Fachantworten vom Profi

SMD (surface mounted device/oberflächenmontiertes Bauteil).
Elektrische Bauteile werden direkt auf die Leiterplatte gelötet.

Metallschablonen, die aus Edelstahl, FineGrain oder Nickel gefertigt werden und für das Bedrucken von Leiterplatten in der Elektronikfertigung eingesetzt werden.  

Mit dem Aufkommen der SMT Technologie Mitte der 1980er wurden diese Druckschablonen im Ätzverfahren hergestellt, heute im Regelfall lasergeschnitten.

SMD-Schablonen, auch SMT stencils genannt, werden in der Elektronikfertigung im Bereich der SMT- Bestückung  (Surface-mount technology) für das Bedrucken der Leiterkarte mit Lotpaste eingesetzt. 

Manuell oder automatisiert im Schablonendrucker wird die Leiterkarte unter der Schablone platziert,  ausgerichtet, die Lotpaste appliziert und über die Druckfläche der Schablone gerakelt.

• Schablonen für Schnellspannrahmen
• Schablonen in Fixrahmen
• Stufenschablonen
• Maxischablonen
• Prototypenschablonen
• LTCC-Schablonen

Stufenschablonen sind SMD-Schablonen mit partiell unterschiedlichen Materialstärken. Somit können unterschiedliche Pastenvolumina für verschiedene Elektronikkomponenten mit einer Schablone aufgetragen werden.

Eine Maxischablone ist eine SMD-Schablone in Übergröße. Sie kommt insbesondere bei Sonderanwendungen zum Einsatz.

Die Prototypenschablone ist eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Schablonen.
Sie gibt es in verschiedenen Größen bis maximal 300mm x 200mm.
Sie eignet sich hervorragend für einen Leiterplatten-Testlauf oder um einige Muster zu bestücken.

Die LTCC-Schablone (Low Temperature Cofired Ceramic) ist eine Präzionsschablone mit mikroskopisch feinen Löchern.
Sie eignet sich perfekt zum Befüllen von MicroVias, zur Abbildung feinster Leiterbahnen oder zur Kalibrierung optischer Systeme.

• Hohe Qualität
• Sehr gute Leistungen zu geringeren Kosten
• Eignen sich neben Prototypen oder Kleinserienfertigung auch für die Volumenproduktion
• Benötigen kaum Lagerplatz

Diese Schablonen sind für alle gängigen Spannrahmen, wie z.B.  VectorGuard, QuattroFlex, ZelFlex, Metz usw., erhältlich.

• Besonders geeignet für Serienfertigung
• Einfaches Handling, auch bei dünnsten Blechstärken
• Schnelle Einsatzbereitschaft

Schnellspannschablonen und Schablonen in festen Rahmen werden platzsparend und sicher in Regalen aufbewahrt. Je nach Schablonentyp ist eine Aufbewahrung der SMD-Schablonen in Taschen oder einem Karton empfehlenswert. 

Weitere Informationen finden Sie unter Schablonen-Archivierung.

Lotpaste wird mit Rakeln aus Metall oder Gummi über die Druckschablonen gezogen. Dabei wird die Lotpaste durch die Öffnungen der Druckschablone auf die entsprechenden Stellen der Leiterplatte aufgebracht.

Das gängige Verfahren zum Löten von SMD-Bauteilen ist das Reflow- oder Dampfphasen-Löten. Dabei werden die bestückten Platinen in einem Reflow-/ Dampfphasen-Ofen kontrolliert erwärmt, bis die Lötpaste schmilzt. In der anschließenden Abkühlung erhärtet sich das Lötzinn wieder und es entstehen permanente und leitfähige Verbindungen. In speziellen Fällen kann auch per Selektivlöten oder per Hand gelötet werden.

Die optimale Position der Bauteilkontaktfläche zu der Leiterplattenlandefläche sowie deren Pastenauftrag hat einen nicht unerheblichen Einfluss auf das Lötergebnis von SMD-Bauteilen. Dies gilt auch bei vermeintlich einfachen Chip-Bauteilen. Nicht selten kommt es hier zu verstärkten Lötproblemen, weil das Größenverhältnis bzw. auch die Position nicht aufeinander abgestimmt wurde.

Im optimalen Fall befindet sich die Landefläche exakt unter der Kontaktfläche des Bauteils. Hier sollte die Fläche nach außen leicht größer sein, um einen sauberen Meniskus abzubilden. Wenn möglich, sollten die LP-Flächen nicht wesentlich nach innen unter den Bauteilkörper ragen. Die empfohlenen Werte richten sich nach der genauen Bauform bzw. Größe. Beispielhaft sei hier die Bauform 0603 erwähnt. Deren Abmessung liegt bei ca. 1,6 mm x 0,8 mm.

Die passenden Landeflächen haben eine Größe von 0,5 mm x 0,9 mm, wobei ein Innenabstand von ca. 0,9 mm empfehlenswert ist. Diese Werte versprechen bei exakt angepasster Bepastung ein optimales Lötergebnis. Aufgrund von verschiedenen Faktoren ist es unter Umständen nicht immer möglich diese Werte einzuhalten. Ein entsprechend optimierter Pastenauftrag kann dennoch zum Ziel führen. Wir von BECKTRONIC stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite. 

Die Through-Hole Technology (THT) bezeichnet eine Technologie zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen den Bauteilen und dem Leiterbild, bei der die Bauteilanschlüsse durch vorgefertigte Bohrungen in der Leiterplatte gesteckt und verbunden werden.

THT-Bauteile werden in der Regel per Wellen- oder Schwalllöten verarbeitet. Dabei fährt die bestückte Leiterplatte mit der Unterseite über eine Welle aus flüssigem Lötzinn, sodass alle Kontaktstellen benetzt werden. In speziellen Fällen kann auch per Selektivlöten oder per Hand gelötet werden.

