DE102004063135A1

DE102004063135A1 - Leiterplatte zur Bestückung mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen

Info

Publication number: DE102004063135A1
Application number: DE200410063135
Authority: DE
Inventors: Dietmar Birgel; Karl-Peter Hauptvogel; Jürgen KRÜGER; Paul Burger
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-13
Also published as: WO2006067028A3; WO2006067028A2

Abstract

Die Erfindung betrifft Leiterplatten, die untereinander durch flexible Leiterbahnen oder Jumper verbunden werden. Es ist wünschenswert, die Jumper in einem dem Lötprozess und in einem Schritt zusammen mit anderen SMD- und sonstigen Bauteilen auf den Leiterplatten in einem Reflow-Lötofen zu löten. DOLLAR A Dazu sind bei der erfindungsgemäßen Leiterplatte (10), die üblicherweise mehrere Innenlagen (11) sowie innere Leiterbahnen (12) und äußere Leiterbahnen (13) aufweist, in der Stirnseite (18) seitliche Öffnungen (17) angebracht, die vorzugsweise metallisiert sind. Nach Ein- bzw. Aufbringen von Lotpaste können dort hineingesteckte Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte (16) eines Jumpers (15) zusammen mit anderen Bauteilen auf der Leiterplatte (10) in einem Reflow-Lötofen verlötet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte zur Bestückung mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen. Die Erfindung betrifft insbesondere solche Leiterplatten, die mit SMD-Bauteilen bestückt und in einem Reflow-Lötofen gelötet werden.
Unter dem Begriff "Leiterplatte" wird nachfolgend eine Trägerplatte mit Leiterbahnen verstanden, die aus einem relativ starren Material besteht.

Es sind verschiedene Anwendungen mit solchen herkömmlichen Leiterplatten bekannt, bei denen zwei Leiterplatten über eine relativ flexible Verbindung elektrisch miteinander verbunden werden, weil die Leiterplatten beispielsweise in unterschiedlichen Positionen zueinander angeordnet werden sollen. Eine solche Verbindung ist am einfachsten durch ein Kabel mit einer Steckverbindung als lösbare Verbindung der Leiterplatten zu realisieren; sie erfordert jedoch auf wenigstens einer Leiterplatte und/oder dem Kabel ein zusätzliches Bauteil. In anderen Fällen, wo eine nicht lösbare Verbindung der Leiterplatten gewünscht wird, werden häufig flexible Leiterbahnen oder kurze Flachbandkabel, sogenannte Jumper, verwendet.

Unter dem Begriff "flexible Leiterbahn" wird dabei üblicherweise eine Anordnung mehrerer metallener Leiterbahnen auf einem flexiblen Trägermaterial verstanden, Unter dem Begriff "Jumper" werden üblicherweise dünne Litzen, die von einer Isolation aus Papier oder Kunststoff umschlossen sind, verstanden. Jumper werden meistens direkt auf der oder einer der Bestückungsseiten der Leiterplatten verlötet. Bei den flexiblen Leiterbahnen sind auch Kombinationen denkbar, wobei die flexiblen Leiterbahnen auf einer Leiterplatte verlötet und an ihrem anderen Ende mit einem Stecker versehen sind, der in eine entsprechende Steckerbuchse auf der anderen Leiterplatte gesteckt wird.

Bei Leiterplatten-Herstellern sind heute auch Leiterplatten, die durch flexible Leiterbahnen miteinander verbundene sind, als Fertigprodukte erhältlich. Bei solchen Produkten werden beispielsweise zunächst alle miteinander zu verbindenden Leiterplatten zu einer einzelnen mehrlagigen Platte aufgebaut, wobei die flexiblen Leiterbahnen als Innenlage für die gesamte Platte integriert werden. Danach wird an den Stellen, wo nur die flexiblen Leiterbahnen stehen bleiben sollen, das starre Trägermaterial der Leiterplatten bis auf die flexiblen Leiterbahnen entfernt. Übrig bleiben einzelne starre Leiterplatten, die miteinander durch flexible Leiterbahnen verbunden sind. Solche Leiterplatten-Anordnungen sind auch unter dem Begriff "Starrflex-Leiterplatten" bekannt. Sie können mit SMD-Bauteilen bestückt und in einem Lötautomaten, beispielsweise einem Reflow-Lötofen, gelötete werden. Nachteilig ist jedoch, daß beim Biegen der flexible Leiterbahnen, weil die Leiterplatten in bestimmter Weise zueinander ausgerichtet werden sollen, gewisse minimale Biegeradien der flexiblen Leiterbahnen nicht unterschritten werden dürfen. Anderenfalls können sich die eigentlichen metallischen Leiterbahnen vom flexiblen Trägermaterial ablösen und/oder brechen.

Sollen bei den angesprochenen Verbindung von Leiterplatten die flexiblen Leiterbahnen jedoch auch sehr kleine Biegeradien überstehen können, so bleiben nur Verbindungen mit Jumpern, wobei, wie üblich, deren Litzen auf beiden Leiterplatten verlötet oder mit Leitkleber geklebt werden. Hierbei werden heute jedoch das Löten oder Kleben von Jumpern zusätzlich zum sonstigen Bestückungs- und Lötprozeß der Leiterplatten in einem separaten Arbeitsschritt ausgeführt. Dies ist nicht nur zeitaufwendig sondern auch teuer.

