CAD, Leiterplatten- und Baugruppentechnik, Folge 7, Teil 1 Die Anforderungen an Anschlussflächen (Lötflächen) auf Leiterplatten

Anbieter zum Thema

Taube Electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Eurocircuits GmbH

Diese Folge befasst sich mit den allgemeinen Anforderungen an Anschlussflächen, die sich aus den Lötverfahren ergeben. Fehlerbilder, Lösungsansätze und die Anforderungen an Anschlussflächen für aktuelle Bauformen ist Gegenstand einer späteren Veröffentlichung.

Die Vielfältigkeit der Anforderungen an das Leiterplattendesign findet häufig ihren Ausdruck in unzähligen „Design for...“-Schlagworten, von denen, aus nicht immer nachvollziehbaren Ursachen, mal das eine, mal das andere mehr im Zentrum der Aufmerksamkeit steht. Design for Manufacturing oder Design for Manufacturability (DFM) gehört sicherlich zu den am häufigsten genannten Begriffen, weil man im Laufe der Zeit erkannt hat, dass neben der Entwicklung der Funktionalität der elektronischen Baugruppe die Berücksichtigung und Planung der Fertigbarkeit bereits während des Designprozesses einen wesentlichen Einfluss auf die Produktqualität und die Herstellkosten des Produktes hat.

Aber auch DFM ist ein weites Feld. Manchmal wird darunter nur die Herstellbarkeit der Leiterplatte verstanden, zunehmend fallen auch Aspekte der Baugruppenproduktion unter diesen Begriff. In einen umfassenden und kontrollierten Designprozess müssen sowohl die Anforderungen der Leiterplattenherstellung wie auch die der Baugruppenproduktion einbezogen und umgesetzt werden.

Einer der wesentlichen Faktoren für zuverlässige und wirtschaftlich herstellbare Baugruppen sind optimale Anschlussflächen für die Lötung von Bauteilen auf die Leiterplatte.

Im aktuellen Beitrag soll zunächst näher auf die allgemeinen Anforderungen an Anschlussflächen eingegangen werden, die sich aus den Lötverfahren ergeben. Zu einem späteren Zeitpunkt, im Teil 2 als Fortsetzung dieses Artikels, werden dann Fehlerbilder, Lösungsansätze und die Anforderungen an Anschlussflächen für aktuelle Bauformen beschrieben, speziell die neuen Bauteile ohne ausgeformten Anschluss (BTC = Bottom Termination Components).

SMD-Anschlussflächen und Lötverfahren

Seit Einführung der SMD-Technik vor etwa 30 Jahren, ist die Festlegung der richtigen Anschlussflächen auf Leiterplatten Gegenstand ständiger Diskussionen unter Leiterplattendesignern und zwischen Designern und Baugruppenproduzenten.

Oft können Designer die Auswirkungen von Anschlussflächen nicht richtig einschätzen, weil sie häufig im Vorfeld nicht wissen, wo die Baugruppen produziert und wie die Baugruppen später gelötet werden sollen. Oder weil sie nur begrenzte Kenntnisse über die speziellen Anforderungen und Eigenarten der verschiedenen Lötverfahren besitzen. Daher sind Designer oft gezwungen, unkritisch auf die Bibliotheksdefinitionen von Bauteilherstellern und CAD-Systemen zurückzugreifen oder sie verlassen sich (in den letzten Jahren zunehmend) auf Anschlussflächendefinitionen in Normen wie IEC 61188-5-XX oder die 1999 erstmalig veröffentlichte IPC-Richtlinie IPC-7351; teilweise sogar noch auf die inzwischen durch IPC-7351 abgelöste IPC-782, die, als sie in 1987 veröffentlicht wurde, ein erster Versuch war, Anforderungen an SMD-Anschlussflächen in Form einer Richtlinie zu veröffentlichen.

Alle diese Ansätze haben den Nachteil, dass sie bei der Anschlussflächendefinition wenig oder gar nicht auf die Eigenarten der Lötverfahren Rücksicht nehmen, sondern im Prinzip unter Berücksichtigung von Bauteil-, Leiterplattenfertigungs- und Plazierungstoleranzen von Bestückungsautomaten universelle Anschlussflächen beschreiben, die für alle Lötverfahren gelten sollen und die von vielen Designern auch so verwendet werden.

Sowohl bei IEC wie auch bei IPC werden je nach der verfügbaren Leiterplattenfläche die Anschlussflächen lediglich in Dichteklassen unterschieden, wodurch suggeriert wird, dass ohne weitere Konsequenzen bei ausreichend Platz auf der Leiterplatte die jeweils größeren Anschlussflächendefinitionen verwendet werden können. Das kann jedoch, wie später noch gezeigt wird, insbesondere beim Reflowlöten fatale Folgen haben.

Hinzu kommt, dass in der Anfangszeit der SMD-Technik Wellenlöten das hauptsächlich eingesetzte Massenlötverfahren war, dass mit relativ großen Toleranzen gerechnet wurde, dass die Bauteilbauformen im Vergleich zu heute relativ groß waren und dass man auch davon ausging, das die Lötstelle um so zuverlässiger ist, je größer das Lotvolumen in der Lötstelle ist.

Dieser Ansatz führte insbesondere bei den immer kleiner werdenden Bauteilen, mit denen wir es heute zu tun haben, zunehmend zu Problemen bei der Baugruppenfertigung. Daher ist es wichtig, dass der Leiterplattendesigner die Eigenarten der Lötverfahren kennt und bereits während des Leiterplattendesigns das Lötverfahren festlegt und für das jeweils festgelegte Lötverfahren die optimale Anschlussflächen auch im CAD-Design einsetzt.

(ID:25845890)