Grabstein-Effekt beim SMD-Löten - wie vermeidet man ihn?

Was verursacht den Grabstein-Effekt?

Der Grabstein-Effekt (englisch Tombstoning oder Manhattan-Effekt) entsteht, wenn die beiden Anschlüsse eines zweipoligen SMD-Bauteils zeitlich versetzt aufschmelzen. Die Oberflächenspannung des zuerst flüssigen Lotes zieht das Bauteil nach oben, das andere Pad hebt vom Board ab und der Chip stellt sich wie ein Grabstein senkrecht auf.

Ursache ist immer eine unsymmetrische Benetzungskraft: Ein Pad wird flüssig, während das gegenüberliegende noch pastös ist. Betroffen sind vor allem kleine, leichte Chip-Bauteile der Baugrössen 0402, 0201 und 01005, weil ihr Gewicht das Kippmoment kaum ausgleicht.

• Ungleiche Wärmekapazität der Pads, etwa eine breite Massefläche an nur einem Anschluss.
• Unterschiedliche Pastenmenge oder versetzte Bestückung auf den beiden Pads.
• Zu schneller Temperaturanstieg, sodass die Pads nicht gleichzeitig aufschmelzen.
• Verunreinigte oder unterschiedlich benetzbare Anschlussflächen des Bauteils.

Wie beugt das Pad- und Schablonen-Design vor?

Symmetrie ist die wichtigste Gegenmassnahme. Beide Pads müssen thermisch gleich angebunden sein und die gleiche Lotmenge erhalten. Als Grundlage dient das Land-Pattern nach IPC-7351, das für jede Baugrösse geprüfte Pad-Geometrien liefert.

Führt eine Leiterbahn oder Massefläche nur an ein Pad, wirkt dieses als Kühlkörper und schmilzt später. Binden Sie breite Kupferflächen über Thermal-Reliefs an, damit beide Anschlüsse gleich schnell die Liquidustemperatur erreichen.

Welche Rolle spielen Pastenmenge und Reflow-Profil?

Zu viel Paste erhöht die Oberflächenspannung und damit das Kippmoment, zu wenig führt zu unvollständiger Benetzung. Entscheidend ist eine gleichmässige, seitengleiche Depotmenge und ein Reflow-Profil, das beide Pads nahezu zeitgleich über die Liquidustemperatur bringt.

Ein moderater Anstieg von etwa 1 bis 3 K/s und eine ausreichende Soak-Zone von 60 bis 120 s bei rund 150 bis 200 °C gleichen Temperaturunterschiede auf der Baugruppe aus. Bei bleifreiem SAC305-Lot liegt die Peak-Temperatur typisch bei 235 bis 245 °C, die Zeit über Liquidus (217 °C) bei 45 bis 90 s.

• Schablonendicke und Apertur an die Baugrösse anpassen, für 0201 oft 0,10 bis 0,12 mm Folie.
• Bestückgenauigkeit prüfen, Ziel ist ein zentrierter Chip mit maximal ±0,05 mm Versatz.
• Stickstoff-Reflow kann die Benetzung verbessern, verstärkt bei aggressivem Profil aber das Aufschwimmen.
• Reflow-Profil mit Messfahrt (Thermoprofil) auf der realen Baugruppe verifizieren.

Häufige Fragen