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 den Installationsanforderungen nicht immer standhalten. Aus diesem Grund lösten sich die Bauteile häufig von der Leiterplatte.
Mit Forschung zum Erfolg
Weco Contact 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 sogenannten schwimmenden Kontaktelementen wurde eine Problemlösung entwickelt, die ein breites Anwendungsspektrum bietet. Diese Kontaktelemente sind – je nach Bauart – in horizontale Richtung frei beweglich und setzen zuverlässig auf der Leiterplattenoberfläche beziehungsweise der Lötstelle auf. „Bei SMD-Bauelementen erzielen wir so eine 100-prozentige Koplanarität“, sagt Detlef Fritsch, Geschäftsführer von Weco. „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 mm.
Die Weco-Anschlussklemme 930-D-SMD-DS im Raster von 3,5 mm 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 N.
Auch Bauteile mit einem Raster von 5 mm stehen mittlerweile in SMD-Technik zur Verfügung. Dazu gehört die Leiterplattenklemme 140-A-126-SMD von Weco. 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, was Stress an den elektrischen Lötkontakten vermeidet. Die optimale Anpassung an die Lötpastendicke gewährleistet bei dieser Version eine sichere mechanische Fixierung auf der Leiterplatte, was laut Hersteller bei Prüfvorgängen mit der Zahl von sechs Polen verifiziert worden ist.
Demnach hält die Leiterplattenklemme Abreißkräften von bis zu 320 N stand. Zusätzliche Bohrungen auf der Leiterplatte, durchkontaktierte Lötverbindungen oder Löcher für Verschraubungen sind nicht notwendig.
