatur einer Leiterplatte mit zumindest einem defekten
Bauteil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reparatur einer Leiterplatte mit zumindest einem defekten Bauteil, einen Lotauftragsstempel, eine
Verwendung des Lotauftragsstempels und eine Automatisierungsanlage.
Aus der Leiterplattenfertigung sind verschiedene Verfahren zur Bestückung der Leiterplatten bekannt. Beispielsweise werden so genannten SMD-Bauteile (Surface Mounted Device) auf Kontaktflächen auf der Vorderseite der
Leiterplatte montiert. THT-Bauteile (Through-Hole-Technology) hingegen besitzen Anschlussdrähte, welche durch eine Öffnung in der Leiterplatte gesteckt und auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte befestigt werden. Hierbei ist auch eine Mischbestückung mit SMD und THT Bauteilen möglich. Das Löten von SMD-Bauteilen erfolgt in der Regel in einem
Reflowverfahren. Zur Vorbereitung hierzu wird die Leiterplatte an den zu bestückenden Stellen mit Lotpaste versehen, welche ein Lotpastendepot bildet. Anschließend wird das Bauteil auf dem entsprechenden Lotdepot positioniert. Die so bestückte Leiterplatte wird einer Wärmequelle ausgesetzt, beispielsweise auf eine Heizplatte aufgelegt oder einem Lötofen zugeführt, wobei die Lotpaste aufgeschmolzen und hierdurch eine Verbindung des Bauteils mit der Leiterplatte hergestellt wird.
Es kann vorkommen, dass Bauteile fehlerhaft sind oder im Laufe des
Betriebes ausfallen. Insbesondere bei kostenintensiven Bauteilen oder bei Baugruppen mit einer Vielzahl an Bauteilen wird in einem solchen Fall nicht die komplette Baugruppe entsorgt, sondern das fehlerhafte oder defekte Bauteil ausgetauscht. Beim Entfernen des Bauteils bleibt in der Regel Lot zurück, welches jedoch nicht als Lotpastendepot für die Befestigung des Ersatzbauteils ausreicht. Hierdurch ist ein nachträgliches Aufbringen einer individuell zu bestimmenden Lotmenge auf die Leiterplatte bzw. den Träger oder das Bauteil erforderlich. Da die Flächen bzw. die Kontaktstellen, auf welche die Lotpaste aufzubringen ist, oftmals sehr klein sind, ist ein
Aufbringen der Lotpaste nach einem der herkömmlichen Verfahren, wie bspw. Schablonendruck bzw. Lotpastendruck nicht mehr möglich. Da die für diese Verfahren benötigten Öffnungen in der Schablone deutlich zu klein sind, kann keine Lotpaste bzw. nicht genügend Lotpaste aus den Öffnungen der
Schablone ausgelöst und somit auf das Päd bzw. die Kontaktstelle übertragen werden. So ist es nicht möglich Kontaktstellen die bspw. eine Abmessung von 470 μιτι auf 160 μιτι haben, mit einer herkömmlichen Lotpaste der Klasse Typ 3 oder auch Typ 4 zu bedrucken, da die Kugelgröße der Lotpaste dieser Klassen zu groß sind.
Eine zum Schablonendruck bzw. Lotpastendruck alternative Methode stellt die Dispensiertechnik mittels bspw. einer Spritze bzw. Kartusche dar, wobei diese Methode bei diesen Kugelgrößen ebenfalls an ihre Grenzen stößt.
Typischerweise liegen die Durchmesser der Lotpastendots die mit dieser Methode dispensiert werden bei ca. 300 bis 500 μιτι.
Ferner ist es bekannt, Lotpastendots mittels Jetprinting berührungslos auf die Kontaktstellen zu printen. Hierbei können Lotpastendepots mit einem minimalen Durchmesser von ca. 300 μιτι erzeugt werden. Kleinere
Durchmesser sind mit dieser Technologie ebenfalls schwer zu realisieren.
