DE69709172T2

DE69709172T2 - Optimierte lötverbindungen für oberflächenmontierte chips

Info

Publication number: DE69709172T2
Application number: DE69709172T
Authority: DE
Inventors: Amir Jairazbhoy; Keith Mcmillan; Yi-Hsin Pao
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2017-12-30
Also published as: ES2167797T3; WO1998032314A3; US5936846A; WO1998032314A2; CN1245007A; PT953277E; EP0953277A2; CA2278019A1; BR9714289A; EP0953277B1; DE69709172D1; JP2001508949A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein gedruckte Leiterplatten. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung gedruckte Leiterplatten, die oberflächenmontierte Bauteile mit verbesserten Lötstellen besitzen.
Im Fachgebiet der oberflächenmontierten Leiterplatten (PCB's, Brinted Circuit Boards; gedruckte Leiterplatten) ist diejenige Zeit ein wichtiger Indikator der Lötstellen- Haltbarkeit, die unter gegebenen Bedingungen einer zyklischen Temperaturänderung bis zum Versagen der Lötstelle eines oberflächenmontierten Bauteils (SMD, Surface Mounted Device; oberflächenmontiertes Bauteil) erforderlich ist. Abb. 1A zeigt eine typische, oberflächenmontierte PCB, die ein durch eine herkömmliche Lötstelle an einem Montageauge 12 auf einem PCB-Substrat 10 befestigtes SMD 14 aufweist. Die Lötstelle 24 besitzt eine der Unterseite 18 und dem Montageauge 12 benachbarte, innere Kehle 26, und eine andere Kehle 28, die sich zwischen der Begrenzungswand 20 des Bauteils und dem Montageauge 12 erstreckt. Wie Abb. 1A veranschaulicht sind die inneren und äußeren Kehlen herkömmliche Lötstellen von konkaver Form. Wenn eine Lötstelle versagt treten zwei aufeinander folgende Phasen des, Nahtstellenversagens auf: Rißbildung und Rißausbreitung. Die Rißbildungszeit ist die Zeit, die zur ersten Bildung eines Risses in der Lötstelle erforderlich ist. Wie Abb. 1B veranschaulicht, beginnt die Rißbildung allgemein an der Oberfläche der inneren Kehle 27. Die Rißfortschrittszeit ist andererseits die Zeit von der Rißbildung bis zum elektrischen Versagen der Lötstelle. Die Fortschrittsphase besteht aus zwei Phasen: Fortschreiten des Risses unter dem Endanschluß 22 des Bauteils, wie in Abb. 1C gezeigt; und Fortschritt in der äußeren Kehle 28, wie sie in Abb. 1D gezeigt ist. Der Rißfortschritt in der äußeren Kehle tritt allgemein nach oben, zur äußeren Oberfläche 29 der Kehle hin entlang einer Linie auf, die mit der sich von der Unterkante 21 des Bauteils erstreckenden Horizontalen einen Winkel von 45 Grad bildet. Eine Lötstelle versagt elektrisch, wenn der Riß zur äußeren Oberfläche 29 der äußeren Kehle oder im wesentlichen dorthin fortschreitet, wie es in Abb. 1E veranschaulicht ist; derart, daß der elektrische Durchgang zwischen dem Anschlußpunkt 22 und seinem zugehörigen Montageauge 12 funktionell unterbrochen wird.
Es wurde demonstriert daß die Lebensdauer einer Lötstelle von drei Aspekten der Lötstellen-Geometrie beeinflußt wird: (1) der Lötstellenhöhe h&sub0;, die als vertikaler Abstand zwischen den Endanschlußpunkten des Bauteils und den vertikal benachbarten Montageaugen definiert ist, wie in Abb. 1A gezeigt; (2) der inneren Kehlenform der Lötstelle; und (3) der äußeren Kehlenform der Lötstelle. Die Rißbildungszeit neigt dazu mit erhöhter Lötstellenhöhe h&sub0; und geeignet konstruierter Form der inneren Kehle (d.h. mit einem Winkel α der inneren Kehle, der größer ist als eine bestimmte, minimale Gradzahl) zu steigen. Die Rißfortschrittszeit unter den Anschlußenden (d.h. Phase I) neigt dazu mit steigender Höhe der Lötstelle zu steigen. Sie neigt außerdem dazu mit erhöhter Entfernung zwischen der inneren Kehlenoberfläche 27 und der Unterkante 21 der Anschlußenden zu steigen; diese Entfernung ist jedoch durch die Geometrie der Anschlußenden des Bauteils bestimmt und für ein gegebenes Bauteil festgelegt. Die Rißfortschrittszeit in der äußeren Kehle betreffend (d.h. Phase II) neigt diese dazu mit geeigneter Form der äußeren Kehle zu steigen, besonders dort wo es die Form erfordert daß der Riß über eine größere Entfernung fortschreitet. Somit kann die gesamte Lebensdauer der Lötstelle allgemein durch Steigerung der Lötstellenhöhe und geeignete Konstruktion der Formen der inneren und äußeren Kehlen verbessert werden.
Ein bekanntes Verfahren zur Steigerung der Lötstellenhöhe ist es, unterhalb der nicht lötfähigen, unteren Oberfläche des SMD "Hebeaugen" 30 einzuschließen, wie es in Abb. 2 gezeigt ist. Entsprechend dem früheren Stand der Technik sind diese Hebeaugen von runder Form. Wenn eine auf einem Hebeauge abgelagerte Lotmasse während des Aufschmelzlötens schmilzt, dann stellt der Druck innerhalb der geschmolzenen Lotmasse eine aufwärts gerichtete Kraft FL bereit, welche dazu neigt das Bauteil anzuheben; und es idealerweise über einer minimalen Lötstellenhöhe h&sub0; hält, bis die Lotmasse in ihren festen Zustand zurückkehrt.
Während dieses Verfahren dazu neigt die Löststellenhöhe zu steigern berücksichtigt es nicht den Effekt der Hebeaugen auf die Lötstellen-Geometrie. Wird das Bauteil durch die Hebeaugen angehoben, so wird die Lotmenge sowohl an den inneren als auch den äußeren Kehlbereichen verringert, wenn das Lot unter den Anschlußbereich des Bauteils fließt um die gesteigerte Lötstellenhöhe auszufüllen, wodurch die Lötstellen- Geometrie nachteilig verändert wird. Ähnlich beeinträchtigen Oberflächenspannungs- und Druckkräfte innerhalb der Kehlen der Lötstelle nachteilig die Form und Hebeeffizienz der geschmolzenen Lotmassen auf den Hebeaugen. Daher neigen die inneren und äußeren Kehlen einer Lötstelle - bei Verwendung herkömmlicher Hebeaugen-Verfahren - dazu die Form zu ändern und die Größe zu verringern, während die Effizienz der Hebeaugen zur Steigerung der Lötstellenhöhe - aufgrund des Effektes von an den Lötstellen wirkenden Oberflächenspannungs- und Druckkräften - verringert wird. Somit können, während die gesamte Lötstellenhöhe steigt, eine verringerte Gesamt-Rißfortschrittsstrecke und ungünstige innere Kehlwinkel α derart resultieren, daß eine geringe oder aber keine Gesamtbesserung der Rißbildungs- und -fortschrittszeit erzielt wird.
