Designregeln für die Leiterplattenbestückung für DFM und automatisierte Bestückung

Inhaltsverzeichnis

1. Regeln für die Bauteilplatzierung
2. Anforderungen an die Pad-Konstruktion
3. Überlegungen zum thermischen Design
4. Passmarken und Ausrichtungsmerkmale
5. Richtlinien für gemischte Technologien
6. Konstruktion für die automatisierte Montage

Bei Highleap Electronics überprüfen wir im Rahmen unserer kostenlosen DFM-Prüfung die Entwürfe anhand dieser Regeln . Die Einhaltung dieser Richtlinien trägt maßgeblich zum Erfolg der Erstmontage bei.

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1) Regeln für die Bauteilplatzierung

Die korrekte Anordnung der Komponenten ermöglicht eine effiziente automatisierte Montage und beugt Defekten vor.

1.1 Anforderungen an die Bauteilabstände

Abstandsart	Mindestens	Empfohlen
SMD zu SMD (gleiche Seite)	0.5 mm	0.75 mm
SMD zu PTH	1.0 mm	1.5 mm
PTH zu PTH	1.5 mm	2.0 mm
Bauteil an Platinenkante	2.0 mm	3.0 mm
Komponente zur Schienenkante (Paneel)	3.0 mm	5.0 mm

1.2 Komponentenausrichtung

Eine einheitliche Ausrichtung verbessert die Inspektion und reduziert Platzierungsfehler:

• Polarisierte Komponenten: Durchgehend die gleiche Polaritätsrichtung
• ICs: Pin 1 in der gleichen Ecke (typischerweise oben links)
• Chipkomponenten: Wenn möglich, parallel zu den Plattenkanten ausrichten.
• Anschlüsse: Berücksichtigen Sie die Steckrichtung und die Kabelführung.

Ausrichtung für Reflow:

• Die senkrechte Ausrichtung verhindert ein Verschieben der Komponenten (Welleneffekt).
• Kleine Bauteile in der Nähe des Platinenrandes: Längsachse senkrecht zum Rand

1.3 Überlegungen zur Bauteilhöhe

Für das Reflow-Löten:

• Halten Sie hohe Bauteile von kleinen Bauteilen fern (mindestens 2 mm Abstand).
• Hohe Bauteile können benachbarte kleine Teile beschatten.
• Beachten Sie die Reflow-Richtung beim Platzieren hoher Bauteile.

Für die automatisierte Platzierung:

• Platzieren Sie hohe Bauteile nach flachen Bauteilen.
• Maximale Höhe typischerweise 25 mm für Standardausrüstung
• Sehr hohe Bauteile erfordern möglicherweise eine manuelle Positionierung.

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2) Anforderungen an das Pad-Design

Die Gestaltung der Lötpads beeinflusst die Qualität der Lötverbindungen und die Langzeitstabilität.

2.1 SMD-Pad-Dimensionierung

Die Abmessungen der Pads sollten den Bauteilspezifikationen entsprechen. Allgemeine Richtlinien:

Chipbauteile (0402 und größer):

• Padlänge: 1.0× bis 1.2× Anschlusslänge
• Padbreite: Gleich oder etwas breiter als die Bauteilbreite
• Zehenverlängerung: 0.25–0.5 mm über den Bauteilkörper hinaus
• Fersenverlängerung: mindestens 0.25 mm

ICs mit feiner Rasterteilung:

• Verwenden Sie die vom Hersteller empfohlenen Fußabdrücke.
• Beachten Sie die IPC-7351-Padmuster
• Überprüfen Sie die Abmessungen anhand des tatsächlichen Bauteils.

