DE4231180C2 - Justierstruktur zur Bestimmung der Lage der Lötstoppmaske einer gedruckten Leiterplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ju­ stierstrukturen für Leiterplatten, bei dem auf der Leiterplatte ein metallischer Justierbereich und eine zugeordnete Lötstoppmaske aufgebracht werden, sowie eine Justierstruktur.

Bei der Fertigung elektronischer Baugruppen hat die Ober­ flächenmontierung von Bauelementen gegenüber der Kontaktloch­ montierung von Bauelementen eine wesentliche Bedeutung erlangt. Die höhere Packungsdichte oberflächenmontierter Bauelemente (SMC, Service Mount Components) auf gedruckten Leiterplatten (PCB, Printed Circuit Boards) erfordert reduzierte Abstände zwischen den Bauelementen sowie kleinerer Abmessungen der Lötpunkte und deshalb eine höhere Anzahl von Lötpunkten auf jeder Leiterplatte.

Die gegenwärtig mit Abstand am weitesten verbreitete Technik bei der Verarbeitung hochpoliger integrierter Schaltkreise ist die Lotpastentechnik. Dabei wird auf Lötpads, beispielsweise einer auf der Leiterplatte aufgebrachten leitfähigen Kupferkaschierung, durch Siebdruck oder Matrizendruck Lötpaste aufgebracht.

Aus JP 2-1 13 996 Patent Abstracts of Japan, Vol. 14, Nr. 336 (E-953) |4279|, 19. Juli 1990, ist bekannt, zwischen den Lötpunkten (Lötpads) eine Lötstoppmaske aufzubringen. Die Lötstoppmaske spart Bereiche aus, in denen die Lötpaste aufgetragen und später mit den Bauelementen durch Aufschmelzen der Lötpaste verbunden wird.

Für die Justierung der Leiterplatten, z. B. beim Lotpasten­ auftrag oder der Bauelementebestückung sind Justiermarken erforderlich. Mit Hilfe dieser Justierstrukturen kann bei jedem Arbeitsgang die genaue Lage der Leiterplatte und damit die Lage der metallischen Kontaktbereiche bzw. der Lötpunkte bestimmt werden. Die Lagebestimmung erfolgt mit an sich bekannten Erkennungssystemen. Üblicherweise erfassen die Erkennungssysteme die Lage der metallischen Justierbereiche bzw. der Justiermarken. Eine auf der Leiterplatte neben den metallischen Kontaktbereichen und metallischen Justierberei­ chen aufgebrachte Lötstoppmaske muß deshalb Aussparungen aufweisen, die den metallischen Justierbereichen zugeordnet sind.

Aus der DE 41 36 543 A1 ist eine Justierstruktur bekannt, bei der die Lötstoppmaske in einer Ebene mit metallischen An­ schlußzonen liegt und Fenster für diese Zonen freiläßt. Um einen möglichen Versatz zu berücksichtigen, müssen die Fen­ ster der Lötstoppmaske mindestens gleich groß, vorzugsweise jedoch größer als der Bereich der metallischen Anschlußzone sein. Enge Anschlußraster lassen sich dadurch schwierig realisieren. Weiterhin ist aus der Druckschrift bekannt, eine für Infrarot strahlen durchsichtige, nicht strukturierte Lötstoppschicht auf der Leiterplatte aufzubringen.

Aus der Druckschrift Elektrotechnik, Heft 7, 28. April 1988, Seite 26 bis 28, NN: Argusauge paßt auf, ist ein Erken­ nungs- und Korrektursystem bekannt, das auf der Verwendung verschiedener Justiermuster beruht. Jedes der Justiermuster liegt zur Berücksichtigung eines Versatzes zwischen der Justiermarke und der Lötstoppschicht innerhalb eines Freiraums bzw. eines großen Fensters der Lötstoppschicht.

Beim Auftrag einer Lötstoppmaske nicht neben, sondern auf eine mit metallischen, insbesondere Kupfer-Bereichen verse­ hene Leiterplatte ergibt sich in der Praxis ein mehr oder minder großer Versatz zwischen den metallischen Bereichen und den Fenstern der Lötstoppmaske. Besonders beim Bestücken der Leiterplatte mit hochpoligen integrierten Schaltkreisen, die ein feines Anschlußraster aufweisen, führt dieser Versatz zu einem vermehrten Ausschuß durch Fehlbestückung.

