Anforderungen an Steckverbinder für die SMT-Montage

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Die Eigenschaften der verschiedenen Kunststoffarten

Im Vergleich zu technischen Kunststoffen haben die leichtfließenden Hochleistungskunststoffe zum Teil deutlich höhere Werkzeugwand- und Massetemperaturen. Bei teilkristallinen Kunststoffen muss darauf geachtet werden, dass die Werkstoffe beim Abkühlen im Formwerkzeug richtig auskristallisieren. Das Werkzeug nicht auf die vorgegebenen Temperaturen aufzuheizen führt zu schlechteren Materialeigenschaften. Die auf diese Weise eingesparte Zykluszeit verschlechtert die mechanischen und thermischen Eigenschaften deutlich. Im Lötprozess erfolgt durch die zugeführte Wärme eine Nachkristallisation des Kunststoffes. Das kann zum Verzug des Isolierkörpers am Steckverbinder führen. Der verlötete Steckverbinder kann durch die dabei auftretenden Verzugskräfte die Leiterkarte verbiegen.

Weitere Anforderungen an die Kunststoffe kommen aus dem Bereich der Brandbeständigkeit. Auf das Brandverhalten ist im letzten Jahrzehnt ein sehr hohes Augenmerk gelegt worden. Viele Steckverbinder werden auf Leiterkarten verbaut, die teilweise nicht erreichbar sind. Im Fall eines Schwellbrandes auf der Leiterkarte sollen die eingesetzten Materialien ein Verbreiten des Feuers verhindern oder erschweren.

Je nach Kunststoff unterscheidet man zwischen Typen, die inhärent flammwidrig sind und die durch Zusätze die Flammwidrigkeit erreichen. Inhärente Typen (zum Beispiel PPS, Bild 3) haben den Vorteil, dass keine weiteren Zusätze benötigt werden, die dann wegen den RoHS- bzw. REACh-Anforderungen nicht eingesetzt werden können.

Brennbarkeit von Kunststoffen – Standardisierte Tests

Die Kunststofflieferanten zertifizieren unter anderem ihre Kunststoffe nach dem Standard UL 94 (UL – Underwriter's Laboratories). Dabei werden Probekörper aus Kunststoff mit unterschiedlichen Wandstärken in horizontaler (UL94 HB) oder vertikaler (UL94 V) Lage mit einem Bunsenbrenner beflammt. Hochleistungskunststoffe erzielen teilweise schon bei einer Wandstärke von 0,35 mm eine Einstufung nach UL 94 V-0 (Verlöschen der Flamme innerhalb von 10 s).

Für die weitere Beurteilung des Brandverhaltens der Kunststoffe wird die Hausgerätenorm DIN EN 60335-1 herangezogen. Bei dieser Untersuchung simuliert man die Überhitzung von Drähten und Widerständen. Der Kunststoff wird bei diesem Testverfahren an einem Punkt mit einem Glühdraht hoher Temperatur belastet.

Um eine Zulassung zu erhalten, müssen mehrere Prüfungen an Probeplatten oder direkt am Bauteil durchgeführt werden. Dabei wird am Bauteil die GWT (Glow Wire Temperature oder Glühdrahttemperatur) bestimmt.

An Prüfplatten wird der GWFI (Glow Wire Flammability Index oder Glühdrahtentflammbarkeitszahl) und die GWIT (Glow Wire Ignition Temperature oder Glühdrahtentzündungstemperatur) ermittelt.

Stabilität auch bei hohen Temperaturen gefragt

Von der Fertigung des Steckverbinders (Bild 4) bis zur Montage auf der Leiterkarte ist eine hohe Stabilität des Kunststoffträgers unabdingbar. Die Hochleistungskunststoffe sind standardmäßig bei höheren Temperaturen deutlich stabiler als die technischen Kunststoffe.

Die mechanischen Eigenschaften des Kunststoff-Isolators verändern sich mit zunehmender Temperatur. Im Bereich der Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur ist immer ein starker Abfall der mechanischen Kennwerte festzustellen. Diese nehmen bis zum Erreichen der Schmelztemperatur des Kunststoffes kontinuierlich ab.

Die Betriebstemperaturen von Leiterplattensteckverbindern sind je nach Anwendungsfall (und Kunststoff) unterschiedlich und müssen daher immer geprüft werden.

Die mechanischen Eigenschaften lassen sich durch den Zusatz von Verstärkungsstoffen wie zum Beispiel Glasfasern oder Mineralien deutlich erhöhen.

* Valentin Razmovski ist als Entwicklungsingenieur bei Fischer Elektronik in Lüdenscheid tätig.

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