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Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte
und ein Verfahren zur Fixierung von bedrahteten Bauteilen auf der
Leiterplatte.
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Unter einem "bedrahteten Bauteil" im Sinne dieser Anmeldung wird ein
solches verstanden, das mit wenigstens zwei Anschlußpins oder
Anschlußdrähten versehen
ist. Die Anschlußpins
oder Anschlußdrähte werden
bekanntermaßen
von einer Bestückungsseite
der Leiterplatte her durch Durchgangbohrungen der Leiterplatte gesteckt
und auf der anderen Seite der Leiterplatte, der sogenannten Lötseite,
gelötet.
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Bekannt sind verschiedene Verfahren
und Vorrichtungen, bedrahtete Bauteile in ihrer Lage auf einer Leiterplatte
zu fixieren bzw. in ihrer Position relativ zur Leiterplatte zu halten,
insbesondere dann, wenn die Bauteile mit einem automatischen Verfahren,
beispielsweise Wellenlöten,
gelötet
werden sollen. Eine solche Fixierung ist üblicherweise nach einem Bestücken der
Leiterplatte erforderlich bei ungleicher Masseverteilung der betreffenden
bedrahteten Bauteile und/oder bei solchen, die zum Kippen neigen
oder sonst bei denen, die ihre Position beim Transport zum Lötautomaten
in unerwünschter
Weise verändern.
So ist es beispielsweise bekannt, derartige bedrahtete Bauteile
auf der Leiterplatte fest zu kleben oder mittels mechanischer Vorrichtungen,
beispielsweise Haltebügel
oder Einrastvorrichtungen, auf der Leiterplatte zu fixieren. Solche
Vorrichtungen sind aufwendig und erfordern zum Teil Veränderungen
am Gehäuse
der betreffenden Bauteile. Eine andere bekannte Möglichkeit,
die gewünschten
bedrahteten Bauteile zu fixieren, besteht darin die Leiterplatte
mit den bestückten
bedrahteten Bauteilen in eine Art rahmen oder Kassette einzulegen
bzw. einzuspannen, der bzw. die an den Stellen, wo sich die zu haltenden
Bauteile befinden einzelne, meist federbelastete Halte- oder Andruckelemente
aufweisen, die gegen die Bauteile drücken und sie in der gewünschten
Position halten.
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Besondere Probleme einer Fixierung
ergeben sich für
einen Überkopf-Transport der Leiterplatte
mit den angesprochenen kritischen bedrahteten Bauteilen. Hier gilt
es, die Bauteile so zu fixieren, daß die Anschlußdrähte und
damit die Bauteile nicht aus den Durchgangsbohrungen der Leiterplatte
herausfallen. Andererseits ist es aber gerade besonders vorteilhaft
thermisch kritische Bauteile in Überkopf-Anordnung
in einem Reflowofen zu löten.
Bei dieser Überkopf-Anordnung
hängen
die thermisch kritischen Bauteile quasi unter der leiterplatte und sind
dadurch durch die leiterplatte selbst gegenüber einer meist von oben im
Reflowofen einstrahlenden Wärmequelle
abgeschirmt. Kleben der Bauteile zur ihrer Fixierung ist in diesem
fall zwar möglich
aber nicht immer unproblematisch und aufwendig, da eine Trocknungszeit
erforderlich ist.
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Alle bekannten, oben angegebenen
Methoden zur Fixierung von kritischen Bauteilen sind aufwendig,
häufig
kostenintensiv und daher unerwünscht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, die Fixierung von bedrahteten Bauteilen auf einer Leiterplatte
für einen Überkopf-Transport
auf einfache Weise und kostengünstig
zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung
gelöst
durch Leiterplatte mit wenigstens zwei Durchgangsbohrungen für Anschlußpins oder
Anschlußdrähte eines
bedrahteten Bauteils, wobei in einem Randbereich der Durchgangsbohrungen
jeweils eine Ausnehmung in einer Oberfläche der Leiterplatte vorgesehen
ist, in welchen Ausnehmungen umgebogene Enden der Anschlußpins oder
Anschlußdrähte platziert
werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Leiterplatte
weist die Ausnehmung eine Tiefe auf, die wenigstens einem Durchmesser
der Anschlußpins
entspricht.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Leiterplatte
ist die Ausnehmung nicht tiefer als eine halbe Dicke der Leiterplatte
im betreffenden Bereich.
