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Der oberflächenmontierbare Schneid-Crimp-Anschluss im Detail.
Beispiele für das Schneid-Crimp-Verfahren.
Der Schneid-Crimp-Anschluss lässt sich mit konventionellen Nozzeln der SMT-Bestückautomaten auf die Platine platzieren.
Das Crimpen des Anschlusses geht schnell und die Verbindung ist zuverlässig.
Querschnitt der angeschlossenen Leitung
Auch zahlreiche serielle Verbindungen zu einer einzelnen Leitung wie sie in der LED-Beleuchtung nötig sind, lassen sich leicht realisieren.
Große Nachfrage nach dem Scheid-Crimp-Anschluss herrscht vermehrt in der LED-Beleuchtungsbranche.
Die Crimp-Presse CP1000 von Werner Wirth.
Demoboard mit verschiedenen Zierick-Anschlüssen
Die Mini Press von Zierick ist für Klein- bis Mittelserien ausgelegt.

Verbindungen gelten bis heute immer noch als eines der schwächsten Glieder in der Kette der elektronischen Baugruppenfertigung. Schließlich ist der Druck extrem hoch, immer kleinere, billigere und zuverlässigere elektronische Baugruppen herzustellen. Als Antwort auf diese Herausforderungen, dürfte der Schneid-Crimp-Anschluss von Zierick (Vertrieb: Werner Wirth) gelten, der im Jahr 2009 sogar mit dem Higgins-Caditz-Award ausgezeichnet wurde.

Arbeitsschritte wie manuelles Anlöten und Abisolieren entfallen: Der SMT-Anschluss hat eine flache Basis, die für die Oberflächenmontage geeignet ist. Zwei Kontaktdorne für die elektrische Verbindung stehen aus der flachen Basis hervor. Der Anschluss hat zwei Seitenwände, die im rechten Winkel zur Basis angebracht sind. An jeder Seitenwand liegt eine tief eingekerbte Rinne in der Nähe der Basis, parallel zur Anschlussbasis. Innerhalb des Anschlusses, zwischen den beiden Kontaktdornen, gibt es einen flachen Bereich, um die Nozzleaufnahme des Anschlusses durch SMT-Bestückautomaten problemlos zu ermöglichen.

Die SMT-Verbinder gibt es in unterschiedlichen Lieferformen (lose, Endlosgurt, Blistergurt). Die Tape-Variante macht die automatisch bestückbaren Bauteile noch flexibler, da die Bestückung mit Standard-Bestückautomaten erfolgt, wobei die Verwendung von Standard-Nozzles gegeben ist.

Feste Lötverbindungen

Den anschließenden Reflowprozess übersteht der Schneid-Crimp-Anschluss problemlos. Zudem zeichnen sich die Anschlüsse durch feste Lötverbindungen und ihre hohe Positionsgenauigkeit aus. Diese beiden Eigenschaften werden durch die aktive Nutzung der Kapillarwirkung des flüssigen Lotes in der Reflow-Phase erzielt. Die Kapillarwirkung des Lotes lässt die Steckverbinder auf dem Board auf die richtige Position gleiten. Es entsteht eine dünnere Lötverbindung, die gleichzeitig stärker ist als bei herkömmlichen Steckverbindern.

Möglich wird dies, weil sich das Lot sowohl um die gesamte Basis als auch im Innern des Anschlusses in den beiden dreieckigen Löchern verteilt. Diese mehrfach gelöteten Oberflächen halten den Anschluss sicher auf der Platine fest. Die zwei dreieckigen Öffnungen sind beim Stanzen der Kontaktdornen aus dem Basismaterial entstanden. Diese Öffnungen sorgen nicht nur für zusätzliche Lötzinnbahnen, sondern ermöglichen auch das Entweichen von Gasen. Eingeschlossene Gase wirken sich negativ auf die Integrität von SMT-Lötverbindungen aus, da sie Hohlräume erzeugen. Diese eingeschlossenen Gase treten besonders häufig auf, wenn große flache Oberflächen wie eine Anschlussbasis gelötet werden. Die dreieckigen „Lüftungslöcher“ ermöglichen das Entweichen des Gases, was die Bildung von Hohlräumen minimiert. Das Ergebnis ist eine stärkere Verbindung, die widerstandsfähiger gegenüber Temperaturschocks und thermischer Wechselbeanspruchung ist.

