DE102007035794A1

DE102007035794A1 - Leiterplattenverbund sowie Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenverbundes

Info

Publication number: DE102007035794A1
Application number: DE200710035794
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Nuechter; Erik Deier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leiterplattenverbund (1), mit einer ersten Leiterplatte (2), die mittels mindestens eines Abstandselementes (4, 5) elektrisch leitend mit mindestens einer zweiten Leiterplatte (3) verbunden ist, wobei das Abstandselement (4, 5) zumindest auf einer die erste Leiterplatte (2) kontaktierenden Seite als SMD-Bauteil (10, 11, 12) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Leiterplatte (2) THT-Bauteil-frei ist und dass auf der zweiten Leiterplatte (3) mindestens ein THT-Bauteil (13, 14) elektrisch leitend festgelegt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für einen Leiterplattenverbund (1).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Leiterplattenverbund gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenverbundes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Leiterplatten (Platinen) sind das am häufigsten eingesetzte Verbindungselement für elektronische Bauteile einer elektrischen Schaltung. Sie sind gekennzeichnet durch elektrisch leitende, fest haftende Verbindungen (Leiter), die in oder auf einem Isolierstoff ein- oder mehrschichtig auf- bzw. eingebracht sind. Leiterplatten dienen gleichzeitig als Träger für elektrische und/oder elektronische Bauteile.
Es wird unterschieden zwischen verdrahteten Bauteilen, sogenannten THT-Bauteilen (THT = through-hole technology), die mit mindestens einem Anschlussdraht und/oder mindestens einem Anschlusspin zum Durchstecken durch eine Montageöffnung in einer Leiterplatte versehen sind und oberflächenmontierbaren Bauteilen, sogenannten SMD-Bauteilen (SMD = surface-mounted device), die mindestens eine Kontaktfläche zur Kontaktierung einer Leiterplatte aufweisen. Während THT-Bauteile mittels einer sogenannten Durchsteckmontage an einer Leiterplatte festgelegt werden, bei der die Anschlussdrähte bzw. Anschlusspins durch Montagelöcher in der Leiterplatte gesteckt und anschließend von der Rückseite verlötet werden, werden die SMD-Bauteile mit einer speziellen Oberflächenmontage-Technik mit ihrer Kontaktfläche auf der Oberfläche einer Leiterplatte festgelötet.
Üblicherweise sind auf einer Leiterplatte sowohl SMD Bauteile als auch THT-Bauteile angeordnet. Dies führt dazu, dass eine sowohl mit THT-Bauteilen als auch mit SMD-Bauteilen ausgestattete Leiterplatte sowohl einem Reflow-Lötprozess zum Festlegen der SMD-Bauteile als auch einem Selektivlötprozess zum Festlegen der THT-Bauteile unterzogen werden muss. Demzufolge ist die Fertigung derartig bestückter Leiterplatten aufwändig.
Zum Herstellen von Leiterplattenverbunden ist es aus der DE 10 2004 037 629 A1 bekannt, als Kontaktelemente ausgebildete Abstandshalter (Verbindungselemente) einzusetzen, die als SMD-Bauteil ausgebildet sind, so dass sie durch Oberflächenmontage an einer Leiterplatte festlegbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Technische Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach zu fertigende elektrische Schaltung vorzuschlagen, die sowohl Nicht-THT-Bauteile als auch THT-Bauteile aufweist. Ferner besteht die Aufgabe darin, ein vereinfachtes Herstellungsverfahren für eine derartige Schaltung vorzuschlagen.