Ebenfalls aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass man Bauteile bzw. deren Kontaktstellen, die auf eine Leiterplatte gebracht werden sollen, in eine mit Flussmittel und/oder Lotpaste gefüllte Wanne mit entsprechender Tiefe taucht, um so die Kontaktstellen mit Flussmittel und/oder Lotpaste zu benetzen. Nach dem Rausziehen des Bauteils aus der Wanne weisen die Kontaktstellen somit Flussmittel und/oder Lotpaste für den Lötprozess auf. Diese Methode funktioniert allerdings nur bei Bauteilen, die hervorstehende bzw. überstehende Kontaktstellen, bspw. in Form von Balls, Pins, etc., haben. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Löten von Bauteilen zu ermöglichen, die keine hervorstehenden bzw. überstehenden Kontaktstellen aufweisen und die Kontaktstellen zusätzlich noch sehr geringe Ausmaße besitzen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren, einen Lotauftragsstempel, eine
Verwendung des Lotauftragsstempels und eine Automatisierungsanlage gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur
Reparatur einer Leiterplatte mit zumindest einem defekten Bauteil gelöst, wobei das defekte Bauteil über zumindest eine leiterplattenseitige
Kontaktstelle mechanisch und/oder elektrisch mit der Leiterplatte verbunden ist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:
- Entfernen des defekten Bauteils von der Leiterplatte;
- Reinigen der mindestens einen leiterplattenseitigen Kontaktstelle;
- Aufbringen einer Lotpaste auf die mindestens eine gereinigte
leiterplattenseitige Kontaktstelle mittels eines Lotauftragsstempels, wobei der Lotauftragsstempel zuerst in einem Benetzungsschritt zur Benetzung mit der Lotpaste in ein Reservoir mit Lotpaste zumindest teilweise abgesetzt wird und anschließend der benetzte Lotauftragsstempel in einem Übertragungsschritt auf der gewünschten leiterplattenseitigen Kontaktstelle abgesetzt wird, so dass ein Aufbringen bzw. Übertragen der Lotpaste auf die mindestens eine leiterplattenseitige Kontaktstelle ermöglicht wird;
- Bestücken der Leiterplatte mit einem für das defekte Bauteil
vorhergesehenen Ersatzbauteil;
- Anlöten des Ersatzbauteils.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe also dadurch gelöst, dass zum Aufbringen der Lotpaste ein speziell ausgestalteter Lotauftragsstempel verwendet wird, über den die Lotpaste auf die Kontaktstellen der Leiterplatte transferiert wird, um so Lotpastendots von 10μηη bis 30Όμηη Durchmesser generieren zu können.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es ebenfalls möglich ist, Lotpaste in Lotdepots, also Kavitäten, die die Leiterplatte aufweist, zu bringen. Dies ist mit den herkömmlichen Verfahren, wie bspw. dem Schablonendruck nur sehr bedingt möglich.
Ferner bietet das Verfahren eine erhöhte Flexibilität, da es nicht wie beim Schablonendruck an die Herstellung einer für die spezifische Leiterplatte notwendigen Schablone gebunden ist. Darüber hinaus können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kleinere Abstände zwischen zwei mit Lotpaste zu benetzenden Kontaktstellen realisiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sieht das Verfahren vor, dass der Benetzungsschritt kraftgesteuert ausgeführt wird, so dass der
Lotauftragsstempel nur bis zu einer vordefinierten ersten Kraft in das
Reservoir abgesetzt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sieht das Verfahren vor, dass der Übertragungsschritt kraftgesteuert ausgeführt wird, so dass der benetzte Lotauftragsstempel nur bis zu einer vordefinierten zweiten Kraft auf der mindestens einen leiterplattenseitigen Kontaktstelle abgesetzt wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sieht das Verfahren vor, dass das Reinigen der leiterplattenseitigen Kontaktstellen berührungslos durchgeführt wird.
Hinsichtlich des Lotauftragsstempels wird die Aufgabe durch einen
Lotauftragsstempel zum Übertragen von Lotpaste aus einem Reservoir auf eine Kontaktstelle einer Leiterplatte gelöst, wobei der Lotauftragsstempel umfasst: - Grundkörper mit einer Stirnfläche;
- zumindest ein Vorsprung, der aus der Stirnfläche hervorsteht und eine Vorsprungsfläche aufweist, wobei der Vorsprung im Längsschnitt eine zumindest abschnittsweise konkave Kontur zwischen der Stirnfläche und der Vorsprungsfläche aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Lotauftragsstempels sieht vor, dass die Vorsprungsfläche im Wesentlichen parallel zur Stirnfläche des Grundkörpers verläuft.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Lotauftragsstempels sieht vor, dass die Vorsprungsfläche so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Stirnflache zu der Vorsprungsfläche maximal einem Faktor 10, bevorzugt einem Faktor 7,5, besonders bevorzugt einem Faktor 5, entspricht.
