Einpresstechnik Integrierte Verbindungstechnik spart Kosten

Die Einpresstechnik ist eine lötfreie elektrische Verbindung, die durch das Einpressen eines Steckverbinderpfostens in eine Leiterplatte entsteht. Sie gilt als die sicherste elektrische Verbindung...

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ept GmbH

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

Bei der Einpresstechnik wird ein Kontaktstift (z.B. ein Messer- oder Federkontakt), der einen größeren Querschnitt als das metallisierte Leiterplattenloch aufweist, mit einer definierten Kraft in die Leiterplatte eingepresst. Dabei entsteht eine gasdichte Verbindung. Einpresskräfte von 50 bis 150 N und Haltekräfte von 10 bis 50 N pro Pin sind hierbei üblich.Die Grundlagen der Einpresstechnik reichen in die 70er-Jahre zurück. Damals erfolgte die mechanische Sicherung von Bauteilen beim Bestücken und Löten mittels in die Leiterplatte eingepresster, massiver Stifte. Später wurden mithilfe von eingepressten Stiften Leiterplatten gestapelt, um Multilayer zu erzeugen. Mit der Entwicklung von so genannten flexiblen Einpresszonen Anfang der 80er-Jahre verwendete man das Verfahren in der Industrie- und Telekommunikationstechnik. Eine schnelle Verbreitung der Einpresstechnik in der allgemeinen Elektronik wurde durch die hohen Toleranzanforderungen erschwert, die an die Leiterplatte hinsichtlich des Lochaufbaus und an die Verarbeitungstechnik gestellt wurden. Mit der Einführung einer Spezifikation für die Einpresstechnik 1984 in der Norm DIN 41611 und später der IEC 352-5 und EN 60352-5 verbreitete sich die Einpresstechnik in der allgemeinen Elektronik. Besonders in den Bereichen Telekommunikation, Industrieelektronik und Computertechnik wird das Verfahren als zuverlässigste Verbindungstechnik für Steckverbinder verwendet (Bild 1 - siehe Heftseite). Alles auf die Verbindungstechnik abgestimmt Hochpolige Steckverbinder werden heute – insbesondere auf SMD-Leiterplatten – meist in Einpresstechnik verarbeitet, um das manuelle, teure und selektive Löten zu vermeiden. Bei Backpanels wird die beidseitige Bestückungstechnik erst durch dieses Verfahren möglich. Die Automobiltechnik verwendet die Einpresstechnik bei hohen Stoß- und Vibrationsbelastungen. Bei extremen Temperaturschwankungen wird die Technik angewendet, um die Temperaturbelastung an den Lötstellen zu vermeiden. Die integrierte Verbindungstechnik gestattet die best mögliche Abstimmmung der Komponenten auf die jeweilige kundenspezifische Verbindungsanwendung. Bei ept lässt sich die Verbindungslösung aus einem breiten Standardportfolio kundenspezifisch selektieren und dimensionieren. Die Stecker werden auf den vom Unternehmen hergestellten Werkzeugen und Maschinen verarbeitet, über eine Prozesskontrolle werden die Einpresskräfte und -Wege kontrolliert und dokumentiert. Hieraus resultieren deutlich weniger Gesamtkosten (TCO). Die Qualität der Verbindungstechnik kann je nach Applikation bis zum einstelligen ppm-Wert verbessert werden und unterstützt die „Null-Fehler“-Philosophie der Anwender. Die Abmessungen der Verbinder lassen sich mit Einpresskontakten, die in die Gehäuseform integriert (umspritzt) sind, im Vergleich zu herkömmlichen Steckverbindern erheblich miniaturisieren. Der Return of Investment (ROI) für die integrierte Verbindungstechnik erfolgt meist in kurzer Zeit, da der Einpressprozess gegenüber dem Lötprozess Einsparungen ermöglicht. Neue Applikationen, wie die Bustechnologie Advanced TCA