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CAD, Leiterplatten- und Baugruppentechnik, Teil 2 Die Prozessierbarkeit von SMD-Bauformen ≤ 0402

| Autor / Redakteur: Arnold Wiemers* / Claudia Mallok

Gerade mal 1 mm × 0,5 mm misst ein SMD-Bauteil 0402. Das Design der Anschlußflächen muss die Anforderungen der realen Fertigung beim Leiterplatten- und Baugruppenhersteller berücksichtigen.

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Bild 1: Eine mögliche Padgeometrie für die Bauform 0201 und die verbleibende Lötfläche nach dem Ätzen
Bild 1: Eine mögliche Padgeometrie für die Bauform 0201 und die verbleibende Lötfläche nach dem Ätzen
(Bild: LeiterplattenAkademie GmbH)

Früher konnte man die kleinsten SMD-Bauformen sehen und staunen. Heute kann man sie zumindest noch fühlen. Das Limit für die weitere Reduzierung der Größe von zweipoligen Bauteilen ist anscheinend das Handling durch die Bestückungsautomaten. Wenn die Bauteile kleiner sind als die Öffnung der Aufnahmepipette, dann ist mit Komplikationen zu rechnen.

Die Bezeichnung „0402“ gibt die X-,Y-Dimension der Grundfläche des Bauteilkörpers in Inch an, in Form von gedachten Nachkommastellen. Aus „0.04 in · 25.4 = 1.016 mm“ ergibt sich der metrische Wert in X-Richtung und „0.02 in · 25.4 = 0.508 mm ist dann der metrische Wert in Y-Richtung.

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In der Praxis ist man großzügig und gibt der Bauform die auf ganzzahlige 10tel Millimeter abgerundete metrische Schlüsselbezeichnung „1005“. Die Bezeichnung „0201“ steht dann theoretisch für eine Grundfläche von 0.508 mm × 0.254 mm. In der Praxis geht man von 0.6 mm × 0.3 mm aus und dementsprechend ist die metrische Schlüsselbezeichnung „0603". Bedauerlicherweise gibt es auch eine Bauform „0603“ auf Inch-Basis, was zu Irritationen führen kann.

Anlage eines Bauteils im CAD-System

Jedes Bauteil muß in der CAD-Bibliothek virtuell angelegt worden sein, bevor es in ein Layout eingebaut werden kann. Die geometrische Konstruktion des Bauteiles ist allerdings nur dann sinnvoll möglich, wenn die Anforderungen der realen Leiterplattenfertigung und der Baugruppenproduktion bekannt sind.

„Kleinere“ Bauteilkörper benötigen auch „kleinere“ Anschlußflächen auf der Leiterplatte. Die Anschlußfläche darf allerdings nicht zu klein sein – aus folgenden Gründen: Für die Leiterplattenfertigung wird eine ätzbare Bild-/Pad-Struktur gefordert. Für die Baugruppenproduktion ist eine Mindest-Padfläche notwendig, damit genügend Lot aufgebracht werden und damit sich ein guter Lotspalt und ein guter Lotmeniskus beim Löten ausbilden.

Es wird noch lange kontrovers diskutiert werden, welche Anschlußflächengeometrie letztendlich denn die Beste für ein diskretes Bauteil ist. Das ist gut so, wenn daraus eine Abstimmung und eine Anpassung zwischen den Disziplinen „CAD-Layout“ und „Baugruppenproduktion“ entstehen.

Beispiel: Padbild SMD-Bauform 0201

Bild 1: Eine mögliche Padgeometrie für die Bauform 0201 und die verbleibende Lötfläche nach dem Ätzen
Bild 1: Eine mögliche Padgeometrie für die Bauform 0201 und die verbleibende Lötfläche nach dem Ätzen
(Bild: LeiterplattenAkademie GmbH)

Bei einem SMD-Bauteil der Bauform 0201 könnte möglicherweise folgendes Padbild in der CAD-Bibliothek vorgegeben sein: Die Padgeometrie ist 300 µm × 300 µm und der Mittenabstand der Pads zueinander ist 600 µm. Der Abstand von Padflanke zu Padflanke ist dann 300 µm (Bild 1).

Bei einem Routing nach HDI-Regeln (= High Density-Dnterconnect) beträgt die minimale Leiterbahnbreite 100 µm, der minimale Strukturabstand beträgt ebenfalls 100 µm. Zweimal Abstand plus einmal Leiterbahnbreite ergeben 300 µm. Damit würde genau eine Leiterbahn zwischen den beiden Pads der Bauform „0201“ hindurchpassen. Empfehlenswert ist das jedoch nicht.

Mit dem Druck des Lötstoplackes würde diese Leiterbahn mit einer zusätzlichen Dicke von bis zu 30 µm beschichtet. Um diesen Betrag wäre die Leiterbahn höher, als die benachbarten Lötflächen. Der kleine und leichte Bauteilkörper würde auf dem Lack aufliegen. Ein Aufrichten oder Verdrehen des Bauteiles beim Löten könnte zu einer qualitativen Einschränkung führen.

Damit das vermieden wird, muß das CAD-System vom Anwender mit Constraints ( = Vorgaben, Parameter) bedient werden, damit im abschließenden DRC (= Design Rule Check) eventuelle Routing-Fehler auch erkannt werden können. Beispielsweise könnte der Bereich zwischen den Pads über die Bibliothek als Sperrfläche deklariert werden.

Hier finden Sie Empfehlungen für das fertigungsgerechte Design von HDI-Leiterplatten

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