Ein anderer Ansatz zur Steigerung der Lötstellenhöhe, in Abb. 3 veranschaulicht, wird in "Prediction of Equilibrium Shapes and Pedestal Heights of Solder Joints for Leadless Chip Components""(IEEE Transactions on Components, Packaging and Mfg. Techn.) offengelegt. Anstatt Hebeaugen zu verwenden benutzt dieser Ansatz Befestigungsaugen, deren äußere Kante 15 sich in näherem Abstand zum SMD befindet als im Falle von herkömmlichen Befestigungsaugen; um so die Bildung konvexer, innerer und äußerer Kehlen statt der typischen, konkaven Kehlen zu fördern. Im Einklang mit diesem Ansatz wird auf den Befestigungsaugen eine ausreichende Lotmenge abgelagert, um das Bauteil auf dem Lot in die gewünschte Lötstellenhöhe "aufschwimmen" zulassen, wenn nachfolgend aufgeschmolzen wird.
Dieser Ansatz kann unter Bezugnahme auf Abb. 4 und 5 weiter veranschaulicht werden. Abb. 4 zeigt eine Freikörper-Zeichnung eines herkömmlich (d.h. mit konkaven Lötstellen) gelöteten SMD und die darauf während und nach dem Aufschmelzen wirkenden Kräfte. Eine Lötstellenhöhe h&sub0; wird erzielt, wenn die gesamte abwärts auf den SMD wirkende Kraft (d.h. das Gewicht W des Bauteils, der Umgebungsdruck pa, und die vertikalen Anteile der Oberflächenspannungskräfte der äußeren und inneren Kehle, entsprechend F&sub1; und F&sub2;) ein Gleichgewicht mit der gesamten aufwärts gerichteten Kraft (d.h. der durch die Lötstele bereitgestellte Auftrieb und die Kontaktkraft P&sub0;) erreicht. Man vergleiche dies mit Abb. 5, welche ein Freikörper-Diagramm eines konvexe Lötstellen verwendenden SMD und der darauf während und nach dem Aufschmelzen wirkenden Kräfte zeigt. Man bemerke daß der vertikale Anteil der Oberflächenspannungskräfte F&sub1; und F&sub2; eine geringere abwärts gerichtete Kraft auf das SMD ausübt als dies die vertikalen Anteile von F&sub1; und F&sub2; in Abb. 4 tun. Zusätzlich garantiert die konvexe Form in Abb. 5 daß p&sub0; > pa ist (d.h. eine insgesamt aufwärts gerichtete Druckkraft), speziell für Bauteile die relativ breite Lötstellen besitzen. Somit kann durch Verwendung der in Abb. 5 veranschaulichten, konvexen Verbindungsstellen-Geometrie eine größere Lothöhe h&sub0; erzielt werden als sie durch Verwendung der herkömmliche, konkaven Lötstellen- Geometrie zu realisieren ist.
In der Praxis sind jedoch beide der Verfahren nach dem früheren Stand der Technik durch Beschränkungen zwischen der Konstruktion der Befestigungs- oder Hebeaugen und die Menge an Lot in ihrer Anwendbarkeit eingeschränkt, die darauf unter Verwendung der Standard-Aufbringverfahren für Lötpaste (d.h. Siebdruck) aufgebracht werden kann. Während zwar andere Verfahren existieren, die zusätzliche Lötpaste aufbringen können (z.B. Dispensieren), sind diese allgemein viel langsamer als Siebdruck, und werden - unter zusätzlichen Kosten - somit am praktischsten nur dann verwendet wenn sie benötigt werden.
Weiterhin können beide diese Ansätze, während sie beim Erzielen einer gewünschten Höhe der Lötstelle effektiv sind, unglücklicherweise nachteilige Wirkungen auf die Lebensdauer der Lötstelle haben. Zum Beispiel erzeugt das Hebeaugen Verfahren nach früherem Stand der Technik konkave Lötstellen, die einen verminderten Abstand zwischen der inneren Kehloberfläche und der äußeren Kehloberfläche aufweisen (d.h. eine verminderte Gesamtlänge des Rißfortschritts). Während die konvexe Geometrie nach früherem Stand der Technik eine Lötstellenhöhe bereitstellt, welche die Rißfortschrittszeit in Stufe II etwas verbessern würde, spricht außerdem weder dieses Verfahren noch das Hebeaugen-Verfahren nach früherem Stand der Technik an, wie die Geometrie der inneren Kehle geeignet konstruiert werden kann, noch wie die Montageaugen-Konstruktion zur Maximierung der Rißfortschrittsentfernung der äußeren Kehle optimiert werden kann.
Es ist daher wünschenswert ein Verfahren zur Verbesserung der Lötstellen-Haltbarkeit bereitzustellen, indem eine gesteigerte Lötstellen-Höhe, eine optimierte Form der inneren Lötstellen-Kehle und eine optimierte Größe und Form der äußeren Lötstellen- Kehle erzielt wird.
Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird eine gedruckte Leiterplatte bereitgestellt, die umfaßt:
ein bedrucktes Leiterplatten-Substrat;
mindestens ein oberflächenmontiertes Bauteil, das eine untere Oberfläche und eine untere Kante um diese Oberfläche herum besitzt, wobei dieses Bauteil an dieser unteren Oberfläche dieser unteren Kante benachbarte Anschlußenden aufweist;
mindestens zwei Befestigungsaugen für jedes dieser oberflächenmontierten Bauteils, wobei diese Montageaugen auf einer Oberseite dieses Substrats in passender Relation mit diesen Anschlußenden dieses oberflächenmontierten Bauteils angeordnet sind;
eine jedes dieser Anschlußenden mit seinem entsprechenden Befestigungsauge verbindende Lötstelle, wobei diese Lötstelle innere und äußere Kehlen aufweist und aus einer vorherbestimmten Lotmenge besteht;
