DE102017205453B3

DE102017205453B3 - Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte und Bestückungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017205453B3
Application number: DE102017205453.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Hammerl; Hans-Peter Feustel
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-07-12
Anticipated expiration: 2037-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte (7) mit folgenden Schritten:a) Schaffen einer Aussparung (8) in einem Wärmeleitabschnitt (11) der Leiterplatte (7);b) Einsetzen eines Wärmeleitelements (12) in die Aussparung (8);c) Auftragen von Lot (13) in zumindest dem Wärmeleitabschnitt (11) der Leiterplatte (7);d) Bestücken der Leiterplatte (7) in dem Wärmeleitabschnitt (11) mit zumindest einem Leistungsbauelement (14);e) Einbringen der Leiterplatte (7) in eine Bestückungsvorrichtung (1); undf) Durchführen der Schritte a) bis d) in derselben Bestückungsvorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte. Es wird eine Aussparung in einem Wärmeleitabschnitt der Leiterplatte geschaffen und es wird ein Wärmeleitelement in die Aussparung eingesetzt. Weiterhin wird in zumindest dem Wärmeleitabschnitt der Leiterplatte Lot aufgetragen und die Leiterplatte wird in dem Wärmeleitabschnitt mit zumindest einem Leistungsbauelement bestückt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Bestückungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein entsprechendes Verfahren auszuführen.
Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte sind aus dem Stand der Technik bekannt. Vorliegend liegt insbesondere das Problem der Kühlung von gehäusten Leistungshalbleitern vor. Halbleiter sind in der Leistungselektronik eine typische Wärmequelle. Durch die maximal zulässige Sperrschichttemperatur der Halbleiter ist die Ausgangsleistung der Leistungselektronik begrenzt. Eine gute Kühlung der Halbleiter ist nötig, um die Leistungselektronik im optimalen Wirkungsbereich betreiben zu können.
Dies kann beispielsweise über thermische Anbindung der Leistungshalbleiter im Wege einer Durchkontaktierung in der Leiterplatte erfolgen. Die Platine wird dabei beispielsweise unterhalb der Halbleiter mit thermischen Vias versehen. Diese leiten die Verlustwärme der Halbleiter in einem unter der Leiterplatte angebrachten Kühlkörper weiter. Die Wärmeleitung ist dabei aber eingeschränkt, wobei eine Standardleiterplatte verwendet werden kann.
Es ist beispielsweise auch bekannt, Metallkernleiterplatten zu verwenden, die Metallkerneinlagen aufweisen und damit den thermischen Widerstand reduzieren können, indem die Wärme des Leistungshalbleiters teilweise über den Metallkern abgeführt wird. Nachteilig ist, dass die Metallkernleiterplatten unabhängig von der Bestückung der Leiterplatte angeschafft werden und deshalb für verschiedene Layouts unterschiedliche Leiterplatten erforderlich sind. Dies bedeutet einen höheren Aufwand.
Die DE 10 2011 112 090 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte, die mindestens ein oder beidseitig kupferkaschierte oder mit Leiterbahnen versehene Lage aufweist. In einem Montageschritt wird ein starrer Flanscheinsatz in eine zugeordnete Aussparung in der Leiterplatte eingesetzt. In einem nachfolgenden Applikationsschritt wird auf dem eingesetzten Flanscheinsatz ein Halbleiter-Nacktchip eines Halbleiterbauteils appliziert.
Die US 2016/0345423 A1 beschreibt einen Apparat, welcher ein Hauptsubstrat, ein Gerät und einen Wärmeverteiler enthält.
Die US 7 313 895 B2 beschreibt einen Optimierungsapparat, welcher fähig ist, eine elektronische Komponente effizient zu platzieren.
Die US 5 459 639 A offenbart eine Leiterplattenanordnung mit einer Mehrzahl von Elektronikteilen, welche ein hitzeerzeugendes Teil enthalten und auf der Leiterplatte befestigt sind.
