DE19909643A1 - Mounting SMD components on circuit board, e.g. for acceleration sensor used in passenger protection system by using SMD contact surface and contact zone of different areas - Google Patents
Mounting SMD components on circuit board, e.g. for acceleration sensor used in passenger protection system by using SMD contact surface and contact zone of different areasInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte mit oberflächenmontierbaren elektronischen Bauelementen, sogenannten SMDs (Surface Mounted Devices).The invention relates to a method for populating a printed circuit board surface-mountable electronic components, so-called SMDs (Surface Mounted Devices).
Nachteilig ist bei dieser in der Praxis bekannten Oberflächenmontage, daß die Bauelemente mit den Auflageflächen ihrer SMD-Kontakte recht exakt auf den Kontaktzonen der Leiterplatte ausgerichtet werden mußten, ohne daß dafür besondere mechanische Positionierhilfen existieren, wie sie durch die Öffnungen bei der Durchsteckmontage gegeben sind. Zum Teil muß daher eine manuelle Bestückung durchgeführt werden.The disadvantage of this surface mounting known in practice is that the components with the contact surfaces of their SMD contacts quite exactly the contact zones of the circuit board had to be aligned without there are special mechanical positioning aids for this, such as those provided by the There are openings in the push-through assembly. In part, therefore manual assembly can be carried out.
Leichtere Positionierungsungenauigkeiten können und sollen auch nicht sofort zum Verlust des elektrischen Kontakts führen, können daher aber auch nicht durch einfache elektrische Funktionsprobe erkannt werden. Daher ist oft eine optische Kontrolle der montierten Leiterplatte erforder lich.Minor positioning inaccuracies cannot and should not lead to immediate loss of electrical contact, but can therefore also not be recognized by simple electrical function tests. Therefore, an optical inspection of the assembled circuit board is often required Lich.
Von besonderer Bedeutung ist die Positionierungsgenauigkeit für richtungs sensible Bauelemente, insbesondere Beschleunigungssensoren in Kraftfahr zeugen, da deren Hauptempfindlichkeitsachse sehr exakt ausgerichtet sein muß, um optimale Meßergebnisse liefern zu können.The positioning accuracy for direction is of particular importance sensitive components, especially acceleration sensors in motor vehicles testify because their main sensitivity axis are very precisely aligned must, in order to be able to deliver optimal measurement results.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestücken einer Leiter platte mit oberflächenmontierbaren elektronischen Bauelementen vorzu stellen, mittels dem kleinere Positionierungsungenauigkeiten automatisch ausgeglichen werden können.The object of the invention is a method for equipping a ladder plate with surface-mountable electronic components by means of which smaller positioning inaccuracies automatically can be compensated.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. This object is achieved through the characteristic features of the patent claim 1 solved. Advantageous developments of the invention are the See subclaims.
Kerngedanke der Erfindung ist, eine Auflagefläche von wenigstens einem SMD-Kontakt und der zugeordneten Kontaktzone flächenmäßig relativ zu einander unterschiedlich groß auszugestalten, so daß beim SMD-Lötvorgang aufgrund der Oberflächenspannung des Lotmediums der SMD-Kontakt auf dem aufschmelzenden Lotmittel aufschwimmt und dabei jeweils eine zu einander weitgehend mittige Ausrichtung der Auflagefläche des SMD- Kontaktes zu der Kontaktzone der leiterplatte erreicht wird.The main idea of the invention is a support surface of at least one SMD contact and the assigned contact zone in terms of area relative to design each other differently, so that the SMD soldering process the SMD contact due to the surface tension of the solder medium the melting solder floats and thereby one each largely central alignment of the contact surface of the SMD Contact to the contact zone of the circuit board is reached.
Vorzugsweise sind die Kontaktzonen der Leiterplatte flächengrößer als die zugeordneten Auflageflächen der SMD-Kontakte ausgestaltet.The contact zones of the printed circuit board are preferably larger in area than that assigned contact surfaces of the SMD contacts.
