SMD-Bestückung

Es ist merkwürdig, dass sich SMD-Bauteile in Amateurkreisen nur schleppend durchsetzen. Welchen Hintergrund mag es haben, dass Peter Solf, DK1HE, im neuen Solf2009 solche Ver­renkungen mit dicht gepackten, hochgestellten bedrahteten Widerständen macht? Verbeugung vor den vielen Amateuren im Rentenalter?

Da ich es von früher halt so kannte und einen gut sortierten Bestand bedrahteter Bauteile besaß, habe ich noch vor wenigen Jahren auch so gebaut. Die ersten Module meines RX aus dem Jahr 2006 waren "voll verdrahtet". Dann entdeckte ich die platzsparenden Möglichkeiten von SMD-Bauteilen, zunächst nur für die Abblockkondensatoren. Mittlerweise verwende ich bedrahtete Bauteile nur noch für Versuchsaufbauten auf Lochrasterplatten und natürlich dort, wo es nicht anders geht, z.B. bei Ringkernspulen. Alle bedrahteten Bauteile, so die Drahtenden mindestens ca. 5mm lang sind, lassen sich durch Umbiegen der Enden nach außen zu einer SMD-Montage überreden. Das geht sogar mit IC-Sockeln. Selbst hier sind Bohrlöcher überflüssig. Auch Rentner sind anpassungsfähig, und wenn die Augen noch mitmachen, wenn auch inzwischen nur noch mit Lupenbrille, ist das kein Hexenwerk.

Die Vorteile von SMD-Bauteilen sind einfach offensichtlich:

  • Sie erlauben platzsparende Aufbauten.
  • Sie haben bessere HF-Eigenschaften, da die Induktivitäten der Drähte entfallen.
  • Sie ersparen eine Menge Bohrlöcher (wer zu faul ist zu bohren, nimmt SMD).
  • Da die Leiterbahnseite in der Regel nach oben sichtbar angeordnet ist, können "Signal­verfolgung" per Auge, Messungen und ggf. Bauteileaustausch problemlos ohne Ausbau der ganzen Platine bewerkstelligt werden.
  • Eher randgängig: Das Löten geht schneller und spart Lötzinn.

Ein Kunde, der Module der Industrieelektronik herstellt, versicherte mir, dass die Ausfallraten nach der Umstellung der Fertigung auf SMD signifikant gesunken sind.

Einen verschmerzbaren Nachteil haben die SMD-Krümel jedoch beim amateurmäßigen Platinen-Layout. Konnte man unter einem liegenden Widerstand bei einem Lochabstand von 4/10 inch (~ 10 mm) noch mindestens zwei Leiterbahnen oder eine breite Massebahn durchführen, gelingt mir das bei einem 1206-Bauteil nur noch mit einer Leiterbahn. Es sind also mehr Brücken fällig, mit 0R-Widerständen oder tatsächlich noch mit Drähten bei größeren Abständen, in Abb. 6 roter Draht im linken Drittel. An echt doppelseitige Platinen, mit denen diese Umwege vermeidbar wären, habe ich mich noch nicht getraut.

Auch verschmerzbar ist, dass SMD-Bauteile nur noch teilweise "lesbar" beschriftet sind. Widerstände haben einen Ziffernaufdruck, je nach Hersteller aber unterschiedlich. Die letzte Ziffer gibt aber immer die Zehnerpotenz an, mit der die Zahl davor zu multiplizieren ist. Eine "0" (Null) als letzte Ziffer bedeutet also z.B. 100 = 1 als Multiplikator. Kondensatoren haben nichts dergleichen. Hier hilt nur peinliche Ordnung. Dioden im Platikgehäuse und Transistoren sind mit SMD-Codes gekennzeichnet (im Zweifelsfall nach "smd-code" googeln). Dioden im Minimelf-Gehäuse haben nur noch einen Kathodenring. Also - geordnete und gekennzeichnete Aufbewahrung wäre eine gute Idee.

Da eine wirkliche Miniaturisierung nicht unser vorrangiges Amateurthema ist und der Sehkraft und Feinmotorik bei der Handbestückung Grenzen gesetzt sind, ist die SMD-Welt für mich bei der Bauform 0805 auch schon zu Ende. Für Widerstände verwende ich derzeit nur die BF 1206, für Kondensatoren meist BF 0805, lediglich dort, wo eine Leiterbahn zu überbrücken ist, die BF 1206. Es geht schließlich auch darum, den Bauteilevorrat sinnvoll zu begrenzen.

Nun aber: Wie geht es mit Amateurmitteln?