mindestens ein Hebeauge für jedes oberflächenmontierte Bauteil, wobei jedes Hebeauge auf dieser Oberseite dieses Substrates inmitten dieser Montageaugen angeordnet ist; und
eine Lotmasse für jedes Hebeauge, wobei jede Lotmasse zwischen und in Kontakt mit seinem entsprechenden Hebeauge und dieser unteren Oberfläche dieses oberflächenmontierten Bauteils angeordnet ist; und jede Lotmasse aus einer vorherbestimmten Lotmenge besteht;
bei der diese vorherbestimmten Lotmengen auf diesen Montageaugen und jedem Hebeauge in einem geschmolzenen Zustand eine Gesamt-Auftriebskraft auf dieses oberflächenmontierte Bauteil derart bereitstellen, daß dieses Bauteil auf eine vorherbestimmte Höhe über diese Montageaugen aufsteigt; und bei der dieses Lot in erstarrtem Zustand dieses Bauteil im wesentlichen auf dieser vorherbestimmten Höhe über diesen Montageaugen hält;
und bei der dieses Substrat dadurch hindurch gebildete Durchgänge einschließt, und jedes Hebeauge ein dadurch hindurch gebildetes Hebeaugen-Loch einschließt; wobei jeder dieser Durchgänge mit einem entsprechenden Hebeaugen-Loch ausgerichtet ist, und diese Durchgänge teilweise mit einem Pfropfenmaterial verstopft sind, wodurch eine verschlossene Tasche zwischen dieser Lotmasse und diesem Pfropfenmaterial abgegrenzt wird, in der Gas eingeschlossen werden kann, dem während des Aufschmelzens eine Ausdehnung erlaubt wird.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung überwinden die Nachteile des bisherigen Standes der Technik, indem eine PCB zur Oberflächenmontage bereitgestellt wird, die ein Substrat, mindestens ein oberflächenmontiertes Bauteil, mindestens zwei Montageaugen pro Bauteil, die Anschlußenden des Bauteils mit ihren entsprechenden Montageaugen verbindende Lötstellen, mindestens ein rechteckiges Hebeauge inmitten der Montageaugen, und eine Lotmasse in Kontakt mit der unteren Oberfläche des Bauteils auf jedem Hebeauge besitzt. Die inneren und äußeren Ausdehnungen der Montageaugen, die Größe, Anzahl und Form der Hebeaugen, und die Menge des auf den Montage- und Hebeaugen abgelagerten Lots ist derart optimiert, daß die Lötstelle vorzugsweise konvexe Außenkehlen besitzt, das Bauteil auf einer vorherbestimmten Höhe über den Montageaugen gehalten wird, der innere Kehlwinkel oberhalb eines vorherbestimmten, minimalen Winkels gehalten wird, und so daß die Gesamtlänge des Rißfortschritts in der Lötstelle gesteigert wird. Eine alternative Ausführungsform schließt außerdem verstopfte Durchgänge unter den Hebeaugen und/oder Montageaugen mit zwischen den Lotmassen/Lötstellen und den verstopften Durchgängen eingeschlossenen Gastaschen ein. Diese eingeschlossene Gastasche stellt während des Aufschmelzens eine zusätzliche Auftriebskraft auf das SMD bereit.
Es ist ein Vorteil der Ausführungsformen, daß die Verwendung eines minimalen, inneren Kehlwinkels in Verbindung mit einer gesteigerten Lötstellenhöhe eine erhöhte Rißbildungszeit fördert.
Es ist ein weiterer Vorteil daß die optimierte Form der äußeren Kehle, in Verbindung mit einer gesteigerten Lötstellen-Höhe, eine erhöhte Rißfortschrittszeit fördert. Ein anderer Vorteil ist es, daß die rechteckig geformten Hebeaugen ein effektiveres Mittel zur Bereitstellung einen Auftriebskraft auf das SMD bereitstellen als herkömmliche, runde Hebeaugen.
Noch ein anderer Vorteil ist es, daß die rechteckigen Hebeaugen und optimierten Lötstellen - zusammen mit den verstopften Durchgängen in der zweiten Ausführungsform - zusammenwirken um das oberflächenmontierte Bauteil auf eine gewünschte Lötstellen-Höhe über den PCB-Montageaugen aufschwimmen zu lassen, ohne Kehlform und gesamte Rißfortschrittsstrecke nachteilig zu beeinflussen.
Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden, in denen:
Abb. 1A-1E Längsschnitt-Ansichten eines Abschnitts eines auf eine gedruckte Leiterplatte gelöteten, oberflächenmontierten Bauteils sind, welche die aufeinanderfolgenden Phasen von Rißbildung, Rißfortschritt und Lötstellen-Versagen zeigen;
Abb. 2 eine Längsschnitt-Ansicht eines im Einklang mit dem früheren Stand der Technik auf eine gedruckte Leiterplatte gelöteten, oberflächenmontierten Bauteils ist, die herkömmliche Lötstellen mit Hebeaugen zeigt;
Abb. 3 eine Längsschnitt-Ansicht einer Lötstelle im Einklang mit dem früheren Stand der Technik zeigt, die konvexe Kehlen aufweist;
Abb. 4 eine Freikörper-Zeichnung einer Lötstelle im Einklang mit dem bisherigen Stand der Technik zeigt, die konkave Kehlen besitzt;
Abb. 5 eine Freikörper-Zeichnung einer Lötstelle im Einklang mit dem bisherigen Stand der Technik zeigt, die konvexe Kehlen besitzt;
Abb. 6A und 6B Längsschnitt-Ansichten eines im Einklang mit der vorliegenden Erfindung auf eine gedruckte Leiterplatte aufgelöteten, oberflächenmontierten Bauteils sind, welche die verbesserte Lotkehlen-Form entweder in Verbindung mit optimierten Hebeaugen oder mit einer Kombination verstopfter Durchgänge/optimierter Hebeaugen im Einklang mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Abb. 6C eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Lötstelle ist;
Abb. 7 ein repräsentatives Diagramm von Ic gegen I&sub0; innerhalb des Bereichs 0.5 H < I&sub0; < 2H zeigt; und
Abb. 8 einen Aufriß eines Hebeauges und einer Lotmasse zeigt.