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Bei anderen bevorzugten Ausführungsformen
der Leiterplatte nach der Erfindung sind die Ausnehmung und/oder
die Durchgangsbohrung metallisiert.
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In weiterer Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Leiterplatte
wird die Ausnehmung durch wenigstens eine Sacklochbohrung geschaffen.
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Bei noch einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
der Leiterplatte nach der Erfindung verläuft die Ausnehmung um die Durchgangsbohrung herum.
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Die oben angegebene Aufgabe wird
nach der Erfindung auch gelöst
durch ein Verfahren zur Fixierung von wenigstens einem bedrahteten
Bauteil auf der Leiterplatte mit folgenden Verfahrensschritten:
- a) in die Leiterplatte werden wenigstens zwei Durchgangsbohrungen
für Anschlußdrähte bzw. Anschlußpins des
bedrahteten Bauteils gebohrt;
- b) auf jener Seite der Leiterplatte, wo die Anschlußdrähte bzw.
Anschlußpins
des zu fixierenden Bauteils gelötet
werden sollen, wird im Randbereich jeder Durchgangsbohrung eine
Ausnehmung angebracht; c) die Anschlußdrähte bzw. Anschlußpins der
zu fixierenden bedrahteten Bauteile werden von einer Bestückungsseite
der Leiterplatte her durch die Durchgangsbohrungen gesteckt; und
- d) die Anschlußdrähte bzw.
Anschlußpins
werden endseitig derart umgebogen, daß sie bei einem Überkopf-Transport
von Leiterplatte und Bauteil in den Ausnehmungen versenkt angeordnet
sind und das Bauteil in seiner Position und Lage zur Leiterplatte
halten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
nach der Erfindung wird
- a) die Leiterplatte
zusammen mit dem fixierten Bauteil in einer Überkopf-Anordnung in eine Druckvorrichtung
gegeben, wo die Seite der Leiterplatte, wo die Ausnehmungen angeordnet
sind, mit Lotpaste bedruckt wird; und
- b) anschließend
wird die Leiterplatte in einem Reflow-Lötofen gelötet.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vor dem Löten
im Reflow-Lötofen
die Leiterplatte auf der mit Lotpaste bedruckten Seite mit SMD-Bauteilen bestückt.
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Der besondere Vorteil der Erfindung
ergibt sich daraus, daß sie
auf einfache Weise und ohne größeren Aufwand
die Fixierung von bedrahteten Bauteilen auf einer Leiterplatte ermöglicht,
indem die Anschlußpins
bzw. Anschlußdrähte endseitig
umgebogen werden und so bei einem Überkopf-Transport der bestückten leiterplatte
in Ausnehmungen eingehängt
sind. Da die umgebogenen Enden der Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte in den
Ausnehmungen quasi abtauchen können,
stehen sie nicht über Leiterplattenoberfläche vor.
Damit ist es möglich
die Leiterplattenoberfläche
mit den Ausnehmungen und gerade in diesem bereich in einer Siebdruckanlage mit
Lotpaste zu bedrucken, da keine hervorstehenden Enden der Anschlußdrähte bzw.
-Pins einen Rakel der Siebdruckanlage behindern.
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Darüber hinaus macht die Erfindung
andere mechanische Hilfsmittel wie Snap-In-Adapter oder Haltebügel zur
mechanischen Fixierung kritischer bedrahteter Bauteile überflüssig. Auch
Klebungen den Bauteile sind nicht erforderlich. Die Erfindung eignet sich
ganz besonders für
einen Überkopf-Transport der bestückten leiterplatte
und für
eine Überkopf-Lötung derart
fixierter thermisch kritischer Bauteile in einem Reflowofen, ohne
daß zusätzliche
Halterahmen oder -Kassetten oder bauteilbezogene zusätzliche mechanische
Haltevorrichtungen notwendig sind.
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Die Herstellung der jeweiligen erfindungsgemäßen Ausnehmung
im Randbereich einer Durchgangsbohrung ist auf einfache Weise, beispielsweise als
Sackloch, möglich
und kann von einem Leiterplatten-Hersteller übernommen werden. bei einer
bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, die Ausnehmung als Sacklochbohrung mit größerem Durchmesser über die
eigentliche Durchgangsbohrung zu legen, so daß beide konzentrisch angeordnet
sind.
