Nach dem verlöten von THT-Bauteilen ist das Verlöten von SMD-Bauteilen gewissermaßen die Königsdisziplin unter den Lötherausforderungen. Dabei nimmt die Schwierigkeit mit abnehmender Größe der Bauteile zu.
SMD steht für “Surface Mounted Devices” und wird manchmal auch als “SMT” bezeichnet, was soviel wie “Surface Mounted Technology” bedeuted. Hinter beiden Begriffen verbirgt sich eine Montagetechnik, bei der elektronische Bauteile zur Kontaktierung mit einer Leiterplatte auf dessen Oberfläche verlötet werden. Anders als bei THT-Bauteilen werden SMD-Bauteile also nicht durch die Leiterplatte gesteckt sondern nur darauf aufgelegt und an der korrekten Position verlötet.
Was auf den ersten Schritt abschreckend klingt ist es aber eigentlich nicht. Klar sind die meisten SMD-Bauteile etwas kleiner und der Umgang mit Pinzette und vllt. sogar Lupe ist dadurch nötig, aber darüber hinaus lassen sich diese Bauteile teilweise sogar schneller und einfacher verlöten als THT-Bauteile.
Denn es entfällt das lästige “Bauteil einsetzen, Bauteil fixieren, Leiterplatte umdrehen, Bauteil verlöten…”-Spielchen das Ihr vllt. schon von THT-Bauteilen kennt. Daraus wird nun nämlich kurzerhand ein “Bauteil aufsetzen, verlöten, und fertig”-Spielchen. Ist man also einmal geübt im “SMD-löten” spart man viel Zeit. Außerdem sind mittlerweile viele Bauteile nur noch in SMD Form verfügbar. Dazu spart man auch noch Platz beim Platinendesign.
Ihr merkt es also schon: Die SMD-Technik bietet einige Vorteile. Damit der Einstieg nicht ganz so herausfordernd ist kommen hier ein paar Tipps zum verlöten von SMD-Bauteilen.
Safety instructions
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https://www.nerdiy.de/sicherheitshinweise/
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Requirements
Helpful articles:
Weitere hilfreiche Informationen zu den Grundlagen des Lötens könnt Ihr im folgenden Artikel finden:
Electronics - My friend the soldering iron
Elektronik – Lötverbindungen lösen, reinigen und Bauteile entfernen
Required material:
In the following list you will find all the parts you need to implement this article.
Required tool:
In the following list you will find all the tools you need to implement this article.
Größe bzw. Gehäuseformen von SMD-Bauteilen
Im folgenden Artikel werden nicht alle Gehäuseformen gezeigt. Nur die geläufigsten
ULN2003A im SO-16 Gehäuse
Infos zur Gehäuseform: https://en.wikipedia.org/wiki/Small_Outline_Integrated_Circuit
WS2812B im 5050-Gehäuse
Infos zur Gehäuseform findet man immer im Datenblatt des jeweiligen Bauteils. In diesem Fall weißt der Name aber auch schon auf die Abmessungen hin: die erste 50 im Namen bedeutet in diesem Fall, dass die erste Kante des Gehäuses 5,0mm lang ist. Die zweite 50 analog dazu, dass die zweite Gehäuseseite 5,0mm lang ist.
