DE3439047A1 - Method for fitting a circuit arrangement with electronic components - Google Patents
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Abstract
Description
Beschreibung: Description:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestückung einer im wesentlichen flächenhaften Schaltungsanordnung mit elektronischen Bauteilen wie integrierten Schaltungen, Transistoren, Kondensatoren, Dioden, Widerständen od.dgl., deren Anschlußbeinchen auf Anschlußbereiche der Bestückungsseite der Schaltungsanordnung aufgelegt und mit diesen unverlierbar sowie elektrisch leitend verbunden werden. The invention relates to a method for equipping a essentially planar circuit arrangement with electronic components such as integrated circuits, transistors, capacitors, diodes, resistors or the like., their connection pins on connection areas on the component side of the circuit arrangement are placed and connected to these captive and electrically conductive.
Nach einer alten aber noch gängigen Technologie werden sogenannte "gedruckte Schaltungen", also fotomechanisch im Kupfer-Ätzverfahren hergestellte Leiterplatten, dergestalt mit elektronischen Bauteilen versehen, daß im Bereich der als Lötstifte ausgebildeten Bauteilbeinchen die gedruckte Schaltungsplatte mit Bohrlöchern versehen wird, durch die die Bauteilbeinchen von der Bestückungsseite zur Lötseite der Schaltungsplatte greifen und dort angelötet werden, wobei die Lötzonen sowohl die elektrisch leitende als auch die mechanische Verbindung der Bauteile mit der Schaltungsanordnung (Leiterplatte) bewerkstelligen. According to an old but still common technology, so-called "Printed circuits", that is, produced photomechanically using the copper etching process Printed circuit boards so provided with electronic components that in the field the component legs, which are designed as solder pins, join the printed circuit board Drilled holes is provided through which the component legs from the component side grab the soldering side of the circuit board and be soldered there, the soldering zones both the electrically conductive and the mechanical connection of the components accomplish with the circuit arrangement (circuit board).
In jüngerer Zeit sind stärker miniaturisierte Schaltungsanordnungen z.B. in Form sogenannter "Hybridschaltungen" bekanntgeworden. Eine solche Schaltung ist auf ein Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumoxyd, aufgebracht. Die gegenüber herkömmlichen elektronischen Bauteilen deutlich kleineren integrierten Schaltungen, Transistoren, Keramikkondensatoren, Dioden od.dgl. sind dabei als sogenannte "SMD (Surface Mounted Devices)-Bauelemente" aufgebracht. Diese SMD-Bauelemente weisen zwar auch Lötfüßchen auf, doch sind diese so dünn und stehen so dicht beieinander, daß sie nicht mehr durch Bohrungen der Leiterplatte hindurchgesteckt, sondern auf der Bestückungsseite der Schaltungsplatte aufliegend befestigt werden. Dies geschieht in der Praxis so, daß die Körper der Bauelemente zur Herstellung eines mechanischen Verbundes an dem bestimmungsgemäßen Ort der Schaltungsanordnung aufgeklebt werden. Die elektrische Verbindung wird nach wie vor in einem Lötvorgang, in der Regel mit Tauch- oder Schwalllötung, vollzogen. More recently, circuit arrangements have been miniaturized to a greater extent e.g. in the form of so-called "hybrid circuits". Such a circuit is applied to a ceramic substrate such as aluminum oxide. The opposite conventional electronic components significantly smaller integrated circuits, Transistors, ceramic capacitors, diodes or the like. are called "SMD (Surface Mounted Devices) components ". These SMD components also have Soldering feet, but they are so thin and so close together that they no longer pushed through holes in the circuit board, but on the component side attached to the circuit board. In practice, this is how that the body of the components to produce a mechanical composite on the intended location of the circuit arrangement. The electric The connection is still made in a soldering process, usually with dip or wave soldering, completed.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur BestUckung einer Schaltungsanordnung mit elektronischen Bauteilen in Vorschlag zu bringen, bei dem eine Verlötung der stromführenden Teile der Schaltungsanordnung mit denen der Bauelemente nicht mehr erforderlich ist. The present invention is based on the object of a method for equipping a circuit arrangement with electronic components in proposal to bring, in which a soldering of the current-carrying parts of the circuit arrangement with which the components are no longer required.