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Die Erfindung eignet sich in besonderer
Weise auch zur Fixierung von Litzen oder Jumpern durch wechselseitiges
Umbiegen von freien Leiterenden in den Ausnehmungen. darüber hinaus
ist es denkbar, das Umbiegen der Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte im Rahmen
eines automatischen Bestückungsvorgangs
ebenfalls maschinell durchführen
zu lassen.
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Da auch die in den Ausnehmungen befindlichen
Enden der Anschlußdrähte bzw.
Anschlußpins verlötet werden,
wird durch die dafür
verwendete größere Lotmenge
eine mechanisch festere Verbindung des bedrahteten Bauteils erreicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend ausführlich beschrieben
und erläutert,
wobei auf bevorzugte Ausführungsbeispiele,
die in der beigefügten
Zeichnung dargestellt sind, verwiesen wird. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittdarstellung einer ersten Ausführungsform
einer leiterplatte nach der Erfindung;
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2 eine
schematische Draufsicht auf eine leiterplatte nach 1;
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3 eine
schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer leiterplatte
nach der Endung;
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4 eine
schematische Querschnittdarstellung der Leiterplatte nach 3;
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5 eine
schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer leiterplatte
nach der Erfindung; und
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6 eine
schematische Querschnittdarstellung der Leiterplatte nach 5.
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Der Einfachheit halber sind in der
Zeichnung gleiche Elemente oder Bauteile mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In 1 ist
eine beidseitig bestückte
und bereits gelötete
Leiterplatte 10 mit verschiedenen elektronischen Bauteilen.
Zur Veranschaulichung sind hier zwei unterschiedliche oberflächenmontierte
Bauteile 12 und 14 ("SMD-Bauteile)
und ein bedrahteten Bauteil 16 ("TNT-Bauteil) schematisch dargestellt. Aus
gründen
der Übersichtlichkeit
wurde hier auf die Darstellung weiterer Bauteile verzichtet, es
ist aber klar, daß üblicherweise
mehr Bauteile auf einer leiterplatte bestückt sind. Das dargestellte
bedrahtete Bauteil 16 weist zwei Anschlußdrähte 18 auf,
die vor dem Löten,
vorzugsweise ein Überkopf-Lötverfahren im
Reflow-Lötofen,
in Durchgangsbohrungen 20 der Leiterplatte 10 gesteckt
werden, wobei die freien Enden 22 der Anschlußdrähte 18 umgebogen
worden sind. Die Durchgangsbohrungen 20 können mit
einer Hülse
versehen sein, aber dies ist, wie später erklärt wird, nicht unbedingt erforderlich.
Es ist klar, daß die in 1 dargestellten wenigen
Bauteile nur beispiele sind. Üblicherweise
ist eine leiterplatte mit mehr SMD-Bauteilen bestückt. Bisher
wurde üblicherweise auch
die zahl der bedrahteten THT-Bauteile sehr kleine gehalten, da jedes
Bauteil eine gesonderte Lötung erforderte.
Mit der Erfindung ist es nun aber möglich, die bedrahteten Bauteile 16 zusammen
mit SMD-Bauteilen 12 in einem Reflow-Lötofen
zu löten, wie
weiter unten erklärt
wird.
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Neben jeder Durchgangsbohrung 20,
vorzugsweise in ihrem Randbereich ist in der Leiterplatte 10 eine
Ausnehmung 24 angebracht, die vorzugsweise als Sacklochbohrung
ausgeführt
ist. Eine Tiefe 26 der Sacklochbohrung, also der Ausnehmung 24,
richtete sich nach dem Durchmesser 28 Anschlußdrähte 18 und
der Gesamtdicke 30 der Leiterplatte 10. Die Tiefe 26 der
Ausnehmung 24 ist vorzugsweise so gewählt, daß nicht größer ist als die halbe Gesamtdicke 30 der
Leiterplatte 10, sie sollte aber wenigstens gleich dem
Durchmesser 28 der Anschlußdrähte 18 sein, so daß die letzteren
vorzugsweise vollständig
in den Ausnehmungen 24 aufgenommen werden und nicht über die
Leiterplatte 10 hinausstehen.
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Infolge der umgebogenen freien Enden 22 der
Anschlußdrähte 18 hängt das
bedrahtete Bauteil 16 in den Ausnehmungen 24 neben
den Durchgangsbohrungen 20, wenn die leiterplatte 10 und
das bedrahtete Bauteil 16 in die in 1 dargestellte Überkopfposition bewegt wird.
