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Greift perfekt ineinander: Im Bereich der Leiterkarten ist die richtige Verbindung das A und O.

Bild: iStock, AndrewJShearer

Stift- und Buchsenleisten Die beste Verbindungstechnik für Leiterplatten finden

09.06.2020

Leiterkartensteckverbinder oder auch Board-to-Board-Verbinder sind Stift- und Buchsenleisten. Sie werden, je nach Anforderung, einzeln oder gemeinsam verwendet, um Leiterkarten elektrisch miteinander zu verbinden. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Stift- und Buchsenleisten einzusetzen.

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Leiterkarten können zum Beispiel nur mit Stiftleisten verbunden werden, jedoch sind die Leiterkarten dann in den meisten Fällen fest miteinander verlötet und können ohne Zerstörung der Steckverbinder nicht getrennt werden. Die zweite Möglichkeit besteht darin, auf der einen Leiterkarte eine Stiftleiste und auf der anderen eine Buchsenleiste zu verbauen, um die Leiterkarten dauerhaft elektrisch zu verbinden. Hierbei ist es jedoch möglich, die Leiterkarten im Fehlerfall zu trennen und einzelne Bauteile auszutauschen. Gerade bei größeren Abständen zwischen den Leiterkarten besteht die Option, mehrere Stift- und Buchsenleisten zu verwenden, um eine elektrische Verbindung herzustellen.

Eine weitere Möglichkeit sind Stiftleisten in der Sandwich-Bauweise. Diese Stiftleisten besitzen in der Regel zwei Isolierkörper, um ein Verbiegen zu verhindern und die Formstabilität der Kontaktstifte zu gewährleisten. Dabei sollten die Steckverbinder jedoch nicht den Platz und die Aufgabe von Abstandshaltern einnehmen, da die meisten Steckverbinder für diesen Zweck nicht ausgelegt sind.

Arten und Klassifizierung von Leiterkartensteckverbindern

Leiterkartensteckverbinder lassen sich auf vielerlei Art unterteilen. Zunächst gibt es die Möglichkeit, die Steckverbinder anhand der Rastermaße zu klassifizieren. Dabei haben sich die Rastermaße 2,54 mm, 2 mm und 1,27 mm durchgesetzt. Die Rastermaße 2,54 und 1,27 mm sind zöllige Maße. Das Rastermaß 2 mm ist dagegen metrisch und wird überwiegend in Europa genutzt.

Neben den Rastermaßen ist auch die Verbindungstechnologie der Steckverbinder mit der Leiterkarte ein Kriterium für die Unterteilung der Steckverbinder. Hierbei haben sich die drei Lötverfahre Through Hole Technology (THT), Surface Mount Technology (SMT) und Through Hole Reflow (THR) etabliert.

Die Through Hole Technology oder auch Einlöttechnik beziehungsweise Durchsteckmontage genannt verwendet das Wellenlötverfahren zur Kontaktierung von Steckverbinder und Leiterkarte. Bei dem Verfahren werden die Kontakte der Leiterkartensteckverbinder und weiteren elektronischen Bauelementen durch vorgefertigte Bohrungen der Leiterkarte durchgesteckt und auf der Unterseite der Leiterkarte durch eine Lötwelle mit Lötzinn benetzt. Die anderen beiden Verbindungstechnologien SMT und THR bedienen sich dem Reflow-Lötprozess.

Bei der Oberflächenmontage oder Surface Mounting Technology wird das SMD-Bauteil auf vorgefertigte Lötpads gelegt und durch einen Reflow-Ofen mit mehreren Zonen gefahren. In den Zonen wird zunächst die Temperatur immer weiter gesteigert, bis eine Löttemperatur von 230 bis 260 °C erreicht ist. In diesem Temperaturbereich ist das Lötpad vollständig aufgeschmolzen und benetzt die einzelnen Lötkontakte. Anschließend wird die Temperatur in den nachfolgenden Zonen langsam heruntergefahren, damit das Lot aushärten kann, ohne durch einen zu starken Temperatursturz aufzuplatzen.