Ziel der Erfindung ist es im wesentlichen, den Lötvorgang und auch das Lötmittel einzusparen und gleichzeitig die negative Auswirkung des Lötflußmittels und der hohen Löttemperaturen (bis über 2000 C auf die Bauteile zu vermeiden. The aim of the invention is essentially the soldering process and also to save the solder and at the same time the negative effect of the soldering flux and the high soldering temperatures (up to over 2000 C on the components to be avoided.
Besondere Bedeutung besitzt das dieser Anmeldung zugrundegelegte Problem, wenn es darum geht, die von der Anmelderin entwickelten, weitestgehend oder gar ausschließlich im Siebdruckverfahren erzeugten, flexiblen oder starren, auf Folien oder Plattenmaterialien als Substrate aufbauende Schaltungsanordnungen mit elektronischen Bauteilen zu versehen. An solchen Schaltungsanordnungen lassen sich Bauteile schwer oder überhaupt nicht anlöten, da einerseits beim Lötvorgang hohe Temperaturen beherrscht werden müssen und flexible Schaltungsfolien in mechanischer Hinsicht anders gehandhabt werden müssen als starre Schaltungsplatten.The problem on which this application is based is of particular importance, when it comes to the developed by the applicant, as far as possible or even Flexible or rigid, produced exclusively by screen printing, on foils or circuit arrangements with electronic To provide components. It is difficult to attach components to such circuit arrangements or do not solder on at all, because on the one hand it can handle high temperatures during the soldering process must be handled and flexible circuit foils mechanically different must be called rigid circuit boards.
Die aufgezeigten Probleme können - und darin besteht die Lösung der der Erfindung zugrundegelegten Aufgabe - im wesentlichen und in erster Linie dadurch beherrscht werden, daß auf die Anschlußbereiche der bis auf die Bauteilbestückung fertigen Schaltungsanordnung mittels Siebdruck eine leitfähige Substanz aufgedruckt wird, daß die Bauteile mit ihren Anschlußbeinchen in die noch feuchte oder klebrige Substanz gesetzt werden und letztere, ggf. unter Einwirkung erhöhter Temperatur (ca. 1200 C) oder mittels Strahlungshärtung (UV-Licht), einer Aushärtung unterzogen wird. The problems identified can - and therein lies the solution to the the object on which the invention is based - essentially and primarily thereby be mastered that on the connection areas of the except for the component assembly A conductive substance is printed on the finished circuit arrangement by means of screen printing that the components with their connection pins in the still damp or sticky Substance are set and the latter, possibly under the action of increased temperature (approx. 1200 C) or by means of radiation curing (UV light), subjected to curing will.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich zunächst dadurch vorteilhaft aus, daß auf das Anlöten der Bauelemente verzichtet werden kann und daß demzufolge alle dazu bislang notwendigen Apparaturen nicht mehr benötigt werden. Der Siebdruck auftrag der leitfähigen Substanz ist ein einfach vorzubereitender und sehr rasch auszufUhrender Verfahrensschritt. The method according to the invention is initially advantageous from that the soldering of the components can be dispensed with and that accordingly all of the equipment previously required for this is no longer required. The screen printing Application of the conductive substance is easy to prepare and very quick Process step to be carried out.