Vorteilhaft wäre es hingegen, wenn die beschriebenen Verbindungen der Leiterplatten untereinander durch flexible Leiterbahnen oder Jumper in einem Schritt mit dem Lötprozess für die SMD- und anderen Bauteile auf den Leiterplatten in einem Reflow-Lötofen zu akzeptablen Preisen hergestellt werden könnten. Preiswerte Jumper, insbesondere solche mit Isolationen aus Papier halten jedoch den hohen, für einen Lötvorgang im Reflow-Lötofen erforderlichen Temperaturen nicht Stand. Jumper mit hoch temperaturfester Ummantelung, die auch den hohen Temperaturspitzen im Reflow-Lötofen widersteht, sind andererseits sehr teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben genannten Nachteile eine Leiterplatte zu schaffen, mit der bzw. denen es auf einfache Weise und zudem kostengünstig möglich ist, eine Verbindung zwischen dieser und einer anderen Leiterplatte zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Leiterplatte nach der Erfindung zur Bestückung mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, wobei die Leiterplatte in einer Stirnseite wenigstens eine seitliche Öffnung zur Aufnahme eines Drahtes, Anschlußpins oder einer Litze aufweist und diese Öffnung metallisiert ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Leiterplatte nach der Erfindung sieht vor, daß die Öffnung durch Bohrung oder Fräsen hergestellt wird.

Bei wieder einer anderen Ausführungsform der Leiterplatte nach der Erfindung wird die Öffnung durch ein Laser-Verfahren hergestellt.

Eine weitere Ausführungsform der Leiterplatte nach der Erfindung sieht vor, daß die Öffnung durch ein Plasma-Ätzverfahren hergestellt wird.

Noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte ist aus mehreren Lagen zusammengesetzt.

Bei einer anderen Ausführungsform der Leiterplatte nach der Erfindung wird die Öffnung aus einer Ausnehmung wenigstens einer Innenlage der Leiterplatte gebildet.

Bei noch wieder einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte wird die Ausnehmung der Innenlage während des Zusammenfügens der Lagen zur Leiterplatte durch ein später entfernbares Material ausgefüllt.

Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Leiterplatte betreffen verschieden Formen der Öffnung als Buchse bzw. aus wenigstens einem Schlitz.

Bei noch einer anderen Ausführungsform der Leiterplatte nach der Erfindung weist die Öffnung eine Lotzuführung auf, die in besonderer Ausgestaltung auch metallisiert sein kann.

Noch eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Nutzen aus mehreren erfindungsgemäßen Leiterplatten.

Die oben genannte Aufgabe wird nach der Erfindung auch gelöst durch eine erste Variante einer Anordnung aus mindestens zwei der oben beschriebenen Leiterplatten, die durch Jumper oder flexible Leiterbahnen verbunden sind, deren Anschlußpins oder Litzen in den seitlichen Öffnungen der Leiterplatten eingesetzt und dort verlötet sind.

Die genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine weitere Variante einer Anordnung aus mindestens zwei der oben beschriebenen Leiterplatten nach der Erfindung auch gelöst mit in die seitlichen Öffnungen eingelöteten Anschlußpins bzw. Anschlußdrähten eines Jumpers zur Verbindung der Leiterplatten.

Bei anderen, besonderen Ausführungsformen einer Leiterplatte nach der Erfindung ist in die seitliche Öffnung ein Anschlußpin bzw. Anschlußdraht einer Leuchtdiode (LED) oder sind, im Falle mehrerer seitlicher Öffnungen, Anschlußpins einer Steckerleiste oder Steckerbuchsenleiste eingelötet.

Bei wieder einer anderen Ausführungsform einer Leiterplatte nach der Erfindung ist in die seitliche Öffnung der Leiterplatte eine metallische Hülse eingelötet.

Bei noch weiteren Ausführungsformen einer Leiterplatte nach der Erfindung sind mehrere seitlichen Öffnungen mit unterschiedlicher Größe bzw. Durchmesser oder mit unterschiedlichem Abstand zueinander vorgesehen, wodurch eine Kodierung bewirkt wird, die eine lagerichtige Platzierung von Steckern in den Hülsen ermöglicht.

Der Erfindung basiert im wesentlichen auf der Idee, herkömmliche Leiterplatten durch eine seitliche Anordnung von Anschlußöffnungen für Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte zu verbessern. Indem diese Anschlußöffnungen von den eigentlichen Bestückungsseiten der Leiterplatte auf deren seitliche Kanten bzw. in die Stirnflächen verlagert werden, wird Platz auf den Bestückungsseiten der Leiterplatte gewonnen bzw. eingespart. Bei einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich dadurch die Möglichkeit, mehrere Leiterplatten eines Nutzens mit Jumpern zu verbinden, die nicht in einem separaten Lötvorgang sondern zusammen mit SMD-Bauteilen beim Lötprozess im Reflow-Lötofen gelötete werden, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden.