Unter Bezug auf die Abbildungen zeigt Abb. 6A eine gedruckte Leiterplatte mit einem darauf montierten SMD mit optimierten Lötstellen. Diese PCB schließt ein Substrat 10 ein, das eine allgemein planare Oberseite aufweist, auf welcher mindestens zwei Montageaugen 12 angeordnet sind. Diese Montageaugen 12 sind auf der Oberseite des Substrates 10 in passender Relation mit den Anschlußenden 22 eines SMD 14 angeordnet. Ebenfalls auf dieser Oberseite befindet sich mindestens ein Hebeauge 30 für jedes SMD 14. Die Hebeaugen 30 für jedes SMD 14 sind inmitten der entsprechenden Montageaugen 12 für jedes entsprechende SMD angeordnet. Somit besitzt jede PCB auf ihrer Oberseite für jedes einzeln darauf montierte SMD 14 ein Substrat mit einer Gruppe von Montageaugen 12 und Hebeaugen 30.
Das SMD 14 ist ein anschlußloses Bauteil zur Oberflächenmontage, wie etwa ein anschlußloser Keramikchip-Widerstand (LCCR, Leadless Ceramic Chip Resistor; anschlußloser Keramikchip-Widerstand). Das Bauteil 14 besitzt eine allgemein rechteckige Oberseite 16, eine im wesentlichen parallel zur Oberseite 16 ausgerichtete Unterseite 18 ähnlicher Form, und eine an den Ober- und Unterseiten 16/18 anstoßende und den gesamten Umfang des Bauteils 14 umlaufende Begrenzungswand 20. Eine Unterkante 21 wird durch den Schnittpunkt der Oberseite 18 mit der Begrenzungswand 20 abgegrenzt. Das SMD 14 besitzt auf der Unterseite außerdem der Unterkante des Bauteils 21 benachbarte Anschlußenden 22, die mit den Montageaugen 12 auf dem Substrat in passender Relation angeordnet sind. Diese Anschlußenden 22 können sich außerdem etwas oder vollständig die Begrenzungswand 20 hinauf erstrecken, und ebenso über eine Abschnitt der Oberseite 16. Die Anschlußenden 22 sind mittels Lötstellen 24 elektrisch und mechanisch mit den entsprechenden Montageaugen 12 verbunden, wobei jede Lötstelle 24 aus einer vorherbestimmten Lotmenge besteht.
Zwischen jedem Hebeauge 30 und der Unterseite 18 des SMD 14 befindet sich eine Lotmasse 32, die aus einer vorherbestimmten Lotmenge besteht. Jede Lotmasse 32 steht sowohl mit ihrem entsprechenden Hebeauge 30 als auch der Unterseite 18 des Bauteils 14 in Kontakt.
Die PCB wird hergestellt indem zunächst ein PCB-Substrat 10 bereitgestellt wird, das mindestens zwei auf der Oberseite des Substrats 10 in passender Relation zu den Anschlußenden 22 eines SMD 14 angeordnete Montageaugen 12 besitzt; und das mindestens ein auf der Oberfläche inmitten der Montageaugen 12 angeordnetes, rechteckiges Hebeauge 30 besitzt. Auf jedes Montageauge 12 und jedes Hebeauge 30 wird eine vorherbestimmte Lotmenge aufgebracht. Dies kann durch Siebdruck oder andere herkömmliche Aufbringverfahren erreicht werden, allgemein entsprechend einer gegebenen Überdruck-Strategie. Nach diesem Schritt wird das SMD 14 auf den Montageaugen 12 - mit den Anschlußenden 22 in passender Relation hierzu - plaziert. Als nächstes wird das Lot auf den Montageaugen 12 und den Hebeaugen 30 erhitzt, etwa indem die gesamte PCB in einem Löt-Schmelzofen plaziert wird. Die Hitze wird dann das Lot schmelzen, und das SMD 14 wird - wegen der durch das geschmolzene Lot bereitgestellten Auftriebskraft - über den Montageaugen 12 darauf aufschwimmen. Abschließend wird das geschmolzene Lot abgekühlt, was eine erstarrte Lötstelle 24 auf jedem Montageauge 12 und eine erstarrte Lötstelle 32 auf jedem Hebeauge 30 bildet; derart, daß die Anschlußenden 22 auf der gewünschten Lötstellenhöhe h&sub0; oberhalb der Oberseite der Montageaugen 12 liegen, der Innenwinkel α größer ist als ein vorherbestimmter Minimalwinkel, die äußere Kehle 28 im wesentlichen mit der gesamten Höhe der Begrenzungswand 20 in Kontakt steht, und daß die äußere Kehle 28 der Lötstelle vorzugsweise von konvexer Form ist. Dies schafft eine Lötstelle 24, welche die gewünschte Lötstellenhöhe h&sub0; bereitstellt während sie außerdem eine optimierte Lötstellen-Struktur bereitstellt, welche Rißbildungs- und Rißfortschrittszeiten steigert.
Es sollte bemerkt werden daß der Begriff "optimierte" Lötstellen, wie hierin verwendet, auf Verbindungen 24 Bezug nimmt, die einen Innenwinkel α größer als einen vorherbestimmten Minimalwinkel besitzen; äußere Kehlen 28, die im wesentlichen die gesamte Höhe der Begrenzungswand 20 berühren; eine maximale Rißfortschrittslänge Ic in Phase II; und ein ausreichendes Lotvolumen VM, um die gewünschte Lötstellenhöhe h&sub0; wie in Abb. 6C veranschaulicht bereitzustellen. Somit ist es oft. (aber nicht immer) der Fall daß die erzeugte äußere Lotkehle 28 von konvexer Form sein wird. (Es sollte bemerkt werden daß, wenn die äußere Kehle 28 konvex ist, dies auch allgemein für die innere Kehle 26 zutrifft; ähnlich ist, wenn die äußere Kehle 28 konkav ist, dies auch die innere Kehle 26.) Es kann jedoch Fälle geben in denen die gewünschte Rißfortschrittsstrecke Ic und andere Charakteristika optimiert werden, während trotzdem konkave äußere Kehlen erzeugt werden; etwa wenn eine sehr größe. Lötstellenhöhe h&sub0; gesucht ist oder eine spezielle Lotformulierung verwendet wird. Auf die inneren und äußeren Ausmaße Ii/Io und das Lotvolumen VM, welche diese Lötstellen-Charakteristika fördern wird daher ebenfalls als "optimiert" Bezug genommen. Außerdem nehmen "optimierte" Hebeaugen, wie hierin verwendet, auf Hebeaugen 30 Bezug, die von rechteckiger (oder bevorzugt quadratischer) Form sind und eine ausreichende Anzahl, Größe und ein ausreichendes Volumen an Lotmasse VLP aufweisen, um die erforderliche Auftriebskraft bereitzustellen um jene gewünschte Lötstellen-Höhe h&sub0; beizubehalten. Ähnlich wird auf das zur Unterstützung dessen berechnete Lotvolumen VLP als "optimiert" Bezug genommen. Weiterhin nehmen "optimierte" Rißbildungs- und fortschrittszeiten auf die Maximierung dieser Zeiten Bezug, wie sie durch Kombination der vorgenannten, optimierten Merkmale erzeugt werden.
