Einlöten gefederter THT-Batteriekontakte (UEBK) in die Leiterplatte
- Einleitung
- Werkstoffhintergrund: Warum die Temperaturbelastung der Feder begrenzt werden sollte
- Referenz: Gängige Lötverfahren für THT-Bauteile (bleifrei)
- Die Lötverfahren im Detail
- Empfehlung für gefederte THT-Batteriekontakte
- Wichtiger Hinweis zum Schutz der Feder
- Empfehlungen zur Prozessumsetzung
- Qualitätskontrolle nach dem Löten
- Zusammenfassung
- Fragen zu Ihrer Anwendung?
Einleitung
Die gefederten THT-Batteriekontakte der UEBK-Serie von uwe electronic werden mit ihren Anschlussstiften durch Bohrungen in der Leiterplatte gesteckt und auf der Lötseite verlötet – üblicherweise per Wellenlöten, Selektivlöten oder, bei Kleinserien/Prototypen, von Hand. Da sich im Kontaktstift eine Präzisionsfeder aus Federstahl befindet, sollte auch bei der THT-Verlötung die thermische Belastung der Feder begrenzt werden. Dieser Applikationshinweis erläutert den werkstofftechnischen Hintergrund und gibt konkrete Prozessempfehlungen für die gängigen THT-Lötverfahren.
Werkstoffhintergrund: Warum die Temperaturbelastung der Feder begrenzt werden sollte
Federstähle sind je nach Legierung nur bis zu bestimmten Dauereinsatztemperaturen relaxationsarm einsetzbar, z. B. Standard-Federstahl nach EN 10270-1 (DH/SH) bis ca. 80 °C, nichtrostender Federstahl 1.4310 bis ca. 160 °C, 1.4568 bis ca. 200 °C. In der Federkontakt-Industrie hat sich für gefederte Kontaktstifte ein Grenzwert von ca. 150 °C als gängiger Richtwert für die dauerhaft unkritische Einsatztemperatur etabliert – oberhalb dieser Temperatur kann die Feder durch Relaxation (thermisch aktivierter Kriechvorgang) an Vorspannung bzw. Federkraft verlieren.
Relaxation ist ein kumulativer, temperaturaktivierter Vorgang: Sie verstärkt sich mit steigender Temperatur exponentiell, aber auch mit zunehmender Verweildauer bei ein und derselben Temperatur. Kurze Temperaturspitzen von wenigen Sekunden werden von Federwerkstoffen erfahrungsgemäß deutlich besser toleriert als eine dauerhafte Exposition bei gleicher Temperatur. Für die konkrete Legierung Ihres Kontaktstifts empfehlen wir, die zulässige Sekunden-Exposition bei Bedarf mit dem zugehörigen Datenblatt bzw. mit unserem Technik-Team abzustimmen.
Ein für THT-Bauteile günstiger Effekt: Der Kontaktkörper mit der Feder sitzt bei bestückten Baugruppen auf der Bestückungsseite (Oberseite) der Leiterplatte, während der Lötprozess auf der gegenüberliegenden Lötseite stattfindet. Die Feder wird daher primär über Wärmeleitung durch die Anschlussstifte und die Leiterplatte erwärmt und erreicht in der Regel eine niedrigere Temperatur als die eigentliche Lötstelle.
Referenz: Gängige Lötverfahren für THT-Bauteile (bleifrei)
Zur Einordnung zunächst die in der Elektronikfertigung gängigen Lötverfahren für bedrahtete (THT-)Bauteile mit typischen Prozessparametern (Richtwerte nach gängiger Praxis; das tatsächliche Profil ist immer anlagen- und baugruppenspezifisch zu ermitteln):
| Verfahren | Typische Parameter | Kontaktzeit mit dem Lot |
|---|---|---|
| Wellenlöten | Vorheizen Oberseite 100–150 °C (Rampe 2–4 °C/s); Lötwelle ca. 250–260 °C | ca. 2–4 Sekunden je Anschluss |
| Selektivlöten (Mini-Welle/Düse) | lokales Vorheizen ca. 100–130 °C; Lötbad/Düse ca. 260–270 °C | ca. 2–5 Sekunden je Lötstelle, nur lokale Erwärmung |
| Handlöten (Kleinserie/Rework) | kein Vorheizen der Baugruppe erforderlich; Lötkolben ca. 330–350 °C (bleifrei) | ca. 2–3 Sekunden je Anschluss |
Die Lötverfahren im Detail
Wellenlöten (Wave Soldering)
Beim Wellenlöten wird die bestückte Leiterplatte auf einem Transportband durch die Lötanlage geführt und dabei mit der Lötseite über eine oder mehrere Wellen aus flüssigem Lot geleitet. Häufig kommen zwei Wellen zum Einsatz: eine turbulente Vorwelle, die auch schwer zugängliche Lötstellen und Durchkontaktierungen zuverlässig mit Lot füllt, sowie eine ruhige, laminare Hauptwelle, die für ein sauberes, brückenfreies Lötbild sorgt. Da alle bestückten Anschlüsse einer Baugruppe die Welle gleichzeitig passieren, werden sie in einem einzigen Durchlauf verlötet.