Die DE 11 2014 006 008 T5 beschreibt eine Frontendschaltkreiskomponente, welche ein Basiskorpusfilter für elastische Wellen und eine montierte elektrische Komponente enthält.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Bestückungsvorrichtung zu schaffen, bei welchem bzw. mit welchem eine Leiterplatte mit geringerem Aufwand bestückt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Bestückungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte werden folgende Schritte durchgeführt:

a) Schaffen einer, insbesondere durchgängigen, d.h. sich von einer oberen Oberfläche der Leiterplatte zu einer unteren Oberfläche der Leiterplatte erstreckenden, Aussparung in einem Wärmeleitabschnitt der Leiterplatte;
b) Einsetzen eines Wärmeleitelements, insbesondere Kupferelements, in die Aussparung;
c) Auftragen von Lot in zumindest dem Wärmeleitabschnitt der Leiterplatte; und
d) Bestücken der Leiterplatte in dem Wärmeleitabschnitt mit zumindest einem Leistungsbauelement.

Ein wichtiger Gedanke der Herangehensweise ist in folgenden Schritten zu sehen:

e) Einbringen der Leiterplatte in eine Bestückungsvorrichtung; und
f) Durchführen von zumindest der Schritte b bis d in derselben Bestückungsvorrichtung.

Es liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass das Einsetzen des Wärmeleitelements in derselben Bestückungsvorrichtung, in welcher das Lot aufgetragen wird und die Leiterplatte mit dem Leistungsbauelement bestückt wird, die Möglichkeit eröffnet, dass die Leiterplatte effektiver bestückt werden kann. Dadurch kann das Wärmeleitelement beim Einsetzen individuell an das für die Bestückung vorgesehene Leistungsbauelement angepasst werden. So kann die Größe des Wärmeleitelements beispielsweise derart gewählt werden, dass eine Größe des Leistungsbauelements berücksichtigt wird.
Vorteilhaft ist auch, dass eine Größe bzw. Abmessung des Leistungsbauelements kurzfristig geändert werden kann. So muss die Abmessung des Leistungsbauelements nicht schon lange Zeit im Voraus bekannt sein da das Wärmeleitelement erst kurz vor dem Bestücken der Leiterplatte mit dem Leistungsbauelement in die Leiterplatte eingesetzt wird.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird das Wärmeleitelement in einer anderen Bestückungsvorrichtung eingesetzt als die Leiterplatte mit dem Leistungsbauelement bestückt wird. Beispielsweise vergehen dann mehrere Monate vom Einsetzen des Leitelements bis hin zum Bestücken der Leiterplatte mit dem Leistungsbauelement. Ändert sich das Leistungsbauelement, beispielsweise hinsichtlich Form oder Abmessung, so kann das Wärmeleitelement, welches bereits in die Leiterplatte eingesetzt wurde, nicht mehr an das geänderte Leistungsbauelement angepasst werden.
Beim Durchführen zumindest der Schritte b - d in derselben Bestückungsvorrichtung kann jedoch kurzfristig und flexibel auf eine Änderung des für die Bestückung vorgesehenen Leistungsbauelements reagiert werden, indem auch das Einsetzen des Wärmeleitelements angepasst wird.