Eine alternative Ausgestaltung des Lotauftragsstempels sieht vor, dass die Vorsprungsfläche so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Stirnflache zu der Vorsprungsfläche maximal einem Faktor 35, bevorzugt einem Faktor 21 , besonders bevorzugt einem Faktor 15, entspricht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Lotauftragsstempels sieht vor, dass der maximale Abstand zwischen der Stirnfläche und der Vorsprungsfläche und somit die Höhe des Vorsprungs im Bereich von 50-250 μιτι, bevorzugt im Bereich von 80-150 μιτι, liegt.
Eine alternative Ausgestaltung des Lotauftragsstempels sieht vor, dass der maximale Abstand zwischen der Stirnfläche und der Vorsprungsfläche und somit die Höhe des Vorsprungs im Bereich von 50-400 μιτι, bevorzugt im Bereich von 180-220μηη, besonders bevorzugt im Bereich von 280-320μηη liegt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Lotauftragsstempels sieht vor, dass die Vorsprungsfläche einen Durchmesser im Bereich von 300-180 μιτι, bevorzugt im Bereich von 180-130 μιτι, besonders bevorzugt im Bereich von 130-50 μιτι aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Lotauftragsstempel weiterhin eine hydrophobe Beschichtung umfasst, die zumindest in einem an den Vorsprung angrenzenden Bereich auf dem Grundkörperaufgebracht ist. Hinsichtlich der Verwendung wird die Aufgabe durch eine Verwendung des
Lotauftragsstempels nach einer der vorherigen Ausgestaltungen zur Reparatur einer Leiterplatte mit zumindest einem defekten Bauteil gelöst.
Hinsichtlich der Automatisierungsanlage wird die Aufgabe durch eine
Automatisierungsanlage zur Reparatur einer Leiterplatte die zumindest ein defektes Bauteil aufweist, gelöst, wobei die Automatisierungsanlage
zumindest umfasst:
- einem Lotauftragsstempel wie er in einer der vorherigen Ausgestaltungen beschrieben ist;
- einer automatischen Positioniereinheit, an die der Lotauftragsstempel angebracht ist, um so ein automatisches Positionieren bzw. Verfahren des Lotauftragsstempels zu ermöglichen;
- einer Leiterplattenaufnahmeeinheit, die in Bezug auf die Positioniereinheit ein automatisches Positionieren einer in der Leiterplattenaufnahmeeinheit eingebrachten Leiterplatte ermöglicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Automatisierungsanlage sieht vor, dass die Positioniereinheit ein
kraftgesteuertes Verfahren, insbesondere ein kraftgesteuertes Absetzen des an der Positioniereinheit befestigten Lotauftragsstempel, ermöglicht. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2: eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des
Verfahrensablaufes,
Fig. 3: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Lotauftragsstempels, und
Fig. 4: eine schematische Darstellung der Untersicht des erfindungsgemäßen Lotauftragsstempels. Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im ersten Schritt wird das defekte Bauteil 2, welches über Kontaktstellen 3 mechanisch und/oder elektrisch auf der Leiterplatte 1 befestigt ist, entfernt. Hierzu wird die Leiterplatte 1 in eine Automatisierungsanlage eingespannt, die eine Leiterplattenaufnahmeeinheit aufweist. Vorzugsweise umfasst die
Leiterplattenaufnahmeeinheit eine Unterheizung, die eine Vorwärmung der gesamten Leiterplatte 1 ermöglicht. Zum Entfernen des noch an der
Leiterplatte 1 angelöteten defekten Bauteils 2 wird die Automatisierungsanlage mit einer Mehrkanal-Ringdüse bestückt. Die Mehrkanal-Ringdüse ist dabei derartig ausgestaltet, dass sie zum einen Heißluft abgeben und zum anderen Vakuum bzw. Luft ziehen kann. Auf diese Weise lässt sich mittels der Heißluft das Lot zwischen den Kontaktstellen 3 des defekten Bauteils 2 und den Kontaktstellen 3 der Leiterplatte 1 aufschmelzen. Die Größe der Mehrkanal- Ringdüse ist dabei abhängig von der Bauteilgröße und so gewählt, dass eine im Wesentlichen vollständige Erhitzung des defekten Bauteils 2 bzw. der
Kontaktstellen 3 erfolgt. Nachdem das Lot 4 aufgeschmolzen ist, wird mittels der Vakuumfunktion der Mehrkanal-Ringdüse das defekte Bauteil 2 angesaugt und das Bauteil 2 aus der Leiterplatte 1 herausgelöst.
