Neben dem traditionellen Wellenlötverfahren für die Durchstecktechnologie (THT) hat sich seit vielen Jahren für die „Oberflächen montierten Bauteile“ (SMD) die SMT – Löttechnik mit den verschiedenen SMT–Lötverfahren wie Dampfphasen-, Infrarot-, Konvektion- und Vakuumlöten etabliert.

Entsprechend dieser Lötverfahren sind die Ansprüche an die Steckverbinder höchst unterschiedlich. Während beim Wellenlötverfahren die Steckverbinder kaum einer höheren thermischen Belastung als der üblichen maximalen Dauertemperaturbelastung ausgesetzt sind, müssen die Steckverbinder bei der SMT–Löttechnik Temperaturen von mindestens 260 °C während des Lötprozesses standhalten.

In diesem Zusammenhang hat sich in den letzten Jahren eine weitere Löttechnik, basierend auf diesen beiden Grundlötverfahren entwickelt, die „Through–Hole–Reflow“ (THR) – Löttechnik. Hierbei wird der Steckverbinder in die Leiterplatte gesteckt und mittels SMT-Löttechnik verlötet. Die mechanische Festigkeit des verlöteten „THR“-Steckverbinders wird gegenüber der reinen SMT – Löttechnik deutlich erhöht. Die Lötung erfolgt mittels der bewährten SMT-Löttechniken.

Präzisionsbuchsenleiste für „THR“-Löttechnik.

Präzisionsbuchsenleiste für „THR“-Löttechnik.Fischer Elektronik

Anforderungen an den „THR“ – Steckverbinder

Die größte Beanspruchung an die Steckverbinder bei SMT – Lötverfahren ist die Wärmebelastung von mindestens 260 °C über einen Zeitraum von bis zu einer Minute. Dies gilt dann natürlich genauso auch für die „THR“-Steckverbinder.

Bei der thermischen Belastung von Kunststoffen unterscheidet man zwischen zwei  Beanspruchungsarten, dem kurzeitigen und dem langzeitigen Wärmeeinfluss. Beide Beanspruchungen wirken sich unterschiedlich auf die Isolationswerkstoffe der Steckverbinder aus.

Temperaturen um die 260 °C mit einer Belastungsdauer von mindestens 10 s werden bei einem kurzzeitigen Wärmeeinfluss beim Reflow-Löten erreicht. Die zu verwendenden  Hochleistungskunststoffe zeichnen sich durch eine sehr hohe Formstabilität und eine geringe Schwindungsneigung aus.

Bei einem langzeitigen Wärmeeinfluss können je nach Kunststoff Temperaturen bis 200 °C erreicht werden. Die Belastungsdauer geht über mehrere tausend Stunden. Solche Belastungen haben Auswirkung auf die Lebensdauer der Kunststoffe. Eine Abnahme der mechanischen Eigenschaften zum Beispiel Schlagzähigkeit, Bruchdehnung, wird durch den langzeitigen Wärmeeinfluss verstärkt. Um eine höhere Wärmeformbeständigkeit zu erreichen ist der Einsatz von Verstärkungsstoffen unvermeidbar.

Stiftkontaktleisten für „THR“-Löttechnik.

Stiftkontaktleisten für „THR“-Löttechnik.Fischer Elektronik

Eine zweite wichtige Anforderung an den „THR“ – Steckverbinder ist die Stiftlänge auf der Lötseite. Sie sollte kürzer als beim Wellenlöten sein, damit das auf der Leiterplatte  eingebrachte Lot beim Einsetzen des Steckverbinders nicht mit herausgedrückt wird und es so zu einem unbefriedigendem Ergebnis kommt. Als Richtlinie kann man davon ausgehen, dass die Lötseite des Kontaktes nicht länger als Dicke der Leiterplatte plus 0,5 mm sein soll.

Anforderung an die Leiterplatte

Eine Abstimmung der Leiterplattenlöcher für die „THR“– Steckverbinder ist erforderlich. Die entsprechenden Löcher sollten einen nur etwa 0,2 mm größeren Durchmesser, als der zu verlötende Stiftdurchmesser ist, aufweisen. Darüber hinaus müssen die Löcher in der Leiterplatte durchkontaktiert sein. Hierbei wird, wie auf der Ober- und Unterseite der Leiterplatte, eine Kupferkaschierung eingebracht und dann mit entsprechend dicker Zinnschicht versehen. Um dieses durchkontaktierte Loch wir sowohl auf der Oberseite wie auf der Unterseite ein sogenanntes Löt-Auge angebracht

Beide Voraussetzungen garantieren eine gute und sichere Verlötung, die auch eine visuelle Kontrolle der durchgesteckten Kontakte nach dem Verlöten ermöglicht.

Fazit

Es ist allgemein bekannt, dass jedes der beiden Lötverfahren – Welle und SMT – eigene Steckverbinder benötigt.

Als gute, weiterentwickelte Verbindung zwischen diesen beiden Techniken kann der „THT“-Steckverbinder eine Zukunft haben. Gerade für Hersteller, die bei der seinerzeitigen Umstellung auf bleifreies Lot und den damit verbundenen höheren Löttemperaturen, komplett auf hochtemperaturbeständige Kunststoffe umgestiegen sind, haben hier den Vorteil, nur die 0,5 bis 1 mm kürzeren Lötstifte realisieren zu müssen.

Darüber hinaus wird die gleiche mechanische Festigkeit beim „THT“-Steckverbinder erreicht wie bei der Wellenlöttechnik und der automatisierte Lötprozess mit einhergehender automatischen Bestückung wie bei der SMT-Löttechnik.

Dies ist gerade für die zum großen Teil weiterhin recht großen Bauteile der Steckverbinder – Familie von nicht zu vernachlässigbarem Vorteil.