Wie haben sich elektronische Bauteile in den vergangenen Jahren entwickelt und wie hat sich deren Größe verändert?
Mit dieser Thematik beschäftigte sich eine Studienarbeit von Ronny Franke, Student der Fakultät Elektrotechnik im Studiengang Automatisierung und Energiesysteme an der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften in Wolfenbüttel. Zur Veranschaulichung montierte er Blinkerschaltungen mit verschiedenartigen Bauteilen auf zwei Platinen. Hierbei wurden konventionelle wie auch immer kleiner werdende SMD-Bauteile verbaut.
Bei konventionellen (bedrahteten) Bauteilen werden die Anschlussdrähte durch kleine Bohrungen in der Platine geführt und auf der Rückseite verlötet. SMD-Bauelemente werden stattdessen mit Hilfe von Lotpaste auf die Oberfläche der Leiterkarte gelötet. SMD steht für surface-mounted-device, also oberflächenmontiertes Bauelement.
Dies hat den Vorteil, dass sehr dichte und vor allem beidseitige Bestückungen der Platinen möglich sind. Die Entwicklung von Oberflächenmontagetechnik sowie SMD-Bauteilen begann in den 1960er-Jahren durch IBM. Heute ist die SMD-Technik die Standard-Technologie für elektronische Schaltungen.
Auf der Platine mit den bedrahteten Bauteilen verbaute Ronny Franke eine Schaltung mit liegenden und eine andere mit stehenden Bauteilen um zu zeigen, dass schon durch die Bauart und Anordnung der Bauteile Einfluss auf die Größe der Schaltung auf der Platine genommen werden kann. Auf der zweiten Platine wurden Schaltungen mit immer kleineren SMD-Bauteilen verbaut.
„Die Platine mit den SMD Bauteilen per Hand zu bestücken war etwas schwieriger und aufwendiger als die mit den bedrahteten Bauteilen. Das übernehmen in der Serie die Automaten“, berichtet Franke.
„Die Pads auf der SMD Platine mussten unter Zuhilfenahme einer extra hergestellten Schablone mit der Lotpaste versehen werden. Danach wurden die Bauteile unter dem Mikroskop mit einer Pinzette auf die Pads gelegt. Dies gestaltete sich mit abnehmender Größe der Bauteile immer schwieriger. Das Löten selber erledigte dann ein Lötofen bei Temperaturen bis 260°C.“
„In der kleinsten Ausführung hat die komplette Blinkerschaltung die Abmessung von 3 x 3 Millimeter. Dies ist kleiner als eine einzelne bedrahtete Diode“, erklärt Prof. Dr. Karl-Dieter Tieste, der die Studienarbeit betreute.
„Dabei wurden Bauelemente der Bauform 0201 mit Abmessungen von 0,5 x 0,25 Millimeter verwendet. Diese Bauform stellt die Grenze für eine Bestückung von Hand mit Hilfe von Pinzette und Mikroskop dar. SMD-Bauelemente werden heutzutage von Bestückungsautomaten verarbeitet, die mehr als 30.000 Teile pro Stunde mit hoher Präzision verarbeiten“, Tieste weiter „und das Faszinierende ist, dass die Entwicklung bis heute weiter andauert. Wir dürfen gespannt sein, wann die Elektronik für das menschliche Auge ganz verschwindet.“
