Der englischsprachige Begriff surface-mount device (SMD, deutsch: oberflächenmontiertes Bauelement) ist ein Fachbegriff aus der Elektronik. SMD-Bauelemente haben im Gegensatz zu Bauelementen der Durchsteckmontage (englisch Through Hole Technology, THT), den „bedrahteten Bauelementen“, keine Drahtanschlüsse, sondern werden mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf eine Leiterplatte gelötet (Flachbaugruppe). Die dazugehörige Technik ist die Oberflächenmontage (englisch: surface-mounting technology, SMT).
Während die Anschlussdrähte konventioneller Bauelemente durch Bestückungslöcher geführt werden und auf der Rückseite der Leiterplatte (oder über Innenlagen) verlötet werden müssen (Durchkontaktierung), entfällt dies bei SMD-Bauelementen. Dadurch werden sehr dichte Bestückungen und vor allem eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte möglich. Die elektrischen Eigenschaften der Schaltungen werden speziell bei höheren Frequenzen positiv beeinflusst. Der Platzbedarf der Bauelemente verringert sich. Dadurch können die Geräte kleiner und zugleich wesentlich kostengünstiger hergestellt werden.
SMD-Bauteile werden nach der Herstellung in Gurten, Stangenmagazinen oder auf Blister-Trays transportiert und mit Automaten auf Leiterplatten bestückt. Eine manuelle Bestückung ist für Entwicklungsmuster möglich, jedoch bei hohen Packungsdichten nur mit Pipette statt Pinzette. Die Anschlussflächen der SMD-Bauteile auf den Platinen werden vor dem Bestücken mittels Schablonendruck (lasergeschnittene Lotpastenmaske) mit Lotpaste bedruckt. Nach dem Bestücken werden die SMD-Bauteile mit Wärme gelötet. Für die Oberseite einer Platine hat sich dafür das Reflow-Verfahren durchgesetzt. SMD-Bauteile auf der Unterseite einer Leiterplatte werden aufgeklebt und im Wellen- oder Schwallbad gelötet.
Voraussetzung für eine hohe Qualität einer in der SMD-Technik hergestellten Schaltung ist eine einwandfreie Lötung der SMD-Bauteile. Die fortschreitende Miniaturisierung der SMD-Bauteile macht es schwieriger, Leiterplatten mit SMD-Bauteilen mit dem bloßen Auge oder mit Hilfe eines Mikroskops zu kontrollieren. Hierzu werden auch Bildverarbeitungsanlagen (AOI-Systeme, englisch: automated optical inspection) eingesetzt, die mit großer Präzision und hoher Geschwindigkeit die vorgeschriebenen wichtigen Parameter überprüfen. Ball Grid Array-Lötungen können jedoch naturgemäß nicht kontrolliert werden.
Für Handbestücker ergibt sich durch die SMD-Technik der Nachteil, dass sich manche SMD-Bauteile nur sehr schwer ohne Maschinen oder entsprechendes Know-how verlöten lassen. Mit Pinzette, einer feinen Lötspitze und 0,5-mm-Lötzinn und einer Lupenbrille, eventuell einem Stereomikroskop, lassen sich jedoch viele Baugrößen verarbeiten. Die Bestückung ist teilweise sogar schneller als bei Handbestückung bedrahteter Bauteile, da die Bauteilvorbereitung jener (Ablängen, Biegen, Fixieren) entfällt. Die Verwendung klassischer Lochrasterkarten und Streifenrasterkarten ist für Versuchsaufbauten oder Prototypen nur eingeschränkt möglich. Geeignete Laborkarten und Adapter sind jedoch im Handel erhältlich oder selbst herstellbar.
Das Recycling von Bauelementen aus Altgeräten ist durch schwierige Entlötbarkeit und teilweise mehrdeutige Kennzeichnung bei SMT schwieriger.
Die Oberflächenmontagetechnik wurde in den 1960er-Jahren von IBM entwickelt und fand ihre erste Anwendungen in den Computern der Saturn- und Apollo-Missionen.[1] Begründet wurde diese Entwicklung mit den beengten Raum- und Platzverhältnissen in den Raumkapseln sowie mit der Reduzierung der Schaltungsimpedanz zur Erhöhung der Schaltfrequenzen.