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird mit einem Leiterplattenverbund mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur gleichzeitigen elektrischen Anordnung von THT-Bauteilen sowie von Nicht-THT-Bauteilen einen Leiterplattenverbund aus einer ersten und mindestens einer zweiten Leiterplatte vorzusehen und sämtliche THT-Bauteile auf die zweite Leiterplatte auszulagern und diese zweite Leiterplatte über mindestens ein Abstandselement elektrisch mit der ersten Leiterplatte zu kontaktieren, wobei das Abstandselement zumindest auf der der ersten Leiterplatte zugewandten Seite als SMD-Bauteil mit mindestens einer Kontaktfläche ausgebildet ist. Hieraus resultiert eine THT-Bauteil-freie erste Leiterplatte mit vorzugsweise ausschließlich SMD-Bauteilen, so dass ein Selektivlötprozess mangels THT-Bauteilen zur Festlegung von Bauteilen an der ersten Leiterplatte entfallen kann und die erste Leiterplatte vollständig und ausschließlich in SMT-Technik (surface mounting technology) ausgeführt werden kann. Bei den ausgelagerten THT-Bauteilen handelt es sich insbesondere um große Bauteile wie Spulen und/oder Kondensatoren, die auf der zweiten Platte zum Sicherstellen ihrer Zuverlässigkeit mittels Durchsteckmontage montiert werden. Ein nach dem Konzept der Erfindung hergestellter Leiterplattenverbund aus mindestens zwei elektrisch leitend miteinander verbundenen Leiterplatten, wovon zumindest eine Leiterplatte frei von TIT-Bauteilen ist, hat mehrere Vorteile. Zum einen kann, wie erwähnt, auf einen Selektivlötprozess beim Festlegen von Bauteilen auf der ersten Leiterplatte verzichtet werden. Des Weiteren können als zweite Leiterplatte Leiterplatten mit geringeren Anforderungen an die Strukturbreite und Genauigkeit eingesetzt werden, da für THT-Bauteile wesentlich geringere Anforderungen zu erfüllen sind. Das Auslagern der THT-Bauteile auf die zweite Leiterplatte ist weiterhin von Vorteil, da diese zweite Leiterplatte vollständig auf die (geringeren) Anforderungen der THT-Bauteile abgestimmt werden kann. Ferner kann die THT-Bauteil-freie erste Leiterplatte unabhängig von diesen THT-Bauteilanforderungen ausgebildet werden. Bei dem zum Einsatz kommenden Abstandshalter handelt es sich vorzugsweise um ein Kunststoffelement mit mehreren eingegossenen Kontaktpins. Der Abstandshalter dient nicht nur als Montagehilfe zur Kontaktierung der beiden Leiterplatten, sondern stellt auch den notwendigen Abstand zwischen der ersten und der mindestens zweiten Leiterplatte sicher, so dass die auf der Rückseite der ersten Leiterplatte überstehenden Anschlussdrähte bzw. Anschlusspins der THT-Bauteile nicht mit der ersten Leiterplatte bzw. Nicht-THT-Bauteilen der ersten Leiterplatte kollidieren.
In Weiterbildung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass auf der ersten Leiterplatte ausschließlich SMD-Bauteile angeordnet sind, so dass sämtliche der ersten Leiterplatte zugeordneten Bauteile in einem gemeinsamen Lötschritt an dieser festgelegt werden können, insbesondere durch Reflow-Löten. Zusätzlich oder alternativ ist es von Vorteil, wenn auf der zweiten Leiterplatte ausschließlich THT-Bauteile angeordnet sind. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die THT-Bauteile an die zweite Leiterplatte wel lengelötet werden. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, zusätzlich zu den THT-Bauteilen auf der zweiten Leiterplatte auch andere elektronische Bauteile, wie SMD-Bauteile, elektrisch leitend festzulegen.
Die beiden Leiterplatten sind über das mindestens eine Abstandselement bzw. die Anschlussdrähte oder -pins des Abstandselementes mechanisch, beispielsweise durch Löten und/oder kalter Kontaktiertechnik aneinander fixiert. Um eine möglichst stabile, die elektrischen Kontakte entlastende Verbindung zwischen den beiden Leiterplatten zu erhalten, ist eine Ausführungsform von Vorteil, bei der eine zusätzliche mechanische Fixierung der beiden Leiterplatten aneinander durch Klebstoff vorgesehen ist.
Bevorzugt durchdringt der Klebstoff mindestens eine, insbesondere zentrische, Öffnung der zweiten Leiterplatte. Von besonderem Vorteil ist es, wenn es sich bei dem die Leiterplatten verbindenden Klebstoff um überschüssigen Klebstoff handelt, der aus einem Umklebevorgang mindestens eines THT-Bauteils auf der zweiten Leiterplatte resultiert. Das Umkleben mindestens eines, vorzugsweise sämtlicher, THT-Bauteile auf der zweiten Leiterplatte ist von Vorteil, um die THT-Bauteile und deren elektrische Kontaktierung gegen Vibrationen zu schützen.
Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die mindestens zwei Leiterplatten des Leiterplattenverbundes, die über den mindestens einen Abstandshalter elektrisch leitend miteinander verbunden sind, parallel zueinander angeordnet sind, wobei sich bevorzugt die zweite Leiterplatte oberhalb der ersten Leiterplatte befindet, da die auf dieser angeordneten THT-Bauteile in der Regel vergleichsweise großvolumig sind und/oder auf diese Weise daher der Abstand zwischen den Leiterplatten minimiert werden kann.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei der die SMD-Bauteile sowie das Abstandselement in einem gemeinsamen Lötschritt, insbesondere durch Reflow-Löten, an der ersten Leiterplatte elektrisch leitend festgelegt sind bzw. werden. Bevorzugt sind die THT-Bauteile durch Wellenlöten an der ersten Leiterplatte festgelegt.
Zum elektrisch leitenden Festlegen des mindestens einen Abstandshalters an der zweiten Leiterplatte gibt es mehrere Möglichkeiten. Es ist denkbar, den Abstandshalter mittels Durchsteckmontage, durch kalte Kontaktiertechnik und/oder mittels SMT-Technik festzulegen.
Die Erfindung führt auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenverbundes, insbesondere eines zuvor beschriebenen Leiterplattenverbundes.
Dabei wird ein Lötmittel auf eine erste Leiterplatte aufgebracht und die erste Leiterplatte ausschließlich mit Nicht-THT-Bauteilen, insbesondere ausschließlich mit SMD-Bauteilen, bestückt, indem diese auf ihrer jeweils mindestens einen Kontaktfläche auf das Lötmittel aufgesetzt werden. Ferner wird die erste Leiterplatte mit einem, zumindest auf der der ersten Leiterplatte zugewandten Seite als SMD-Bauteil mit mindestens einer Kontaktfläche ausgebildeten, Abstandshalter bestückt. Der mindestens eine Abstandshalter und die Nicht-THT-Bauteile werden, insbesondere durch Reflow-Löten, elektrisch leitend an der ersten Leiterplatte festgelegt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Abstandshalter vor oder nach dem Bestücken der ersten Lei terplatte mit dem Abstandshalter und/oder vor dem Verlöten des Abstandshalters mit der ersten Leiterplatte den Abstandshalter elektrisch leitend mit der zweiten Leiterplatte durch THT-Technik, kalte Kontaktiertechnik und/oder SMT-Technik zu verbinden. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, die zweite Leiterplatte vor oder nach dem elektrischen Kontaktieren des Abstandshalters mit der ersten Leiterplatte und/oder vor dem Löten dieses THT-Bauteils an die zweite Leiterplatte mit mindestens einem THT-Bauteil zu bestücken.
Nach dem elektrischen Kontaktieren der beiden Leiterplatten mit dem mindestens einen Abstandshalter und nach dem Bestücken der ersten und der zweiten Leiterplatte werden die Leiterplatten in Weiterbildung des Verfahrens mittels Klebstoffs zusätzlich aneinander fixiert, wobei es sich bevorzugt bei dem Klebstoff um Klebstoff von einem Umklebungsprozess zum Umkleben der THT-Bauteile auf der ersten Leiterplatte handelt. Mit Vorteil ist zum Verkleben der beiden Leiterplatten miteinander in der zweiten Leiterplatte mindestens eine, vorzugsweise zentrische, Öffnung vorgesehen, durch die Klebstoff, der elektrisch nicht leitend ist, von oberhalb der zweiten Leiterplatte auf die erste Leiterplatte fließen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
1: einen Leiterplattenverbund aus zwei Leiterplatten und
2: eine perspektivische Ansicht einer mit THT-Bauteilen bestückten zweiten Leiterplatte.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche Bauteile und Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein Leiterplattenverbund 1 mit einer ersten, in diesem Ausführungsbeispiel unteren Leiterplatte 2 sowie einer in diesem Ausführungsbeispiel oberen zweiten Leiterplatte 3 dargestellt. Die beiden Leiterplatten 2, 3 verlaufen parallel zueinander.
