Land Pattern Design nach Norm IPC-7351

Zachariah Peterson
|  Erstellt: September 8, 2020  |  Aktualisiert am: December 11, 2021
Land Pattern Design nach Norm IPC-7351

Ihre Komponenten lassen sich ohne ein Land Pattern (zu Deutsch auch Anschlussflächenmuster) nicht auf der Leiterplatte befestigen. Es ist Aufgabe des Designers, konforme Land Patterns für die Komponenten zu erstellen. Designer fragen oft: Wie groß müssen die Pads sein? Technisch gesehen gelten bei einem Leiterplatten-Anschlussflächenmuster nur die Einschränkungen durch DFM-Anforderungen des Herstellers. Viele Designer entscheiden sich jedoch für Anschlussflächenmuster, die gemäß der Norm IPC-7351 entworfen wurden. Diese wichtige Norm enthält Anforderungen hinsichtlich der Abmessungen von SMD-Pads in Leiterplatten-Footprints.

Sie werden zwar keinen Ärger bekommen, nur weil Sie Ihre Pads nicht gemäß IPC-7351 konstruiert haben, aber es ist immer gut, sich an die Normen für Land Patterns zu halten. Diese Normen wurden entwickelt, um die Abstände zwischen den Komponenten und die Toleranzen bei den Bauteilabmessungen zu berücksichtigen und so während der Bestückung häufige SMD-Lötfehler wie Brückenbildung zu vermeiden. Im Folgenden erfahren Sie alles, was Sie über das Design eines Leiterplatten-Anschlussflächenmusters gemäß IPC-7351 wissen müssen und wie Ihre Designwerkzeuge Sie dabei unterstützen können.

Was umfasst die Norm IPC-7351?

Die Norm IPC-7351 spezifiziert einige wichtige Abmessungen für die Erstellung von Leiterplatten-Anschlussflächenmustern für einen SOIC-Footprint: die Pad-Breite (X), der Pad-Abstand (G) und die End-to-End-Pad-Abmessung (Z). Die folgende Abbildung zeigt, wo diese drei Parameter in einen Komponenten-Footprint passen. Neben diesen drei Parametern stellen wir gleich noch einige weitere vor. Behalten Sie zunächst nur im Hinterkopf, dass wir X, G und Z für das PCB-Anschlussflächenmuster berechnen müssen. Die anderen Werte, die wir für die Anschlussflächenabmessungen benötigen, können durch einige andere Inputs bestimmt werden.

Abbildung der Formeln, die IPC-7351-Land-Pattern-Calculator zugrunde liegen.
Abbildung der Formeln, die IPC-7351-Land-Pattern-Calculator zugrunde liegen.

Hier muss das Anschlussflächenmuster so entworfen werden, dass es das Lötpad an jeder Kante der Anschlussfläche aufnehmen kann, was mit den drei J-Werten gemessen wird. Der Parameter S wird zwischen der äußeren Kante der Komponente und L von den Enden der Anschlussflächen gemessen. W ist einfach die Breite des Flächenbereichs, der mit dem Pad in Kontakt kommt. Die tiefgestellten "min" und "max" beziehen sich auf die minimale bzw. maximale Abmessung. Sie müssen also die Abmessungstoleranzen berücksichtigen. Die C-Werte stellen die Toleranzen für jede Abmessung dar. All das wird in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Parameter

Entspricht ...

Toleranz

S: Abstand von Kante zu Kante des Gehäuses

G

Cs

W: Anschlussflächenbreite

X

Cw

L: Abstand von Anschlussfläche zu Anschlussfläche

Z

Cl


Der letzte Wert "F" steht für die Fertigungstoleranz. Eine gute Bestückungsmaschine weist 3-Sigma-Fertigungstoleranzen von 0,01 mm auf (etwa 0,4 mils). Dieser Wert ist mit jedem C-Wert vergleichbar, ist jedoch viel kleiner als P. Eine gute Annäherung für Komponenten erreichen Sie mit P-Werten von einigen mils oder mehr. F und die drei C-Werte können Sie ignorieren.