Es ist vorgesehen, dass die Schritte a bis d in derselben Bestückungsvorrichtung durchgeführt werden. So kann die Aussparung also auch in derselben Bestückungsvorrichtung geschaffen werden. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem eine Fertigungsstation der Bestückungsvorrichtung mit einer Fräse und insbesondere mit einer Absaugvorrichtung ausgebildet ist. Durch das Durchführen des Schritts a in derselben Bestückungsvorrichtung kann auch flexibler auf die kurzfristige Vorgabe einer Geometrie und/oder einer Größe des Leistungsbauelements reagiert werden. So kann die Aussparung beispielsweise wunschgemäß derart geschaffen werden, dass diese in ihrer Form und/oder Größe bzw. Abmessung an das Leistungsbauelement angepasst ist. Dadurch ist der Aufwand, der mit einer Änderung des Layouts verknüpft ist, sehr gering.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine erste Fertigungsstation der Bestückungsvorrichtung eine Untergruppe der Schritte b bis d durchführt und eine von der ersten Fertigungsstation unterschiedliche zweite Fertigungsstation der Bestückungsvorrichtung den oder die übrigen Schritte durchführt und eine Zubringereinheit, insbesondere ein Förderband, die Fertigungsstationen verbindet. Die Untergruppe umfasst dabei nicht alle der Schritte b bis d, sondern nur einen Teil. Vorgesehen ist es also insbesondere, dass ein Teil der Schritte b bis d in der ersten Fertigungsstation durchgeführt wird und ein anderer Teil der Schritte b bis d, beispielsweise die übrigen Schritte der Untergruppe in der zweiten Fertigungsstation durchgeführt werden. Die Bestückungsvorrichtung kann aber beispielsweise auch eine dritte Fertigungsstation umfassen, welche von der ersten Fertigungsstation und der zweiten Fertigungsstation unterschiedlich ist. Auch hier sind die Fertigungsstationen dann über zumindest eine Zubringereinheit miteinander verbunden. So kann es beispielsweise sein, dass das Wärmeleitelement in der ersten Fertigungsstation eingesetzt wird und die Leiterplatte mit dem eingesetzten Wärmeleitelement mittels der Zubringereinheit zur zweiten Fertigungsstation gebracht wird. In der zweiten Fertigungsstation wird dann beispielsweise das Lot in dem Wärmeleitabschnitt aufgetragen und die Leiterplatte mit dem Wärmeleitelement und dem Lot wird wiederum mit der Zubringereinheit zur ersten Fertigungsstation zurückgebracht, wo die Leiterplatte dann mit dem Leistungsbauelement bestückt wird. Es kann aber auch sein, dass die Leiterplatte zur dritten Fertigungsstation mittels der Zubringereinheit befördert wird und dort bestückt wird. Vorteilhaft ist also, dass das Einsetzen des Wärmeleitelements und das Bestücken der Leiterplatte mit dem Leistungsbauelement zusammenhängen und dadurch aufeinander abgestimmt erfolgen können.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Aussparung zumindest abschnittsweise breiter, insbesondere mindestens 1,5 mm breiter, als eine dem Wärmeleitelement zugewandte Ableitfläche des Leistungsbauelements geschaffen wird. Durch die breitere Schaffung der Aussparung im Bezug der Ableitfläche des Leistungsbauelements kann die Wärme vom Leistungsbauelement besonders effektiv abgeführt werden. Es ergibt sich ein Überstand der Aussparung über die Wärmeableitfläche des Leistungsbauelements. Es kann vorgesehen sein, dass das Wärmeableitelement über die Wärmeableitfläche übersteht bzw. größer als die Wärmeableitfläche des Leistungsbauelements ist. Dadurch kann wie erwähnt, die Wärme des Leistungsbauelements schneller abgeführt werden.