Die zweite Leiterplatte 3 ist beabstandet zur ersten Leiterplatte 2 angeordnet, wobei dieser Abstand durch die Wahl der Höhe von in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt zwei beabstandeten Abstandshaltern 4, 5 einstellbar ist, wobei die Abstandshalter 4, 5 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel randseitig an der Unterseite der zweiten Leiterplatte 3 angeordnet sind und parallel zueinander verlaufen.
In die Abstandshalter 4, 5 aus Kunststoff sind jeweils mehrere Kontaktpins 6, 7 eingegossen, wobei die Kontaktpins 6, 7 in einem unteren, der ersten Leiterplatte 2 zugewandten Bereich umgebogen ausgebildet sind, der Abstandshalter 4 also auf der der ersten Leiterplatte 2 zugewandten Seite als SMD-Bauteil ausgebildet ist. Die Kontaktpins 6, 7 sind an ihrem umgebogenen unteren Abschnitt mittels Lötmittel 8 (insbesondere Lötpaste) in SMT-Technik elektrisch leitend an der ersten Leiterplatte 2 festgelegt.
Mit ihrem, der umgebogenen Unterseite abgewandten, oberen Abschnitt sind die Kontaktpins 6, 7 durch nicht gezeigte Montageöffnungen in der zweiten Leiterplatte 3 von der Unterseite an die Oberseite der zweiten Leiterplatte 3 geführt und dort mit Hilfe von Lötmittel 9 verlötet.
Die erste Leiterplatte 2 zeichnet sich dadurch aus, dass auf dieser kein THT-Bauteil festgelegt ist, sondern ausschließlich SMD-Bauteile 10, 11, 12, die jeweils mit unterseitigen Kontaktflächen mittels Lötmittel 8 mit nicht gezeigten Leiterbahnen der ersten Leiterplatte 2 in SMT-Technik elektrisch leitend verbunden sind.
Auf der zweiten Leiterplatte 3 sind dagegen ausschließlich THT-Bauteile 13, 14 angeordnet, die mit jeweils zwei Anschlusspins 16, 17 (vergleiche 2) von der Oberseite der zweiten Leiterplatte 3 her durch Montageöffnungen in der zweiten Leiterplatte 3 gesteckt sind und durch Wellenlöten an der zweiten Leiterplatte 3 elektrisch leitend festgelegt sind.
Wie aus 2 ersichtlich ist, die eine perspektivische Darstellung der zweiten Leiterplatte 3 mit daran festgelegten THT-Bauteilen 13, 14 zeigt, befindet sich zentrisch in der zweiten Leiterplatte 3 eine von der Oberseite der zweiten Leiterplatte 3 bis zu ihrer Unterseite reichende Ausnehmung 17 (Öffnung), durch die Klebstoff beim Umgießen der THT-Bauteile 13, 14 von der zweiten Leiterplatte 3 auf die erste Leiterplatte 2 fließen kann. Hierdurch entsteht eine strichzweipunktiert in 2 angedeutete, zusätzliche me chanische Fixierung 18 aus Klebstoff, wodurch die elektrische Kontaktierung mittels der Abstandshalter 4, 5 mechanisch entlastet wird. Gleichzeitig wird durch das Umgießen der THT-Bauteile 13, 14 mit elektrisch nicht leitendem Klebstoff ein besonders vibrationsarmer Leiterplattenverbund 1 erhalten.
