Die Einpresstechnik als Alternative für die Verbindung von Stift- und Buchsenleisten in der Platine
Uwe Böttcher | Vertrieb | Ratioplast Electronics GmbH
Paul-Martin Kamprath | Leitung Marketing | pk components GmbH
Die Einpresstechnik wurde als Norm erstmals im Jahre 1984 in der DIN 41611-5 „Lötfreie elektrische Verbindungen; Einpressverbindungen; Begriffe, Anforderungen, Prüfungen“ beschrieben. Das Nachfolgedokument ist die DIN EN 60352-5 „Lötfreie Verbindungen – Teil 5: Einpressverbindungen – Allgemeine Anforderungen, Prüfverfahren und Anwendungshinweise“. Historisch gesehen wurden die Einpressstifte Anfang der 1970er Jahre erstmals verwendet. Dabei stand zu Anfang die mechanische Sicherung von Bauteilen beim Bestücken und Löten im Vordergrund. Die Firma Elfab erhielt 1970 ein Patent zu einem massiven rechteckigen Stift. Später wurden mit Hilfe eingepresster Stifte Leiterplatten gestapelt und in Multilayer ähnlicher Bauweise verdichtet. Im Jahre 1974 stellte die Firma Winchester Electronics den ersten elastischen Stift vor. Inzwischen ist eine große Vielfalt an verschieden Stift Geometrien von verschiedenen Lieferanten auf dem Markt. Grundmaterial für die Steckverbinder ist ein Vierkantdraht, der auf die gewünschte Länge geschnitten oder thermisch gerissen wird. Solche Vierkantdrähte werden in blanker oder verzinnter Ausführung angewendet. Heute ist die Einpresstechnik eine in der Elektronikproduktion etablierte und weit verbreitete Technologie.
Hauptmerkmale der Einpresstechnik
- Hohe Zuverlässigkeit
- Hohe Haltekraft auf der Leiterplatte bei geringen Einpresskräften
- Mechanische Belastbarkeit
- Keine thermische Belastung der Leiterplatte
- Kurzschlüsse durch Lötbrücken werden vermieden
- Temperatur beständig von -40°C bis +140°C
- Gasdichte Verbindung
- Reparaturfähig durch mechanisches Auspressen
- Kostengünstige und schnelle Bestückung von Steckverbindern
- Vermeidung kalter Lötstellen
- Keine Verarbeitung umweltbelastender Stoffe
- Kein waschen der Leiterplatte
- Möglichkeit einer Mischbestückung (Einpress und Löttechnik)
Stiftleiste in Einpresstechnik
Eine Einpressverbindung zwischen einem Einpresspfosten und einem durchkontaktierten Leiterplattenloch wird, wie der Name schon sagt, durch Einpressen eines Stiftes in ein durchkontaktiertes Leiterplattenloch erzeugt. Wesentliches Merkmal ist, dass der Pfosten im Querschnitt eine größere Diagonale aufweist als das durchkontaktierte Leiterplattenloch. Beim Eindrücken des Pfostens in das Loch entsteht eine Überpressung, die entweder durch Verformung des Leiterplattenloches oder aber durch eine Verformung des Pfostens aufgenommen werden muss. Aus diesem Grund gibt es zwei verschiedene Arten von Einpresszonen:
- Massive Ausführung, die sich nicht verformt
- Flexible Ausführung, bei der sich die Zone verformen (anpassen) kann.
Horizontales Schliffbild massive Einpresstechnik
Horizontales Schliffbild flexible Einpresstechnik
Vertikales Schliffbild flexible Einpresstechnik
Einpresstechnik mit flexibler Einpresszone
Diese Form der Einpresstechnik wird auch als Nadelöhrtechnik (engl. „needle eye“) bezeichnet. Der Einpresskontakt wird im Bereich der Einpresszone zusammengedrückt. Diese erzeugte Vorspannung des Einpresskontakts sorgt dafür, dass eine Verbindung zwischen der Hülse der Leiterplatte und dem Einpresskontakt entsteht. Mit dem Einpressen/ Einschneiden der Stiftkanten in die Metallisierung entsteht eine Gasdichte elektrische Verbindung, die sich bei richtiger Ausführung durch eine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit auszeichnet.
Einpresstechnik mit "Needle Eye", Schema
Arten der Einpress-Stempel
Um die Stiftleisten sauber mit definierter Kraft einzupressen ist ein Werkzeug, ein Einpress-Stempel erforderlich. Diese unterscheiden sich in der Aufnahme der Stiftleisten und der Art des Einpressvorgangs. Bei dem Einpress-Stempel mit Sacklöchern werden die Kontakte einzeln über die Stiftspitzen eingepresst und in sogenannten „Sacklöchern“ geführt. Die Bohrungstiefe innerhalb des Stempels sollte der Stiftlänge (Steckmaß) angepasst werden und wenn möglich kurz über dem Isolierkörper enden. So wird eine größtmögliche Führung der Kontakte gewährleistet und ein verbiegen verhindert. Die Anzahl der Bohrungen innerhalb des Stempels muss min. die Anzahl der Kontakte und Reihen (1- und 2- reihig) besitzen.
Einpressstempel mit Sacklöcher, Beispiel 4-polig
Eine andere Variante ist der Einpress-Stempel, der auf einer Schulter des Isolierkörpers der Stiftleiste aufsetzt. Im Querschnitt ist der Stempel u-förmig und kann technisch einfacher ausgelegt werden. Mit dem Einpressen werden die Konturen des Isolierkörpers erfasst. So kann der Einpressstempel mit einer gefrästen Nut ausgestattet sein, die mindestens die Breite der Kontakte (1- reihig) bzw. den Gesamtabstand (2- reihig) haben muss. Diese Einpress-Stempel sind von der Polzahl unabhängig, sollten jedoch mindesten die Gesamtlänge des Bauteils aufweisen.
Einpress-Stempel mit Schulter
Der Unterstempel dient ausschließlich zum Abfangen der Einpresskräfte. Er verhindert ein Durchbiegen der Leiterplatte und Beschädigungen, an den auf der Platine befindlichen Bauteilen, während des Einpressvorgangs. Der Unterstempel sollte so ausgelegt sein, das er ein Durchbiegen der Leiterplatte verhindert und als Zentrierung der Leiterplatte für den Einpressvorgang fungiert.
Funktion des Unterstempels
