Grabstein-Effekt

Der Grabsteineffekt, auch als Tombstone-Effekt bekannt, ist ein häufig auftretender Fehler beim Reflow-Löten oder Dampfphasenlöten von SMD-Bauteilen. Bei diesem Phänomen stellen sich vor allem kleine zweipolige Bauelemente während des Lötprozesses einseitig auf, ähnlich wie Grabsteine. Der Mechanismus hinter dem Tombstone-Effekt liegt in den unterschiedlichen Kräften, die während des Lötprozesses auf das Bauelement wirken. Die Oberflächenspannung des flüssigen Lots zieht am Bauelement und kann dieses aufrichten, während das Lot gleichzeitig versucht, das Bauelement in der ebenen Lage zu halten. Somit verliert das Bauteil die elektrische Verbindung auf einer Seite und führt zu Unterbrechungen in der Schaltung. Das Phänomen des Grabstein-Effekts kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, wie z. B. die Anbindung der Leitungen an das Bauelement, die Lötpaste und die Anpresskraft beim Bestücken. In der SMD-Bestückung ist es wichtig, Maßnahmen zu ergreifen, um den Grabsteineffekt zu vermeiden und eine zuverlässige elektrische Verbindung sicherzustellen.

Typische Ursachen für die Entstehung von Grabsteinen bei SMD-Bauteilen

Der Grabsteineffekt kann durch mehrere Faktoren verursacht werden:

• Lotpaste: Eine ungleichmäßige Verteilung oder die Verwendung von zu viel/zu wenig Lotpaste auf den Leiterbahnen kann dazu führen, dass das Bauelement nicht korrekt ausgerichtet ist.
• Anpresskraft beim Bestücken: Wenn die Anpresskraft während des Bestückungsprozesses nicht ausreichend ist, kann das Bauelement nicht fest genug auf der Leiterplatte sitzen.
• Bauelementeigenschaften: Leichte Bauelemente sind anfälliger für den Effekt als schwere.
• Lötprofil: Ein ungeeignetes Lötprofil, insbesondere zu hohe Temperaturen oder zu lange Aufheiz- und Abkühlphasen, kann den Grabsteineffekt begünstigen, ebenso wie Temperaturschatten durch zu nahe Bauteile mit viel Masse.

Um den Grabsteineffekt zu minimieren, ist es wichtig, die Lotpaste, das Bestückungsverfahren und die Prozessparameter sorgfältig zu optimieren.

Wie kann der Grabstein-Effekt verhindert werden?   

Um den Grabsteineffekt bei SMD-Bauteilen zu verhindern, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

• Optimierung der Lotpaste: Es muss sichergestellt sein, dass die Lotpaste gleichmäßig auf der Leiterplatte verteilt ist und die Leiterbahnen gut bedeckt sind. Eine zu geringe oder zu hohe Menge an Lot kann den Effekt verstärken.
• Kontrollierte Anpresskraft: Während des Bestückungsprozesses sollte die Anpresskraft ausreichend sein, um das Bauelement fest auf der Leiterplatte zu halten. Zu wenig Druck kann zu einem unvollständigen Kontakt führen.
• Lötprofil optimieren: Das Lötprofil muss an die spezifischen Bauelemente angepasst werden. Ebenfalls sollten zu hohe Temperaturen oder zu lange Aufheiz- und Abkühlphasen vermieden werden.
• Inspektion nach dem Löten: Die Baugruppe sollte nach dem Löten auf eventuelle Grabsteineffekte untersucht werden. Der Tombstone-Effekt lässt sich optisch durch eine visuelle Prüfung oder durch automatisierte optische Inspektionssysteme (AOI) erkennen. AOI-Geräte scannen die Leiterplatten, nachdem Lötprozess erfolgt ist. Dabei werden hochauflösende Kameras verwendet, um Abweichungen wie aufgestellte Bauteile zu identifizieren. Falls Effekte vorhanden sind, müssen die Positionen der Bauelemente verbessert werden.

Durch das Befolgen dieser Schritte kann die Wahrscheinlichkeit des Grabsteineffekts reduziert und eine zuverlässige Verbindung sichergestellt werden.