Besonders bevorzugt ist, am Bauelement in seiner längsten Ausdehnung jeweils seitlich außen ein SMD-Kontakt zu verwenden oder zusätzlich vor zusehen, deren Auflagefläche mit der zugeordneten Kontaktzone auf der Leiterplatte eine relativ zu diesen abweichende Flächengröße aufweist. Außerdem können diejenigen Auflageflächen und zugeordneten Kontakt zonen, die zur Ausrichtung unterschiedlich groß ausgestaltet werden, mit einem ersten Lotmittel versehen werden, welches gegenüber einem zweiten Lotmittel eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist, wobei das zweite Lotmedium für die übrigen Auflageflächen und zugeordneten Kontaktzonen verwendet wird.It is particularly preferred on the component in its longest dimension to use an SMD contact on the outside or in front watch whose contact surface with the assigned contact zone on the Printed circuit board has a different surface area relative to these. In addition, those contact surfaces and associated contact zones with different sizes for alignment with be provided with a first solder, which is opposite a second solder has a lower melting temperature, the second solder medium for the remaining contact surfaces and assigned Contact zones is used.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments and Figures explained in more detail.
Fig. 1 Beschleunigungssensor als SMD-Bauelement mit in der längsten Ausdehnung außen seitlich angeordneten zusätzlichen SMD-Kontakten zur Positionierung, Fig. 1 acceleration sensor as an SMD component with the outside laterally arranged in the longest dimension additional SMD contacts for positioning,
Fig. 2 Seitenansicht des SMD-Bauelements aus Fig. 1, Fig. 2 side view of the marking device of Fig. 1,
Fig. 3 Leiterplatte mit vorbereiteten Kontaktzonen für das SMD- Bauelement aus Fig. 1, Fig. 3 printed circuit board having contact areas prepared for the SMT component of Fig. 1,
Fig. 4 Detailansicht des SMD-Kontaktes und der Kontaktzone der . Leiterplatte, die zur Ausrichtung beim Lotvorgang unterschiedlich groß ausgestaltet sind, Fig. 4 Detail view of the SMD contact and the contact zone of the. Printed circuit boards that are designed differently for alignment during the soldering process,
Fig. 5 Ansicht auf die Auflagefläche des SMD-Kontaktes, Fig. 5 view of the bearing surface of the SMD contact,
Fig. 6 Draufsicht auf den SMD-Kontakt montiert auf der Kontaktzone der Leiterplatte, Fig. 6 top view of the SMD contact mounted on the contact zone of the printed circuit board,
Fig. 7 Skizzierung einer ungenauen Montage eines SMD-Bauelements anhand der Auflageflächen der SMD-Kontakte und der Kontaktzonen der Leiterplatte vor dem Lötvorgang, Fig. 7 sketching an inaccurate mounting an SMD component by means of the bearing surfaces of the SMD-contacts and the contact zones of the printed circuit board prior to soldering,
Fig. 8 Skizzierung gemäß Fig. 7 nach dem Lötvorgang mit ausgerichtetem SMD-Bauelement, Fig. 8 sketch of FIG. 7 after the soldering process with aligned SMD component,
Fig. 9 Schema des Aufschwimmens und der Ausrichtung der Auflagefläche zur Kontaktzone auf dem flüssigen Lotmittel. Fig. 9 Scheme of the floating and the alignment of the contact surface to the contact zone on the liquid solder.
Die Fig. 1 zeigt ein SMD-Bauelement 1, hier in diesem Ausführungsbeispiel ein SMD-montierbarer Beschleunigungssensor, der auf einer Leiterplatte 2 gemäß Fig. 3 montiert werden soll. Das SMD-Bauelement 1 weist eine Reihe von klassischen SMD-Kontakten 3 zur elektrischen Anbindung des SMD-Bau elements an die Leiterplatte 2 auf, die dazu mit entsprechenden Kontakt zonen 4 versehen ist, die nicht näher dargestellt über Leitbahnen mit anderen Bauelementen verbunden sind. Diejenigen Auflageflächen 5.0 und zugeordneten Kontaktzonen 6, die zur Ausrichtung unterschiedlich groß ausgestaltet werden, sind mit einem ersten Lotmittel versehen, weiches gegenüber einem zweiten Lotmittel eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist, wobei das zweite Lotmedium für die übrigen Auflageflächen 3 und zugeordneten Kontaktzonen 4 verwendet wird. Fig. 1 shows an SMD-component 1, here in this embodiment, an SMD-mountable acceleration sensor on a circuit board 2 as shown in FIG. 3 mounted to be. The SMD component 1 has a number of classic SMD contacts 3 for the electrical connection of the SMD component to the circuit board 2 , which is provided with corresponding contact zones 4 , which are not shown via interconnects with other components. Those contact surfaces 5.0 and associated contact zones 6 , which are designed differently for alignment, are provided with a first solder which has a lower melting temperature than a second solder, the second solder medium being used for the remaining contact surfaces 3 and associated contact zones 4 .
