Alles wird kleiner und davor ist auch die Elektromechanik nicht gefeit: Sieht man sich das metrische Kontaktabstandsmaß (Raster) 2,0 mm an, so stellt man schnell fest, dass es etwa 20 % kleiner als das bisherige Standardraster 2,54 mm ist. Noch größer ist der Unterschied beim zölligen Raster 1,27 mm, denn dieses ist etwa 50 % kleiner als das bisherige Standardraster. Auch bei Steckverbindungen verlangt der Hersteller durch die immer kleiner werdenden Elektronikbaugruppen im Maschinen-, Sondermaschinen- und Steuerungsbau nach kleineren Ausführungen.

Gerade im Bereich der Datenübertragung, der mit einer meist geringen Strombelastungen im niedrigen Amperbereich liegt, sind diese kleineren Raster gut geeignet. Bei dem Raster 2,00 mm geht die Nennstrombelastung teilweise noch bis etwa 3 A, während bei dem Raster 1,27 mm die maximale Strombelastbarkeit bei etwa 1,5 A die obere Grenze erreicht.

Viele Hersteller haben diesen Trend bereits erkannt und bieten ein entsprechendes, zusätzliches Lieferprogramm in den Rastern 2,0 mm und 1,27 mm an. Mit steigender Anwendung bauen sie in den nächsten Jahren ihre Variantenvielfalt weiter aus. Voraussetzung für die kleineren Raster sind die entsprechend geeigneten Kunststoffe, die der Hersteller für die Isolierkörper der Steckverbinder verwendet. Die zum Teil sehr geringen Wandstärken, mit nur einigen Zehntel Millimetern, lassen sich kaum noch mit den üblichen Kunststoffen fertigen.

Höhere Ansprüche an Steckverbinder: Das SMT-Lötverfahren

Eine Unterscheidung der Lötverfahren für die kleineren Raster ist nicht notwendig. Hersteller können dieselben Raster verwenden wie bei dem Standardraster. Für beide Hauptlötverfahren, sowohl das Wellenlötverfahren als auch die SMT-Lötverfahren, bietet zum Beispiel Fischer Elektronik entsprechende Steckverbinder-Ausführungen an. Hierfür eignen sich neben den mittlerweile üblichen hochtemperaturbeständigen Kunststoffen besonders auch die LCP-Kunststoffe, da sie im Löttemperaturbereich oberhalb von 280 °C angesiedelt sind und auch eine hohe Dauergebrauchstemperatur erzielen.

Das Raster 2,54 mm ist das Standardraster der Branche. Die Nennstrombelastung erreicht etwa 3 A.

Das Raster 2,54 mm ist das Standardraster der Branche. Die Nennstrombelastung erreicht etwa 3 A.Fischer Elektronik

Durch die SMT-Lötverfahren sind die Ansprüche an die Steckverbinder deutlich gestiegen. Während beim Wellenlötverfahren die Steckverbinder kaum einer höheren thermischen Belastung als der üblichen maximalen Dauertemperaturbelastung ausgesetzt sind, müssen die Steckverbinder bei der SMT-Löttechnik Temperaturen von etwa 260 °C während des Lötprozesses standhalten. Dies setzt voraus, dass die Isolierkörper aus entsprechend hohen temperaturbeständigem Kunststoff produziert sind.

Für kleinere Steckverbinder-Hersteller lohnt es sich kaum, bei gleichen Bauformen der Isolierkörper unterschiedliche Kunststoffe für das Wellenlötverfahren und das SMT-Lötverfahren zu verwenden. Neben der möglichen Gefahr des Vertauschens, sofern man dieselbe Farbe wählt, ist auch die doppelte Lagerhaltung ein nicht zu vernachlässigbares Thema. Daher bietet es sich an, generell den hochtemperaturbeständigen Kunststoff für alle identischen Bauformen zu verwenden, unabhängig vom Lötverfahren.

