EP0903061A1 - Verfahren zum reflowlöten von mit smd-bauelementen bestückten leiterplatten - Google Patents

Verfahren zum reflowlöten von mit smd-bauelementen bestückten leiterplatten

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EP0903061A1
EP0903061A1 EP97943748A EP97943748A EP0903061A1 EP 0903061 A1 EP0903061 A1 EP 0903061A1 EP 97943748 A EP97943748 A EP 97943748A EP 97943748 A EP97943748 A EP 97943748A EP 0903061 A1 EP0903061 A1 EP 0903061A1
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EP
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circuit board
reflow soldering
components
smd components
printed circuit
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EP97943748A
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Andreas Neutel
Joachim Schmidt
Jens Sabotke
Frank-Dieter Hauschild
Ansgar Graen
Carola Baran
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention is based on a method according to the type specified in the preamble of claim 1.
  • SMD Surface Mounted Device
  • a method is known from EP 0 419 065 A2 in which a printed circuit board is first printed on its first side in a solder paste printing station with soldering areas at the locations provided for the application of SMD components. Subsequently, the circuit board is provided in an adhesive station between the soldering points with an adhesive drop for fixing the SMD components and then fitted with SMD components in a pick and place device, which are placed on the soldering surfaces and the adhesive. Since the components have to be pressed into the adhesive, the exact placement of the components can be hindered by the adhesive.
  • the adhesive is cured and the circuit board is fed to a reflow soldering station, in which the solder applied to the first side is melted and the components are soldered to the circuit board.
  • the printed circuit boards are turned over with the second side facing upwards and then again printed with soldering areas and then fitted with SMD components.
  • the circuit board is again fed to a reflow soldering station.
  • both the solder on the second side and the solder on the lower first side are melted.
  • the adhesive between the SMD components located on the first side and the printed circuit board prevents the SMD components already soldered to the first side from being detached from the printed circuit board by their weight when the soldered connections are re-melted.
  • a disadvantage of the method known from EP 0 419 065 A2 is that the adhesive is applied to the printed circuit board before the first reflow soldering step, since then the molten solder paste can contract below the components fixed by the adhesive, or the components by the adhesive be pressed out of the molten solder paste. This effect, known as "settling", has the effect that there are no or only inadequate electrical connections between the SMD components and the soldered connection areas on the printed circuit board.
  • Another method known in the prior art therefore provides for the adhesive to be applied between the component and the printed circuit board only after the first reflow soldering of the SMD components.
  • the adhesive is applied in a bead-like manner in the region of the side edges of the components, so that it connects the SMD components at their edges to the printed circuit board surface.
  • Adhesive can get onto the soldering surfaces during application, which can contaminate and contaminate them. During the second reflow soldering step, the quality of the electrical connection between the SMD component and the printed circuit board is reduced by the contamination.
  • the method according to the invention for reflow soldering printed circuit boards equipped with SMD components with the characterizing feature of the main claim has the advantage that the adhesive is only applied after the first reflow soldering step and, at the same time, contamination of the soldering surfaces on the first side of the lead provided with the adhesive terplatten is avoided. This is easily achieved by injecting the adhesive after the first reflow soldering from the still freely accessible second side of the printed circuit board through openings provided in the narrow space between the component and the printed circuit board. This advantageously avoids both the settling of the SMD components and an impairment of the electrical conductivity of the solder joints between the component and the printed circuit board caused by the adhesive.
  • the method according to the invention can be carried out, for example, in an automatic production line in which the circuit boards on conveyor belts pass through the individual stations one after the other.
  • the printed circuit boards have a first and a second side opposite this, both of which are to be equipped with SMD components.
  • an opening is provided, which extends from the first side to the second side of the printed circuit board.
  • the opening can be designed, for example, as a bore with a diameter of approximately 1 mm.
  • the printed circuit board is then fed to an SMD placement device, which attaches SMD components to the soldering areas on the first side using a suction pipette.
  • the printed circuit board is fed to a reflow soldering station, in which the components applied on the first side are soldered to the connection areas.
  • the circuit board is then turned over and fed to an adhesive station.
