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Surface Mounted Technologie optimiert die Leiterplattenbestückung

Surface Mounted Technologie optimiert die Leiterplattenbestückung
Bewegliche Anschlussklemmen für mehr Flexibilität

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Auch in der Elektronikfertigung zeigt sich der allgemeine Trend zu immer kleineren Komponenten. Durch das „Internet of Things“ (IoT) sowie den Siegeszug von Industrie 4.0 steigt der Bedarf an platzsparenden Lösungen. Bei der Leiterplattenbestückung ist daher neben Leistungsstärke auch Anpassungsfähigkeit gefragt. Die Surface Mounted Technologie (SMT) setzt sich deshalb im Bereich der Leiterplattenbestückung auch bei Lösungen für Industrieanwendungen zunehmend durch.

Ihren Siegeszug begann die Surface Mounted Technology im Bereich der Unterhaltungselektronik. Mittlerweile ist diese Oberflächenmontagetechnik auch in anderen Bereichen, beispielsweise der Industrie-Elektronik, der Büro- und Datentechnik, der Nachrichtentechnik, der Kfz-Elektronik sowie der Steuerungs- und Messtechnik angekommen. Gründe dafür sind die Wirtschaftlichkeit, aber auch die technischen Vorteile von SMT.

Leiterplatten sollen heute auf beiden Seiten mit allen notwendigen aktiven und passiven Komponenten bestückt sein. Das ist besonders für Anwendungen entscheidend, bei denen nur ein geringer Einbauraum zur Verfügung steht. Hier bietet sich die „Surface Mount Technology“ als ideale Alternativlösung an. Bei SMT werden kleinste Bauelemente verwendet, die nicht mehr mit Pins ausgestattet sind, sondern direkt auf der Leiterplatte befestigt werden. Dadurch entfallen Bohrungen für die Montage der notwendigen Komponenten. Die Leiterplattengestaltung wird für Entwickler aufgrund dessen deutlich flexibler, da somit auch die rückseitige Belegung der Leiterplatte mit zusätzlichen Komponenten möglich wird. Das macht SMT auch für die Herstellung kleinerer Baugruppen oder als Lösung für spezifische Applikationen interessant. Darüber hinaus wird die Palette der verwendbaren Trägermedien größer.

So können beispielsweise auch Glasträger verwendet werden, bei denen eine Bohrung nicht möglich ist. Stattdessen werden die Leiterbahnen auf diese Grundfläche aufgedampft.

Einschränkungen werden obsolet

Allerdings stieß der Einsatz von SMD-Bauteilen bislang auch an seine Grenzen. Betroffen davon waren Steckverbinder ab einer gewissen Baugröße sowie einem Rastermaß von mehr als 2,54 mm. Hier war nach wie vor die Durchsteckmontage notwendig, um die Komponenten auf der Leiterplatte zu befestigen. Der Grund dafür ist, dass der Leiteranschluss und die Stromversorgung ausreichende Abmessungen benötigen, um bei höheren Strömen und Spannungen den physikalischen Anforderungen zu entsprechen.

Leiterplattenklemmen sind zudem größeren mechanischen Belastungen ausgesetzt als andere passive oder aktive Elektronikbauteile. Beim Montageprozess kommt es zu einer enormen Kräfteentwicklung, sei es durch das Anschließen von elektrischen Leitern oder das Aufbringen einer korrespondierenden Steckerleiste. Vermutungen liegen nahe, dass die Haftkräfte der Klemme dem Installationsanforderungen nicht immer standhalten. Aus diesem Grund lösten sich die Bauteile häufig von der Leiterplatte.

Mit Forschung zum Erfolg

WECO hat jahrelang Grundlagenforschung betrieben, um diese Problematik in den Griff zu bekommen und eine adäquate Lösung auf den Markt zu bringen. Im Zuge der Forschungsarbeit stellte sich heraus, dass eine zuverlässige Haltekraft der Klemme nur dann gewährleistet ist, wenn die Lötstellen zuverlässig auf der Leiterplatte kontaktieren. Das gilt ausnahmslos für alle Lötstellen. Bei größeren Bauteilen oder großpoligen Anschlussklemmen wird gerade das allerdings zum Problem.

Mit so genannten schwimmenden Kontaktelementen wurde eine Problemlösung entwickelt, die ein breites Anwendungsspektrum bietet. Diese Kontaktelemente sind – je nach Bauart in alle Richtungen frei beweglich und setzen zuverlässig auf der Leiterplattenoberfläche beziehungsweise der Lötstelle auf. „Bei SMD-Bauelementen erzielen wir so eine hundertprozentige Koplanarität“, sagt Detlef Fritsch, Geschäftsführer der WECO Contact GmbH. „Die Größe der Bauteile oder die Polzahl haben keinen Einfluss mehr auf das Endergebnis.“

Schwimmende Elemente bieten neue Optionen

Aufgrund der letzten Forschungsergebnisse konnte das verfügbare Produktspektrum deutlich erweitert werden. Aktuell stehen kleine Ausführungen im 3,5-mm-Raster zur Verfügung, aber auch Modelle im Raster von 5,0 mm. Die Anschlussklemme 930-D-SMD-DS im Raster von 3,5 mm des Unternehmens beispielsweise ist für einen Leiterquerschnitt von 1 mm² geeignet. Der Klemmkörper befindet sich beweglich im Gehäuse. Eine Besonderheit bei dieser Variante ist, dass keine seitlichen Lötflansche zur Vergrößerung der Lötoberfläche notwendig sind. Dennoch bietet bereits die zweipolige Ausführung eine Platinenabreißkraft von über 100 Newton.

Auch Bauteile mit einem Raster von 5,0 mm stehen mittlerweile in SMD-Technik zur Verfügung. Dazu gehört die Leiterplattenklemme 140-A-126-SMD des Unternehmens. Bei dieser Klemme ist der Klemmbügel mit der Lötfahne aus einem Stück hergestellt und fest im Gehäuse integriert. Die Lötfahnen, die nach dem Reflowlöten eine koplanare Verbindung erzeugen, werden parallel zur Leiterplatte ausgerichtet. Die Gehäuse haben zwei seitliche Befestigungsflansche, in denen sich Lötelemente befinden, die in vertikaler Richtung geringfügig beweglich sind. Das ermöglicht einerseits den Ausgleich von Höhenunterschieden, die sich ergeben können, wenn die Lötpaste ungleichmäßig auf die Leiterplatte aufgebracht wird und andererseits das vollständige Auffangen der seitlichen Scherkräfte, wodurch Stress an den elektrischen Lötkontakten vermieden wird. Die optimale Anpassung an die Lotpastendicke gewährleistet bei dieser Version eine sichere mechanische Fixierung auf der Leiterplatte, was bei Prüfvorgängen mit der gängigen Zahl von sechs Polen verifiziert worden sei, so der Hersteller. Demnach hält die Leiterplattenklemme Abreißkräften von bis zu 320 Newton stand. Zusätzliche Bohrungen, durchkontaktierte Lötverbindungen oder Verschraubungen sind nicht notwendig.

www.wecogroup.de

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