DE60104140T2

DE60104140T2 - Verfahren zum herstellen einer gegen störstrahlung abgeschirmten gedruckten leiterplatte

Info

Publication number: DE60104140T2
Application number: DE60104140T
Authority: DE
Inventors: Peter Leerkamp; Gerardus Stephanus BLANKENBORG
Original assignee: Stork Prints BV
Current assignee: SPGPrints BV
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: ATE270491T1; DE60104140D1; ES2219569T3; WO2002030170A1; AU2002211084A1; US7089646B2; EP1323341B1; CA2424885C; JP2004511107A; CN1213650C; KR20030057535A; CN1468503A; CA2424885A1; NL1016549C2; US20040022046A1; EP1323341A1

Description

Verfahren zum Herstellen einer gedruckten Schaltungsplatine, die gegen störende Strahlung abgeschirmt ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Platine mit gedruckter Schaltung (gedruckte Schaltungsplatine), die gegen störende Strahlung abgeschirmt ist und wenigstens ein elektronisches Bauteil aufweist.
Bei elektronischen Geräten ist es üblich, sie zu schützen, entweder um das elektronische Gerät selbst gegen störende Strahlung, die von einer externen Quelle kommt, zu schützen oder um die Umwelt gegen Strahlung, die durch das elektronische Gerät selbst erzeugt wird, zu schützen.
Elektronische Geräte, die empfindlich gegenüber störender Strahlung sind, wie zum Beispiel elektromagnetische Strahlung, sind regelnde Geräte, Steuer- und Schaltgeräte und ebenso Kommunikationseinrichtungen und Datenverarbeitungseinrichtungen, die eine oder mehrere Platinen umfassen, auf denen eine Schaltung ist und die mit elektronischen Bauteilen versehen sind, wobei die Schaltung ein Netzwerk von elektrischen Leitern umfasst. Beispiele für solche Geräte umfassen zum Beispiel Mikrodatenprozessoren, Computer, integrierte Schaltkreise, Mikroschalter, Übertragung- und Empfangsausrüstung, Mobilfunkempfänger (Pager), das Fernsehen usw.
Der Term „Abschirmung" wird in der Technik verwendet, wenn auf einen solchen Schutz von elektronischen Geräten Bezug genommen wird. Die Anforderungen, die für die zuvor genannten Geräte hinsichtlich eines solchen Schutzes erfüllt werden müssen, werden zunehmend strenger und in einem zunehmenden Maß auf internationaler Ebene festgelegt.
Geeignete Abschirmungsmaterialien sind im Allgemeinen aus Materialien mit guten elektrisch und/oder magnetisch leitenden Eigenschaften zusammengesetzt und bestehen daher häufig aus Metall. Beispiele für eine solche Abschirmung sind Metallgehäuse oder Kunststoffbedeckungen, die mit einer dünnen Mittelschicht versehen sind, die üblicherweise auf das Innere eines Gehäuses aufgebracht wird. Es sind verschiedene Techniken zur Aufbringung einer solchen Mittelschicht direkt auf das Innere eines Gehäuses oder auf einen dünnen Kunststofffilm bekannt. Beispiele sind Metalllackierung, stromloser Überzug, Galvanisierung, Dampfauftragung und Zerstäubung. Zusätzlich zu diesem häufig komplizierten und daher teuren Techniken ist die Folierung innerhalb der Abgussform ein bekannter Prozess, bei dem entweder ein metallisierter Kunststofffilm in einer Gussform zum Beispiel durch Tiefziehen verformt wird oder ein bereits verformter metallisierter Kunststofffilm in einer Gussform platziert wird, wobei in beiden Fällen anschließend flüssiges Kunstharz in die Gussform gegossen wird, um einen Träger für den verformten metallisierten Kunststofffilm zu platzieren. Der besagte Träger ist oft das Gehäuse oder ein Teil des Gehäuses. Diese Technik und die darin verwendeten Abschirmungsmaterialien werden zum Beispiel in WO99/40770 des Anmelders beschrieben. EP-A-0,806,892 offenbart ebenfalls ein Produktionsverfahren, bei dem eine Abschirmung verwendet wird, wobei die Abschirmung aus einem Plastik Substrat besteht, dass zuerst verformt und dann metallisiert wird. Solch eine mit Metallisierung eines bereits verformten Plastiksubstrats ist jedoch schwierig durchzuführen. Die Abschirmung wird mittels eines leitenden Klebebands an eine Masse-Leiterbahn einer Platine mit gedruckter Schaltung befestigt.
