Anschlussklemmen und Flanschelemente Koplanarer, SMT-fähiger Leiterplattensteckverbinder

Autor / Redakteur: Alex Cristescu, Stefan Wiechert* / Kristin Rinortner

Spezielle, anpassungsfähige Leiterplatten-Anschlussklemmen sowie bewegliche Flanschelemente eleminieren bestehende Probleme hinsichtlich Koplanarität und unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten bei der Oberflächenmontagetechnik. Bei dieser Entwicklung werden Lötpins, Flanschelemente und ganze Anschlusselemente im Gehäuse beweglich gelagert. Im Beitrag beschreiben die Autoren einen Weg, wie man von der Through-Hole- zur echten SMD-Technik gelangt.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Leiterplattenbestückungstechnik entwickelt sich immer mehr in Richtung SMT (Surface Mounted Technology; Oberflächenmontagetechnik). Auf der idealen Leiterplatte sind beide Seiten mit allen aktiven und passiven Komponenten bestückt. Einerseits sollen Bohrungen auf der Leiterplatte vermieden werden, andererseits müssen jedoch möglichst viele SMT-Komponenten von beträchtlicher Größe und Gewicht auf der Leiterplatte platziert werden.

Ein kritischer Faktor bei der Bestückung der Leiterplatte ist die Tatsache, dass die Kontaktreihe des Steckverbinders exakt planar zur Leiterplattenoberfläche ausgerichtet sein muss. Weil die dauerhafte Qualität der Lötverbindung nur dann gewährleistet ist, wenn sich Lötele-mente, Lotpaste und Leiterplatte berühren, ist das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten von Bauelementen und Leiterplatte beim Reflowlötprozess von entscheidender Bedeutung.

Die Autoren zeigen einige während der vergangenen acht Jahre entwickelten Verfahren auf, die die Leiterplattenbestückung mit SMT-Bauteilen signifikant verbessern und eine vollkommene Oberflächenhaftung und Anpassung an Unebenheiten der Leiterplattenoberfläche bie-ten.

Im Gehäuse beweglich gelagerte Lötpins

Die Oberflächenmontagetechnik ist heute eine der am schnellsten wachsenden Verfahren in der Elektronik. Das liegt einerseits am großen Potenzial bei der Kostenersparnis, der höheren Komponentendichte und der besseren Ausnutzung der Leiterplattenoberfläche. Andererseits erhöht sich die Zuverlässigkeit dieses Verfahrens.

Da die Leiterplattenklemmen häufig größer als andere passive oder aktive Elektronikbauteile sind, erweisen sich die Lötstellen bei SMT-Anwendungen im Vergleich zu THWS(Through Hole for Wave Soldering)- oder THR(Through Hole Reflow)-Verfahren als weniger zuverlässig. Im Vergleich zu anderen passiven Bauteilen lassen sich die Anschlussklemmen an die SMT-Umgebung aufgrund der Installationsbedingungen konstruktiv bedeutend schwieriger anpassen: Stiftleisten müssen mit den Montagepraktiken der Stecker zusammenpassen.

Eine Pareto-Analyse der Problemsituation bei SMT-Anschlussklemmen zeigt, dass die folgenden 20% der mechanischen Probleme die Ursache für 80% der Schwierigkeiten bei der Zuverlässigkeit von Lötstellen, Montageprozesse und Anlagen sind:

  • Koplanarität der Lötelemente, um den ausreichenden Kontakt zu den Lötpads auf der Leiterplatte sicher zu stellen.
  • Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Kunststoffgehäusematerial der Anschlussklemme und dem Leiterplattenmaterial.
  • Unangepasste Haltekräfte der Klemme auf der Leiterplatte, die den Installationsbeanspruchungen während des Anschließens im Feld nicht standhalten.

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