Leiterkartensteckverbinder
Zuverlässige Verbindungen für alle Fälle
Leiterkartensteckverbinder sind ein wichtiger Teil von Elektronikgeräten. Sie sind essenziell für eine stabile Datenübertragung und für ein ordnungsgemäßes Funktionieren dieser Geräte. Je nach Einsatzgebiet gibt es verschiedene Anforderungen an sie – definiert durch Normen oder durch den Anwender.
Das Anwendungsspektrum von Leiterkartensteckverbindern ist vielfältig: Es reicht vom Automotive-Bereich über die Luft- und Raumfahrt bis hin zur Mess- und Medizintechnik. Die Systemgrenzen werden dabei durch Normen, beispielsweise die LV 214 oder die IATF 16949 aus dem Automobilbereich, vorgegeben. Weitere Anforderungen an die Steckverbinder ergeben sich durch die Umweltnormen RoHS und REACH. Zu guter Letzt ergeben sich qualitative Ansprüche an die Steckverbinder, welche größtenteils über die DIN EN 60512 klassifiziert werden. Im Folgenden werden fünf Einsatzgebiete näher beleuchtet.
Computer und IT
Leiterkartensteckverbinder finden im Bereich Computer und IT eine breite Anwendung: Sie verbinden verschiedene Komponenten eines Computers, wie Netzwerk- oder Soundkarten, und sorgen für eine stabile Datenübertragung innerhalb der Computer. Ohne Leiterkartensteckverbinder wären viele Geräte, die täglich im Einsatz sind, gar nicht funktionsfähig.
Die Anforderungen sind dabei eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Stift- und Buchsenkontakte sowie eine hohe Temperatur- und Vibrationsbeständigkeit. Hierfür ergeben sich zahlreiche Anwendungsoptionen für den Leiterplattendesigner. Dabei werden in der Computerindustrie eher SMT-Steckverbinder (Surface Mount Technology) nachgefragt als THT-Steckverbinder (Through Hole Technology). Vorteile der SMT-Variante sind eine höhere Packungsdichte und der geringere Platzbedarf.
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Medizintechnik
In der Medizintechnik kommen Leiterkartensteckverbinder in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz und sorgen dort für eine zuverlässige Verbindung sowie eine optimale Funktion der Geräte. Die Stift- und Buchsenleisten müssen für dieses Einsatzgebiet spezifische Anforderungen erfüllen: Neben vielen Steckzyklen und einer hohen Fertigungsgenauigkeit sollten sie sich auch durch Langlebigkeit auszeichnen. Zusätzlich sind die Richtlinien RoHS und REACH besonders in der Medizintechnik wichtig, um die Patienten nicht mit Gefahrenstoffe für den menschlichen Körper in Kontakt zu bringen.
Automobilindustrie
Auch die Automobilindustrie ist auf Leiterkartensteckverbinder angewiesen. Sie kommen in modernen Fahrzeugen zur Vernetzung der verschiedenen elektronischen Systeme wie Klimaanlage, Navigation und Infotainment zum Einsatz. Aufgrund der hohen Belastungen, denen Steckverbinder in diesem Bereich ausgesetzt sind, müssen Leiterkartensteckverbinder hierfür besonders robust und langlebig sein.
Da häufig ein großer Preisdruck herrscht, die Qualitätsanforderungen gleichzeitig jedoch sehr hoch sind, besteht ein Balanceakt zwischen Erfüllung der technischen Anforderungen und dem Kostenziel des strategischen Einkäufers. Weitere technische Anforderungen werden durch die Normen LV 214 oder IATF 16949 vorgegeben. Dabei stehen Themen wie Vibrationsfestigkeit, Steckzyklen oder auch Umweltbeständigkeit auf der Agenda.
Luft- und Raumfahrttechnik
In der Luft- und Raumfahrttechnik kommt es auf zuverlässige Verbindungen und robuste Bauteile an. Spezielle Leiterkartensteckverbinder entsprechen diesen Anforderungen; Einsatzgebiete sind beispielsweise Steuergeräte von Luft- und Raumfahrzeugen oder auch Satelliten. Besonders zu beachten sind dabei die einzelnen Materialien des Steckverbinders.