Beim BestUcken der Schaltung mit Bauteilen brauchen diese selbst, d.h. deren Körper, nicht mehr - wie etwa bei den bekannten Hybridschaltungen - mit einem Klebstoff versehen zu werden, da die Anhaftung der Bauteilbeinchen unmittelbar an den elektrischen Anschlußbereichen der Schaltungsanordnung erfolgt. Sämtliche bislang erforderlichen Verfahrensschritte werden erfindungsgemäß durch das Aufdrucken der leitfähigen Substanz auf die Schaltungsanordnung und das Aufsetzen der Bauteile auf die diesbezüglich ausgerUsteten Anschlußbereiche ersetzt. Die anschließende Aushärtung, die unter Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur oder Strahlungshärtung -die in jedem Falle weit unter den üblichen Löttemperaturen liegt - erfolgen kann, ist ein sehr einfacher abschließender Verfahrensschritt.When equipping the circuit with components, these themselves need i.e. their body, no longer - as is the case with the known hybrid circuits - with to be provided with an adhesive, since the adhesion of the component pins directly takes place at the electrical connection areas of the circuit arrangement. All Process steps previously required are, according to the invention, by means of printing the conductive substance on the circuit arrangement and the placement of the Components to the connection areas equipped for this purpose. The subsequent Curing that occurs below room temperature or elevated temperature or radiation curing -which is in any case far below the usual soldering temperatures - can take place, is a very simple final step in the process.
Als die Bauteilbeinchen an der Schaltungsanordnung fixierende Substanz kann ein leitfähiger Klebstoff verwendet werden. Dies kann z.B. ein Zweikomponenten-Kleber sein, dessen einer und/oder anderen Komponente fein verteilte, elektrisch leitende Partikelchen zugesetzt sind. Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Substanz Leitsilber, eine druckfähige Graphitzubereitung oder eine Mischung dieser Stoffe verwendet wird. As a substance that fixes the component pins to the circuit arrangement a conductive adhesive can be used. This can be a two-component adhesive, for example its one and / or the other component finely distributed, electrically conductive Particles are added. It is particularly advantageous if the substance used is conductive silver, a printable graphite preparation or a mixture of these substances is used.
Derartige Stoffe eignen sich in besonders günstiger Weise für einen Siebdruckauftrag. Die von der Anmelderin konzipierten elektronischen Schaltungsanordnungen weisen Leiterzüge aus im Siebdruck auf ein Substrat wie Kunststoffolie aufgedrucktem Leitsilber auf. Verwendet man als Verbindungssubstanz für die elektronischen Bauteile ebenfalls Leitsilber, ergibt sich eine mechanisch wie auch elektrisch besonders günstige Verbindung zu dem zuvor aufgedruckten Leitsilber.Such substances are particularly suitable for one Screen printing. The electronic circuit arrangements designed by the applicant have conductor tracks printed onto a substrate such as plastic film by screen printing Conductive silver on. It is used as a connecting substance for the electronic components also conductive silver, results in a mechanically as well as electrically special favorable connection to the conductive silver previously printed on.
Für den Fall, daß die mit den elektronischen Bauteilen bestückte Schaltungsanordnung besonderen, insbesondere mechanischen und/oder klimatischen, Beanspruchungen ausgesetzt sein sollte, ist es nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn dle mit den Bauteilen bestückte Schaltungsanordnung mit einem zumindest Teile der Bestückungsseite und die Bauteile Uterziehenden Schutzfilm mechanisch fixiert wird. Diese Fixierung kann vorzugsweise im Sprüh- oder Tauchverfahren vorgenommen werden. Als Schutzfilm kann man einen Überzugslack mit den variablen, gegen Umwelteinflüsse möglichen Eigenschaften wie z.B. Seewasserfestigkeit oder Klimabeständigkeit verwenden, der die erforderliche Festigkeit besitzt und auch eine Reparaturfreundlichkeit mitbringt, dergestalt, daß später einzelne Bauteile ausgewechselt werden können. Ein solcher Überzugslack könnte beispielsweise ein Zweikomponenten-Polyurethan-SprUh- oder -Tauchfilm sein. In the event that the equipped with the electronic components Circuit arrangement special, in particular mechanical and / or climatic, Should be exposed to stresses, it is according to a further feature of the invention particularly advantageous if the circuit arrangement equipped with the components with a protective film that protects at least parts of the component side and the components mechanically is fixed. This fixation can preferably be done in the spray or immersion procedures. A top coat can be used as a protective film with the variable properties that are possible against environmental influences, such as seawater resistance or use climatic resistance that has the required strength and also brings ease of repair, so that later individual components can be exchanged. Such a top coat could, for example, a Two-component polyurethane spray or dip film.