Die Vorgehensweise zur Konstruktion der gedruckten Leiterplatte, wie sie in Abb. 6A und 6C veranschaulicht ist, beinhaltet zwei allgemeine Vorgänge: (1) Optimierung der Lötstellen 24 und der Montageaugen 12, und dann (2) Optimierung der Lotmassen 32 und der Hebeaugen 30. Als Eingabe für diese zwei Vorgänge sind gegeben: die Abmessungen und das Gewicht des SMD 14, die Eigenschaften des Lotpasten-Materials (z.B. Gewichtsanteil an Lot), die gewünschte Lötstellen-Höhe h&sub0; (z.B. 7 mil), die Druck/Überdruck-Strategie für die Lotaufbringung auf den Montageaugen 12 und den Hebeaugen 30 (z.B. 10 mil Überdruckung auf drei Seiten jedes Montageauges), und die Anzahl und Größe von Hebeaugen 30 (z.B. sechs pro SMD). Unter Verwendung dieser Eingaben werden die gewünschten Ausgaben aus den zwei Optimierungsvorgängen sein: die optimale, innere Ausdehnung Ii der Montageaugen (d.h. die horizontale Entfernung von der inneren Anschlußenden-Kante 23 zur Innenkante 13 des Montageauges), welche die Rißbildungszeit an der inneren Kehle 26 optimiert; die optimale, äußere Ausdehnung Io der Montageaugen (d.h. die horizontale Entfernung von der SMD-Unterkante 21 zu Außenkante 15 des Montageauges), welche die Rißfortschrittsstrecke Ic in der äußeren Kehle 28 optimiert; und das Volumen an Lotpaste VM auf jedem Montageauge und VLP auf jedem Hebeauge. Somit bestimmt der erste Vorgang angesichts der bereitgestellten Eingaben die geometrischen Ausmaße des Montageauges 12, die erforderlich sind um optimierte Rißbildungs- und fortschrittszeiten zu fördern; während der zweite Vorgang das Volumen an Lotmasse bestimmt, das erforderlich ist um das Bauteil 14 (in Verbindung mit der von der Lötstelle 24 ausgeübten Auftriebskraft) auf die gewünschte Lötstellenhöhe h&sub0; aufschwimmen zu lassen, und um die gewünschte Lötstellen- Geometrie beizubehalten.
Jeder dieser beiden Optimierungsvorgänge wird nun genauer diskutiert werden, und zwar unter Verwendung von Größen aus der folgenden Liste von Variablen und Konstanten:
h&sub0; = gewünschte Lötstellenhöhe;
t = Stärke des Anschlußendes 22 auf der Unterseite 18 von SMD 14;
h = Höhe der Lötstelle an der inneren Kehle 26 zwischen der Oberseite des Montageauges 12 und der Unterseite 18;
H = Höhe des Lots an Begrenzungswand 20, gemessen von der Unterkante 21 (gewöhnlich gleich der Höhe des SMD 14);
w = Breite von SMD 14 pro Lötstelle 24;
W = Gewicht von SMD 14 pro Paar der Lötstellen;
Vcalc = berechnetes Lotvolumen auf jedem Montageauge 12;
VM = Lotvolumen auf jedem Montageauge 12;
VLP = Lotvolumen in jeder Lotmasse 32;
L = Länge von SMD 14;
Ic = Rißfortschrittsstrecke in der äußeren Kehle 28, gemessen entlang der Linie JK;
Io = äußere Ausdehnung von Montageauge 12 (die horizontale Entfernung von der Unterkante 21 zur Außenkante 15 des Montageauges);
Im = Länge der Unterseite von Anschlußende 22;
Ii = innere Ausdehnung von Montageauge 12 (die horizontale Entfernung von der inneren Kante 23 des Anschlußendes zur inneren Kante 13 des Montageauges);
Gp = Lücke zwischen Montageaugen 12 auf entsprechenden, gegenüberliegenden Seiten von Bauteil 14;
Gc = Lücke zwischen den inneren Kanten 23 der Anschlußenden an entsprechenden, gegenüberliegenden Kanten von Bauteil 14;
Gc,max = maximaler Wert jeder Gc-Messung für ein gegebenes Bauteil 14;
AT,max = Querschnittsfläche von Lötstelle 24;
Acs = Querschnittsfläche des kreisförmigen Abschnitts 35 der Lotmasse, wie in Abb. 8 gezeigt;
C&sub0; = Hypothenuse von Dreieck ABC in Abb. 6C;
C&sub1; = Hypothenuse von Dreieck A'B'C' in Abb. 6C;
CLP = Hypothenuse von Dreieck A"B"C" in Abb. 8;
p&sub0; = Druck in Lötstelle 24;
pa = atmosphärischer (Referenz-) Druck;
σ = Oberflächenspannung
F = abwärts gerichtete, auf ein einzelnes Hebeauge 30 wirkende Kraft;
F&sub0; = aufwärts gerichtete, aufgrund der Lötstelle 24 auf SMD 14 wirkende Kraft;
N = Anzahl von Hebeaugen 30 für jedes äußere Auge;
θ&sub0; = Winkel zwischen Hypothenuse C&sub0; und der freien Oberfläche 29 der äußeren Kehle;
θi = Winkel zwischen Hypothenuse Ci und der freien Oberfläche 27 der inneren Kehle;
θLP = Winkel zwischen Hypothenuse CLP und der äußeren Oberfläche von Lotmasse 33;
θ&sub0; = Winkel Winkel zwischen Hypothenuse C&sub0; und der Vertikalen;
θi = Winkel zwischen Hypothenuse Ci und der Vertikalen;
θLP = Winkel zwischen Hypothenuse CLP und der Vertikalen;
θc = Winkel zwischen der freien Oberfläche 33 der Lotmasse und der Unterseite 18 von SMD 14;
α = Winkel zwischen der Oberfläche 27 der inneren Kehle und der Unterseite 18 von SMD 14;
R = Bogenradius von Oberfläche 27 der äußeren Kehle;
RLP = Bogenradius der äußeren Oberfläche 33 der Lotmasse;
RChip = die Entfernung von der Mittellinie der Lotmasse 32 zur äußeren Oberfläche 33 der Lotmasse entlang der Unterseite 18;
RPad = die Entfernung von der Mittellinie der Lotmasse 32 zur äußeren Oberfläche 33 der Lotmasse entlang der Oberseite des Hebeauges 30;
rCG radiale Entfernung von der Mittellinie von Lotmasse 32 zum Schwerpunkt CG des kreisförmigen Abschnitts 35 der Lotmasse;
J = Ursprungspunkt, angeordnet vertikal auf halber Strecke zwischen Unterkante 21 und der Oberseite von Montageauge 12;
K = Schnittpunkt zwischen der Oberfläche 27 der äußeren Kehle und einer Rißfortschrittslinie der Länge Ic, an Punkt J beginnend und einen Winkel von 45 Grad mit der Begrenzungswand 20 bildend;
xc, yc = x- und y-Koordinaten von Punkt M, dem Mittelpunkt eines den Bogen AKB beschreibenden Kreises; und
C = tempöräre Variable (unten beschrieben).