Vorzugsweise ist in einem Zwischenschritt vorgesehen, dass vor dem weiteren bearbeiten der Leiterplatte 1 gewartet wird, bis die
Automatisierungsanlage und somit auch die Leiterplatte 1 abgekühlt ist.
Alternativ kann die Leiterplatte 1 in einer bereits abgekühlten zweiten
Automatisierungsanlage weiter bearbeitet werden. Im zweiten Schritt werden sämtliche leiterplattenseitigen Kontaktstellen 3, die zur Anbindung des defekten Bauteils 2 an die Leiterplatte 1 gedient haben, gereinigt. Vorzugsweise findet diese Reinigung berührungslos satt. Hierzu wird die Automatisierungsanlage mit einer Mehrkanal-Reinigungsdüse bestückt. Die Mehrkanal-Reinigungsdüse ist wiederum derartig ausgebildet, dass sie zum einen Heißluft abgeben und zum anderen ein Vakuum bzw. Luft ziehen kann, wobei die angesaugte Luft durch einen Bypass über ein Filter geführt wird. Mittels der Mehrkanal-Reinigungsdüse werden die Kontaktstellen 3 abgefahren, wobei durch die Heißluft das restliche Lot, welches nach dem Entfernen des defekten Bauteils 2 noch vorahnden ist, erhitz wird, um es anschließend entfernen zu können.
Im dritten Schritt wird eine Lotpaste 4 auf den gereinigten leiterplattenseitigen Kontaktstellen 3 aufgebracht. Hierzu wird die Automatisierungsanlage mit einem Lotauftragsstempel 5 bestückt, der zum Übertrag bzw. Transfer von der Lotpaste 4 aus einem Reservoir 6 auf die Kontaktstelle 3 dient. Anschließend wird der Lotauftragsstempel 5 von einer Positioniereinheit der
Automatisierungsanlage über das Reservoir 6 gefahren und in dem Reservoir 6 zumindest teilweise abgesetzt, so dass eine Benetzung des
Lotauftragsstempels 5 erfolgt. Hierbei wird der Lotauftragsstempel 5 nur bis zu einer vordefinierten ersten Kraft, bspw. 1 N, in das Reservoir 6 abgesetzt. Im Anschluss daran, wird der mit Lotpaste 4 benetzte Lotauftragsstempel 5 wieder aus dem Reservoir 6 zu einer zuvor festgelegten Position auf der Leiterplatte 1 , an der das Ersatzbauteil 7 vorgesehen ist, gefahren. An der festgelegten bzw. vordefinierten Position wird der Lotauftragsstempel 5 auf der leiterplattenseitigen Kontaktstelle 3, bspw. einem Kupferpad, abgesetzt, so dass ein Aufbringen bzw. Übertragen der Lotpaste 4 auf die Kontaktstelle 3 erfolgt. Hierbei wird der Lotauftragsstempel 5 mit einer vordefinierten zweiten Kraft, bspw. 0,7N auf der Kontaktstelle 3 abgesetzt. Die Positioniereinheit der Automatisierungsanlage verfährt den Lotauftragsstempel 5 kraftgesteuert, d.h. die beim Aufsetzen bzw. Aufpressen des Lotauftragsstempels 5 auf die Kontaktstelle 3 wirkende Kraft wird von der Positioniereinheit kontrolliert und in dem Fall, dass die wirkende Kraft eine vordefinierte (erste und/oder zweite) Kraft überschreitet, wird der Absetzvorgang angehalten bzw. gestoppt.
Als Reservoir 6 kann bspw. eine Dipwanne dienen, die eine definierte Tiefe aufweist. In die Dipwanne 6 wird die Lotpaste 4 eingebracht und anschließend die überflüssige Lotpaste 4 mittels eines Rakels entfernt. Auf diese Weise lässt sich eine sehr reproduzierbare Menge an Lotpaste 4 in dem Reservoir 6 bzw. der Dipwanne realisieren. Zusätzlich kann das Reservoir bzw. die
Dipwanne 6 eine Nanobeschichtung aufweisen, um so ein einfacheres
Herauslösen der Lotpaste 4 zu ermöglichen.
