SMD löten

Einleitung

Zuerst einmal ist das Löten mit SMDs nicht anders als mit THT Bauteilen. Das meiste sieht schlimmer aus, als es ist. Wem das alles zu klein ist: mit einer guten Lupe wird man sich wundern, die groß das doch eigentlich ist. Und die Oberflächenspannung ist ein nicht zu unterschätzender Alliierter beim löten mit SMDs.

Also nicht von irgendwelchen Maßen abschrecken lassen die immer mit 0,..mm beginnen. Wenn man mal mit einem feinen Bleistift zwei Striche so nahe wie möglich nebeneinander macht, ohne dass diese sich berühren, ist man ganz schnell bei einem halben Millimeter und weniger Abstand dazwischen. Nichts anderes ist SMD löten, nur dass die meisten den Lötkolben etwas weiter hinten anfassen als den Bleistift.

Löten, löten, löten

Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten und alles mit zwei Anschlüssen

Bei allen Bauteilen, die mit zwei Kontakten auf die Platine verfrachtet werden wollen, kann man im Grunde genommen gleich vorgehen: ein Pad verzinnen, das Bauteil mit einer Pinzette festhalten und mit dem Lötkolben das Zinn auf dem Pad aufschmelzen. Dann das Bauteil in Position bringen und den Lötkolben wegnehmen. Dann das andere Pad verlöten. Klingt einfach, ist es aber auch. Lediglich wenn die Bauteile so klein werden, dass, sobald man den Lötkolben auch nur in die Nähe bringt, alles Zinn an jeglichen Kontakten schmilzt, sollte man auch beim zweiten Pad das Bauteil noch festhalten. Für Bauteile dieser Kategorie gibt es besondere Pinzetten mit abgeflachten Spitzen, die es ermöglichen, das Bauteil sicher in seiner Position zu halten. Wenn man viel SMDs lötet, ist das eine sinnvolle Investition. Die Lötspitze muss für Arbeiten dieser Art auch noch nicht besonders fein sein, Pi mal Daumen die Breite des Pads reicht aus.

Am Beispiel von 0805er 100nF Kondensatoren:

Auf diese Pads sollen zwei Kondensatoren gelötet werden. Dazu werden zuerst die Pads verzinnt.

Dann wird der erste Kondensator auf das verzinnte Pad gelötet, ebenso der zweite Kondensator.

Jetzt müssen nur noch die anderen Kontakte an die Pads gelötet werden.

ICs à la TSSOP

Die wirklich feinen Spitzen braucht man für ICs in TSSOP oder µMAX Gehäusen. Hier wird es nun wirklich etwas schwerer zu löten als mit den THT Gegenstücken. Aber es gibt mehrere Methoden, je nach dem wie feinmotorisch man so unterwegs ist und welche Ausrüstung zur Verfügung steht. Die einfachste Methode ist, den ganzen Chip mit Zinn einzudecken und danach das überflüssige Zinn wieder zu entfernen. Dazu richtet man den IC aus und fixiert ihn in der gewünschten Position mit etwas Zinn an einem Beinchen oder indem man Kolophonium mit Spiritus auflöst, das klebt richtig schön wenn sich der Spiritus verflüchtigt. Dann kann man in Ruhe alle Pins mit einer dicken Raupe Zinn verschönern. Wenn das getan ist, zückt man entweder Entlötkolben, Zinnabsauger oder Entlötlitze. Damit entfernt man das Zinn wieder, sodass nur an den Pins und deren Pads etwas übrig bleibt. Fertig ist die Kiste. Auch hier reicht meist noch ein normaler Lötkolben, jedenfalls mindestens für z.B. SO Gehäuse und auch für TQFPs.

Das Verfahren kann aber empfindliche Chips beschädigen, da der Chip in der Regel länger als empfohlen erhitzt wird. Besser ist es da, nach dem Fixieren des Chips jeden Pin einzeln anzulöten und eventuelle Brücken mit Entlötlitze und/oder Flussmittel wieder auszubügeln. Oft reicht es auch schon, mit einer sauberen Lötspitze eins, zwei mal die Brücke wieder zu schmelzen, da dabei an der Spitze etwas Zinn haften bleibt. Auch hier hilft ordentlich Flussmittel. Um Brücken zu vermeiden, sollte die Spitze nur sparsam mit Zinn versorgt werden. Bei den 0,5mm Pinabstand eines µMAX Gehäuses braucht man nur alle fünf bis acht Pins etwas Zinn hinzugeben. Dabei ist ein feiner Lötdraht sehr wichtig, sonst klatscht man sich immer gleich eine dicke Perle Zinn auf die Spitze und dann wird das nie was. Und Flussmittel, ich glaube ich habe es schon einmal erwähnt.

Als Beispiel das verlöten eines LM339 auf die Platine des Pegelwandlers

Das geht auch mit µMAX Gehäusen, hier am Beispiel des Ladereglers im Pufferakku. Als Größenvergleich: die Dioden beziehungsweise der Widerstand im Bild sind 0805er.

Dann gibt es noch QFNs, deren Pads je nach Hersteller an den Seiten noch ganz schüchtern raus gucken oder nicht. Wenn die Pads von Außen zugänglich sind, kann man vorgehen wie sonst auch. Aufgrund der kleinen Kontaktfläche dauert das Löten aber etwas länger. Hier macht sich auch wieder dünner Lötdraht bezahlt, denn damit kann man sich ein kleines Kügelchen Lötzinn auf die Spitze setzen, um die Kontaktfläche zu optimieren. Bei den QFNs, die keine Pads mehr an der Seite haben, muss man alle Pads (an Bauteil und Platine) vorverzinnen. Aber wirklich nur verzinnen, nicht mit Zinn beschichten! dann das Bauteil aufsetzen und je nach der Größe der Pads auf der Platine den Lötkolben oder einen Heißluftlötkolben benutzen. Also immer daran denken, die Pads künstlich noch etwas zu verlängern, wenn man Platinen mit QFNs selber entwirft.