In den 1970er Jahren wurde die Digitaltechnik zur treibenden Kraft für die Lösungen von Konzepten für elektronische Schaltungen und Geräte wie z. B. für völlig neue Geräte wie z. B. Taschenrechner oder auch für konventionelle Geräte der Rundfunk- und Fernsehtechnik. 1976 wurde beispielsweise der erste Homecomputer Apple 1 präsentiert[2] und einige Jahre später, 1983, wurde das erste digitale "one-chip IC" für UKW-Radios von Philips entwickelt.[3] Parallel dazu begann die Industrie ab Mitte der 1970er Jahre die Bauelemente mit genormten Rastermaßen für Leiterplattenmontage anzubieten [4], da der Leiterplattenentwurf mittels „Computer-Aided Designs“ (CAD) mit genormten, vorgegebenen Maßen für die Bauelemente großen Vorteil bot. (Das von IBM entwickelte Programmiersystems APT, welches der rechnerunterstützten Programmierung von NC-Maschinen diente, wurde in den 1950er Jahren entwickelt [5][6])
Gleichzeitig wurden die ersten Bestückungsautomaten zur automatischen Bestückung bedrahteter Bauelemente entwickelt. Anfang der 1980er Jahre standen im Grundig Werk 16, Nürnberg-Langwasser, Bestückungsautomaten, die für 500.000 Farbfernsehgeräte pro Jahr ausgelegt waren.[7] In diesen Jahren wurden die ICs immer komplexer. Die Anzahl der Schaltungsfunktionen, die auf einem Halbleiterkristall integriert wurden, stieg von Jahr zu Jahr an (Mooresches Gesetz) Mit der ansteigenden Integration stiegen die Betriebsfrequenzen der Schaltungen an und es galt, mit kürzeren Leitungsführungen die Leitungsimpedanz zu verringern. Die von IBM entwickelte Oberflächenmontagetechnik bot hier die Möglichkeit, durch Fortfall der Bohrungen die Leitungsführungen zu verkürzen.
Allerdings waren die Investitionskosten für diese neue Montagetechnik sehr hoch. Es mussten für alle Fertigungsschritte neue Automaten entwickelt werden. Die erforderlichen hohen Investitionskosten konnten nur von Geräteherstellern mit großen Stückzahlen aufgebracht werden und die waren überwiegend in Japan und in den USA ansässig. 1979 wurde deshalb in Japan die erste SMD-Fertigungslinie installiert und zwei Jahre späten in den USA.[8] In Europa und in Deutschland war Philips mit seiner Bauelementetochter Valvo ab 1984 Vorreiter für die SMD-Technik mit ihren Bauelementen einschließlich der erforderlichen Bestückungsanlagen.[9] Die Bestückungszeit dieser neuen SMD-Vollautomaten war deutlich höher als die der Automaten für bedrahtete Bauelemente. Es konnten mit diesen Automaten Bestückungsgeschwindigkeiten von 7000 bis zu 540.000 SMDs pro Stunde erreicht werden. [9]
Die Entwicklung der Automaten für die Oberflächenmontagetechnik Ende der 1970er Jahre war von den Herstellern von Anfang an in ein Gesamtkonzept mit hohen Qualitätsanforderungen eingebunden. Es umfasste die Standardisierung der Bauelemente über ihre gegurtete Anlieferweise bis hin zu ihren genormten Landeflächen und der Reflow-Lötfähigkeit bzw. der Fähigkeit der Wellen-Lötbarkeit, die Bestückungsautomaten mit hohen Anforderungen an die Reinheit und hohe Genauigkeit beim Kleben, hohe Präzision der Passgenauigkeit beim Bestücken sowie die präzise Temperatursteuerung bei der Lötung. Entscheidend für den Erfolg dieser Technik war, dass die Oberflächenmontagetechnik als ganzheitliches Konzept betrachtet und realisiert wurde. Mit diese Technik konnte die Leitungsimpedanz und das Bauvolumen für die Gesamtschaltung deutlich reduziert werden, die Herstellkosten sanken, da die Kosten für die Bohrungen in den Leiterplatten und die zusätzlicher Anschlüsse an den Bauelementen entfielen und die Qualität der Schaltungen stieg mit der größeren Sauberkeit bei der Herstellung an. Ab Mitte 1980 wurden bereits SMD-Schaltungen in vielen Bereichen der Industrie im großen Stil verwendet, wobei die Schaltung häufig als "Mixed Print" ausgelegt war, d. h., die größeren Bauelemente weiterhin bedrahtet eingesetzt wurden.
