Ratgeber
Sie finden sich bevorzugt auf Boards von Mikrocontrollern oder bei Einplatinencomputern: winzige Mikroschalter, häufig eingesetzt als Taster für den Reset des Systems. Die nur wenige Millimeter großen Taster sind direkt auf die Platine gelötet, es handelt sich somit um SMD-Bauelemente.
Erfahren Sie hier, was SMD-Taster sind, wie die industrielle Montage funktioniert und worauf es bei der Beschaffung und von SMD-Tastern ankommt.
Diese Taster im Miniaturformat gehören zur Gruppe der Drucktaster. Nach dem Drücken des Betätigers – in der Regel ein leicht aus dem Gehäuse herausstehender runder Knopf – wird ein Stromkreis geschlossen und damit eine elektrische Reaktion ausgelöst. Nach dem Drücken springt der Knopf durch Federkraft wieder in seine Ausgangsposition zurück und öffnet damit den Stromkreis wieder.
Von der Funktion her unterscheidet sich ein SMD-Mikrotaster somit nicht von einem konventionellen Taster für Kleinspannung. Wesentlicher Unterschied ist die Montage.
Während übliche Mikroschalter in der Regel durch ein Loch im Gehäuse gesteckt und per Schraubverbindung fixiert werden, gibt es für Schalter zur Oberflächenmontage keinerlei Befestigungselemente. Die Lötkontakte selbst halten das Bauteil fest an seinem Platz, und zwar unmittelbar auf der Platinenoberfläche. Diese Surface Mount Technology – zu Deutsch Oberflächen-Montage-Technologie, abgekürzt SMT – hat die elektronische Fertigung revolutioniert.
Nie zuvor war es möglich, vollautomatisch und schnell Leiterplatten mit elektrischen und elektronischen Komponenten zu bestücken. Dazu mussten die Komponenten natürlich angepasst werden, was einherging mit einer teilweise extremen Verkleinerung. SMD ist die Bezeichnung für diese Bauelemente, abgekürzt Surface Mount Devices.
Da SMT und SMD die industrielle Elektronikfertigung beherrschen, hier eine kurze Einführung ist dieses Gebiet.
Die Oberflächenmontage-Technologie wurde in den 1960er Jahren entwickelt. Bis 1986 machten oberflächenmontierte Komponenten höchstens zehn Prozent des Marktes aus, gewannen aber schnell an Popularität. In den späten 1990er Jahren wurde die große Mehrheit der elektronischen High-Tech-Leiterplatten-Baugruppen von oberflächenmontierten Bauteilen dominiert.
Oft reicht die Oberflächenspannung des Lots aus, um die Bauteile auf der Platine zu halten. In seltenen Fällen lassen sich Bauteile auf der Unterseite der Platine mit einem Klebepunkt sichern. Kleber wird manchmal auch verwendet, um SMT-Bauteile auf der Unterseite einer Platine zu halten, wenn ein sogenannter Wellenlötprozess verwendet wird. Dies ist bei gleichzeitigem Löten von SMD- und Durchsteckbauteilen üblich.
Die Oberflächenmontage eignet sich vor allem für einen hohen Automatisierungsgrad, der die Arbeitskosten reduziert und die Produktionsraten deutlich erhöht. Umgekehrt ist sie nicht unbedingt die Methode der Wahl für die manuelle oder wenig automatisierte Fertigung.
Einmalige Prototypen und Kleinserien lassen sich meist wirtschaftlicher und schneller mit durchkontaktierten Bauteilen herstellen. Dennoch eignen sich einige SMDs auch für die Montage mit einem temperaturgesteuerten Handlötkolben oder mit einem sogenannten SMD-Tweezer – einer beheizbaren Pinzette fürs Löten und Entlöten.