In dem Fall, dass mehrere Kontaktstellen 3 mit Lotpaste 4 versehen werden sollen, wird der dritte Schritt entsprechend mehrfach wiederholt oder es wird ein Lotauftragsstempel 5 verwendet, der mehrere Kontaktstellen 3 gleichzeitig benetzen kann.
Im vierten Schritt wird die Leiterplatte 1 mit einem für das defekte Bauteil 2 vorgesehenen Ersatzbauteil 7 bestückt. Dabei wird die bereits im ersten Schritt verwendete Mehrkanal-Ringdüse verwendet, um das Ersatzbauteil 7 aus einem Bauteil-Gurt herauszulösen und an die gewünschte Position auf der Leiterplatte 1 zu befördern. Im fünften Schritt wird das zuvor auf der Leiterplatte 1 platzierte Ersatzbauteil 7 angelötet. Dabei wird das auf der vorgewärmten Leiterplatte 1 platzierte Ersatzbauteil 7 mittels der Heißluftfunktion der Mehrkanal-Ringdüse an der Leiterplatte 1 angelötet.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des
Verfahrensablaufes. Dabei ist in Fig. 2 a) exemplarisch eine Leiterplatte 1 mit drei Bauteilen dargestellt, wobei das linke Bauteil 2 defekt ist. Dieses defekte Bauteil 2 wird gemäß dem oben beschriebenen ersten Schritt entfernt. Fig. 2 b) zeigt die Leiterplatte 1 , bei der das defekte Bauteil 2 entfernt ist und die leiterplattenseitigen Kontaktstellen 3 gereinigt sind. Fig. 2 c) zeigt die
Leiterplatte 1 , bei der die Lotpaste 4 auf die Kontaktstellen 3 aufgebracht ist. Fig. 2 d) zeigt die Leiterplatte 1 mit dem angelöteten Ersatzbauteil 7. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Lotauftragsstempels 5. Dieser weist einen Grundkörper 8 mit einer Stirnfläche As auf. Aus der Stirnfläche As steht ein Vorsprung 9 hervor, der eine
Vorsprungsfläche Av aufweist, die vorzugsweise im Wesentlich parallel zur Stirnfläche As des Grundkörpers 8 verläuft. Der Vorsprung 9 ist derartig ausgebildet, dass dieser im Längsschnitt eine zumindest abschnittsweise konkave Kontur 10 zwischen der Stirnfläche As und der Vorsprungsfläche Av aufweist. Über die konkave Kontur 10 nimmt der Lotauftragsstempel 5, wenn er in ein Reservoir 6 abgesetzt bzw. gebracht wird, die Lotpaste 4 auf. Der maximale Abstand D der Vorsprungsfläche Av des Vorsprungs 9 zu der Stirnfläche As des Grundkörpers 8 liegt im Bereich von 50-400μηη, bevorzugt im Bereich von 80-150μηη. Als besonders geeignet hat sich ein maximaler Abstand von ca. 300 μιτι herausgestellt. Der maximale Abstand D ist dabei derartig gewählt, dass sich die Stirnfläche As des Grund körpers 8 mit Lotpaste 4 benetzt, wenn der Lotauftragsstempel 5 so in dem Reservoir 6 abgesetzt wird, dass die Vorsprungsfläche As den Boden des Reservoirs 6 berührt. Als Reservoir 6 kann, wie bereits erwähnt, bspw. eine Dipwanne dienen, die bspw. eine Tiefe im Bereich von 70Όμηη bis 400 μιτι, bevorzugt im Bereich von 400μηη bis 200μηη, besonders bevorzugt im Bereich von 200μηη bis 40 μιτι aufweist.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Untersicht des
erfindungsgemäßen Lotauftragsstempels 5. Die Stirnfläche As ist dabei quadratisch ausgebildet. Denkbar sind aber auch andere geometrische Formen, wie bspw. ein runder Querschnitt. Der Vorsprung 9 und somit auch die Vorsprungsfläche As sind derartig ausgebildet, dass diese einen runden Querschnitt aufweisen. Die Querschnittsfläche des Vorsprungs 9 nimmt dabei von der Stirnfläche As, hin zur Vorsprungsfläche Av, stetig ab. Neben einem runden Querschnitt sind aber auch andere geometrische Formen,
insbesondere rechteckige oder quadratische Querschnittsformen denkbar. Die Querschnittsfläche des im Wesentlichen quadratischen Grundkörpers 8 weist eine Fläche auf, die im Bereich von 0,16 mm2 bis 0,64 mm2, bevorzugt im Bereich von 0,64 mm2 bis 1 mm2, besonders bevorzugt im Bereich von 1 mm2 bis 2,25 mm2 liegt.