Fig. 2 zeigt eine Leiterplatte 1 mit metallischen Kontaktbe­ reichen 2 und einem metallischen Justierbereich 4. Den metal­ lischen Bereichen ist eine strukturierte Lötstoppmaske zuge­ ordnet. Die Lötstoppmaske ist dabei derart strukturiert, daß Fenster 3 den metallischen Kontaktbereichen 2 und ein Fenster 5 dem metallischen Justierbereich 4 zugeordnet sind. Einge­ zeichnet ist ein Versatz der Fenster der Lötstoppmaske zu den metallischen Bereichen auf der Leiterplatte. Die Mitte der kreuzförmigen metallischen Justiermarke 4 zur Mitte des Kontaktbereichs 2a ist mit a bezeichnet. Um sicher zu sein, daß der metallische Justierbereich 4, der im Ausführungsbei­ spiel kreuzförmig ausgebildet ist, durch das Erkennungssystem erfaßt werden kann, zeigt das Fenster 5 der Lötstoppmaske eine ebenfalls kreuzförmige, aber stark vergrößerte Struktur. Auch bei einem Versatz der Lötstoppmaske liegt der metalli­ sche Justierbereich für eine sichere Erkennung zumindest größtenteils innerhalb des Fensters der Lötstoppmaske.

Wesentlich bei der Bestückung mit Bauelementen ist bei einer Leiterplatte gemäß Fig. 2 das Maß a zwischen der metalli­ schen Justiermarke und dem metallischen Kontaktbereich. Bei einem Versatz der Lötstoppmaske gegenüber den metallischen Kontaktbereichen werden insbesondere hochpolige integrierte Schaltkreise mit feinem Anschlußraster deshalb oft nicht in die Öffnung 3 der Lötstoppmaske gesetzt, sondern auf der Lötstoppmaske selbst, nämlich auf den Bereich oberhalb der metallischen Kontaktbereiche 2. Eine Lötverbindung zwischen den Anschlußpolen des integrierten Schaltkreises und dem metallischen Kontaktbereich ist dann entweder überhaupt nicht möglich oder aber fehlerhaft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Mög­ lichkeit anzugeben, die zu einem geringeren Ausschuß bei der Bestückung von Leiterplatten führt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine Fehljustierung bei der Bestückung von Leiterplatten mit Bauelementen weitge­ hend ausschließt. Die für die Bestückung zu erkennende metal­ lische Justiermarke bewegt sich mit den Fenstern der Löt­ stoppmaske mit, so daß ein Versatz zwischen einem metalli­ schen Kontaktbereich und der Lötstoppmaske insoweit mitbe­ rücksichtigt werden kann, daß die Anschlußpole durch die Fenster der Lötstoppmaske auf die Leiterplatte gelangen können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Justier­ struktur und

Fig. 2 die bereits beschriebene bekannte Justierstruktur.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Leiterplatte 1 mit einer nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Justier­ struktur. Gleiche Elemente wie in Fig. 2 haben gleiche Bezugszeichen. So sind insbesondere die metallischen Kontakt­ bereiche 2 und die Fenster der Lötstoppmaske 3 mit einem Versatz eingezeichnet. Im Unterschied zur Fig. 2 weist die Justierstruktur jedoch eine metallische Zone 6 auf, die großflächig ist. Im Ausführungsbeispiel ist die metallische Zone 6 rechteckförmig, jedoch sind auch andere Formen mög­ lich. Wesentlich ist, daß die metallische Zone 6 eine Fläche überstreicht, die mindestens dem Bereich des maximal mögli­ chen Versatzes eines Justierfensters 7 in der Lötstoppmaske entspricht.

