Signalverbindungen mit Skedd-IDC-Steckern

Skedd ist eine patentierte Verbindungstechnik, für die Würth Elektronik ICS als Finalist für den Innovationspreis der deutschen Wirtschaft 2014 ausgezeichnet wurde. Während die Erfinder und ihre Lizenznehmer die Technologie primär für Verbindungen zur Stromversorgung nutzen, verwendet die Schwesterfirma Würth Elektronik Eisos die Skedd-Signalverbinder, um Bauteile für Signalverbindungen einzusparen.

Durchkontaktierte Bohrlöcher

Skedd verbindet die Vorteile einer Einpressverbindung mit denen einer reversiblen Steckverbindung. Der Clou dabei ist, dass den Stecker nicht eine montierte Buchse auf der Leiterplatte aufnimmt, sondern durchkontaktierte Bohrlöcher auf der Platine wie bei einer Einpressverbindung. Die hohen Kräfte während des Verbindungsprozesses schaffen bei Einpressverbindungen eine gasdichte Verbindung zwischen den Kontaktpartnern. Die Lochgeometrie der Leiterplatte passt sich dem Kontakt an. Bei einer klassischen Steckverbindung dagegen drückt man die Kontaktpartner mit einer ausreichend großen Kraft, der Kontakt-Normalkraft, gegeneinander, ohne dass eine intermetallische Verbindung entsteht. Dabei passt sich die Kontaktgeometrie des Steckverbinders der Bohrung in der Leiterplatte an.

Anstelle von aufgelöteten Buchsen nehmen durchkontaktierte Bohrlöcher in der Platine den Stecker auf. Würth Elektronik eiSos

Untersuchungen zeigen, dass die Einpressverbindung elektrisch einwandfrei funktioniert, wenn der Anbindungswinkel einer Ecke des Kontaktstiftes mindestens drei Grad beträgt. Damit eine Steckverbindung diese Anforderung zuverlässig erfüllt, ist es wichtig, eine Vier-Kanten-Anbindung mit ausreichend hohem Kontaktdruck herzustellen. Der patentierte Skedd-Kontakt realisiert das Vierfachkontaktierungsprinzip und garantiert damit eine zuverlässige elektrische Verbindung. Die Skedd-Kontaktpins bestehen aus federnden Schenkelpaaren, die den nötigen Anpressdruck erreichen und eine stabile vibrationssichere Verbindung schaffen.

Löcher statt Buchsen

Mit dem Einsatz von Skedd-Steckern muss man auf der Leiterplatte nur die durchkontaktierten Löcher vorsehen. Ob für dauerhafte oder für Signalverbindungen eingesetzt, der „Redfit IDC Skedd Stecker WR-WST“ von Würth mit einem Nennstrom 1 A pro Pin und der Betriebsspannung 100 V bietet Vorteile in jedem Anwendungsfall. So entfällt der zusätzliche Bestück- und Lötaufwand für eine Buchse, und dieser Verzicht spart Material. Gleichzeitig reduzieren sich der Gesamtübergangswiderstand und damit die Wärmeentwicklung.

Der Isolierkörper der robusten Stecker besteht aus LCP der Brennbarkeitsklasse UL94-V0, und die Betriebstemperatur reicht von -25 bis zu +105 °C. Das Kontaktmaterial ist eine Kupferlegierung mit Goldbeschichtung im Kontakt und Zinn im Anschlussbereich, wobei der Kontaktwiderstand maximal 10 mΩ beträgt. Nutzt man die Stecker, die in Versionen mit vier bis 20 Pins erhältlich sind, für eine nur während der Produktion oder nur zu Wartungszwecken benötigte Leitung, kommt oft ein weiterer Vorteil zum Tragen: Die Höhe der Baugruppe lässt sich niedriger gestalten – gerade bei miniaturisierten Produkten ein interessanter Aspekt.

Die Anbindung des Flachbandkabels erfolgt mittels Schneidklemmtechnik, und beim Poka-Yoke-Design des Steckers sorgen Führungsstifte für eine verpolsichere Kontaktierung. Da sie länger sind als die Kontaktpins, ist auch ein falscher Kontakt beim Verfehlen der Aufnahmelöcher ausgeschlossen.

Debugger wie der MSP430 von TI bieten eine Zwei-Draht-Debug-Möglichkeit. Texas Instruments

Firmware und Debugging

Auch wenn der Skedd-IDC-Stecker als dauerhafte Verbindung eine interessante Option ist, waren es vor allem Anwendungsfälle mit nur vorrübergehender Kontaktierung, die den Produktmanagern bei Würth vorschwebten. Paradebeispiel ist die Verbindung von Debugger und Mikrocontroller, um Firmware aufzuspielen, Code zu prüfen und Fehler zu korrigieren. Dies betrifft zunächst die Entwicklung, aber auch in der Produktion von Klein- und Mittelserien lässt sich eine solche Verbindung nutzen, um aktuelle oder applikations- und kundenspezifische Firmware nach der Bestückung zu laden. Die klassische Alternative wäre hier eine Buchse, die man für eine einmalige Nutzung auflöten müsste. Sehr viel sinnvoller ist es, einen Debugger direkt an der Platine anzuschließen!

Viele Mikrocontroller verfügen über eine Zwei-Draht-Debug-Möglichkeit. Diese heißt für ARM-MCUs „Serial-Wire-Debug“, für TI-MSP430 „Spy-Bi-Wire“, aber auch andere MCUs bieten heute diese Möglichkeit. Dabei verwendet man nur zwei Pins der MCU für das Debuggen und nicht fünf wie bei JTAG. Dazu kommen noch zwei für die Stromversorgung. Auf der Patine muss man also nur Platz für sechs Bohrlöcher vorsehen – vier für den Kontakt und zwei für die Führungsstifte des Skedd-IDC-Steckers.

Fazit

Für den Anschluss des Debuggers einfach Bohrlöcher – in diesem Fall vier kontaktierte und zwei ohne Kontakt für die Führungsstifte – vorzusehen, ist eine denkbar einfache Methode. Die von Hand steckbare Verbindung mit dem Skedd-IDC-Stecker ist schnell, simpel und sehr stabil. Der Stecker lässt sich auch leicht entfernen. Ob diese Anwendung einer Signalverbindung die Hauptverwendung der Skedd-Bauteile wird, muss die Praxis zeigen. Eines scheint allerdings sicher: Die Vorteile der Skedd-Technik versprechen einen ähnlichen Siegeszug, wie den der Schneidklemmtechnik.

(pet/ah)