Der Temperaturbereich des Isolierkörpers sollte dauerhaft zwischen -40 °C und 200 °C liegen, da diese extremen Temperaturen je nach Einsatzgebiet auftreten können. Zudem ist die Homogenität der Kontaktwerkstoffe sehr wichtig. Eine Kombination von Zinn und Gold sollte aufgrund von Vibrationen und Reibkorrosion vermieden werden, damit es nicht zur Erhöhung des Kontaktübergangswiderstands und dem Ausfall des Systems kommt.
Sicherheitstechnik
Beim Einsatz in der Sicherheitstechnik, zum Beispiel in Alarmanlagen, verbinden Leiterkartensteckverbinder verschiedene Sensoren, um eine optimale Sicherheitsüberwachung zu gewährleisten. Hierbei ist eine zuverlässige und störungsfreie Verbindung unabdingbar.
Auch hier ist Vibrationsbeständigkeit der Steckverbinder ein Thema: Daher sollten, um einen Ausfall des Systems vorzubeugen, gedrehte Präzisionskontakte bei den Buchsenleisten verwendet werden und nicht gestanzte Gabelkontaktfedern. Durch die Kontaktgeometrie der gedrehten Präzisionskontakte können leichte Vibrationen besser abgefedert werden, ohne dass es zur Verformung des Buchsenkontaktes kommt.
Unterschiedliche technische Anforderungen
Die technischen Anforderungen an die Steckverbinder sind ebenso vielfältig wie ihre Einsatzgebiete. Je nachdem, wo sie Verwendung finden, ergeben sich unterschiedliche Anforderungen. Grundlegend sollte der Kunststoffisolierkörper für alle gängigen Lötverfahren verwendbar sein und somit auch eine hohe Wärmeformbeständigkeit aufweisen. Zudem sind die mechanischen Eigenschaften des Isolierkörpers nicht zu vernachlässigen, da je nach Anwendungsgebiet hohe mechanische Belastungen oder Vibrationen stand- gehalten werden muss. Die Kontaktgeometrie und auch der Kontaktgrundwerkstoff müssen ebenso möglichen Vibrationen im Gesamtsystem oder äußeren mechanischen Belastungen standhalten.
Hier ist beispielhaft der Aufbau eines Buchsenkontakts zu nennen. Während eine Gabelkontaktfeder mechanische Belastungen eher weniger gut aushält, können Vibrationen oder ähnliches durch eine 4- oder 6-Fingerfeder besser aufgefangen werden. Zudem wirkt sich das Thema Spannungsrelaxation im Bereich der Gabelkontaktfedern stärker aus als es bei den 6-Fingerfedern der Fall ist.
Weitere technische Anforderungen liegen in der Oberflächenbeschichtung der einzelnen Kontaktelemente. Während im Automobilbereich einige wenige Steckzyklen gefordert werden, liegen diese in der Messtechnik und der Medizintechnik deutlich höher, da die Einzelkomponenten häufiger gesteckt werden. Damit sind auch unterschiedliche Kontaktmaterialien für die verschiedenen Anwendungsgebiete erforderlich. Im Automobilbereich und weiteren Einsatzgebieten mit einigen wenigen Steckzyklen werden häufig die Kontaktbeschichtungen Zinn oder Silber verwendet, da diese kostengünstig sind und den Anforderungen entsprechen.
Um eine höhere elektrische Leitfähigkeit zu gewährleisten, wird für diese Anwendungsgebiete mittlerweile auch eine Hauchvergoldung (Flashgold) verwendet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Alternative zu verzinnten oder versilberten Kontakten. Sobald jedoch Steckzyklen von 100 oder weit darüber gefordert werden, fällt die Wahl auf eine Vergoldung der Kontakte, die deutlich über dem Flashgold liegt. Der Kontaktwerkstoff Gold besitzt im Vergleich zu Zinn oder Silber eine höhere Festigkeit und eignet sich dadurch für die Vielzahl an Steckzyklen, ohne dass es zu einer Oberflächenkorrosion an den Kontakten kommt.
Der Autor
Stefan Suchan,
ist leitender Entwicklungsingenieur für Steckverbinder bei Fischer Elektronik
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