- Fluxen: Auftragen von Flussmittel auf die Lötseite (Sprüh- oder Schaumfluxer), um Oxide zu entfernen und die Benetzung zu verbessern.
- Vorheizen: Erwärmen der Baugruppe auf der Oberseite auf ca. 100–150 °C (IR-Strahler oder Heißluft), um das Flussmittel zu aktivieren, Lösungsmittel auszutreiben und thermischen Schock beim Wellenkontakt zu vermeiden.
- Wellenkontakt: Die Lötseite passiert die Lötwelle(n) bei ca. 250–260 °C für ca. 2–4 Sekunden; dabei werden alle bedrahteten Anschlüsse gleichzeitig verlötet.
- Abkühlen: Nach dem Verlassen der Welle kühlt die Baugruppe im offenen Anlagenbereich bzw. in einer Kühlzone ab.
Wellenlöten ist das wirtschaftlichste Verfahren für Serienfertigung, bei der alle THT-Bauteile einer Baugruppe in einem Durchlauf verlötet werden sollen. Da jede Lötstelle die Welle für dieselbe, kurze Zeit passiert, ist die Kontaktzeit prozessbedingt begrenzt und gut reproduzierbar.
Selektivlöten (Selective Soldering)
Beim Selektivlöten wird nicht die gesamte Leiterplatte über eine durchgehende Welle geführt, sondern gezielt nur die jeweilige Lötstelle mit einer kleinen Lötwelle (Minidüse, oft nur wenige Millimeter Durchmesser) oder im Tauchverfahren kontaktiert. Eine Anlage mit X-Y-Z-Achsen positioniert die Leiterplatte bzw. die Düse so, dass ausschließlich die zu lötenden Anschlüsse Kontakt mit dem Lot bekommen.
- Selektives Fluxen: gezieltes Auftragen von Flussmittel nur an den zu lötenden Stellen, z. B. per Mikro-Sprühventil (Jet-Fluxer).
- Lokales Vorheizen: gezielte Erwärmung nur der betroffenen Baugruppenzone auf ca. 100–130 °C, z. B. per Fokus-IR-Strahler oder Heißluftdüse – benachbarte, hitzeempfindliche Bauteile bleiben weitgehend unbeeinflusst.
- Lötkontakt: Die Minidüse (Lötbad ca. 260–270 °C) oder Tauchdüse kontaktiert jede Lötstelle einzeln oder in kleinen Gruppen für ca. 2–5 Sekunden.
- Abkühlen: schnelle, lokal begrenzte Abkühlung, da nur ein kleiner Bereich der Baugruppe erwärmt wurde.
Selektivlöten eignet sich besonders für Baugruppen mit gemischter Bestückung (SMD + THT) oder mit mehreren temperaturempfindlichen Bauteilen in unmittelbarer Nachbarschaft, da nur die tatsächliche Lötstelle erwärmt wird. Für UEBK-Batteriekontakte ist dies vorteilhaft, wenn sich in der Nähe weitere hitzeempfindliche Komponenten befinden oder eine noch feinere Kontrolle der thermischen Belastung gewünscht ist.
Handlöten (manuelles Löten / Rework)
Beim Handlöten wird ein temperaturgeregelter Lötkolben mit feiner Spitze von Hand an die Lötstelle geführt; das Lot wird als Draht ebenfalls von Hand zugeführt. Es handelt sich um ein rein manuelles, nicht automatisiertes Verfahren.
- Lötkolben auf ca. 330–350 °C (bleifrei) einstellen und die Spitze mit etwas frischem Lot benetzen, um einen guten thermischen Kontakt sicherzustellen.
- Spitze für ca. 2–3 Sekunden an die Anschlussstelle (Lötpad und Anschlussstift) auf der Lötseite anlegen – nicht am Steckerkörper bzw. Federgehäuse.
- Lötzinn zuführen, bis die Verbindung vollständig und glänzend benetzt ist.
- Lötkolben entfernen und die Lötstelle ungestört abkühlen lassen.
Handlöten eignet sich für Prototypen, Kleinserien, Reparatur/Rework sowie für Baugruppen, die sich aus geometrischen Gründen nicht maschinell löten lassen. Da Temperatur und Kontaktzeit direkt von der ausführenden Person abhängen, ist geschultes Personal und eine klare Arbeitsanweisung wichtig.
