SMT bei Steckverbindern für die Automobilindustrie

Bei der SMT (Abkürzung für Surface Mount Technology) werden Steckverbinder mittels lötfähiger Anschlussflächen auf die Oberfläche der Leiterplatte gelötet. Dazu werden die Bauteile mit Lotpaste auf die definierten Lötpads in einem Reflow-Ofen verlötet. Die einzelnen Zonen des Ofens bringen das Lötmittel erst zum Aufschmelzen. Danach wird die Temperatur langsam heruntergefahren, damit das Lot aushärten kann.

Die Leiterplatten können bei dieser Technik beidseitig bestückt werden. Zudem ist eine sehr platzsparende Bestückung aufgrund der miniaturisierten Steckverbinder mit einem Rastermaß von 0,5 mm möglich, wodurch Komponenten kleiner und kostengünstiger hergestellt werden können.

Unter Beachtung einiger Spezifikationen lässt sich die Surface Mount Technology unkompliziert anwenden.

Lötfuß, Lötpad und Lotpaste müssen aufeinander abgestimmt werden, um eine normkonforme IPC-A-610 Lötstelle zu generieren. Die IPC-A-610 hat sich mittlerweile zum Weltstandard entwickelt, weshalb auch Steckverbinder-Hersteller dazu angehalten sind, ihre Produkte daran im Sinne der Produktqualitätsoptimierung und -zuverlässigkeit auszulegen. So ist der neue SMT-Steckverbinder Zero8 von ept unter Berücksichtigung der Toleranzkettenbetrachtung für die höchste Klasse 3 gemäß IPC-A-610 Ausgabe G ausgelegt. Die IPC-Klasse 3 steht für Hochleistungselektronik, bei der Ausfälle ausgeschlossen sein müssen. Produkte, die in diese Klasse eingeordnet werden, müssen kontinuierlich eine hohe Leistungs- und Funktionssicherheit gewährleisten sowie eine ununterbrochene Leistungsbereitstellung ermöglichen.

In Verbindung mit einer optimalen Benetzung soll nur so viel Lot an der Lötstelle verwendet werden, dass die Kontur der Bauteilanschlüsse weiterhin sichtbar bleibt. Der Winkel zwischen einem Tropfen des flüssigen Lots und dem Grundwerkstoff wird Benetzungswinkel genannt, dieser darf die 90° nicht überschreiten. Die Lötstellenoberfläche muss konkav geformt sein und am zu verlötenden Anschluss eine flach auslaufende Kante aufweisen. Der maximale Spitzenüberhang und Seitenüberhang ist so zu wählen, dass der minimale elektrische Isolationsabstand nicht verletzt wird. Beim Seitenüberhang ist zudem darauf zu achten, dass der Überhang nicht größer als 25 % der Anschlussbreite ist. Die Länge des geformten Fußes, Anschlussdicke und Anschlussbreite sind abhängig von der Bauteilkonstruktion.

Das Lot an der Ferse sollte über die Dicke des Anschlusses reichen, minimal bis zur Mitte der äußeren Biegung und maximal bis zur oberen Anschlussbiegung. Die Anschlussbiegung sollte nicht gefüllt sein und das Lot nicht den Bauteilkörper berühren. Die minimale Breite am Ende der Lötstelle muss 75 % der Anschlussbreite betragen. Die minimale Länge der Lötstelle an der Seite sollte der Fußlänge entsprechen (wenn Fußlänge < 3 x Anschlussbreite), bzw. gleich oder größer drei Anschlussbreiten sein (wenn Fußlänge > 3 x Anschlussbreite). Volumen, Oberflächenspannung des Lotes und Größe der benetzbaren Fläche sind ausschlaggebend für die Form des Meniskus.

Außerdem sollten die Flächen in einer tangentialen Kurve miteinander verbunden sein. Es ist diese konkave Ausbildung, die als Meniskus bezeichnet wird. Hinsichtlich der Sauberkeit der Lötstelle dürfen sich zudem keine Lotreste außerhalb der Lötstelle befinden und die Lötstelle selbst muss sauber und gleichmäßig sein.

Es kann jedoch immer passieren, dass beim Bestücken durch den Bestückungsautomaten oder beim anschließenden Lötprozess Fehler auftreten. Diese äußern sich beispielsweise als fehlende oder falsch bestückte Bauteile.

Weitere Fehler können verdrehte oder versetzte Bauteile, nicht oder unzureichend gelötete Bauteilanschlüsse (Pins) oder Kurzschlüsse und Verunreinigungen zwischen den Pins sein. Hier kommt die automatische optische Inspektion (AOI) ins Spiel. Sie dient der Kontrolle bei Leerleiterplatten, Keramiksubstraten, Pastendruck, Bestückungsvorgängen und der Überwachung bei Verlötungen.

Von ept entwickelte SMT-Steckverbinder weisen nicht nur die optimale Kontaktgeometrie für eine zuverlässige Verlötung auf, sondern sind auch für die automatische optische Inspektion geeignet.