2.2 QFN/DFN-Pad-Design

QFN-Bauteile erfordern besondere Aufmerksamkeit:

Periphere Anschlüsse:

• Padlänge: Das Landmuster ragt 0.25–0.5 mm über den Gehäuserand hinaus.
• Keine Lötstoppmaske zwischen den Lötpads und dem Wärmeleitpad

Wärmeleitpad:

• Größe: 80-90 % der Fläche des Wärmeleitpads des Bauteils
• Durchkontaktierungsanordnung: 0.3 mm Durchkontaktierungen auf einem 1.0–1.2 mm Raster
• Durchkontaktierung: Erforderlich, um das Auslaufen von Lötzinn zu verhindern.
• Lötstoppmaske: Öffnung etwas kleiner als das Pad

2.3 BGA-Pad-Design

Pad-Typ:

• NSMD (Nicht-Solder-Mask-definiert): Bevorzugt für feine Rasterung
• SMD (Sold-Mask-Defined): Wird für große Rastermaße und bessere Haftung verwendet

Pad-Durchmesser:

• NSMD: 75–80 % des Kugeldurchmessers
• Maskenöffnung: Mindestens Polsterdurchmesser + 0.1 mm

Aus Erwägungen:

• Via-in-Pad mit Füllung und Kappe akzeptabel
• Dogbone-Routing für BGAs mit größerem Rastermaß
• Weitere Informationen finden Sie auch in den Richtlinien für Schablonenöffnungen für die Pastenabdeckung

3) Thermische Auslegungsüberlegungen

Der thermische Ausgleich verhindert Montagefehler beim Reflow-Löten.

3.1 Verhinderung von Grabsteinwürfen

Tombstoning tritt auf, wenn sich ein Ende eines Chipbauteils während des Reflow-Prozesses aufgrund ungleicher Lötoberflächenspannung abhebt.

Präventionsstrategien:

• Ausgleich der thermischen Masse an beiden Pads
• Symmetrische Leiterbahnführung zu den Pads
• Füge eine Wärmeableitung hinzu, wenn ein Pad mit der Ebene verbunden ist.
• Vermeiden Sie es, Leiterbahnen unter Chipkomponenten zu verlegen.

3.2 Wärmeentlastungsdesign

Für Flugverbindungen:

• Verwenden Sie Speichen mit thermischer Entlastung (typischerweise 4 Speichen).
• Speichenbreite: mindestens 0.25–0.3 mm
• Luftspalt: mindestens 0.25 mm

Wann ist eine thermische Entlastung erforderlich?

• SMD-Pads, die mit internen Ebenen verbunden sind
• PTH-Pads mit planaren Anschlüssen
• Alle Lötpads, die Reflow-/Wellenlöten erfordern

3.3 Verwaltung großer Kupferflächen

Große Kupferflächen (Wärmeleitpads, Kühlkörper) beeinflussen das Reflow-Löten:

• Angemessenheit der Vorheizung: Sicherstellen, dass das Reflow-Profil alle Bereiche erreicht.
• Deckkraft der Paste: Bei großen Wärmeleitpads weniger Wärmeleitpaste verwenden, um ein Aufschwimmen zu verhindern.
• Über ein Array: Hilft bei der Wärmeleitung, erfordert gefüllte Durchkontaktierungen

Zur Überprüfung durch die Versammlung einreichen

4) Passmarken und Ausrichtungsmerkmale

Passmarken ermöglichen die automatisierte optische Ausrichtung für die Bauteilplatzierung.

4.1 Globale Treuhänder

Anforderungen:

• Mindestens 3 pro Platte/Paneel (2 diagonal + 1 zur Orientierung)
• Befindet sich in den Paneelschienen für Paneelplatten
• Asymmetrische Platzierung verhindert 180°-Orientierungsfehler

Technische Daten:

• Pad-Durchmesser: typischerweise 1.0 mm (0.5 mm–2.0 mm akzeptabel)
• Lötstoppmaskenöffnung: 2× Pad-Durchmesser
• Abstand zu anderen Bauteilen: mindestens 3 mm
• Kupferoberfläche: Wie die Platine (nicht mit Lötstopplack bedeckt)

4.2 Lokale Treuhänder

Lokale Passmarken verbessern die Platzierungsgenauigkeit bei Bauteilen mit feiner Rasterteilung.

