Wie man hohe Ströme auf die Leiterplatte bringt

Autor / Redakteur: Andreas Aigner * / Kristin Rinortner

Kompakte Hochstromanschlüsse auf der Leiterplatte zeichnen sich unter anderem durch Übergangswiderstände aus, die eine minimale Eigenerwärmung garantieren. Im Beitrag zeigen wir praktische Umsetzungen.

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Wenn die Nennströme steigen: Leistungssteckverbinder mit THR-Anschlüssen lassen sich gemeinsam mit SMT-Komponenten im selben Reflow-Prozess verarbeiten. Dazu müssen allerdings Steckverbinder und Stiftkontakte angepasst werden.
Wenn die Nennströme steigen: Leistungssteckverbinder mit THR-Anschlüssen lassen sich gemeinsam mit SMT-Komponenten im selben Reflow-Prozess verarbeiten. Dazu müssen allerdings Steckverbinder und Stiftkontakte angepasst werden.
(Bild: Würth Elektronik eiSos)

Entwickler nutzen in der Regel zwei Varianten, um Leistungssteckverbinder mit der Leiterplatte zu verbinden: die klassische, automatisierte SMT-Bestückung und die manuelle THT-Bestückung. Dass die Oberflächenmontage (Surface Mount Technology) und die Durchsteckmontage (Through-Hole-Technology) so bekannt sind, hat gute Gründe.

Bei Anschlüssen im Kleinspannungs- und mA-Bereich ist und bleibt die SMT-Bestückung die effektivste und kostengünstige Methode. Die Bauteile werden im vollautomatischen Bestückungsprozess per Pick-and-Place auf die bereits mit Lötpaste versehende Leiterplatte gebracht.

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Im anschließenden Reflow-Prozess wird das Lot verflüssigt – daher auch der Name Reflow –, um die Komponenten mit der Leiterplatte zu verbinden. Das Besondere an diesem Verfahren ist, dass sich beide Seiten der Leiterplatte in ein und demselben Prozess verarbeiten lassen.

War die SMT-Bestückung lange Zeit dem Bereich niedriger Ströme vorbehalten, hat sie sich inzwischen auch im Mittelfeld etabliert. So sind Wire-to-Board-Steckverbinder, ausgelegt auf Nennströme von 5 A, mittlerweile Standard. Auch bei Terminal-Blocks bis 10 A sind SMT-Anschlüsse auf dem Vormarsch.

Was ist kabelseitig bei Stromstärken über 10 A zu beachten? Eine höhere Stromstärke bedeutet eine größere Wärmeentwicklung, der man mit einem größeren Leitungsquerschnitt begegnen muss. Das wiederum heißt, dass die mechanische Belastung am Leiterkartenanschluss steigt. Und dieser kann die SMT-Verbindung nur bedingt standhalten.

Ein weiter Aspekt ist die Stromverteilung auf die unterschiedlichen Layer in der Leiterkarte, welche durch zusätzliche Layer, die wiederum einen erhöhten Platzbedarf aufweisen, realisiert werden muss. Deshalb steigen hier viele Anwender auf die Durchsteckmontage um.

THT-Steckverbinder sind bedrahtete Bauteile, haben also kleine Anschlussbeinchen, die später per Handbestückung durch eine Durchgangsbohrung in der Leiterplatte gesteckt und mittels Wellenlöten mit der Platine verbunden werden.

Das Eckige muss in das Runde

Die THT-Bestückung erfolgt nach der SMT-Fertigung. Somit sind meist beide Seiten der Platine bereits bestückt und die Gefahr bereits aufgelötete Bauteile bei der Wellenlötung zu beschädigen, ist sehr groß. Daher muss hier sehr oft auf Handlötung bzw. Selektivlötung zurückgegriffen werden.

Diese zusätzlichen Fertigungsschritte verursachen zusätzliche Kosten in der Produktion. Doch muss man diesen Zeit- und Kostenfaktor tatsächlich immer in Kauf nehmen, wenn die Stromstärken steigen?

Ingenieure, die bis zu 50 A (bei Temperaturen von 20°C) auf die Leiterplatte bringen möchten, können mit der Produktfamilie Redcube SMD Einzelleitungen an die Leiterkarte mit der klassischen SMT-Bestückung anschließen. Diejenigen, die für kleine und mittlere Ströme nicht auf die mechanische Belastbarkeit von THT-Bauteilen verzichten möchten, müssen nicht vom Reflow-Prozess abweichen.

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