Platzsparende und robuste Methode zum Anschluss von Leitungen an SMD-Baugruppen

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Werner Wirth GmbH

Der Schneidklemm-Crimpanschluss für die Oberflächenmontage im Test

Im Rahmen des Validierungsverfahrens wurden die folgenden Tests durchgeführt:

• Festigkeit der Verbindung zwischen Leitung und Anschluss,
• Festigkeit der Verbindung zwischen Anschluss und Platine,
• Nennstrom/Erwärmung sowie thermische Wechselbeanspruchung und Kontaktwiderstand.

Festigkeit der Verbindung zwischen Leitung und Anschluss

Der Anschluss wurde auf einer Platine auf dem empfohlen Lötzinnpad mit Hilfe eines 0,15 mm dicken Stempels und nicht-sauberer, bleifreier Lötzinnpaste montiert. Die verwendete Leitung war eine 16-adrige AWG-18-Litze mit halbsteifer PVC-Isolierung.

a) In Zugtests an zehn Mustern wurde die direkt axiale Zuglast in Pfund gemessen. Folgende Kräfte wurden gemessen: 16,90 (75 N), 17,70 (79 N), 19,02 (85 N), 21,90 (97 N), 18,70 (83 N), 17,90 (80 N), 20,70 (92 N), 19,30 (86 N), 18,90 (84 N), 20,90 (93 N).

Die Schwachstelle war, dass PVC-Leitung und Isolierung abrissen, während der angecrimpte Teil im Anschluss verblieb.

b) Zugtests haben die radiale Zugbelastung senkrecht zur Achse des Anschlusses gemessen, wobei die Zugkraft von der Oberfläche der Platine weg wirkte.

Folgende Belastungsdaten wurden gemessen (in Pfund): 15,92 (71 N), 16,09 (72 N), 14,56 (65 N), 16,01 (71 N), 15,48 (69 N), 15,31 (68 N), 14,88 (66 N), 15,93 (71 N), 16,02 (71 N), 14,86 (66 N).

Hier war die Schwachstelle, dass die PVC-Isolierung von der Leitung abriss und der angecrimpte Anschluss beim Herausziehen der Leitung etwas deformiert wurde.

Festigkeit der Verbindung zur Platine

Dieser Test wurde auf zwei Arten durchgeführt: Einmal mit am Anschluss angecrimpter Leitung, einmal ohne angecrimpte Leitung am Anschluss. Es gab keinen Unterschied hinsichtlich der Haltekraft beim Anschluss mit und ohne angecrimpte Leitung. Daher hat das Crimpen keinen Einfluss auf die Haltekraft des Anschlusses.

a) Druckbelastung wurde senkrecht zur Achse des Anschlusses parallel zur Oberfläche der Platine ausgeübt, während dieser auf einer Platine oberflächenmontiert war.

Folgende Belastungsdaten wurden gemessen (in Pfund): 39,22 (174 N), 49,76 (221 N), 40,09 (178 N), 35,58 (158 N), 39,29 (175 N), 54,09 (241 N), 44,10 (196 N), 41,07 (183 N), 51,22 (228 N), 49,88 (222 N).

Im Belastungstest senkrecht zur Achse des Anschlusses und parallel zur Oberfläche erwies sich die Lötverbindung als Schwachstelle. Das Kupferpad verblieb auf der Platine und der Anschluss wurde nicht deformiert.

b) Druckbelastung wurde entlang der Achse des oberflächenmontierten Anschlusses ausgeübt.

Die Belastungsdaten (in Pfund): 21,56 (96 N), 22,49 (100 N), 32,52 (145 N), 30,19 (134 N), 30,91 (138 N), 38,48 (171 N), 29,99 (133 N), 31,19 (139 N), 29,58 (132 N), 32,11(143 N).

Die Abnahmeanforderung ist, dass die Haltekraft zwischen Anschluss und Platine mindestens 50% größer sein muss als die Haltekraft zwischen Leitung und Anschluss. Sämtliche Ergebnisse übertrafen diese Anforderung.

Feststellen der Strombelastbarkeit

Der Erwärmungstest wurde durchgeführt, um die maximale Strombelastbarkeit zu bestimmen. Dabei wird der maximale Strom ähnlich wie beim UL-310-Standard bei einem Temperaturanstieg um 30°C gegenüber der Umgebungstemperatur festgestellt.

Zehn angecrimpte Anschlüsse wurden in Reihe mit einer 18-AWG-Litze verbunden. Die Umgebungstemperatur wurde zuerst gemessen und betrug 23,8°C. Die Testmuster wurden dann mit einem Netzgerät verbunden. Der Strom wurde stufenweise erhöht, wobei immer eine Zeit lang abgewartet wurde, bis sich die Anschlusstemperatur stabilisiert hatte. Die Temperatur jedes Anschlusses wurde mit Hilfe eines Wärmefühlers aufgezeichnet. Die Leitungstemperaturen wurden zu Referenzzwecken ebenfalls aufgezeichnet.

Die aufgezeichnete Leitungstemperatur bei 16 A betrug 43,1°C; bei 18 A wurden 49,7°C gemessen.

Fazit: Wenn man sich die Rohdaten für jeden Test und jede Testumgebung anschaut, dann empfiehlt es sich, diesen Anschluss mit einer Stromstärke von maximal 15 Ampere zu verwenden. Die zehn aufgezeichneten Temperaturen lagen alle deutlich unter dem Temperaturanstieg um 30°C für die verwendeten Stromstärken.

Thermische Wechselbeanspruchung und Kontaktwiderstand

Empfindliche Kontaktwiderstandsmessungen wurden am oberflächenmontierten und angecrimpten Anschluss vor und nach thermischer Wechselbeanspruchung durchgeführt. Die Messpunkte lagen in der Nähe der Kante des Lötzinnpads auf der Platine und an der Leitung, etwa 6 mm vom Anschluss entfernt. Hier die tatsächlichen Messwerte in Milliohm. Es wurde kein Bahnwiderstand von den Messwerten abgezogen. Vor der Temperaturwechselbeanspruchung: 9,0, 10,7, 11,0, 9,0, 10,5, 10,7, 9,5, 11,4, 11,2, 9,3.

Die Anschlüsse wurden dann tausendmal einem Temperaturwechsel ausgesetzt. Wegen der extremen Temperaturen war dies eher ein Test mit Temperaturschock als mit thermischer Wechselbeanspruchung. Die Testmuster wurden eine halbe Stunde lang in eine 90°C heiße Kammer gelegt. Dann beförderte sie ein Mechanismus innerhalb von einer Minute in eine –50°C kalte Kammer, wo die Testmuster eine halbe Stunde lang verblieben.

Hier die Widerstandsmesswerte in Milliohm nach 1000 Zyklen: 9,7, 11,5, 12,0, 10,0, 11,4, 11,8, 10,1, 12,5, 12,3, 10,2.

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