Bauteile

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Die Leiterplatte ist unumstritten der Dreh- und Angelpunkt eines ordentlichen Layouts. Die darauf befindlichen Bauteile sind zumindest ein weiterer ebenbürtiger Faktor – in Zusammenarbeit mit den gerouteten Leiterbahnen bestimmen sie über die Funktion der Leiterplatte. Die Bauteile selbst geben die Art und Weise der nach dem Layouten der LP notwendigen Arbeitsschritte vor. Aufbau, Form und Eigenschaften bestimmen die nachfolgend notwendigen Fertigungstechnologien. Die Herstellbarkeit einer LP, dies schließt die Bestückung ein, wird durch die Eigenschaften eines Bauteils bestimmt. Bei der Umsetzung einer LP kann man sich zwischen oberflächenmontierten Bauteilen (SMT…Surface Mount Technologie, SMD…Sourface Mounted Device), Durchstecktechnologien (THT…Through Hole Technologie) oder Mischformen beider Technologien entscheiden.
Bemerkung: Mittlerweile und immer häufiger gibt es auch in die LP integrierte Bauteile (auch in die Innenlagen eines Multilayers). Man denke ebenfalls an die Einbindung von als Leiterbahnen ausgeführten Antennen eines WLAN-Moduls oder Spulen. Die Leiterplatte selbst kann zum Bestandteil eines Bauteiles werden, wie dies beispielsweise bei Planartransformatoren Anwendung findet. Der Aufbau einer Leiterplatte kann das Abblocken der Betriebsspannung eines IC’s begünstigen, wenn man die kapazitive Wirkung zweier durch ein Dielektrikum getrennten Kupferflächen in das LP-Design einbezieht! Im folgendem werden solche „embedded devices“ (Wortschöpfung) allerdings nicht betrachtet, so dass von SMT und THT- Bauteilen gesprochen wird.
Doch dieses Kapitel betrachtet nicht die Zukunft der Leiterplatte – also zurück zum bisher noch weitaus vielfältigeren Markt der einsetzbaren Bauteile. Es ist wichtig bereits während des Projektstarts über die Bauteiltechnologie zu entscheiden und diese festzuhalten. Bei der Wahl der Technologie, darf man niemals den gesamten Fertigungsablauf aus den Augen verlieren. Beispielsweise entscheidet am Ende das Gehäuse mit dem kleinsten Anschlussraster (Pitch) über den einzuplanenden Fertigungsaufwand der gesamten Baugruppe (Lötprozesse wie Reflow, Selektivlöten, Wellenlöten, …; Bestückung; Klebepunkte für SM-Bauteile; usw.). Aus diesem Grund sollte man sich demzufolge die Auswahl bei jedem Bauteil gut überlegen und diese entsprechend nach Kategorien im Voraus planen. An dieser Stelle wäre es wohl übertrieben die bekannten Gehäusearten zu erfassen, aufzulisten und deren technischen Spezifikationen aufzuzeigen. Die Suchmaschine Ihrer Wahl leistet dabei gute Dienste. Weitere Quellen hierfür sind Hersteller der jeweiligen Produkte, Distributoren oder Datenblätter. Eine gute Auflistung findet man beispielsweise unter dem folgendem Link:
Bauteilgehäuse
Die Wahl der Bauteile hat ebenfalls Einfluß auf den Platzierungsprozess. Dabei ist nicht nur das Rastermaß oder die Pinanzahl von Interesse, um ein möglichst kompaktes Layout zu erstellen. Auch die Platzierung von Bauteilen zueinander spielt eine wichtige Rolle im Moment der Kontaktierung bzw. des Lötprozesses. Beispielsweise können bei der Wellenlötung große Bauteile kleinere von der Kontaktierung mit Lot abschatten. SMD-Pins eines IC’s (äußere Pins in jeder Reihe) können durch falsch angelegte Padgeometrien, kleine Pitchabstände, falsche Ausrichtung der IC’s zur Lotwelle oder mangelhafte Lötprozesse verbunden werden. Die Erstellung des Schaltplanes oder eines Layouts beinhaltet folglich ebenso die Entscheidung, welches Lötverfahren am Ende genutzt werden soll. Logisch ist bei beidseitiger Reflowlötung die Verwendung von zumindest einseitig mit der LP verklebten Bauteilen (Da sich diese ansonsten bei aufeinanderfolgenden Lötprozessen für Ober und Unterseite von der LP lösen würden.). Auch eine Wellenlötung ist nur bedingt anwendbar. Dies bedeutet, dass Bauteile mit kleinerer Bauform als 0603 nicht mehr durch Wellenlötung sicher (ohne Kurzschlüsse) lötbar sind. Bei Verwendung kleinerer Bauteile sollte man demzufolge rechtzeitig einen Reflowprozess einplanen.
Bedrahtete Bauteile (THT) werden zumeist durch manuelle Lötung, Wellenlötung oder auch automatische Selektivlötung kontaktiert. In der Regel sind dies Bauteile wie Klemmleisten, LP-Steckverbinder, Trafo’s, Spannungswandler oder ähnliches. Hier können entscheidende Kostenersparnisse erzielt werden. So kann eine Handbestückung und –Lötung billiger sein, als die Einrichtung eines Wellenlötprozesses (Stückzahlabhängig).
SMD-Bauteile hingegen können nur wie oben beschrieben mit entsprechendem Pitchmaß wellengelötet werden. Bei einer Mischbestückung mit THT-Bauteilen bietet es sich an, diese SMD-Bauteile auf der gegenüberliegenden Seite zu den THT-Bauteile zu platzieren. Dadurch können THT und SMT-Bauteile durch die gleiche Welle verlötet werden. Bei allen anderen SMD-Bauteilen (<0603, Ball Grid- Arrays, S- und J-Anschlüsse, bzw. unterseitig angebrachte Lötanschlüsse) muß zwangsweise Reflowlötung verwendet werden.
Bevor letztenendes mit der Erstellung des grundlegenden Schaltplanes und damit abgeschlossener Bauteilauswahl begonnen werden kann, ist nötigenfalls noch die erforderliche Bibliotheksarbeit zu erledigen. Hierfür werden alle ausgewählten und noch nicht referenzierten Bauteile in die bestehende Bibliothek aufgenommen. Als Grundlage dient hierzu meist das oder die Datenblätter der Hersteller. Vorsicht sei bei der Verwendung der Standardbibliotheken gängiger EDA-Systeme geboten. Diese orientieren sich oftmals nur an theoretischen und allgemeinen Daten. Es kann vorkommen, dass vorgefertigte Geometrien nicht jedes Bauteil optimal aufnehmen können und so zu Problemen beim Bestückungsprozess führen können. Es kann zu Kurzschlüssen, Fehlkontaktierungen, mangelhaften Lötungen, Tombstoneeffekten oder Torsionen kommen.

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