Das thermische Problem
Eine dicke Kupferfläche ist ein hervorragender Wärmespreizer. Genau deshalb ist sie da: Sie führt Strom und zieht Wärme aus den Bauteilen. Beim Löten arbeitet dieselbe Eigenschaft gegen den Prozess, denn die Fläche zieht Wärme aus der Lötstelle.
Auf einer 10-oz-Innenlage oder einer 20-oz-Außenlage ist die Kupfermasse so groß, dass ein Handkolben oder ein kurzes Reflowprofil das Pad nicht auf Temperatur bringt. Der Fehler sieht nach schlechter Benetzung aus, ist aber ein Wärmebilanzproblem.
Von unten vorheizen
Die Standardantwort ist, die ganze Baugruppe näher an die Prozesstemperatur zu bringen, bevor die lokale Wärme kommt:
- Reflow: längere Verweilzeit und langsamere Aufheizrampe, verifiziert mit einem Profil, das auf der Platine gemessen wird und nicht am Ofendisplay abgelesen.
- Selektiv- und Handlöten: Heizplatte oder Vorheizung von unten, damit der Kolben nur noch die letzten zehn Grad liefern muss.
- Wellenlöten: ausreichende Vorheizung und ein Palett, das die Lötstelle nicht von der Welle isoliert.
Der zu vermeidende Fehler ist Überhitzen des Laminats als Ausgleich: Zu viel Wärme von oben löst das Kupfer ab oder lässt die Platine blasenziehen, lange bevor die Lötstelle stimmt.
Wärmeerleichterung und Verjüngungen
Hier treffen Design und Bestückung aufeinander. Ein Pad, das über vier schmale Speichen mit einer Fläche verbunden ist, erwärmt sich schneller als eines mit voller Anbindung, und es lässt sich löten, ohne das Laminat zu schädigen. Kann ein Pad keine Erleichterung haben, etwa ein Hochstromanschluss, muss der Prozess die Wärme liefern.
Der Kompromiss ist beabsichtigt: Erleichterung macht das Löten leichter und die Stromtragfähigkeit etwas geringer; eine massive Anbindung führt mehr Strom und verlangt mehr Wärme.
Schablone, Paste und Profil
- Öffnungsfläche wächst auf Pads, die an dickem Kupfer hängen, damit die Lötstelle genug Paste für einen Kehlwulst hat.
- Öffnungsform vermeidet lange schmale Drucke über breiten Pads, die eher überbrücken als sich ablösen.
- Paste bleibt im qualifizierten Fenster; eine für Feinpitch gewählte Paste löst sich aus einer großen Öffnung unter Umständen schlecht ab.
- Profil wird auf die thermische Masse ausgelegt, mit einer Verweilzeit, in der die Platine nachziehen kann, und einem Peak innerhalb der Bauteilgrenzen.
Durchkontaktierungen und Steckverbinder
Pressfit und schwere bedrahtete Anschlüsse sind die schwierigste Stelle, weil die Hülse von Kupfer umgeben ist. Selektivlöten mit definierter Vorheizung oder eine Welle mit langer Kontaktzeit ist verlässlicher als ein Handkolben. Bei Pressfit zählen Bohrungs- und Stiftoleranzen mehr als das Lot, denn es gibt keins.
Prüfung
Röntgen für die Lötstellen, die das Kupfer verbirgt, AOI für Bestückung und sichtbare Kehlwülste, Querschliffe am Coupon für das Hülsenkupfer. Ein Zugtest an Leistungsanschlüssen macht aus «sieht gut aus» eine Zahl, und genau die braucht ein Kunde, der nach der Stromtragfähigkeit fragt.
Die Verarbeitungsqualität wird nach IPC-A-610 beurteilt. Die Regeln auf Platinenebene stehen im Designleitfaden für dickes Kupfer, die Prozessgrenzen auf der Seite für Platinen mit dickem Kupfer, und die Bestückungsstore in der Inspektionsnotiz.