Optimierung der Lötstellen

Der erste Schritt bei der Optimierung der Lötstellen 24 ist es, die innere Kehle 26 derart zu konstruieren, daß der Winkel α zwischen der freien Oberfläche 27 der Kehle und der Unterseite 18 des Bauteils 14 nicht kleiner ist als etwa 30 Grad. Dies wird erreicht indem die innere Ausdehnung 1, derart dimensioniert wird, daß:
Gp = Gc,max + 3h (1)
gegeben
li = (L - 2lm - Gp)/2 (2)
Wurde die innere Ausdehnung Ii einmal bestimmt, so konzentrieren sich die verbleibenden Schritte des Lötstellen-Optimierungsvorgangs darauf die äußere Ausdehnung Io zu bestimmen, wobei das durch die gewählte Druckstratege bereitgestellte Lotvolumen VM gegeben ist; um so eine vorzugsweise konvexe Verbindung zu bilden, welche die gewünschte Lötstellenhöhe h&sub0; erreicht, während die Rißfortschrittsstrecke Ic, gemessen entlang der Linie JK, optimiert wird.
Der zweite Schritt ist es einen Startwert für die äußere Ausdehnung Io des Montageauges zu wählen. Es wird ein Startwert benötigt, weil das Finden des optimalen Io-Wertes ein iterativer Prozeß ist. Ein vorgeschlagener Bereich beträgt O.5H < Io < 2H, so daß ein Startwert von Io = 0.75H empfohlen wird.
Als drittes wird das Volumen Vcalc der Lötstelle 24 bestimmt, indem die Lotmenge berechnet wird, welche unter Vorgabe des gewählten Io, des berechneten Ii, jenem mit dem gegebenen SMD in Zusammenhang stehenden Im, der Breite der Lötstelle w, und der speziell zu verwendenden Druck- oder Überdruckstrategie (z.B. 10 mil Überdruckung unter Verwendung einer Stärke von 10 mit Lotpaste mit 50 Gewichtsprozent Lot) aufgebracht werden kann. Dies stellt die während des Aufschmelzens zur Bildung der Lötstelle 24 verfügbare Lotmenge dar.
Unter Verwendung der erwarteten geometrischen Merkmale der aufgeschmolzenen Lötstelle 24, wie sie in Abb. 6C dargestellt sind, kann das Volumen VM des Lots in Lötstelle 24 ausgedrückt werden als:
VM = w(lo/2)(H + h&sub0;) + w(li/2)h + lmho + (w/4){C&sub0;²[θ&sub0;csc² θ&sub0; - cotθ&sub0;] + Ci²[θicsc² θi - cotθi]} (3)
mit
AT,max = VM/w (4)
wobei
C&sub0; = (5)
und
Ci = (6)
In Gleichung 3 sind alle Größen außer VM, θ&sub0; und θi bekannt. Der Winkel θ&sub0; kann bestimmt (und der Winkel θi eliminiert) werden, indem man VM gleich Vcalc setzt und wie folgt fortfährt.
Als viertes wird eine temporäre Variable C definiert, indem man den Abschnitt der Gleichung 3 ignoriert, welcher dem winzigen Volumen des kreisförmigen Abschnitts 25 (das heißt dem Term Ci²[θi csc² θi - cotθi]) entspricht, die Gleichung mittels des binomischen Terms Ci²[θ&sub0; csc² θ&sub0; - cotθ&sub0;] löst und das Ergebnis gleich C setzt:
C = [θ&sub0;csc² θ&sub0; - cotθ&sub0;] = (4/C&sub0;²)[Vcalc/w - (l&sub0;/2)(H + h&sub0;) - lih/2 - lmh&sub0;] (7)
Als fünftes wird der Term csc²θ&sub0; von Gleichung 7 in (cot²θ&sub0; + 1) umgewandelt, was ergibt:
C = θ&sub0;csc²θ&sub0; - cotθ&sub0; = θ&sub0;cot² θ&sub0; + θ&sub0; - cotθ&sub0; (8)
Die Cotangens-Terme von Gleichung 8 werden dann in Reihe erweitert, um nur die ersten drei Terme in der Reihe einzuschließen, was ergibt:
C = θ&sub0;(1/θ&sub0; - θ&sub0;/3 - θ&sub0;³/45)² + θ&sub0; - (1/θ&sub0; - θ&sub0;/3 - θ&sub0;³/45) (9)
Erweiterung des quadrierten Trinoms, Ignorieren der sich daraus ergebenden Terme höherer Ordnung, und Kombinieren ähnlicher Terme ergibt:
C = 2θ&sub0;/3 + 4θ&sub0;³/45 (10)
oder weiter
0 = θ&sub0;³ + 15θ&sub0;/2 - 45C/4 (11)
durch Ignorieren des Terms dritter Ordnung in Gleichung 11 kann eine Näherung erster Ordnung für θ&sub0; genannt werden als:
θ&sub0; = 3C/2 (12)
Worin C unter Verwendung des letzten Teils der obigen Gleichung 7 bestimmt werden kann.
Ist θ&sub0; einmal bestimmt, so ist es der sechste Schritt θ&sub0; zu berechnen, und zwar unter Verwendung von:
θ&sub0;' = tan&supmin;¹[l&sub0;/(H + h&sub0;)] (13)
Siebtens wird ein Punkt M(xc, yc) als der Mittelpunkt eines Kreises definiert, der den Bogen AKB einschließt und den Radius R besitzt; das heißt der Punkt M(xc, yc) ist der Mittelpunkt für die Krümmung der freien Oberfläche 29 der äußeren Kehle. xc, xy und R werden berechnet unter Verwendung von:
R = C&sub0;/(2sinθ&sub0;) (14)
xc = -l&sub0;/2 + Rcos(θ&sub0;/2)sinθ&sub0;' (15)
und
yc = H/2 - Rcos(θ&sub0;/2)cosθ&sub0;' (16)
Achtens wird die Strecke Ic der äußeren Ausdehnung bestimmt, und zwar unter Verwendung von:
Der neunte und abschließende Schritt des Lötstellen-Optimierungsvorgangs ist es den zweiten bis achten Schritt oben zu wiederholen, um Ic gegen Io innerhalb des im ersten Schritt vorgeschlagenen Bereiches (d.h. 05H < Io < 2H) aufzutragen. Dann wird der Wert von Io ausgewählt, welcher Ic,max entspricht, dem maximalen Wert von Ic. In Abb. 7 entspricht zum Beispiel der I&sub0;-Wert von 0.83H dem maximalen Wert von Ic. Wurde einmal die optimale innere Ausdehnung Ii, die optimale äußere Ausdehnung Io, und das Lötstellenvolumen VM auf Grundlage der gegebenen Eingaben bestimmt, so können die Hebeaugen 30 und die Lotmassen 32 konstruiert werden.