Die anfänglich für die Raumfahrt benötigten Bauelemente kamen aus den USA von den seinerzeit führenden Herstellern wie IBM, Texas Instruments, Fairchild, Spague u. a.. Es waren die damals verfügbaren Bauelemente, wie Transistoren und Dioden, ICs, Kondensatoren und Widerstände, deren Anschlüsse für den Einsatz in der Oberflächen-Montagetechnik modifiziert waren oder durch lötbare Metallkappen ersetzt waren. Die treibende Kraft waren die neuen Integrierten Schaltungen, die die gewünschte Volumenverkleinerung der Geräte brachten. Bei Texas Instruments wurde 1958 von Jack S. Kilby der erste integrierte Schaltkreis („integrated circuit“, IC) entwickelt. Bei Fairchild war es 1961 Robert Noyce, der spätere Mitbegründer von Intel. 1965 wurde dort das Dual-In-Line-Gehäuse (DIL-Gehäuse) entwickelt[10], mit dem 1966 die erste TTL-Logikschaltung versehen wurde. [11]
Die Kondensatoren kamen u. a. von Sprague, wo schon 11 Jahre vorher die Tantal-Elektrolytkondensatoren mit Festelektrolyten zur Serienreife gebracht wurden.[12] [13][14]. Außerdem wurden zur Entkopplung Glimmerkondensatoren eingesetzt.
Im Laufe der weiteren Jahre nahmen die entsprechenden Entwicklungen im Bereich der diskreten Halbleiter-Bauelemente stark zu, allerdings war es recht einfach, aus dem jeweiligen bedrahteten Gehäuse ein SMD-Gehäuse zu machen, siehe auch Chipgehäuse und Liste von Halbleitergehäusen# Gehäuse für Oberflächenmontage (SMD) Eine Sonderstellung nahmen bei dieser Entwicklung die hochintegrierten ICs, insbesondere die Prozessoren ein. Durch die steigenden bits pro Byte bekamen diese ICs immer mehr Anschlüsse. Hatte der Intel 4004 4 bit Prozessor 1971 noch 16 Anschlüsse, so hatte 1978 der erste 16 bit Mikroprozessor Intel 8086 bereits 40 Anschlüsse. Jetzt genügte nicht mehr eine einfache Modifikation der Anschlüsse, jetzt musste auch die Geometrie der Halbleiter-Gehäuse angepasst werden. Aber auch hier waren die Gehäuse der bedrahteten ICs (Pin Grid Array (PGA)) und der SMD-ICs (Land Grid Array (LGA) und Ball Grid Array (BGA)) ähnlich, nur die Kontaktierungsform der Anschlüsse variierte. Wegen der steigenden Betriebsfrequenzen der Mikroprozessoren stiegen ab den 1970er Jahren aber die Anforderungen an die peripheren Kondensatoren an, ihre Impedanzeigenschaften mussten verbessert werden.
Aus der Idee, keramischen Scheibenkondensatoren übereinander zu stapeln, entstanden die keramischen Vielschichtkondensatoren (MLCC-Chips). 1961, für das Apollo-Programm, wurde diese Idee erstmals von einem amerikanischen Unternehmen verwirklicht.[15] Aber erst ab Anfang 1970 begann die eigentliche Entwicklung der Keramikkondensatoren, die später als Keramik-Vielschichtkondensatoren (MLCCs) fester Bestandteil fast aller SMD-Schaltungen wurden.[16] Zu einem Abschluss ist diese Entwicklung bis heute noch nicht gekommen, 2006 veröffentlichte Intel die Wünsche hinsichtlich der Impedanz von Entkopplungskondensatoren mit einer Kurve, die bis in die Größenordnung von 1 mΩ reicht.[17]
Mit Beginn der industriellen Fertigung von Geräten in der Oberflächenmontagetechnik in den 1980er Jahren nahm der Druck zur Verkleinerung auch der übrigen Kondensatoren deutlich zu. Die Hersteller von Ta- und Al-Elektrolytkondensatoren aber auch von Folienkondensatoren konnten in den Jahren danach auch tatsächlich große Fortschritte erzielen. Das CV-Produkt dieser Kondensatoren nahm bei gleichem Volumen etwa um den Faktor 10 zu, siehe Kondensator (Elektrotechnik)#Weiterentwicklung.