  • a cannula which is inserted from the second side of the printed circuit board above into the openings now located above the components, is used to inject adhesive into the space between the first side of the printed circuit board and the connection side of the SMD components. In the process carried out in this way, the adhesive can be metered exactly so that it does not flow out of the space between the component and the printed circuit board.
  • the adhesive is cured behind the adhesive station in a hardening station.
  • adhesives can also be used that are cured in the reflow soldering station.
  • the Printed circuit boards are now again fed to a solder paste printing station and printed with solder paste on the connection surfaces of the upward-facing second printed circuit board side.
  • the circuit boards are then fitted with SMD components in a placement machine on the second side and again fed to a reflow soldering station. During the second reflow soldering step, the components applied to the second side are soldered to the circuit board.
  • solder of the components already soldered to the connection faces of the first side is melted again, the drops of adhesive between the component and the circuit board preventing the SMD components from detaching from the circuit board due to their weight.
  • the components are soldered to the connection areas on both sides of the printed circuit board.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reflowlöten von mit SMD-Bauelementen bestückten Leiterplatten, bei dem SMD-Bauelemente auf Lötflächen der ersten Seite einer Leiterplatte aufgesetzt werden und in einem ersten Reflowlötschritt mit der Leiterplatte verlötet werden, die Leiterplatte danach mit der ersten Seite nach unten gewendet wird und SMD-Bauelemente auf Lötflächen der nun obenliegenden zweiten Seite aufgesetzt werden, die in einem sich daran anschließenden zweiten Reflowlötschritt mit der Leiterplatte verlötet werden, wobei die SMD-Bauelemente auf der ersten Seite vor dem zweiten Reflowlötschritt an der ersten Seite der Leiterplatte festgeklebt werden. Es wird vorgeschlagen, nach dem ersten Reflowlötschritt einen Kleber von der zweiten Seite der Leiterplatte aus durch jeweils eine am Ort der auf die erste Seite aufgelöteten Bauelemente befindliche Öffnung, welche sich von der ersten Seite bis zur zweiten Seite der Leiterplatte erstreckt, in den Raum zwischen Bauelement und Leiterplatte einzuspritzen.

Description

Verfahren zum Reflowlöten von mit SMP-Bauelementen bestückten Leiterplatten
Stand der Technik
Die Erfindung geht von einem Verfahren nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung aus.
Derartige Verfahren sind bereits seit längerem bekannt und werden in der Leiterplattenfertigung eingesetzt, um Leiterplatten beidseitig mit SMD-Bauelementen (SMD = Surface Moun- ted Device) im Reflowlötverfahren zu verlöten. So ist beispielsweise aus der EP 0 419 065 A2 ein Verfahren bekannt, bei dem eine Leiterplatte zunächst auf ihrer ersten Seite in einer Lötpastendruckstation an den zur Aufbringung von SMD- Bauelementen vorgesehenen Stellen mit Lötflächen bedruckt wird. Anschließend wird die Leiterplatte in einer Kleberstation zwischen den Lötstellen mit einem Klebertropfen zur Fi- xierung der SMD-Bauelemente versehen und danach in einem Bestücker mit SMD-Bauelementen bestückt, die auf die Lötflächen und den Kleber aufgesetzt werden. Da die Bauelemente in den Kleber eingedrückt werden müssen, kann das genaue Aufsetzen der Bauelemente durch den Kleber behindert werden. Nach dem Bestücken wird der Kleber ausgehärtet und die Leiterplatte einer Reflowlötstation zugeführt, in der das auf die erste Seite aufgebrachte Lot aufgeschmolzen wird und die Bauelemente mit der Leiterplatte verlötet werden. Nach dem ersten Reflowlötschritt werden die Leiterplatten mit der zweiten Seite nach oben gewendet und nun erneut mit Lötflächen bedruckt und anschließend mit SMD-Bauelementen bestückt. Nach der Bestückung der zweiten Seite wird die Lei- terplatte erneut einer Reflowlötstation zugeführt . Während des zweiten Reflowlötschrittes wird sowohl das Lot auf der zweiten Seite als auch das Lot auf der unten liegenden ersten Seite aufgeschmolzen. Dabei verhindert der Kleber zwischen den auf der ersten Seite befindlichen SMD-Bauelementen und der Leiterplatte, daß die bereits mit der ersten Seite verlöteten SMD-Bauelemente beim erneuten Aufschmelzen der Lötverbindungen durch ihre Gewichtskraft von der Leiterplatte abgelöst werden. Nachteilig bei dem aus der EP 0 419 065 A2 bekannten Verfahren ist, daß der Kleber vor dem ersten Reflowlötschritt auf die Leiterplatte aufgebracht wird, da sich dann die geschmolzene Lotpaste unterhalb der durch den Kleber fixierten Bauelemente zusammenziehen kann, bzw. die Bauelemente durch den Kleber aus der geschmolzenen Lotpaste herausgedrückt werden. Dieser als „Settling" bekannte Effekt bewirkt, daß keine oder nur unzureichende elektrische Verbindungen zwischen den SMD-Bauelementen und den beloteten Anschlußflächen auf der Leiterplatte entstehen.