| Baugröße Code (inch) nach EIA-Standard |
Länge in mm | Breite in mm | Länge in Zoll | Breite in Zoll |
|---|---|---|---|---|
| 01005 | 0,4 | 0,2 | 0.016 ± 0.0008 | 0.008 ± 0.0008 |
| 0201 | 0,6 | 0,3 | 0.024 ± 0.002 | 0.012 ± 0.001 |
| 0402 | 1.02 ± 0.10 | 0.50 ± 0.10 | 0.040 ± 0.004 | 0.020 ± 0.004 |
| 0504 | 1.27±0.15 | 1.02 ± 0.15 | 0.050 ± 0.006 | 0.040 ± 0.004 |
| 0603 | 1.60 ± 0.10 | 0.80 ± 0.10 | 0.063 ± 0.004 | 0.031 ± 0.004 |
| 0805 | 2.00 ± 0.15 | 1.25 ± 0.15 | 0.079 ± 0.006 | 0.050 ± 0.006 |
| 0907 | 2.29 ± 0.20 | 1.78 ± 0.20 | 0.090 ± 0.008 | 0.070 ± 0.008 |
| 1008 | 2.50 ± 0.15 | 2.00 ± 0.15 | 0.098 ± 0.006 | 0.078 ± 0.006 |
| 1206 | 3.20 ± 0.15 | 1.60 ± 0.15 | 0.126 ± 0.006 | 0.063 ± 0.006 |
| 1210 | 3.20 ± 0.15 | 2.50 ± 0.15 | 0.126 ± 0.006 | 0.098 ± 0.006 |
| 1411 | 3.50 ± 0.20 | 2.80 ± 0.20 | 0.138 ± 0.008 | 0.110 ± 0.008 |
| 1515 | 3.81±0.38 | 3.81±0.38 | 0.150 ± 0.015 | 0.150 ± 0.015 |
| 1608 | 4.00 ± 0.20 | 2.00 ± 0.20 | 0.157 ± 0.008 | 0.078 ± 0.008 |
| 1812 | 4.60 ± 0.20 | 3.20 ± 0.20 | 0.181 ± 0.008 | 0.126 ± 0.008 |
| 1825 | 4.60 ± 0.20 | 6.30 ± 0.20 | 0.181 ± 0.008 | 0.248 ± 0.008 |
| 2010 | 5.08 ± 0.13 | 2.54 ± 0.08 | 0.200 ± 0.005 | 0.100 ± 0.003 |
| 2220 | 5.70 ± 0.20 | 5.00 ± 0.20 | 0.224 ± 0.008 | 0.197 ± 0.008 |
| 2312 | 6.00 ± 0.20 | 3.20 ± 0.20 | 0.236 ± 0.008 | 0.126 ± 0.008 |
| 2512 | 6.35 ± 0.13 | 3.20 ± 0.08 | 0.250 ± 0.005 | 0.126 ± 0.003 |
| 2515 | 6.30 ± 0.20 | 3.81 ± 0.20 | 0.248 ± 0.008 | 0.150 ± 0.008 |
| 2716 | 7.00 ± 0.20 | 4.00 ± 0.20 | 0.275 ± 0.008 | 0.157 ± 0.008 |
| 2824 | 7.20 ± 0.20 | 6.10 ± 0.20 | 0.283 ± 0.008 | 0.240 ± 0.008 |
| 2917 | 7.30 ± 0.20 | 4.30 ± 0.20 | 0.287 ± 0.008 | 0.170 ± 0.008 |
| 2920 | 7.30 ± 0.20 | 5.00 ± 0.30 | 0.287 ± 0.008 | 0.197 ± 0.012 |
| 3111 | 8.00 ± 0.20 | 2.80 ± 0.20 | 0.315 ± 0.008 | 0.110 ± 0.008 |
| 3931 | 10.00 ± 0.20 | 8.00 ± 0.20 | 0.394 ± 0.008 | 0.315 ± 0.008 |
| 4018 | 10.16 ± 0.20 | 4.60 ± 0.20 | 0.400 ± 0.008 | 0.181 ± 0.008 |
| 4040 | 10.2 ± 0.50 | 10.2 ± 0.50 | 0.400 ± 0.020 | 0.400 ± 0.020 |
| 4320 | 11.00 ± 0.20 | 5.00 ± 0.20 | 0.433 ± 0.008 | 0.197 ± 0.008 |
| 4335 | 11.00 ± 0.20 | 9.00 ± 0.20 | 0.433 ± 0.008 | 0.352 ± 0.008 |
| 4349 | 11.00 ± 0.20 | 12.50 ± 0.20 | 0.433 ± 0.008 | 0.492 ± 0.008 |
| 4424 | 11.10 ± 0.81 | 6.10 ± 0.40 | 0.435 ± 0.032 | 0.240 ± 0.015 |
| 4527 | 11.50 ± 0.20 | 7.00 ± 0.20 | 0.455 ± 0.008 | 0.275 ± 0.008 |
| 4540 | 11.4±0.58 | 10.2 ± 0.50 | 0.450 ± 0.023 | 0.400 ± 0.020 |
| 4723 | 12.00 ± 0.20 | 6.00 ± 0.20 | 0.472 ± 0.008 | 0.236 ± 0.008 |
