2. Geschichte der Normung von Anschlussflächen
Ausgangspunkt für die Standardisierung von Anschlussflächen waren verschiedene Publikationen von Bauteilherstellern für SMD-Bauteile, z. B. Valvo SMD Technologie, Bauelemente, Bestückung, Verarbeitung, 1987
2.1 IPC-782 Surface Mount Design and Land Pattern Standard
Als erster Standard wurde 1987 vom IPC die IPC-782 publiziert die sowohl die Regeln für die Dimensionierung von Anschlussflächen wie auch grundlegende Anforderungen an das Design von Leiterplatten enthielt. Im August 1993 erschien Revision A, im Oktober 1996 das Amendment 1 und im April 1999 das Amendment 2 zur IPC-782. Grundlegendes Prinzip der IPC-782 war eine Addition von Toleranzen was zu sehr großen Anschlussflächen führt, so dass sich dieser Standard in Europa nie richtig durchsetzen konnte. IPC-782 geht von einer Leiterplattenfertigungstoleranz von 0.2mm und einer Platzierungstoleranz von ebenfalls 0.2mm aus.
2.2. IEC 61188-5 Reihe Printed boards and printed board assemblies – Design and use
Etwa eine Dekade später wurde in der IEC Normenwelt eine Reihe von Anschlussflächenstandards veröffentlich, die hinsichtlich der Anforderungen weitgehend der IPC 782A mit den Amendments 1 und 2 entspricht.
Allerdings wurde hier das Konzept der 3 Dichteklassen mit Maximum – Median – Minimum Dimensionen eingeführt.
Ein weiterer Grundgedanke im Hintergrund war wohl die Annahme, dass mehr Lot auch zu zuverlässigeren Lötstellen führen würde.
Die IEC 61188-5 Reihe besteht im Einzelnen aus den folgenden Normen.
IEC 61188-5-1:2002
Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 5-1: Attachment (land/joint) considerations - Generic requirements
Publikation im Juli 2002 mit Unterstandards für bestimmte Bauformen in den folgenden Jahren:
IEC 61188-5-2:2003
Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 5-2:
Attachment (land/joint) considerations - Discrete components
IEC 61188-5-3:2007
Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 5-3: Attachment (land/joint) considerations - Components with gull-wing leads on two sides
IEC 61188-5-4:2007
Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 5-4: Attachment (land/joint) considerations - Components with J leads on two sides
IEC 61188-5-5:2007
Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 5-5: Attachment (land/joint) considerations - Components with gull-wing leads on four sides
IEC 61188-5-6:2003
Printed boards and printed board assemblies - Design and use - Part 5-6: Attachment (land/joint) considerations - Chip carriers with J-leads on four sides
IEC 61188-5-8:2007
Printed board and printed board assemblies - Design and use - Part 5-8: Attachment (land/joint) considerations - Area array components (BGA, FBGA, CGA, LGA)
Das Gültigkeitsdatum (Stability Date) für diese gesamte Normenreihe wurde 2017 nochmal um 3 Jahre auf 2020 verlängert.
Abbildung 1 zeigt die Anschlussflächen für einen Kondensator der Bauform 0402 auf IEC Anschlussflächen der mittleren Größe.
Abbildung 2 zeigt die Erklärung zu den Maßen die sich dann auch in der Tabelle in Abbildung 3 wiederfinden.
C = Abstand der Anschlussflächenmitten
G = innerer Abstand der Anschlussflächen
X = Anschlussflächenbreite
Y = Anschlussflächenlänge
Z = Äußere Ausdehnung der Anschlussflächen
Abbildung 3 zeigt beispielhaft die entsprechenden Tabellen aus der IEC 61188-5-2 für maximale und mittlere Anschlussflächen von Chip-Bauteilen der Bauformen 0402 (1005 metrisch) bis 2220 (5750 metrisch). Es ist deutlich zu erkennen, dass diese für Reflowlötprozesse viel zu groß sind. Daher sollten die Vorgaben aus den IEC Standards für neue Designs und Bibliotheken nicht verwendet werden!
2.3. IPC-7351 Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard
IPC publizierte im Februar 2005 die erste Ausgabe der IPC-7351 als Nachfolger der IPC-782 und übernahm dabei die Density Level der IEC 61188- Reihe. Bereits im Februar 2007 wurde Rev. A publiziert und mit einem Land Pattern Calculator von PCB Libraries kombiniert. Dabei wurden für die Leiterplattenfertigungstoleranz ein reduzierter Wert von 0.1mm angenommen, während für die Platzierungstoleranz weiter 0.2mm benutzt wurde.
Die IPC-7351 enthält implizit analog zu den IEC-Standards eine weiterführende Nummerierung von Standards zu Bauteilfamilien (IPC-7352 bis IPC- 7359). Es kann vermutet werden, dass die später als eigene Standards publiziert werden sollten. Dieser Gedanke wurde aber anscheinend später aufgegeben.
IPC-7351B von Juni 2010 reduziert im Berechnungsmodell die Fertigungstoleranz auf 0.1mm und die Platzierungstoleranz auf 0.05mm.
In den Beispielrechnungen werden beide Toleranzpaare verwendet. Dem Verfasser ist scheinbar bereits bewusst gewesen, dass diese Toleranzen in vielen Fällen zu große Anschlussflächen ergaben. Daher wurde der folgende, häufig wohl übersehene, Hinweis in die Revision B der IPC-7351 eingefügt.
”For example, many printed board fabricators will compensate for etch factors and increase or “swell” land features. In such instances, the combination of etch factor compensation by the printed board fabricator and the IPC-7351 default “F” tolerance results in what can be described as “double etch compensation” where the land size is increased beyond expectation. In these instances, the fabrication tolerance in the “Calculator Settings” menu of the IPC-7351 LP Calculator should be set to 0.0 mm.”
In der deutschen Ausgabe lautet dieser Hinweis folgendermaßen: „Beispielsweise kompensieren viele Leiterplattenhersteller die Ätzfaktoren, indem sie die Anschlussflächen-Bilder vergrößern. In diesen Fällen führt die Kombination aus Ätzfaktor-Kompensation durch den Leiterplattenhersteller und Standard-„F“- Toleranz der IPC-7351 zu einer Art „doppelter Ätzfaktor- Kompensation“, wodurch sich die Anschlussfläche über das zu erwartende Maß vergrößert. Dann sollte die Fertigungstoleranz im „Calculator Settings“- Menu des IPC-7351 LP Calculators auf 0,0 mm gesetzt werden.“
Tabelle 3-6 aus der IPC-7351B dient hier als Beispiel für die derzeit gültige Tabelle zur Dimensionierung von Anschlussflächen für die Bauformen kleiner metrisch 1608 (0603) für die 3 Dichteklassen. Hervorgehoben die Maße für die Bauform 0402 (metrisch 1005), da diese Bauform in den Beispielen verwendet wird.
Diese Zahlenwerte können aber nicht direkt für die Berechnung verwendet werden, sondern sollen als Input für den mitgelieferten Calculator dienen. Somit muss die tatsächliche Größe der Anschlussfläche mit dem IPC-7351 Calculator ermittelt werden.
Im Gegensatz dazu sind in den aktuellen IEC Standards Dimensionstabellen für die verschiedenen Bauteiltypen vorhanden, aus denen die Maße direkt für die Dimensionierung von Anschlussflächen übernommen werden können. Da seit der Publikation die Toleranzen nie angepasst wurden ergeben sich im Vergleich zu IPC-7351 noch größere Anschlussflächen, so dass die Verwendung der IEC Standards heute nicht mehr empfohlen werden kann.
