Im täglichen Umgang mit den unterschiedlichen Layoutsystemen stellt sich speziell beim Bauteilentwurf und bei der Gerberdaten-Erzeugung die Frage nach der bestmöglichen Definition der Lötstoppmaske. Im Vordergrund stehen dann Grundsatzfragen: Was ist der eigentliche Zweck der Lötstoppmaske? Wie ist sie auf Leiterbild-Pads, nicht metallisierte Bohrungen und Durchsteigerbohrungen auszulegen?

Immer öfter überlassen viele Layout Designer die Definition der erforderlichen Freistellungen in der Lackschicht dem Leiterplattenhersteller. Dabei werden dann die sonst üblichen Übermaße gegenüber den Leiterbild-Pads auf das Verhältnis 1:1 reduziert.

Der Vorteil dieser Praxis: Der Leiterplattenhersteller kann Anpassungen mithilfe seiner Softwarewerkzeuge relativ einfach vornehmen. Die von Hersteller zu Hersteller teilweise unterschiedlichen Anforderungen an Lötstoppmaskenfreistellungen sind hauptsächlich durch den Produktionsprozess bedingt und lassen sich auf diese Weise optimal erfüllen. Der Leiterplattenhersteller wird in diesem Zusammenhang oft auch nach den Genauigkeitsanforderungen entscheiden, die das Layout selbst vorgibt. Schaltungen mit z.B. Finepitch-SMD-Bauteilen und Feinleiterbildern verlangen dabei grundsätzlich andere Werte für die Lötstoppmasken-Freistellung als einfache Layouts mit z.B. überwiegend THD-Bauteilen und einem „groben“ Leiterbahn- und Padbild.

Diese Vorgehensweise kann zunächst einmal als Vorteil betrachtet werden. Schließlich muss sich der Layouter in diesem Fall nicht mit den technischen Erfordernissen und Grenzen der einzelnen Hersteller vertraut machen, um dann die Lötstoppmasken-Freistellungen selbst anpassen zu können. Zudem unterscheidet sich diese Vorgehensweise kaum von der mittlerweile gängigen und ausreichend erprobten Praxis in der Baugruppenfertigung hinsichtlich der Lotpastenöffnungen in Schablonen: Auch hier entscheidet der Baugruppenfertiger vielfach selbst, welche Anpassungen für einen optimalen Produktionsprozess vorzunehmen sind.

Falls die Lötstoppmaske 1:1 ausgegeben wird, muss dem Leiterplattenhersteller unbedingt in der Bestellung/Spezifikation mitgeteilt werden, nach welchen Vorgaben er die Freistellungen vornehmen darf bzw. welche Situationen (z.B. fehlende Lötstopplackstege) er vermeiden muss. Nicht fehlen darf zudem die Anweisung, sich jede Änderung freigeben zu lassen.

Betrachtet man die Aufgabenstellung der Lötstoppmaske genauer, wird schnell klar, dass sie nicht einfach eine strukturierte Lackschicht ist, die zum Schutz der Oberfläche der Leiterplatte und der Kupferstrukturen vor chemischen und mechanischen Einflüssen aufgebracht wird. Als erweiterte Aufgaben der Lötstoppmaske haben auch die Lötbarkeit und die elektrische Isolation zu gelten. Lötflächen werden durch die Maskierung auf das löttechnisch erforderliche Maß begrenzt; gleichzeitig verhindert eine korrekte Auslegung der Lötstoppmaske zuverlässig Lötbrücken, Lotanhäufungen und ungewollten Lotabfluss. Auch die Erhöhung der Grenzwerte für Überschlagsspannungen und Isolationswiderstände zwischen den Leiterbildstrukturen zählt zu den Aufgaben der Lötstoppmaske.

Damit ergibt die Betrachtung der Übermaße von Lötstoppmasken-Freistellungen ein vollkommen neues Bild: Es zeigt, dass die Lötstoppmaske auch als Instrument zum Entwurf von Leiterplatten und als Hilfsmittel zur Verbesserung der Lötbarkeit der Leiterplatte zu sehen ist. Eine Festlegung und Anpassung der Freistellungen allein nach den technologischen Randbedingungen der Leiterplattenhersteller ist daher nicht angebracht. Welcher Leiterplattenhersteller kann schon genau sagen, welche Anforderungen der nachfolgende Baugruppenfertiger an die Lötstoppmaskendefinition stellt? Auch die Betrachtungen und die Einbeziehung der Lötstoppmaskendefinition hinsichtlich des Layoutentwurfs werden ihm in vielen Fällen nicht bekannt sein. Die Festlegung der erforderlichen Übermaße der Lötstoppmaskenfreistellung wird damit zur wichtigen Aufgabe des Layout-Designers, der auch in Zusammenarbeit mit dem Leiterplattenhersteller und dem Baugruppenfertiger sicherstellt, dass die produktions- und layouttechnischen Anforderungen eingehalten werden.

