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Einpresstechnik

Als Verbindungstechnologie ist die Einpresstechnik eine vorteilhafte Alternative zur reinen Löttechnik. Bei der Betrachtung der Zuverlässigkeit von unterschiedlichen Verbindungstechnologien spricht man von einem FIT-Wert (Failure in Time), der bei der SMD-Löttechnik um das 10-fache und bei der konventionellen Löttechnik (THT) nochmals um ein Vielfaches höher liegt als bei der Einpresstechnik.

Failure in Time (FIT) gibt bei elektronischen Bauteilen/Baugruppen die Anzahl der Defekte an, die in einer definierten Zeitspanne auftreten.

Ursprünglich hatte vor allem der Automobil­elektronik-Bereich verstärkt auf diese Technologie gesetzt. Mittlerweile werden auch immer mehr Anwendungen der Industrie mit dieser Verbindungstechnik ausgeführt. Die Einpresstechnik ist neben der hohen Zuverlässigkeit äußerst wirtschaftlich. So können mit den entsprechenden Einpresswerkzeugen mehrere Bauteile gleichzeitig eingepresst werden, häufig sogar die gesamten Powerelemente einer Baugruppe in einem Vorgang.

Zu beachten ist bei der Einpresstechnik die Ausführung der Leiterplatte. So müssen die Bohrdurchmesser und die Kupferschichtdicken in der Metallisierung entsprechend den Spezifikationen ausgeführt sein.

Beim Einpressvorgang mit massiven Einpresspins entsteht eine mechanisch sehr stabile, gasdichte Verbindung zwischen Pin und Hülse, welche gleichzeitig einen extrem niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Damit eignet sich die massive Einpresstechnik vor allem für den Einsatz im Hochstrombereich und bei rauhen Umgebungsbedingungen.

Historie

In den 1970er Jahren führte die rasante Entwicklung elektronischer Bauelemente und die zunehmende Komplexität von Anwendungen, speziell in der Telekommunikationstechnik, zu steigenden Anforderungen an die Verbindungstechnik. Mit der Möglichkeit, mehrlagige Leiterplatten zu fertigen, hielten Bussysteme wie VME oder der IEC-Bus Einzug. Existierende Verbindungstechniken wie Drahtwickeltechnik (Wire Wrap) und Lötverbindungen stießen an ihre Grenzen. Gerade hochpolige Bussteckverbinder mussten eine niederohmige Verbindung mit der Leiterplatte schaffen. Derartige Stecker sicher zu verlöten war problematisch. Dies war die Geburtsstunde der Einpresstechnik. Nach einigen Entwicklungszyklen entstand eine Vielzahl flexibler und massiver Einpresszonen, die teilweise bis heute gebräuchlich sind.

In den 1980er Jahren befasste man sich in der Würth Elektronik ICS überwiegend mit der Fertigung von Rückwandplatinen (Backplanes). Die Leiterplatten kamen aus dem eigenen Haus, Steckverbinder wurden zugekauft. So baute man über Jahre einen soliden Erfahrungsschatz im Umgang und der Verarbeitung lötfreier Verbindungstechnik auf.

Mit größer werdenden Backplanes tauchte ein ganz neues Problem auf. Die Stromversorgung!

Würth Elektronik-Powerelemente

Verbindungstechniken, die eine Einspeisung von Strömen über 100 Ampere auf die Leiterplatte mit einem einzigen Anschluss ermöglichten, waren nicht verfügbar. Dieser Herausforderung stellte sich die Würth Elektronik ICS und entwickelte Stromversorgungselemente mit massiven Einpressstiften, die Würth Elektronik-Powerelemente. Schnell qualifizierten namhafte Hersteller diese Stromversorgungselemente. Bald zeigte sich, dass sich auf Basis dieser Hochstromkontakte über reine Einspeisungen hinaus auch eine Vielzahl anderer Probleme lösen lassen. Sei es nun zur rein mechanischen Verbindung, Board-to-Board-Verbindungen oder zum Anbinden von Komponenten wie z.B. IGBTs, bis hin zum Verpressen von Kupferschienen (Bus-Bar) mit Leiterplatten.

Grundlagen der massiven Einpresstechnik

Die massive Einpresstechnik ist äußerst einfach auszuführen, der Fertigungsschritt fügt sich nahtlos in die Prozesskatte ein. Wie bereits erwähnt muss der Querschnitt der Einpresspins auf das durchkontaktierte Loch in der Leiterplatte abgestimmt sein. Das metallisierte Loch in der Leiterplatte und das Basismaterial nehmen die Verformungsenergie des eingepressten Pins auf. Zwischen Pin und der metallisierten Hülse entsteht eine gasdichte Verbindung. Sie macht diese Technik so einzigartig, und verleiht ihr die hervorragenden mechanischen und elektrischen Eigenschaften. Bei einem Pin mit einer Diagonalen von 1,60 mm liegt der Übergangswiderstand zur Lochhülse bei 0,1mΩ bis 0,2mΩ. Der Einpresspin kontaktiert dabei über die Hülse direkt mit der Leiterbahn. So hat ein Powerelement mit 36 Einpresspins 144 dieser direkten Verbindungen. Bei Anbindungen über mehrere Lagen der Leiterplatte multipliziert sich die Zahl der Verbindungen. So erstaunt es nicht, dass Ströme von mehreren 100A eingespeist werden können. Der Engpass liegt in der Regel nicht in der Verbindung mit der Leiterplatte, sondern im Layout oder Anschlussbereich.

Powerelemente von Würth Elektronik ICS werden heute jährlich in Millionen-Stückzahlen in unserer eigenen Fertigung und bei unseren Kunden verarbeitet.

Wir sind für Sie da!

Powerelement - Produkt-Management Hotline: 07940 9810-4444