Gelötet und verbunden

Steckverbinder – Für eine perfekte Verbindung auf der Leiterplatte und für alle gängigen Verfahren bietet Fischer Elektronik passende Steckverbinder.

28. Mai 2019
Gelötet und verbunden
SMD-Buchsenleisten. (© Fischer Elektronik)

Von Stefan Suchan, Konstruktions- und Entwicklungsingenieur Steckverbinder, Fischer Elektronik, Lüdenscheid

Mit Leiterkartensteckverbindern sind Spannungen und Ströme innerhalb einer oder zwischen mehreren Leiterkarten zu übertragen. Jedoch ist nicht jeder Steckverbinder geeignet, Leistungen zu übertragen. Es bestehen bauartbedingte Unterschiede zwischen den einzelnen Steckverbindern. Diese liegen größtenteils in den verschiedenen Lötverfahren.

Die Through-Hole-Technology (THT), die Surface-Mounting-Technology (SMT) und das Through-Hole-Reflow (THR)-Lötverfahren sind dabei am bekanntesten. Für alle diese Prozesse hält Fischer Elektronik passende Steckverbinder bereit.

Das SMT-Lötverfahren, auch Reflow-Löten genannt, wird oft bei hochautomatisierten Leiterkartenbestückern verwendet, um Bauteile auf der Leiterkarte zu verlöten. Dabei werden die entsprechenden Lötpads vor dem Reflow-Prozess auf die Leiterkarte gebracht. Dies erfolgt zumeist über ein Sieb- oder Schablonendruckverfahren. Dazu gehören oberflächenmontierte Bauelemente (SMD), wie sie in der Automotive-, Multimedia- und Luft- und Raumfahrtindustrie verstärkt verwendet werden.

Nachdem die Lötpads für die SMD-Bauteile auf der Platine gedruckt sind, werden die Steckverbinder häufig mit einem Roboterarm einzeln auf der Platine platziert und zusätzlich mit einem Epoxidharz auf der Leiterkarte befestigt, damit diese sich während des Lötens nicht verschieben. Die SMD-Steckverbinder können dabei sowohl in stehender als auch in liegender Ausführung auf der Leiterkarte bestückt werden.

Wenn alle SMD-Bauteile an den entsprechenden Stellen platziert wurden, fährt die bestückte Leiterkarte durch mehrere Reflow-Öfen. In diesen wird das Lot nach und nach aufgeschmolzen und die Bauteile somit mit der Leiterkarte verbunden. Da die SMD-Steckverbinder auf der Leiterkartenoberfläche verlötet werden, lassen sie sich auf beiden Seiten der Leiterkarte anbringen. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Packungsdichte um 100 Prozent. So ist es möglich, mehr Steckverbinder und andere elektronische Bauteile auf einer Leiterkarte zu verbinden. Für THT- und SMD-Bauteile wird nur ein Lötprozess benötigt.

Der richtige Werkstoff

Um einen Reflow-Prozess ohne Verformungen des Isolierkörpers oder Herauslösen der Kupferkontakte zu überstehen, ist es notwendig, bei den SMD-Steckverbindern hochtemperaturfeste Kunststoffe für den Isolierkörper zu verwenden – wie die Polyamide PA 4.6 oder PA 6.6, Polyphenylensulfid (PPS) oder flüssig kristalline Polymere (LCP). Alle drei Kunststoffgruppen besitzen eine Temperaturbeständigkeit von 260 Grad Celsius.

Wenn die Isolierkörper aus nicht hochtemperaturbeständigen Kunststoffen wie Polybutylenterephthalat (PBT) bestehen, kann es nach dem Reflow-Löten zu Verformungen des Isolierkörpers oder Herausfallen der Kontakte kommen. Dabei werden die Steckverbinder oder auch andere SMD-Bauteile auf den entsprechenden Lötpads der Leiterkarte positioniert und durch mehrere Reflow-Öfen gefahren.

Die Leiterkarte landet auf einem Transportband und wird durch die Öfen gefahren. Dabei steigt die Temperatur von Ofen zu Ofen an auf maximal 250 bis 260 Grad Celsius, damit das Lot vollständig aufgeschmolzen ist.

Es legt sich um die Kontakte des Steckverbinders und dieser wird mit der Leiterkarte verbunden. Dann wird in den darauffolgenden Öfen die Temperatur langsam heruntergefahren, so dass sich keine kalte Lötstelle bildet oder das Lötzinn am Kontakt aufplatzt. Somit muss der Kunststoff des Steckverbinders hohe Temperaturunterschiede überstehen, ohne sich zu verformen.

Die Verpackung macht’s

Aber nicht nur der SMD-Steckverbinder spielt eine wichtige Rolle, durch die stetige Automatisierung und Vernetzung von Prozessen steigt auch die Bedeutung der Verpackungen in einer automatisierten Bestückung.

Durch Verpackungsformen wie Stangenmagazine oder Tape & Reel, wie sie Fischer anbietet, lassen sich die Steckverbinder über einen Feeder zuführen und auf der Leiterkarte bestücken.

Um das Bestücken auf der Leiterkarte zu erleichtern, werden die meisten SMD-Steckverbinder mit einer Bestückungshilfe versehen. Diese wird zumeist durch eine Venturi-Düse angesaugt oder durch einen Fingergreifer aufgenommen, um den Steckverbinder an die richtige Stelle auf der Leiterkarte zu platzieren. Nach dem Reflow-Lötprozess wird die Bestückungshilfe vom Steckverbinder abgezogen und entsorgt.

Der Anwender muss Stangenmagazine und Tape & Reel genau wie die Bestückungshilfen an die SMD-Steckverbinder anpassen, da sich die Steckverbinder bei zu groß gewählten Einheiten verschieben und ineinander verhaken können. Auch ist das Risiko einer Positionsverschiebung der Steckverbinder im Verpackungsmaterial bei einer falschen Dimensionierung wesentlich höher als bei einer Anpassung des SMD-Steckverbinders an den Tape & Reel.

Der Trend geht bei Verpackungen für die automatisierte Bestückung in den vergangenen Jahren immer mehr zum Tape & Reel, da sich wesentlich mehr Steckverbinder zuführen lassen als über ein Stangenmagazin und der Feeder nicht so oft zu wechseln ist. Die Stückzahlen bewegen sich beim Tape & Reel zwischen 300 und 2.400 Stück pro Spule. Ein Stangenmagazin enthält je nach Polzahl der Steckverbinder 20 bis 50 Stück. mkT

Infobox

Auf einen Blick

Die Vorteile von SMD-Steckverbindern liegen einerseits in der Erhöhung von Packungsdichten auf den Leiterkarten, andererseits in der automatisierten Bestückung durch Stangenmagazine und Tape & Reel. Gerade im Zeitalter von Industrie 4.0, in dem die Prozesse immer stärker miteinander vernetzt werden und die Automatisierungsgrade in den Fabriken immer weiter gesteigert werden, sind SMD-Steckverbinder in Kombination mit Stangen- magazinen oder Tape & Reel nicht mehr wegzudenken.

In den kommenden Jahren werden SMD-Steckverbinder und generell alle SMD-Bauteile wie die von Fischer Elektronik mehr an Bedeutung gewinnen, da die Miniaturisierung der Bauteile und Geräte fortschreiten wird.

Erschienen in Ausgabe: 04/2019
Seite: 30 bis 31