Reflow-Prozess
Neue Generation hochpräziser THR-Stiftleisten
Stiftleisten für das THR(Through Hole Reflow)-Verfahren – auch Pin in Paste-Verfahren genannt – stehen mit ihrer Stiftpositionstoleranz (Taumelkreis) in der Diskussion. Unter den Baugruppenfertigern wollen einige Technologietreiber die allgemein anwendbaren Toleranzlagen zwischen Stiftleiste und Bohrloch auf SMD-übliche minimale Toleranzen bringen. Herstellerseitig gelingt das nur mit neuen Produktionsverfahren, deren Kosten sich nach Ansicht der Anwender nicht auf die Produkte auswirken sollen. Auch die kürzlich ins Leben gerufene DIN EN 61760-3 legt zunächst nur die bislang möglichen Toleranzbereiche fest.
Das Prozessfenster, in dem das Pin in Paste-Verfahren angewendet werden kann, wird von der Lotpaste sowie der Relation von Bohrlochdurchmesser und Leiterplattenstärke bestimmt. Je kleiner der Durchmesser, desto schwieriger wird es, einen entsprechenden Durchdruck zu erzeugen und damit das Bohrloch vollständig zu füllen. Die untere Durchmessergrenze bei einer 1,5mm dicken Leiterplatte liegt bei etwa 1,0mm. Nach oben hin definiert sich der Grenzdurchmesser bei etwa 2,0mm. Ab da besteht das Risiko eines Pasten-Abwurfs beim Siebdruck, die Paste kann sich nicht im Bohrloch halten. Bei Stiften mit einem Kantenmaß von 0,8mm betragen die Durchmesser der Bohrungen üblicherweise 1,4 oder 1,5mm, bei Stiften mit einem Kantenmaß von 1,0mm betragen sie 1,6 oder 1,7mm. Bei der Bestimmung des Verhältnisses von Bohrloch zu Stiftdurchmesser muss die problemlose Verarbeitung der Stiftleisten oberstes Ziel sein, am Ende müssen die Lötstellen den Anforderungen an die Klasse 3 der IPC A 610 genügen. Der Fokus liegt damit auf der Positionstoleranz – dem möglichen Bewegungsspiel einer Reihe von Stiften in einer Reihe von Bohrlöchern.
Was genau ist Positionstoleranz?
Die Positionstoleranz von Stiften in Durchsteck-Stiftleisten bezeichnet die zulässige Lageabweichung der Stiftspitze von der Null-Lage in X- und Y-Richtung. Anschaulicher ist der Begriff des Taumelkreises, der einen Kreis mit entsprechendem Durchmesser für die Abweichung um die Stiftspitze beschreibt. Eine Positionstoleranz von zum Beispiel +/- 0,2mm beschreibt einen Kreis mit einem Durchmesser von 0,4mm, in dessen Mitte die Stiftspitze ideal in Null-Lage steht. In Bezug auf die Stiftleiste bedeutet dies, dass alle Stifte gemäß Raster ohne Toleranz in Null-Lage stehen (Bild 2). In diesen Angaben sind neben den Toleranzen der Stiftleiste auch die der Fertigungseinrichtung bereits berücksichtigt. Eine alternative Darstellung kann auch die Angabe der Maßabweichungen von einem idealen Raster einer Stiftleiste sein. Hier darf dann die Strecke vom ersten zum Nachbar-Stift sowie die Strecke vom ersten zum letzten Stift einer Stiftleiste den Toleranzbereich von zum Beispiel +/- 0,2mm nicht verlassen.
Die ’neue‘ THR-Norm und ihre Definition der Positionstoleranz
Die Hersteller von THR-Stiftleisten orientierten sich zunächst im normativen Umfeld der THR-Technologie an den gängigen SMD-Normen. Das führte häufig zu Kompromissen. So konnten THR-Bauelemente nur in Anlehnung an diese Normen qualifiziert werden. Die im Dezember 2010 veröffentlichte DIN EN 61760-3 (Oberflächentechnik – Teil 3: Genormtes Verfahren zur Spezifizierung von Durchsteckmontage-Bauelementen für das Aufschmelzlöten (THR)) befasst sich als erste Norm seit Markteinführung von THR-Stiftleisten überhaupt mit der THR-Technologie. Damit fallen auch alle Bauelemente in dieser Bauart – wie etwa THR-Relais – unter die Anforderungen. Bei der Festlegung der Positionstoleranz haben die beteiligten Hersteller und Anwender einen Kompromiss gefunden: der größer gefasste Bereich von +/-0,2mm – damals noch mit Bezug zu herkömmlichen Montageverfahren zugunsten der Komponentenhersteller. Das heute verfügbare Produktprogramm an THR-Stiftleisten ist somit in der Regel normenkonform. Da sich die Technologietreiber unter den Anwendern nicht mit dem Toleranzbereich anfreunden können und ihn auf +/- 0,1mm reduziert sehen möchten, sind einige Hersteller dazu übergegangen, Stiftleisten mit kleinerem Toleranzbereich zu produzieren – wenn auch mit deutlich höherem Aufwand.