Wenn, wie oben beschrieben, die umgebogenen freien Enden 22 der Anschlußdrähte 18 nicht über die
Oberfläche
der leiterplatte 10 hinausstehen, kann die derart bestückte Leiterplatte 10 zusammen
mit dem bedrahteten THT-Bauteil 16 mit Lotpaste bedruckt
werden, beispielsweise in einer geeigneten Siebdruckanlage, ohne
daß die
freien Enden 22 der Anschlußdrähte 18 einen Rakel
der Siebdruckanlage behindern. In der in 1 veranschaulichten Überkopfanordnung In einem Arbeitsgang
kann daher die Lotpaste für
die Durchgangsbohrungen 20 und die Ausnehmungen 24 und
für die
anderen auf dieser Seite der leiterplatte 10 zu platzierenden
SMD-Bauteile 12. Es ist keine Sonderlötung für das bzw. die THT-Bauteile 16 erforderlich.
Nachdem die Lotpaste an den für
die Bestückung
der SMD-Bauteile 12 vorgesehenen Stellen aufgebracht und
die SMD-Bauteile dort aufgesetzt worden sind, wird die bestückte Leiterplatte 10 mit den,
wie in 1 veranschaulichten,
obenauf angeordneten SMD-Bauteilen 12 und den in der Überkopfposition
befindlichen bedrahteten Bauteilen 16 in einen Reflow-Lötofen gegeben
und dort gelötete.
Die leiterplatte 10 schützt
dabei selbst thermisch kritische bedrahtete Bauteile 16 vor
der üblicherweise
von oben auf die Leiterplatte und die Lotpaste für die SMD-Bauteile 12 einwirkenden
Wärmestrahlung.
Die verlötete
Leiterplatte 10 mit SMD-Bauteilen 12 und 14 und
dem bedrahteten THT-Bauteil 16 ist in 1 schematisch dargestellt.
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2 veranschaulicht
schematisch eine Draufsicht auf die leiterplatte 10 im
bereich zweier bedrahteter THT-Bauteile 16 und 16', die in der
hier gewählten
Darstellung unterhalb der Leiterplatte 10 liegen und daher
gestrichelt dargestellt sind. Deutlich dargestellt sind Ausnehmungen 24 und 24' im Randbereich
der Durchgangsbohrungen 20 und 20' gezeigt. Diese Ausnehmungen 24 und 24' sind vorzugsweise
wie die in 1 dargestellten
Ausnehmungen 24 durch Sacklochbohrungen hergestellt. Die
freien Enden 22 und 22' der Anschlußdrähte 18 und 18' sind so umgebogen,
daß sie
in den Ausnehmungen 24 und 24' zu liegen kommen und nicht darüber hinausragen.
Es ist klar, daß in
besonderen Fällen,
wo aus Gründen
der Zweckmäßigkeit
auf weiteres Kürzen
von freien Enden 22 und 22' der Anschlußdrähte 18 und 18' verzichtet
werden soll, die Ausnehmungen auch als längliches Sackloch ausgeführt werden können, um
die entsprechend längeren
freien Enden 22 und 22' der Anschlußdrähte 18 und 18' aufnehmen zu
können.
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Eine andere Variante der Anordnung
von Ausnehmungen zur Aufnahme der freien Enden der Anschlußdrähte veranschaulicht 3. Falls die Anordnungsdichte
von Bauteilen auf der Leiterplatte 10 es zuläßt, können die Ausnehmungen 24 nicht
nur auf einer Seite der Durchgangsbohrungen 20 sondern
alternativ oder auch zusätzlich
zu einer anderen Seite der Durchgangsbohrungen 20 hin angeordnet werden.
Diese Anordnung ist in 3 durch
gestrichelt dargestellte Ausnehmungen 24'' veranschaulicht.
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4 zeigt
eine schematische Querschnittdarstellung eines Ausschnitts der Leiterplatte 10 nach 3 für den bereich eines bedrahteten
Bauteils 16 in vergrößerten maßstab. Diese
Darstellung verdeutlicht in welch besondere Weise die Erfindung die
Qualität
der Lötung
verbessert. Dadurch daß die Lotpaste
vor dem Lötvorgang
oben auf die Ausnehmungen 24 bzw. 24'' und die Durchgangsbohrungen 20 aufgebracht
wird, fließt
das Lot 32 im Reflow-Ofen während des
bereits beschriebenen Überkopf-Lötvorgangs
in die Ausnehmungen 24 bzw. 24' und in die Durchgangsbohrungen 20 hinein
und benetzt die Anschlußdrähte 18 und
insbesondere deren freien Enden 22. Die effektiv vom Lot 32 benetzte
Länge der
Anschlußdrähte 18 ist
größer als
bei der herkömmlichen
Lötung,
die Lötung
selbst ist damit sicherer.
