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Leistungssteckverbinder

Die Herausforderung der automatisierten Fertigung

4. Juli 2017, 14:00 Uhr | Von Timo Dreyer, Technical Trainer Electromechanical Components bei Würth Elektronik EISoS

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Was tun, wenn der Strom steigt?

Inzwischen hat sich die SMT-Fertigung auch im Bereich der mittleren Ströme etabliert. So sind Wire-to-Board-Steckverbinder im 5-A-Bereich bereits Standard. Auch bei Terminal Blocks bis ca. 10 A sind SMT-Anschlüsse mittlerweile auf dem Vormarsch.
Wie sieht es aber aus, wenn die Anforderungen im Bereich zwischen 16 A und 25 A liegen oder sogar in Richtung 50 A oder 85 A gehen? In einer solchen Anwendung gilt es, stets den benötigten Leitungsquerschnitt zu berücksichtigen, der natürlich auch immer einen Einfluss auf die zu wählende Bauteilgröße hat.

Die smarte Lösung von Würth findet man bei der Produktfamilie der Hochstromanschlüsse „Redcube SMD“. Dabei handelt es sich um eine SMT-Lösung, um Einzelleitungen an die Leiterkarte anzuschließen und Ströme bis zu 70 A (bei 20 °C) zu übertragen. Also schließen sich SMT (vollautomatische Fertigung) und Ströme bis 70 A nicht aus. Auch wenn die Leitungen immer mechanisch abgefangen werden sollten, ist doch eine erhöhte mechanische Belastung am Leiterkartenanschluss bei diesen Leiterquerschnitten vorhanden. So werden schnell die mechanischen Grenzen eines SMD-Bauteils erreicht. Durch den Einsatz etablierter, mechanisch stabiler THT-Bauteile verliert man jedoch meistens die Vorteile einer vollautomatischen Bestückung und muss in der Produktion die Zeit und die Kosten für eine Wellenlötung in Kauf nehmen. Vor allem wenn diese Anschlüsse die einzigen THT-Bauteile in der Anwendung sind, steigen die Produktionskosten durch die zusätzlichen Prozessschritte der manuellen Bestückung und Wellenlötung überproportional im Verhältnis zu den Gesamtproduktionskosten.

Nun ist es aber meist so, dass nur die Anschlussklemmen aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften in THT gewählt werden. In einem solchem Anwendungsfall muss man jedoch nicht zwingend auf eine vollautomatische Bestückung verzichten. Mit der Produktgruppe der Hochstromanschlüsse „Redcube THR“ lassen sich z.B. Ströme bis 85 A (bei 20°C) auf die Leiterkarte übertragen. Anders als beim Wellenlöten sind die Bauteile beim Reflow-Löten höheren Temperaturen ausgesetzt. Bei klassischen Steckverbindern im Vergleich zu Redcube THR besteht die Lösung häufig darin, dass Hochleistungskunststoffe im Steckverbindergehäuse verwendet werden, die hitzebeständiger sind, wie z.B. LCP oder PA46, um Beispielwerkstoffe zu benennen. Das ist beim Redcube THR nicht nötig, da kein Kunststoffkörper vorhanden ist.

Die Anwendung von Hochstromanschlüssen der Serien Redcube SMD oder THR bringt jedoch ganz andere Herausforderungen mit sich: Diese Bauteile bestehen praktisch nur aus einem stromführenden Messingkörper mit einer veredelten Oberfläche. Die muss so ausgelegt sein, dass sie Temperaturen bis 260 °C oder mehr über eine Dauer von 20 bis 30 Sekunden übersteht, bei gleichzeitig bestem Benetzungsergebnis, um eine sichere, mechanisch stabile Anbindung an die Leiterplatte zu erzielen. Die Redcube-SMD- und THR-Bauteile bieten im Vergleich zu herkömmlichen Steckverbindern und Terminal Blocks eine platzsparende Lösung bei gleicher oder höherer Stromtragfähigkeit.

Um dies auch sicherstellen zu können, ist die Ausführung der Lötverbindung von großer Bedeutung, welche u.a. vom Lötpastenvolumen (th_min und th_max) abhängt. Für SMD-Bauteile bietet hier Würth Elektronik in seiner „WE Components App“ eine hilfreiche Berechnungsfunktion der minimalen und maximalen Lötpastendicke nach IPC-7525 (Designrichtlinie für Druckschablonen). Bei THR-Bauteilen ist das Pastenvolumen abhängig vom Bohrloch- und dem Pinvolumen. Als Faustregel für die Berechnung gilt: (Bohrlochvolumen – Pinvolumen) x 2.