Was ist PCB Tombstone?

Wenn es um elektronische Geräte und Leiterplatten geht, sind Präzision und Zuverlässigkeit das A und O. Jede Abweichung von der Perfektion im Herstellungsprozess kann zu Leistungsproblemen oder sogar zum vollständigen Ausfall des Systems führen. Ein solcher Herstellungsfehler, der Leiterplatten (PCBs) plagen kann, ist als "PCB Tombstone" bekannt. 

In diesem Artikel erfahren Sie, was PCB Tombstone ist, warum es auftritt und wie Sie verhindern können, dass es die Funktionalität und Zuverlässigkeit elektronischer Geräte beeinträchtigt.

Verstehen von PCB Tombstone

PCB-Grabstein

PCB Tombstone, auch als "Tombstoning" oder "Tombstone-Effekt" bezeichnet, ist ein Lötfehler, der bei der Montage von oberflächenmontierten Bauteilen auf einer Leiterplatte auftritt. Der Name leitet sich von der visuellen Ähnlichkeit des Fehlers mit einem Grabstein ab, bei dem ein Ende des Bauteils aufrecht steht, während sich das andere Ende von der Leiterplatte abhebt, ähnlich wie bei einem Grabstein auf einem Friedhof.

Dieser Fehler kann verschiedene elektronische Geräte betreffen, von Smartphones und Laptops bis hin zu Automobilelektronik und medizinischen Geräten. Tombstoning kann zu fehlerhaftem Verhalten, unterbrochenen Verbindungen oder zum völligen Ausfall elektronischer Komponenten führen, was nicht nur funktionale, sondern auch finanzielle und rufschädigende Schäden verursacht.

Warum kommt es zur Grabsteinexplosion?

Um zu verstehen, warum Tombstoning auftritt, muss man sich den Lötprozess in PCB-Montage. Oberflächenmontierte Bauteile werden mit Lötpaste, einer Mischung aus winzigen Lotpartikeln und Flussmittel, auf der Leiterplatte befestigt. Die Leiterplatte wird dann erhitzt, wodurch die Lötpaste schmilzt und eine sichere elektrische und mechanische Verbindung entsteht.

Tombstoning tritt in erster Linie aufgrund von Ungleichgewichten bei den Kräften auf, die während des Reflow-Prozesses auf das Bauteil einwirken. Mehrere Faktoren tragen zu diesem Phänomen bei:

  1. Unausgewogenes thermisches Profil: Wenn die Leiterplatte während des Reflow-Lötens ein ungleichmäßiges Wärmeprofil aufweist, bei dem sich ein Ende schneller erwärmt als das andere, kann dies zu Tombstoning führen.
  2. Bauteildesign: Komponentengehäuse mit ungleichmäßiger Gewichtsverteilung oder unterschiedlichen thermischen Eigenschaften an den einzelnen Anschlüssen sind anfälliger für Tombstoning. Zum Beispiel sind Kondensatoren und Widerstände mit größeren Anschlüssen an einem Ende anfälliger.
  3. Volumen der Lötpaste: Ein falscher Auftrag von Lotpaste kann zu Tombstoning führen. Zu wenig Lotpaste auf einem Pad kann dazu führen, dass sich ein Anschluss abhebt, während der andere befestigt bleibt.
  4. Ungleiche Pad-Größen: Die Größe der Leiterplattenpads sollte für beide Anschlüsse einer oberflächenmontierten Komponente gleich sein. Ungleiche Pad-Größen können zu Tombstoning führen.
  5. Platzierung von Bauteilen: Bei der Platzierung der Bauteile auf der Leiterplatte ist Präzision gefragt. Eine falsche Ausrichtung während der Platzierung kann zu Grabsteinen führen.
 

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Verhinderung der Grabsteinentfernung

Die Vermeidung von Tombstoning ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und Funktionalität elektronischer Geräte. Hier finden Sie einige Strategien und bewährte Verfahren zur Minimierung des Tombstoning-Risikos bei der Leiterplattenbestückung:

  1. Optimieren Sie das thermische Profil: Behalten Sie beim Reflow-Löten ein ausgewogenes Wärmeprofil bei, um eine gleichmäßige Erwärmung der Bauteile zu gewährleisten. Eine korrekte Profilierung des Reflow-Ofens ist unerlässlich.
  2. Bauelemente-Design: Wählen Sie Komponenten mit ausgewogenen Anschlussgrößen und thermischen Eigenschaften. Einige Hersteller bieten Komponenten an, die speziell zur Reduzierung von Grabsteinen entwickelt wurden.
  3. Inspektion von Lötpaste: Führen Sie Qualitätskontrollmaßnahmen ein, um die korrekte Aufbringung der Lotpaste zu überprüfen. Automatisierte Inspektionssysteme können helfen, Unregelmäßigkeiten zu erkennen.
  4. Pad-Design und Größe: Achten Sie auf einheitliche Pad-Größen für beide Anschlüsse von oberflächenmontierbaren Komponenten. Die empfohlenen Pad-Größen finden Sie in den Datenblättern der Komponenten.
  5. Platzierung von Bauteilen: Investieren Sie in hochpräzise Bestückungsautomaten, um die Bauteile genau auf der Leiterplatte zu positionieren. Implementieren Sie Bildverarbeitungssysteme zur Überprüfung der Platzierung in Echtzeit.
  6. Schablonen-Design: Optimieren Sie das Schablonendesign, um eine gleichmäßige Lotpastenabscheidung zu erreichen. Feinabstimmung der Schablonendicke und der Öffnungen zur Anpassung an die Größe der Bauteilpads.
  7. Kontrolle des Reflow-Prozesses: Überwachen und kalibrieren Sie die Reflow-Lötanlage regelmäßig, um die Temperaturgenauigkeit und -konsistenz zu gewährleisten.
  8. Qualitätskontrolle: Einführung strenger Qualitätskontrollverfahren, einschließlich Sichtprüfung und automatischer optischer Inspektion (AOI), zur Erkennung und Behebung von Grabsteinfehlern.

Durch die Einbeziehung dieser Maßnahmen in den Leiterplattenbestückungsprozess können die Hersteller das Auftreten von Tombstoning erheblich reduzieren und die Zuverlässigkeit ihrer elektronischen Produkte verbessern.

Schlussfolgerung

PCB Tombstone ist ein Lötfehler, der die Zuverlässigkeit und Funktionalität von elektronischen Geräten beeinträchtigen kann. Er tritt auf, wenn sich ein Anschluss einer oberflächenmontierten Komponente während des Reflow-Lötens von der Leiterplatte abhebt und einem Grabstein auf einem Friedhof ähnelt. Tombstoning kann zu Leistungsproblemen, unterbrochenen Verbindungen oder sogar zum kompletten Ausfall des Systems führen.

Für Elektronikhersteller ist es von entscheidender Bedeutung, die Ursachen für Tombstoning zu verstehen und Präventivmaßnahmen während der Leiterplattenbestückung zu ergreifen. Durch die Optimierung von Wärmeprofilen, die Auswahl von Bauteilen mit ausgewogenem Design, die Kontrolle des Lotpastenauftrags und die Beibehaltung der Präzision bei der Bauteilplatzierung können Hersteller das Risiko von Tombstoning minimieren und die Zuverlässigkeit ihrer elektronischen Produkte sicherstellen.

In der Welt der Elektronik, in der Präzision und Zuverlässigkeit an erster Stelle stehen, ist die Vermeidung von Grabsteinen ein entscheidender Schritt zur Erreichung von Spitzenleistungen in der Leiterplattenherstellung und -montage.

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