Malen nach Zahlen: Design-Richtlinien für Lotpastenschablonen zur Reduzierung von Kurzschlüssen

Erstellt: December 6, 2017
Aktualisiert am: September 25, 2020

Completing a paint by numbers

Ich hatte zwar nie viel künstlerisches Talent, aber als Kind liebte ich Malen-nach-Zahlen. Bevor ich darauf stieß, verwendete ich hauptsächlich Aquarellfarben und war begeistert von dem zähen, trägen Fluss der Farbe. Möglicherweise habe ich durch das Einatmen der Dämpfe auch die ein oder andere Gehirnzelle abgetötet. Ich war geradezu besessen davon, die Farbe präzise innerhalb der Umrandung zu halten. Deshalb verwendete ich keinen der mitgelieferten Pinsel, sondern zeichnete die Umrisse mit einem Zahnstocher nach, der zuvor in die Farbe getaucht worden war. Dann tunkte ich den Zahnstocher erneut ein und ließ Farbe in den Umriss tropfen, wobei ich mich ganz auf die Oberflächenspannung verließ, die die Farbe gleichmäßig verteilen würde.

Dieser Grad an Neurotizismus wird Ihr Leiterplattendesign zwar verbessern, ihn in allen Lebenslagen anzuwenden ist vermutlich nicht gesund. Versuchen Sie, sich deshalb auf ein oder zwei Dinge zu beschränken, z. B. darauf eine absolut perfekte Leiterplattenschablone für Ihren Lotpastenauftrag zu bekommen.

Die Lotpaste ist eine Ursache für Kurzschlüsse auf Leiterplatten, da die Paste einen großen Teil der Platinenoberfläche bedeckt und sich leicht Brücken bilden können. Die Lotpaste selbst ist jedoch selten die Ursache für Lötbrücken. In jeder Fertigungsstufe gibt es Fehlerquellen: ob bei der Schablone, während des Lotpastenauftrags oder beim Reflow.

Design-Richtlinien für Lotpastenschablonen zur Herstellung sauberer PCB-Layouts

Oft führen Mängel an der Schablone zu Problemen beim Lotpastenauftrag. Die Schablone ist eine Maske, die normalerweise aus Metall, für Prototypen oder Kleinserien manchmal auch aus Polyamid hergestellt wird. Vergleichbar mit einer Sprühschablone legt sie fest, wo Lotpaste auf die Oberfläche aufgetragen werden soll und ist wiederverwendbar. Egal, woraus sie besteht, die Schablone wird so lange wie möglich genutzt. Bei Polyamid kann das bis zu fünfmal der Fall sein, bei einer Metallschablone bis zu tausendmal.

Gloved hand applying spray paint over a stencil.
Eine Lotpastenschablone ist wie eine Sprühlackschablone, mit der Sie markieren, wo Sie Ihr Material auftragen wollen.

Die Lotpastenschablone selbst kann Probleme mit Kurzschlüssen verursachen

Zwar ist es verlockend, zu glauben, dass man sich bei einer Lotpastenschablone keine Gedanken über mögliche Probleme oder Störungen machen muss – aber das ist nicht immer der Fall. Hier sind zwei wesentliche Wege, wie Ihre Platine trotz des Einsatzes einer Schablone auf Schwierigkeiten stoßen kann:

  • Ungleichmäßige Lotpaste: Pads, auf die zu viel Lotpaste aufgetragen wurde, neigen – wenig überraschend – eher zur Bildung von Lötbrücken zwischen benachbarten Pads. Wird zu viel Paste aufgetragen, sei es gleichmäßig auf einer Leiterplatte oder über verschiedene Leiterplatten hinweg, sollten Sie erwägen, die Schablonenöffnung zu verkleinern bzw. die Schablonendicke zu verringern.
  • Schablonenauflösung: Ein weiteres Problem mit Schablonen ist eine mangelnde Detailschärfe oder ausgefranste Kanten. Sind die Ränder der Schablone nicht sauber, ist es wahrscheinlicher, dass zu viel Lot aufgetragen wird, der Auftrag ungleichmäßig ist oder die Ränder der Lötstelle nicht ausreichend definiert sind. In all diesen Fällen kann es zu Lötbrücken kommen, die Pads miteinander kurzschließen.

Schablonen sind nicht der alleinige Grund, dass Ihr Leiterplattendesign vom Gemälde zur Palette wird

Wie beim Arbeiten mit Farbe kann es passieren, dass Sie wärmeleitende Lotpaste an Stellen bekommen, an denen Sie sie nicht haben wollen. Das fertige Produkt wird aber auch davon beeinflusst, wie die Materialien nach ihrer Anwendung behandelt werden. Ähnlich wie Farbe reißt, wenn sie zu schnell trocknet, müssen auch die Temperaturen beim Löt-Reflow stimmen, um ein gutes Ergebnis zu erzielen.

  • Verschmieren: Ein eher unbedeutendes Problem ist ein Lotpastenauftrag, der auf der Oberfläche der Leiterplatte verschmiert oder absackt. Wenn die Schablone verschmiert, werden die Kanten nicht sauber, egal wie scharf die Schablone ist. Zum Verschmieren des Lötmittels gehört, dass es in unerwünschten Bereichen aufgetragen wird. Meist ist das kein großes Problem und die Verbindung wird nur etwas geschwächt, aber es kann leicht zu einem Kurzschluss durch das Lot kommen.
  • Reflow: Wenn das Temperaturprofil, das Sie für den Löt-Reflow verwenden, nicht stimmt, kann es sein, dass die Lotpaste nicht ausreichend aufgeschmolzen wird, um die Komponenten zu verbinden. Besonders problematisch sind die anfänglichen Temperaturanstiegszeiten. Zu heiß und zu schnell und Ihre Lotpaste kann von gewünschten Pads wegfließen.
PCB entering reflow oven.
Achten Sie darauf, dass Sie Ihre Geräte genau nach den Vorgaben optimieren, um Beschädigungen im Übermaß zu vermeiden. 

Selektives Löten sollte nicht zu kurz gedacht sein

Der beste Weg, Kurzschlüsse in der Lotpaste zu beheben, ist die Überprüfung der Schablonenqualität und des Aufschmelzverfahren zusammen mit dem Hersteller vor Beginn der Produktion. Dadurch wird die Nachbearbeitung von Oberfächenbereichen nach dem Einsatz von überschüssigem Lot vermieden und die Möglichkeit einer unnötigen Beschädigung bzw. Schwächung der Oberfläche oder benachbarter Verbindungen verhindert. Es ist möglich, überschüssiges Lot zu erhitzen und zu entfernen, aber es ist nicht zu empfehlen, da auch dies zu einer Beschädigung benachbarter Oberflächen und Verbindungen führen kann.

Beim Entwurf Ihrer Leiterplatte ist die Schablone eine der Schichten in Ihrer Gerber-Datei. Sie sollten eine PCB-Design-Software wählen, die Ihnen die bestmögliche Kontrolle über Ihr Design ermöglicht. Überzeugen Sie sich von der besseren Designkontrolle mit CircuitStudio®, und sprechen Sie mit einem Experten von Altium.

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