Leiterplatten-Design Am Anfang war der Padstack

SMD-Pad dimensionieren

Wie so vieles in der Leiterplatten- und Baugruppentechnik, lässt sich auch die Dimensionierung eines SMD-Pads in keine pauschale Formel gießen. Versuche dazu hat es dennoch immer wieder gegeben. Den Anfang machte die IPC-782, sie wählte den Ansatz über eine Art Worst-Case-Szenario. Vereinfacht dargestellt ergab die größtmögliche Toleranz des Bauteilanschlusses plus die größtmögliche Toleranz der Platzierung plus größtmögliche Fertigungstoleranz das Pad.

In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass dies oft viel zu große Pads ergab und bei kleinen, massearmen Bauteilen zu größten Schwierigkeiten führte, zum Beispiel zur vermehrten Neigung zu Tombstoning. Die darauf folgende IPC-7350er-Reihe brachte eine deutliche Verbesserung der Prozessierbarkeit, da sich die Toleranzbetrachtungen dort sehr viel näher an der Praxis orientieren.

Für eine Vielzahl von Standard-SMD-Bauteilen geben diese Richtlinienreihe und der mit ihr ausgelieferte kostenfreie Land-Pattern-Viewer einen guten Anhaltspunkt für die Dimensionierung der SMD-Pads. Eine Rücksprache mit dem Baugruppenproduzenten empfiehlt sich dennoch speziell für Komponenten der Bauform 0402 (Metrisch 1005) und kleiner sowie QFN und andere Bausteine mit verdeckten Anschlüssen.

Bleiben noch die Datenblätter, die Empfehlungen der Bauteilhersteller selbst, die allerdings nicht ungeprüft übernommen werden sollten. Die Praxis hat gezeigt, dass sich darin zuweilen grobe Fehler in der Umrechnung zwischen Zoll und Millimeter oder simple Zahlendreher finden. Einen Anhaltspunkt, ob die angegebenen Maße sinnvoll sind, gibt ein Abgleich, beispielsweise mit der vorgenannten Richtlinie. Tägliche Praxis ist, sich mit Daumenregeln, Richtlinien und nicht zuletzt den Vorschlägen auf den Datenblättern der Bauteilhersteller dem Optimum anzunähern.

Designer müssen mehr kommunizieren

Fordern wir nun also von jedem Entwickler, dass er jeden möglichen Prozess und jede Maschine auf dem Markt wie seine Westentasche kennt? Natürlich nicht, aber die Bereitschaft, wesentlich mehr zu kommunizieren als in der Vergangenheit üblich. Wer so viele Informationsquellen als möglich nutzt, hat die größten Chancen, sich dem Optimum zu nähern.

Mit zunehmender Komplexität des Produkts, steigenden Anforderungen an die Zuverlässigkeit, sowohl der Prozesse als auch der fertigen Baugruppen, sowie der Vielfalt der Löt- und Verbindungstechnologien wird deutlich, dass nur eine umfangreiche und vertrauensvolle Kommunikation bereits im Vorfeld des Designs zielführend ist.

Die Entscheidung, wer welches Produkt wie fertigt, kann zukünftig nicht mehr im Nachhinein getroffen werden. Diese Entscheidung ist bereits Bestandteil des Designprozesses und damit genaugenommen Bestandteil des Produktes und ist somit zu Beginn des Designs festzulegen. An diesen Gedanken wird sich auch der Einkauf gewöhnen müssen. In jedem Fall muss der Entwickler in diesen Entscheidungsprozess eingebunden werden. Dies gilt in ganz besonderem Maße für kritische Produkte im grenztechnologischen Bereich. Ist die Entscheidung getroffen, wie und wer das Produkt fertigt, ist es Aufgabe des Entwicklers, die Dimensionierung der Padstacks auf die Prozesse der Fertigung abzustimmen und anzupassen.

Über die Autorin:

Jennifer Vincenz ist bei der tecnotron elektronik im Bereich Softwarevertrieb tätig.