Eckdaten

Auch im Bereich der Leiterplattensteckverbinder geht alles in Richtung Miniaturisierung. Während die gängigen Typen mit dem Raster 2,54 mm bei einem Nennstrombelastungswert von bis zu 3 A liegen, erreicht das Raster 1,27 mm eine maximale Strombelastbarkeit bei etwa 1,5 A. Hersteller können hier unterschiedliche Kontaktwerkstoffe einsetzen: Der elektrische Leitwert von Zinn-Bronze (CuSn) liegt bei etwa 9 S/m und bei Messing (CuZn) bei etwa 15 S/m. Dabei sind Zinn-Bronze-Legierungen wesentlich stabiler gegenüber Biegebeanspruchungen als Messinglegierungen. Auch in Frage kommen Kupfer-Beryllium-Legierungen (CuBe) mit bis zu maximal 2 % Beryllium. In puncto Verpackungssystemen liegen bei Herstellern Tape and Reel (Gurt und Spule) voll im Trend. Die größte Herausforderung liegt in der Portfolioerweiterung.

Kunststoffe für dünne Isolierkörperwände

Durch die Reduzierung des Kontaktrasters muss der Hersteller, neben kleineren Kontakten bei den Isolierkörpern, dünnere Wandstärken erreichen. Die zum Teil nur einige Zehntel Millimeter dünnen Wandstärken lassen sich in der Regel nur noch mit technischen Kunststoffen, wie aus der LCP-Gruppe (flüssigkristalline Polymere), fertigen. Hierfür bedarf es jedoch entsprechend geeigneter Formwerkzeuge, die daher mit dem dünnflüssigem Kunststoff sehr gut abgestimmt und hochpräzise gefertigt sein müssen. Damit können sich auch kleinste Wandstärken zuverlässig füllen – auch bei einem langem Fließweg. Dies wird durch den molekularen Aufbau mit starren, stabförmigen Makromoleküle erreicht, die sich in der Schmelze parallel ausrichten.

Steckverbinder im metrische Kontaktabstandsmaß 2,00 mm erreichen eine maximale Strombelastbarkeit von etwa 1,5 A.

Steckverbinder im metrische Kontaktabstandsmaß 2,00 mm erreichen eine maximale Strombelastbarkeit von etwa 1,5 A.Fischer Elektronik

Durch den Zusatz von Füllstoffen, wie Fasern- oder Mineralfüllungen, wird ein hoch formbeständiger Kunststoff erzeugt. Die dabei sicher produzierten und gefüllten, hochfeinen Strukturen ergeben sich bei vielen Steckverbinderleisten. Auch erzielen Hersteller hierbei eine gute Wärmeformbeständigkeit und gute mechanische Eigenschaften. Neben den mechanischen müssen auch die thermischen Eigenschaften den üblichen Lötverfahren standhalten – wie beim Wellenlöten als auch bei den verschiedenen SMT-Lötverfahren. Dies gelingt problemlos mittels dieser technischen Kunststoffe.

Elektrische Anforderungen

Die elektrischen Kenndaten sind wichtige Merkmale bei der Auswahl von Steckverbindungen. Die gängigen Typen mit einem Raster von 2,54 mm liegen in der Regel bei einem Nennstrombelastungswert von bis zu 3 A. Leiterkartensteckverbinder erzielen höhere Belastungswünsche oft durch Zusammenfassung von zwei oder mehreren Kontakten. Hierdurch kann der Anwender im Standardleistenbereich bleiben und muss nicht extra eine spezifische Steckverbindung entwickeln lassen.

Die Strombelastbarkeit reduziert sich natürlich bei den kleineren Rastern, da die Kontaktquerschnitte sich entsprechend den kleineren Kontaktabständen zwangsweise reduzieren müssen, um die notwendigen Isolationswiderstände zu erreichen. Variationsmöglichkeiten ergeben sich auch durch den Einsatz unterschiedlicher Kontaktwerkstoffe. Während der elektrische Leitwert von Zinn-Bronze (CuSn) bei etwa 9 S/m liegt, kommt man bei Messing (CuZn) auf etwa 15 S/m.

