Gelungene Symbiose zweier Verbindungstechniken

Leiterplatten-Steckverbinder Gelungene Symbiose zweier Verbindungstechniken

02.10.2015Autor / Redakteur: Gerhard Brüser * / Kristin Rinortner

Der THR-Steckverbinder wird wie beim THT-Verfahren in die Platine eingesteckt und mittels SMT-Löttechnik verlötet. Neben verbesserter mechanischer Festigkeit verspricht diese Symbiose weitere Vorteile.

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Miniaturisierung: In den letzten Jahren wurde ein neuer Steckverbinder entwickelt, der die Vorteile der THT- und SMD-Technik vereint: der THR-Steckverbinder.
(Bild: Fischer Elektronik)

Die traditionelle Durchsteckmontage (THT – Through Hole Technology), die auf dem Wellenlötverfahren basiert, hat sich seit vielen Jahrzehnten in der Leiterplattentechnik bewährt. Daneben wird seit einigen Jahrzehnten für oberflächenmontierte Bauteile (SMD – Surface-Mount Device) die Oberflächenmontagetechnik (SMT – Surface-Mounting Technology) mit den Verfahren Dampfphasen-, Infrarot-, Konvektion- und Vakuumlöten angewandt.

Aufgrund dieser SMT-Lötverfahren sind die Anforderungen an die verwendeten Steckverbinder deutlich gestiegen. Während beim Wellenlötverfahren die Steckverbinder kaum einer höheren thermischen Belastung als der üblichen maximalen Dauertemperaturbelastung ausgesetzt sind, müssen sie bei der SMT-Löttechnik Temperaturen bis zu 260°C während des Lötprozesses standhalten. Dies setzt voraus, dass die Isolierkörper aus einem Kunststoff produziert werden, der die entsprechend hohen Temperaturen duldet.

In den letzten Jahren wurde ein neuer Steckverbinder-Typ entwickelt. Dieser vereint die Vorteile der THT- und SMD-Technik. Er besteht auf der Lötseite aus einem in der Länge um ca. 1/3 reduzierten Lötstift: der Isolierkörper wird aus hochtemperaturfesten Kunststoff produziert. Dieser Steckverbinder-Typ trägt die Bezeichnung Through Hole Reflow (THR). Der THR-Steckverbinder wird wie beim THT-Verfahren in die Leiterplatte eingesteckt und danach mittels SMT-Löttechnik verlötet. Die mechanische Festigkeit des verlöteten THR-Steckverbinders ist gegenüber der reinen SMT-Löttechnik deutlich erhöht.

Anforderungen an den THR-Steckverbinder

Die kritischste Beanspruchung der Steckverbinder beim SMT-Löten ist die Wärmebelastung der Isolierkörper. Sie müssen mindestens 260°C über einen Zeitraum von mindestens 10 s standhalten. Da die Lötverfahren bei den SMD- und THR-Steckverbindern identisch sind, gelten diese Anforderungen ebenso für die THR-Steckverbinder. Verwendet werden daher Hochleistungskunststoffe. Sie sind fest, steif, zäh und widerstandsfähig gegenüber Chemikalien.

Die Schmelztemperatur von Hochleistungskunststoffen liegt oberhalb von 270°C. Sie zeichnen sich durch Dimensionsstabilität, hervorragende Wärmeformbeständigkeit, eine geringe Schwindungsneigung und gute mechanische Eigenschaften aus.

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Kurz und bündig: Die Fakten zum THR-Verfahren

Leiterplatten werden an den Lötaugen für bedrahtete Teile einseitig mit Lotpaste bedruckt und die Bauteilbeine durch die Paste in die durchkontaktierten Bohrungen gesteckt. Danach werden sie wie bei der SMD-Bestückung im Reflow-Verfahren gelötet. Anstelle der Lotpaste oder zusätzlich dazu können auch Lotformteile, kleine Stücke aus festem Lötzinn, an der zu lötenden Stelle platziert und mit aufgeschmolzen werden.

Diese Methode kann einen kompletten Wellenlötgang einsparen. Jedoch unterliegt sie einer Reihe von Einschränkungen: Nur wenige THT-Bauteile vertragen die Reflow-Temperaturen. Meist werden nur Steckverbinder für dieses Verfahren angeboten. Typischerweise brauchen diese Lötstellen mehr Lot als SMD-Teile. Wenn THR-Bestückung gemeinsam mit feinstrukturierter SMD-Bestückung durchgeführt werden soll, ist es oft nicht möglich, mit nur einer Schablonendicke die richtige Lotpastenmenge für alle Bauteile aufzutragen. Dann ist der Einsatz von Stufenschablonen erforderlich, die wiederum recht teuer sind und besondere Anforderungen an das Layout stellen.

Quelle: M. Richter GmbH & Co. KG (www.richter-pforzheim.de)

Die mechanischen Eigenschaften wie z.B. die Schlagzähigkeit oder Bruchdehnung werden durch einen langzeitigen Wärmeeinfluss verschlechtert. Um eine höhere Wärmeformbeständigkeit zu erreichen, ist der Einsatz von Verstärkungsstoffen erforderlich.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS 20/2015 erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Eine weitere wichtige Anforderung an den THR-Steckverbinder ist die Stiftlänge auf der Lötseite. Sie sollte kürzer als beim Wellenlöten sein. Dadurch wird verhindert, dass das auf der Leiterplatte eingebrachte Lot beim Einsetzen des Steckverbinders nicht mit herausgedrückt wird und es so zu einem unbefriedigenden Lötergebnis kommt. Als Richtlinie gilt, dass die Lötseite des Kontaktes nicht länger als Dicke der Leiterplatte plus ca. 0,5 mm sein soll.

Die Verarbeitung der THR-Steckverbinder erfolgt manuell oder automatisch mit handelsüblichen Bestückungsautomaten und „Pic and Place“-Greifern. Hierzu werden die Steckverbinder, wenn erforderlich, mit entsprechenden Bestückungshilfen ausgestattet und wahlweise in Stangenmagazinen oder in „Tape and Reel“-Verpackungen geliefert (Aufmacherbild).

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