STUDIE ZU KOPLANARITÄT UND SCHABLONENDICKE
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- Hansl Stein
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2 STUDIE ZU KOPLANARITÄT UND SCHABLONENDICKE Die Anforderungen an die Koplanarität können bei den meisten Steckverbindern auf einen Höchstwert von 0,15 mm begrenzt werden, wenn eine 0,10-mm-Schablone eingesetzt wird. Das Ergebnis sind geringere Kosten für den Kunden und mehr Steckverbinderoptionen für eine größere Vielfalt an Lösungen. ZWECK Nachweis, das oberflächenmontierte (SMT) Steckverbinder mit einer spezifizierten maximalen Koplanaritätsabweichung von 0,15 mm erfolgreich mit einer 0,10-mm-Schablone mit optimierten Öffnungen gelötet werden können. Samtec und Phoenix Contact haben duale Studien durchgeführt. FAZIT Es konnte nachgewiesen werden, dass SMT-Steckverbinder mit einer maximalen Koplanaritätsabweichung von 0,15 mm erfolgreich unter Verwendung einer 0,10-mm-Schablone mit optimal ausgeführten Öffnungen gelötet werden können. Von Samtec und Phoenix Contact wurden insgesamt 135 Steckverbinder mit einer 0,10-mm-Schablone mit optimal ausgeführten Öffnungen gelötet, und alle haben und die Akzeptanzkriterien gemäß IPC-J-STD-001 Class 2 für eine 100%-ige Ausbeute erfüllt. Auf Grundlage der Studien, können die Anforderungen an die Koplanarität bei den meisten Steckverbindern auf einen Höchstwert von 0,15 mm begrenzt werden, wenn eine 0,10-mm-Schablone eingesetzt wird. Das Ergebnis sind geringere Kosten für den Kunden und mehr Steckverbinderoptionen für eine größere Vielfalt an Lösungen. ANWENDUNGSBEREICH Die Interconnect Processing Group (IPG) von Samtec lötete 3 Steckverbinderbaureihen mit einer 0,15-mm-Schablone mit 1:1-Öffnungen (Öffnung und Pad haben gleiche Form und Maße) und zwei 0,10-mm-Schablonenausführungen mit erweiterten Öffnungen. Phoenix Contact führte eine ähnliche Studie mit einer 0,10-mm-Schablone mit erweitert ausgeführten Öffnungen durch, die Samtec als optimal betrachtet hat. Die Steckverbinder wurden gefertigt, vermessen und anschließend sortiert, um einen für diese Studie geeigneten Koplanaritätsbereich zu finden (0,10 mm bis 0,15 mm). GEPRÜFTE TEILENUMMERN: FTSH F-DH-A MMT S-DH-A TSM L-DH-A ERGEBNISSE BESTANDEN (Siehe Diagramme auf den Seiten 6 bis 11) Folgende Prüfmuster haben per Sichtprüfung mindestens die Akzeptanzkriterien gemäß IPC-J-STD-001 Class 2 erfüllt: 4 Prüfmuster jeder Teilenummer wurden bei Samtec unter Verwendung einer 0,15-mm-Schablone mit 1:1-Öffnungen gelötet. 17 FTSH-, 15 MMT- und 19 TSM-Prüfmuster wurden bei Samtec unter Verwendung einer 0,10-mm-Schablone mit optimiertem Überdruck gelötet (Schablonenausführung SP1D; siehe Diagramm auf Seite 4). 28 FTSH-, 28 MMT- und 28 TSM-Prüfmuster wurden bei Phoenix Contact unter Verwendung einer 0,10-mm- Schablone mit optimiertem Überdruck gelötet (Schablonenausführung SP1D; siehe Diagramm auf Seite 4). NICHT BESTANDEN (Siehe Seite 12) 2 5 FTSH-, 6 MMT- und 6 TSM-Prüfmuster wurden bei Samtec mit einer 0,10-mm-Schablone mit suboptimalen Öffnungen gelötet (Schablonenausführung SP1C; siehe Diagramm auf Seite 4). Mindestens 1 Prüfmuster jeder Teilenummer hat die Prüfung nach IPC-J-STD-001 wegen offener Lotverbindungen und/oder unzureichend ausgebildeter Kehlen nicht.
