DE3636817A1

DE3636817A1 - Mit bauteilen zum verloeten im loetbad bestueckte leiterplatte

Info

Publication number: DE3636817A1
Application number: DE19863636817
Authority: DE
Inventors: Rene Luescher
Original assignee: Mettler Instrumente AG
Current assignee: Mettler Instrumente AG
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1988-05-11

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Bauteilen zum Verlöten im Lötbad bestückte Leiterplatte, die für den Anschluss der Bau teile Lötstellen mit durchkontaktierten Kapillarbohrungen auf weist, durch welche beim Lötprozess das Lot unter Kapillar wirkung an Lötstellen gelangt, die sich auf der dem Lötbad abgewandten Seite der Leiterplatte befinden.

Die Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf Bauteile, die als SMD (surface mounted devices) bekannt sind.

In der DE-OS 33 21 694 ist eine Leiterplatte beschrieben, die für eine einseitige Bestückung mit Bauteilen, welche flach auf lötbare Anschlusselemente haben, eingerichtet ist. Die Löt stellen befinden sich in Vertiefungen, in welche die Fuss plättchen der Anschlusselemente zur Fixierung der Bauteile an der Leiterplatte einrasten. Die Vertiefungen sind mit durchkontaktierten Kapillarbohrungen versehen, durch welche das Lot von der Rückseite der Leiterplatte her an die Löt stellen gelangen kann. Diese Ausbildung der Leiterplatte soll es ermöglichen, flach aufzulötende Bauteile mit An schlussbeinen und zugleich herkömmliche Bauteile mit An schlussdrähten auf der Leiterplatte vorzusehen und deren Anschlusselemente in einem Arbeitsgang und mit demselben Lötverfahren, z.B. im Lötbad, and der Leiterplatte zu ver löten.

Bei der Herstellung einer solchen Leiterplatte sind zusätz liche Arbeitsprozesse für die Bildung der Vertiefungen erforderlich. Zudem kann das Einrasten von Anschlussbeinen in die Vertiefungen beim automatischen Bestücken der Leiter platte Schwierigkeiten bieten. Im Hinblick auf zugelassene Massabweichungen an den zu verbindenden Teilen und auf die Positionierungstoleranzen üblicher Bestückungsautomaten erscheint es durchaus möglich, dass nicht alle Anschluss elemente eines Bauteils beim Aufsetzen auf die Leiterplatte einwandfrei einrasten, was zu Ausfällen führen kann. Ferner besteht bei dieser Lösung die Gefahr, dass das vor dem Löt prozess anzuwendende Flussmittel die Lötstelle in der Ver tiefung, d.h. den Spalt zwischen dem Boden der Vertiefung und dem in diese eingesetzten, die Mündung der Kapillar bohrung vollständig abdeckenden Fussplättchen des Anschluss elements gasdicht abschliesst, so dass das in die Kapillar bohrung eindringende Lot in dieser eingeschlossene Luft nicht verdrängen und daher nicht oder nicht in genügendem Mass bis zur Lötstelle gelangen kann.

Neuerdings werden Leiterplatten auch mit kubischen Chip- Bauteilen bestückt. Das sind Bauteile, die an der Ober fläche der Leiterplatte mit einem Kleber befestigt werden und Lötflächen bildende Beläge an gegenüberliegenden Stirn seiten aufweisen, welche im wesentlichen senkrecht zur Leiterplattenoberfläche stehen. Beim Verlöten im Lötbad befinden sich diese Bauteile in herkömmlicher Weise jeweils auf der dem Lötbad zugewandten Seite der Leiterplatte. Im gleichen Arbeitsgang zu verlötende Bauteile mit Anschluss drähten oder -beinen sind auf der dem Lötbad abgewandten Seite der Leiterplatte anzuordnen, da solche Bauteile beim Eintauchen ins Lötbad Schaden nehmen können. Einheit lich mit SMD-Bauteilen beidseitig bestückte Leiterplatten lassen sich unter gewissen Umständen in zwei Arbeitsgängen im Lötbad verlöten, wobei die Leiterplatte zwischen den bei den Arbeitsgängen gewendet wird. Andererseits besteht die Möglichkeit, die auf der dem Lötbad abgewandten Seite der Leiterplatte angeordneten SMD-Bauteile gleichzeitig im Reflow-Verfahren zu verlöten (DE-OS 34 45 625). In diesem Fall werden also zwei verschiedene Lötverfahren im gleichen Arbeitsgang angewandt.

Demgegenüber hat die Erfindung zum Ziel, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile eine mit Bauteilen zum Verlöten im Lötbad bestückte Leiterplatte zu entwickeln, die sich für die ein- oder beidseitige Bestückung mit SMD-Bauteilen, einschliesslich Chip-Bauteilen, und für eine gemischte Bestückung zusammen mit herkömmlichen Bauteilen eignet und die in jeder dieser Bauformen mit demselben Lötver fahren in einem Arbeitsgang verlötet werden kann.