Sobald dieser Film, etwa nach Verflüchtigung des Lösungsmittels, ausgehärtet ist, entsteht eine enorm beanspruchungsfähige, mit Bauteilen bestückte Schaltungsanordnung, die selbst in engen Radien biegsam sein kann, ohne daß der Schutzfilm und damit der enge mechanische und elektrische Verbund der Bauteile auf der Schaltungsanordnung zerstört wird. Die erwähnte Reparatur kann dadurch geschehen, daß der Überzugslack an der gewünschten Stelle durch partielles Erwärmen entfernt wird und nach Auswechseln des Bauteils diese Stelle wieder mit frischem Lack geschlossen wird.As soon as this film has hardened, for example after the solvent has evaporated the result is an extremely stress-resistant circuit arrangement equipped with components, which can be flexible even in tight radii without the protective film and thus the close mechanical and electrical connection of the components on the circuit arrangement gets destroyed. The mentioned repair can be done by removing the top coat is removed at the desired location by partial heating and after replacement of the component, this point is closed again with fresh paint.
Eine andere, äußerst vorteilhafte Fixierung der elektronischen Bauteile auf der Schaltungsanordnung besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung darin, daß die mit den Bauteilen bestückte Schaltungsanordnung mit einer zumindest Teile der Bestückungsseite und die Bauteile abdeckenden, unter Wärmeeinwirkung aufgebrachten Schrumpffolie überzogen wird. Diese Schrumpffolie, z.B. ein Schrumpfschlauch, schmiegt sich optimal an die Oberflächenkonturierung der bestückten Schaltungsanordnung an und hält so die Bauteile besonders sicher und zuverlässig. Die Schrumpffolie kann an vorbestimmten Stellen Aussparungen zum nachträglichen Anschluß weiterer Bauelemente wie z.B. Kühlkörper, oder auch für spätere elektrische Anschlüsse oder für Meßzwecke aufweisen. Another, extremely advantageous fixation of the electronic components on the circuit arrangement, according to a further feature of the invention, is that the circuit arrangement equipped with the components with at least one part the component side and the components covering, applied under the action of heat Shrink film is covered. This shrink film, e.g. a shrink tube, fits snugly optimally adapts to the surface contouring of the assembled circuit arrangement and thus holds the components particularly safe and reliable. The shrink film can at predetermined Make recesses for subsequent connection other components such as heat sinks, or for later electrical connections or have for measurement purposes.
Die Folie läßt sich, falls dies nötig wird, abheben oder aufschneiden, um eventuell schadhafte Bauteile auswechseln oder lokale Kontrollmesssungen vornehmen zu können.If necessary, the film can be lifted off or cut open, to replace any defective components or to carry out local control measurements to be able to.
Eine Variante dieses Verfahrens kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung darin bestehen, daß eine Folie verwendet wird, die vor der Wärmeeinwirkung zur endgUltigen Aufbringung auf die Schaltungsanordnung entsprechend den Konturen der Bestückung vorgeformt ist. D.h., man kann eine tiefgezogene Schutzfoliq verwenden, die bestückte Schaltungsanordnung al0Q geCi4ZermBKeR Art einer "Blisterpackung" konfektionieren. Der Vorteil hiervon ist#, daß man eine derart tiefgezogene Folie, die nach dem Aufbringen auf die bestückte Schaltungsanordnung noch einer schrumpfenden Wärmebehandlung unterzogen wird, jederzeit nachträglich zu Zwecken des Bauteilaustauschs abheben und wieder aufsetzen kann. Auch diese vorgeformte Folie kann Aussparungen aufweisen, um externe AnschlUsse anzubringen oder Bauteile wie Kühlkörper od.dgl. A variant of this procedure can be according to a further suggestion the invention consist in that a film is used, which is before the action of heat for final application to the circuit arrangement according to the contours the assembly is preformed. I.e. you can use a deep-drawn protective film, the assembled circuit arrangement al0Q geCi4ZermBKeR kind of a "blister pack" assemble. The advantage of this is # that you can use such a deep-drawn film, which is still shrinking after it has been applied to the assembled circuit arrangement Is subjected to heat treatment, at any time afterwards for the purpose of component replacement can take off and put back on. This preformed film can also have recesses have to attach external connections or components such as heat sinks or the like.