Der Verlauf der Bestückung der oben in Abb. 1 gezeigten Platine für die RX/TX-Umschaltungslogik (an anderer Stelle auf dieser Website) soll das aufzeigen. Neben einem Platinenhalter (von funkamateur.de) brauchen wir eine "dritte Hand" in Form einer Holz-Wäscheklammer. Die über­steht auch mal kurze Begegnungen mit dem Lötkolben. Das Ende ist vorne zugespitzt (s.u. in Abb. 4).

Unbestückte Platine

Abb. 2: Die leere Platine wartet auf die Bestückung.

Neben der Wäscheklammer werden noch gebraucht: Lötstation mit Lötspitze 0,4 oder 0,8 mm (Löttemperatur ca. 350 Grad), 0,5 mm Lötzinn, eine stabile (!) spitze Pinzette, gutes Licht und, falls nötig, eine Lupenbrille oder eine Arbeitsleuchte mit Vergrößerungsglas. Entlötlitze könnte man vielleicht auch noch gebrauchen. Der Arbeitsplatz sollte aufgeräumt sein, damit wir ein davon gesprungenes SMD-Bauteil wiederfinden. Danach auf dem Fußboden zu suchen ist zwecklos.

A propos Lötstation (kann ich mir nun doch nicht verkneifen). Allenthalben werden digitale Lötstationen zu Kampfpreisen um die 50 bis 70 € angeboten. Eine ELV LS50 hat bei mir über viele Jahre klaglos ihren Dienst versehen, bis dann der Trafo nichts mehr von sich gab. Die nächste war eine ZD981 von reichelt.de. Davon hatte ich zwei Exemplare mehr oder weniger zur Ansicht. Die erste wollte nach einem Monat nicht mehr heizen. Die zweite, anstandslos von Reichelt ersetzt, brachte schon nach einer Woche die Heizpatrone zum Glühen. Schrottelektronik, Elektronikschrott, Made in China. Nun erfreue ich mich an einer analogen Weller WS81. Ist schon teuer, aber die Lötspitzen sind erste Sahne und lassen sich spielend einfach auswechseln. Das Gerät ist in Sekundenschnelle betriebsbereit. Dafür kann ich gut auf die digitale Anzeige verzichten.

Bei IC kann es schon mal passieren, dass sich Lötbrücken zwischen den Beinchen bilden. Keine Panik, erst einmal alle Beinchen verlöten. Dann eine Entlötlitze über die Beinchen legen und die Lötkolbenspitze für einen guten Wärmekontakt möglichst flach für ca. 2 sec. aufdrücken und über die Litze ziehen. Die Litze sollte überschüssiges Lötsinn aufsaugen. Entlötlitze nach oben abheben und kontrollieren, ggf. mit einer Lupe. Fallweise die Prozedur mit einem frischen Stück Entlötlitze wiederholen. Langes "Braten" auf alle Fälle vermeiden, lieber mehrmals nach Abkühlpausen versuchen.

Bei einseitigen Platinen führt die Prüfung auf Lötbrücken im Durchlicht schneller zum Ziel als mit einer Lupe im Auflicht. Beispiel in der nachfolgenden Abbildung 3 an einem ATmega32 TQFP mit einer Pinbreite von 0,4 mm, Pinabstand 0,8 mm. Hier sind auch die Grenzen des Lasertoner-Transfers zu erkennen: die Kanten der 0,5 mm breiten Bahnen fransen beim Ätzen schon leicht aus.

ATmega32 (SMD) im Durchlicht

Abb. 3: Prüfung auf Lötbrücken im Durchlicht

Zur Bestückung muss die Platine waagerecht sein, insbesondere bei runden MELF-Dioden. Die rollen nur zu gerne davon. Das Bauteil wird mit der Pinzette positioniert und anschließend mit der Wäscheklammer fixiert, so dass ein Lötpad für den Lötkolben zugänglich ist.

Platinenbestückung-Teil 1

Abb. 4: Bestückung der oberen Hälfte im Uhrzeigersinn, von links beginnend.

Zuerst werden die Bauteile verlötet, die am weitesten vom oberen Rand entfernt, aber noch in Reichweite der Wäscheklammer liegen. Das zu verlötende Bauteil liegt unter der Spitze der Wäscheklammer. Unter der Wäscheklammer liegt noch kein weiteres Bauteil.
Das Bauteil wird an einem Ende, hier links, verlötet. Nach Entfernen der Wäscheklammer wird das zweite Bauteilende verlötet.

