Tombstoning

Tombstoning tritt auf, wenn sich ein Oberflächenmontage-Bauelement während des Lötprozesses auf einer Kante aufrichtet, anstatt flach auf der Leiterplatte zu liegen. Das Bauelement, normalerweise ein 0805 oder 1206 Widerstand oder Kondensator, dreht sich um 90 Grad, sodass ein Lötpad Kontakt zur Lötstelle hat, während das andere Ende nach oben zeigt und einer Grabstele ähnelt. Das Lötzinn auf einem Pad schmilzt und erstarrt schneller als auf dem anderen, was ein Ungleichgewicht in der Oberflächenspannung erzeugt und das Teil zum Kippen bringt.

Der Effekt ist fast vollständig mechanischer und thermischer Natur. Wenn ein Reflow-Ofen die Platine erhitzt, beginnt die Lötpaste unter beiden Pads des Bauelements bei etwa 200 Grad Celsius zu schmelzen. Unterscheidet sich die Pastenmenge oder Zusammensetzung zwischen den Pads, oder hat eine Verbindung etwas bessere Benetzung als die andere, zieht die flüssige Lötstelle mit höherer Oberflächenspannung das Bauelement aufrecht. Die genaue Positionierung der Platine im Ofen und die Luftzirkulationsmuster beeinflussen das Ergebnis ebenfalls.

Vermeidung und Erkennung

Hersteller reduzieren Tombstoning durch einheitliche Lötpasteabscheidung auf allen Pads, wobei sie Schablonen mit genauen Aperturgrössen verwenden. Bestückungsautomaten müssen konstanten Anpressdruck ausüben. Eine leichte Rotation der Platine während des Vorheizvorgangs kann helfen, thermische Bedingungen auszugleichen. Platinen müssen danach durch automatische optische Inspektion laufen, die aufrecht stehende Bauelemente kennzeichnet, damit diese vor der Endprüfung neu gelötet oder ausgetauscht werden können.

Ein Tombstoning-Bauelement erzeugt einen Leitungsbruch und ist während der In-Circuit-Prüfung sofort erkennbar. Nachbearbeitung ist normalerweise erforderlich, obwohl einige Werkstätten die Platine retten können, indem sie das stehende Bauelement erhitzen und es wieder flach fallen lassen. Die Ausschussquote steigt stark an, wenn Bauelementgrössen unter 0603 fallen oder Designer Teile zu nah an Platinenrändern positionieren, wo die Konvektion unterschiedlich ist.

Der Begriff kam in der Elektronikfertigung in den 1980er Jahren auf, als die Oberflächenmontage zum Standard wurde. Die visuelle Ähnlichkeit mit Grabmälern ist offensichtlich und hat sich in der Branche durchgesetzt. Tombstoning bleibt einer der häufigsten kosmetischen und funktionalen Mängel in der Hochvolumen-Leiterplattenfertigung, besonders bei Lohnfertigung, wo Prozessparameter zwischen Fertigungsläufen driften.