frei stehen zu lassen. Besonders eignet sich eine temperaturbeständige Folie, z.B. aus Polyester.to be left free. A temperature-resistant one is particularly suitable Foil, e.g. made of polyester.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Prinzipzeichnung noch näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer einfachen Schaltungsanordnung mit noch nicht darauf montierten Bauteilen. The invention is explained below with the aid of a principle drawing explained in more detail. The drawing shows a schematic representation of a simple one Circuit arrangement with components not yet mounted on it.
Die Schaltungsanordnung selbst ist mit 10 bezeichnet. The circuit arrangement itself is denoted by 10.
11 stellt einen integrierten Schaltkreis (IC), 12 z.B. einen Widerstand dar. Es sei angenommen, bei diesen Bauteilen handele es sich um die eingangs erwähnten SMD-Bauelemente, deren Besonderheit außer in ihrer starken Miniaturisierung darin besteht, daß ihre Bauteilbeinchen 13 bzw. 14 zur Auflage auf die äußere Oberfläche der Schaltungsanordnung 10, nicht jedoch zum Hindurchstecken durch Bohrungen dieser bestimmt sind.11 represents an integrated circuit (IC), 12 for example one resistance It is assumed that these components are those mentioned at the beginning SMD components, their specialty apart from their strong miniaturization in them consists that their component legs 13 and 14 to rest on the outer surface the circuit arrangement 10, but not for insertion through bores of this are determined.
Die Schaltungsanordnung 10 kann aus einem flächen- bzw. The circuit arrangement 10 can consist of a surface or
folienhaften Substrat 15, z.B. einer Polyesterfolie bestehen, auf deren Oberfläche 15' Leiterbahnen 16 angeordnet sind.film-like substrate 15, for example a polyester film whose surface 15 'conductor tracks 16 are arranged.
Diese Leiterbahnen 16 können aus Leitsilber, Graphit, einer Mischung dieser Stoffe oder anderen siebdruckfähigen sowie elektrisch leitenden Substanzen auf die Oberfläche 15' des Substrats 15 aufgedruckt sein. Zur mechanischen und vor allem elektrischen Isolierung der nicht am Bauteil anzuschließenden Leiterbahnzüge bzw. -abschnitte ist Uber die Fläche 15' und die LeiterbahnzUge 16' hinweg eine Isolierschicht 17 vorgesehen, z.B. eine wiederum im Siebdruck aufgetragene Schicht aus z.B. unter UV-Licht aushärtendem Isolierlack. An denjenigen Stellen, an denen elektrische Bauteile auf der Bestückungsseite 10' der Schaltungsanordnung 10 angeschlossen werden sollen, also an den sogenannten "Anschlußbereichen" 18, 19 bzw. 20 läßt der Isolieraufdruck 17 freie Stellen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß hier die leitfähige Substanz zuoberst liegt. Die Zeichnung ist diesbezUglich nicht maßstabsgerecht, da die einzelnen Druckschichten (16, 17) äußerst dUnn (meist unter 1/10 mm) sind.These conductor tracks 16 can be made of conductive silver, graphite, or a mixture these substances or other screen-printable and electrically conductive substances be printed on the surface 15 'of the substrate 15. To mechanical and before especially electrical insulation of the conductor tracks that are not to be connected to the component or sections is over the surface 15 'and the conductor tracks 16' away Insulating layer 17 is provided, for example a layer again applied by screen printing made of, for example, insulating varnish that cures under UV light. In those places where electrical components on the component side 10 'of the circuit arrangement 10 connected should be, so at the so-called "connection areas" 18, 19 and 20 leaves the Isolieraufdruck 17 vacancies, which are characterized in that here the conductive substance is on top. The drawing is not to scale in this regard, because the individual printing layers (16, 17) are extremely thin (mostly less than 1/10 mm).