Während die Tantalkondensatoren von Anfang an auch in SMD-Bauformen angeboten wurden, wurden die ersten „nassen“ Al-Elkos erst Ende der 1980er Jahre „SMD-fähig“. Die Problematik war, dass der flüssige Elektrolyt einen Siedepunkt hat, der unter der Temperaturspitze der Reflow-Lötung liegt. Erst durch Verstärkung der Materialien konnte der interne Gasdruck aufgefangen werden, der sich dann nach geraumer Zeit wieder zum Elektrolyten zurückbildet.[18][19] Auch Folienkondensatoren sind seit vielen Jahren in SMD-fähigen Bauformen erhältlich.
Im Bereich der Widerstände wurden zunächst die herkömmlichen runden Bauformen mit Lötfähigen Kappen versehen und als MELF-Bauformen, in der auch die Dioden angeboten wurden, entwickelt.[9] Später wurden dann für die in den Schaltungen erforderlichen Ableitwiderstände Dickschicht-Widerstände auf Keramik-Substrat entwickelt.
Auch elektromechanische Bauelemente wie beispielsweise Steckverbinder sind in Oberflächen-montierbaren Bauformen entwickelt worden, so dass heutzutage fast alle der in der Liste elektrischer Bauelemente genannten Teile in den jeweiligen SMD-Versionen zur Verfügung stehen.
SMD-Bauelemente haben in vielen Anwendungsfällen Bauelemente mit durchkontaktierten Anschlussdrähten abgelöst. Sie besitzen gegenüber jenen unter anderem folgende Vor- und Nachteile:
Vorteile:
Nachteile:
Passive Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren, Quarze oder induktive Bauelemente wie Drosseln werden überwiegend in quaderförmigen Bauformen hergestellt. Zwei oder mehr Seitenflächen dieser Bauform sind zur elektrischen Kontaktierung lötfähig ausgebildet. Eine einwandfreie Lötung dieser „Chips“ kann an einem gut ausgebildeten Lötmeniskus erkannt werden.
Transistoren und auch integrierte Schaltungen entstanden zu Beginn der SMD-Technik aus dem (bedrahteten) Dual-In-Line-Gehäuse (DIL-Gehäuse), einem Gehäuse, bei dem an den beiden Seitenflächen die Lötanschlüsse des Bauelementes herausgeführt sind. Die senkrechten Lötanschlüsse dieses Gehäuses wurden dann für die SMD-Lötung einfach entweder seitlich nach außen (englisch Gull-Wing) oder nach innen (englisch J-Leads) abgebogen. Mit fortschreitender Integrationsdichte insbesondere bei den Prozessoren mit ihren vielen Anschlüssen wurden weitere Wege in der Anschlusstechnik gesucht. Dies führte zur Entwicklung der Grid-Array-Anschlusstechnik. Hier befinden sich die Lötanschlüsse als kleine metallisierte Anschlussflächen unter dem Gehäuse der Schaltung. Beim gebräuchlichen Ball Grid Array (BGA) sind bereits Lotperlen auf den Kontaktflächen vorhanden, die während des Lötprozesses nur noch aufgeschmolzen werden. Beim Land Grid Array (LGA) muss dagegen Lot auf der zu bestückenden Platine aufgebracht sein, weswegen LGA-Bauteile selten zum Verlöten verwendet werden. Sie können jedoch auch, im Gegensatz zu BGAs, auf einem dazu passenden Pin-Array betrieben werden. Bei entsprechend gestalteter Arretierung können LGA-Komponenten dann einfach ausgewechselt werden, was z. B. bei Mikroprozessoren ausgenutzt wird.
Für die Bauformen von SMD-Bauelementen gibt es in der Industrie zwei unterschiedliche Oberbegriffe. Bei den passiven Bauelementen (Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten, Quarze usw.) ist der Begriff Bauform (englisch style)[20] für die unterschiedlichen Bauweisen gebräuchlich. Die jeweilige Bauform kann sich dann auch noch in unterschiedlichen Abmessungen und der Art der Anschlussform unterscheiden.
Im Bereich der Halbleitertechnik, der aktiven Bauelemente werden hingegen die unterschiedlichen Bauformen durch den Oberbegriff Gehäuse zusammengefasst (Chipgehäuse). Die aktive Zelle, das Die, das in einem Gehäuse eingebaut wird, ist die Begründung für die abweichende Bezeichnung. Jedes Transistor- oder IC-Gehäuse hat einen eigenen Namen, der sich aus den ersten Buchstaben der englischen Beschreibung ergibt. Abweichungen innerhalb gleicher Gehäusebezeichnungen, die sich durch die Anzahl und der Anordnung der Anschlüsse und der Form der Anschlüsse ergeben, werden durch an den Namen angehängte Zahlen gekennzeichnet.