Die Erfindung weist darüber hinaus noch einen weiteren großen Vorteil auf: Die seitlichen Öffnungen in der Stirnseite einer Leiterplatte nach der Erfindung können nicht nur Litzen oder Anschlußdrähte von Jumpern aufnehmen, sondern können auch zum seitlichen Anschluß von anderen bedrahteten Bauteilen an die Leiterplatte dienen. So können in den seitlichen Öffnungen der Leiterplatte beispielsweise Anschlußdrähte oder Anschlußpins von LEDs oder Steckerleisten eingelötet werden. Es ist außerdem möglich, die seitlichen Öffnungen in der Stirnfläche einer Leiterplatte durch eingelötete Metallhülsen zu stabilisieren und als Buchsen zu benutzen. Sind diese Buchsen mit den üblicherweise auf Leiterplatten vorgesehenen Testpunkten zur Prüfung der fertig bestückten und gelöteten Leiterplatte verbunden, so können Teststifte oder zum Prüfen verwendete Stiftstecker direkt in die seitlichen Buchsen eingesetzt werden. Im Prinzip können damit Testpads und Prüfpunkte auf den Bestückungsseiten der Leiterplatte eingespart werden.

Ein anderer besonderer Vorteil der Erfindung wurde ebenfalls oben bereits beschrieben. Die seitlichen Öffnungen in der Stirnfläche der Leiterplatte erlauben durch eine Variation von Durchmessern und Abstand zueinander eine einfache Kodierung und vereinfachen ein lagerichtiges Platzieren von Jumpern oder Steckern in den Öffnungen.

