„Tough Contact“-Steckverbinder optimieren miniaturisierte Designs

| Autor / Redakteur: Maria Dieplinger * / Kristin Rinortner

Miniaturisierte Steckverbinder: Anwendungsbeispiel anhand einer Multifunktionsuhr. Das Design gelingt nur mit einer durchdachten Auswahl an Steckverbindern.
Miniaturisierte Steckverbinder: Anwendungsbeispiel anhand einer Multifunktionsuhr. Das Design gelingt nur mit einer durchdachten Auswahl an Steckverbindern. (Bilder: Panasonic Industry)

Kleine Steckverbinder für funktionale Armbänder oder Smart Watches müssen hohe Anforderungen an die Kontaktsicherheit und Zuverlässigkeit erfüllen. Was leisten optimierte Kontakte?

Die Nachfrage nach immer kleineren Steckverbindern wächst. Kein Wunder: Diese Bauteile sind essenziell für Systemdesigns. Anwendungen in der Computer-, Kommunikations- und Unterhaltungselektronik sowie die hohe Nachfrage nach Komfortprodukten mit mehr Funktionen und Konnektivität sind die wichtigsten Wachstumstreiber. Vor allem durch die Designziele Miniaturisierung und Funktionalität gewinnt die Auswahl der Steckverbinder an Bedeutung.

Heute sind bereits kompakte Steckverbinder mit einem Rastermaß von 0,2 mm und einer Steckhöhe von 1,7 mm erhältlich. Noch vor wenigen Jahren wären Produkte mit vergleichbarem Rastermaß mindestens 33% größer gewesen. Immer speziellere Anforderungen führen zu einer wesentlich breiteren Produktpalette. Die Narrow-Pitch-Steckverbinder von Panasonic Industry beispielsweise umfassen mehr als 3.000 Teile für die elektrische und mechanische Miniaturisierung von Board-to-Board- und Board-to-FPC-Verbindungen (FPC: Flexible Printed Circuit).

Narrow-Pitch-Steckverbinder für Board-to-Board-Verbindungen haben eine robuste „Bellows“-Kontaktgeometrie. Moderne Werkstoffe und ausgeklügelte Kontaktformen sorgen für eine hohe Zuverlässigkeit. Die Kontakte sind balgenartig gebogen. Ihre Federkräfte ermöglichen einen guten Kompromiss zwischen leichter Steckbarkeit und Vibrationsfestigkeit. Anders als konventionelle Gabel-Kontakte werden die Steckverbinder nicht aus einem Blech gestanzt. Beim Stanzen kann die Breite des Plättchens nicht kleiner sein als seine Dicke. Deshalb sind die Kontakte weniger flexibel und können leichter brechen.

Für Bellows-Kontakte wird hingegen ein dünnes Plättchen im Rastermaß gestanzt und dann in die Kontaktform gebogen. Dadurch zeichnen sich Bellows-Kontakte durch eine hohe Kontaktsicherheit und Lötstellenstabilität aus. Sie sind flexibel genug, um Stöße zu absorbieren und verleihen dem Miniatur-Steckverbinder eine hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit. Die glatten und gerundeten Kontaktflächen sorgen für verminderten Verschleiß der Goldbeschichtung und besseren Korrosionsschutz.

Der einfache Verriegelungsmechanismus rastet spürbar und sicher ein. Außerdem ist das sogenannte „Tough Contact“-Design eingekerbt, was einen hoch belastbaren Kontakt auf der gesamten Breite der Steckverbinderhälften garantiert. Als positiven Nebeneffekt bietet die V-förmige Einkerbung mechanischen Schutz vor Verunreinigungen durch Flussmittel oder andere Partikel, der die Kontakte zusammen mit der integrierten Nickel-Sperrschicht und der speziellen Korrosionsschutzbehandlung besonders widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse macht.

Backlock-Konstruktion für Kontaktsicherheit

Backlock bezeichnet eine Wippenverriegelung, deren Verschlussmechanismus auf einer Bolzenwippe basiert. FPC- und FFC-Typen (Flexible Printed Circuit und Flat Flexible Connector) sind zwei besonders flache und flexible Anschlusstypen, die mit Kontakten sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite eine höhere Kontaktsicherheit bieten. Die vier Wände der FPC-Buchse sorgen dafür, dass der FPC-Typ einerseits leicht eingeführt und andererseits im Gehäuse nicht verschoben werden kann. Der Riegel befindet sich gegenüber des Einschubs der FPC-Buchse und kann durch Kippen nicht versehentlich gelöst werden.

