IDC-Technik Schneidklemmen für Anwendungen unter rauen Bedingungen

Autor / Redakteur: Ussama Margieh * / Kristin Rinortner

Die Schneidklemmtechnik wird in vielen Anwendungen eingesetzt. Bei vergossenen Komponenten besteht die Herausforderung darin, eine stabile, gasdichte Verbindung mit dem Leiter herzustellen.

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IDC-Technik: Eine Schneidklemme mit optimierter Geometrie eignet sich für Industrie-Applikationen, bei denen Elektronik vergossen wird.
IDC-Technik: Eine Schneidklemme mit optimierter Geometrie eignet sich für Industrie-Applikationen, bei denen Elektronik vergossen wird.
(Bild: © Thomas Söllner/Fotolia.com)

Heute wird eine breite Palette von Steckverbindertypen angeboten. Doch welcher Steckverbinder ist die optimale Lösung für eine spezielle Anwendung? Die steigende Nachfrage nach ausgeweiteter Vernetzung von Geräten beispielsweise im Internet of Things (IoT) hat dazu geführt, dass elektronische Bauteile und Verbindungstechnik heute für unterschiedliche Anforderungen entwickelt werden. Je extremer die Umgebungsbedingungen sind, in der der Steckverbinder eingesetzt wird, desto mehr spielt die Auswahl des Steckverbinders für die Gesamtleistung des Systems eine entscheidende Rolle.

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Geräte, die für den Einsatz in rauen Umgebungen ausgelegt sind, werden oft gekapselt oder vergossen, um sie stoßfest und/oder wasserdicht zu gestalten. Obwohl dieser letzte Fertigungsprozess dem Schutz des Gerätes dient, kann er sich negativ auf die elektrische und mechanische Verbindung auswirken. Die meisten Komponenten auf einer Leiterplatte sind unempfindlich gegenüber Einkapseln oder Vergießen, da sie in der Regel direkt auf die Leiterplatte gelötet werden. Dies trifft jedoch nicht auf Steckverbinder zu.

Steckverbinder benötigen, um eine elektrische Verbindung zwischen zwei Oberflächen sicherzustellen, einen Anpressdruck, der dauerhaft gehalten werden muss. Der Kontakt soll rauen Umgebungsbedingungen mit starken Temperaturschwankungen, Schock- und Vibrationsbelastung zuverlässig widerstehen.

Wird die Baugruppe dabei verkapselt, können sowohl bei Standard-Leiterplatten als auch bei der Verbindung Probleme auftreten. An erster Stelle steht das unerwünschte Eindringen von Materialien. Materialien, die zum Vergießen bzw. Umspritzen verwendet werden, können sich an den Kontaktflächen anlagern, die Kontakte isolieren und einen sofortigen elektrischen Ausfall verursachen. Im schlimmsten Fall können sie die Kontaktfunktion so beeinträchtigen, dass die Kontaktkraft mit der Zeit und höherer Temperatur stark nachlässt, was zu einem späteren, unvorhergesehenen Ausfall im Feld führen kann.

Der einfachste Weg dieses Problem zu umgehen, besteht darin, alle Leiter direkt auf die Leiterplatte zu löten, so wie das mit anderen Komponenten erfolgt. Jedoch ist das manuelle Löten im Gegensatz zu den automatisierten SMT-Prozessen der anderen Leiterplattenkomponenten sehr zeitaufwändig, kostenintensiv und zudem in vielen Fällen mit Prozessschwankungen behaftet.

IDC-Technik für vergossene Systeme

Eine zuverlässige Alternative, die in vielen Fällen eingesetzt wird, wenn Steckverbinder in Applikationen mit rauen Umgebungsbedingungen verkapselt oder vergossen werden, ist die Schneidklemmtechnik. Eine häufig anzutreffende Schneidklemmtechnik ist die IDC-Technik (Insulation Displacement Connector, deutsch isolationsverdrängende Verbindung). Die Schneidklemmtechnik ist seit rund 50 Jahren bekannt und hat sich zu einer bewährten Wire-to-Board-Verbindung entwickelt.

Die IDC-Technik zählt zu den zuverlässigsten Kontakttechniken, die heute vor allem in Automotive-Anwendungen und im Transportwesen zum Einsatz kommen. Doch nicht alle Methoden sind identisch.

Die meisten IDC-Anschlüsse wurden entwickelt, um viele unterschiedliche Drahtdurchmesser aufzunehmen. Dadurch sind sie vielseitig einsetzbar und einfach in Standard-Anwendungen zu implementieren.