Der Durchmesser der Vorsprungsfläche Av liegt, in Abhängigkeit der zu benetzenden Kontaktstelle, im Bereich von 300-180 μιτι, bevorzugt im Bereich von 180-130 μιτι, besonders bevorzugt im Bereich von 130-50 μιτι.
Weiterhin umfasst der in Fig. 3 dargestellte Lotauftragsstempel eine hydrophobe Beschichtung (1 1 ) die zumindest auf einem Teil der Oberfläche des Grundkörpers (8) aufgebracht ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich wird, ist der Grundköper zumindest in dem an den Vorsprung angrenzenden Bereich mit der hydrophoben Beschichtung versehen. Die hydrophobe Beschichtung kann sich dabei weiter über den ganzen Grundkörper bis zu der der Stirnfläche abgewandten Seite des Grundkörpers erstrecken. Ferner hat sich herausgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn der Boden des Reservoirs bzw. der Dipwanne ebenfalls mit einer hydrophoben Beschichtung versehen ist.
Ein derartig ausgebildeter Lotauftragsstempel 5 lässt sich bei der Reparatur einer Leiterplatte 1 mit zumindest einem defekten Bauteil 2 verwenden, wobei das Bauteil 2 zumindest eine Kontaktfläche 3 mit einer maximalen Abmessung von δΟΌμιτι auf 20Όμηη, bevorzugt einer maximalen Abmessung von 470 μιτι auf 160μηη aufweist. In vorteilhafter Weise lässt sich der Lotauftragsstempel 5 bei der Reparatur einer Leiterplatte 1 mit zumindest einem defekten Bauteil 2 verwenden, bei dem das Bauteil 2 zumindest zwei Kontaktflächen aufweist, wobei die Kontaktstellen 3 einen Abstand zueinander von 175μηη, bevorzugt 150μηη, besonders bevorzugt von 125μηη aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Leiterplatte
2 Defektes Bauteil
3 Leiterplattenseitige Kontaktstelle
4 Lotpaste
5 Lotauftragsstenn pel
6 Reservoir
7 Ersatzbauteil
8 Grundkörper
9 Vorsprung
10 Konkave Kontur
1 1 Hydrophobe Beschichtung
12 Bereich der an den Vorsprung angrenzt
As Stirnfläche
Av Vorsprungsfläche
D Maximaler Abstand

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Reparatur einer Leiterplatte (1 ) mit zumindest einem defekten Bauteil (2), welches über zumindest eine leiterplattenseitige
Kontaktstelle (3) mechanisch und/oder elektrisch mit der Leiterplatte (1 ) verbunden ist, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst:
- Entfernen des defekten Bauteils (2) von der Leiterplatte (1 );
- Reinigen der mindestens einen leiterplattenseitigen Kontaktstelle (3);
- Aufbringen einer Lotpaste (4) auf die mindestens eine gereinigte
leiterplattenseitige Kontaktstelle (3) mittels eines Lotauftragsstempels (5), wobei der Lotauftragsstempel (5) zuerst in einem Benetzungsschritt zur Benetzung mit der Lotpaste (4) in ein Reservoir (6) mit Lotpaste (4) zumindest teilweise abgesetzt wird und anschließend der benetzte Lotauftragsstempel (5) in einem Übertragungsschritt auf der mindestens einen gewünschten leiterplattenseitigen Kontaktstelle (3) abgesetzt wird, so dass ein Aufbringen der Lotpaste (4) auf die mindestens eine leiterplattenseitige Kontaktstelle (3) ermöglicht wird;
- Bestücken der Leiterplatte (1 ) mit einem für das defekte Bauteil (2) vorhergesehenen Ersatzbauteil (7);
- Anlöten des Ersatzbauteils (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Benetzungsschritt kraftgesteuert ausgeführt wird, so dass der Lotauftragsstempel (5) nur bis zu einer vordefinierten ersten Kraft in das Reservoir (6) abgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Übertragungsschritt kraftgesteuert ausgeführt wird, so dass der benetzte Lotauftragsstempel (5) nur bis zu einer vordefinierten zweiten Kraft auf der mindestens einen leiterplattenseitigen Kontaktstelle (3) abgesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Reinigen der leiterplattenseitigen Kontaktstellen (3) berührungslos durchgeführt wird. (Ringdüse, die außen Heißluft hat und in der Mitte ein Vakuumrohr. Lot aufschmelzen und über Vakuum Lot absaugen.)
