Phoenix Contact Deutschland GmbH

Bild: Phoenix Contact; iStock, Edrosain

Elektronikfertigung Immer kleiner soll es werden

01.09.2016

Der Trend zur Miniaturisierung ist ungebrochen – Geräte und Platinen werden immer kleiner. Damit ändern sich auch die Anforderungen an Leiterplatten-Steckverbinder. Im Fokus stehen die Art der Anschlusstechnik, der Platz auf der Platine sowie die Verarbeitung im Lötprozess.

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In der Vergangenheit wurde eine sichere Verbindung zwischen Leitern und der Leiterplatte hauptsächlich über Klemmen oder Steckverbinder mit Schraubanschluss hergestellt. Über die letzten drei Jahrzehnte ist die Anschlusstechnik allerdings deutlich vielfältiger geworden. Zum klassischen Schraub­anschluss sind in erster Linie die Anschlussarten IDC(Insulation Displacement Connection)-, Zugfeder- und Push-in-Federanschluss hinzugekommen. Die Kontaktierung mit einem IDC-Anschluss bedeutet, dass das Kontaktmetall die Leiter­isolierung beim Leiteranschluss durchtrennt, im weiteren Anschlussvorgang dann den Leiter klemmt, und damit eine sichere Verbindung herstellt. Das Besondere an diese Technik ist, dass eine Leitervorbehandlung nicht erforderlich ist.

Um einen Leiter mittels Zugfeder anzuschließen, muss die Käfigfeder vorher mit einem Schraubendreher geöffnet werden. Danach wird der Leiter in den Kontaktierungsbereich der Feder gesteckt. Nach dem Herausziehen des Schraubendrehers schließt sich die Federöffnung wieder – eine dauerhafte Verbindung ist hergestellt.

Neben diesen beiden Anschlussarten gewinnt vor allem der Push-in-Federanschluss zunehmend an Bedeutung. Der Vorteil dieser Anschlussart liegt darin, dass sich starre und flexible Leiter mit Aderendhülse durch einfaches Hineinstecken kontaktieren lassen, ohne dass der Klemmraum geöffnet werden muss. Hier fallen die Zeitersparnis und die damit verbundene Kostenersparnis bei der Geräteverdrahtung besonders ins Gewicht.

Anschlusstechnik im Wandel

Weil der Trend zur Miniaturisierung in den letzten Jahren deutlich an Fahrt gewonnen hat, werden auch die Schaltschränke kleiner. Dadurch reduziert sich wiederum der verfügbare Platz für die Geräte und deren Platinen. Der Hauptgrund für die Volumenreduzierung liegt darin, dass sowohl der Platz auf der Platine, als auch der Platz im Schaltschrank stets mit Kosten verbunden ist. Außerdem nimmt die Funktionsdichte in den Geräten stetig zu. Somit müssen sich auch Leiterplattenklemmen und Leiterplatten-Steckverbinder nach den neuen Größenvorgaben richten.

In diesem Kontext hat Phoenix Contact zwei neue Leiterplatten-Steckverbinder im Raster 2,54 mm entwickelt und auf den Markt gebracht: Die Steckverbinder FMC 0,5 und DFMC 0,5 erfüllen die neuen Anforderungen – kompakte Gehäuseabmessungen und schneller Leiteranschluss. So besitzen diese Steckverbinder einen Push-in-Federanschluss mit Federöffner. Neben der direkten Anschlussmöglichkeit von starren und flexiblen Leitern mit Aderendhülse kann die Verdrahtung mithilfe eines Schraubendrehers über die farblich abgesetzten Federöffner leicht wieder gelöst werden. Der Klemmraum ist für Leiterquerschnitte von 0,14 bis 0,5 mm² ausgelegt.

Hohe Kontaktdichte gefordert

Ein weiterer Vorteil des Steckverbinders neben dem komfortablen Leiteranschluss liegt in der äußerst kompakten Bauform. Das Modell FMC 0,5 ist ein einreihiger Steckverbinder mit einer Bauhöhe von nur 5,4 mm. Bereits am Markt verfügbare Stecker im gleichen Raster mit Push-in-Federanschluss und Federöffner waren noch doppelt so hoch. Die Bauhöhe der doppelreihigen Steckverbinder DFMC 0,5 fällt mit nur 10,5 mm ebenfalls gering aus. Damit ist diese Produktfamilie noch einmal kleiner als zwei Stecker vom Typ FMC 0,5 übereinander. So folgen beide Steckverbinder dem Trend zu einer hohen Kontaktdichte auf kleinem Raum.