In diesem Ausführungsbeispiel sind zusätzlich seitlich außen an der längsten Ausdehnung x des SMD-Bauelements 1 zusätzliche SMD-Kontakte 5 und auf der Leiterplatte entsprechende zusätzliche Kontaktzonen 6 zur Positions ausrichtung beim Lötvorgang vorgesehen. Selbstverständlich können diese zusätzlichen SMD-Kontakte auch eine elektrische Funktion aufweisen oder aber grundsätzlich auch die äußersten der bereits für die elektrische Anbindung erforderlichen SMD-Kontakte 3.x durch entsprechende Ausge staltung der Größe der Auflagefläche relativ zu deren Kontaktzonen zur Ausrichtung genutzt werden.In this embodiment, additional SMD contacts 5 and corresponding additional contact zones 6 for position alignment during the soldering process are additionally provided laterally on the longest dimension x of the SMD component 1 . Of course, these additional SMD contacts can also have an electrical function or, in principle, the outermost ones of the SMD contacts 3 .x already required for the electrical connection can be used for alignment by appropriately designing the size of the contact surface relative to its contact zones.
Durch die wahl möglichst weit entfernter SMD-Kontakte wird eine relativ große Genauigkeit möglich, weil deren Abweichung jeweils am größten ist. Aus diesem Grund werden die an der gegenüber der Ausdehnung y längsten Ausdehnung x (x < y) des SMD-Bauelements 1 die zusätzlichen SMD-Kontakte 5 angeordnet.By choosing SMD contacts that are as far away as possible, a relatively high level of accuracy is possible because their deviation is the greatest in each case. For this reason, the additional SMD contacts 5 are arranged on the longest dimension x (x <y) of the SMD component 1 compared to the dimension y.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen nun Details der Auflagefläche 5.0 des SMD- Kontaktes 5 und der Kontaktzone 6 der Leiterplatte 2. So zeigt Fig. 4 eine Seitenansicht, in der die Auflagefläche 5.0 des SMD-Kontaktes 5 ausgerichtet mittels des Lotmittels 7 auf der Kontaktzone 6 zu sehen ist. Fig. 5 zeigt eine Ansicht auf die Auflagefläche 5.0 des SMD-Kontaktes 5 von unten von der Leiterplatte 2 aus. Fig. 6 zeigt abschließend eine Draufsicht auf den SMD-Kontakt 5 angeordnet auf der Kontaktzone 6 der Leiterplatte 2, wobei an drei Seiten ein Rand des Lotmittels 7 erkennbar ist, währenddessen dieser an der vierten Seite vom senkrechten Abschnitt des SMD-Kontaktes 5 verdeckt wird. Deutlich erkennbar ist, daß die Kontaktzone 6 der Leiterplatte 2 symmetrisch größer ist als die Auflagefläche 5.0 des SMD- Kontaktes 5. FIGS. 4, 5 and 6 now show details of the support surface 5.0 of the SMD contact 5 and the contact zone 6 of the circuit board 2. Thus, FIG. 4 shows a side view in which the bearing surface is aligned with 5.0 of the SMD contact 5 can be seen by means of the brazing material 7 on the contact zone 6. Fig. 5 shows a view onto the support surface 5.0 of the SMD contact 5 from the bottom of the circuit board 2 out. Fig. 6 finally shows a plan view of the SMD contact 5 is arranged on the contact zone 6 of the PCB 2, wherein on three sides an edge of the brazing material 7 is visible, this while on the fourth side by the vertical portion of the SMD contact 5 concealed is . It can be clearly seen that the contact zone 6 of the printed circuit board 2 is symmetrically larger than the contact surface 5.0 of the SMD contact 5 .