Das Through-Hole-Reflow-Lötverfahren ist eine spezielle Kombination der zuvor genannten Lötverfahren und kombiniert einen THT-Steckverbinder mit dem Reflow-Lötverfahren. Die Besonderheit der THR-Steckverbinder liegt darin, dass der Einlötbereich der Kontakte nur 2 bis 2,5 mm lang ist. Der Einlötbereich darf aufgrund der Kapillarwirkung der Lotpaste nicht länger gewählt werden, da sonst die Lotpaste während des Reflow-Prozesses am Kontakt herunterfließen könnte.

Die vorgefertigten Leiterplattenbohrungen werden zu etwa 75 Prozent mit einer Lotpaste gefüllt. Anschließend wird der THR-Steckverbinder in die Leiterkarte gesteckt. Äquivalent zum SMT-Verfahren wird die Leiterkarte durch den Reflow-Ofen gefahren und die Lotpaste aufgeschmolzen, um den Steckverbinder zuverlässig mit der Leiterkarte zu verbinden.

Eine Alternative zu den drei genannten Lötverfahren stellt die Einpresstechnik dar. Hier werden die vorgefertigten Leiterkartenbohrungen mit Kupferhülsen versehen. Die Einpresssteckverbinder werden meist mit einer besonderen Vorrichtung und einer Kniehebelpresse in die Leiterkarte gedrückt, da eine hohe Kraft aufgebracht werden muss, um die Steckverbinder einzupressen und eine dauerhafte und sichere Verbindung herzustellen.

Anwendungsgebiete von Leiterkartensteckverbindern

Die Anwendungsgebiete von Leiterkartensteckverbindern sind sehr vielfältig. Leiterkartensteckverbinder werden nicht nur während der aktuellen Situation vielfach in Medizinanwendungen verwendet, um beispielsweise in Beatmungsgeräten die elektrischen Signale fehlerfrei innerhalb des Steuergerätes zu übertragen, sondern auch im normalen Alltag in vielen medizintechnischen Geräten verbaut. Die größten Anwendungsgebiete sind jedoch Computer und Steuergeräte im Automotive-Bereich, der Metall- und Elektroindustrie, der Militärtechnik und der Beleuchtungsindustrie.

Gerade durch die Etablierung der LED als Leuchtmittel ergaben sich im Bereich der Leiterkartensteckverbinder neue Herausforderungen, da die meisten Isolierkörper schwarz eingefärbt sind und somit Licht absorbieren. Für die Beleuchtungsindustrie wurden deswegen weiße Isolierkörper entwickelt, die zur Minimierung beziehungsweise Vermeidung von Schattenbildungen bei LED-Modulen dienen.

Weitere Anwendungsgebiete sind der Multimedia-Bereich und die sogenannte weiße Ware. Auch hier werden in HiFi-Anlagen, Spielekonsolen und Haushaltsgeräten Leiterkartensteckverbinder verwendet, um die Energieversorgung zwischen den einzelnen Platinen sicher zu gewährleisten.

Fazit

Es gibt viele Möglichkeiten, den oder die richtigen Steckverbinder für die eigene Applikation zu finden, da es meist nicht nur einen Steckverbinder gibt, welcher die Anforderungen des Platinendesigners erfüllt. Bei der Auswahl sollte der Entwickler versuchen, alle Bauteile, egal ob es sich um Leiterkartensteckverbinder oder aktive elektronische Bauteile handelt, mit ein und demselben Lötverfahren mit der Leiterkarte zu verbinden. Denn dadurch minimiert er neben Zeit- und Kostenersparnissen auch das Risiko von fehlerhaft verbundenen Bauteilen.

Bildergalerie

  • Stift- und Buchsenleisten in THT-Technologie

    Bild: Fischer Elektronik

  • Stift- und Buchsenleisten in SMD-Technologie

    Bild: Fischer Elektronik

  • LED-Steckverbinder mit weißen Isolierkörpern

    Bild: Fischer Elektronik

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