3 BEDINGUNGEN (Sowohl Samtec als auch Phoenix Contact haben mit folgenden Parametern gearbeitet) Montagewerkstoffe, Ausstattung und Kammermedium ART BESCHREIBUNG ANMERKUNG Leiterplatte PCB IPG-XX 2,36 mm (0,093") Leiterplattendicke Schablone Steckverbinder PCB IPG-XX-00X-SP1X FTSH F-DH-A MMT S-DH-A TSM L-DH-A 1,27 mm (.050") Rastermaß, zweireihige Mikro-Stiftleiste, horizontal 2,00 mm (0,0787") Rastermaß, zweireihige SMT-Stiftleiste, horizontal 2,54 mm (0,100") Rastermaß, zweireihige SMT-Stiftleiste, horizontal Lotpastenlegierung SAC 305 Bleifrei, No-Clean-Ausführung Schutzatmosphäre Stickstoff < 3000 ppm EVALUATIONSPRÜFUNG Samtec Wärmeprofil PWI = 71 % Max. Aufheizgradient Haltezeit ºC Zeit über Liquidus 217 ºC Maximale Temperatur MMT 1,44-41 % 68,77-71 % 74,94 45 % 245,73-14 % TSM 1,48-36 % 69,15-70 % 76,13 50 % 245,60-15 % FTSH 1,42-44 % 68,95-70 % 75,07 46 % 245,92-13 % Leiterplatte 1,55-27 % 69,24-69 % 75,47 47 % 248,73 10 % DELTA 0,13 0,47 1,19 3,13 3
4 SAMTEC PROFILBOARD SCHABLONENDATEN FTSH Schablone Reihe Breite Öffnung Länge Öffnung Lotmenge % der empfohlenen Menge PCB IPG-XX-006-SP1A (Standardausführung 0,15 mm (0,006")) PCB IPG-XX-004-SP1C (Ausführung mit 0,10 mm (0,004")) PCB IPG-XX-004-SP1D (Opt. Ausführung 0,10 mm (0,004")) Innen 0,76 mm (030") 2,03 mm (080") 0, Außen 0,76 mm (030") 2,03 mm (080") 0, Innen 0,76 mm (030") 2,79 mm (110") 0, Außen 0,76 mm (030") 2,79 mm (110") 0, Innen 0,97 mm (038") 2,84 mm (112") 0, Außen 0,97 mm (038") 2,84 mm (112") 0, MMT Schablone Reihe Breite Öffnung Länge Öffnung Lotmenge % der empfohlenen Menge PCB IPG-XX-006-SP1A (Standardausführung 0,15 mm (0,006")) PCB IPG-XX-004-SP1C (Ausführung mit 0,10 mm (0,004")) PCB IPG-XX-004-SP1D (Opt. Ausführung 0,10 mm (0,004")) Innen 1,02 mm (040") 2,59 mm (102") 0, Außen 1,02 mm (040") 2,29 mm (090") 0, Innen 1,02 mm (040") 3,10 mm (122") 0, Außen 1,02 mm (040") 2,79 mm (110") 0, Innen 1,52 mm (060") 3,10 mm (122") 0, Außen 1,52 mm (060") 2,79 mm (110") 0, TSM Schablone Reihe Breite Öffnung Länge Öffnung Lotmenge % der empfohlenen Menge PCB IPG-XX-006-SP1A (Standardausführung 0,15 mm (0,006")) PCB IPG-XX-004-SP1C (Ausführung mit 0,10 mm (0,004")) PCB IPG-XX-004-SP1D (Opt. Ausführung 0,10 mm (0,004")) Innen 1,27 mm (050") 3,18 mm (125") 0, Außen 1,27 mm (050") 3,18 mm (125") 0, Innen 1,70 mm (067") 3,56 mm (140") 0, Außen 1,70 mm (067") 3,56 mm (140") 0, Innen 1,91 mm (075") 3,81 mm (150") 0, Außen 1,91 mm (075") 3,81 mm (150") 0,
