Im Herstellungsprozess von PCBALöten ist ein sehr wichtiger Prozess, der die elektrische Verbindung zwischen allen Komponenten und der Leiterplatte herstellt. PCB-Pads spielen eine entscheidende Rolle bei der Leiterplattenmontage, da sie bestimmen, wo die Komponente auf die Leiterplatte gelötet wird. Ihre Größe, Form und Position beeinflussen die Funktionalität und Zuverlässigkeit der Leiterplatte. Daher werden wir uns im heutigen Blog genauer mit PCB-Pads befassen.
Was sind PCB-Pads?
PCB-Pads, auch Lötpads oder Lötflächen genannt, sind Bereiche auf einer Leiterplatte, die speziell für die Befestigung elektronischer Bauteile vorgesehen sind. Diese Pads sind typischerweise rund oder rechteckig und bestehen aus Kupfer oder einem anderen leitfähigen Material. PCB-Pads dienen als Verbindungspunkte zwischen den elektronischen Bauteilen und den Leiterbahnen auf der Leiterplatte. Sie bieten eine Oberfläche, auf die die Anschlüsse der Bauteile gelötet oder montiert werden. Die Pads befinden sich üblicherweise an den Endpunkten der Leiterbahnen, wo die Bauteile platziert werden sollen. Design und Platzierung der Pads können sich direkt auf die Lötbarkeit, Zuverlässigkeit und Wärmeleitfähigkeit der Bauteile auswirken.
Arten von PCB-Pads
PCB-Pads können basierend auf den Komponenten und Verpackungsmethoden in zwei Haupttypen eingeteilt werden: Durchsteck-Pads und Oberflächenmontage-Pads.
Durchkontaktiertes Pad
Durchkontaktierungspads werden zur Montage von Bauteilen auf einer Leiterplatte verwendet. Diese Pads verfügen über Durchgangslöcher, in die die Pins der Bauteile während der Leiterplattenlöten Prozess. Durch das Löten von Komponenten über Durchgangslöcher werden dauerhafte Lötverbindungen hergestellt, die eine zuverlässige, langfristige mechanische und elektrische Verbindung zur Leiterplatte gewährleisten. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass aufgrund der vorhandenen Komponentenanschlüsse und der erforderlichen Löcher die Verfügbarkeit von Routing-Platz auf einem mehrschichtige Leiterplatte kann eingeschränkt sein.
Oberflächenmontage-Pad
Oberflächenmontagepads dienen der direkten Montage elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte. Im Gegensatz zu Durchsteckmontagepads, bei denen die Bauteile durch Löcher in der Leiterplatte geführt werden müssen, sind Oberflächenmontagepads für kleinere Bauteile konzipiert, die direkt auf die Leiterplattenoberfläche gelötet werden können. Oberflächenmontagepads bieten mehrere Vorteile. Sie ermöglichen eine höhere Bauteildichte, sodass mehr Bauteile auf kleinerem Raum auf der Leiterplatte platziert werden können. Diese kompakte Anordnung verbessert die Funktionalität und Leistung der Schaltung. Darüber hinaus sind Oberflächenmontagepads besonders vorteilhaft für die Entwicklung komplexer Mehrschichtplatinen, bei denen Platzoptimierung entscheidend ist. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Oberflächenmontagepads möglicherweise nicht für Bauteile geeignet sind, die viel Wärme erzeugen. Die kompakte Bauweise der Oberflächenmontagetechnologie kann die Wärmeableitung einschränken und so zu Überhitzungsproblemen führen.
BGA (Ball-Grid-Array) Pads gehören zur Kategorie der Oberflächenmontagepads, die typischerweise kleiner und dichter gepackt sind als Pads für andere Oberflächenmontagekomponenten. Zwei Arten von BGA-Pads werden üblicherweise verwendet:
- Lötstopplack-definierte Pads (SMD)
SMD-Pads für BGA-Bauteile sind mit Lötstoppmaskenöffnungen ausgestattet, die kleiner sind als der Durchmesser der Pads, die sie abdecken. Dadurch soll die Größe des Pads, an das das Bauteil gelötet wird, minimiert werden. Durch das Auftragen der Lötstoppmaske auf einen Teil des darunterliegenden Kupferpads ergeben sich zwei Vorteile: Erstens werden die Pads dadurch besser auf der Leiterplatte fixiert und ein Abheben durch mechanische oder thermische Belastung verhindert. Zweitens dienen die Öffnungen in der Maske als Orientierung für die einzelnen Kugeln auf dem BGA beim Löten.
- Nicht durch Lötmaske definierte Pads (NSMD)
NSMD-Pads (Non-Solder Mask Defined) sind Kupferpads, die in Leiterplatten verwendet werden und nicht von der Lötmaske abgedeckt sind. Sie sind oft kleiner als der Durchmesser der Lötkugel und reduzieren die Padgröße typischerweise um etwa 20 % des Kugeldurchmessers. Diese Reduzierung der Padgröße ermöglicht einen geringeren Abstand zwischen den Pads, was ein effizienteres Routing ermöglicht und sie für hochdichte und feinteilige BGA-Chips geeignet macht. NSMD-Pads neigen jedoch häufiger zur Delamination, die durch thermische und mechanische Belastungen entstehen kann.