| 4825 | 12.20 ± 0.20 | 6.35 ± 0.20 | 0.480 ± 0.008 | 0.250 ± 0.008 |
| 5550 | 14.00 ± 0.71 | 12.70 ± 0.63 | 0.550 ± 0.028 | 0.500 ± 0.025 |
| 5727 | 14.40 ± 0.20 | 7.00 ± 0.20 | 0.567 ± 0.008 | 0.275 ± 0.008 |
| 6145 | 15.50 ± 0.20 | 11.50 ± 0.20 | 0.610 ± 0.008 | 0.455 ± 0.008 |
| 6561 | 16.50 ± 0.20 | 15.50 ± 0.20 | 0.651 ± 0.008 | 0.610 ± 0.008 |
| 7565 | 19.10 ± 0.96 | 16.50 ± 0.83 | 0.750 ± 0.038 | 0.650 ± 0.033 |
Lötpaste
Richtige Lagerung von Lötpaste:
Die Lagerung der Lötpaste ist eine Sache welche die Handhabung von Lötpaste etwas schwieriger macht als die von handelsüblichem Lötzinn. Während Ihr diesen einfach herumliegen lassen könnt ist das bei Lötpaste etwas schwieriger. Im Gegensatz zu Lötzinn verflüchtigt sich bei Lötpaste das enthaltene Flußmittel mit der Zeit. Das bedeutet, dass die Lötpaste mit der Zeit nicht mehr so “flüssig” wirkt und dadurch schlechter aufgetragen werden kann. Außerdem verbindet sich das darin enthaltene Lot dann auch schlechter mit den jeweiligen Metallflächen.
Dieses verflüchten des Lötpasten-Flußmittels lässt sich aber aufhalten. Dazu müsst Ihr die Lötpaste bei niedrigen Temperaturen – zum Beispiel im Gefrierschrank – aufbewahren. Achtet dabei aber unbedingt darauf, dass Ihr die Lötpaste entweder getrennt von Lebensmitteln oder sehr gut verpackt im Gefrierschrank aufbewahrt. Denkt daran, dass Lötpaste oft Blei und andere Stoffe enthält die Ihr auf keinen Fall in Euren Lebensmitteln haben wollt!
SMD-Löten mit Lötzinn und Lötkolben
Das Verlöten von SMD-Bauteilen mit Lot und Lötkolben läuft eigentlich immer nach dem gleichen Prinzip ab.
1. Ein freies Lötpad – am besten eins das mit keiner großen Kupferfläche verbunden ist – mit etwas Lot verzinnen.
2. Lot auf dem verzinnten Pad erhitzen, gleichzeitig das Bauteil aufsetzen und somit eine erste Lötverbindung zwischen Leiterplatte und Bauteil herstellen.
3. Prüfen ob das Bauteil korrekt orientiert/richtig gepolt aufgesetzt wurde.
4. Die übrigen Kontakte des Bauteils verlöten.
Widerstände/Kondensatoren
Stiftleisten
Wird noch hinzugefügt.
Pfostenbuchsen
Wird noch hinzugefügt.
ESP8266 ESP-12
IC’s
Auch das verlöten von IC’s im SOP-Gehäuse funktioniert nach dem ähnlichen Prinzip.
THT Taster
Das verlöten von THT-Tastern – also Tastern die durch die Leiterplatte gesteckt werden – ist im Artikel Electronics – Solder THT components by hand described.
SMD Taster
Auch SMD-Taster lassen sich leicht mit Lötzinn und Lötkolben verlöten.
