THT-Lötstellen: Warum DfM-Regeln allein nicht ausreichen – Versteckte Risiken und Kosten der Through Hole Technology
von Dr.-Ing. Reinhardt Seidel, DEEPTRONICS GmbH
Versteckte THT Risiken
PCB-Designer kennen das Problem: Selbst bei strikter Einhaltung aller DfM-Regeln entstehen in der Serienproduktion unerwartete THT-Lötprobleme. Besonders bei High-Power-Elektronik mit mehreren Kupferlagen und dicken Leiterplatten (>1,6 mm) zeigen sich die Grenzen herkömmlicher Design-for-Manufacturing-Ansätze.
Die Realität: Der größte Teil der THT-Risiken wird durch Standard-DfM-Checks nicht erfasst. Diese Lücke klafft besonders bei anspruchsvollen High-Power Baugruppen auf, weil hier die Effekte des PCB-Designs besonders stark zum Tragen kommen.
Das führt zu kostspieligen Prototyp-Schleifen, Nacharbeit und Terminverzögerungen.
Die Physik hinter dem Problem
THT-Lötstellen sind komplexe multiphysikalische Systeme. Ihre Qualität hängt von zahlreichen Faktoren ab, die sich gegenseitig beeinflussen:
- Thermische Masse: Kupferlagen, Leiterplattendicke und Bauteilgröße
- Prozessparameter: Lötzeit, Temperaturprofile, Flussmittel und Legierung
- Geometrische Einflüsse: Pin-zu-Loch-Verhältnis, Kuferanbindung und -verteilung
- Maschinenspezifika: Prozessart, Düsenkonfiguration, Wellenhöhe, Vorheizung
Herkömmliche DfM-Regeln betrachten diese Faktoren unzulänglich, sondern definieren schlichte Regeln, die meist nur Mindestabstände oder einen Lochdurchmesser definieren. Doch erst das Zusammenspiel aus Baugruppendesign und Lötprozess bestimmt die tatsächliche Lötbarkeit.
Risiken identifizieren durch prozessbasierte Berechnung statt Schätzung
Was wäre, wenn Sie bereits im Design-Stadium wüssten, welche Lötstellen problematisch werden? Wenn Sie quantifizieren könnten, wie sich Design-Änderungen auf die Fertigbarkeit auswirken?
Ein digitaler Zwilling des THT-Lötprozesses macht genau das möglich. Er simuliert die Prozessphysik und bewertet jede Lötstelle individuell:
- Grüne Lötstellen: < 5 s robuste Prozessfenster
- Gelbe Lötstellen: 5-7 s iterative Prozessent- wicklung nötig
- Rote Lötstellen: > 7 s hohes Risiko für unzureichende Durchlötung
Risikominimierung im Design-Stadium für hohe Qualitätsanforderungen
Durch den physikbasierten Ansatz des Solder Copilot wird die subjektive Beurteilung durch manuelles Überprüfen durch quantifizierte Risikobewertung ergänzt. Kritische THT-Lötstellen werden bereits vor dem Layout-Freeze und der Prototypenbestellung identifiziert und Fehler behoben, bevor sie teuer werden.
Das Ergebnis
Weniger Prototyp-Schleifen, schnellere Markteinführung und höhere Fertigungsqualität.
Indizien für versteckte Risiken können bereits an einfachen Faustregeln identifiziert werden:
- Dicke Leiterplatten (>1,6 mm) mit vielen Kupferlagen (>4 Layer)
- Dicke Kupferlagen > 35 µm
- High-Power-Komponenten (Elkos, Shunts, Transformatoren)
- Einsatz von Lötmasken für Wellen- und Selektivwellenlötungen bei dichter Bestückung
Über den Autor
Dr.-Ing. Reinhardt Seidel hat die DEEPTRONICS GmbH aus der Forschungsarbeit am Lehrstuhl FAPS der FAU Erlangen-Nürnberg ausgegründet. Er ist Experte für THT-Layout, THT-Lötprozesse und digitale Zwillinge in der Elektronikfertigung.