Die Erfindung wird nachfolgend genauer erläutert und beschrieben, wobei auf verschiedene und in der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele verwiesen wird. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Leiterplatte mit üblichen Anschlüssen für Jumper;
2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte nach der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte nach der Erfindung;
4 eine Schnittdarstellung der Leiterplatte nach 3 entlang einer in 3 durch "IV-IV" markierten Schnittlinie;
5 eine schematische Darstellung zweier Innenlagen für ein drittes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte nach der Erfindung;
6 eine schematische Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte nach der Erfindung;
7 eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte nach der Erfindung;
8 eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte nach der Erfindung;
9a eine schematische Schnittdarstellung der Leiterplatte nach 8 mit aufgebrachter Lotpaste;
9b eine schematische Schnittdarstellung der Leiterplatte nach 9 nach einem Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen;
10a eine schematische Darstellung von zwei durch einen thermisch unkritischen Jumper miteinander verbundenen Leiterplatten nach 8 nach einem Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen;
10b eine schematische Darstellung von zwei durch einen thermisch kritischen Jumper miteinander verbundenen Leiterplatten nach 8 nach einem Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen;
11 eine schematische Darstellung der Leiterplatte nach 6 mit einer seitlichen Steckverbinderleiste;
12 eine schematische Darstellung der Leiterplatte nach 7 mit einer seitlichen LED;
13 eine schematische Darstellung der Leiterplatte nach 6 mit einer in die seitliche Öffnung einzusetzende Metallhülse;
Wo es zweckmäßig erscheint, werden zur Vereinfachung in der Zeichnung und in der dazugehörenden Beschreibung gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente bzw. Module der erfindungsgemäßen Leiterplatte und des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet.
Die nachfolgend beschriebenen Leiterplatten bzw. Anordnungen von solchen Leiterplatten nach der Erfindung sind wie herkömmliche Leiterplatten auch meist mit einer Vielzahl elektrischer bzw. elektronischer Bauteile und Komponenten bestückt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit und zur Vereinfachung der Zeichnung wurde auf eine Darstellung der verschiedenen SMD- bzw. bedrahteten Bauteile auf den Bestückungs- bzw. Lötseiten oder -Flächen der Leiterplatten verzichtet. Da diese sonstigen elektrischen bzw. elektronischen Bauteile und Komponenten auf die erfindungsgemäßen Leiterplatten in gleicher Weise wie auf die herkömmlichen Leiterplatten bestückt und gelötet werden, ist die Verwendung solcher Bauteile und Komponenten auf den Leiterplatten nach der Erfindung für den Fachmann ohne Probleme klar und auf einfache Weise zu realisieren.
Zur Veranschaulichung ist in 1 eine herkömmliche Leiterplatte 1 dargestellt, die aus mehreren Innenlagen 2 zusammengesetzt ist. Wie üblich sind zwischen bzw. auf die einzelnen Innenlagen aus isolierendem Material leitende Schichten, beispielsweise Kupfer-Kaschierungen, gebracht, aus denen Leiterbahnen 3 in verschiedenen Ebenen herausgearbeitet sind. Zur Verbindung zweier solcher Leiterplatten 1 werden heute Jumper 4a und 4b verwendet, die meistens nichts anderes sind als dünne und biegsame Flachbandkabel, also meist Litzen, die von einer Isolation umgeben und zusammengefaßt werden. Heutzutage werden Jumper je nach ihrer Befestigung und Kontaktierung mit der Leiterplatte 1 in sogenannte THT-Jumper 4a und sogenannte SMD-Jumper unterschieden. Bei den THT-Jumpern 4a (Through-Hole-Technique) werden die Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte in Anschlußbohrungen 5a verlötet, die die Leiterplatte durchgreifenden. Bei den THT-Jumpern 4a (Surface-Mounted-Device) werden die Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte auf speziell dafür vorgesehene Pads 5b auf der Leiterplatte 1 üblicherweise mit Leitkleber verklebt. Das Löten der THT-Jumper 4a wird heutzutage nicht in einem Reflow-Lötofen durchgeführt sondern in einem Wellenlotbad oder sie werden per Hand gelötet. SMD-Jumper 4b werden üblicherweise nachdem alle sonstigen lötbaren Bauteile auf die Leiterplatte gelötet worden sind, in einem zusätzlichen Arbeitsschritt auf die Leiterplatte 1 geklebt.
In 2 ist demgegenüber eine erste Ausführungsform einer Leiterplatte 10 nach der Erfindung dargestellt, die ähnlich der Leiterplatte 1 nach 1 mehrere Innenlagen 11, innere Leiterbahnen 12 und äußere Leiterbahnen 13 aufweist. Im Vergleich zur herkömmlichen Leiterplatte 1 nach 1 weist die erfindungsgemäße Leiterplatte 10 auf ihrer in 2 dargestellten Bestückungsseite 14 weder Anschlußbohrungen 5a für die Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte 16 eines Jumpers 15 auf noch speziell dafür vorgesehene Pads 5b (siehe dazu 1). Bei der erfindungsgemäßen Leiterplatte 10 nach 2 werden die Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte 16 des Jumpers 15 in seitlichen Öffnungen 17 verlötet, die in einer Stirnseite 18 der Leiterplatte 10 vorgesehen sind. Die Herstellung einer Leiterplatte nach der Erfindung, ihre Bestückung und das Löten werden nachfolgend noch genauer beschrieben.