Auch wenn einige der zuvor erwähnten Techniken gute Abschirmungsergebnisse erzielen, gibt es unter den Herstellern von zuvor erwähnten elektronischen Geräten einen Bedarf für einfache Abschirmungstechniken, insbesondere für Techniken, die vom Hersteller selbst während des Zusammenbaus des elektronischen Geräts verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung stellt solche Techniken zur Verfügung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Platine mit gedruckter Schaltung, die gegen störende Strahlung abgeschirmt ist, und die wenigstens ein elektronisches Bauteil hat, wobei das Verfahren die Schritte umfasst

a) der Positionierung und Fixierung von wenigstens einem elektronischen Bauteil auf Kontaktpunkten, die zur Platine mit gedruckter Schaltung gehören;
b) der Positionierung eine Abschirmung, die einen vorgeformten metallisierten Kunststofffilm umfasst, über dem wenigstens einen elektronischen Bauteil an der Masse der Platte mit gedruckter Schaltung, wobei die Abschirmung ein im Wesentlichen kastenförmiges Element ist, dessen Seitenwand mit einer Fixierkante versehen ist, die sich im Wesentlichen parallel zu der Hauptfläche der Platine erstreckt, wobei die Fixierkante mit Durchgangsöffnungen versehen ist; und
c) der Fixierung der Abschirmung an der Masse der Platine mit gedruckter Schaltung unter Verwendung eines Fixiermittels.

Gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden die elektronischen Bauteile in einem ersten Schritt auf die geeigneten Kontaktpunkten der PCB platziert und zum Beispiel mit Lötzinn oder leitendem Polymer fixiert. Die Abschirmung wird dann somit über das Element positioniert und ist in elektrisch leitendem Kontakt mit einer auf der PCB vorliegenden Masse-Leiterbahn. Im Fall dieses Verfahrens wird die verwendete Abschirmung aus einem Kunststoffsubstrat gemacht, das zuerst metallisiert und dann zu der für die Abschirmung gewünschten Form verformt. Solch eine Abschirmung hat die vorher erwähnten Vorteile. Im Fall dieser Variante des Verfahrens wird die Abschirmung in der Form eines im Wesentlichen kastenförmigen Elements hergestellt. Solch ein kastenförmiges Element umfasst eine Unterseite, vertikale Seitenwände und eine offene Oberseite. An den Kanten, die die Oberseite begrenzen, sind die vertikalen Seitenwände mit Fixierungskanten versehen, die sich hauptsächlich senkrecht zu den Seitenwänden erstrecken und nach außen zeigen. In der fixierten Position verlaufen die besagten Fixierungskanten parallel zu Hauptfläche der PCB. Die besagten Fixierungskanten sind mit Durchgangsöffnungen versehen, wobei die Öffnungen als Teile zur Fixierung der Abschirmung auf der Masse des PCB fungieren. In einer einfachen Ausführungsform wird Klebeband, das leitend oder nicht leitend sein kann, verwendet. Solch ein Klebeband enthält einen (Kunststoff)Träger, der auf wenigstens einer Seite mit einer klebenden Schicht versehen ist. Der Träger kann auch einen Kunststoffschaum, wie zum Beispiel Polyurethanschaum, insbesondere Polyurethanschaum, der auf Polyether-Ketten basiert, wegen der Kompressions- und Anpassungsfähigkeit enthalten. Das (einseitige) Klebeband, das leitend oder nicht leitend sein kann, wird wenigstens teilweise auf der Seite der Fixierungskante, die von der PCB weg weist, und teilweise auf der Platine mit gedruckter Schaltung mittels der Öffnungen platziert. Ein fließfähiges Fixiermittel, wie zum Beispiel Lötzinn oder leitendes Polymer, kann auch in den Öffnungen verwendet werden. Weitere Beispiele für solch ein Fixiermittel umfassen mechanische Fixiermittel wie zum Beispiel Klammem und Ähnlichem, die mit Löchern oder anderen Fixiermöglichkeiten, mit denen die Platine mit gedruckter Schaltung versehen ist, interagieren. Die Verwendung von Klebeband erlaubt eine einfache Bestückung.