Passive Bauelemente und gegebenenfalls auch Dioden und Transistoren werden in folgenden Bauformen hergestellt, geliefert und verarbeitet:
Chip, eine quaderförmige Bauform, ist die typische Bauform für MLCC- und Tantal-Kondensatoren, Induktivitäten sowie nichtlineare und lineare Widerstände (R-Chips). Der Begriff „Chip“ kann leicht mit dem gleichlautenden Begriff aus der Halbleitertechnik, dem „Chip“ (englisch „Die“) eines Halbleiter-Bauelementes verwechselt werden. Quaderförmigen Sonderbauformen für z. B. Quarze oder Oszillatoren können am Gehäuse auch noch zusätzliche Lötflächen, entweder für Verpolungsschutz oder zur besseren und vibrationsfesteren mechanischen Befestigung enthalten.
Die Chip-Bauform passiver Bauelemente unterscheidet sich im Wesentlichen durch die Baugröße, die mit einem Code wie „1206“ angegeben wird. Dabei steht „12“ für die Länge und „06“ für die Breite des Bauteils in der Einheit Zoll/100. Die Abmessungen sind dabei metrisch standardisiert worden, bei der Umrechnung in den Zoll-Code werden jedoch nur zwei Stellen benutzt, was zu entsprechenden Rundungsfehlern führt. So beträgt die Länge eines mit dem Code „1206“ bezeichneten Bauteils 3,2 mm oder 0,12598 Zoll, aber nur die „12“ wird zur Bezeichnung benutzt. Rechnet man diese zurück, käme man nur auf 3,048 mm.
| Gehäusegröße, Zoll-Code |
Gehäusegröße, metrischer Code |
Gehäuselänge L in mm (± 0,2 mm) |
Gehäusebreite B in mm (± 0,2 mm) |
SMD-C-Chip (MLCC) |
SMD-Ta-Chips1) | SMD-R-Chip |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 008004 | 03015[21] | 0,30 | 0,15 | X | – | X |
| 01005 | 0402 | 0,4 | 0,2 | X | – | X |
| 0201 | 0603 | 0,6 | 0,3 | X | – | X |
| 0402 | 1005 | 1,0 | 0,5 | X | – | X |
| 0603 | 1608 | 1,6 | 0,8 | X | – | X |
| 0805 | 2012 | 2,0 | 1,2 | X | R | X |
| 1020 | 2550 | 2,5 | 5,0 | – | – | X |
| 1206 | 3216 | 3,2 | 1,6 | X | A | X |
| 1210 | 3225 | 3,2 | 2,5 | X | – | X |
| 1218 | 3146 | 3,1 | 4,6 | – | – | X |
| 1225 | 3164 | 3,1 | 6,4 | – | – | X |
| 1411 | 3528 | 3,5 | 2,8 | – | B | - |
| 1808 | 4520 | 4,5 | 2,0 | X | – | – |
| 1812 | 4532 | 4,5 | 3,2 | X | – | – |
| 2010 | 5025 | 5,0 | 2,5 | – | – | X |
| 2220 | 5750 | 5,7 | 5,0 | X | – | – |
| 2312 | 6032 | 6,0 | 3,2 | – | C | – |
| 2512 | 6330 | 6,3 | 3,0 | – | – | X |
| 2917 | 7343 | 7,3 | 4,3 | – | D | – |
| 2924 | 7361 | 7,3 | 6,1 | X | – | - |
| 1) Ta-Chips werden mit einem Buchstabencode gekennzeichnet. Sie werden in unterschiedlichen Bauhöhen gefertigt | ||||||
Erweiterte Tabellen der verfügbaren Chip-Baugrößen und deren Abmessungen finden sich auch bei den Fachartikeln der Bauelemente Keramikkondensatoren, Tantal-Elektrolytkondensatoren und Widerstände.
Darüber hinaus besitzen zahlreiche passive Bauelemente wie beispielsweise Potentiometer, Trimmer, Transformatoren, Übertrager, Quarze, Oszillatoren spezielle SMD-Bauformen, die sich aus der Geometrie und den Anschlüssen der Bauelemente herleiten. Eine spezielle Herausforderung sind auch die elektromechanischen Bauteile wie Taster, Sockel, Stecker und Buchsen, deren Bauformen nicht in übliche Schemata passen.