Dieses Ziel lässt sich gemäss der Erfindung dadurch erreichen, dass die Kapillarbohrungen so bemessen und in bezug auf die Lage der Bauteile so angeordnet sind, dass die Anschlusselemente der Bauteile die Mündung der Kapil larbohrungen mindestens teilweise offen lassen, damit das Lot beim Lötprozess auch abseits der Mündung der Kapillar bohrungen befindliche Lötflächen an den Anschlusselementen der Bauteile im erforderlichen Mass erreichen kann.

Je nach Bestückung der Leiterplatte kann entweder das Tauchlötverfahren oder das Wellenlötverfahren angewandt werden. Im Falle von SMD-Bauteilen, deren Anschlussele menten das Lot durch die Kapillarbohrungen zugeführt wird, ist das Wellenlötverfahren vorzuziehen.

Die Bemessung der Kapillarbohrungen ist von verschiedenen Faktoren abhängig und hat von Fall zu Fall nach empirischen Grundlagen zu erfolgen. Erfahrungsgemäss hat der Durchmesser der Kapillarbohrungen einen Wert in der Grössenordnung von 1 mm. Eher kleinere Werte sind für Leiterplatten üblich, die im Tauchlötverfahren verarbeitet werden, während für das Wellenlöten vorgesehene Leiterplatten Kapillarbohrungen mit eher höheren Durchmesserwerten aufweisen können, da in diesem Fall ausser der Kapillarwirkung auch die dynamische Kraft der Lötwelle den Lotfluss zur Lötstelle fördert.

Eine teilweise Bedeckung der Mündung der Kapillarbohrungen durch die Anschlusselemente der Bauteile ist in der Regel erwünscht, um den vom Lotfluss zu überbrückenden Weg von der Mündung bis zum betreffenden Anschlusselement möglichst kurz zu halten. Der Grad der Bedeckung kann in gewissen Grenzen (z.B. von 0 bis 50%) variieren. Dabei ist zu beach ten, dass der jeweils offen bleibende Querschnitt der Mündung gross genug ist, umn ein Verkleben der Oeffnung durch das Flussmittel zu verhindern und einen hinreichenden Lot- bzw. Wärmefluss zu den Lötstellen zu erzielen. Anderer seits darf bei einer für das Wellenlöten vorbereiteten Leiterplatte der offene Querschnitt einer Kapillarbohrung nicht so gross sein, dass das Lot unter dem Druck der Löt welle im Uebermass aus der Mündung fliesst. Für grössere Lötflächen ist deshalb jeweils mehr als eine Kapillarbohrung vorzusehen.

Die Erfindung ermöglicht die Anwendung des Lötverfahrens mit Lotzufuhr durch Kapillarbohrungen auch für Chip-Bauteile, wo bei auf eine zusätzliche Anwendung des Reflow-Verfahrens verzichtet werden kann. Zudem sind einseitig bestückte Leiterplatten unter Einschluss von Chip-Bauteilen in einem Arbeitsgang mit demselben Verfahren (insbesondere Wellen löten) verlötbar. An fertigen Leiterplatten dieser Art sind sämtliche Anschlussstellen an der nichtbestückten Platten seite frei zugänglich, was Funktionsprüfungen erleichtert.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Leiterplatte, die mit einem Chip-Bauteil bestückt ist,

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Leiterplatte, die mit einem Bauteil bestückt ist, das Anschluss elemente mit annähernd quadratischen Fuss plättchen aufweist, und

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Leiterplatte, die mit einem Bauteil bestückt ist, das Anschluss elemente mit länglichen Fussplättchen aufweist.

Alle Figuren zeigen die mit Bauteilen bestückten Leiterplat ten im Zustand nach dem Lötprozess, wobei Leiterplatten und Lötstellen im Schnitt dargestellt sind und als Bauteile durchwegs SMDs (surface mounted devices) gezeigt werden.