Dort, wo Bauteile platziert werden sollen, verfügt die Leiterplatte normalerweise über flache, meist mit Zinn-Blei, Silber oder Gold beschichtete Kupferpads ohne Löcher, die sogenannten Lötpads. Die Lötpaste, ein klebriges Gemisch aus Flussmittel und winzigen Lotpartikeln, wird zunächst mit einer Edelstahl- oder Nickelschablone im Siebdruckverfahren auf alle Lötpads aufgetragen. Sie kann auch in einem Jet-Printing-Mechanismus, ähnlich einem Tintenstrahldrucker, aufgetragen werden. Nach dem Bekleben gelangen die Platinen zu den Bestückungsautomaten, wo sie auf ein Förderband gelegt werden. Die Bauteile für die Platinen stehen in der Regel entweder in Papier- beziehungsweise Kunststoffbändern oder in Kunststoffrohren direkt an der Produktionslinie zur Verfügung. Numerisch gesteuerte Bestückungsautomaten entnehmen die Bauteile aus den Bändern, Röhren oder Trays und platzieren sie auf der Leiterplatte.
Die Platinen gelangen dann in den Reflow-Lötofen. Sie kommen zunächst in eine Vorheizzone, in der die Temperatur der Leiterplatten und aller Bauteile allmählich und gleichmäßig erhöht wird, um einen Temperaturschock zu vermeiden. Die Leiterplatten wandern dann in eine Zone, in der die Temperatur hoch genug ist, um die Lötpartikel in der Lötpaste zu schmelzen und die Pins der Bauteile mit den Pads auf der Leiterplatte zu verbinden. Die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots hilft dabei, die Komponenten an ihrem Platz zu halten.
Bei doppelseitigen Leiterplatten lässt sich dieser Druck-, Bestückungs- und Reflow-Prozess wiederholten, wobei entweder Lötpaste oder Kleber verwendet wird, um die Komponenten an ihrem Platz zu halten. Beim Wellenlötverfahren müssen die Bauteile vor der Verarbeitung auf die Platine geklebt werden, um zu verhindern, dass sie beim Schmelzen der Lötpaste wegschwimmen. Nach dem Löten erfolgt das Waschen der Platinen, um Flussmittelrückstände und verirrte Lotkugeln zu entfernen, die eng beieinander liegende Bauteilanschlüsse kurzschließen könnten.
Abschließend werden die Platinen visuell auf fehlende oder falsch ausgerichtete Bauteile und Lötbrücken geprüft. Falls nötig, übernimmt das eine Rework-Station, an der ein menschlicher Bediener alle Fehler behebt. Anschließend werden sie in der Regel zu den Teststationen geschickt, um die korrekte Funktion zu überprüfen.
Die winzigen SMD-Taster sind naturgemäß nur für niedrige Ströme und Spannungen ausgelegt. Mögliche Schaltströme der Taster reichen von 0,02 bis zu 0,1 Ampere, die Schaltspannung kann bis zu 42 Volt Gleichstrom betragen.
Wesentlich sind selbstverständlich auch die Abmessungen der Schalter, sie reichen von 3,5 bis zu 12 Millimeter in der Breite und von 4,3 bis zu 12 Millimeter in der Länge.
Für besondere Zwecke sind auch Taster mit eingebauter Beleuchtung erhältlich. Sie ermöglichen die sofortige Kontrolle des Schaltzustands.
So ersetzen Sie fehlerhafte SMD-Bauteile
Zum Löten und Entlöten von kleinen oberflächenmontierten Bauteilen mit zwei Anschlüssen, wie beispielsweise Schalter für die SMD-Montage, lässt sich der bereits erwähnte Tweezer verwenden.
Diese Lötpinzette besitzt zwei beheizten Spitzen, die an Armen befestigt sind, deren Abstand sich wie bei einer einfachen Pinzette durch leichtes Zusammendrücken gegen Federkraft manuell variieren lässt. Die Spitzen werden an den beiden Enden des Schalters angesetzt.
Der Hauptzweck der Lötpinzette besteht darin, das Lot an der richtigen Stelle zu schmelzen. Bewegen lässt sich der Schalter nach dem Lötvorgang in der Regel mit einer normalen Pinzette oder einem Vakuumaufnehmer.