Die Durchgangsöffnungen können auch mit thermoplastischem Kunststoff versehen werden, wobei der thermoplastische Kunststoff bei einem Temperaturanstieg flüssig wird und bei Kühlung hart wird, um eine Verbindung zwischen der Abschirmung und der Platine herzustellen. Es ist wichtig, dass in diesem Fall ein direkter elektrischer Kontakt zwischen dem Metall der Abschirmung und dem Metall auf der Platine existiert. Direkter elektrischer Kontakt ergibt eine bessere Leitfähigkeit und damit einen besseren Schutz. Außerdem ergibt er eine bessere Haltbarkeit.
Die vorher erwähnten Bestückungsmaschinen können dazu verwendet werden, die Positionierung der elektronischen Bauteile und der Abschirmung durchzuführen. Hinsichtlich des Typs von Startmaterial für die Abschirmung, nämlich die Kunststoff- und Metallbedeckung, und auch hinsichtlich der verwendeten Produktionstechniken wird auf deren Diskussion oben Bezug genommen. Die Temperaturbeständigkeit der Schirmung spielt hier eine untergeordnete Rolle.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erklärt, bei denen:
1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer PCB mit einer Abschirmung, die gegen die störende Strahlung wirkt, mit selbsterklärendem Zweck ist;
2 eine Schnittansicht eines Details einer Lötverbindung zwischen der PCB und der Abschirmung in 1 ist;
3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer PCB mit einer Abschirmung, die gegen die störende Strahlung wirkt, mit selbsterklärendem Zweck ist;
4 eine Schnittansicht eines Details einer Lötverbindung zwischen der PCB und der Abschirmung in 3 ist;
5 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung einer PCB mit einer Abschirmung ist, die gegen die störende Strahlung wirkt; und
6 eine Schnittansicht eines Details einer Lötverbindung zwischen der PCB und der Abschirmung in 3 ist;
1 zeigt ein Schnittbild einer ersten Ausführungsform einer PCB, die gegen störende Strahlung abgeschirmt ist, wobei die PCB in ihrer Gesamtheit durch die Bezugnummer 10 bezeichnet ist. Die besagte PCB 10 umfasst einen rechteckigen Träger 11, auf dem ein System von elektrischen Leitern 12 als gedruckte Schaltung bereitgestellt wird, deren Leiter auf eine Weise aufgebracht oder gedruckt werden, die in der Technik gebräuchlich ist. Ferner wird ein separater Masseleiter 13 vorgesehen. Die elektronischen Bauteile 14 sind auf vorbestimmten Positionen vorgesehen, die hier auch Kontaktpunkte 15 genannt werden, wobei die Bauteile mittels Lötzinn 16 fixiert sind und folglich in Kontakt mit den Leitern 12 sind. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Abschirmung 20 auf der PCB 10 vorgesehen, wobei die Abschirmung einen Kasten 22 mit einer Unterseite 24 und Seitenwänden 26 umfasst. An der Oberseite des Kastens 22 sind die Seitenwände 26 mit nach außen weisenden Fixierungskanten 28 versehen. Der Kasten 22 wird bei erhöhter Temperatur durch Tiefziehen aus einem metallisierten Kunststofffilm 30 geformt, wobei der Film im dargestellten Fall eine Metallschicht 32 umfasst, die der PCB und einem Kunststoffsubstrat 34 (siehe dazu 2), zum Beispiel einem verzinnten Polyimidfilm, gegenüberliegt. Falls gewünscht, kann ein Kunststofffilm, der auf beiden Seiten metallisiert ist, verwendet werden. Die Metallschicht 32 wird auf leitende Weise mit dem Masseleiter 13 mittels Lötzinn 16 verbunden.
Die Ausführungsformen dargestellt in den 1 und 2 sind wie folgt gefertigt. Eine kleine Menge von festem Lötzinn 16 wird auf die Kontaktpunkte 15 auf der Platine 11 mit dem Netzwerk von Leitern 12 und einem separaten Masseleiter 13 und auf die verschiedenen Kontaktpositionen auf dem Masseleiter 13 für die Abschirmung 20 aufgebracht. Die elektrischen Bauteile 14 werden dann auf den Kontaktpunkten 15 positioniert – zum Beispiel durch die Projektion der Kontakte der Bauteile 14 auf die entsprechenden Flächen der Kontaktpunkte. Die Schirmung 20 wird anschließend über die elektrischen Bauteile 14 positioniert. Beide Positionierungsschritte werden mit derselben Bestückungsmaschine durchgeführt. Die so vorbereitete Baugruppe wird in einen Ofen gestellt und über den Fliespunkt des Lötzinns 16 erhitzt. Sowohl die Bauteile 14 als auch die Abschirmung werden fest auf der PCB 10 fixiert, indem man das Lötzinn fließen und anschließend abkühlen lässt.