In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform einer Leiterplatte 20 nach der Erfindung schematisch dargestellt. Bei dieser Leiterplatte 20, von der hier zur Vereinfachung nur ein kleiner Teil dargestellt ist, wird die seitliche Öffnung (siehe 2) aus einem ersten Schlitz 22 in ihrer Bestückungsseite 21 und einem zweiten Schlitz 23 in einer der Bestückungsseite 21 gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte 20 gebildet. Wie 4 veranschaulicht, durchdringt keiner der beiden Schlitze 22, 23 für sich die Leiterplatte 20. Beide Schlitze 22, 23 reichen nur etwa bis zur Hälfte der Leiterplattendicke. Sie überdecken einander derart, daß sie in einem Verbindungsbereich 24 ein Durchgang zwischen beiden gebildet wird, was in 4 im Schnitt dargestellt ist. Dies ist auch in 4 dargestellt. Um den ersten Schlitz 22 herum ist ein Lötauge 26 vorgesehen, das mit anderen, hier nur angedeutete dargestellten, inneren und äußeren Leiterbahnen 25 der Leiterplatte 20 elektrisch verbunden ist.
Die die seitliche Öffnung (siehe auch 2) bildenden Schlitze 22, 23 sind vorzugsweise metallisiert, was in 4 durch eine Metallisierungshülse 27 veranschaulicht wird. Für die 4 wurde eine Darstellung gewählt, die eine erfindungsgemäße Leiterplatte 20 zeigt, die zum Löten vorbereitet wurde. In den zweiten Schlitz 23 wurde ein Anschlußpin 28 eines hier nicht dargestellten THT-Bauteils, beispielsweise eines Jumpers hineingesteckt, der wegen des Verbindungsbereiches 24, in dem sich die Schlitze 22, 23 überdecken, auch in den ersten Schlitz hineinragt. Über den ersten Schlitz 22, der sich zur Bestückungsseite 21 der Leiterplatte 10 hin öffnet, ist bereits Lot in Form von Lotpaste 29 aufgebracht worden. Die Lotpaste 29 wird auf das Lötauge 26 vorzugsweise mit einem Druckverfahren aufgebracht, und zwar in einem Arbeitsgang zusammen mit der Lotpaste für hier nicht dargestellte SMD-Bauteile dieser Bestückungsseite 21. In einem sich anschließenden Lötvorgang kann der Anschlußpin 28 zusammen mit den SMD-Bauteilen in einem Reflow-Lötofen gelötet werden.
In den 5 und 6 ist eine dritte Ausführungsform einer Leiterplatte 30 nach der Erfindung schematisch dargestellt. Eine erste Innenlage 31 und eine zweite Innenlage 32 sind für dieses Ausführungsbeispiel zur einer Leiterplatte 30 zusammengefügt. Vorzugsweise ist in jeder der Innenlagen 31 und 32 eine nutartige Ausnehmung 34 eingebracht, wobei die Ausnehmungen 34 jeweils derart in der jeweiligen Innenlage 31, 32 angeordnet sind, daß sie beim Zusammenfügen der Innenlagen 31, 32 zur Deckung kommen und eine Art Sackloch bilden.
6 ist eine schematische Schnittdarstellung des in 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiels der Leiterplatte 30 nach der Erfindung und verdeutlicht insbesondere, in welcher Form zwei Ausnehmungen 34 in den Innenlagen 31, 32 (siehe dazu auch 5) eine seitliche Öffnung und eine Anschlußbohrung 35 für einen Anschlußpin bzw. Anschlußdraht eines bedrahteten Bauteil bilden. Dabei ist dem Fachmann klar, wie er unter Zuhilfenahme herkömmlicher Techniken die Innenlagen 31, 32 zusammenfügen muß und wie er zwischen den Innenlagen 31, 32 angeordnete Leiterbahnstrukturen und solche außen auf den Innenlagen 31, 32 realisiert. Werden mehrere solcher Anschlußbohrungen 35 benötigt, ist die doppelte Anzahl von Ausnehmungen 34 in den Innenlagen 31, 32 vorzusehen.
Wie die 5 und 6 zeigen, wird für jede Anschlußbohrung 35 von einer der Bestückungsseiten der Leiterplatte 30 her außerdem eine Sacklochbohrung gebohrt, die in die Anschlußbohrung 35 mündet und die als Lotzuführung 36 fungiert. Vorzugsweise wird nach einem Bestücken der Anschlußbohrungen 35 der Leiterplatte 30 mit den dafür vorgesehenen Anschlußpins bzw. Anschlußdrähten der gewünschten bedrahteten Bauteilen oder Jumper 15 (siehe dazu auch 2) Lotpaste auf die Lotzuführungen 35 aufgebracht, wie dies beispielsweise auch 9a für eine andere Variante der erfindungsgemäßen Leiterplatte veranschaulicht. Das Aufbringen der Lotpaste kann dabei im gleichen Arbeitsschritt durchgeführt werden, mit dem auch die Lotpaste für die üblicherweise außerdem auf der Leiterplatte vorhandenen SMD-Bauteile aufgebracht wird. Vorzugsweise geschieht dies durch Drucken der Lotpaste. Die Lotpaste kann aber auch in Einzelfällen mit einem sogenannten Dispenser aufgebracht werden.
Die Anschlußbohrungen 35 wie auch die Lotzuführungen 35 sind vorzugsweise metallisiert, was in 6 durch eine Metallisierungshülse 37 veranschaulicht wird, die mit einem Lötauge 38 um die Lotzuführungen 35 herum verbunden ist. Das Lötauge steht mit innerer und äußerer Leiterbahnen in Verbindung, die zusammen mit weiteren metallisierte Bohrungen der Leiterplatte 30 zur Vervollständigung in 6 zur dargestellt aber nicht näher bezeichnet sind.
In 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 40 nach der Erfindung schematisch dargestellt. Diese Leiterplatte 40 umfaßt drei Innenlagen 41, 42 und 43 mit üblicherweise dazwischen angeordneten, hier nicht näher bezeichneten leitenden Schichten. Auf einer Oberfläche der ersten Innenlage 41 ist zur Verdeutlichung eine Leiterbahn 41a dargestellt. In der zweiten Innenlage 42 ist vor dem Zusammenfügen der Innenlagen 41, 42, 43 eine Ausnehmung 44, beispielsweise ein durch die Innenlage 42 hindurch gehender Schlitz oder eine entsprechende Ausfräsung, angebracht worden. Nach dem Zusammenfügen der Innenlagen 41, 42, 43 bildet die Ausnehmung 44 eine seitliche Öffnung für einen Anschlußpin bzw. Anschlußdraht eines bedrahteten Bauteil ähnlich der Anschlußbohrung 17 der Leiterplatte 14 nach 2. Dem Fachmann ist geläufig, wie er die Innenlagen 41–43 zusammenfügen muß und wie er zwischen den Innenlagen 41–43 angeordnete Leiterbahnstrukturen und solche außen auf den Innenlagen 41–43 realisiert. Um zu verhindern, daß beim Zusammenfügen der Innenlagen 41–43 die äußeren Innenlagen 41 und 43 in die Ausnehmung 44 der Innenlage 42 eindringen und sie verschließen, ist die Ausnehmung 44 mit einer Ausfüllung 49 versehen. Eine solche Ausfüllung 49 besteht vorzugsweise aus einem schmelzbaren Material, das das Zusammenfügen der Innenlagen übersteht, aber anschließend aus der Ausnehmung 44 heraus geschmolzen werden kann. Beispiele geeigneter Stoffe sind Harze aber auch Zinn oder eine Zinnlegierung.