Platinenbestückung - Teil 2

Abb. 5: Einmal die Runde fast rum.

Der IC wird unter der Wäscheklammer auf die Lötpads ausgerichtet und an einem Pin, hier links oben, angelötet. Nach Entfernen der Wäsche­klammer wird der diagonal gegenüber liegende Pin, ggf. nach geringfügiger Korrektur der Ausrichtung, verlötet, dann die restlichen Pins. Bei SMD-IC und -Transistoren hat sich bewährt, die Lötspitze etwa 1mm vor den Beinchen auf die Leiterbahn zu halten und das Lötzinn dazwischen zuzugeben. Das geschmolzene Lötzinn läuft dann von alleine infolge des Kapillareffektes unter das Beinchen. Es reicht eine winzige Menge Lötzinn.

Auch hier wird von der Platinenmitte nach unten so bestückt, dass unter der Wäsche­klammer noch kein Bauteil liegt. Die Reihenfolge macht's.

Es geht aber auch ohne Wäscheklammer. Dazu wird ein Lötpad verzinnt. Nun mit einer Pinzette und ruhiger Hand das Bauteil vor dem verzinnten Lötpad positionieren, die Verzinnung mit dem Lötkolben zum Schmelzen bringen und sogleich das Bauteil auf das Pad schieben. Eventuell die Ausrichtung noch einmal mit Erhitzen der Lötstelle korrigieren. Der Rest lässt sich dann freihändig löten.

Platine bestückt

Abb. 6: Die fertig bestückte Platine.

Bei den wenigen bedrahteten Bauteilen, 2 Trimmer, 1 Tantal-Elko (blau) und ein Becher-Elko (rechts), werden die Beinchen nach außen gebogen und passend zum Lötpad zugeschnitten.
Die Steckerleisten werden von der Rückseite her durch die Bohrungen geführt und auf der Lötseite verlötet.
Bei doppelseitig kaschierten Platinen, Rück­seite als Massefläche, müssen die rückseiti­gen Bohrlöcher mit einem 4mm-Bohrer ge­senkt werden. Diese Platine ist einseitig.

Das Modul funktionierte übrigens auf Anhieb dank einiger Vorversuche und Optimierungen be­stimmter Schaltungsteile auf einer Lochrasterplatte mit bedrahteten Bauteilen. Dieses war das letzte Modul, das - bis auf die noch zu entwickelnde PA - aus dem RX einen TRX machen sollte.

Grenzen der Methode bei IC

Wie oben schon angedeutet, bei der Bauform MSOP, in diesem TRX ein Dynamikkompressor SSM2167 von Analog Devices, war das eben noch Machbare erreicht, sowohl von der Auflösung des Laserdruckers für die Leiterbahnbreite 0,3 mm bei einem Pin-Abstand von 0,5 mm als auch von der Lötmethode her. Das habe ich mit der 0,4 mm Lötspitze nicht hinbekommen. Lötbrücken waren die Folge, die auch mit Entlötlitze nicht mehr zu beheben waren. Das IC wurde mit der nachfolgend beschriebenen Methode ausgelötet. Nach vorsichtigem Wiederausrichten der Pins mit einer spitzen Pinzette habe ich das Teil noch einmal eingelötet, allerdings anders als vorher. Bei dem Preis war es mir den Versuch wert.

Andere Lötmethode:
Nach dem Entfernen überschüssigen Lötzinns von den Lötpads mit einer Entlötpumpe aus dem o.g. missglückten Versuch mit dem SSM2167 wurde mit einem angespitzten Streichholz sehr vorsichtig SMD-Lötpaste aufgetragen. Mit einem weiteren angespitzten Streichholz wurden anschließend die Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen gereinigt. Nach akribischem Auflegen ohne Verschieben über die Lötpads und Fixieren mit der Wäscheklammer erfolgte das Löten mit einer Lötnadel. Hat funktioniert. Anschließende Messungen ergaben, dass der IC tadellos ging. Glück gehabt.

Vielleicht war es nur Zufall, dass die damals fabrikfrische Lötnadel so gut funktionierte. Beim nächsten Versuch mit einem 44-Pin SMD-ATMEL-Controller war mit der wackeligen Lötspitze kein Staat mehr zu machen. Die Lötstation mit 0,4 mm Lötspitze war dann eindeutig die bessere Wahl.

Eine reich bebilderte Anleitung zum Löten solcher Winzlinge (Anleitung zum Löten von SMD-ICs mit 0.5 mm Pin Abstand) zeigt DG4RBF (http://www.dg4rbf.de).

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