5050 LEDs
LED’s wie die “berühmten” WS2812B haben zwar auch Kontakte die von außen einigermaßen zugänglich sind. Jedoch liegt ein Großteil dieser Kontakte auf der Unterseite des LED-Gehäuses. Deswegen lassen sich diese LED’s in diesem Gehäusetyp nicht zuverlässig mit der Platine verlöten. Auch eine anfangs stabile Verbindung kann durch biegen der Leiterplatte oder Vibrationen später leicht brechen.
Deswegen solltet Ihr Bauteilen in diesem Gehäusetyp besser mit Lötpaste verlöten.
SMD-Löten mit Lötpaste und Lötkolben
Die Vorgehensweise beim Verlöten von SMD-Bauteilen mit Lötpaste und Lötkolben ist auch fast immer ähnlich und lässt sich wie folgt zusammenfassen.
1. Alle Lötpads des gewünschten Bauteils mit Lötpaste bestreichen.
2. Bauteil aufsetzen, korrekt ausrichten und prüfen ob es korrekt orientiert ist.
3. Ohne das Bauteilbeinchen zu berühren (das Bauteil könnte dadurch verrutschen) das Lötpad des ersten Bauteilbeinchens erhitzen bis sich die Lötpaste verflüssigt und das Bauteilbeinchen mit dem Lötpad verlötet ist
4. Erneut prüfen ob das Bauteil immernoch korrekt und gerade ausgerichtet sowie orientiert ist.
5. Die restlichen Kontakte des Bauteils nach dem gleichen Schema verlöten.
Widerstände/Kondensatoren
Wird noch hinzugefügt.
Stiftleisten
Wird noch hinzugefügt.
Pfostenbuchsen
Wird noch hinzugefügt.
ESP8266
Wird noch hinzugefügt.
IC’s
Wird noch hinzugefügt.
THT Taster
Das verlöten von THT Tastern ist im Abschnitt THT Taster im Artikel Electronics – Solder THT components by hand described.
SMD Taster
5050 LEDs
SMD-Löten mit Lötpaste und Heißluftstation
Das Verlöten mit Lötpaste und Heißluft macht – wenn man erstmal weiß wie es geht – richtig Spaß. Der Große Vorteil dabei ist nämlich, dass Ihr nur die Lötpaste auftragen und das Bauteil darin Grob einsetzen müsst. Das Bauteil, die Lötpaste und die Leiterkarte/Lötpads werden dann durch Heißluft in “einem Rutsch” erhitzt. Durch die dabei entstehende Oberflächenspannung des flüssigen Lots wird das jeweilige Bauteil dann “automatisch” in die korrekte Position gezogen. Auf diesem Weg verlötete Bauteile sehen sehr professionell aus und sparen gerade bei größeren Bauteilzahlen viel Zeit.
Die Vorgehensweise beim Lötem mit Lötpaste und Heißluft lässt sich grob in folgende Schritte einteilen.
1. Alle Lötpads des gewünschten Bauteils mit Lötpaste bestreichen.
2. Bauteil aufsetzen, korrekt ausrichten und prüfen ob es korrekt orientiert ist.
3. Bauteil, Lötpaste und Leiterplatte mit Heißluft auf die Schmelztemperatur der Lötpaste erhitzen bis das Bauteil vollständig “aufschwimmt”.
4. Bauteil und Leiterkarte abkühlen lassen.
WICHTIG: Beim löten mit Heißluft is es wichtig, dass Ihr darauf achtet, dass die von euch verlöteten Bauteile zuvor keine/nicht zuviel Feuchtigkeit aufgenommen haben. Ansonsten kann es passieren, dass diese Feuchtigkeit sich während des Erhitzens stark ausdehnt und dabei das Gehäuse “sprengt”, was das Bauteil letztlich zerstören würde. Mehr zu dieser Problematik findet Ihr in dem folgenden Absatz “Lagerung von SMD-Bauteilen”.