Nach dem Zusammenfügen der Innenlagen 41–43 zur Leiterplatte 40 wird die Ausfüllung aus der Ausnehmung 44 herausgebracht und anschließend wird durch eine der äußeren Innenlagen, im hier dargestellten Beispiel die Innenlage 41, eine Bohrung gebohrt, die in die Ausnehmung 44 mündet. Die Bohrung dient als Lotzuführung 46 (siehe dazu auch "55" in 9a). Beide, sowohl die die Ausnehmung 44 als auch die Bohrung für die Lotzuführung 46 werden vorzugsweise metallisiert, was in 7 durch eine Metallisierungshülse 47 veranschaulicht wird. Eine solche Metallisierungshülse 47 ist sinnvollerweise wieder mit einem die Lotzuführung 46 umgebenden Lötauge 48 verbunden.
Die Lotzuführung 46 ermöglicht einen Auftrag von Lotpaste auf die Lotzuführung 46 mit dem gleichen Arbeitsschritt, mit dem auch die Lotpaste für die SMD-Bauteile auf der Bestückungsseite der Leiterplatte 40 aufgebracht wird, da die Lotzuführung 47 in diese Bestückungsseite mündet.
Die 8–10 sind schematische Darstellungen eines fünften Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte 50 nach der Erfindung. Diese Leiterplatte 50 umfaßt ähnlich der Leiterplatte 40 nach 7 drei Innenlagen 51, 52 und 53 mit üblicherweise dazwischen angeordneten, hier nicht näher bezeichneten leitenden Schichten, in denen Leiterbahnstrukturen realisiert werden.
Bei den oben beschriebenen Ausführungen der Leiterplatten 30 nach den 5 und 6 und der Leiterplatte 40 nach 7 werden die Ausnehmungen 34 bzw. 44 in Innenlagen der Leiterplatten angebracht, bevor die Innenlagen zur eigentlichen Leiterplatte 30 bzw. 40 zusammengefügt werden. Nach dem Zusammenfügen der Innenlagen bilden diese Ausnehmungen die seitlichen Öffnungen zur Aufnahme von Anschlußpins bzw. Anschlußdrähten von THT-Bauteilen. Im Gegensatz dazu werden die Innenlagen 51, 52 und 53 zunächst zur Leiterplatte 50 nach 8 zusammengefügt, und danach wird eine Ausnehmung in die Seite der Leiterplatte 50 gebohrt oder gefräst zusammen mit einer weiteren Bohrung durch die erste Innenlage 51 hindurch in die Ausnehmung hinein. Nachdem die Ausnehmung und die zusätzliche Bohrung metallisiert wurden, bilden sie eine seitliche Öffnung 54 der Leiterplatte 50 zur Aufnahme eines Anschlußpins bzw. Anschlußdrahtes eines THT-Bauteils, wobei die zusätzliche Bohrung eine Lotzuführung 55 bildet, wie bereits im Beschreibungstext zur 7 für die Lotzuführung 46 beschrieben wurde und wie sie in den 9a und 9b dargestellt ist.
Die Metallisierung der seitliche Öffnung 54 und der Lotzuführung 55 der Leiterplatte 50 werden in den 8–10 durch eine Metallisierungshülse 56 veranschaulicht, die sinnvollerweise wieder mit einem um die Lötzuführung 55 herum angeordneten Lötauge 57 verbunden ist.
Im besonderen ist in der 9a die Leiterplatte 50 nach 8 dargestellt, auf deren Lötzuführung 55 bereits Lotpaste 58 aufgebracht wurde. Auch hier geschieht das Auftragen der Lotpaste 58 vorzugsweise wieder mit dem gleichen Arbeitsschritt, mit dem auch die Lotpaste für jene SMD-Bauteile aufgebracht wurde, die auf der Bestückungsseite der Leiterplatte 50 bestückt werden sollen, in die die Lotzuführung 55 mündet. Das Auftragen der Lotpaste 58 erfolgt vorzugsweise nach einem üblichen Verfahren, beispielsweise Drucken, kann aber auch mit einem Dispenser geschehen. In die seitliche Anschlußöffnung 54 ist hier bereits ein Anschlußpin 16 eines Jumpers 15 (siehe dazu auch 2), eingesteckt worden und kann im nächsten Arbeitsgang verlötet werden. Der Jumper 15 ist hier als Beispiel eines an sich beliebigen THT-Bauteils anzusehen. Falls es sich dabei um einen thermisch-unkritisches Jumper handelt, kann der Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen ausgeführt werden. Falls der Jumper ein thermisch-kritisches Bauteil sein sollte, das den Löttemperaturen in einem Reflow-Lötofen nicht widerstehen kann, sollte der Jumper wie in 10b dargestellt und in diesem Zusammenhang erklärt, von einer direkten Wärmeeinwirkung im Reflow-Lötofen abgeschirmt werden.
Der Vollständigkeit halber ist in 9b der fertig verlötete Anschlußpin 16 in der seitlichen Anschlußöffnung 54 der Leiterplatte 50 nach den 8 und 9a dargestellt. Das Lot der Lotpaste 58 ist von der Oberseite der Leiterplatte 50 im Reflow-Lötofen durch die Lotzuführung 55 in die seitliche Anschlußöffnung 54 geflossen und hat dort den Anschlußpin 16 mit der Metallisierungshülse 56 verlötet.
Dem Fachmann ist durchaus klar, daß sich Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte von THT-Bauteilen nicht nur in seitlichen Anschlußöffnungen 54 nach den 8, 9a und 9b verlöten lassen sondern auf entsprechende Weise auch in den seitlichen Öffnungen 22, 23 der Leiterplatte 20 nach den 3 und 4, in den seitlichen Anschlußbohrungen 35 der Leiterplatte 30 nach 6 und in den seitlichen Anschlußbohrungen 45 der Leiterplatte 40 nach 7.
10a ist eine schematische und beispielhafte Darstellung von zwei durch einen definitiv thermisch unkritischen Jumper 15 (siehe dazu 2 und die dazugehörende Beschreibung) miteinander verbundene Leiterplatten 50a, 50b nach 8 nach einem Lötvorgang in einem Reflow-Lötofen. Das Lot der Lotpaste 58 ist von den Oberseiten der Leiterplatten 50a, 50b im Reflow-Lötofen durch die Lotzuführungen 55 in die seitlichen Anschlußöffnungen 54 geflossen und hat dort die Anschlußpins 16a, 16b des Jumpers 15 mit der jeweiligen Metallisierungshülse 56a, 56b verlötet. Der Jumper ist 15 ist nur wenig gebogen dargestellt, um seine Position im Reflow-Lötofen zu veranschaulichen. Ein Großteil des Jumpers 15 kann im Reflow-Lötofen der Einwirkung der Lötwärme ausgesetzt werden.
