Die Anforderungen an Anschlussflächen (Lötflächen) auf Leiterplatten

Bild 1: Bauteile mit geformten Anschlüssen am Gehäuserand

Die vorherige Folge befasste mit den allgemeinen Anforderungen an Anschlussflächen, die sich aus den Lötverfahren ergeben. In der vorliegenden Fortsetzung geht es um Fehlerbilder, Lösungsansätze und die Anforderungen an Anschlussflächen für aktuelle Bauformen.

Im ersten Teil zum Thema „Anschlußflächen auf Leiterplatten“ wurden zunächst allgemein die unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Lötverfahren auf das Leiterplattendesign beschrieben, weil diese in den Richtlinien zur Anschlußflächendimensionierung häufig zu wenig berücksichtigt werden. Während dies bei den relativ großen Bauteilrastern in der Anfangsphase der SMD-Fertigung noch weitgehend tolerierbar war, treten die Risiken eines solchen Vorgehens bei Bauteilrastern von 500 µm und Strukturbreiten von 200 bis 300 µm immer deutlicher zutage und führen teilweise zu schwer beherrschbaren Problemen in der Baugruppenfertigung.

Entwicklung von Bauteilgehäusen und Anschlußtypen

Unter dem Druck, eine immer größere Funktionalität auf immer kleinerem Raum unterzubringen, hat seit der Einführung der SMD-Technik eine ständige Evolution der Bauteilgehäuse stattgefunden. Während sich die zweipoligen Bauteile seit der Einführung der SMD-Technik abgesehen von ihrer Miniaturisierung nur wenig verändert haben, sind bei mehrpoligen Bauteilen deutliche Entwicklungsstufen erkennbar.

Vom heutigen Entwicklungsstand aus lassen sich die SMD-Gehäuse von mehrpoligen Bauteilen im Wesentlichen in 3 Typen einteilen:

Typ 1: Bauteile mit geformten Anschlüssen am Gehäuserand mit verschiedenen Unterfamilien, die sich durch die Art der Ausformung des Anschlusses unterscheiden. Am häufigsten findet man die folgenden Typen (v.l.n.r.): J-förmiger Anschluss (z.B. PLCC) RM 1.27, Einsatz stark rückläufig und S-förmiger Anschluss (z.B. S/SO/SOT/QFP mit RM1.27-0.4mm)

Bild 2: Bauteile mit ball- oder säulenförmigen Anschlüssen im Flächenraster

Zum Typ 2 gehören Bauteile mit ball- oder säulenförmigen Anschlüssen im Flächenraster auf der Gehäuseunterseite – Ball Grid Arrays oder Column Grid Arrays (BGA/CGA).

Bild 3: Bauteile mit Anschlussflächen unter dem Gehäuse

Typ 3 bilden Bauteile mit Anschlußflächen auf der Gehäuseunterseite (Bottom Termination Components; BTC). Es sind in Bild 3 links QFN16-Gehäuse von unten gesehen, Bild mitte Größenvergleich QFN-Anschlußflächen und menschliches Haar und Bild rechts nicht benetzbare QFN-Schnittkanten.

Anforderungen an Anschlussflächen

Die Anforderungen an alle Anschlußflächen resultieren im Wesentlichen aus der Form des jeweiligen Anschlußtyps. Da inzwischen immer mehr Bauteile auf den Markt kommen, bei denen auch verschiedene Anschlußtypen an einem Gehäuse in ganz unterschiedlichen Rasterkonfigurationen verwendet werden, wird es immer wichtiger, daß der Leiterplattendesigner wieder in die Lage versetzt wird, Anschlußflächen selber zu definieren.

Natürlich ist es unmöglich im Rahmen eines solchen Artikels auf alle Typen im Einzelnen einzugehen und Bauteile der Anschlußtypen 1 und 2 sind hinsichtlich ihres Verhaltens im Lötprozess auch relativ unproblematisch.

Daher soll im Folgenden der Fokus auf den Bauteilen liegen, die in der Baugruppenfertigung derzeit die meisten Probleme verursachen: dies sind kleine zweipolige Bauteile und alle neuen Bauteile mit Bottom Terminations/Anschlußflächen nur auf der Unterseite.