Optimierung der Hebeaugen

Ein kritischer Aspekt bei der Konstruktion der Hebeaugen ist die Fähigkeit zur Vorhersage der Lötstellenhöhe ho, wenn gegeben ist: (1) die Geometrie des Bauteils 14 und der Montageaugen 12; (2) die Anzahl, Form und Größe der Hebeaugen 30; und (3) das Lotvolumen VLP auf jedem Hebeauge 30. Die Geometrie des Bauteils 14 (d.h. Gc,max und Im) wird durch das in jedem speziellen Fall verwendete Bauteil bestimmt, während die Geometrie des Montageauges (d.h. Io und Ii) in dem obigen Optimierungsvorgang der Lötstelle berechnet wird.
Die Anzahl und Größe der Hebeaugen 30 wird etwas von der. Methode der Lotaufbringung beeinflußt. In der herkömmlichen Verfahren der Siebdruck- Lotaufbringung wird die beste Konsistenz (d.h. die Variation des Lotvolumens um den geringsten Prozentsatz) gewöhnlich mit Schablonenöffnungen zwischen 12 und 16 mil erreicht. Weil es wünschenswert ist (für eine verbesserte Standardabweichung des aufgebrachten Lotvolumens) über mehr statt weniger Hebeaugen zu verfügen, wird eine dem unteren Ende dieses Bereichs entsprechende Schablonenöffnung empfohlen. Außerdem sind kleinere Augen effizienter für das Überdrucken, und haben weniger die Neigung Lotkugeln zu bilden als größere Augen. (Das heißt, allgemein ist beim Aufbringen von soviel Lotpaste wie möglich ohne die Bildung von Lotkugeln mit kleineren Augen ein höheres Verhältnis Lotvolumen-zu-Hebeaugenfläche möglich als mit kleineren Augen.) Somit wird die Größe und Anzahl der Hebeaugen 30 vom verfügbaren Platz unter dem Bauteil (d.h. Gp), der Schablonenöffnung, der minimal empfohlenen Entfernung zwischen den Schablonenöffnungen und dem gewünschten Überdruckschema abhängen. Es wurde herausgefunden daß eine allgemein empfohlene Anzahl von Hebeaugen die von drei Stück pro Lötstelle ist, während die Größe Rpad der Augen wesentlich stärker von dem speziellen Gp, den Schablonenöffnungs/Aufbring-Charakteristika und der verwendeten Überdruckstrategie abhängt.
Betreffend der Form der Hebeaugen 30 wird herkömmlich eine runde Form verwendet. Es wird jedoch empfohlen daß Hebeaugen rechteckiger Form verwendet werden. Rechteckige und vorzugsweise quadratische Augen sind für das Überdrucken (d.h. die Aufbringung überschüssigen Lots) effizienter als runde, weil die Ecken des Auges während des "Zurückspringens" des Lots und bei der Benetzung halfen, vom Volumen der Lotmasse nach dem Aufschmelzen aber nicht bedeckt werden. Zum Beispiel kann ein quadratisches Auge 30 mit Lot 10 mil über jede der vier Kanten des Quadrats hinaus bedruckt werden, und somit ein quadratischer Lotpasten-Abdruck gebildet werden, der größer ist als das quadratische Hebeauge und dieses bedeckt. Dann wird die Lotpaste während des Aufschmelzens schmelzen, und der Lotpasten-Abdruck wird zu einem ungefähr runden Abdruck zusammenschrumpfen, während Oberflächenspannungskräfte die Lotmasse 32 (und das darauf plazierte SMD) zum aufsteigen bringen, was die bis dahin flache, quadratische Lötablagerung in eine ungefähr säulenförmige Masse auf dem Hebeauge 30 verwandelt, deren Durchmesser auf dem quadratischen Auge aufsitzt und im wesentlichen mit dessen Breite identisch ist.
Betreffend des Volumens VLP der Lotmasse ist ein optimales Lotvolumen wünschenswert, weil unzulängliche Lotvolumina in niedrigen, möglicherweise konkaven Kehlen resultieren werden; während übertriebene Lotmengen die Kehlenhöhen unmäßig steigern werden; und aus dem Volumen der äußeren Kehle 28 wird Lot unter die Anschlußenden 22 des Bauteils gezogen werden, was zu einer kürzeren Rißfortschrittsstrecke in der äußeren Kehle 28 führt. Die unten angegebenen Schritte stellen die ungefähren Konstruktionskriterien zur Abschätzung des Lotvolumens VLP bereit, das zum Erreichen einer gewünschen Lötstellenhöhe ho erforderlich ist, wenn die erforderlichen geometrischen Informationen gegeben sind. (Man sollte bemerken daß, während die folgenden Gleichungen für den Fall gelten, in dem auf der Unterseite des SMD keine den Hebeaugen entsprechenden Metallisierungen existieren, diesen Fall beschreibende Gleichungen (z.B. für Flip- Chips) in der Literatur gefunden werden können.)
Der erste Schritt auf dem Weg zur Bestimmung von VLP ist es, den relativen Druck in der Löstelle 24 zu berechnen, und zwar unter Verwendung von:
(p&sub0; - p&sub0;) = (2σsinθ&sub0;)/C&sub0; (18)
Zweitens wird die gesamte aufwärts gerichtete, aufgrund der Lötstelle 24 auf SMD 14 wirkende Kraft F&sub0; berechnet, und zwar mit:
F&sub0; = w{lm[p&sub0; - pa - W/(2lm/w) - σ(cosθ&sub1; + cosθ&sub3;)]} (19)
wobei
θ&sub1; = θ&sub0; + θ&sub0;' (20)
und
θ&sub3; = θi + θi' (21)
Drittens wird die abwärts gerichtete, auf ein einzelnes Hebeauge 30 wirkende Kraft F berechnet, unter Verwendung von:
F = -F&sub0;/N (22)
wobei N die Anzahl der Hebeaugen 30 für jedes Montageauge 12 ist.
Der vierte Schritt ist es einen Startwert für θLP zu wählen, den Winkel zwischen der Hypothenuse CLP und der äußeren Oberfläche 33 der Lotmasse, wie er in Abb. 8 gezeigt ist. Ein vorgeschlagener Bereich beträgt 10º < θLP < 40º, so daß ein Startwert von θLP = 25º vorgeschlagen wird.
Fünftens werden RChip, CLP, und RLP berechnet, und zwar unter Verwendung von:
RChip = RPad - h cot(θLP + θc) (23)
CLP = h = h/[sin(θLP + θc] (24)
und
CLP = -CLP/(2sinθLP) = -h/[2sinθLPsin(θLP + θc)] (25)
Wobei θc ein Grenzflächenwinkel ist, wie er von einem Fachmann bestimmt werden kann, und der von den physikalischen Charakteristika des Lots und der Unterseite 18 in Berührung miteinander bestimmt wird.
Sechstens wird die Kraft auf ein einzelnes Hebeauge 30 berechnet, und zwar unter Verwendung von:
F' = πσRChip²/R&sub0; - 2πRChipσsin(θLP + θc) (26)
wobei
R&sub0; = -RLP (27)
Siebtens werden die vierten bis sechsten Schritte wiederholt, bis der Wert für θLP an einem solchen Wert anlangt, daß der Wert von F' gleich dem im dritten Schritt oben (Gleichung 22) berechneten Wert F wird.
Achtens werden ACS und rCG berechnet, unter Verwendung von:
ACS = 1/2(R&sub0;²)(2θLP - sin2θLP) (28)
und
rCG = (RChip + RPad)/2 + R&sub0;[(4sin3θLP)/(6θLP - 3sin2θLP) - cosθLP] sin(θLP + θc) (29)
Der neunte und abschließende Schritt ist es, das Volumen VLP der Lotmasse 32 für jedes Hebeauge zu berechnen, unter Verwendung von:
VLP = π hRChip² + h(RPad - RCihp)(2RChip + Rpad)/3 + 2ACSrCG (30)
Ist der Vorgang zur Lötstellen-Optimierung und zur Hebeaugen-Optimierung einmal abgeschlossen, so können die innere Ausdehnung Ii, die äußere Ausdehnung Io, und die Lotvolumina VM/VLP mit den gegebenen Informationen verwendet werden, um die gedruckte Leiterplatte zu konstruieren.
In Abb. 6B wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform ist ähnlich jener in Abb. 6A gezeigten, gedruckten Leiterplatte, mit dem Zusatz verstopfter Durchgänge 34 und mit Gas gefüllter Gastaschen 42; welche den Hebeaugen 30 und den Lotmassen 32 dabei helfen eine zusätzliche, nach oben gerichtete Kraft FL auf das SMD 14 bereitzustellen. Der verstopfte Durchgang 34 besteht aus einem durch das Substrat 10 hindurch gebildeten Durchgangsloch 36, wobei das Loch 36 mindestens teilweise mit einem Pfropfenmaterial 38 gefüllt ist. Außerdem besitzen die Hebeaugen 30 in dieser Ausführungsform ein durch sie hindurch gebildetes Loch 44, und das Loch 44 begrenzt auf diese Weise eine innere Wand des Hebeauges 30. Auf der Oberseite des verstopften Durchgangs 34 wird eine Tasche 40 gebildet, die auf ihrer Oberseite allgemein durch die Lotmasse 32, an ihren Seiten durch die Lotmasse 32 und/oder die Innenwand des Hebeauges 30 und/oder Loch 36 begrenzt ist, und auf ihrer Unterseite durch das Pfropfenmaterial 38. Es isf außerdem möglich das Durchgangsloch 36 vollständig mit Pfropfenmaterial 38 zu füllen, solange in gewissem Umfang eine Tasche 40 gebildet wird; bevorzugt wird Durchgang 36 jedoch nur teilweise mit dem Pfropfenmaterial 38 gefüllt, so daß eine größere Tasche 40 gebildet und dadurch eine stärkere Anhebung aus der nachfolgenden Ausdehnung des in der Tasche 40 eingeschlossenen Gases 42 zugelassen wird.
Die verstopften Durchgänge 34 sind konstruiert um während des Aufschmelzens Gas einzuschließen; und um eine Gasausdehnung bereitzustellen, die dazu neigt die Lotmassenhöhe h vorteilhaft zu steigern; während die abgelagerte Lotmenge vermindert wird, die für eine gegebene Steigerung in der Lötstellenhöhe h&sub0; erforderlich ist. Das Gas 42 kann aus Luft oder einem anderen Umgebungsgas bestehen, das in der Tasche 40 eingeschlossen wird wenn die Lotmasse 32 auf den Hebeaugen 30 abgelagert wird; ebenso wie aus flüchtigen Gasen, die während der großen Hitze des Aufschmelzens intern von der Lotmasse 32 freigesetzt werden.
Verschiedene andere Modifikationen können ins Auge gefaßt werden. Zum Beispiel ist es außerdem möglich, zusätzlich zu oder an Stelle der verstopften Durchgänge 34 unterhalb der Hebeaugen 30 verstopfte Durchgänge 36 unter den Montageaugen 12 bereitzustellen. Außerdem ist klar daß die Lötstellen 24 und die Lotmassen 32 aus dem selben Lot oder der selben Lotpaste bestehen können.