2 zeigt detaillierter die so gebildete Lötverbindung zwischen der Masse-Leiterbahn 13 und der Abschirmung 20 unter Benutzung des Lötzinns 16.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer PCB, die gegen störende Strahlung abgeschirmt ist. Bauteile in dieser Figur, die Bauteilen in den 1–2 entsprechen, werden mit denselben Referenznummern bezeichnet. Diese Ausführungsform von PCB 10 umfasst einen rechteckigen Träger 11, auf dem ein System von elektrischen Leitern 12 als gedruckte Schaltung vorgesehen ist, wobei die Leiter auf eine Weise aufgebracht oder gedruckt werden, die in der Technik gebräuchlich ist. Ferner wird ein separater Masseleiter 13 vorgesehen. Die elektronischen Bauteile 14 sind auf vorbestimmten Positionen vorgesehen, die Kontaktpunkte 15, wobei die Bauteile mittels Lötzinn 16 fixiert sind und folglich in Kontakt mit den Leitern 12 sind. In der dargestellten Ausführungsform ist eine Abschirmung 20 auf der PCB 10 vorgesehen, wobei die Abschirmung einen Kasten 22 mit einer Unterseite 24 und Seitenwänden 26 umfasst. An der Oberseite des Kastens 22 sind die Seitenwände 26 mit nach außen weisenden Fixierungskanten 28 versehen. Der Kasten 22 wird bei erhöhter Temperatur durch Tiefziehen aus einem metallisierten Kunststofffilm 30 geformt, wobei der Film im dargestellten Fall eine Metallschicht 32 umfasst, die der PCB und einem Kunststoffsubstrat 34 (siehe dazu 4), zum Beispiel einem verzinnten Polyimidfilm, gegenüberliegt. Falls gewünscht, kann ein Kunststofffilm, der auf beiden Seiten metallisiert ist, verwendet werden. Eine Anzahl von Durchgangsöffnungen 29 ist in die Fixierungskante gemacht und ein einseitiger Klebebandstreifen 31 ist auf der Fixierungskante 28 vorgesehen, wobei das Klebeband durch die Öffnungen 29 gezwängt wird, bis es in Kontakt mit der Platine 11 ist. Dies bedeutet, dass die Fixierung nur wenig Platz auf dem Träger 11 benötigt. Die Metallschicht 32 ist auf diese Weise in direktem Kontakt mit dem Masseleiter 13 wie man detaillierter im Schnittbild gemäß 4 sehen kann.
Die Ausführungsformen dargestellt in den 3 und 4 sind wie folgt gemacht.
Die elektrischen Bauteile 14 werden auf den Kontaktpunkten 15 positioniert und auf der Platine 11 mit dem Netzwerk von Leitern 12 und einem separaten Masseleiter 13 – zum Beispiel durch Projektion der Kontakte der Bauteile 14 auf die entsprechenden Flächen der Kontaktpunkte – platziert und mit dem Lötzinn 16 verlötet.
Die Schirmung 20 wird dann über die elektrischen Bauteile 14 positioniert und mit dem einseitigen Klebeband 31 durch die Öffnungen 29 fixiert. Falls die Abschirmung 20 und das Klebeband 31 gegenüber hohen Temperaturen resistent sind, kann – falls gewünscht – der Schritt des Lötens der Bauteile 14 nach der Positionierung sowohl der Bauteile 14 und als auch der Abschirmung 20 zum Beispiel durch Erhitzen in einem Ofen auf eine Temperatur oberhalb des Fließpunkts des Lötzinns 16 und durch Abkühlen lassen durchgeführt werden. In diesem Fall ist es einfach, die beiden Positionierungsschritte mit derselben Bestückung maschinell durchzuführen.
4 zeigt detaillierter die elektrische Verbindung zwischen dem Masseleiter 13 und der Abschirmung 20, wenn einseitiges Klebeband 31 verwendet wird.