Empfehlung für gefederte THT-Batteriekontakte
Für UEBK-THT-Batteriekontakte empfehlen wir, die ohnehin kurze, prozessbedingte Kontaktzeit der genannten Verfahren konsequent zu nutzen und die Vorheizzone am unteren Ende des üblichen Bereichs zu halten:
| Phase | Empfehlung | Ziel |
|---|---|---|
| Vorheizen (Oberseite) | ca. 100–130 °C, Rampe 2–3 °C/s | unteres Standardband, keine unnötige Verlängerung der Vorheizzeit |
| Lötverfahren | Wellen- oder Selektivlöten bevorzugen | kurze, prozessbedingte Kontaktzeit statt langer Wärmeeinwirkung |
| Löttemperatur (Welle/Lötbad) | ca. 250–260 °C | Standardbereich für bleifreies SAC-Lot, nicht unnötig höher wählen |
| Kontaktzeit mit dem Lot | ca. 2–3 Sekunden je Anschlussstift | Minimum für eine vollständige Durchstieg-Verzinnung |
| Abkühlung | zügig nach dem Lötkontakt | aktive Kühlzone bzw. Umgebungsluft, keine Nachwärmung |
Für Handlötung/Rework gilt dieselbe Logik wie beim Anlöten eines Anschlussdrahts: Lötkolben auf ca. 330–350 °C einstellen und nur kurz (2–3 Sekunden) am Anschlussstift auf der Lötseite ansetzen – nie am Steckerkörper bzw. Federgehäuse.
Wichtiger Hinweis zum Schutz der Feder
Der Federstahl im Inneren des THT-Kontaktstifts sollte oberhalb von ca. 150 °C nur kurzzeitig belastet werden – entscheidend ist die gesamte Zeit oberhalb 150 °C, nicht nur der Lötkontakt.
Vorheizzone nicht länger oder heißer als nötig fahren – 100–130 °C sind für die Flussmittelaktivierung in der Regel ausreichend.
Kontaktzeit mit der Lötwelle bzw. dem Lötkolben auf 2–3 Sekunden je Anschluss begrenzen.
Keine mehrfachen Lötdurchläufe oder Nachlöten mit hoher Temperatur ohne Berücksichtigung der kumulierten thermischen Belastung der Feder.
Empfehlungen zur Prozessumsetzung
- Thermoprofil am Bauteil messen: Thermoelement möglichst nahe am Kontaktstift bzw. am Federgehäuse platzieren, um die tatsächliche Temperatur und Verweilzeit oberhalb 150 °C zu verifizieren.
- Fördergeschwindigkeit und Wellenbreite beim Wellenlöten so wählen, dass die Kontaktzeit im unteren, für eine vollständige Durchstieg-Verzinnung noch ausreichenden Bereich bleibt.
- Bei Baugruppen mit weiteren, temperaturempfindlichen Bauteilen: Selektivlöten in Betracht ziehen, da hier nur die tatsächliche Lötstelle lokal erwärmt wird.
- Vor Serienfreigabe empfehlen wir, Federkraft und Federweg an einer Musterbaugruppe vor und nach dem Lötprozess zu prüfen, um die Wirkung des gefahrenen Profils auf die Feder zu verifizieren.
Qualitätskontrolle nach dem Löten
- Sichtprüfung aller Lötstellen: vollständige Durchstieg-Verzinnung, glänzend, keine kalten Lötstellen
- Keine sichtbare Verfärbung oder Verformung am Gehäuse des Kontaktstifts (Hinweis auf Überhitzung)
- Federweg und Rückstellkraft nach dem Abkühlen prüfen
Zusammenfassung
| Phase | Temperaturbereich | Dauer / Rate |
|---|---|---|
| Kritische Grenze Feder | > 150 °C | gängiger Industriestandard für Federkontakte |
| Vorheizen | ca. 100–130 °C | am unteren Standardband halten |
| Löttemperatur (Welle/Lötbad/Kolben) | ca. 250–350 °C je Verfahren | Standardwerte, nicht unnötig überhöhen |
| Kontaktzeit mit dem Lot | - | 2–3 Sekunden je Anschluss |
| Abkühlung | nach Lötkontakt | zügig, aktive Kühlung bzw. Umgebungsluft |
Fragen zu Ihrer Anwendung?
Unser Technik-Team unterstützt Sie gerne bei der Auslegung Ihres Lötprozesses für UEBK-THT-Batteriekontakte. Einen Überblick über unser THT-Kontaktleisten-Sortiment finden Sie unter uweelectronic.de – Battery Probes THT.