Vorteilhaft ist auch, dass die Aussparung insbesondere nur 1,5 mm breiter als die Wärmeableitfläche des Leistungsbauelements ist. Dadurch wird dann beispielsweise verhindert, dass das Wärmeableitelement zu groß ist und als Folge nicht die gesamte Fläche des Wärmeableitelements zur Wärmeabfuhr genutzt werden könnte. Durch die Ausbildung des Wärmeableitelements in der vorgesehenen Größe kann dann beispielsweise eine unnötige Erhöhung des Gewichts der Leiterplatte und/oder erhöhte Materialkosten vermieden werden. Mit der Breite der Aussparung wird beispielsweise auch eine Länge der Aussparung bezeichnet, insbesondere ist es vorgesehen, dass die Breite sich lediglich auf die Haupterstreckungsrichtung der Leiterplatte bezieht.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Aussparung mit zumindest einer teilweise umlaufenden Stufe in einer Seitenwand der Aussparung geschaffen wird. Durch die Stufe kann das Wärmeleitelement zumindest in einer Richtung formschlüssig festgelegt werden. So kann das Wärmeleitelement beispielsweise auf die Stufe aufgesetzt werden. Eine Höhe der Seitenwand entspricht aber beispielsweise einer Höhe bzw. einer Dicke der Leiterplatte, welche sich von einer oberen Oberfläche der Leiterplatte zu einer unteren Oberfläche der Leiterplatte erstreckt. Wird das Wärmeleitelement also beispielsweise von einer Oberseite der Leiterplatte her in die Aussparung eingesetzt, so kommt das Wärmeleitelement auf der Stufe zum Sitzen und die Stufe verhindert, dass das Wärmeleitelement durch die Aussparung, vorbei an einer Unterseite der Leiterplatte, welche der Oberseite der Leiterplatte abgewandt ist, hinausfällt. Die Aussparung kann beispielsweise auch mit mehreren Stufen in der Seitenwand der Aussparung geschaffen werden. So kann die Stufe beispielsweise auch als Steg bzw. auch als Zapfen ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Seitenwand auch in Richtung der Unterseite der Leiterplatte verjüngt zulaufen. So kann es beispielsweise sein, dass eine Öffnung der Aussparung an der Oberseite größer ist als eine Öffnung der Aussparung an der Unterseite der Leiterplatte. Vorteilhaft ist, dass das Wärmeleitelement präziser in die Aussparung eingesetzt werden kann.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Wärmeleitelement lose in die Aussparung eingesetzt wird. Mit anderen Worten ist also eine Lücke zwischen dem Wärmeleitelement und einer Seitenwand der Aussparung vorzugsweise vorgesehen. Die Lücke ist vorzugsweise umlaufend um das Wärmeleitelement herum vorgesehen. Dadurch, dass das Wärmeleitelement lose in die Aussparung eingesetzt ist, kann sich das Wärmeleitelement bei Erwärmung ausreichend in der Aussparung ausdehnen. Insbesondere die Ausdehnung des Wärmeleitelements in Richtung der Seitenwand der Aussparung kann dadurch in ausreichendem Maß ermöglicht werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Wärmeleitelement mit einer dem Leistungsbauelement zugewandten Wärmeaufnahmefläche des Wärmeleitelements bündig zu einer dem Leistungsbauelement zugewandten Oberfläche der Leiterplatte eingesetzt wird. Dabei wird eine einfache Montage des Leistungsbauelements auf dem Wärmeleitelement ermöglicht, und zwar in der Art, dass das Wärmeleitelement mit dem Leistungsbauelement zum Abführen der Wärme ausreichend kontaktiert ist. Bündig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Wärmeaufnahmefläche des Wärmeleitelements und die Oberfläche in derselben Ebene angeordnet sind.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Wärmeleitelement in die Aussparung eingesetzt wird und mittels einer stoffschlüssigen Verbindung zur Leiterplatte, insbesondere mit einer Lotverbindung oder mit einer elektrisch leitfähigen Klebeverbindung befestigt wird. Durch die stoffschlüssige Verbindung des Wärmeleitelements zur Leiterplatte kann das Wärmeleitelement derart fixiert werden, dass bei einer Bewegung der Leiterplatte beziehungsweise einer beliebigen Drehung der Leiterplatte auch das Wärmeleitelement wie ursprünglich eingesetzt in der Aussparung verbleibt. Insbesondere ist die stoffschlüssige Verbindung elektrisch leitfähig. Dadurch wird zwischen dem Wärmeleitelement und der Leiterplatte eine leitfähige Verbindung hergestellt.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Leiterplatte mit einer Leistungsspule oder einem Leistungskondensator als das Leistungsbauelement bestückt wird. Leistungsspulen und/oder Leistungskondensatoren können dabei individuelle Formen aufweisen und gelten als besonders kühlungsbedürftig. Durch das Verfahren können der Leistungskondensator und/oder die Leistungsspule also besonders schnell und effektiv gekühlt werden.