SMD-Transistorgehäuse mit Lötanschlüssen an zwei Seiten des Gehäuses werden mit den folgenden Gehäusenamen gekennzeichnet:
IC-Gehäuse mit Lötanschlüssen an zwei Seiten des Gehäuses werden mit den folgenden Gehäusenamen gekennzeichnet:
IC-Gehäuse mit Lötanschlüssen an den vier Seiten des Gehäuses werden mit den folgenden Gehäusenamen gekennzeichnet:
Hochintegrierte Halbleiterbauelemente wie Mikroprozessoren haben so viele elektrische Anschlüsse, dass sie nicht mehr um den Umfang des Gehäuses herum unterzubringen sind. Deshalb werden diese Anschlüsse in Form von metallisierten Anschlussflächen schachbrett- oder gitterartig (engl. grid array) unter dem Gehäuse angebracht. Diese Halbleitergehäuse mit Lötanschlussflächen schachbrettartig unter dem Gehäuse werden mit den folgenden Gehäusenamen gekennzeichnet:
Da die SMD-Bauteile auf eine Leiterplatte bestückt werden, nennt man diese Verarbeitung Bestückung, obwohl die Bestückung auch andere Arbeitsschritte umfasst als nur das Platzieren der Bauteile auf der Leiterkarte. Diese Schritte sind:
Nach jedem Schritt wird die Qualität des Produktes optisch geprüft, bevor es zum nächsten Schritt weitergereicht wird. Die Fertigungsschritte werden in der Regel maschinell ausgeführt, bei Einzelstücken oder im Prototypenbau wird jedoch gelegentlich auf Maschinen verzichtet oder einzelne Schritte werden manuell ausgeführt. Die für die Verarbeitung benötigten Maschinen und Verfahren werden als Oberflächenmontagetechnik bezeichnet. Der Bereich eines Elektronikwerkes der sich mit der Verarbeitung von SMDs befasst wird daher als SMT-Bereich oder SMT-Abteilung bezeichnet.
Die hier gezeigten Varianten können auch miteinander gemischt werden, sodass bestimmte Prozesse manuell kontrolliert werden, andere mit automatischer optischer Inspektion. In manchen Fällen wird auch ein Prüfschritt komplett weggelassen. So kann etwa eine abschließende optische Kontrolle entfallen, wenn das Produkt sehr einfach ist, da es sowieso einem Funktionstest unterzogen wird. Oftmals sind einzelne Prüfungen bereits in den Produktionschritt integriert. So verfügen moderne Pastendrucker über eine Optik zur Kontrolle des Druckes sowie der Sauberkeit der Schablone.
Lotpaste oder Kleber können auf mehrere Arten aufgebracht werden: Entweder es wird mittels Siebdruckverfahren aufgebracht oder in kleinen Portionen aufdosiert. Letzteres wird hauptsächlich manuell im Prototypen- und Kleinserienbau praktiziert. Für den Kleberauftrag werden jedoch auch Maschinen verwendet, die den Kleber dosieren. Dabei wird der Kleber durch ein dünnes Röhrchen auf die gewünschte Stelle aufgebracht oder berührungslos aufgespritzt (Jetten).
Beim Aufbringen der Lotpaste hat sich das Siebdruckverfahren durchgesetzt. Dort, wo später Bauteilanschlüsse auf der Leiterkarte zu liegen kommen, hat diese Kupferflächen – so genannte Pads – die entweder vergoldet oder verzinnt sind. Das Drucksieb wird so über der Leiterkarte positioniert, dass die Löcher des Siebs zentriert über den Pads aufliegen. Meist sind sie einige hundertstel Millimeter kleiner, um zu verhindern, dass die Paste neben das Pad gedruckt wird.
Leiterkarte und Sieb werden gegeneinander gepresst und ein Rakel drückt die Lotpaste durch das Sieb, sodass diese durch die Löcher auf die Pads gelangt. Die Dicke des Siebes bestimmt hierbei die Zinnmenge (Lotpastenmenge) pro Fläche. In einigen Fällen ist es jedoch erforderlich, dass bestimmte Anschlüsse mehr Zinn abbekommen – kann dies nicht durch eine größere Padfläche erreicht werden, muss später zusätzliche Lotpaste aufdosiert werden.