5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer PCB 10, die gegen störende Strahlung geschirmt ist. Bauteile in dieser Figur, die Bauteilen in den 1–2 entsprechen, werden mit denselben Referenznummern bezeichnet. Diese Ausführungsform von PCB 10 umfasst einen rechteckigen Träger 11, auf dem ein System von elektrischen Leitern 12 als gedruckte Schaltung vorgesehen ist, wobei die Leiter auf eine Weise aufgebracht oder gedruckt werden, die in der Technik gebräuchlich ist. Ferner wird ein separater Masseleiter 13 vorgesehen. Die elektronischen Bauteile 14 sind auf vorbestimmten Positionen vorgesehen, die Kontaktpunkte 15, wobei die Bauteile mittels Lötzinn 16 fixiert sind und folglich in Kontakt mit den Leitern 12 sind. Eine Abschirmung 20 ist auf der PCB 10 vorgesehen, wobei die Abschirmung, die in der Ausführungsform dargestellt ist, einen Kasten 22 mit einer Unterseite 24 und Seitenwänden 26 umfasst. An der Oberseite des Kastens 22 sind die Seitenwände 26 mit nach außen weisenden Fixierungskanten 28 versehen. Der Kasten 22 wird bei erhöhter Temperatur durch Tiefziehen aus einem metallisierten Kunststofffilm 30 geformt, wobei der Film im dargestellten Fall eine Metallschicht 32 umfasst, die der PCB und einem Kunststoffsubstrat 34 (siehe dazu 7), zum Beispiel einem verzinnten Polyimidfilm, gegenüberliegt. Falls gewünscht, kann ein Kunststofffilm, der auf beiden Seiten metallisiert ist, verwendet werden. Streifen eines leitenden, doppelseitigen Klebebands 40 (siehe dazu 6) werden auf den Fixierungskanten 28 des Kastens 22 vorgesehen. Nach dem Kühlen der Baugruppe von PCB 10 und den Bauteilen 14 wird der so vorbereitete Kasten 22 mittels einer Bestückungsmaschine auf seiner vorgesehenen Position platziert und verklebt. Das Klebeband 40 ist aus einer Trägerschicht 42 mit einer leitenden Klebeschicht 44, bzw. 46 auf der anderen Seite, zusammengesetzt, wobei jede Schicht ihre eigene Klebestärke wie oben erklärt hat. Das Klebeband kann auch aus einer leitenden klebenden Struktur bestehen, die Metallpartikel enthält, die in der Dicken-Richtung mit einem Klebe-Gradienten versehen ist, sodass ihre beiden Oberflächen unterschiedlich auf dem Masseleiter 13 und dem Träger 11 bzw. der Abschirmung 20 kleben.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Platte mit gedruckter Schaltung, die gegen störende Strahlung abgeschirmt ist und wenigstens ein elektronisches Bauteil aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Positionieren und Fixieren des wenigstens einen elektronischen Bauteils (14) an Kontaktpunkten (15), die zu der Platte (11) mit gedruckter Schaltung (12) gehören; b) Positionieren einer Abschirmung (20), die einen vorgeformten metallisierten Kunststofffilm (30) umfasst, über dem elektronischen Bauteil (14) an der Masse (13) der Platte (11) mit gedruckter Schaltung (12), wobei die Abschirmung (20) ein im Wesentlichen kastenförmiges Element (22) ist, dessen Seitenwand (26) mit einer Fixierkante (28) versehen ist, die sich im Wesentlichen parallel zu der Hauptfläche der Platte (11) erstreckt, wobei die Fixierkante (28) mit Durchgangsöffnungen (29) versehen ist; und c) Fixieren der Abschirmung (20) an der Masse der Platte (11) mit gedruckter Schaltung unter Verwendung eines Fixiermittels.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixiermittel ein einseitiges Klebeband (31) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) und b) mit einer sogenannten Bestückungsvorrichtung ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (34) des metallisierten Kunststofffilms (30) aus temperaturbe ständigen Materialien, wie beispielsweise Polyimid, PC, PEEK, PES, Polyamid oder Gemischen derselben, vorzugsweise einem Polyimid, ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (32) des metallisierten Kunststofffilms (30) aus Sn, Ni, Cu, Pb, Legierungen und Gemischen derselben ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (32) Zinn, Blei oder eine Legierung daraus umfasst.