Das passende Pastenvolumen ist für ein optimales Lötergebnis unumgänglich. Speziell die Volumenanbindung der "Massefläche" des Exposed-Pads ist entscheidend. Grundsätzlich ist es von Vorteil, wenn der Pastenauftrag dieser Fläche die Gesamtfläche der umliegenden Kontakte nicht übertrifft. Darüber hinaus spielt die Aufteilung (Rasterung) der Bepastung  eine wesentliche Rolle. Sie unterstützt bzw. begünstigt das Entgasen der Flussmittelrückstände. Ebenso sind eventuell vorhandene Vias innerhalb der Exposed-Pad-Fläche zu berücksichtigen. Hier gilt es zu beachten, dass während des Pastenauftrags sowie während des Reflowprozesses keine Paste unkontrolliert auf der Unterseite austritt. 

Der Pastenauftrag der Kontaktpins ist abhängig von dessen exakter Position und der Beschaffenheit der Kanten (benetzt oder unbenetzt), entsprechend angepasst erfolgt der Pastenauftrag.

Heute kommt es immer häufiger vor, dass eine Leiterplatte einen starken Mix von unterschiedlichen Bauformen beinhaltet. Große Bauteile oder Strukturen mit großer Wärmekapazität, welche in der Nähe von sehr kleinen Bauformen liegen, können zu Lötproblemen führen (Thermische Abschattung). Generell gilt es dabei zu beachten, dass jede Bauform für sich ihr optimales Pastenvolumen erhält. Durch ein angepasstes Schablonenlayout kann man einzelne Mixstrukturen kompensieren.

Sollte die Komplexität und Differenz in den geforderten Pastenvolumina aber zu groß sein, ist eine Schablone in Stufenausführung das Mittel der Wahl. Dabei werden innerhalb einer Schablone unterschiedliche Materialstärken realisiert. Jeder einzelne Bereich kann dann optimal auf die Bedürfnisse der Baugruppe abgestimmt werden. Da jedes Layout anders aufgebaut ist, berät BECKTRONIC immer individuell und ausgerichtet auf die Anforderung des Kunden. Hierbei werden u.a. folgende, entscheidende Parameter analysiert und berücksichtigt: die Bauteilgeometrie, der Lötstoppbereich, die Bauteilanbindung, Lötverfahren, Pastentyp sowie Rakelrichtung.

Das Pastenvolumen sollte an die Chip-Bauform angepasst und bei Bedarf optimiert werden. Wirkungsvolle Optionen sind hier Flächen- und Designanpassungen. In der Vergangenheit haben sich besonders die Häuschenform (home plate) und die invertierte Hausform (bow tie) bewährt. Speziell die "bow tie"-Ausführung kommt verstärkt zum Einsatz. Ergänzend muss auf die Position der Bepastung geachtet werden. Entsteht ein Druckversatz zwischen Landefläche und Pastenauftrag, führt das exakte Positionieren auf der Sollposition zu einem erhöhten Grabsteinrisiko.

• Schablone:
  Voids (Lunker) entstehen, wenn das Flussmittel einen weiten Weg bis zur Außenkante einer Bauteilfläche (bis zur Bepastungskante) zurücklegen muss. Um einen besseren, homogeneren Abtransport des Flussmittels zu gewährleisten, werden Flächen (ab ca. 6-8 mm²) i. d. R. gerastert ausgeführt.
• Lot:
  Außerdem neigen Lotpasten mit einem geringeren Anteil von Flussmittel tendenziell weniger zur Bildung von Voids.
• Lötprozess:
  Auch die Optimierung des Lötprozesses mit Hilfe unterschiedlicher Luftdruckvarianten (sowohl Über- als auch Unterdruck) beeinflusst die Voidbildung signifikant. So wird z. B. unter Stickstoffzugabe bei Reflow- oder Wellenlöten ein verbessertes Lötergebnis erzielt. Der Stickstoff dient als Schutzgas, das die Oxidation des Lotes und der Bauteile durch Sauerstoff vermindert. Außerdem wird die Oberflächenspannung des flüssigen Lotes positiv beeinflusst.

Grund hierfür sind in sich geschlossene Hohlräume unter Bauteilen (Wärmeableitung im exposed Pad eines QFN's) oder innerhalb großflächiger Pastenflächen sowie „Plugged Vias“ (Durchsteiger), die aber nicht richtig verschlossen sind. Lufteinschlüsse führen an dieser Stelle zu einem explosionsartigen Prozess. Sollten die Vias nicht vollständig nach IPC 4761 Typ VI verschlossen sein, kann die eingeschlossene Luft nicht entweichen und es entsteht ein Überdruck unter dem Bauteilkörper. Um diesem Prozess entgegenzuwirken, sollte die Paste im Schmelzprozess möglichst nicht in diese Hülsen fließen bzw. selbige verschließen. Generell ist auch auf den Feuchtigkeitsgehalt von SMD-Bauteilen und Leiterplatten zu achten. Es kann sonst zu einer unerwünschten Delamination (der LP-Oberfläche) oder dem Aufbrechen von SMD-Bauelementen führen. Abhilfe kann hier ein vorgeschalteter Temperprozess (Backen) bieten.

Auch an dieser Stelle kann die Anpassung der Flächenbepastung die Lösung sein. Bei zylindrischen Bauformen wie Melf oder Mikro-Melfs kann eine konkave Innenseitenausführung oder die U-Form Bepastung eine sichere Positionierung auch nach dem Lötprozess garantieren. Bei QFN-Bauformen unterstützt eine Reduzierung und Rasterung des exposed Pads die Arretierung und das gleichmäßige Absenken selbiger.