Ein anderes im Stand der Technik bekanntes Verfahren sieht deshalb vor, den Kleber erst nach dem ersten Reflowlöten der SMD-Bauelemente zwischen Bauelement und Leiterplatte aufzutragen. Bei diesem Verfahren wird der Kleber im Bereich der Seitenränder der Bauelemente wulstartig aufgetragen, so daß er die SMD-Bauelemente an deren Rändern mit der Leiterplat- tenoberflache verbindet. Nachteilig hierbei ist, daß der
Kleber beim Auftragen auf die Lötflächen gelangen kann und diese dadurch verschmutzt und verunreinigt werden. Bei dem anschließend durchgeführten zweiten Reflowlötschritt wird die Qualität der elektrischen Verbindung zwischen SMD-Bau- element und Leiterplatte durch die Verunreinigung vermindert . Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reflowlöten von mit SMD- Bauelementen bestückten Leiterplatten mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß der Kleber erst nach dem ersten Reflowlötschritt aufgetragen wird und gleichzeitig eine Verschmutzung der Lötflächen auf der mit dem Kleber versehenen ersten Seite der Lei- terplatten vermieden wird. Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß der Kleber nach dem ersten Reflowlöten von der noch frei zugänglichen zweiten Seite der Leiterplatte aus durch eine dafür vorgesehene Öffnungen in den schmalen Zwischenraum zwischen Bauelement und Leiterplatte einge- spritzt wird. Hierdurch wird vorteilhaft sowohl das Settling der SMD-Bauelemente als auch eine durch den Kleber verursachte Beeinträchtigung der elektrischen Leitfähigkeit der Lötstellen zwischen Bauelement und Leiterplatte vermieden. Für das erfindungsgemäße Verfahren ist keine wesentliche Ab- änderung der Fertigungsmaschinen und der Prozeßreihenfolge erforderlich, so daß hierfür keine zusätzlichen Kosten entstehen. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Bestückung der ersten Seite der Leiterplatte mit SMD-Bauelementen nicht durch den Kleber behindert wird und die SMD-Bauelemente pro- blemlos auf die Lötflächen aufgesetzt werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, den Kleber nach dem Wenden der Leiterplatte mit einer in die Öffnung eingeführten Kanüle direkt in den Raum zwischen der Anschlußseite des SMD-Bau- elementes und der ersten Seite der Leiterplatte einzuspritzen, um den Kleber optimal zu dosieren.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Beispiel in einer automatischen Fertigungslinie durchgeführt werden, in der die Leiterplatten auf Transportbändern nacheinander die einzelnen Stationen durchlaufen. Die Leiterplatten weisen eine erste und eine dieser gegenüberliegende zweite Seite auf, die beide mit SMD-Bauelementen bestückt werden sollen. An den für die Aufbringung von SMD-Bauelemente bestimmten Stellen der ersten Seite der Leiterplatte ist jeweils eine Öffnung vorgesehen, die sich ausgehend von der ersten Seite bis zur zweiten Seite der Leiterplatte erstreckt . Die Öffnung kann z.B. als Bohrung mit einem Durchmesser von etwa 1 mm ausgebildet sein. Das Verfahren beginnt damit, daß eine beidseitig mit Anschlußflächen für SMD-Bauelemente und mit den beschriebenen Öffnungen versehene Leiterplatte einer Lötpastendruckstation zugeführt wird, in der Lötpaste auf die Anschlußflächen der ersten Seite der Leiterplatte aufge- bracht wird. Anschließend wird die Leiterplatte einem SMD- Bestücker zugeführt, der mit einer Saugpipette SMD-Bauelemente auf die Lötflächen der ersten Seite