Die Leiterplatte 1 nach Fig. 1 ist mit einem Chip-Bauteil 2 bestückt, der mit einem Klebstofftropfen 3 an der Leiter platte befestigt ist. An gegenüberliegenden Stirnseiten des Bauteils 2 sind Anschlusselemente 4 in Form von Löt flächen 5 bildenden Belägen vorhanden, welche Lötflächen im wesentlichen senkrecht zur Leiterplattenoberfläche stehen. An den Lötstellen weist die Leiterplatte 1 durchkontaktierte Kapillarbohrungen 6 auf, durch welche das Lot 7 von der dem Bauteil 2 abgewandten Seite der Leiterplatte 1 her an die Lötstellen gelangt. Die Kapillarbohrungen 6 sind in bezug auf die Lage des Bauteils 2 so angeordnet, dass die An schlusselemente 4 des Bauteils die Mündungen der Kapillar bohrungen teilweise überdecken. Der Durchmesser der Kapil larbohrungen 6 und der Ueberdeckungsgrad sind dabei so gewählt, dass das Lot 7 beim Lötprozess im Wellenlötbad durch den offen bleibenden Teil der Mündung der Kapil larbohrungen 6 die ganze über der Mündung stehende Lötfläche 5 der Anschlusselemente 4 in ausreichendem Mass erreichen kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 hat das Bauteil 10 Anschlusselemente 11 mit wenigstens annähernd quadrati schen Fussplättchen 12, die parallel zur Leiterplatten oberfläche verlaufen. Die durchkontaktierten Kapillar bohrungen 13 in der Leiterplatte 14 sind in diesem Fall so bemessen und in bezug auf die Lage des auf die Leiter platte aufgesetzten Bauteils 10 so angeordnet, dass die Fussplättchen 12 des Bauteils 10 in die Kapillarbohrungen 13 hineinragen. Der Durchmesser der Kapillarbohrungen 13 ist grösser als das Eckmass der Fussplättchen 12, damit die Mündung der Kapillarbohrungen 13 vom jeweiligen Fuss plättchen 12 nur teilweise bedeckt ist und so weit offen bleibt, dass ein Verstopfen der Mündung durch das Fluss mittel vermieden wird und das Lot 15 von der dem Bauteil 10 abgewandten Seite der Leiterplatte 14 her am Fuss plättchen 12 vorbeifliessen und auch abseits der Mündung der Kapillarbohrungen 13, d.h. oberhalb des Fussplättchens 12 befindliche Lötflächen an den Anschlusselementen 11 im erforderlichen Mass erreichen kann. Für die Befestigung des Bauteils 10 an der Leiterplatte 14 kann wiederum ein Klebstofftropfen 16 vorgesehen sein.

Die Fig. 3 zeigt eine Anschlussseite eines Bauteils 20 mit einem Anschlusselement 21, das ein längliches, zur Leiter plattenoberfläche geneigtes Fussplättchen 22 aufweist. Die Befestigung des Bauteils 20 an der Leiterplatte 23 ist hier nicht dargestellt. Zum Anschluss dieses Bauteils 20 sind an der dargestellten Lötstelle zwei durchkontaktierte Kapillar bohrungen 24 und 25 in der Leiterplatte 23 vorgesehen. Die Mündung der einen Kapillarbohrung 24 wird vom freien Ende des Fussplättchens 22 teilweise bedeckt, während die Mün dung der anderen Kapillarbohrung 25 unter einem von der Leiterplattenoberfläche distanzierten Teil des Fussplätt chens 22 liegt und von diesem nicht bedeckt wird. Auch bei dieser Ausführung gelangt das Lot 26 durch die Kapillar bohrungen 24 und 25 auch an abseits ihrer Mündungen be findliche Lötflächen am Anschlusselement 21 im erforder lichen Mass, wenn die Kapillarbohrungen entsprechend bemessen sind.

Claims

1. Mit Bauteilen zum Verlöten im Lötbad bestückte Leiterplatte, die für den Anschluss der Bauteile Lötstellen mit durch kontaktierten Kapillarbohrungen aufweist, durch welche beim Lötprozess das Lot unter Kapillarwirkung an Lötstellen ge langt, die sich auf der dem Lötbad abgewandten Seite der Leiterplatte befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillarbohrungen (6; 13; 24; 25) so bemessen und in bezug auf die Lage der Bauteile (2; 10; 20) so angeordnet sind, dass die Anschlusselemente (4; 11; 21) der Bauteile die Mündung der Kapillarbohrungen mindestens teilweise offen lassen, damit das Lot (7; 15; 26) beim Lötprozess auch abseits der Mündung der Kapillarbohrungen befindliche Lötflächen an den Anschlusselementen der Bauteile im erforderlichen Mass erreichen kann.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, mit an deren Oberfläche be festigten, kubischen Chip-Bauteilen (2), deren Anschluss elemente (4) in Form von Lötflächen (5) bildenden Belägen an gegenüberliegenden Stirnseiten im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Leiterplatte (1) stehen, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kapillarbohrungen (6) von den Chip- Bauteilen teilweise bedeckt sind, so dass die Lötflächen (5) der Anschlusselemente über der Mündung der Kapillar bohrungen stehen.

3. Leiterplatte nach Anspruch 1, mit Bauteilen (10), deren Anschlusselemente (11) wenigstens annähernd quadratische Fussplättchen (12) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kapillarbohrungen (13) grösser ist als das Eckmass der Fussplättchen (12) und dass die Fussplättchen in die Kapillarbohrungen hineinragen.

4. Leiterplatte nach Anspruch 1, mit Bauteilen (20), deren Anschlusselemente (21) längliche Fussplättchen (22) auf weisen, die sich zur Oberfläche der Leiterplatte (23) hin neigen, dadurch gekennzeichnet, dass am freien Ende jedes Fussplättchens (22) eine von diesem teilweise bedeckte Kapillarbohrung (24) vorgesehen ist.

5. Leiterplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter einem von der Leiterplattenoberfläche distanzierten Teil jedes Fussplättchens (22) die Mündung einer weiteren Kapillarbohrung (25) liegt.