5 OPTIMIERTE SCHABLONENAUSFÜHRUNG 0,10 mm (0,004") Trotz der leichten Überdruckung der Lotpaste sind keine Lotkugelbildungen aufgetreten. SP1D Schablone mit Überdruck (FTSH) 2,84 mm (0,112" 2,03 mm (0,080") SMT-Pad 2,84 mm (0,112" 2,03 mm (0,080 0,25 mm (0,010") 0,30 mm (012") SP1D Schablone mit Überdruck (MMT) 3,09 mm 2,54 mm (0,122") (0,100") SMT-Pad 2,80 mm 2,29 mm (0,110") (0,090") 0,56 mm (0,022") 0,48 mm (019") SP1D Schablone mit Überdruck (TSM) 3,81 mm (0,150") 3,18 mm (0,125") 0,44 mm (0,018") SMT Pad 3,81 mm (0,150 ) 3,18 mm (0,125") 0,25 mm (0,010") 0,64 mm (0,025") 5
6 FTSH VERARBEITUNGSERGEBNISSE 1,27 mm (.050") Rastermaß, zweireihige Mikro-Stiftleiste, horizontal Muster-ID SAMTEC VERARBEITUNGSERGEBNISSE Koplanarität 10 0,124 mm (0,0049") Ausführung Schablonendicke Schablonendicke Ergebnis 4 0,132 mm (0,0052") 0,15 mm SP1A 45* (0,006" ) 41 0,152 mm (0,0060") 13 0,112 mm (0,0044") 5** nicht 12 SP1C 0,140 mm (0,0055") ,152 mm (0,0060") nicht 33 0,097 mm (0,0038") 39 0,107 mm (0042") 37 0,112 mm (0,0044") 31 0,117 mm (0,0046") 14 0,119 mm (0,0047") ,127 mm (0,0050") 0,10 mm (0,004" ) ,137 mm (0,0054") SP1D 26 0,140 mm (0,0055") 3 0,142 mm (0,0056") 8 0,147 mm (0,0058") ,150 mm (0,0059") 38* 189* 0,152 mm (0,0060") Muster-ID PHOENIX CONTACT VEARBEITUNGSERGEBNISSE Koplanarität Ausführung Ergebnis 34 0,102 mm (0,0040") 204 0,109 mm (0,0043") 102 0,114 mm (0,0045") ,117 mm (0,0046") 111 0,119 mm (0,0047") ,124 mm (0,0049") 116 0,127 mm (0,0050") 59 0,130 mm (0,0051") 142 0,132 mm (0,0052") SP1D 0,10 mm (0,004" ) 0,137 mm (0,0054") ,140 mm (0,0055") ,142 mm (0,0056") ,147 mm (0,0058") ,150 mm (0,0059") 178 < 0,102 mm (0,0040") 0,117 (0,0046") 0,127 mm (0,0050") 0,142 (0,0056") 0,152 mm (0,0060") 0,102 (0,0040") 0,114 mm (0,0045") 0,130 (0,0051") 0,140 mm (0,0055") > 0,152 mm (0,0060") *Siehe Bilder Seite 6-7 ** Siehe Bild Seite 12 FTSH Samtec Muster 45 (Innere Reihe) Koplanarität 0,15 mm (0,006") SP1A Schablone FTSH Samtec Muster 45 (Äußere Reihe) Koplanarität 0,15 mm (0,006") SP1A Schablone FTSH Samtec Muster 189 (Innere Reihe) 0,152 mm (0,0060") Koplanarität 6
7 FTSH-KOPLANARITÄT (STECKVERBINDER GELÖTET MIT SP1D-SCHABLONE 0,10 mm (0,004")) GELÖTET BEI SAMTEC GELÖTET BEI PHOENIX CONTACT 0,097 mm (0,0038") 0,102 mm (0,0040") 0,107 mm (0,0042") 0,109 mm (0,0043") 0,112 mm (0,0044") 0,114 mm (0,0045") 0,117 mm (0,0046") 0,114 mm (0,0045") 0,119 mm (0,0047") 0,117 mm (0,0046") 0,127 mm (0,0050") 0,119 mm (0,0047") 0,124 mm (0,0049") 0,137 mm (0,0054") 0,127 mm (0,0050") 0,140 mm (0,0055") 0,130 mm (0,0051") 0,142 mm (0,0056") 