SMD-Löten mit Lötpaste und Ofen (Reflow-Löten)
Das SMD-Löten mit Lötpaste und Ofen ist fast identisch zum Verlöten mit Heißluft. Nur das die Hitze dieses Mal nicht aus dem Föhn der Heißluftstation sondern aus einem Ofen kommt. Um genau zu sein wird die mit Lötpaste und Bauteilen bestückte Leiterplatte in den Ofen gelegt. Dieser fährt dann eine programmierbare Temperaturkennlinie ab in welcher die Bauteile und Leiterplatte erst vorgeheizt und schlussendlich verlötet werden.
Dieses Verfahren wird auch Reflow-Löten genannt und entspricht im Prinzip dem gleichen Lötverfahren, dass in professionellen Fertgungsprozessen angewandt wird. Dann natürlich in einem etwas größerem Maßstab und stark automatisiert.
Die Vorgehnswiese lässt sich bei diesem Verfahren in folgende Schritte einteilen.
1. Alle Lötpads des gewünschten Bauteils mit Lötpaste bestreichen.
2. Bauteil aufsetzen, korrekt ausrichten und prüfen ob es korrekt orientiert ist.
3. Komplett (oder auch teilweise) bestückte Leiterplatte in den Ofen einlegen und Lötvorgang starten.
4. Leiterplatte aus dem Ofen nehmen und abkühlen lassen.
WICHTIG: Auch beim Reflow-Löten ist es wichtig, dass Ihr darauf achtet, dass die von euch verlöteten Bauteile zuvor keine/nicht zuviel Feuchtigkeit aufgenommen haben. Ansonsten kann es passieren, dass diese Feuchtigkeit sich während des Erhitzens stark ausdehnt und dabei das Gehäuse “sprengt”, was das Bauteil letztlich zerstören würde. Mehr zu dieser Problematik findet Ihr in dem folgenden Absatz “Lagerung von SMD-Bauteilen”.
Lagerung von SMD-Bauteilen oder wie man den Popcorn-Effekt verhindert
Wollt Ihr SMD-Bauteile jetzt oder in Zukunft per Heißluft- oder Reflow-Verfahren verlöten solltet Ihr unbedingt darauf achten, dass diese immer Luftdicht und Feuchtigkeitsarm verpackt sind.
Warum ist das ein Problem?
Leider nehmen SMD-Bauteile bzw. der für diese verwendete Kunststof sehr leicht Feuchtigkeit auf. Dazu reicht bereits die In der normalen Umgebungsluft enthaltene Feuchtigkeit. Diese wird von dem Kunststoff der SMD-Bauteile absorbiert und so eingeschlossen, dass sie nicht so schnell wieder entwichen kann. Wird das Bauteil nun während des Lötvorgangs schnell erhitzt dehnt sich die eingelagerte Feuchtigkeit schneller aus als sie aus dem Bauteil entwichen kann. Dies führt dazu, dass die betroffenden Bauteile aufplatzen. Deswegen wird dieses Phänoen umgangssprachlich auch “Popcorn”-Effekt genannt.
Um diesen Fehler zu verhindern ist es wichtig, dass Ihr Eure SMD-bauteile immer trocken und luftdicht verschlossen lagert. Im Professionellen Einsatz gibt es zu diesem Zweck spezielle Trockenschränke, in welchen die Luftfeuchtigkeit konstant auf einem niedrigen Level gehalten wird.
Dies ist für den Hobbyeinsatz natürlich etwas übertrieben. Gute Ergebnisse kann man aber auch hier erreichen indem man die Bauteile zusammen mit ein paar Luftentfeuchter-Tütchen in einer verschlossenen Plastiktüte aufbewahrt.
Wie feuchtigkeitsempfindlich die von Euch verwendeten Bauteile sind, könnt Ihr auch an dem – meistens auf der Verpackung aufgedrucktem – MSL-Wert erkennen. Dieser MSL (Moisture Sensitivity Level) gibt an wie lange die jeweiligen Bauteile nach dem Öffnen der Verpackung verarbeitet werden können ohne, dass Schäden zu erwarten sind.
