Fertigungstechnologien und deren Eigenschaften
               

 

4. Surface mounted Devices / Tecnology (SMD/SMT)

Diese Technologie hat zunächst drei grundsätzliche Prinzipien:

streng genormte Toleranzen der Bauelemente
automatengerechte Bauelemente
hermetisch gekapselte Bauteile

Somit ist diese Technologie optimal für die automatische Fertigung von Schaltungen ausgelegt. Der grundsätzliche Aufbau der Bauteile ist in folgender Schnittzeichnung dargestellt:

Das eigentliche Bauelement, hier beispielshaft ein Widerstand, ist rundum von einem Keramikkörper umgeben. Der Kontakt zum Widerstand wird von zwei Bleikappen hergestellt, die auch den Keramikkörper abschließen. Ein solches Bauteil ist optimal gegen mechanische, chemische und thermische Belastungen geschützt. Diese Bauteile haben Baugrößen die z.T. deutlich unter einem Millimeter liegen. Somit sind auf der einen Seite kompakte und komplexe Schaltungen mit hohen Bauteildichten möglich, auf der anderen Seite ist aber eine manuelle Bestückung gar nicht mehr möglich. Wenn aber eine manuelle Bestückung nicht möglich ist, dann ist natürlich auch keine Reparatur innerhalb der Platinen mehr möglich. Allerdings sind die Ausfallraten derart niedrig, sie werden in ppm (part per million) bemessen,so dass dieser Nachteil unbedeutend ist.
Die Vorteile der automatischen Fertigung liegen auf der Hand: einmal niedrige Fertigungskosten, aber was wichtiger ist: deutlich geringere Ausfallraten und eine hohe Lebensdauer. Die Einbaubedingungen bestimmen Ausfallraten und Lebensdauer ganz erheblich. Die automatische Plazierung der Bauelemente garantiert höchstmögliche Präzision bei schonendster Behandlung. Besonders der Lötvorgang ist entscheidend, hier wird das Bauteil auf ca. 240°C aufgewärmt. Die Energiezufuhr ist dabei immer eine Funktion der Lötdauer. Bei einer automatischen Lötung können die Lötbedingungen optimiert werden und konstant in der Fertigung angewandt werden.

Der Aufbau auf die Platine geschieht wie folgt:

 

Dies ist die Platine (Basismaterial grüner Teil, z.B. Epoxydglasharzgewebe) die Leiterbahnen sind in der Schnittzeichnung rot gekennzeichnet.

 

Per Siebdruck wird nun eine Lotpaste aufgetragen. Diese Paste besteht aus SnPb60/40 (Lötzinn) in pulverisierter Form und als Flux (zum Reinigen der Oberfläche) Kolophonium, sowie einem Lösungsmittel. Die Konsistenz dieses Aufdruckes entspricht ungefähr dem eines Tesafilmes.

 

In Fällen besonderer mechanische Belastung wird nun ein Tropfen Epoxyd-Kleber aufgebracht. Dies wird bei Hörgeräten allerdings kaum gemacht, da die Bauelemente eine derart geringe Masse besitzen, dass diese Maßnahme überflüssig ist.

 

Nun wird das Bauteil automatisch aufgesetzt.

 

Der Kleber härtet aus und nun kann die bestückte Platine verlötet werden. Das verlöten erfolgt mittels Schwallbad-, Reflow-, Induktions- oder Bügellöten.

Die Bestückung erfolgt voll automatisch :

 

 

Das wichtigste Teil der automatischen Bestückung ist dieser Bestückungskopf. Er ist in der Lage Bauteile von der Größe 1/10mm bis zu etlichen Millimetern aufzunehmen. Ein Stempel arretiert das Bauelement, die Greifzangen packen es, dann wird der Kopf auf der Platine positioniert, das Bautel durch den Stempel fest angedrückt und dann losgelassen. Das Bauteil klebt nun auf dem Flux und dem Epoxydkleber.

Entscheidend für die Herstellung der SMT Platinen ist dieser Bestückungsautomat. Die Platinen werden von rechts der Bestückungsstrecke zugeführt. Ein oder mehrere Bestückungsköpfe entnehmen die Bauteile den Magazinen oder Bauteilgurten und positionieren sie auf der Platine In der Mitte des Automaten erfolgt die Verlötung und auf der linken Seite erfolgt dann die automatische Kontrolle der fertigen Platinen.

Die gesamte Steuerung der Bestückung erfolgt durch einen Computer. Er hat alle Bauteilangaben und Positionen für eine Vielzahl von Schaltungen gespeichert. Es ist so möglich, kleinste Stückzahlen mit den gleichen Kosten zu produzieren wie große Stückzahlen. Somit ergibt sich die Möglichkeit der auftragsgesteuerten Fertigung bei minimalster Lagerhaltung.

Die SMD/SMT ist somit die ökonomischste Fertigungstechnologie bei gleichzeitig höchster Fertigungsqualität.

 

Bilder aus der Praxis

 

Hier eine etwas ältere Platine, links vor und rechts nach der Bestückung.

 

Dies ist eine typische Hörgeräteplatine. Der gesamte Bildausschnit hat eine Größe von 9x6mm.

 

Ein kompletter Verstärker des Gerätes Stratos aus den späten 80er Jahren. Der Bildausschnitt beträgt 60x26mm.

Abschließend das Bild eines digitalen High End Gerätes :

Das Raster beträgt 1cm. Die wenigen diskreten Bauteile haben Abmessungen die z.T. unter 1mm liegen. Die Abstände der Kontakte des DSP liegen im Bereich kleine 0.1mm. Dies sind typische Abmessungen bei modernen Hörgeräten. Ohne eine voll automatische Fertigung wären diese Geräte nicht mehr herzustellen.