0,132 mm (0,0052") 0,147 mm (0,0058") 0,147 mm (0,0058") 0,150 mm (0,0059") 0,150 mm (0,0059") 0,150 mm (0,0059") 0,137 mm (0,0054") 0,152 mm (0,0060") 0,137 mm (0,0054") 0,140 mm (0,0055") 0,140 mm (0,0055") 0,142 mm (0,0056") 0,142 mm (0,0056") 0,147 mm (0,0058") 0,147 mm (0,0058") 0,147 mm (0,0058") 0,150 mm (0,0059") 0,150 mm (0,0059") 0,178 mm (0,0070") 0,152 mm (0,0060") 0,127 mm (0,0050") 0,102 mm (0,0040") 0,076 mm (0,0030") 0,051 mm (0,0020") 0,025 mm (0,0010") 0,000 mm (0,0000") FTSH Samtec Muster 189 (Äußere Reihe) 0,152 mm (0,0060") Koplanarität FTSH Samtec Muster 38 0,150 mm (0,0059") Koplanarität FTSH Phoenix Contact Muster (Repräsentativ) 0,10 mm (0,004") SP1D Schablone 7
8 MMT VERARBEITUNGSERGEBNISSE 2,00 mm (0,0787") Rastermaß, zweireihige SMT-Stiftleiste, horizontal Muster-ID SAMTEC VERARBEITUNGSERGEBNISSE Koplanarität 75 0,109 mm (0,0043") Ausführung Schablonendicke Ergebnis 83 0,124 mm (0,0049") 0,15 mm SP1A 21* 0,130 mm (0,0051") (0,006") 26 0,142 mm (0,0056") 9 0,112 mm (0,0044") ,130 mm (0,0051") SP1C ** nicht 77 0,150 mm (0,0059") 13 0,099 mm (0,0039") 127 0,102 mm (0,0040") 128 0,107 mm (0042") 155 0,114 mm (0,0045") 11 0,119 mm (0,0047") 0,10 mm (0,004") ,124 mm (0,0049") SP1D 37 0,127 mm (0,0050") ,132 mm (0,0052") ,137 mm (0,0054") 82* 0,142 mm (0,0056") 139* Muster-ID PHOENIX CONTACT VEARBEITUNGSERGEBNISSE Koplanarität 108 0,102 mm (0,0040") Ausführung Schablonendicke Ergebnis 61 0,104 mm (0,0041") 7 0,107 mm (0042") 144 0,109 mm (0,0043") 76 0,112 mm (0,0044") 36 0,114 mm (0,0045") ,117 mm (0,0046") ,119 mm (0,0047") ,10 mm SP1D 20 (0,004") ,124 mm (0,0049") 50 0,130 mm (0,0051") < 0,102 mm (0,0040") 0,117 (0,0046") 0,127 mm (0,0050") 0,142 (0,0056") 0,152 mm (0,0060") 0,102 (0,0040") 0,114 mm (0,0045") 0,130 (0,0051") 0,140 mm (0,0055") > 0,152 mm (0,0060") *Siehe Bilder Seite 8-9 ** Siehe Bild Seite 12 MMT Samtec Muster 21 (Innere Reihe) 0,130 mm (0,0051") Koplanarität 0,15 mm (0,006") SP1A Schablone MMT Samtec Muster 21 (Äußere Reihe) 0,130 mm (0,0051") Koplanarität 0,15 mm (0,006") SP1A Schablone MMT Samtec Muster 139 (Innere Reihe) 0,142 mm (0,0056") Koplanarität 8
9 MMT-KOPLANARITÄT (STECKVERBINDER GELÖTET MIT SP1D-SCHABLONE 0,10 mm) GELÖTET BEI SAMTEC GELÖTET BEI PHOENIX CONTACT 0,099 mm (0,0039") 0,102 mm (0,0040") 0,102 mm (0,0040") 0,104 mm (0,0041") 0,107 mm (0042") 0,107 mm (0042") 0,114 mm (0,0045") 0,109 mm (0,0043") 0,119 mm (0,0047") 0,112 mm (0,0044") 0,114 mm (0,0045") 0,114 mm (0,0045") 0,124 mm (0,0049") 0,117 mm (0,0046") 0,127 