Beachten Sie, dass die Norm IPC-7351 die allgemeine Beschreibung für SMD-Anschlussflächenmuster bereitstellen soll. Es gibt jedoch noch weitere Normen der Reihe IPC-735*, die spezifischere Anforderungen für die verschiedenen Komponenten enthalten. Beispiele sind zweiseitige und vierseitige Gull-Wing-Leads, J-Anschlussflächen, BGA-Komponenten und andere. In diesem Dokument (siehe letzte Seite) finden Sie eine Liste der Normen der IPC-735*-Reihe für verschiedene Komponenten.

Was ist sonst noch in der Norm IPC-7351 enthalten?

Die Norm IPC-7351 hat ein Format namens "One World CAD Library" geschaffen, das für Komponenteninformationen verwendet wird, die in CAD-Plattformen eingesetzt werden. Ein kritischer Aspekt bei der Standardisierung und Unterstützung der Automatisierung von PCB-Fertigung und -Baugruppen ist es, eine gewisse Einheitlichkeit in PCB-Footprints durchzusetzen. Die IPC-7351-Norm für Anschlussflächenmuster definiert eine feste Null-Komponenten-Orientierung, sodass alle CAD-Bilder die gleiche Drehung aufweisen.

Ihr Komponenten-Footprint ist mehr als nur eine Zeichnung auf Papier. In Ihrer CAD-Software umfasst sie das PCB-Anschlussflächenmuster, die Siebdruckmarkierungen, alle Lötstoppmasken-Öffnungen und die in der mechanischen Schicht definierte Bauteilkontur. Die von Ihnen gewählten CAD-Werkzeuge sollten Ihnen die Möglichkeit bieten, all diese entscheidenden Elemente in Ihrem PCB-Footprint sowie Ihr gewünschtes Anschlussflächenmuster zu erstellen.

Denken Sie bei den oben genannten Gleichungen zum PCB-Anschlussflächenmuster daran, dass es sich nur um Vorschläge handelt. Sie legen nur Mindest- oder Höchstabmessungen im Anschlussflächenmuster fest. Wie groß, dicht oder klein Ihre Pads sein können, hängt auch von den DFM-Anforderungen und den Bestückungsmöglichkeiten Ihres Herstellers ab. Es kommt zwar selten vor, jedoch sollten Sie – wenn Ihr Hersteller eine Padgröße definiert, die von den in der obigen Gleichung definierten Grenzen abweicht – diese Empfehlungen umsetzen, sofern die neue Padgröße nicht gegen eine andere Norm verstößt oder zu einem weiteren häufigen Problemen bei der SMD-Bestückung führt.

Generatoren für Komponenten-Footprints können die Entwicklungszeit verkürzen

Wenn Sie in Ihrer CAD-Software Zugriff auf einen IPC-konformen Symbol- und Footprint-Generator haben, können Sie beim Erstellen neuer Komponenten redundante Berechnungen vermeiden. Ihre CAD-Werkzeugge sollten Funktionen enthalten, die Sie bei den folgenden Aufgaben unterstützen:

  • Schaltplansymbole: Lesen Sie diesen Artikel von Mark Harris, wenn Sie eine Anleitung zur schnellen Erstellung von Schaltplansymbolen mit hoher Pinanzahl benötigen.
  • IPC-konforme Footprints: Ein Generator für Komponenten-Footprints ist ein hervorragender Ausgangspunkt, um die redundanten Berechnungen zu vermeiden, die mit der Erstellung von Footprints verbunden sind. Lesen Sie diesen Artikel, um zu erfahren, wie Sie den Generator für Komponenten-Footprints in Altium Designer verwenden können.

Wenn Sie bereit sind, ein PCB-Anschlussflächenmuster für eine Komponente zu entwerfen, versuchen Sie es mit dem Generator für Komponenten-Footprints in Altium Designer®. Mit dem Werkzeug können Sie schnell Komponenten-Footprints und Anschlussflächenmuster erstellen, die der Norm IPC-7351 entsprechen. Sie erhalten außerdem Zugriff auf umfassende 2D- und 3D-CAD-Werkzeuge, mit denen Sie Layouts und MCAD-Co-Designs erstellen können.

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Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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