Das Neue Proportionale Anschlussflächen-Dimensionierungskonzept
Bibliothek des Wissens Band 18 - Das Neue Proportionale Anschlussflächen-Dimensionierungskonzept ermöglicht die Berechnung der passenden Anschlussflächen auf der Leiterplatte proportional zur Größe des Bauteilanschlusses unter Beachtung der physikalischen Eigenschaften des Lötprozesses.
In den Anfängen der SMD-Löttechnik ging man davon aus, dass für eine zuverlässige Lötverbindung die Anschlussflächen auf der Leiterplatte deutlich größer sein sollten als die Bauteilanschlüsse selber. Dies schlägt sich bis heute in den geltenden Standards der IPC-7351 bzw. IEC 61188-5 nieder. Obwohl mehrfach revidiert und den immer feiner werdenden Strukturen angepasst, passen die derzeit definierten Vorgaben und Berechnungsmethoden zur Erstellung der Leiterplatten-Anschlussflächen immer weniger zu den sich ständig wandelnden Bauteileanschlüssen, insbesondere je kleiner diese werden, vor allem weil für die Überstände konstante, absolute Werte vorgegeben werden. Für moderne Reflowlötverfahren sind dies überholte Regeln und Maße, wie die Praxis zeigt: Zu weit überstehende Flächen erzeugen seitliche Zugkräfte, die im Extremfall z.B. bei Chip-Bauformen zum gefürchteten Tombstoning (Grabsteineffekt) oder bei hochpoligen Bauteilen zu Kurzschlüssen führen können. Zuviel Lot und Fläche kann also auch negative Auswirkungen beim Lötprozess haben.
Darüber hinaus ist jeder unnötige Flächenverbrauch ein erheblicher Nachteil, insbesondere bei dicht bestückten Baugruppen mit hoher Verbindungsdichte. Die ständig sich erweiternde, nahezu unübersehbare Vielfalt an Bauteilanschlussformen, -größen und Rastermaßen erfordert eine sich anpassende Dimensionierung der korrespondierenden Leiterplattenanschlussflächen für optimale Lötverbindungen. Hier setzt das Neue Proportionale Anschlussflächen-Dimensionierungskonzept an: Es ermöglicht die Berechnung der passenden Anschlussflächen auf der Leiterplatte proportional zur Größe des Bauteilanschlusses unter Beachtung der physikalischen Eigenschaften des Lötprozesses: der Benetzung, der Kapillarwirkung sowie der Kräfteübertragung. Diese bewirken in ihrem Zusammenspiel die in den geltenden Standards unter Zuverlässigkeitsaspekten vorgegebenen Lotmenisken und -bedeckungen jedoch ohne unnötig überstehende oder sich negativ auswirkende, zu große Anschlussflächen. Ausgangspunkt für das Proportionale Konzept sind einerseits die Anforderungen an Lötstellen wie sie in der J-STD-001 und der IEC 61191-2 beschrieben werden und andererseits eine neue vereinfachte Klassifizierung von Bauteilen nach ihren Anschlusstypen. Während die IEC Anschlussflächenstandards und ebenso die IPC-7351 eine Unterscheidung der Bauteile nach Gehäusefamilien vornimmt basiert das Proportionale Konzept auf einer zweistufigen Klassifizierung nach Anschlusstypen.
Die Vorteile des Neuen Proportionalen Anschlussflächen-Dimensionierungskonzepts sind: einfach skalierbar, problemlose Anpassung auch für zukünftige Bauteile, Risikominimierung (z. B. Brückenbildung beim Pastendruck, besser angepasste Pastenvolumina), höhere Zuverlässigkeit der Lötstellen (fehlerreduzierte Baugruppenfertigung), Proportionale Anschlussflächen führen zu mehr Platz für die Entflechtung von Leiterbahnen.
Download: Propotional SMD Reference Calculator
Das Dokument ist für Mitglieder kostenfrei herunterladbar (siehe PDF unten).
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