mm (0,0050") 0,117 mm (0,0046") 0,127 mm (0,0050") 0,119 mm (0,0047") 0,132 mm (0,0052") 0,119 mm (0,0047") 0,119 mm (0,0047") 0,137 mm (0,0054") 0,119 mm (0,0047") 0,142 mm (0,0056") 0,119 mm (0,0047") 0,142 mm (0,0056") 0,124 mm (0,0049") 0,130 mm (0,0051") 0,178 mm (0,0070") 0,152 mm (0,0060") 0,127 mm (0,0050") 0,102 mm (0,0040") 0,076 mm (0,0030") 0,051 mm (0,0020") 0,025 mm (0,0010") 0,000 mm (0,0000") MMT Samtec Muster 139 (Äußere Reihe) 0,142 mm (0,0056") Koplanarität MMT Samtec Muster 82 0,142 mm (0,0056") Koplanarität MMT Phoenix Contact Muster (Repräsentativ) 0,10 mm (0,004") SP1D Schablone 9
10 TSM VERARBEITUNGSERGEBNISSE 2,54 mm (0,0787") Rastermaß, zweireihige SMT-Stiftleiste, horizontal *** Muster-ID SAMTEC VERARBEITUNGSERGEBNISSE Koplanarität Ausführung Schablonendicke Ergebnis 11 0,132 mm (0,0052") 10 * 0,140 mm (0,0055") 0,15 mm 12 SP1A (0,006") 5 0,150 mm (0,0059") 73 0,127 mm (0,0050") 7** nicht 109 0,137 mm (0,0054") 29 0,140 mm (0,0055") SP1C 65 0,152 mm (0,0060") nicht 6 0,155 mm (0,0061") nicht 14 0,109 mm (0,0043") 30 0,132 mm (0,0052") ,140 mm (0,0055") 32 0,142 mm (0,0056") ,147 mm (0,0058") ,150 mm (0,0059") 35 0,10 mm 82 (0,004") 63 * 0,152 mm (0,0060") 16 SP1D ,155 mm (0,0061") 27 0,157 mm (0,0062") 3 * 0,160 mm (0,0063") 25 0,163 mm (0,0064") 2 0,170 mm (0,0067") Muster-ID PHOENIX CONTACT VEARBEITUNGSERGEBNISSE Koplanarität 112 0,104 mm (0,0041") Ausführung Schablonendicke Ergebnis 90 0,114 mm (0,0045") 87 0,117 mm (0,0046") ,124 mm (0,0049") 77 0,127 mm (0,0050") ,130 mm (0,0051") ,132 mm (0,0052") ,137 mm (0,0054") SP1D 0,10 mm 114 (0,004") 61 0,140 mm (0,0055") ,142 mm (0,0056") ,147 mm (0,0058") 26 0,150 mm (0,0059") ,152 mm (0,0060") 67 < 0,102 mm (0,0040") 0,117 (0,0046") 0,127 mm (0,0050") 0,142 (0,0056") 0,152 mm (0,0060") 0,102 (0,0040") 0,114 mm (0,0045") 0,130 (0,0051") 0,140 mm (0,0055") > 0,152 mm (0,0060") *Siehe Bilder Seite ** Siehe Bild Seite 12 TSM Samtec Muster 10 (Innere Reihe) 0,140 mm (0,0055") Koplanarität 0,15 mm (0,006") SP1A Schablone TSM Samtec Muster 10 (Äußere Reihe) 0,140 mm (0,0055") Koplanarität 0,15 mm (0,006") SP1A Schablone TSM Samtec Muster 3 (Innere Reihe) 0,160 mm (0,0063") Koplanarität 10