Bei einem thermisch kritischen Jumper 15', wie er in 10b dargestellt ist, ist hingegen eine Anordnung im Reflow-Lötofen vorzusehen, bei der der Jumper 15' zum größten Teil von der Einwirkung der Lötwärme im Reflow-Lötofen abzuschirmen ist. Die Leiterplatten 50a, 50b müssen dazu enger zusammengerückt werden, wie in der 10b dargestellt ist. Der Jumper 15', bei etwa gleicher Länge wie der Jumper 15 in 10a, ist dann unter die Leiterplatten 50a, 50b gebogen und wird von ihnen weitest möglich gegenüber der Lötwärme abgeschirmt. Es hat sich gezeigt, daß sich so auch preiswerte, aber thermisch kritische Jumper 15' mit nicht temperaturfestem Isolationsmaterial im Reflow-Lötofen löten lassen.
Die 11 bis 13 verdeutlichen weitere vorteilhafte Anwendungen der erfindungsgemäßen Leiterplatte mit den seitlichen Anschlußöffnungen am Beispiel der Ausführungsform der Leiterplatte 30 nach 6 (siehe auch dort).
Wie bereits mehrfach beschrieben, eignet sich die erfindungsgemäße Leiterplatte 30 nicht nur für einen Anschluß von Anschlußpins 82 und Anschlußdrähten von THT-Bauteilen oder Jumpern 15 (siehe dazu die 2, 10a, 10b) in den seitlichen Anschlußöffnungen 35 sondern bietet auch die Möglichkeit eine geeignete Steckerleiste 71 zu verwenden, wie in 11 beispielhaft dargestellt ist. Ein Gehäuse 72 einer solchen Steckerleiste 71 ist dazu möglichst so beschaffen, das es um die Stirnseite 764 der Leiterplatte 30 herumgreift und sie stabilisiert, aber andererseits die Lotzuführung 36 frei läßt. Sinnvollerweise wird dazu eine Steckerleiste 71 mit winkligen Steckerstiften 73 benutzt, deren zu verlötendes Ende, d.h. die Anschlußpins, jeweils in die seitlichen Anschlußöffnungen 35 gesteckt und dort verlötet wird.
Eine andere Anwendung für die erfindungsgemäße Leiterplatte 30 (siehe dazu auch 6 und die dazu gehörende Beschreibung) ist in 12 veranschaulicht. In diesem Falle sind Anschlußpins 82 einer LED 81 in die seitlichen Anschlußöffnungen 35 der Leiterplatte 30 gesteckt und dort verlötet. Aufgrund der gewählten Darstellungsform wird ist nur ein einzelner Anschlußpin 82 in 12 gezeigt.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leiterplatte, hier am Beispiel der Leiterplatte 30 nach 6, ist in 13 dargestellt. In diesem Falle wird die Leiterplatte 30 aus den Innenlagen 31, 32 und die seitliche Öffnung als Anschlußbohrung 35 aus zwei in den Innenlagen 31, 32 vor dem Zusammenfügen angebrachten zwei Ausnehmungen 34 (siehe dazu auch 5). Wie 6 verdeutlicht kann in die Anschlußbohrung 35 statt eines Anschlußpins eines bedrahteten Bauteils auch eine vorgefertigte eingesetzt und eingelötet werden. Bei entsprechender Dimensionierung der Leiterplatte 30 und im besonderen der Dicke der Innenlagen 31, 32 können auch mehrere Anschlußbohrungen 35 mit eingelöteten metallischen Hülsen 91 realisiert werden, ohne daß dadurch die mechanische Festigkeit der Leiterplatte 30 über Gebühr herabgesetzt wird.
Die metallische Hülse kann als beispielsweise als Buchse für einen Steckerstift, beispielsweise an einem Jumper dienen, so daß lösbare Verbindungen von Leiterplatten hergestellt werden können. Die metallische Hülse kann aber auch mit vorgegebene Testpunkten der Schaltung auf der Leiterplatte verbunden werden und kann einen Steckerstift eines Teststeckers aufnehmen.
Die Erfindung ermöglicht viele verschiedene und vorteilhafte Ausgestaltungen. Insbesondere in der Ausführungsform mit in seitliche Öffnungen eingesetzten und dort verlöteten Hülsen (siehe dazu auch 13) erlaubt einen vereinfachten Endtest der betreffenden fertig bestückten und gelöteten Leiterplatten. Die seitlichen Anschlüsse lassen sich dazu als Steckerbuchsen für Teststecker auslegen und erlauben eine einfache und schnellen Endprüfung der Leiterplatte, wobei auf der bzw. den Bestückungsseiten der Leiterplatte entsprechende und üblicherweise Platz-raubende Testpads eingespart werden können.
Noch ein andere Vorteil bietet sich bei den Leiterplatten, deren seitliche Anschlußöffnungen mit Hülsen ausgestattet sind und die miteinander verbunden werden. In diesem Fall kann die Verbindung zweier Leiterplatten miteinander durch mit Steckerstiften versehene Jumper ausgeführt werden. Eine solche Steckverbindung ist lösbar und erleichtert so bei Servicearbeiten an den einzelnen Platten die Trennbarkeit der betreffenden Leiterplatten voneinander. Die getrennten Leiterplatten können im Bedarfsfall einzeln repariert oder einfach ausgetauscht werden, ohne daß komplizierte Lötarbeiten notwendig werden. Es ist sogar vorstellbar, mehrere erfindungsgemäße Leiterplatten mit den beschriebenen Hülsen in den seitlichen Anschlußöffnungen direkt durch Steckerstifte starr miteinander zu verbinden.
Einen anderen besonderen Vorteil erlaubt die Erfindung bei Leiterplatten, die für verschiedene ähnliche, aber voneinander unterscheidbare Anwendungen ausgelegt worden ist. In einem solchen Falle lassen sich die verschiedenen Anwendungen durch ein entsprechend kodiertes bedrahtetes passives oder aktives Bauteil, das dem jeweils gewünschten Anwendungsfall entspricht und in die seitlichen Anschlußöffnungen eingelötet wird, einstellen.
Die seitlichen Öffnungen bzw. Anschlußbohrungen 35, 45, 54 bei den in den 6-12 dargestellten Ausführungsformen der Leiterplatten 30, 40, 50 nach der Erfindung stellen mit ihren durch die Metallisierungen gebildeten Metallisierungshülsen 37, 47, 56 selbst bereits eine Art Buchse für die dort zu verlötenden Anschlußdrähte bzw. Anschlußpins zur Verfügung. Eine metallische Hülse 91, wie bei der in 13 dargestellten Ausführungsform der Leiterplatte 30 ist in den Fällen erforderlich, wo buchsenähnlichen Anschlußbohrungen 35, 45, 54 noch nicht die erforderliche bzw. gewünschte Stabilität garantieren.
Obwohl bisher bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nach den 3 bis 13 häufig von nur einer seitlichen Anschlussöffnung die Rede war, ist dem Fachmann klar, daß er auch mehr als eine solche Anschlussöffnung in einer bzw. in beiden Stirnseiten der erfindungsgemäßen Leiterplatten vorsehen kann, eben genau die Anzahl, die er für die Anschlußpins bzw. Anschlußdrähte der gewünschten THT-Bauteile benötigt.

