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Konsequenz 5: Das unter Konsequenz 4 beschriebene Problem führt zu einer weiteren Schwierigkeit bei der Namensfindung für solche Anschlussflächenmuster. Im Gegensatz zu früher (als es wenige genormte Gehäuse mit einigermaßen verlässlichen Maßen bei der Bauteilherstellung gab), wird es extrem kompliziert, die Unterschiede für die oben gezeigten Gehäuse in eine Bezeichnung einzubringen. Diesem Umstand trägt auch der Entwurf von IPC-7351B Rechnung. Hier wird in der Diskussion der Land-Pattern-Bezeichnungen hervorgehoben: „Anmerkung 3: Eine Variationskennzeichnung für die Entwärmungsflächen der Bauteile ist außerhalb des Geltungsbereiches der Benennungsvereinbarungen von IPC-7351. Die Unterschiede in den Größen von Entwärmungsflächen und deren Anzahl pro Bauteil würden die Zuordnung eines Variantencodes innerhalb der Anschlußflächenmuster schnell unhandhabbar machen“ (IPC-7351B Final Draft, Übersetzung durch den Verfasser). Aus diesem Grund ist es am sichersten, als Name für das Anschlussflächenmuster die exakte und vollständige Bauteilbezeichnung des Bauteilherstellers zu verwenden.

Konsequenz 6: Neben den BTCs mit Entwärmungsfläche (Thermal Pad) und äußeren Anschlussreihen mit gleicher Anschlussflächengröße gibt es zunehmend unregelmäßige Strukturen, d.h. Bauteile mit zwei oder mehreren unterschiedlichen Anschlussflächengrößen, die von den Herstellern entsprechend der Funktion des Bauteilanschlusses ausgeführt werden. So sind oft Anschlüsse, über die viel Wärme abgeführt werden muss größer ausgeführt als reine Signalanschlüsse.

Bei diesem Typ von Bauteilen ist es extrem kritisch, alle Einflussfaktoren zu beachten, die Einfluss auf das Pastenvolumen am einzelnen Anschluss haben, damit es später nicht zu Lötfehlern kommt. Im Extremfall kann es erforderlich sein, das Pastenvolumen für einzelne Bauteilanschlüsse genau zu berechnen, wenn z.B. das Risiko besteht, dass über breite Leiterbahnen ein Teil des Lotes aus der Lötstelle abfließen könnte. Hier kommt es leicht zu Fehlern, wenn Leiterplattenhersteller die Lötstoppfreihaltung ohne Rücksprache mit dem Kunden stärker als üblich aufweiten um dadurch Produktionstoleranzen auszugleichen.

So ist z.B. für BTCs mit 500 µm Rasterabstand eine Lötstopplackfreihaltung von 50 µm erforderlich, aber für viele Leiterplattenhersteller nur mit erhöhtem Aufwand zu produzieren. Wenn die Lötstopplackfreihaltung dann vom Hersteller auf 75 oder gar 100 µm vergrößert wird, dann hat das bei Bauteilanschlüssen mit breiten Leiterbahnen einen deutlichen Flächengewinn zur Folge, über den Lot aus dem Anschlussbereich abfließen kann.

Werden µQFNs mit Anschlussflächengrößen von 350 µm x 200 µm mit sehr breiten Leiterbahnen anschlossen, dann kann es durch zu große Lötstopplackfreihaltungen schnell zu Problemen kommen. Die Anforderungen an den Lotbedarf kann insbesondere dann kritisch werden, wenn, wie in dem Beispielbild 4 gezeigt, bei einem Gehäuse verschiedene Anschlussgrößen vorhanden sind. Bei einer Lötstopplackfreihaltung von umlaufend 75 µm kann bei beidseitigem Anschluss mit einer 200-µm-Leiterbahn sehr schnell ein erheblicher Flächengewinn entstehen. Durch die Lotausbreitung auf der deutlich größeren Fläche kann es zu unzuverlässigen Lötstellen kommen, weil die gedruckte Lotmenge nicht ausreicht, den Lotspalt zu füllen und weil an anderen Anschlüssen die gleiche Lotmenge für eine wesentlich kleinere Lötstelle zur Verfügung steht und diese Lötstellen dann den Standoff des Bauteils bestimmen (Standoff = Höhe des Bauteiles über der Lötfläche).

Zuverlässigkeitsaspekte bei der Bauteil-Auswahl

Die Baugruppenfertigung befindet sich derzeit in einem starken Veränderungsprozess, der wieder einmal durch Änderungen der Bauteilgehäuse erzwungen wird und dem sich niemand entziehen kann. Eine Reihe von Untersuchungen deutet darauf hin, daß Bottom Termination Components bei starken Temperaturwechselbelastungen eine deutlich geringere Zuverlässigkeit haben, als z.B. klassische QFP-Bauformen mit geformten Bauteilanschlüssen. Diese Zuverlässigkeitsgesichtspunkte müssen bereits bei der Bauteilauswahl berücksichtigt werden (z.B. Design for Reliability). Hinzu kommt, dass aufgrund der verdeckten Lötstellen die Qualitätskontrolle nur noch mit hochauflösender Röntgentechnik möglich ist und alle Prozesse unter wesentlich engeren Toleranzbedingungen durchgeführt werden müssen.

Dabei wird es wesentlich häufiger notwendig sein, auch das Verhältnis von Anschlussflächengrößen, Lötstopplackfreihaltung, Pastenvolumen und Lotbedarf abhängig vom Anschlusstyp genau zu berechnen, um sichere und zuverlässige Lötstellen herzustellen. Nur gut vernetzte Teams von hochqualifizierten Fachleuten aus Leiterplattendesign, Leiterplatten- und Baugruppenfertigung können die vielfältigen Herausforderungen frühzeitig erkennen und anspruchsvolle Produkte fehlerfrei in hoher Qualität entsprechend den Kundenanforderungen produzieren.

* Rainer Taube ist Geschäftsführer des Baugruppenproduzenten TAUBE ELECTRONIC in Berlin und Vorstandsmitglied des Fachverbands FED

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