Beim Umbau der X41T Hintergrundbeleuchtung zum Beispiel musste ein 5x5mm² QFN verlötet werden. Da ging es ganz leicht, weil ich das große Massepad auf der Unterseite mit vier Durchkontaktiernieten (siehe nächster Abschnitt) versehen habe. Dadurch konnte ich mit dem Lötkolben von der unteren Seite der Platine das Zinn aufschmelzen und so eine ordentliche Verbindung herstellen. Wenn man dabei nicht gegen die Platine rammelt, bleiben die Pins auch ausgerichtet und können leicht verlötet werden.

Die wirklich fiesen ICs sind BGAs beziehungsweise generell alle Bauteile mit vielen Anschlüssen, die sich nicht erreichen lassen. Je nach Größe des Chips kann man hier mit dem Dead-Bug-Style arbeiten, sprich das Gehäuse auf dem Kopf liegend verdrahten. 0402er (manchmal auch noch 0603er) Widerstände und Kondensatoren passen meist gut zwischen die Balls. Die sollte man dafür übrigens entfernen, da man nur geringe Mengen Zinn braucht und die anderen Bauteile flach aufliegend besser ausgerichtet werden können. Das funktioniert natürlich nicht bei Mikrocontrollern und ähnlich Komplexem, aber wer sowas in BGA Bauform nutzen will ist selbst schuld und sollte Zugriff auf einen Reflowofen haben. Das ganze geht zwar auch mit dem Ceranfeld, aber hier braucht man Erfahrung und auf jeden Fall ein Thermometer (vielleicht so ein Infrarotthermometer?), um die Verluste an Bauteilen im Zaum zu halten. Als ich BGA Gyroskope für meinen Mikrokopter auf dem Herd backen wollte, habe ich auch ein oder zwei Stück gehimmelt und danach auf die Methode der toten Käfer umgesattelt.

Wer so etwas häufig löten muss, für den lohnt es sich wahrscheinlich, sich eines der vielen Pizzaofen-zu-Reflowofen Projekte anzuschauen. Für das BGA zwischendurch reicht aber auch die Heißluftlötstation.

Durchkontaktierungen

Bei SMD Platinen bleiben Durchkontaktierungen häufig nicht aus. Im Laufe der Zeit habe ich verschiedene Sachen probiert. Ich habe zum Beispiel die Beinchen von Widerständen, LEDs und dergleichen in einem Tütchen gesammelt und die an einer Seite umgebogen und angelötet. Durch das Umbiegen kann der Draht nicht so einfach durch das Loch rutschen. Aber dennoch war das beim verlöten nervig, weil man sich immer beeilen muss, dass die andere Seite nicht auch wieder schmilzt, sich der Haken verdreht und irgendwas kurzschließt.

Letztendlich bin ich bei den Durchkontaktiernieten von Bungard gelandet. Aber keine Angst, man braucht die teure Presse nicht kaufen. Ich arbeite mit den Nieten für 0,6mm Löcher. Das sind sie:

Um die Nieten in die Löcher zu bekommen, nehme ich eine spitze Pinzette und stecke einen Arm in den Kopf der Niete. Das hält erstaunlich gut, sodass die Nieten schnell bestückt sind. Wenn die Niete erst mal in der Platine steckt, kann man mit dem Ende der Pinzette die Niete durchschieben.

Dann drehe ich die Platine um und nehme eine spitze Schraube und einen Hammer zur Hand. Besser wäre ein Körner, aber ich habe keinen, der fein genug wäre. Das macht aber nichts, Hauptsache die Niete ist so aufgeweitet, dass sie nicht mehr aus dem Loch herausrutschen kann.

Wenn ein IC über der Niete platziert werden soll, muss man die Niete noch mit etwas planem breitklopfen. Allerdings ist es einfacher, die Seite die später flach sein muss gleich mit den original Nietenköpfen zu bestücken. Bisher ist es auch noch nicht vorgekommen, dass ich von beiden Seiten her ein anderes Bauteil über der Niete anlöten musste. Zur Sicherheit verlöte ich dann noch die Niete mit der Leiterbahn und sauge danach den Überschuss wieder ab, um die Bauhöhe niedrig zu halten. Das Verlöten ist eigentlich unnötig, aber sicher ist sicher und schaden tut es auch nicht.

Schlusswort

Die Arbeit mit SMD Bauteilen finde ich persönlich einfacher als mit "herkömmlichen", weil ich mir dann einen Haufen Bohrungen sparen kann. Da ich alle Bohrungen zwar mit einer Ständerbohrmaschine, aber dennoch mit Augenmaß durchführen muss, spare ich viel Zeit, wenn ich statt dessen einfach nur ein bisschen kleinere Bauteile verlöte. Außerdem macht es Spaß, im CAD Programm ein Design solange zu optimieren, bis nix mehr geht. Man benötigt zwar schon mehr Werkzeug und sicherlich auch Übung, um bequem SMDs löten zu können, aber ich verstehe trotzdem nicht, warum SMD löten von vielen kategorisch ausgeschlossen oder gar verteufelt wird. Natürlich zwingt einen niemand (außer der Chiphersteller vielleicht!), sich damit zu befassen, aber der standardmäßige Kommentar "Ihhh, SMD, nehm' doch was vernünftiges!" hilft doch niemandem, schon gar keinem Einsteiger.