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Anforderungen der Massenlötverfahren an die SMD-Anschlussflächen

Grundlegender Unterschied bei allen SMD-Massenlötverfahren ist, ob die Bauteile durch Kleber vor dem Löten fixiert werden oder ob sie während des Lötens frei beweglich auf dem Lot aufschwimmen. Ersteres ist bei allen Wellenlötverfahren der Fall, letzteres bei allen Aufschmelzlötverfahren (Reflowlöten). Über diesen grundlegenden Unterschied hinaus haben alle Varianten dieser Verfahren Eigenarten, z.B. aufgrund des vorhandenen Lotvolumens und der prozessbedingten Wärmekapazität, die weitere Anforderungen hinsichtlich optimaler Anschlussflächen nach sich ziehen.

1. Wellenlöten

Beim Wellenlöten werden vor dem Lötprozeß alle SMD-Bauteiledurch Kleber fixiert. Daher besteht im Gegensatz zum Reflowlöten bei korrekter Dosierung und Aushärtung des Fixierklebers kein Risiko für Verdrehungen und für das Aufstellen von Bauteilen (Tombstoning) während des Lötprozesses. Im Gegensatz zum Reflowlöten wird darüberhinaus das Lotvolumen durch die Lötwelle zugeführt. Das Lotvolumen und auch die Wärmekapazität sind nahezu unendlich im Vergleich zum Lotbedarf der einzelnen Lötstelle. Es besteht also kein Risiko, dass der Prozeß nicht genügend Lot für die geforderte Lötstelle zur Verfügung stellt.

Die Probleme beim Wellenlöten entstehen im Gegensatz dadurch, dass die Bauteile komplett in das Lotbad eingetaucht werden und durch Lotüberschuss Brücken zwischen benachbarten Anschlüssen entstehen. Deshalb lassen sich Bauteile mit Bauformen < G0603 und < Pitch 1.27 mm nicht problemlos wellenlöten.

Die Größe der Anschlussfläche ist insofern kritisch, weil Bauteilanschluss und/oder Anschlussfläche durch die Lötstelle erreicht werden müssen – deshalb müssen Anschlussflächen und Bauteilabstände bei Wellenlötung deutlich größer sein, als bei Reflowlötung. Darüberhinaus haben auch der Wellendruck und die Turbulenz der Lötwelle großen Einfluss auf die Größenanforderungen der Anschlußflächen.

Grundsätzlich aber gilt bei Wellenlötung von SMD-Bauteilen: eher größere Anschlussflächen verwenden, damit die Anschlussfläche und das Bauteil sicher benetzt werden und außerdem die Abstände zwischen Bauteilen so groß wie möglich ausführen, damit die Bildung einer Lotbrücke vermieden wird. Da die Bauteile durch den Kleber fixiert sind, gibt es kein Risiko aufgrund zu großer Anschlussflächen.

2. Reflowlöten (Konvektion)

Im Gegensatz zum Wellenlöten wird beim Aufschmelzlöten (Reflowlöten) vor dem Bestücken Reflowpaste auf die Anschlußflächen der Leiterplatte aufgebracht. Die Bauteile werden anschließend in dieses Depot aus Lotpaste bestückt, welche aus einem Gemisch von Lotkugeln und Flussmittel besteht. Dadurch sind während der Transport- und Lötprozesse die SMD-Bauteile nicht fixiert, werden nur durch die Klebekraft des Flußmittels auf der Paste gehalten und können sich beim Aufschmelzen der Lotpaste auf dem Lotdepot frei bewegen.

Im Gegensatz zum Wellenlöten ist deshalb die Größe der Anschlussflächen kritisch. Zu große Anschlussflächen können im Zusammenhang mit einer Reihe von anderen Einflussfaktoren zu einer ganzen Reihe von Fertigungsfehlern führen. Daher ist beim Reflowlöten eine genaue Kenntnis dieser Einflussfaktoren und ihrer Auswirkungen auf das Lötergebnis außerordentlich wichtig, um diese Fertigungsfehler zu vermeiden.

Zu berücksichtigen ist weiterhin, dass die für die Lötstelle zur Verfügung stehende Lotmenge durch die aufgebrachte Lotpaste begrenzt wird, die zu ca. 50% aus Flussmittel besteht. Die Öffnung der Lötstoppmaske kann bei sehr kleinen Anschlussflächen kritisch werden, insbesondere dann, wenn Anschlussflächen mit sehr breiten Leiterbahnen mit der übrigen Schaltung verbunden werden, über die ein Teil des gedruckten Lotes aus der Lötstelle abfließen kann.

Kritisch sind auch fehlende Lötstoppstege zwischen Anschlussflächen und Durchkontaktierungen sowie Bauteile auf einer Leiterplatte mit sehr unterschiedlichem Pastenbedarf, der gegebenenfalls durch spezielle Druckverfahren wie Pastendruck mit Stufenschablonen oder JET-Dispensen ausgeglichen werden muss.

Grundsätzlich gilt also beim Reflowlöten, dass die Anschlussflächen eher deutlich kleiner sein müssen als beim Wellenlöten, um Probleme in der Baugruppenfertigung zu vermeiden. Da aber Brückenbildung durch den Lötprozess kaum auftritt, können die Bauteile wesentlich enger platziert werden als beim Wellenlötprozess (limitierende Faktoren stammen hier eher aus der Leiterplattenfertigung, z.B. durch die minimale Lotstoppstegbreite oder aus dem Bestückungsprozess, etwa durch die Platziergenauigkeit der Bestückungsmaschinen).

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