11 TSM-KOPLANARITÄT (STECKVERBINDER GELÖTET MIT SP1D-SCHABLONE 0,10 mm) *** GELÖTET BEI SAMTEC GELÖTET BEI PHOENIX CONTACT 0,109 mm (0,0043") 0,104 mm (0,0041") 0,132 mm (0,0052") 0,114 mm (0,0045") 0,140 mm (0,0055") 0,117 mm (0,0046") 0,140 mm (0,0055") 0,142 mm (0,0056") 0,124 mm (0,0049") 0,147 mm (0,0058") 0,127 mm (0,0050") 0,150 mm (0,0059") 0,127 mm (0,0050") 0,150 mm (0,0059") 0,130 mm (0,0051") 0,150 mm (0,0059") 0,130 mm (0,0051") 0,152 mm (0,0060") 0,132 mm (0,0052") 0,152 mm (0,0060") 0,155 mm (0,0061") 0,155 mm (0,0061") 0,137 mm (0,0054") 0,155 mm (0,0061") 0,137 mm (0,0054") 0,157 mm (0,0062") 0,137 mm (0,0054") 0,160 mm (0,0063") 0,140 mm (0,0055") 0,163 mm (0,0064") 0,140 mm (0,0055") 0,170 mm (0,0067") 0,142 mm (0,0056") 0,142 mm (0,0056") 0,142 mm (0,0056") 0,147 mm (0,0058") 0,150 mm (0,0059") 0,150 mm (0,0059") 0,152 mm (0,0060") 0,152 mm (0,0060") 0,178 mm (0,0070") 0,152 mm (0,0060") 0,127 mm (0,0050") 0,102 mm (0,0040") 0,076 mm (0,0030") 0,051 mm (0,0020") 0,025 mm (0,0010") 0,000 mm (0,0000") *** Die TSM-Prüfmuster befanden sich ursprünglich nicht im erforderlichen Koplanaritätsbereich für diese Studie (0,10 mm (0,004") bis 0,15 mm (0,006")). Die Fahnen des TSM-Steckverbinders wurden von Hand nachbearbeitet, um die Koplanarität zu erhöhen. TSM Samtec Muster 3 (Äußere Reihe) 0,160 mm (0,0063") Koplanarität TSM Samtec Muster 63 0,152 mm (0,0060") Koplanarität TSM Phoenix Contact Muster (Repräsentativ) 0,10 mm (0,004") SP1D Schablone 11
12 FEHLER: Alle Fehler sind bei Verwendung von Schablonen mit suboptimal ausgeführter Öffnung aufgetreten. FTSH Muster 5: Koplanarität, 0,10 mm (0,004") SP1C Schablone, offene Lötverbindung MMT Muster 160: Koplanarität, 0,10 mm (0,004") SP1C Schablone, unzureichende Kehlnaht TSM Muster 7: Koplanarität, 0,10 mm (0,004") SP1C Schablone, offene Lötverbindung INTERCONNECT PROCESSING GROUP Die Interconnect Processing Group (IPG) von Samtec ist eine firmeneigene Gruppe von Technikern und Ingenieuren, die eine Antwort auf alle Ihre Steckverbindungsprobleme hat. IPG unterstützt bei der Verbesserung der gesamten Herstellung und fertigungsgerechten Auslegung Ihrer Leiterplatte sowie bei der Senkung der Gesamtkosten. Wenden Sie sich gerne per direkt an IPG: Besuchen Sie samtec.com/processing und erfahren Sie mehr über die Verarbeitung von Steckverbindungen. Samtec, Inc. P.O. Box 1147 New Albany, IN 47151, USA Telefon: SAMTEC-9 ( ) Fax: Phoenix Contact 586 Fulling Mill Road Middletown, PA 17057, USA Telefon: MÄRZ 2019, SAMTEC INC.
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Subminiatur M9 IP0 Subminiatur M9 IP0 Subminiature Kabelsteckverbinder Schraubverriegelung M9 8-polig Schutzart IP0 ) Lötanschluss Durchmesser, mm Flanschsteckverbinder Schraubverriegelung M9 8-polig Schutzart
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