Das Justierfenster 7 in der Lötstoppmaske ist im Ausführungs­ beispiel kreuzförmig ausgebildet, jedoch sind auch andere Formen möglich. Im Gegensatz zur Fig. 2 ist das Justierfen­ ster 7 in Verbindung mit dem unter dem Fenster angeordneten erkennbaren metallischen Bereich für die eigentliche Justie­ rung maßgeblich, so daß dieses Fenster in seinen Abmessungen erheblich kleiner sein kann als das Fenster 5 der Fig. 2. In jedem Fall darf das Fenster 7 in seinen Abmessungen nicht größer als der metallische Justierbereich sein, da das Fen­ ster 7 die eigentliche Justiermarke definiert. Wesentlich ist, daß das Fenster 7 zumindest größtenteils innerhalb des Bereichs der metallischen Zone 6 liegt, damit eine Justierung erfolgen kann. Die Lötstoppmaske ist für das verwendete Erkennungssystem weitgehend undurchsichtig, siehe auch Fig. 1.

Durch die erfindungsgemäße Justierstruktur wird es möglich, bei der Bestückung mit Bauelementen das Maß b zu verwenden, das den Abstand der Mitte des Justierfensters zur Mitte eines Fensters 3a in der Lötstoppmaske angibt. Da die Mitte des Justierfensters 7 in der Lötstoppmaske aufgrund der großflä­ chig darunter angeordneten metallischen Zone 6 automatisch auch die Mitte des mit der Anordnung geschaffenen metalli­ schen Justierbereichs ist, ist für die Bestückung nur noch dieses Maß b maßgebend.

Bei einem Versatz der Lötstoppmaske zu den metallischen Kontaktbereichen 2 bewegt sich die maßgebende Justiermarke, nämlich der metallische Justierbereich unterhalb des Justier­ fensters 7 in der Lötstoppmaske automatisch immer mit den Öffnungen 3 der Lötstoppmaske mit. Ein Versatz der Lötstopp­ maske gegen die metallischen Kontaktbereiche 2 wird deshalb bei der Bestückung mit Bauelementen mitberücksichtigt. Das bedeutet, daß die Bauelemente tatsächlich im Bereich der Fenster 3 abgesetzt werden, so daß bei einem anschließenden Lötvorgang noch ein sicherer Kontakt der Anschlußpole des integrierten Schaltkreises mit den metallischen Kontaktbe­ reichen 2 möglich ist. Allerdings darf der Versatz nicht so groß sein, daß die Fenster 3 der Lötstoppmaske völlig aus dem Bereich der metallischen Kontaktbereiche 2 herausfallen.

Mit der Erfindung ist es deshalb möglich, eine Fehljustierung von Bauelementen bei der Bestückung der Leiterplatte zu verhindern und die Bauelemente in den Fenstern 3 der Löt­ stoppmaske abzusetzen. Der Ausschuß bei der Bestückung der Leiterplatte wird deshalb wesentlich verringert.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Justierstrukturen für Leiter­ platten, bei dem auf der Leiterplatte ein metallischer Justierbereich und eine zugeordnete Lötstoppmaske aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine großflächige metallische Zone (6) erzeugt wird, über der die für das verwendete Erkennungssystem weitgehend un­ durchsichtige Lötstoppmaske angeordnet wird, und daß ein Justierfenster (7) in der Lötstoppmaske so über der metallischen Zone (6) angeordnet wird, daß das Justierfenster (7) zumindest größtenteils innerhalb der Außenkontur der metallischen Zone (6) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die großflächige metallische Zone (6) rechteckig erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierfenster (7) kreuzförmig strukturiert wird.

4. Justierstruktur für Leiterplatten mit einem auf der Leiter­ platte aufgebrachten metallischen Justierbereich und einer zugeordneten Lötstoppmaske, dadurch gekennzeichnet, daß eine großflächige metallische Zone (6) vorgesehen ist, über der die Lötstoppmaske, die für das verwendete Erkennungssystem weitgehend undurchsichtig ist, angeordnet ist, und daß die Lötstoppmaske derart strukturiert ist, daß das Justierfenster (7) in der Lötstoppmaske zumindest größtenteils innerhalb der Außenkontur der metallischen Zone (6) liegt.

5. Justierstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Zone (6) rechteckig ist.

6. Justierstruktur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Zone (6) im wesentlichen aus Kupfer besteht.

7. Justierstruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Justierfenster (7) kreuzförmig strukturiert ist.