Die Fig. 7 und 8 zeigen skizzenhaft und zur Verdeutlichung daher nicht maßstäblich die Ausrichtung des SMD-Bauelements anhand einer ungenauen Montage eines SMD-Bauelements vor dem Lötvorgang in Fig. 7 und nachfolgend in Fig. 8 des ausgerichteten SMD-Bauelements, wobei jeweils nur die Auflageflächen 5.0 der SMD-Kontakte 5 und die Kontaktzonen 6 der Leiterplatte 2, zusätzlich jedoch jeweils die Soll- und Istausrichtung der Hauptempfindlichkeitsachse (asoll, aist) gezeigt werden. Skizzenhaft übertrieben in Fig. 7 dargestellt, ist eine Winkelabweichung α und eine Verschiebung z der Istausrichtung der Hauptempfindlichkeitsachse aist gegenüber der Sollausrichtung asoll erkennbar, die nach dem Lötvorgang ausgeglichen ist, wie in Fig. 8 skizziert ist. FIGS. 7 and 8 show in outline and showing therefore not to scale, the alignment of the SMD component based on an inaccurate mounting an SMD component before the soldering process in Fig. 7 and hereinafter referred to in Fig. 8 of the aligned SMD component, in each case only the contact surfaces 5.0 of the SMD contacts 5 and the contact zones 6 of the printed circuit board 2 , but additionally the target and actual orientation of the main sensitivity axis (asoll, aist) are shown. Exaggerated in sketch form in FIG. 7, an angular deviation α and a displacement z of the actual orientation of the main sensitivity axis aist with respect to the target orientation asoll, which is compensated for after the soldering process, can be seen, as is sketched in FIG. 8.
Selbstverständlich ist der real erzielbare Ausrichtungsbetrag von einer Viel zahl von Einflußgrößen abhängig und nicht exakt angebbar. So wirkt sich neben dem Größenverhältnis die Materialienauswahl und Oberflächen beschaffenheit bei Auflageflächen 5.0, Kontaktzonen 6 und Lotmittel 7 aus dieses Ergebnis aus. Ein Fachmann kann anhand des vorgestellten Verfahrens die für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Auswahl jedoch ohne weiteres durch einfache Versuche ermitteln.Of course, the realizable targeting amount depends on a large number of influencing factors and cannot be specified exactly. In addition to the size ratio, the choice of materials and surface quality for contact surfaces 5.0 , contact zones 6 and solder 7 also have an impact on this result. Using the method presented, a person skilled in the art can easily determine the selection suitable for the respective application by simple experiments.
Fig. 9 zeigt schematisch das Aufschwimmen und die Ausrichtung der Auflagefläche 5.0 zur Kontaktzone 6 auf dem flüssigen Lotmittel 7, welches im flüssigen Zustand insbesondere aufgrund der Oberflächenspannung einen sogenannten lötminiskus ausbildet und die Ausrichtung bewirkt. Fig. 9 schematically illustrates the floating and the orientation of the support surface 5.0 to the contact zone 6 on the liquid solder 7, which forms a so-called lötminiskus in the liquid state, in particular due to the surface tension and causes the alignment.
Claims (9)
- a) die Auflagefläche (5.0) von wenigstens einem SMD-Kontakt (5) und der zugeordneten Kontaktzone (6) flächenmäßig relativ zueinander unter schiedlich groß ausgestaltet werden, und
- b) beim SMD-Lötvorgang der/die SMD-Kontakt(e) (5) auf dem aufschmelzenden Lotmittel (7) aufschwimmt/(en) und dabei jeweils eine zueinander weitgehend mittige Ausrichtung der Auflageflächen) (5.0) des/der SMD-Kontakte(s) (5) zu der/den Kontaktzone(n) (6) der Leiter platte (2) erreicht wird
- a) the contact surface ( 5.0 ) of at least one SMD contact ( 5 ) and the associated contact zone ( 6 ) are designed differently in terms of area relative to one another, and
- b) during the SMD soldering process, the SMD contact (s) ( 5 ) floats on the melting solder ( 7 ) and thereby a largely central alignment of the contact surfaces) ( 5.0 ) of the SMD contacts (s) ( 5 ) to the / the contact zone (s) ( 6 ) of the circuit board ( 2 ) is reached
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