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nun vor, daß auf die Oberfläche 10' der Schaltungsanordnung 10 mittels eines Siebdruckauftrags eine leitfähige Substanz, z.B. Leitsilber, auf diejenigen Stellen aufgebracht wird, die Anschlußbereiche fur die Anschlußbeinchen 13, 14 der Bauelemente 11 und 12 bilden sollen. D.h., beim dargestellten Beispiel werden die punktförmigen Bereiche 18, 19 und 20 - und nur diese - mit der leitfähigen und haftvermittelnden Substanz bedruckt. Sodann werden die Bauteile 11, 12 mit ihren Beinchen 13, 14 in die noch feuchte bzw. klebrige Substanz eingelegt. Die elektrische und eine gewisse mechanische Verbindung der Bauteile 11, 12 mit der Schaltungsanordnung 10 ist erreicht, sobald die Substanz trocken bzw. fixiert oder ausgehärtet ist. The method according to the invention now provides that on the surface 10 'of the circuit arrangement 10 by means of a Screen printing a conductive substance, e.g. conductive silver, is applied to those areas the connection areas for the connecting legs 13, 14 of the components 11 and 12 form should. That is, in the example shown, the punctiform areas 18, 19 and 20 - and only these - printed with the conductive and adhesion-promoting substance. Then the components 11, 12 with their legs 13, 14 in the still moist or sticky substance inserted. The electrical and some mechanical connection the components 11, 12 with the circuit arrangement 10 is reached as soon as the substance is dry or fixed or hardened.
Zur Steigerung der Bauteilhaftung können die Bauteile 11, 12 mitsamt ihren Beinchen ¢3, 14 und der Oberfläche 10' der Schaltungsanordnung 10 noçh mit einem mechanisch hoch belastbaren Schutzfilm Uberzogan werden, der aufgesprüht oder aufgestrichen werden kann oder der durch Eintauchen der mit den Bauteilen 11, 12 ausgerüsteten Schaltungsanordnung 10 aufgebracht wird. Oder die Anordnung kann mit einer ggf. schlauchförmigen Schrumpffolie oder mit einer vorgeprägten, nachzuschrumpfenden Folie überzogen werden. To increase the component adhesion, the components 11, 12 can be used together their legs 3, 14 and the surface 10 'of the circuit arrangement 10 a mechanically highly resilient protective film that is sprayed on or can be painted on or by dipping the components 11, 12 equipped circuit arrangement 10 is applied. Or the arrangement can be with a possibly tubular shrink film or with a pre-embossed one that is to be re-shrunk Foil can be coated.
Die dargestellte Schaltungsanordnung 10 ist nur beispielhaft zu verstehen. Das erfindungsgemäße Bestückungsverfahren läßt sich auch an starren Schaltungsplatten anwenden wie auch an sog. ~Multilayern", die die Anmelderin auch in Form von siebgedruckten Folienmultilayern entwickelt hat. The circuit arrangement 10 shown is only to be understood as an example. The assembly method according to the invention can also be used on rigid circuit boards as well as on so-called "multilayers", which the applicant also uses in the form of screen-printed Has developed film multilayers.
Solche SchaltungsanordNungen verfügen über mehrere, auch durchkontaktierte Leiterbahnebenen. Das Verfahren ist auch nicht auf die einseitige Ba#teilbestückung einer Schaltungsanordnung beschränkt. Wenn es gewünscht und sinnvoll ist, kann auch die der Ebene 10' gegenüberliegende Seite der Schaltungsanordnung 10 mit elektronischen Bauteilen ausgerüstet werden.Such circuit arrangements have several, including through-contacts Track levels. The process is also not limited to one-sided component assembly a circuit arrangement limited. If so desired and useful is, the side of the circuit arrangement opposite the plane 10 'can also be used 10 can be equipped with electronic components.
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