Zur Bestimmung der geeigneten Übermaße von Lötstoppmasken-Freistellungen sind über die Empfehlungen der Bauteilhersteller und der IPC hinaus bestimmte Grundregeln zu beachten. So sollten im Idealfall Lötstoppmasken-Freistellungen umlaufend größer als die zugehörigen Strukturelemente sein. Praktisch werden die Abmaße der Lötstoppmasken-Freistellungen auf ein einheitliches Übermaß bezogen auf die zugehörigen Strukturen festgelegt. Dies ist notwendig, um Fertigungstoleranzen auszugleichen und ein Überdecken der Lötpads mit Lack sowie ungewollte Freistellungen benachbarter Leiterstrukturen zu verhindern. Gängige Werte für ein umlaufendes Übermaß sind 0.1, 0.075 und teilweise auch bereits 0.050 mm. Ausnahmen von der genannten Gleichbehandlungsregel bilden aber z.B. Kühlflächen, Kühlkörperauflageflächen oder auch spezielle Pad-Geometrieen wie Soldermask Defined-Pads bei Ball Grid Arrays.

Außerdem benötigen Lackstrukturen aufgrund der Flankengeometrie von fotosensiblem Lötstopplack eine ausreichend große Haftfläche. Deshalb sollte die Breite von Lötstoppmaskenstegen 75 µm, besser 100 µm betragen. Für spezielle Anwendungen sind bei manchen Herstellern auch bereits Stegbreiten um die 50 µm möglich. Ergeben die Layoutanforderungen allerdings kleinere Stege als technologisch realisierbar, muss die Lötstoppmaske so umdefiniert werden, dass diese Stege gegebenenfalls ganz entfallen. Bei Befestigungsbohrungen und kontaktierten Konturen an Außenkanten und Ausbrüchen der Leiterplatte sollte zudem beachtet werden, dass diese aus fertigungstechnischen Gründen mit einem Abstand von ca. 200 µm in der Lötstoppmaskenfreistellung berücksichtigt werden. Sonst besteht u.a. die Gefahr von Lötstopplackresten innerhalb der Bohrungen.

Einige Leiterplattenbereiche erfordern aber auch eine komplette Freistellung von Lötstopplack. So müssen z.B. Leiterplattendirektstecker auf ihrer gesamten Länge lackfrei sein. Durchsteiger (Vias) stellen erfahrungsgemäß immer wieder Problemstellen dar. Unsichtbare Kurzschlüsse und das Abfließen von Lötzinn in die Bohrlöcher sind hierbei die häufigsten Fehler. Durchsteiger unter SMD Bauelementen und Vias, die sich unmittelbar neben Pads befinden, sollten daher idealerweise mit Lötstopplack abgedeckt werden. Der Leiterplattenhersteller wird jedoch, sofern die Durchsteiger (Vias) in den Produktionsdaten der Lötstoppmaske komplett abgedeckt sind, den Bohrdurchmesser mit einem geringen Übermaß vom Lötstopplack freistellen.

Die vorstehende Auflistung einiger wichtiger Grundregeln zur Auslegung von Lötstoppmasken-Freistellungen deckt selbstverständlich nur einen Teil der in der Praxis auftretenden Problemstellungen ab. Erfahrungsgemäß liegen in diesen Bereichen aber die meisten Fehlerquellen beim Entwurf von Lötstoppmasken-Definitionen.

Ein intensives Studium der technischen Anforderungen der Leiterplattenfertigung und der Baugruppenbestückung sowie der Vorgaben bezüglich des Layoutentwurfs ist und bleibt unumgänglich. Die Entscheidung über die Freistellungsgrößen kann nicht allein dem Leiterplattenhersteller überlassen werden. In Einzelfällen, z.B. bei sehr einfach strukturierten Leiterplatten kann aber durchaus auf die 1:1-Definition von Lötstoppmasken-Freistellungen zurückgegriffen werden.

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