Der zweite Vorteil ist die hohe Haltekraft der FPC/FFC Front-Lock-Typen: Sie ist mit 0,45 N/Pin mehr als doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Front-Lock-Typen. Das ist entscheidend, wenn Steckverbinder mit lediglich sechs oder weniger Anschlusspins verwendet werden. Mit ihrem speziellen Haltemechanismus sind die Serien Y5BW und Y3BW geeignet für Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit und Haltekraft erfordern. Durch die Sperrkontakte an beiden Enden des FPC-Steckverbinders wird die Haltekraft zusätzlich verstärkt. Diese Steckverbinder sind kompatibel mit gezapften FPCs. Der einzigartige Haltemechanismus fixiert den FPC, bis der Riegel umgelegt wird. Bei geschlossenem Riegel halten die Sperrkontakte die FPC-Zapfen fest und sorgen so für maximale Haltekraft.

Front-Lock- und Back-Lock-Steckverbinder im Vergleich
Front-Lock- und Back-Lock-Steckverbinder im Vergleich (Bild: Panasonic Industry)

Der Steckverbinder B01 ist eine besonders flache Designalternative. Seine Profilhöhe beträgt nur 0,6 mm oder 0,8 mm Stapelhöhe. B01-Steckverbinder können einen Nennstrom von 6 A übertragen. Jeder Steckverbinder verfügt über 6 Pins. Die beiden Stromkontakte sind für je 3 A ausgelegt. Die Signalkontakte sind für jeweils 0,3 A ausgelegt. Diese sind parallel geschaltet, was den Kontaktwiderstand und damit die Wärmeentwicklung verringert. Jeder Steckverbinder hat zwei Signalkontakte. Meist werden die Anschlüsse für Sensoranwendungen genutzt, z. B. für einen Thermistor zur Überwachung der Batterietemperatur und der Batterie-ID. Die Steckverbinder sind mit Einführhilfen an den vier Ecken der Buchse ausgestattet, die ein sanftes Einstecken selbst bei ungenauem Ansetzen des Steckers ermöglichen.

Anwendungen miniaturisierter Steckverbinder

Ein gutes Beispiel für die Anforderungen sind Kopfhörer: Vom In-Ear-Monitor bis zum Over-Ear-Headset mit Bluetooth 5 – neue Geräte sollen besser klingen, Außengeräusche abschirmen und über innovative Funktionen verfügen. Ihre Elektronik muss robust und ultraklein sein, damit sie die Designanforderungen im Hinblick auf Haltbarkeit, Tragbarkeit und Komfort erfüllen.

Board-to-Board-Steckverbinder dienen zum kabellosen Koppeln von Platinen. Ein Teil, typischerweise der Stecker, wird an einer Platine angebracht und der andere Teil mit der Buchse auf einer anderen Platine montiert. Diese Art der Verbindung sorgt für ein hohes Maß an Vibrationsfestigkeit und für fehlerfrei geführte Anschlüsse. Außerdem können die flachen Narrow Pitch Board-to-Board-Steckverbinder im Gegensatz zu den arbeitsintensiven und inkonsistenten handgelöteten Verbindungen nicht durch aufsteigendes Lötmittel beschädigt werden. Zudem sind sie in Varianten mit 4 bis 6 Pins erhältlich.

Y5BW-Steckverbinder von Panasonic Industry
Y5BW-Steckverbinder von Panasonic Industry (Bild: Panasonic)

Board-to-Board-Steckverbinder bieten enorme Vorteile für das Design kleiner Mobilgeräte. Sie können in verschiedensten Anwendungen von Hörgeräten über Fitnesstracker bis hin zu Kopfhörern eingesetzt werden, lassen sich schnell und ohne PCB-Befestigungsclips Platz sparend montieren und verleihen den Produkten hohe Zuverlässigkeit und Robustheit.

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* Maria Dieplinger ist Business Development Manager Interconnect & E-Mech bei Panasonic Industry in Ottobrunn.

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