Weiterhin ist eine Bestückungsvorrichtung vorgesehen. Die Bestückungsvorrichtung umfasst zumindest eine erste Fertigungsstation, eine zweite Fertigungsstation und eine Zubringereinheit. Die erste Fertigungsstation ist dabei mit der zweiten Fertigungsstation durch die Zubringereinheit zum Zubringen einer Leiterplatte verbunden. Weiterhin ist die Bestückungsvorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Die Bestückungsvorrichtung ist dabei vorzugsweise nur an einem Ort angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass die erste Fertigungsstation und die zweite Fertigungsstation höchstens 500 m, insbesondere 100 m, voneinander beabstandet sind.
Die Zubringereinheit ist dabei insbesondere als Förderband ausgebildet, durch welches die Leiterplatte von der ersten Fertigungsstation zur zweiten Fertigungsstation und umgekehrt transportiert werden kann. Ein Ende des Förderbands ist vorzugsweise mit der ersten Fertigungsstation verbunden, während das entgegengesetzte Ende mit der zweiten Fertigungsstation verbunden ist. Ferner kann die Zubringereinheit von einem Roboterarm gebildet werden.
Die Bestückungsvorrichtung kann dabei auch mehr als zwei Fertigungsstationen aufweisen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass in jeder der Fertigungsstationen der Bestückungsvorrichtung zumindest einer der Schritte a bis f durchgeführt wird.
Vorzugsweise ist die Bestückungsvorrichtung in nur einem Gebäude, Raum oder Gehäuse angeordnet. So befinden sich die einzelnen Fertigungsstationen vorzugsweise alle in diesem einen Gebäude. Das bedeutet auch, dass die Leiterplatte nach dem Einbringen in die Bestückungsvorrichtung nicht mehr aus der Bestückungsvorrichtung entfernt wird d.h. in dieser verbleibt, bevor nicht das Wärmeleitelement in die Aussparung eingesetzt ist und die Leiterplatte mit dem Leistungsbauelement bestückt ist.
Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausführungen der Bestückungsvorrichtung anzusehen. Die gegenständlichen Komponenten der Bestückungsvorrichtung sind jeweils dazu ausgebildet, die jeweiligen Verfahrensschritte durchzuführen.
Weitere Merkmale der Erfindungen ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehenden in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgenden der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder alleinstehend verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestückungsvorrichtung mit einer ersten Fertigungsstation, einer zweiten Fertigungsstation und einer Zubringereinheit;
2 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte, welche mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bestückt wird;
3 eine schematische Querschnittdarstellung der mit dem Verfahren bestückten Leiterplatte; und
4 eine schematische Detaildarstellung einer in der Leiterplatte geschaffenen Aussparung.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bestückungsvorrichtung 1. Die Bestückungsvorrichtung 1 weist eine erste Fertigungsstation 2 und eine zweite Fertigungsstation 3 auf. Die erste Fertigungsstation 2 und die zweite Fertigungsstation 3 sind mit einer Zubringereinheit 4 miteinander verbunden.
Die erste Fertigungsstation 2 und die zweite Fertigungsstation 3 sind dabei vorzugsweise örtlich voneinander getrennt angeordnet. So können die Fertigungsstationen 2, 3 beispielsweise nebeneinander beabstandet oder aber auch übereinander beabstandet angeordnet sein.
Die Verbindung der ersten Fertigungsstation 2 und der zweiten Fertigungsstation 3 erfolgt insbesondere über die Zubringereinheit 4, welche beispielsweise als Förderband oder als vielfältige Förderanlage ausgebildet ist.