5. Lotauftragsstempel (5) zum Übertragen von Lotpaste (4) aus einem
Reservoir (6) auf eine Kontaktstelle (3) einer Leiterplatte (1 ), wobei der
Lotauftragsstempel (5) umfasst:
- Grundkörper (8) mit einer Stirnfläche (As);
- zumindest ein Vorsprung (9), der aus der Stirnfläche (As) hervorsteht und eine Vorsprungsfläche (Av) aufweist, wobei der Vorsprung (9) im Längsschnitt eine zumindest abschnittsweise konkave Kontur (10) zwischen der Stirnfläche (As) und der Vorsprungsfläche (Av) aufweist.
6. Lotauftragsstempel nach Anspruch 5, wobei die Vorsprungsfläche(Av) im Wesentlichen parallel zur Stirnfläche (As) des Grundkörpers (8) verläuft.
7. Lotauftragsstempel nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Vorsprungsfläche (Av) so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Stirnflache (As) zu der
Vorsprungsfläche (Av) maximal einem Faktor 10, bevorzugt einem Faktor 7,5, besonders bevorzugt einem Faktor 5, entspricht.
8. Lotauftragsstempel nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Vorsprungsfläche (Av) so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Stirnflache (As) zu der
Vorsprungsfläche (Av) maximal einem Faktor 35, bevorzugt einem Faktor 21 , besonders bevorzugt einem Faktor 15, entspricht.
9. Lotauftragsstempel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der maximale Abstand (D) zwischen der Stirnfläche (As) und der Vorsprungsfläche (Av) und somit die Höhe des Vorsprungs im Bereich von 50-250 μιτι, bevorzugt im Bereich von 80-150 μιτι, liegt.
10. Lotauftragsstempel nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der maximale Abstand (D) zwischen der Stirnfläche (As) und der Vorsprungsfläche (Av) und somit die Höhe des Vorsprungs (9) im Bereich von 50-400 μιτι, bevorzugt im Bereich von 180-220μηη, besonders bevorzugt im Bereich von 280-320μηη liegt.
1 1 . Lotauftragsstempel nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die
Vorsprungsfläche einen Durchmesser im Bereich von 300-180 μιτι, bevorzugt im Bereich von 180-130 μιτι, besonders bevorzugt im Bereich von 130-50 μιτι aufweist.
Lotauftragsstempel nach einem der Ansprüche 5 bis 1 1 , weiterhin umfassend eine hydrophobe Beschichtung (1 1 ) die zumindest in einem an den Vorsprung (9) angrenzenden Bereich (12) auf dem Grund körperaufgebracht ist.
12. Verwendung eines Lotauftragsstempels nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 1 1 in einer Automatisierungsanlage zur Reparatur einer Leiterplatte (1 ) die zumindest ein defektes Bauteil (2) aufweist.
13. Automatisierungsanlage zur Reparatur einer Leiterplatte (1 ) die zumindest ein defektes Bauteil (2) aufweist, mit:
- einem Lotauftragsstempel (5) wie er zumindest in einem der Ansprüche 5 bis 1 1 beschrieben ist;
- einer automatischen Positioniereinheit, an die der Lotauftragsstempel (5) angebracht ist, um so ein automatisches Positionieren bzw. Verfahren des Lotauftragsstempels (5) zu ermöglichen;
- einer Leiterplattenaufnahmeeinheit, die in Bezug auf die Positioniereinheit ein automatisches Positionieren einer in der Leiterplattenaufnahmeeinheit eingebrachten Leiterplatte (1 ) ermöglicht.
14. Automatisierungsanlage nach Anspruch 13, wobei die Positioniereinheit ein kraftgesteuertes Verfahren, insbesondere ein kraftgesteuertes Absetzen des an der Positioniereinheit befestigten Lotauftragsstempel (5), ermöglicht.
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