Die Größe und der Abstand des PCB-Pads
Größe, Form und Abstand der Pads richten sich nach den spezifischen Anforderungen der verwendeten Komponenten. Verschiedene Komponententypen können unterschiedliche Pad-Konfigurationen aufweisen. Bei einseitigen Pads beträgt der Durchmesser bzw. die Mindestbreite 1.6 mm; bei doppelseitigen Schwachstellen-Pads genügt eine Vergrößerung der Öffnung um 0.5 mm, da zu große Pads leicht zu kontinuierlichen Schweißungen führen. Bei Pads mit Öffnungen größer als 1.2 mm oder Pad-Durchmessern größer als 3.0 mm sollten wir eine spezielle Form in Betracht ziehen. Außerdem ist zu beachten, dass die innere Öffnung des Pads in der Regel mindestens 0.6 mm groß sein muss, da Löcher kleiner als 0.6 mm beim Stanzen erschwert sind.
Beim Abstand der Pads ist es wichtig, die Größe der Bauteilstifte zu berücksichtigen, die in die Pads eingesetzt oder an ihnen befestigt werden, und gleichzeitig das zugehörige Bauteilgehäuse zu berücksichtigen. Unterschiedliche Bauteile haben unterschiedliche Anforderungen an den Abstand der Pad-Montagelöcher. Beispielsweise ist bei axialen Bauteilen mit Stiftdurchmessern unter 0.8 mm der Abstand der Montagelöcher typischerweise 4 mm größer als der Standardabstand. Wenn der Stiftdurchmesser eines axialen Bauteils hingegen 0.8 mm überschreitet, ist der Abstand der Montagelöcher in der Regel mehr als 6 mm größer als der Standardabstand des Bauteilkörpers. Bei radialen Bauteilen sollte der Abstand der Montagelöcher dem Abstand zwischen den Bauteilstiften entsprechen.
Probleme durch falsche PCB-Padgrößen
Größe, Position und Form der Lötpads im Leiterplatten-Footprint wirken sich direkt auf den Herstellungsprozess von Leiterplatten aus. Die Verwendung falscher Lötpadgrößen oder eine falsche Platzierung kann beim Löten in der Leiterplattenmontage zu verschiedenen Problemen führen. Hier sind einige mögliche Probleme:
- Unzureichende Lotbenetzung
Eine zu kleine Padgröße bietet nicht genügend Oberfläche für eine ausreichende Benetzung mit Lot, was zu schlechten Lötstellen und schwachen elektrischen Verbindungen führen kann.
- Lötbrücken
Wenn Lötpads zu nahe beieinander oder falsch positioniert sind, erhöht sich die Gefahr der Lötbrückenbildung. Dies geschieht, wenn geschmolzenes Lot unbeabsichtigt benachbarte Pads verbindet und Kurzschlüsse verursacht.
- Grabstein
Bei der Platzierung von oberflächenmontierten Bauteilen kann es zu Tombstoning kommen, wenn sich ein Ende eines Bauteils beim Löten vom Pad abhebt, was zu einer ungleichmäßigen oder unvollständigen Verbindung führt. Dies kann passieren, wenn die Padgröße oder -positionierung falsch ist und beim Reflow-Prozess zu unausgewogenen Wärmeprofilen führt.
- Lötdocht
Die Lötmittelableitung kann bei falscher Auslegung die Herstellung von Durchkontaktierungspads erschweren. Ist der für die Anschlussleitung verwendete Bohrdurchmesser zu groß, kann die Lötstoppmaske durch das Loch sickern, bevor eine feste Verbindung hergestellt ist. Umgekehrt erschwert ein zu kleiner Bohrdurchmesser das Einführen der Anschlussleitung, was zu langsameren Montageprozessen führt. Es ist wichtig, die richtige Balance zu finden, um zuverlässige und effiziente Durchkontaktierungen zu gewährleisten.
- Unvollständige Lötstellen
Unzureichender Abstand zwischen kleinen oder eng beieinander liegenden Lötpads kann die Bildung ausreichender Lötstellen und Lötlegierungen behindern. Dies kann dazu führen, dass keine Lötstellen gebildet werden oder die Lötverbindungen des Bauteils nicht korrekt sind.
- Lötstellen
Große oder unregelmäßig geformte Lötstellen können zur Bildung von Löthohlräumen oder Lufteinschlüssen in der Lötverbindung beitragen. Diese Hohlräume können die Verbindung schwächen und die Wärmeableitung sowie die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigen.
Fazit
Die Qualität der PCB-Pads spielt im PCBA-Prozess eine entscheidende Rolle und wirkt sich direkt auf die Lötqualität der Komponenten auf der Leiterplatte aus. Das Verständnis der Bedeutung von Pads in der PCB- und PCBA-Herstellung ist unerlässlich. Die Wahl eines zuverlässigen PCBA-Unternehmens ist entscheidend, um hochwertige Pads und Lötergebnisse zu gewährleisten. MOKO-Technologie, ein chinesischer Leiterplattenhersteller mit 17 Jahren Erfahrung, bietet umfassende Fertigungsdienstleistungen aus einer Hand. Unsere Dienstleistungen umfassen PCB-Design, Fertigung, Prototyping, Komponentenbeschaffung, Leiterplattenbestückung, und Tests. Durch eine Partnerschaft mit uns können Sie Ihre Bedenken hinsichtlich Qualitätsproblemen ausräumen und sich auf andere Aspekte Ihres Projekts konzentrieren.