Kontakt:
www.deeptronics.io
Programm Herbstkonferenz an der Hochschule München
Wir laden für den 16. und 17. Oktober 2025 wieder zur Herbstkonferenz nach München ein. Veranstaltungsort ist wie bewährt der Hörsaal „Roter Würfel“ an der Hochschule München. Wir würden uns über Ihre Teilnahme freuen. Das ausführliche Programm finden Sie unter https://www.conftool.net/imaps-herbstkonferenz-2025/sessions.php (vgl. QR-Code)
| Donnerstag 16.10.2025 | |
| 9:00 - 9:10 | Eröffnung und Begrüßung: Martin Schneider-Ramelow, IZM | IMAPS |
| 9:10 - 10:25 | Ultraschall Bonden und Löten, Chair: Martin Schneider-Ramelow, IZM | IMAPS |
| Modellgestützte Optimierung eines Ultraschall-Torsionsschweißsystems Markus Dohmen, Peter Bornmann, Walter Littmann, Tobias Hemsel, Walter Sextro |
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| Influence of Different Control Strategies on the Heavy Wire Bonding Quality Bernhard Rebhan, Josef Sedlmair |
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| Neue flussmittelfreie Lotpasten-Syteme für waschfreie Lötprozesse Andreas Karch |
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| 10:25 - 10:45 | Vorstellung der ausstellenden Unternehmen, Chair: Matthias Lorenz, AEMtec | IMAPS |
| 10:45 - 11:30 | Pause & Ausstellung in der Galerie, Chair: Ernst J. M. Eggelaar, Microtronic GmbH | IMAPS |
| 11:30 - 12:45 | Keramiksubstrate, Chair: Jens Müller, TU Ilmenau | IMAPS |
| Integration of functional materials in ceramic multilayer technology Arno Görne, Tina Block, Qaisar Khushi Muhammad, Uwe Krieger |
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| Machbarkeitsstudie über in Silicium eingesinterte LTCC -Einsätze zur Erweiterung der Substratfunktionalität Michael Fischer, Cathleen Kleinholz, Alexander Schulz, Björn Müller, Jens Müller |
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| Kontaktthermografie und Multi-Energie-Röntgendiagnostik als zerstörungsfreie Prüfverfahren für gelötete Halbleiter-Dies auf DCB-Substraten Martin Oppermann, Oliver Albrecht, Thomas Zerna |
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| 12:45 - 13:45 | Pause und Ausstellung in der Galerie |
| 13:45 - 15:00 | Simulation und Modellierung, Chair: Indira Käpplinger, CiS | IMAPS |
| Generic Transient Thermal FE based Digital Twin for Automotive High Power LEDs to predict Solder Joint Reliability Gokulnath Vellaisamy Muniyandi, Hannes Schwan, Gordon Elger |
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| AI Driven Model for Optimizing Active Metal Brazed (AMB) Ceramic Substrates Reliability Abdel Rahman Alkasabreh, Gordon Elger |
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| Simulation der mechanischen Beanspruchungen in MLCC-Komponenten durch thermische Gradienten bei Entlötprozessen zum Zweck von Reparatur oder Wiederverwendung Steffen Wiese |
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| 15:00 - 15:35 | Pause und Ausstellung in der Galerie |
| 15:35 - 16:50 | Polymere in der Mikrosystemtechnik, Chair: Matthias Lorenz |
| Influence of total encapsulation of white-light mid-power LED packages over the correlated colourtemperature Edward Olivera, Matthias Hien, Mahmoud Beker, Markus Zankl |
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| Advancing sustainability of PCB manufacturing for next-generation green electronics Nihesh Mohan, Pratheep Kumar Annamalai, Gordon Elger |
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| Innovative Aufbaukonzepte von MEMS-IR-Emittern Toni Schildhauer, Michael Hintz, Manuel Kermann, Christian Maier, Andreas Winzer |
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| 17:00 - 18:00 | Mitgliederversammlung des IMAPS Deutschland e.V., Chair: Martin Schneider-Ramelow |
| 19:30 - 23:00 | Gemeinsames Abendessen in Augustiner Gaststätten, Neuhauser Str. 27, 1. OG, Grüner Saal |
| Freitag, 17.10.2025 | |
| 9:00 - 10:40 | Enabling Technologies I, Chair: Artem Ivanov, Hochschule Landshut |
| Fabrication and characterization of nanoporous copper structures for contacting applications in wafer level packaging Jordis Take, Markus Wöhrmann, Morten Brink, Martin Schneider-Ramelow |
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| Fortschritte beim mmW-Packaging über 100 GHz Janis Blank, Thomas Zwick |
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| Thermal laser processes in printed electronics: sustainable and rapid post-processing for high volume production Alexander Görk |
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| Aufbau- und Verbindungstechnik eines 800 V Hochstrom- Leistungsmoduls mit TO-263 SiC MOSFETs auf Metallkernleiterplatte Bernhard Jahn, Alexander Kleimaier |
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| 10:40 - 11:30 | Pause und Ausstellung in der Galerie |
| 11:30 - 13:10 | Enabling Technologies II, Chair: Alexander Hensel, Siemens AG |
| Condition monitoring powered AI for repair and reuse in electronics Andreas Zippelius |
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| Flexible Codierung vom Chip-Less RFID-Tags im Fertigungsprozess durch Laserdirektbelichtung Peter Uhlig, Lynn Möhring, Enrico Tolin, Martin Ihle, Birgit Manhica |
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| Hochfrequenzstörempfindlichkeit von mikromechanischen Mikrofonen Margarita Chizh |
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| Power electronics packaging - New perspectives with Compression Molding Marcus Voitel |
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| 13:10 - 13:15 | Schlussworte des Vorsitzenden des IMAPS Deutschland e.V., Martin Schneider-Ramelow |
Veranstaltungskalender
| Ort | Zeitraum | Name | Veranstalter |
| Grenoble, Frankreich | 16.-18. Sept. 2025 | IMAPS Europe EMPC 2025 | IMAPS France |
| San Diego, USA | 29. Sept.-2. Okt. 2025 | IMAPS Symposium 2025 | IMAPS USA |
IMAPS Deutschland – Ihre Vereinigung für Aufbau- und Verbindungstechnik
IMAPS Deutschland, Teil der „International Microelectronics and Packaging Society“ (IMAPS), stellt seit 1973 in Deutschland das Forum für alle dar, die sich mit Mikroelektronik und Aufbau- und Verbindungstechnik beschäftigen. Mit fast 250 Mitgliedern verfolgen wir im Wesentlichen drei wichtige Ziele:
- wir verbinden Wissenschaft und Praxis
- wir sorgen für den Informationsaustausch unter unseren Mitgliedern und
- wir vertreten den Standpunkt unserer Mitglieder in internationalen Gremien.
Impressum
IMAPS Deutschland e. V.
Kleingrötzing 1, D-84494 Neumarkt-St. Veit
1. Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Martin Schneider-Ramelow, Institutsleiter Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM),
Schatzmeister
(bei Fragen zu Mitgliedschaft und Beitrag):
Ernst G. M. Eggelaar,
Ausführliche Kontaktinformationen zu den Vorstandsmitgliedern finden Sie unter www.imaps.de
(Vorstand)