Die Verbindung der ersten Fertigungsstation 2 mit der zweiten Fertigungsstation 3 über die Zubringereinheit 4 erfolgt dabei derart, dass ein erstes Ende 5 der Zubringereinheit 4 mit der ersten Fertigungsstation 2 verbunden ist und ein dem ersten Ende 5 gegenüberliegendes zweites Ende 6 der Zubringereinheit 4 mit der zweiten Fertigungsstation 3 verbunden ist. Somit sind die Fertigungsstationen 2, 3 direkt bzw. ohne Unterbrechung mit der Zubringereinheit 4 verbunden.
2 zeigt eine durch die Bestückungsvorrichtung 1 bestückte Leiterplatte 7. Die Leiterplatte 7 weist dabei eine Aussparung 8 auf. Die Aussparung 8 erstreckt sich gemäß dem Ausführungsbeispiel durchgängig von einer oberen Oberfläche 9 der Leiterplatte 7 zu einer unteren Oberfläche 10 der Leiterplatte 7. Die untere Oberfläche 10 befindet sich dabei insbesondere auf der entgegengesetzten Seite der Leiterplatte 7 als sich die obere Oberfläche 9 befindet.
Bei einem Verfahren zum Bestücken der Leiterplatte 7 mit der Bestückungsvorrichtung 1 wird dabei gemäß einem Ausführungsbeispiel wie folgt vorgegangen.
Es wird die Leiterplatte 7 in die Bestückungsvorrichtung 1 eingebracht. Das Einbringen erfolgt beispielsweise durch Befüllen einer nicht weiter dargestellten Magazinvorrichtung oder einer Leiterplattenvorratsvorrichtung oder einer Leiterplattenzuführvorrichtung der Bestückungsvorrichtung 1.
Insbesondere anschließend wird die Aussparung 8 in einem Wärmeleitabschnitt 11 der Leiterplatte 7 geschaffen. Der Wärmeleitabschnitt 11 ist dabei vorzugsweise ein Schaltbereich der Leiterplatte 7, in welchem zumindest ein Schaltbauelement angeordnet ist. Die Aussparung wird dabei beispielsweise von einer nicht weiter dargestellten dritten Fertigungsstation der Bestückungsvorrichtung 1 geschaffen. Die dritte Fertigungsstation ist dabei insbesondere mit zumindest einer weiteren Zubringereinheit, welche auch nicht dargestellt ist, mit der ersten Fertigungsstation 2 und/oder der zweiten Fertigungsstation 3 direkt verbunden. Die dritte Fertigungsstation kann dann beispielsweise mit einer Fräsvorrichtung und einer Absaugvorrichtung für die ausgefrästen Leiterplattenreste ausgebildet sein.
Die Aussparung 8 wird vorzugsweise mit einer rechteckigen Kontur geschaffen.
Nach dem Schaffen der Aussparung 8 wird die Leiterplatte 7 dann beispielsweise zur ersten Fertigungsstation 2 mittels der Zubringereinheit 4 gebracht. In der ersten Fertigungsstation 2 wird dann ein Wärmeleitelement 12 in die Aussparung 8 eingesetzt. Das Wärmeleitelement 12 ist dabei insbesondere als Kupferelement ausgebildet. Nach dem Einsetzen des Wärmeleitelements 12 wird die Leiterplatte 7 beispielsweise mittels der Zubringereinheit 4 von der ersten Fertigungsstation 2 zur zweiten Fertigungsstation 3 befördert.
In der zweiten Fertigungsstation 3 wird dann beispielsweise Lot 13 in zumindest dem Wärmeleitabschnitt 11 aufgetragen. Nach dem Auftragen des Lots 13 wird die Leiterplatte 7 dann beispielsweise wieder mit der Zubringereinheit 4 zur ersten Fertigungsstation 2 zurückgebracht oder aber zu einer weiteren Fertigungsstation oder aber die Leiterplatte 7 verbleibt für den nächsten Schritt in der zweiten Fertigungsstation 3. Nach dem Auftragen des Lots 13 wird die Leiterplatte 7 aber in dem Wärmeleitabschnitt 11 mit einem Leistungsbauelement 14 bestückt. Das Leistungsbauelement 14 kann dabei beispielsweise als Leistungsspule oder als Leistungskondensator ausgebildet sein.