Zu unterscheiden ist bei den beiden Stoffen vor allem die mechanische Beanspruchung: Zinn-Bronze-Legierungen sind durch ihre guten Federeigenschaften wesentlich stabiler gegenüber Biegebeanspruchungen als Messinglegierungen. In den meisten Fällen reichen diese Möglichkeiten der elektrischen Belastbarkeit für den Massenmarkt der Leiterplattensteckverbinder vollkommen aus.

Hier zu sehen sind Steckverbinder im Raster 1,27 mm.

Hier zu sehen sind Steckverbinder im Raster 1,27 mm.Fischer Elektronik

Darüber hinaus haben sich Werkstoffe in der Vergangenheit gerade für elektrisch und mechanisch hoch beanspruchte Kontaktteile (Federteile) aus Kupfer-Beryllium-Legierungen (CuBe) mit bis zu maximal 2 % Beryllium etabliert. Hier sind neben Varianten im walzharten Zustand auch aushärtbare verfügbar. Die aushärtbaren Varianten lassen sich besonders für stark geformte Federelemente verwenden.

Verpackung verhilft zum Verkaufserfolg

Produkt- und verarbeitungsabhängige Verpackungen werden immer wichtiger, denn unnötiges manuelles Handling akzeptieren Hersteller in den Industrieländern immer weniger. Mittlerweile verarbeiten neue Bestückungsautomaten die Stangenmagazine seit einigen Jahren nur noch bei entsprechender Sonderausstattung. Gefragt sind hier vorwiegend Lösungen des Verpackungssystems von Tape and Reel (Gurt und Spule). Die Vorteile für die Leiterplattenbestücker liegen bei diesem System auf der Hand: Die Gurte haben ein deutlich höheres Stückzahlvolumen pro Gurt gegenüber einem Stangenmagazin, was sich direkt auf die Produktivität eines Bestückungsautomaten auswirkt. Auch der notwendige Personalbedarf für solche Automaten reduziert sich entsprechend.

Verstärkt wollen Hersteller mittlerweile auch automatenbestückbare Verpackungen für Steckverbinder, die für Wellenlöttechnik ausgeführt sind. Auch hier wünschen sich die Hersteller zunehmend Tape and Reel. Weitere Vorteile einer automatengerechten Verpackung sind, neben der rationellen Verarbeitung, insbesondere die qualitätsverbessernden Auswirkungen: Gerade mit zunehmender Miniaturisierung reagieren Kontakte und Anschlüsse empfindlicher auf Verbiegung und andere Beschädigungen. Während bei einer sehr einfachen Verpackung (wie eine Kartonverpackung) immer wieder Reklamationen durch eine Beschädigung der Steckverbinder an Kontakt- und Lötanschlüssen auftreten, sind bei einer Tape-and-Reel-Verpackung diese Effekte gegen null zu bewerten. Dies hat auch eine positive Lieferantenbewertung, zumindest für diesen Punkt, zur Folge.

Kleineres Produktportfolio erweitern

Die Miniaturisierung im Bereich der Leiterplattensteckverbinder geht weiter. Hier müssen die Steckverbinderhersteller ihre Produktvielfalt in den kleineren Rastern entsprechend erweitern, sodass die Kunden eine ähnlich große Vielfalt wie im Raster 2,54 mm auswählen können. Es gilt für die Hersteller mit den Wünschen der Kunden Schritt zu halten. Teilweise sind auch entsprechend dem kleineren Raster angepasste Ausführungen erforderlich. Darüber hinaus ist der Verpackung von vorneherein eine hohe Beachtung zu schenken, damit der Verkaufserfolg sich auch einstellen kann.