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Große SMT-Bauteile sicher befestigen

Haltbare Lötverbindungen für schwere und mechanisch beanspruchte Komponenten
Große SMT-Bauteile sicher befestigen

Besonders bei mechanisch beanspruchten Steckverbindern mit oberflächenmontierbaren Anschlüssen ist die Gefahr groß, dass durch Krafteinwirkung die Anschlüsse aus den Lötstellen ausbrechen. Jetzt wird ein Verfahren angeboten, das auch diese Bauelemente auf der Leiterplatte sicher befestigen soll.

Udo Pech, Leonhardy, Reichenschwand

Die fortschreitende Umstellung auf reine SMT-Bauelemente zur Optimierung der Verarbeitungsprozesse stößt bei größeren Anschlusselementen oder allgemein Bauteilen, die im Betrieb einer Kraft durch Betätigen oder Fügen ausgesetzt sind, oft an ihre Grenzen. Möchte man auf Schnappelemente, Schraubbefestigungen etc. verzichten, bleiben im wesentlichen nur die drei Möglichkeiten der Bauteilbefestigung im SMT-Lötprozess:
• In Kunststoffgehäuse eingepresste Metallteile, die als Lötstützpunkte beim Löten das Bauteil sicher fixieren,
• Metallisierung der in Kunststoff integrierten Auf-lagepunkte mit haftfähigen, lötbaren Schichten und
• Löten von in das Kunststoffteil integrierten Befestigungselementen in durchkontaktierten Bohrungen im „Pin-in-Paste“-Verfahren.
Während eingepresste oder umspritzte Metallteile als Lötstützpunkte schon weite Verbreitung gefunden haben, beginnt sich nun das zweite Verfahren, das Löten metallisierter Kunstoff-Auflageflächen (Moulded Interconnect Devices, MID), mehr und mehr durchzusetzen. Hierbei ist es wichtig, die geeignete Kombination von einem hochtemperaturbeständigen Kunststoff, der optimalen Metallisierung und entsprechenden Metallisierungsverfahren einzusetzen und zu beherrschen. Unter den genannten Bedingungen gelingt es hier schon Haftfestigkeiten zu erreichen, die die Zugfestigkeit des Kunststoffmaterials im betroffenen Querschnitt übersteigt, sodass die Bruchstelle beim Zerstören im Kunststoff und nicht zwischen Metallisierung und Kunststoffoberfläche liegt.
Das dritte Verfahren stellt eine Neuentwicklung dar, mit der die Lücke zwischen den anderen Möglichkeiten geschlossen werden kann. Hierbei werden in den Kunststoffgehäusen Halteelemente integriert, mit deren Hilfe die Gehäuse ohne jegliche Nachbehandlung oder Metallisierung einerseits in der Art eines Positionierzapfens leicht in die Platine bestückt werden können, andererseits aber durch den Lötprozess sehr stabil befestigt werden können.
Das Prinzip erinnert etwas an die „Pin in paste“-Verfahren, bei denen grob dargestellt die Lotpaste auf durchkontaktierte Löcher gedruckt wird, die THT-Beinchen eines entsprechend gestalteten Bauelementes durchstoßen beim Bestücken die Lotpaste und können mit den SMT-Elementen zusammen in einem Prozess gelötet werden.
Die Kunststoffbauteile erhalten an der Unterseite „Positionierzapfen“ mit spezieller Geometrie (Bild 1 u. 2), die in gleicher Weise in durchkontaktierte Löcher der Leiterplatte bestückt werden. Wegen der zum Patent angemeldeten Geometrie bilden diese „Halteelemente“ im SMT-Lötprozess einen geometrischen Hinterschnitt zur Leiterplatte. Die Folge ist, dass die „gelöteten“ Bauelemente nur noch durch das Zerstören der Zapfen gelöst werden können. Die dazu nötige Kraft hängt damit im Wesentlichen vom Durchmesser der Zapfen und dem gewählten Kunststoff ab.
Betrachtet man die aufgeführten Befestigungsverfahren unter Kostengesichtspunkten, dann liegt es nahe, dass das letztgenannte erhebliche Vorteile hat, da weder zusätzliche Teile noch gesonderte Prozessschritte nötig sind. Letztendlich hängt die Wahl des geeigneten Prinzips aber von den bauteil- und platinenspezifischen Randbedingungen ab. Ist eine durchkontaktierte Bohrung in der Platine nicht möglich, dann stellen die metallisierten oder mit eingepressten Lötstützpunkten versehenen Bauteile die bessere Lösung dar.
Die Wahl der richtigen Befestigungsmethode erfolgt in aller Regel in enger Zusammenarbeit mit dem Fertiger oder Verarbeiter, insbesondere da wie bei Leonhardy alle drei Möglichkeiten zur Verfügung stehen und oft auch Mischungen der Verfahren oder optional verschiedene Ausführungen eines Bauteiles realisiert werden können.
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