Das Bestücken der Leiterplatte umfasst insbesondere das Setzen und Löten des Leistungsbauelements 14. Insbesondere ist die Leiterplatte 7 vor dem Bestücken leer und unbestückt bzw. die Leiterplatte 7 liegt als Platine vor, die insbesondere keine Aussparung 8 aufweist. Die Platine kann bereits mit Leiterbahnen versehen sein. Vor dem Bestücken wird lediglich das Wärmeleitelement 12 in die Leiterplatte 7 eingesetzt und das Lot 13 aufgetragen. Als Bestückungsverfahren kommt beispielsweise ein THT- (through hole technology) oder ein SMT- (surface mounted technology) Verfahren zum Einsatz. Das Auftragen des Lots 13 und/oder das Bestücken der Leiterplatte 7 kann beispielsweise nach dem Prinzip des Wiederaufschmelzlötens erfolgen.
Die Aussparung 8 ist insbesondere breiter als eine dem Wärmeableitelement 12 zugewandte Wärmeableitfläche 15 des Leistungsbauelements 14. Damit kann auch das Wärmeableitelement 12 breiter als die Wärmeableitfläche 15 des Leistungsbauelements 14 sein. Breiter bezieht sich in diesem Fall auch auf länger bzw. jegliche Art von Erstreckungsrichtung in der Ebene der oberen Oberfläche 9 der Leiterplatte 7.
3 zeigt die mit der Bestückungsvorrichtung 1 bestückte Leiterplatte 7 in einer Querschnittdarstellung. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 3 ist die Aussparung 8 mit einer Stufe 16 geschaffen. Die Stufe 16 ist dabei in einer Seitenwand 17 der Aussparung 8 geschaffen. Die Seitenwand 17 ist also eine Wand der Leiterplatte 7, welche die Aussparung 8 begrenzt. Die Seitenwand 17 kann dabei beispielsweise senkrecht auf der oberen Oberfläche 9 stehen oder aber mit einem dementsprechenden Winkel zur oberen Oberfläche 9 ausgerichtet sein, so dass eine Öffnung der Aussparung 8 in der oberen Oberfläche 9 größer ist als eine Öffnung der Aussparung 8 an der unteren Oberfläche 10. Die Stufe 16 ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie umlaufend in der Seitenwand 17 verläuft. Es können aber auch beispielsweise mehrere Stufen 16 in der Seitenwand 17 geschaffen werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird das Wärmeleitelement 12 lose in die Aussparung 8 eingesetzt. Zwischen der Seitenwand 17 und dem Wärmeleitelement 12 entsteht dadurch insbesondere eine um das Wärmeleitelement 12 herum umlaufende Lücke 18. Die Lücke 18 kann beispielsweise dazu genutzt werden, um ein durch Wärme ausgelöstes Ausdehnen des Wärmeleitelements 12 in Richtung der Lücke 18 zu ermöglichen.
4 zeigt eine schematische Detailansicht der Stufe 16. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird das Wärmeleitelement 12 in die Aussparung 8 eingesetzt und somit auf die Stufe 16 aufgesetzt. Das Wärmeleitelement 12 wird insbesondere mit einer stoffschlüssigen Verbindung 19 mit der Leiterplatte 7 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung 19 wird dabei beispielsweise auf die Stufe 16 aufgetragen. Durch die stoffschlüssige Verbindung 19 wird das Wärmeleitelement 12 in der Aussparung 8 der Leiterplatte 7 festgehalten. Die stoffschlüssige Verbindung 19 ist dabei beispielsweise als Lötverbindung oder aber als elektrisch leitfähige Klebeverbindung ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Wärmeableitelement 12 derart in die Leiterplatte 7 eingesetzt, dass eine dem Leistungsbauelement 14 zugewandte Wärmeaufnahmefläche 20 des Wärmeleitelements 12 bündig zur oberen Oberfläche 9 vorliegt. Damit erfolgt das Einsetzen des Wärmeleitelements 12 derart, dass die obere Oberfläche 9 und die Wärmeaufnahmefläche 20 in derselben Ebene liegen.
