Sollen Leiterplatten miteinander verbunden werden, wird bisher ein Abstandsbolzen an die eine Platine geschraubt, die andere darauf gesetzt und ebenfalls verschraubt. Dieser Vorgang benötigt nicht nur Zeit, sondern vor allem auch Fingerspitzengefühl. Zum einen werden die Baugruppen stets kleiner, zum anderen kommen in tragbaren Geräten immer flachere Komponenten zum Einsatz. Dadurch kann der Abstand der Leiterplatten verringert werden, um beispielsweise Handscanner, Mikrokameras oder Messgeräte noch handlicher gestalten zu können.

Besonders die Hersteller aus dem Embedded-Bereich wissen aus eigener Erfahrung, wie lange es mitunter dauern kann, bis die diversen Aufsteckmodule und -karten für die jeweiligen Sockel, wie PCI Express, Mini PCI, Qseven, MXM-Steckverbinder oder den M.2 (NGFF), bestückt sind. Wäre es möglich, die Abstandsbolzen auf der unteren Platine automatisch zu bestücken, würde der Großteil der Zeit für die manuelle Assemblierung bereits entfallen und Kosten dadurch reduziert. Genau das ist mit den SMT Spacern von Würth Elektronik möglich.

Kleine Lasche spart viel Zeit

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Ob zwischen Leiterplatten oder zwischen Leiterplatte und Gehäuse – mit den SMT Spacern lassen sich Abstände zwischen 1 und 15 mm realisieren. Dabei stehen sie anderen SMT-Bauteilen in nichts nach: Auf Rolle verpackt, werden die Bauteile in Sekundenschnelle mittels Pipette aus dem Gurt angesaugt und sehr präzise auf der Leiterplatte positioniert. Um alle Komponenten – auch SMT Spacer – im selben vollautomatischen Bestückungsprozess zu verarbeiten, besitzen die SMT Spacer mit Außengewinde eine speziell für den Reflow-Lötprozess entwickelte Ansaugkappe aus LCP, die Varianten mit Innengewinde eine Kaptonfolie.

Beides kann nach dem Löten rückstandslos abgezogen und entsorgt werden. Bei der Ausführung der Kaptonfolie sorgt ein unscheinbares Detail für eine enorme Zeitersparnis in der Weiterverarbeitung: Sie verfügt über eine Lasche, mit der sich die Folie im Nu entfernen lässt. Klingt recht unspektakulär, geht man aber davon aus, dass normalerweise zwischen zwei bis drei oder noch mehr Sekunden vergehen, bis die Folie vom Bauteil gelöst ist, ist der Mitarbeiter bei einer Stückzahl von nur zehntausend bereits über acht Stunden beschäftigt. Diese Zeit- und Kostenersparnis wird umso größer, je höher die zu verarbeitenden Stückzahlen sind.

Die automatische Bestückung bietet noch weitere Vorteile. So erhöht sie nicht nur die Prozesssicherheit durch gleichbleibende Eigenschaften beim Löten, auch die exakte Positionierung an schwer zugänglichen Stellen wird vereinfacht. Die Verarbeitung von besonders kleinen und flachen Abstandsbolzen ist nicht länger eine zeitraubende Geschicklichkeitsübung.

Zinn ist nicht gleich Zinn 

Damit sich die SMT Spacer für die Bestückung nach dem Reflow-Verfahren eignen, hat Würth Elektronik eiSos eine spezielle Lötoberfläche entwickelt. Neben der hohen Korrosionsbeständigkeit bewirkt die Zinn-Beschichtung eine sehr gute Lötbarkeit. Voraussetzung für die Ausbildung des optimalen und bauteilumlaufenden Lötmeniskus ist, dass Zinnschichtdicke, Auflagefläche des Bauteils und Lötpastenvolumen exakt aufeinander abgestimmt sind.

Wird zu wenig Zinn aufgetragen, fällt das Benetzungsergebnis schlechter aus. Daraus resultieren großflächige Lufteinschlüsse in der Lötstelle, was wiederum die Haltekräfte der SMT Spacer deutlich reduziert. Zu hoher Zinnauftrag hingegen führt zu Zinnhäufungen, der sogenannten Orangenhaut und verursacht im Lötprozess ein Aufschmelzen der Oberfläche. Je nach Ausprägung kann dies zu Blasenbildungen und Aufplatzen der Oberfläche führen. Ist die Oberfläche beschädigt, leidet je nach Umgebungsbedingung früher oder später die Korrosionsbeständigkeit des SMT Spacers.

Hohe Haltekräfte und Drehmomente 

Die SMT Spacer erreichen aufgrund großer Auflageflächen und fein abgestimmter Oberflächenbeschichtung hohe Haltekräfte und Drehmomente. Werden größere Kräfte benötigt, bedarf es einer größeren Auflagefläche beziehungsweise einer größeren Lötanbindung, die sich durch einen größeren Durchmesser des Spacers ergibt. Um eine mechanische Zerstörung der Bauteile zu verhindern, sind aber unbedingt die maximal zulässigen Drehmomente zu beachten.

Die SMT Spacer wurden darüber hinaus auf ihre Scher- und Auszugskräfte getestet. Um die Scherkräfte zu testen, wird parallel zur Leiterplatte in einem fest definierten Abstand Kraft auf das Bauteil aufgebracht. Diese Kraft wurde bis zum Abriss der Lötstelle linear erhöht. Für die neue M4-Serie ergaben sich exemplarisch Auszugskräfte von 610 N, ein Bruchdrehmoment von 4,0 N sowie Scherkräfte von 936 N, gemessen in einem Abstand von 1 mm von der Leiterplatte.

Trotz Niete ein Hauptgewinn: schraublose Leiterplattenverbindung

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Mit dem Spacer-Neuzugang WA-SMSSR beinhaltet die Serie auch eine Option für die komplett schraublose Verbindung von Leiterplatte zu Leiterplatte oder Panel. Ein speziell für die Schnellmontage bei Massenproduktion entwickelte Spreizniet lässt sich leicht per Hand in diesem SMT Spacer verriegeln und durch die beiden Einkerbungen am Kopf schnell wieder lösen.

Wird der Abstand auf der bestückungsabgewandten Seite benötigt und auf der Rückseite außer dem SMT Spacer kein weiteres SMT-Bauteil verarbeitet, spart man mit dem neuen SMT Reverse Steel Spacer einen zweiten Lötprozess. Die Bauteile stellen bei der Bestückung von oben einen Abstand zur bestückungsabgewandten Seite her.

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Rechtwinklige Varianten mit M3-Gewinde oder 3,3-mm-Bohrung stehen unter der Bezeichnung WP-SMRA mit Pin oder als Voll-SMT-Blockvariante für die 90-Grad-Montage von Leiterplatten und Gehäusen zur Verfügung. Weitere Serienmitglieder sind in Planung.

 

 

Weitere Informationen unter: www.katalog.we-online.de