aufsetzt . Nach dem Bestücken wird die Leiterplatte einer Reflowlötstation zugeführt, in der die auf der ersten Seite aufgebrachten Bauele- mente mit den Anschlußflächen verlötet werden. Anschließend wird die Leiterplatte gewendet und einer Kleberstation zugeführt. In der Kleberstation wird mit einer Kanüle, welche von der obenliegenden zweiten Seite der Leiterplatte in die nun über den Bauelementen befindlichen Öffnungen eingeführt wird, Kleber in den Raum zwischen der ersten Seite der Leiterplatte und der Anschlußseite der SMD-Bauelemente eingespritzt. Bei dem derart durchgeführten Verfahren kann der Kleber exakt dosiert werden, so daß er nicht aus dem Raum zwischen Bauelement und Leiterplatte herausfließt. Indem die Bauelemente mit einem einzelnen in der Mitte der Anschlußseite aufgebrachten Klebertropfen an der Leiterplatte festgeklebt werden, wird eine Verunreinigung der an den Seitenrändern angeordneten Lötflächen vermieden. Falls erforderlich wird der Kleber hinter der Kleberstation in einer Här- testation ausgehärtet. Es können aber auch Kleber verwandt werden, die in der Reflowlötstation ausgehärtet werden. Die Leiterplatten werden nun erneut einer Lotpastendruckstation zugeführt und auf den Anschlußflächen der nach oben weisenden zweiten Leiterplattenseite mit Lötpaste bedruckt . Anschließend werden die Leiterplatten in einem Bestücker auf der zweiten Seite mit SMD-Bauelementen bestückt und erneut einer Reflowlötstation zugeführt. Während des nun durchgeführten zweiten Reflowlotschrittes werden die auf die zweite Seite aufgebrachten Bauelemente mit der Leiterplatte verlötet . Dabei wird das Lot der bereits mit den Anschlußflächen der ersten Seite verlöteten Bauelemente erneut aufgeschmolzen, wobei die Klebertropfen zwischen Bauelement und Leiterplatte verhindern, daß sich die SMD-Bauelemente bedingt durch ihre Gewichtskraft von der Leiterplatte ablösen. Nach der Durchführung des zweiten Reflowlotschrittes sind die Bauelemente mit den Anschlußflächen auf beiden Seiten der Leiterplatte verlötet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Reflowlöten von mit SMD-Bauelementen bestückten Leiterplatten, bei dem SMD-Bauelemente auf Lötflächen der ersten Seite einer Leiterplatte aufgesetzt werden und in einem ersten Reflowlötschritt mit der Leiterplatte verlötet werden, die Leiterplatte danach mit der ersten Sei- te nach unten gewendet wird und SMD-Bauelemente auf Lötflächen der nun obenliegenden zweiten Seite aufgesetzt werden, die in einem sich daran anschließenden zweiten Reflowlötschritt mit der Leiterplatte verlötet werden, wobei die SMD- Bauelemente auf der ersten Seite vor dem zweiten Reflowlöt- schritt an der ersten Seite der Leiterplatte festgeklebt werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem ersten Reflowlötschritt ein Kleber von der zweiten Seite der Leiterplatte aus durch jeweils eine Öffnung, welche am Ort der auf die ersten Seite aufgelöteten Bauelemente vorgesehen ist und sich von der ersten Seite bis zur zweiten Seite der Leiterplatte erstreckt, in den Raum zwischen Bauelement und der ersten Seite eingespritzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber nach dem Wenden der Leiterplatte mit einer in die Öffnung eingeführten Kanüle direkt in den Raum zwischen der Anschlußseite des SMD-Bauelementes und der ersten Seite der Leiterplatte eingespritzt wird.
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