SMT-PCB-Design: Experten-Bauteil-Layout für höchste Qualität

Bauteil-Layout muss Gesamtgerät-Elektroeigenschaften & mechanische Struktur sowie SMT-Fertigungsanforderungen erfüllen. Da Design-bedingte Qualitätsprobleme schwer zu überwinden sind, müssen PCB-Designer grundlegende SMT-Prozesseigenschaften verstehen und Layout nach verschiedenen Prozessanforderungen umsetzen. Exzellentes Design minimiert Lötfehler.

Gesamt-Bauteil-Layout-Design

• Bauteil-Layout auf PCB flach und gleichmäßig. Bauteile mit großer Masse erfahren im Reflow hohe thermische Kapazität → lokal niedrige Temperatur durch überintegriertes Layout → Falschlötung.
• Wartungsraum um große Bauteile lassen (links passend zu SMD-Nacharbeitsgerät-Heizspitze).
• Hochfrequenzbauteile gleichmäßig an PCB-Rand oder Lüftungsposition im Gerät positionieren.
• Bei Single-Sided-Mixed-Assembly: bestückte und THT-Bauteile auf Seite A.
• Bei Double-Sided-Reflow-Mixed-Assembly: große bestückte/THT-Bauteile auf Seite A; Bauteile Seite A und B versetzt anordnen.
• Bei Seite A Reflow + Seite B Wellenlöten Mixed-Assembly: große bestückte/THT-Bauteile auf Seite A (Reflow); rechteckige/zylindrische Chip-Bauteile (wellenlötgeeignet), SOT, kleine SOP (Pins <28, Pinabstand ≥1 mm) auf Seite B. Bauteile mit Rundum-Pins (QFP, PLCC etc.) NICHT auf Wellenlötseite.
• Bauteilgehäuse auf Wellenlötseite muss >260 °C standhalten und hermetisch sein.
• Wertvolle Bauteile NICHT an vier Ecken/Rand, nahe Steckverbinder, Montageloch, Schlitz, Schneidnut, Kerbe, Ecke – Bereiche mit hoher Spannung → Lötstellen-/Bauteilriss.

Bauteil-Layout-Richtung

Reflow-Lötprozess

Bei großem PCB: Lange PCB-Kante parallel zu Reflow-Ofen-Förderbandrichtung → Temperatur beider PCB-Seiten kompatibel. Daher für PCB >200 mm:

• a. Längsachse 2-poliger Chip-Bauteile senkrecht zu PCB-Langkante; Längsachse SMD-Bauteile parallel zu PCB-Langkante.
• b. Richtungen beidseitiger Assembly-PCBs identisch.

Wellenlötprozess

• a. Damit beide Enden der Bauteile simultan mit Wellenlöt-Flussmittel Kontakt haben: Längsachse Chip-Bauteile senkrecht zu Förderbandrichtung Wellenlötmaschine; Längsachse SMD-Bauteile parallel zu Förderbandrichtung.
• b. Schatteneffekt vermeiden: Enden gleich großer Bauteile in einer Linie parallel zum Förderband. Verschiedene Größen: unterschiedliche Richtungen. Kleine Bauteile vor großen platzieren. Vermeiden, dass Bauteile Lötenden/Pins verdecken. Wenn Layout-Anforderungen nicht erfüllbar: 3–5 mm Abstand zwischen Bauteilen lassen.
• c. Kompatibilität der Bauteil-Kennrichtungsmerkmale: Elektrolytkondensator-Polarität, Dioden-Anode, Transistor-Einzelleiter-Ende, IC-Pin 1.

Mindestabstand zwischen benachbarten Pads der Bauteile

Neben sicherem Pad-Abstand gegen Kurzschluss: Wartbarkeit anfälliger Bauteile berücksichtigen. Allgemein Montagedichte-Anforderungen:

• Chip-Bauteile, SOTs, SOIC ↔ Chip: 1,25 mm
• SOICs ↔ SOIC/QFP: 2 mm
• PLCC ↔ Chip/SOIC/QFP: 2,5 mm
• PLCC ↔ PLCC: 4 mm
• Mixed Assembly: THT-Bauteil ↔ Chip-Pad: 1,5 mm
• PLCC-Sockel-Design: ausreichend Platz für Sockel vorsehen.

Konkrete Abstände zwischen benachbarten Pads siehe Abb. 3.

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Weiterführende Ressourcen
• Unverzichtbare ingenieurfreundliche PCB-Layout-Richtlinien
• Layout- & Routing-Regeln für Box-Build-Assembly
• Design-Anforderung SMT-PCBs Teil 1: Bonding-Pad-Design gängiger Bauteile
• Design-Anforderung SMT-PCBs Teil 2: Pad-Leiter-Verbindung, Vias, Testpunkte, Lötstopplack, Silkscreen
• Design-Anforderung SMT-PCBs Teil 4: Markierung
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