oder MicroTCA, miniaturisieren auch die Einpresstechnik. In Einpresspfosten mit einer Materialstärke von 0,3 mm wird hierbei eine flexible Einpresszone eingearbeitet. Daneben muss der Kontakt geeignet sein, eine Datenübertragung von bis zu 12,5 GBit/s zu gewährleisten. Das Übertragen von hohen Strömen von z.B. 16 A pro Pin ist zunehmend bei Applikationen für die Klima- und Lüftungstechnik in der Automobiltechnik oder bei Baugruppenträgern gefordert. Um diese Applikation in Einpresstechnik zu lösen, wurde bisher die Energie über vier Einpresspfosten parallel übertragen was entsprechend Platz auf der Leiterplatte beansprucht. Auch bei Leiterplatten mit einer Kupferschichtstärke bis zu 400 µm ist die Einpresstechnik gegenüber der Löttechnik verbindungstechnisch im Vorteil, was aus der schwer durchzuführenden Löttechnik resultiert.Die Forderung an die Einpresstechnik bei hohen Strömen besteht darin, dass die Haltekräfte der Einpresszone trotz der hohen Temperaturen nicht signifikant abfallen. Die besondere Geometrie der Einpresszone Tcom press in Kombination mit einer speziellen Wärmeableittechnik durch die Leiterplattenspezifikation ermöglicht es, dass hier diese hohe Ströme und Temperaturen mit einem einzigen Einpressanschluss übertragen werden können (Bild 2 - siehe Heftseite). Untersuchungen belegen, dass bei einer Dauerbelastung von 16 A pro Pin und gleichzeitigen Temperaturschocks mit 150 °C und –40 °C für je 30min die jeweils danach gemessenen Haltekräfte nach 1000 Temperaturzyklen sogar ansteigen (Bild 3 - siehe Heftseite).Die MID-Technologie (Molded Interconnect Device) verzichtet auf Leiterplatten und integriert die Leiterbahnen auf dreidimensionalen Gehäuseteilen, die meist aus spritzgegossenem Kunststoff bestehen. Die in das Gehäuse eingebrachten Bohrungen werden galvanisch metallisiert und verbinden die Leiterbahnen mit den Bauelementen.Steckverbinder können auch hier in Einpresstechnik verarbeitet werden. Durch ein großes Angebot von Standardsteckverbindern oder kundenspezifischer Entwicklung eines Steckverbinders, die flexible Einpresszone Tcom press, die in verschiedenen Varianten zur Verfügung steht, der speziell erstellten Verarbeitungswerkzeuge zur Aufnahme und Fixierung der Gehäuse, der Verarbeitungstechnik nebst Einpressmaschine und nachfolgender Prozesskontrolle kann ept hierfür eine wirtschaftliche Komplettlösung bieten.Die Einpresszonen sind bleifrei beschichtet und eignen sich gleichermaßen für bleifreie Leiterplatten in chemisch Zinn, chemisch Gold als auch für herkömmliche Technologien wie HAL oder Aufschmelztechnik. Die Haltekräfte der Einpresszone haben sich im Zusammenspiel mit bleifreien Zinnoberflächen sogar noch leicht erhöht.Die Kontaktstifte „Doppel-Tcom-press“ mit zwei Einpresszonen am oberen und am unteren Ende sollen dem Konstrukteur eine Palette neuer Lösungsmöglichkeiten eröffnen. Durch die Eigenschaft der Einpresszonen, sowohl elektrische als auch mechanische Verbindungen herzustellen, können übereinander gestapelte Leiterplatten durch Stifte mit zwei Einpresszonen mechanisch und elektrisch verbunden werden. Der Anschluss von Aktoren oder Sensoren, Relais oder Sockel auf Elektronikbaugruppen erfolgt oft noch über konventionelle Löttechnik. Kontaktstifte mit Einpresszonen ermöglichen eine lötfreie elektrische Verbindung mit der Leiterplatte und zugleich eine mechanische Befestigung der Sensoren bzw. Aktoren auf der Baugruppe.

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