Das MSL ist dabei gemäß der aktuellen Fassung des J-STD-020D-Standards in folgende Level eingeteilt.
| MSL level | “Lebenszeit” nach Entfernen aus der Verpackung | |
|---|---|---|
| Zeitdauer | Bedingungen | |
| 1 | unlimited | 30°C / 85 % RH |
| 2 | 1 year | 30°C / 60 % RH |
| 2a | 4 weeks | 30°C / 60 % RH |
| 3 | 168 hours | 30°C / 60 % RH |
| 4 | 72 hours | 30°C / 60 % RH |
| 5 | 48 hours | 30°C / 60 % RH |
| 5a | 24 hours | 30°C / 60 % RH |
| 6 | "time on label" (TOL) |
30°C / 60 % RH |
Wie bekommt man einmal “feucht gewordene” Bauteile wieder trocken?
Für den Fall, dass das “Kind bereits in den Brunnen gefallen ist” und Eure SMD-Bauteile mit MSL-6 schon seit Wochen offen auf Eurem Schreibtisch rumfliegen gibt es trotzdem noch etwas Hoffung. Im Professionellen Einsatz würdet Ihr diese Bauteile nun für eine gewisse Zeit im Trocknungsschrank trocknen lassen. Als Heimanwender könnt Ihr diese Bauteile aber auch in einem normalen Ofen bei 100°C für ca. 24 Stunden trocknen lassen.
Dies kostet Euch etwas Energiekosten aber kann günstiger sein, als die Bauteile neu bestellen zu müssen.
WICHTIG: Achtet dabei darauf zumindest eine Unterlage in Eurem zu platzieren. Die Bauteile könnten mit Gesundheitsschädlichen Materialien belastet sein, welche nicht unbedingt auf Eurem Lieblings-Backblech landen sollten. Wer hier auf Nummer sicher gehen will kann sich auch einen Pizza-Ofen besorgen und diesen exklusiv als Trocknungsofen nutzen.
Was nicht/sehr schwer von Hand gelötet werden kann
Leider lässt sich auf dem heimischen Schreibtisch nicht jedes Bauteil kontrolliert Löten. So gibt es zum Beispiel bestimmte SMD-Gehäuseforen wie z.B. BGA-Gehäuse deren Anschlusskontakte auf der Unterseite des Bauteils haben. Dies hat den Vorteil, dass man sehr viele Kontakte auf relative wenig Platz unterbringen kann.
Leider hat dies aber auch eineinhalb große Nachteile für Heimanwender: Diese Bauteile lassen sich nicht mit einem Lötkolben sondern nur mit Heißluft bzw. im Reflow-Verfahren verlöten. Zusätzlich können die Lötstellen nicht oder nur sehr schwer kontrolliert werden. In Fertigungslinien werden Leiterplatten die mit BGA-Gehäusen bestückt sind nach der Bestückung mit einem Röntgen-Gerät kontrolliert. Diese Möglichkeit haben die meisten Heimanwender aber leider nicht.
Further information
https://de.wikipedia.org/wiki/Moisture_Sensitivity_Level
http://www.netzmafia.de/skripten/hardware/SMD/index.html
https://makerfab.blogspot.com/2018/09/w-hy-ws2812sk6812-failures-after-smt.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Chip-Bauform
https://de.wikipedia.org/wiki/Surface-mounted_device
Have fun with the project
I hope everything worked as described for you. If not or you have questions or suggestions please let me know in the comments. I will then add this to the article if necessary.
Ideas for new projects are always welcome. 🙂
PS Many of these projects - especially the hardware projects - cost a lot of time and money. Of course I do this because I enjoy it, but if you think it's cool that I share the information with you, I would be happy about a small donation to the coffee fund. 🙂
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For me as a beginner in the field of soldering smd components, this is a guide worth reading, thank you very much.
Great, I'm glad. 🙂
Thanks for your feedback!
Best regards
Fabian
Class! This is exactly the kind of introduction I was looking for. Thank you very much!
Great, I'm glad. 🙂 Thanks for your feedback!
Best regards
Fabian