Zum Herstellen des Leiterplattenverbundes 1 gemäß 1 gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird die zweite Leiterplatte 3 mit den THT-Bauteilen 13, 14 bestückt und die THT-Bauteile werden mit der zweiten Leiterplatte 3 verlötet. Zuvor oder danach werden die Abstandshalter 4, 5 elektrisch leitend mit der zweiten Leiterplatte 3, in diesem Ausführungsbeispiel mittels Durchsteckkontaktierung, elektrisch leitend verbunden. Auf die erste Leiterplatte 2 wird Lötmittel, insbesondere Lötpaste, aufgetragen und die erste Leiterplatte 2 wird mit den SMD-Bauteilen 10, 11, 12 bestückt. Daraufhin erfolgt die Bestückung mit den Abstandshaltern 4, 5, an denen bevorzugt bereits die zweite Leiterplatte 3 elektrisch leitend angebunden ist. In einem gemeinsamen Lötschritt, insbesondere mittels Reflow-Löten, werden die SMD-Bauteile 10, 11, 12 und die Abstandshalter 4, 5 an die erste Leiterplatte 2 verlötet. Alternativ ist, es möglich, die Abstandshalter 4, 5 vor dem Verbinden mit der zweiten Leiterplatte 3 in einem gemeinsamen Lötschritt mit den SMD-Bauteilen 10, 11, 12 an der ersten Leiterplatte 2 festzulegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004037629 A1 [0005]

Claims

Leiterplattenverbund, mit einer ersten Leiterplatte (2), die mittels mindestens eines Abstandselementes (4, 5) elektrisch leitend mit mindestens einer zweiten Leiterplatte (3) verbunden ist, wobei das Abstandselement (4, 5) zumindest auf einer die erste Leiterplatte (2) kontaktierenden Seite als SMD-Bauteil (10, 11, 12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leiterplatte (2) THT-Bauteil-frei ist, und dass auf der zweiten Leiterplatte (3) mindestens ein THT-Bauteil (13, 14) elektrisch leitend festgelegt ist.
Leiterplattenverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Leiterplatte (3) ausschließlich THT-Bauteile (13, 14) elektrisch leitend festgelegt sind und/oder dass auf der ersten Leiterplatte (2) ausschließlich SMD-Bauteile (10, 11, 12) elektrisch leitend festgelegt sind.
Leiterplattenverbund nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (2, 3) mittels eines Klebstoffes aneinander fixiert sind.
Leiterplattenverbund nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff eine Ausnehmung (17) in der zweiten Leiterplatte (3) durchdringend angeordnet ist.
Leiterplattenverbund nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Klebstoffs zusätzlich das zumindest eine THT-Bauteil (13, 14) auf der ersten Leiterplatte (2) umklebt ist.
Leiterplattenverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (2, 3) parallel zueinander angeordnet sind.
Leiterplattenverbund nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die SMD-Bauteile (10, 11, 12) und das Abstandselement (4, 5) mittels SMT-Technik, insbesondere mittels Reflow-Löten, an der ersten Leiterplatte (2) elektrisch leitend festgelegt sind und/oder die THT-Bauteile (13, 14) durch Wellenlöten an der zweiten Leiterplatte (3) elektrisch leitend festgelegt sind.
Leiterplattenverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (4, 5) durch THT-Technik und/oder durch kalte Kontaktiertechnik und/oder SMT-Technik an der zweiten Leiterplatte (3) festgelegt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenverbundes (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Schritt a: Aufbringen von Lötmittel (8, 9) auf eine erste Leiterplatte (2); – Schritt b: Bestücken der ersten Leiterplatte (2) ausschließlich mit Nicht-THT-Bauteilen; – Schritt c: Bestücken der ersten Leiterplatte (2) mit mindestens einem Abstandshalter (4, 5) zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Leiterplatte (3), wobei der Abstandshalter (4, 5) auf der der ersten Leiterplatte (2) zugewandten Seite als SMD-Bauteil (10, 11, 12) ausgebildet ist; – Schritt d: Löten der Nicht-THT-Bauteile und des Abstandshalters (4, 5) an die erste Leiterplatte (2); – Schritt e: Bestücken der zweiten Leiterplatte (3) mit mindestens einem THT-Bauteil (13, 14); – Schritt f: Löten des THT-Bauteils (13, 14) an die zweite Leiterplatte (3); – Schritt g: Kontaktieren der zweiten Leiterplatte (3) mit dem Abstandshalter (4, 5); wobei der Schritt c und/oder der Schritt d vor oder nach dem Schritt e und/oder vor oder nach dem Schritt f und/oder vor oder nach dem Schritt g durchgeführt werden/wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (2, 3) mittels Klebstoff aneinander fixiert werden.