Falls erforderlich:

• Bauteile mit einem Rastermaß ≤ 0.5 mm
• BGAs mit Kugelabstand ≤0.8 mm
• Bauteile, die eine engere Platzierungstoleranz erfordern

Platzierung:

• Zwei Passmarken pro Komponente (diagonale Ecken)
• Innerhalb von 50 mm vom Bauteil
• Wird nicht zwischen den Komponenten geteilt

4.3 Werkzeugbohrungen

Für die Handhabung von Schalttafeln:

• Durchmesser: typisch 3.0-4.0 mm (unbeschichtet)
• Einbauort: In Paneelschienen, symmetrisch angeordnet
• Abstand: 5 mm von der Plattenkante

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5) Richtlinien für gemischte Technologien

Platinen mit sowohl SMD- als auch Durchsteckmontage erfordern besondere Beachtung.

5.1 Prozessablauf

Typischer Materialfluss mit gemischter Technologie:

1. SMT Seite 1: Drucken einfügen → Platzieren → Reflow
2. SMT-Seite 2 (falls zutreffend): Druckauftrag einfügen → Platzieren → Reflow
3. Durchstecklöten: Einsetzen → Wellen- oder Selektivlöten
4. Manuelle Montage (falls erforderlich)

5.2 Überlegungen zum Wellenlöten

Komponentenausrichtung:

• Längsachse senkrecht zur Wellenrichtung
• Verbinder an der Hinterkante (die letzte Welle, die die Welle verlässt)

SMT auf der Wellenseite:

• Beschränkt auf Komponenten, die für Wellentemperaturen ausgelegt sind
• Klebstoff erforderlich, um die Komponenten während der Welle zu halten
• Vermeiden Sie kleine Steigungen und BGAs auf der Wellenseite

5.3 Selektivlöten

Selektives Löten ermöglicht Durchsteckmontage mit SMD-Bauteilen auf derselben Seite:

Design für selektive:

• Freiraum um die THT-Pads für den Düsenzugang
• Gruppieren Sie THT-Komponenten, wenn möglich
• Berücksichtigen Sie Lötmitteldiebe für die thermische Massenbilanz.

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6) Konstruktion für die automatisierte Montage

Die Optimierung für Automatisierung senkt die Kosten und verbessert die Qualität.

6.1 Komponentenauswahl

Bevorzugen Sie automatisierungsfreundliche Komponenten:

• Standardmäßige Gurtverpackung
• Konsistente Komponentenkörper
• Klare Polaritätsmarkierungen
• Vom Hersteller empfohlene Stellflächen

Vermeiden oder minimieren:

• Bauteile mit ungewöhnlicher Form, die eine manuelle Platzierung erfordern
• Nicht standardmäßige Verpackung
• Bauteile zu klein (0201) oder zu groß für die Ausrüstung

6.2 Anforderungen an die Konstruktionsdatei

Das vollständige Dateipaket ermöglicht eine effiziente Montage:

• Gerbers: Vollständige Fertigungsdaten
• Datei auswählen und ablegen: Komponentenkoordinaten für die Platzierung
• Centroid-Datei: XY-Koordinaten, Drehung, Seite
• Stückliste: Komplett mit Herstellerteilenummern
• Zusammenbauzeichnung: Referenz zur Bauteilplatzierung

Die vollständigen Spezifikationen finden Sie in den Anforderungen an die Leiterplattenbestückungsdatei .

6.3-Panel-Design

Eine sachgemäße Paneelbildung verbessert die Montageeffizienz:

• einheitliche Boardausrichtung
• Ausrüstung zum Anpassen der Schienenabmessungen
• Passmarken und Werkzeuge in Schienen
• Ausreichender Abstand von der Routenführung/V-Score

Detaillierte Richtlinien finden Sie in den Panelisierungsanforderungen für SMT .

6.4 Designprüfung einholen

Reichen Sie Ihren Entwurf zur kostenlosen DFM-Prüfung bei Highleap Electronics ein . Unsere Ingenieure prüfen Ihren Entwurf anhand dieser Regeln und erstellen einen detaillierten DFM-Bericht . Nutzen Sie unsere PCB-DFM-Checkliste zur Selbstprüfung vor der Einreichung und beachten Sie die DFT-Richtlinien hinsichtlich der Testbarkeitsanforderungen. Kontaktieren Sie unser Entwicklungsteam, um Fragen zum Entwurf oder spezielle Anforderungen zu besprechen.