Durch das Verfahren kann das Schaffen der Aussparung 8 und/oder das Einsetzen des Wärmeleitelements 12 kurzfristig erfolgen. D. h. kurz vor dem Auftragen des Lots 13 und dem Bestücken der Leiterplatte 7 mit dem Leistungsbauelement 14. Vorteilhaft ist, dass ein passgenaues, individuell an die Eigenschaften des Leistungsbauelements 14 angepasstes Wärmeleitelement 12 in die Leiterplatte 7 eingesetzt werden kann. Es kann dadurch also eine individuell angepasste Metallkernleiterplatte erzeugt werden. Im Stand der Technik wird die Metallkernleiterplatte üblicherweise unabhängig von dem Leistungsbauelement 14 erzeugt. Meist ist zum Zeitpunkt des Einsetzens des Wärmeleitelements im Stand der Technik noch gar nicht bekannt, welche Art von Leistungsbauelement für die Bestückung der Leiterplatte verwendet werden soll. Somit wird die Metallkernleiterplatte üblicherweise weit im Voraus und an einem anderen Ort als das Bestücken erfolgt hergestellt.

Claims

Verfahren zum Bestücken einer Leiterplatte (7) mit folgenden Schritten: a) Schaffen einer Aussparung (8) in einem Wärmeleitabschnitt (11) der Leiterplatte (7); b) Einsetzen eines Wärmeleitelements (12) in die Aussparung (8); c) Auftragen von Lot (13) in zumindest dem Wärmeleitabschnitt (11) der Leiterplatte (7); d) Bestücken der Leiterplatte (7) in dem Wärmeleitabschnitt (11) mit zumindest einem Leistungsbauelement (14) ; gekennzeichnet durch e) Einbringen der Leiterplatte (7) in eine Bestückungsvorrichtung (1); und f) Durchführen der Schritte a) bis d) in derselben Bestückungsvorrichtung (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Fertigungsstation (2) der Bestückungsvorrichtung (1) eine Untergruppe der Schritte b) bis d) durchführt und eine von der ersten Fertigungsstation (2) unterschiedliche zweite Fertigungsstation (3) der Bestückungsvorrichtung (1) den oder die übrigen Schritte durchführt und eine Zubringereinheit (4) die Fertigungsstationen (2, 3) verbindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (8) zumindest abschnittsweise breiter als eine dem Wärmeleitelement (12) zugewandte Wärmeableitfläche (15) des zumindest einen Leistungsbauelements (14) geschaffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (8) mit zumindest einer zumindest teilweise umlaufenden Stufe (16) in einer Seitenwand (17) der Aussparung (8) geschaffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) lose in die Aussparung (8) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) mit einer dem zumindest einen Leistungsbauelement (14) zugewandten Wärmeaufnahmefläche (20) des Wärmeleitelements (12) bündig zu einer dem Leistungsbauelement (14) zugewandten Oberfläche der Leiterplatte (7) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitelement (12) in die Aussparung (8) eingesetzt wird und mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (19) zur Leiterplatte (7) befestigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (7) mit einer Leistungsspule oder einem Leistungskondensator als das Leistungsbauelement (14) bestückt wird.
Bestückungsvorrichtung (1) mit zumindest einer ersten Fertigungsstation (2), einer zweiten Fertigungsstation (3) und einer Zubringereinheit (4), wobei die erste Fertigungsstation (2) mit der zweiten Fertigungsstation (3) durch die Zubringereinheit (4) zum Zubringen einer Leiterplatte (7) verbunden ist, und die Bestückungsvorrichtung (1) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8 ausgebildet ist.