PCB-Teardrop, das Sie kennen sollten

Beim Design und der Herstellung von PCBs (Printed Circuit Boards) spielt der Teardrop (Pad Tear Drop) eine wichtige Rolle. Er ist nicht nur der Verbindungspunkt zwischen elektronischen Bauteilen und der PCB, sondern kann auch die Lötstärke erhöhen und die Stabilität verbessern. Dieser Artikel behandelt, was ein PCB-Teardrop ist, welche Funktion es hat und wie man ein PCB-Teardrop einrichtet, um Ihnen ein besseres Verständnis und eine bessere Anwendung dieser Schlüsseltechnologie zu ermöglichen.

Was ist ein PCB-Teardrop?

PCB-Teardrops sind kleine Lötmaterialtröpfchen, die sich um elektrische Verbindungspunkte auf einer Leiterplatte bilden. Sie sind in der Regel oval oder rund geformt und befinden sich zwischen dem Pad und der Leiterbahn. Sie spielen eine Rolle bei der Verstärkung der Verbindung, der Verbesserung der Lötstärke und der Reduzierung von Spannungskonzentrationen.

Die Bildung von Teardrops resultiert aus dem Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung des Lots und der Oberflächenspannung des PCB-Substratmaterials während des Lötprozesses. Dieses Gleichgewicht bewirkt, dass das Lot eine tropfenartige Struktur zwischen Pad und Leiterbahn bildet.

PCB-Teardrop-Typen

Während die typische Form von Teardrops eine gerade Linie ist, die sich verjüngt, können sie auch konkav sein. Dieser Typ wird auch als abgerundet oder gerade bezeichnet. Um die Teardrop-Form eines „Schneemanns“ zu erstellen, muss ein kleineres sekundäres Pad an der Stelle hinzugefügt werden, an der es das Hauptpad überlappt (daher der Name).

PCB-Teardrops spielen im Lötprozess eine wichtige Rolle, insbesondere in den folgenden Aspekten:

Erhöhung der Lötstärke:

Teardrops bieten zusätzliche Unterstützung und Verbindung beim Löten, was die Stabilität und Zuverlässigkeit der Lötstelle verbessert. Dies verhindert effektiv, dass Lötstellen brechen oder sich lösen. Sie schützen die Pads, verhindern das Ablösen während mehrfacher Lötvorgänge und vermeiden Probleme wie ungleichmäßiges Ätzen und Risse, die durch verschobene Vias während der Produktion entstehen können.

Reduzierung von Spannungskonzentrationen:

Teardrops bilden eine Pufferzone unter dem Einfluss der Oberflächenspannung von PCB und Lot. Diese Bildung reduziert effektiv Spannungskonzentrationen um die Lötstellen und minimiert das Risiko von Ermüdung oder Bruch der Lötstellen.

Optimierung der Lötqualität:

Richtig platzierte Teardrops verbessern die Verteilung des Lotes zwischen Pads und Leiterbahnen, was zu einer höheren Lötqualität und geringeren Lötfehlern führt.

Schutz der Leiterplattenstruktur:

Teardrops verhindern, dass Kontaktpunkte zwischen Leiterbahnen und Pads oder Leiterbahnen und Vias bei starker äußerer Belastung unterbrochen werden. Dies schützt die strukturelle Integrität der Leiterplatte. Zusätzlich erhöhen Teardrops die optische Ästhetik der PCB.

Optimierung der Signalübertragung:

Teardrops helfen, Impedanzübergänge zu glätten, abrupte Änderungen zu reduzieren und Reflexionen bei plötzlicher Verkleinerung der Leiterbahnbreite während der Hochfrequenzsignalübertragung zu verhindern. So wird ein gleichmäßiger Übergang zwischen Leiterbahn und Pad geschaffen, was die Signalübertragungsqualität verbessert.

Wo sollten Teardrops platziert werden?

Beim PCB-Design sollten Teardrops in folgenden Situationen hinzugefügt werden:

• Teardrops bei Durchkontaktierungen (Through-Holes) mit kleinem Pad-zu-Leiterbahn-Verhältnis hinzufügen.
• Teardrops bei hochdichten Boards, bei denen der Ring um Vias erhalten bleiben muss.
• Teardrops auf Flex-PCBs hinzufügen, um die Belastung an der Stelle zu reduzieren, wo die Leiterbahn das Pad trifft.
• Teardrops unter BGA (Ball Grid Array) hinzufügen, wenn viele Vias vorhanden sind.
• Teardrops hinzufügen, wenn Leiterbahnen das Pad verlassen, egal ob es ein festes Pad oder ein Pad mit Via ist.
• Teardrops hinzufügen, wenn die Leiterbahn schmal wird.
• Keine Teardrops hinzufügen, wenn der Leiterbahnquerschnitt größer als 20 mils ist.

Wie fügt man Teardrops in Altium Designer hinzu?

Als Beispiel in Altium Designer wählen Sie zunächst das Werkzeug „Tool“ aus.

Führen Sie dann den Menübefehl „Tools – Teardrops“ oder die Tastenkombination „TE“ aus, um das Dialogfeld für Teardrop-Attribute zu öffnen, wie in der Abbildung unten gezeigt, und wählen anschließend das Objekt aus, auf das die Operation angewendet werden soll.