Zuverlässige Anschlüsse

Der Anschluss ähnelt zwar einem konventionellen Crimpverfahren, doch handelt es sich hierbei nicht um eine echte Crimpverbindung. Bei einer echten Crimpverbindung wird die Isolierung von den Leitungsadern entfernt. Das Anschluss-Crimpen erfolgt mit einem zweiteiligen Crimpwerkzeug, das aus Dorn und Amboss besteht. Die daraus resultierende Hochdruckverbindung ist sehr empfindlich in Bezug auf Form, Abmessungen und Kraft beim Crimpen. Eine echte Crimpverbindung ist für Oberflächenmontage-Anwendungen nicht besonders gut geeignet. Es wäre schwierig, einheitliche Crimpvorrichtungen zu haben, weil die Dicke von Platine und Lötzinn stark variiert. Darüber hinaus würde die für die Hochdruckverbindung erforderliche Crimpkraft die Platine beim Anschließen der Leitung unerwünschten Komprimierungskräften aussetzen.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Leitung vor dem Anschließen nicht abisoliert werden muss: Zwei in die Leitungsadern gepresste Kontaktdorne sorgen für die Verbindung. Die gebogenen Crimp-Laschen am Anschluss halten die Spitzen in der Leitung und sorgen für eine Zugentlastung des Leiters. Dieses Schneidcrimp-Verfahren erfordert deutlich weniger Kraft zum Anschließen einer Leitung als konventionelles Crimpen. Daher wird die Stoßbeanspruchung der Leiterplattenbaugruppe minimiert. Dieses Verfahren bietet eine zuverlässige Verbindung über einen großen Bereich von Crimpkräften hinweg, so dass es nicht empfindlich hinsichtlich der Crimpkraft ist. Es kann bei unterschiedlichsten Stärken von Platine und Lötzinn zum Einsatz kommen. Während der Produktion ist kein separater Schritt erforderlich, um die Leitung in den Anschluss einzulegen. Vielmehr drückt die Anschlusspresse die Leitung automatisch im Anschluss fest.

Diese Methode ist eine interessante und preiswerte Lösung für alle Anwendungen, wo es um eine permanente Leitungsverbindung zu einem SMT-Board geht. Allerdings erhält dieses Verfahren vermehrt in der LED-Beleuchtungsbranche Einzug, ist es doch besonders gut geeignet, wenn die Leitung durch den Anschluss geführt wird und zahlreiche serielle Verbindungen zu einer einzelnen Leitung hergestellt werden, wie etwa bei Leuchtbuchstaben.

Bedienerfreundliche Crimp-Presse

Die Robustheit dieser Verbindungstechnik, die in den Größen AWG 12–24 und bald auch in AWG 8 lieferbar ist, hat sich im Rahmen eines umfassenden Validierungsverfahrens erwiesen. Im Rahmen des Validierungsverfahrens wurden auch Tests durchgeführt. Dabei wurde die Festigkeit der Verbindung zwischen Leitung und Anschluss genauso in Augenschein genommen wie die Festigkeit der Verbindung zwischen Anschluss und Platine, Nennstrom/Erwärmung sowie thermische Wechselbeanspruchung und Kontaktwiderstand.

Realisieren lässt sich das Schneidcrimp-Verfahren mit der Mini Press von Zierick, welche zur einfachen Verarbeitung der Crimp IPCs (Insulation Piercing Connectors) konzipiert wurde und für Klein- bis Mittelserien ausgelegt ist. Die Mini Press beinhaltet ein Oberwerkzeug (Tunnel), das den Crimp umfasst und als Resultat ein „D“ formt sowie als Unterwerkzeug einen gefederten Amboss. Nach dem Reflowprozess legt der Bediener das Kabel auf den U-geformten Crimp, drückt leicht mit dem Board den Amboss nach unten und positioniert den Crimp unter das Oberwerkzeug, welches den Crimp samt Kabel umfasst und fixiert. Danach drückt der Bediener den Zweihand-Knopf, der sich an den Seiten der Presse befindet, und löst auf diese Weise die Crimpung aus. Das Board samt dem verbundenen Kabel wird von dem gefederten Amboss in Position gehalten und wartet auf die Entnahme durch den Bediener, der den Amboss leicht nach unter drückt und das verbundene Board entnimmt.

Allerdings hat Werner Wirth die Presse weiter optimiert: Die neuartige Crimp-Presse CP1000 ist für mittlere und größere Serien ausgelegt und kann sowohl alle Crimp IPCs als auch alle IDC (Insulation Displacement Connectors) verarbeiten. Dadurch ist es möglich, mit einer Presse sowohl die Kabel in die Crimp IPCs vercrimpen als auch in die IDCs einpressen. Für jedes Teil ist lediglich das passende Oberwerkzeug nötig. Im Unterschied zu Ziericks Mini-Crimp-Presse, ist das Unterwerkzeug als Aufnahme für das Board angefertigt. Mit dem Bewegungshub fährt hier nun das Oberwerkzeug nach unten. Es erfolgt eine Vorpositionierung und Fixierung des Kabels im U-förmigen Crimp. Im zweiten Schritt, dem Krafthub, erfolgt die Crimpung, die durch einen Fußschalter ausgelöst wird.

Zuverlässig und effizient

Die Schneid-Crimp-Verbinder für Wire-to-Board- und Wire-to-Wire-Verbindungen ermöglichen eine schnelle, sichere und außerordentlich feste Verbindung von Kabeln an Boards. Für den Einsatz der Verbinder ist kein Abisolieren oder manuelles Anlöten erforderlich. Es sind keine vorverzinnten Drähte und in den meisten Fällen keine weitere Zugentlastung notwendig. Die Bestückung erfolgt mit Standard-Bestückautomaten. Nach dem Reflow-Löten wird das Kabel einfach auf den Crimp gelegt und mit einer Presse eingecrimpt.