Die Siebe werden heute weitestgehend durch gelaserte Metallschablonen ersetzt. Somit können kleinere Strukturen besser gedruckt werden. Um die geforderte Genauigkeit beim Druck zu erreichen, werden Drucker eingesetzt, die ein genaues Ausrichten der Schablone zu der Leiterplatte ermöglichen. Dieses kann entweder von Hand erfolgen oder automatisch durch ein Kamerasystem, welches Markierungen auf der Schablone und der Leiterplatte erkennen kann und vor dem Druck beides zueinander ausrichtet.
Die kleineren Bauteile sind in Gurten aus Karton oder Kunststoff verpackt. In den Gurten befinden sich Taschen, in welchen die Bauteile liegen. Die Oberseite der Tasche ist durch eine Folie verschlossen, welche abgezogen wird, um das Bauteil zu entnehmen, ähnlich einer Blisterverpackung. Die Gurte selbst werden auf einer Rolle aufgewickelt. Auf zumindest einer Seite des Gurtes befinden sich Transport-Löcher im Abstand von 4 mm, über die der Gurt vom Bestückungsautomaten bewegt wird. Diese Rollen werden mit Hilfe von Zuführmodulen, sogenannten Feedern, dem Bestückungsautomaten zugeführt.
ICs und andere große Bauteile werden oft auch in Kunststoffstangen (englisch sticks) oder in kleinen Paletten, den so genannten Trays, verpackt. Während die Trays direkt in die Maschine eingelegt werden können, sind für die Stangen ebenfalls Feeder (englisch stickfeeder) erforderlich. Durch die Vibration der Stickfeeder gelangen nach der Entnahme die Bauteile weiter nach vorne, sodass der Bestückungskopf das nächste Bauteil entnehmen kann.
Die Bauteile werden mit Vakuumpipetten (englisch nozzle) oder Greifern entnommen und dann auf der Sollposition (X-,Y-Koordinaten) der Leiterplatte aufgesetzt. Dieser Vorgang wird für alle Bauteile wiederholt. Bei der Bestückung der Oberseite der Platine ist ein Kleben der Bauteile meist nicht erforderlich, da die Haftwirkung der Lotpaste für die notwendige Haftung des Bauteils während des Weitertransportes der Platine zur nächsten Station sorgt. Nachdem die Leiterkarte vollständig bestückt ist, wird sie zur nächsten Bearbeitungsstation transportiert und eine neue Platine kann zur Bestückung übernommen werden.
Bei aufgeklebten SMD-Bauteilen wird der Klebstoff durch Hitze ausgehärtet. Dies erfolgt in einem Ofen, der auch für das Reflow-Löten geeignet ist. Im Unterschied zum Reflow-Löten erfolgt das Aushärten des Klebstoffs bei niedrigerer Temperatur. Nach dem Aushärten müssen die Baugruppen noch schwallgelötet werden. Dies geschieht jedoch nach der THT-Bestückung, sofern diese THT-Bauelemente zusätzlich vorhanden sind.
Ist die Baugruppe zum Reflowlöten vorgesehen, wird sie in einem entsprechenden Reflowofen auf die erforderliche Prozesstemperatur gebracht. Die Lotkügelchen in der Lotpaste schmelzen dabei auf und sorgen sowohl für eine mechanische als auch elektrische Verbindung zwischen dem Bauelement und der Leiterplatte.
Einige der folgenden Fehler treten nur beim Reflow-Löten auf, andere nur beim Schwalllöten. Neben den klassischen Lötfehlern, wie Nichtbenetzung und Zinnbrücken, die auch bei Durchsteckbauteilen auftreten, sind hier zu nennen:
Neben ungünstigen Lötparametern ist die zu lange Lagerung von Bauteilen eine Ursache, wenn die Anschlussflächen (unterschiedlich) oxidiert sind. Bereits ausgelötete SMD-Bauteile neigen ganz besonders zum Grabsteineffekt und sind für Reflow nicht geeignet.
Zu lange gelagerte bzw. feucht gewordene Bauelemente lassen sich durch sogenanntes „Backen“ bei ca. 110 °C in 24 Stunden wieder im Innern trocknen, sodass diese zum Bestücken oder zerstörungsfreien Auslöten geeignet sind.
Durch eine geeignete Platzierung der Bauelemente bereits beim Leiterplattenentwurf wird das Problem vermieden. Das Design legt auch die Durchlaufrichtung durch die Lötanlage fest.