Die Steckverbinder beider Produktfamilien sind für Ströme bis 6 A und Spannungen bis 160 V ausgelegt. Außerdem sind sie mit einem vergoldeten Kontaktsystem ausgestattet – das sorgt für eine sichere Übertragung von Spannungen und Strömen im mV- und mA-Bereich. Der FMC 0,5 ist von 2- bis 16-polig verfügbar, und der DFMC 0,5 besitzt vier bis 32 Leiteranschlüsse. Zur einfachen Spannungsprüfung sind die Steckverbinder mit einem Tippabgriff für eine Prüfspitze mit 0,64 mm Durchmesser versehen.

Automatisierte Lötprozesse im Fokus

Eine weitere Anforderung an die Leiterplatten-Anschlusstechnik ergibt sich – wie bereits erwähnt – aus dem Lötprozess. Wurden die Bauteile auf der Platine lange Zeit im Wellenlötprozess verlötet, verlagert sich der Schwerpunkt zunehmend in Richtung SMD- und THR-Löten. Dabei rückt der automatisierte Bestückungs- und Lötprozess in den Vordergrund. Beim SMD-Verfahren werden die Bauteile auf der Oberfläche der Leiterplatte verlötet. Dabei wird zunächst die Leiterplatte an den Lötstellen mit Lotpaste bedruckt. Nach der Bestückung der Bauteile findet der Prozess in den meisten Fällen in einem Konvektionsofen statt, bei dem im Vergleich zum Wellenlötprozess die gesamte Komponente den höheren Temperaturen ausgesetzt ist.

Beim THR-Löten werden die Bauteile zur Durchsteckmontage auf der Leiterplatte – wie beim Wellenlötprozess üblich – in den SMD-Prozess integriert. Die zu verlötenden Bauteile lassen sich für diese Verfahren im Idealfall in einer automatengerechten Gurtverpackung anliefern, denn dann sind sie für den automatisierten Bestückungsprozess geeignet. Im SMD- und THR-Prozess können extrem kleine Bauteile hochautomatisiert verarbeitet werden – dabei ergeben sich erhebliche Kosten- und Zeiteinsparungen.

Für SMD- und THR-Verfahren ausgelegt

Auch auf diese Marktanforderung bieten die beiden Produktfamilien mit den passenden Stiftleisten eine Lösungsmöglichkeit. Die Stiftleisten sind für den SMD- oder THR-Lötprozess ausgelegt. Sie werden aus dem Kunststoff LCP (liquid crystal polymer) hergestellt, damit sie den hohen Temperaturen im Konvektionsofen standhalten. Für einen sichereren Halt auf der Leiterplatte verfügen alle Stiftleisten über zusätzliche Ankermetalle. Außerdem sind sie in horizontaler und vertikaler Ausführung verfügbar – das sorgt für eine hohe Flexibilität beim Geräte- und Leiterplatten-Design. Zu den einreihigen und doppelreihigen Steckern gehören jeweils passende Stiftleisten.

Die Einsatzmöglichkeiten für die beiden neuen Steckverbinder stellen sich vielseitig dar. Zu den potenziellen Zielgruppen gehören die Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, die Automatisierungstechnik und die Energietechnik. Denkbare Applikationen sind Steuerungen, Umrichter und Wechselrichter. Der Schwerpunkt der Einsatzbereiche liegt auf industriellen Applikationen, bei denen Signale auf die Leiterplatte übertragen werden.

Das Fazit: Die neuen Steckverbinder FMC 0,5 und DFMC 0,5 und die dazugehörigen Stiftleisten von Phoenix Contact erfüllen die Marktanforderungen im Bereich der Leiterplatten-Anschlusstechnik. Gerätehersteller erhalten jetzt leistungsfähige Steckverbinder, die wenig Platz auf der Leiterplatte und im Gerät benötigen. Für den Endkunden bieten die Stecker zudem eine schnelle, einfache und komfortable Anschlussmöglichkeit. Eine Verarbeitung in hochautomatisierten SMD-Prozessen ist unproblematisch, und ein vergoldetes Kontaktsystem bringt zusätzliche Sicherheit für die Übertragung von Signalen im industriellen Umfeld.

Bildergalerie

  • Die zweireihigen Leiterplatten-Steckverbinder DFMC 0,5 bieten einen komfortablen Leiteranschluss bei einer sehr kompakten Bauform.

    Bild: Phoenix Contact

  • SMD- und THR-Lötprozess – mit ihren Stiftleisten lassen sich die neuen Steckverbinder in automatisierten Bestückungs- und Lötprozessen bequem verarbeiten.

    Bild: Phoenix Contact

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