Claims

Leiterplatte zur Bestückung mit elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Stirnseite (18; 764) der Leiterplatte (10; 20; 30; 40; 50) wenigstens eine seitliche Öffnung (17; 54) zur Aufnahme eines Drahtes, Anschlußpins (16; 73; 82) oder einer Litze aufweist und daß diese Öffnung (17; 54) metallisiert ist.
Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (17; 54) durch Bohrung oder Fräsen hergestellt wird.
Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (17; 54) durch ein Laser-Verfahren hergestellt wird.
Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (17; 54) durch ein Plasma-Ätzverfahren hergestellt wird.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, sie aus mehreren Lagen (31, 32; 41, 42, 43; 51, 52, 53) zusammengesetzt ist.
Leiterplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung aus einer Ausnehmung (22, 23; 34; 44; 54) wenigstens einer Innenlage (31, 32; 41, 42, 43; 51, 52, 53) der Leiterplatte (10; 20; 30; 40; 50) gebildet wird.
Leiterplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (44) der Innenlage während des Zusammenfügens der Lagen zur Leiterplatte (40) durch ein später entfernbares Material (49) ausgefüllt wird.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung eine Buchse bildet.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung aus wenigstens einem Schlitz (22, 23) gebildet wird.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung eine Lotzuführung (36; 46; 55) aufweist.
Leiterplatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotzuführung (36; 46; 55) metallisiert ist.
Nutzen aus mehreren Leiterplatten nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 11.
Anordnung aus mindestens zwei Leiterplatten nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten (50a, 50b) durch Jumper (15; 15') oder flexible Leiterbahnen verbunden sind, deren Anschlußpins ((16a, 16b) oder Litzen in den seitlichen Öffnungen der Leiterplatten (50a, 50b) eingesetzt und dort verlötet sind.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einem in die seitliche Öffnung eingelötetem Anschlußpin (82) bzw. Anschlußdraht einer Leuchtdiode (81).
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit einer in die seitliche Öffnung eingelöteten metallischen Hülse.
Leiterplatte nach Anspruch 15 mit mehreren seitlichen Öffnungen mit unterschiedlicher Größe bzw. Durchmesser, wobei mittels der unterschiedlichen Größe bzw. Durchmesser eine Kodierung bewirkt wird, die eine lagerichtige Platzierung von Steckern in den Hülsen ermöglicht.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 15 oder 16 mit mehreren seitlichen Öffnungen mit unterschiedlichem Abstand zueinander, wobei mittels des unterschiedlichen Abstands eine Kodierung bewirkt wird, die eine lagerichtige Platzierung von Steckern in den Hülsen ermöglicht.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit mehreren seitlichen Öffnungen und darin eingelöteten Anschlußpins (73) einer Steckerleiste (71) oder Steckerbuchsenleiste.