Doch nicht jede Schneidklemme genügt den Anforderungen von Anwendungen unter rauen Umgebungsbedingungen. Diese erfordern einen speziellen, robusten Aufbau des Kontakts, der das Eindringen von Vergussmaterialien verhindert und die elektrische Unversehrtheit der Verbindung garantiert.

Um diesen Schutzgrad zu erreichen, muss der Drahtdurchmesser an die Abmessungen der Klemmstelle angepasst werden, damit eine kaltverschweißte Metall-zu-Metall-Verbindung der beiden Oberflächen während des Einbringens der Leitung entsteht (Bild 1). Die Qualität des Basismaterials des Kontaktes und der mechanische Aufbau der Schneidklemme beeinflussen wesentlich die Verformung des Leiters während des Einbringens und letztendlich die Güte der kaltgeschweißten Verbindung. Das verhindert ein Anschneiden der Litze und bietet einen Steckverbinder, der Langzeit-Temperatschwankungen und Wärmedehnung bei konstanter Kontaktkraft widersteht.

Darüber hinaus wird eine gasdichte, elektrisch und mechanisch stabile Verbindung bis zum Draht aufgebaut. Schneidklemmen haben sich seit mehr als 30 Jahren in Verkehrsmitteln bewährt und übertreffen bei ihren Leistungsdaten bei weitem die breiten, flexibleren mehradrigen Verbindungen, die für Computer und Telekommunikation entwickelt wurden.

IDC-Anschluss mit verbesserter Konstruktion

Die verbesserte Konstruktion des IDC-Anschlusses bietet einen Leiteranschluss, der die Hindernisse zum breiten Einsatz der Schneidklemmtechnik außerhalb der Telekommunikations- und Consumer-Elektronik überwindet.

Ursprünglich war die Schneidklemmtechnik ausschließlich auf Anwendungen mit isolierten Litzen beschränkt. Heute lassen sich auch Blankdrähte und Einzelleiter anschließen. Die ersten Schneidklemmen für Blankdrähte wurden 2010 vorgestellt. Sie bieten, auf die Leiterplatte gelötet, alle Eigenschaften der oben beschrieben Kaltverschweißung auch nach dem Einkapseln und Vergießen. Sie haben eine geringere Bauhöhe, können einzeln platziert werden und bieten eine kostengünstige Alternative ohne Einbußen bei der elektrischen oder mechanischen Leistungsfähigkeit.

Diese Schneidklemmen haben sich in Industrie- und Automotive-Anwendungen, mobilen Geräten sowie Outdoor-Applikationen bewährt.

Bild 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines für Automotive-Anwendungen ausgelegten Elektrolytkondensatorhalters, der einzelne Blankdrähte – bzw. in diesem Fall die Anschlüsse – mit der angepassten Schneidklemme verbindet. Ein Kunststoffgehäuse aus PBT schützt die Anschlüsse und den Kondensator in einer Art Wiege, in der der Kondensator unbeweglich liegt und so die gasdichte Verbindung der Anschlüsse gewährleistet. Das Modul kann kostengünstig auf die Leiterplatte gepresst werden. Damit erreicht man einen hochzuverlässigen, gasdichten Schutz, der für kritische Sicherheitssysteme im Fahrzeug gefordert wird.

AVX hat spezielle, platzsparende Schneidklemmen entwickelt, mit denen eine zuverlässige Verbindung zwischen beschalteten Einzelkomponenten und der Leiterplatte hergestellt werden kann. Dabei wurde der Steckschlitz so verkleinert, dass auch Drähte mit Durchmessern von 18 bis 24 AWG aufgenommen werden können.

Bild 3 zeigt die Schneidklemmen des Typs STRIPT der Serie 9176-500. Mithilfe der auf die Leiterplatte gelöteten Schneidklemmen lassen sich Einzeldrähte direkt auf die Leiterplatte aufbringen und gasdichte Wire-to-Board-Verbindungen hoher Zuverlässigkeit realisieren. Das duale Kontaktsystem ist für 10 A pro Kontakt ausgelegt.

Die Schneidklemmtechnik wird immer ausgereifter und zunehmend breiter in zahlreichen Anwendungen eingesetzt. Schneidklemmen für Blankdrähte sind deshalb eine kosteneffiziente Alternative zu Standardlösungen.

* * Ussama Margieh ... arbeitet als FAE Team Manager Europe bei AVX in Hallbergmoos.

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