Claims

1. Eine gedruckte Leiterplatte, die umfaßt:

ein bedrucktes Leiterplatten-Substrat (10),

mindestens ein oberflächenmontiertes Bauteil (14), das eine untere Oberfläche (18) und eine untere Kante (21) um diese Oberfläche (18) herum besitzt, wobei dieses Bauteil (14) an dieser unteren Oberfläche (18) dieser unteren Kante (21) benachbarte Anschlußenden (22) aufweist;

mindestens zwei Befestigungsaugen (12) für jedes dieser oberflächenmontierten Bauteile (14), wobei diese Montageaugen (12) auf einer Oberseite dieses Substrats (10) in passender Relation mit diesen Anschlußenden (22) dieses oberflächenmontierten Bauteils (14) angeordnet sind;

eine jedes dieser Anschlußenden (22) mit seinem entsprechenden Befestigungsauge (12) verbindende Lötstelle (24), wobei diese Lötstelle (24) innere und äußere Kehlen (26, 28) aufweist und aus einer vorherbestimmten Lotmenge besteht;

mindestens ein Hebeauge (30) für jedes oberflächenmontierte Bauteil (14), wobei jedes Hebeauge (30) auf dieser Oberseite dieses Substrates (10) inmitten dieser Montageaugen (12) angeordnet ist; und

eine Lotmasse (32) für jedes Hebeauge (30), wobei jede Lotmasse (32) zwischen und in Kontakt mit seinem entsprechenden Hebeauge (30) und dieser unteren Oberfläche (18) dieses oberflächenmontierten Bauteils (14) angeordnet ist; und jede Lotmasse (32) aus einer vorherbestimmten Lotmenge besteht;

bei der diese vorherbestimmten Lotmengen (23, 32) auf diesen Montageaugen (12) und jedem Hebeauge (30) in einem geschmolzenen Zustand eine Gesamt- Auftriebskraft auf dieses oberflächenmontierte Bauteil (14) derart bereitstellen, daß dieses Bauteil (14) auf eine vorherbestimmte Höhe (h&sub0;) über diese Montageaugen (12) aufsteigt; und bei der dieses Lot (24, 32) in erstarrtem Zustand dieses Bauteil (14) im wesentlichen auf dieser vorherbestimmten Höhe (h0) über diesen Montageaugen (12) hält;

und bei der dieses Substrat (10) dadurch hindurch gebildete Durchgänge (34) einschließt, und jedes Hebeauge (30) ein dadurch hindurch gebildetes Hebeaugen- Loch (44) einschließt; wobei jeder dieser Durchgänge (34) mit einem entsprechenden Hebeaugen-Loch (44) ausgerichtet ist, und diese Durchgänge (34) teilweise mit einem Pfropfenmaterial (38) verstopft sind, wodurch eine verschlossene Tasche (40) zwischen dieser Lotmasse (32) und diesem Pfropfenmaterial (38) abgegrenzt wird, in der Gas (42) eingeschlossen werden kann, dem während des Aufschmelzens eine Ausdehnung erlaubt wird.

2. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, in der eine Ausdehnung (Ii) jedes Montageauges (12) von vorherbestimmter Länge ist, um einen Winkel (α) zwischen dieser Unterseite (18) dieses oberflächenmontierten Bauteils (14) und der freien Oberfläche (27) dieser inneren Kehle (26) so zu fördern daß er mindestens so groß ist wie ein vorherbestimmter Mindestwinkel.

3. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 2, in der dieser vorherbestimmte Mindestwinkel 30 Grad beträgt.

4. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, in der diese äußere Kehle (28) im wesentlichen die gesamte Höhe einer Begrenzungswand (20) dieses oberflächenmontierten Bauteils (14) berührt, wodurch eine gesteigerte Rißausbreitungsstrecke bereitgestellt wird.

5. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, in der diese äußere Kehle (28) dieser Lötstelle (24) von konvexer Form ist.

6. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, in der eine äußere Ausdehnung (Io) jedes Montageauges (12) von vorherbestimmter Länge ist, um so die Rißfortschrittsstrecke in dieser äußeren Kehle (28) zu maximieren; wobei diese vorherbestimmte Lange auf einer vorherbestimmten Strategie der Lotaufbringung basiert.

7. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, in der jedes Hebeauge (30) von rechteckiger Form ist.

8. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, in der dieses Pfropfenmaterial (38) thermisch leitfähig ist.

9. Eine gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 1, in der dieses Substrat weiterhin zusätzliche, dadurch hindurch gebildete Durchgänge einschließt, und in der diese Montageaugen dadurch hindurch gebildete, Monatgeaugen-Löcher einschließen; wobei diese zusätzlichen Durchgänge mit diesen Montageaugen-Löchern ausgerichtet sind, und diese zusätzlichen Durchgänge teilweise mit einem Pfropfenmaterial verstopft sind; wodurch eine geschlossene Tasche zwischen dieser Lötstelle und diesem Pfropfenmaterial abgegrenzt wird, in der Gas eingeschlossen werden kann, dem während des Aufschmelzens eine Ausdehnung erlaubt wird.