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Eine besonders einfach herzustellende
Anordnung von Durchgangsbohrungen und Ausnehmungen ist in 5 als schematische Draufsicht
auf eine weitere Ausführungsform
einer leiterplatte 10 nach der Erfindung dargestellt. Aus
Gründen
der Vereinfachung ist hier nur einen einzelne Durchgangsbohrung 20 und
eine Ausnehmung 24 veranschaulicht, die vorzugsweise als
Sackloch über
die Durchgangsbohrung 20 gebohrt wird. Die Ausnehmung 24 kann
aber auch, wie bei den oben bereits beschriebenen Formen auch, um
die Durchgangsbohrung 20 herum gefräst werden.
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6 zeigt
eine schematische Querschnittdarstellung der Leiterplatte 10 nach 5 in vergrößertem Maßstab. es
hat sich in der Praxis gezeigt, es besonders vorteilhaft ist, die
Durchgangsbohrungen und die Ausnehmungen zu metallisieren. Für die Durchgangsbohrung 20 ergibt
sich damit der bekannte vorteilhafte Effekt auf die Qualität der Lötung, der sich
bei üblichen Durchgangsbohrungen
mit einer metallenen Hülse
zeigt. Durch die erfindungsgemäße Metallisierung
der Durchgangsbohrung 20 und der Ausnehmung 24 wird
der positive Effekt damit auch auf die Ausnehmung ausgedehnt. Die
durch die Metallisierung gebildete metallische Um- bzw. Auskleidung
der Durchgangsbohrung 20 und der Ausnehmung 24 ist
in 6 mit "34" bezeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Fixieren eines
bedrahteten Bauteils 16 auf einer Leiterplatte 10 und
das anschließende
Löten wird
nachfolgend noch einmal zusammenfassend beschrieben: Nachdem in
die Leiterplatte 10 wenigstens zwei Durchgangsbohrungen 20 für Anschlußdrähte 18 des bedrahteten
Bauteils 16 gebohrt worden sind, wird auf jener Seite der
Leiterplatte 10, wo die Anschlußdrähte 18 des zu fixierenden
bedrahteten Bauteils 16 gelötet werden sollen, im Randbereich
jeder Durchgangsbohrung 20 eine Ausnehmung 24 angebracht. Dann
werden vorzugsweise die Durchgangsbohrungen 20 und die
Ausnehmungen 24 metallisiert werden, bevor das bedrahtete
Bauteil 16 bestückt
wird. Wenn die Anschlußdrähte 18 des
zu fixierenden bedrahteten Bauteils 16 von einer Bestückungsseite der
Leiterplatte 10 her durch die Durchgangsbohrungen 20 gesteckt
worden sind, werden die freien Enden 22 der Anschlußdrähte 18 endseitig
derart umgebogen, daß sie
bei einem Überkopf-Transport
von Leiterplatte 10 und Bauteil 16 in den Ausnehmungen 24 versenkt
angeordnet sind und das Bauteil 16 in seiner Position und
Lage zur Leiterplatte 10 halten.
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Dann wird die Leiterplatte 10 zusammen
mit dem fixierten bedrahteten Bauteil 16 in der Überkopf-Anordnung
in eine Druckvorrichtung gegeben, wo die Seite der Leiterplatte 10,
wo die Ausnehmungen angeordnet sind, mit Lotpaste bedruckt wird.
Da üblicherweise
nicht nur ein sondern mehrere bedrahtete Bauteile 16 zusammen
mit SMD-Bauteilen 12 gelötet werden, wird sinnvollerweise
bei dem gerade beschriebenen Arbeitgang auch die für die SMD-Bauteile 12 erforderliche
Lotpaste aufgetragen. Nachdem Einsetzen der SMD-Bauteile 12 in
die Lotpaste wird die bestückte
leiterplatte 10 in der Überkopf-Anordnung
in einem Reflow-Lötofen
gelötet.