Leiterplatten sollen heute beidseitig mit allen notwendigen aktiven und passiven Komponenten bestückt sein. Dies ist insbesondere für Anwendungen entscheidend, bei denen nur geringer Einbauraum zur Verfügung steht. Hier bietet sich die Surface Mounted Technology als Lösung an: Bei ihr werden kleinste Bauelemente verwendet, die nicht mit Pins ausgestattet sind, sondern direkt auf der Leiterplatte befestigt werden. Dadurch entfallen Bohrungen für die Montage der Komponenten. Aufgrund dessen wird die Leiterplattengestaltung für Entwickler deutlich flexibler, da somit auch die rückseitige Belegung der Leiterplatte mit zusätzlichen Komponenten möglich wird. Ergo wird SMT gleichermaßen für die Herstellung kleinerer Baugruppen oder als Lösung für spezifische Applikationen interessant. 
Darüber hinaus wächst die Palette verwendbarer Trägermedien – beispielsweise sind ebenso Glasträger verwendbar, bei denen eine Bohrung nicht möglich ist. Stattdessen werden die Leiterbahnen auf diese Grundfläche aufgedampft.

Einschränkungen werden obsolet

Allerdings stieß der Einsatz von SMD-Bauteilen (Surface Mounted Device) mitunter an Grenzen: Betroffen davon waren Steckverbinder ab einer gewissen Baugröße und einem Rastermaß von mehr als 2,54 mm. Hier führte bis dato kein Weg an der Durchsteckmontage vorbei, um die Komponenten auf der Leiterplatte zu befestigen. Hintergrund ist, dass der Leiteranschluss und die Stromversorgung ausreichende Abmessungen benötigen, um bei höheren Strömen und Spannungen den physikalischen Anforderungen zu entsprechen. 
Leiterplattenklemmen sind zudem größeren mechanischen Belastungen ausgesetzt als andere passive oder aktive Elektronikbauteile. Beim Montageprozess kommt es zu einer enormen Kräfte-Entwicklung – sei es durch das Anschließen elektrischer Leiter oder durch das Aufbringen einer korrespondierenden Steckerleiste. So halten die Haftkräfte der Klemme den Installationsanforderungen nicht immer stand, häufig lösten sich Bauteile von der Leiterplatte.
 

Schwimmende Elemente

Im Gegensatz zu fixierten Kontaktelementen bietet die Floating-Pin-Technologie von Weco eine 100%ige Koplanarität, eine optimale Lötung, geringste Übergangswiderstände und größte Festigkeit.

© Weco

Um diese Problematik in den Griff zu bekommen und eine adäquate Lösung auf den Markt zu bringen, hat Weco jahrelang Grundlagenforschung betrieben. Im Zuge dieser Arbeiten stellte sich heraus, dass eine zuverlässige Haltekraft der Klemme nur dann gewährleistet ist, wenn die Lötstellen zuverlässig auf der Leiterplatte kontaktieren. Dies gilt ausnahmslos für alle Lötstellen. Allerdings wird gerade das bei größeren Bauteilen oder großpoligen Anschlussklemmen zum Problem.

Eine Problemlösung wurde mit so genannten ‚schwimmenden Kontaktelementen‘ entwickelt. Diese Kontaktelemente sind – je nach Bauart – in alle Richtungen frei beweglich und setzen zuverlässig auf der Leiterplattenoberfläche beziehungsweise der Lötstelle auf. Kern der Technik ist es, eine minimale Fixierung der Achse bei gleichzeitiger Führung des Kontaktelementes zu erreichen. Damit wird eine Beweglichkeit innerhalb der Toleranzen in den vordefinierten Achsen erreicht. Dabei haben weder die Größe der Bauteile noch die Polzahl Einfluss auf das Endergebnis.
Was das im Detail bedeutet, zeigt beispielhaft die Anschlussklemme ‚930-D- SMD-DS‘ im Raster von 3,5 mm von Weco, die für einen Leiterquerschnitt von 1 mm² geeignet ist. Der Klemmkörper befindet sich beweglich im Gehäuse. Dabei wird die Beweglichkeit in der horizontalen Achse durch eine Passgenauigkeit zwischen Metallkomponente und Gehäusewand erreicht. In der vertikalen Achse wurde eine vordefinierte Höhenvariabilität im Gehäuse konzipiert, um eine sichere und koplanare Lötverbindung zwischen Kontaktelement und Platine realisieren zu können.

Der wesentliche Vorteil zu einer klassischen THR-Lösung beziehungsweise dem Through-Hole-Reflow-Löten liegt in der flexiblen, aktiven Funktion des Kontaktelementes. Durch das Gewicht jedes einzelnen Elementes wird eine ideale Position in Form einer koplanaren Positionierung und damit der perfekten Lötstelle mit geringstem Übergangswiderstand erreicht. Durch diese optimale Verbindung zwischen Kontaktelement und Leiterplatte entsteht höchste Festigkeit. Abreiß- und Abzugskräfte haben nahezu die gleichen Werte, die in der Durchstecktechnik geschätzt werden. 

In langjährigen Prüfungen und Dauerversuchen sowie Zugprüfungen im hauseigenen Labor wurden beim Schwimm-Prinzip von Weco 50 % höhere Haltekräfte im Vergleich zum Schraubendrehmoment ermittelt. Bei den Zugprüfungen der zweipoligen Leiterplattenklemme ergaben sich Haltekräfte von 100 N. Aufgrund dieser hohen Haltekräfte sind ergänzende seitliche Lötflansche zur Vergrößerung der Lötoberfläche nicht notwendig – für Anwender bedeutet dies zusätzliche Platzersparnis auf der Leiterplatte.