Nutzen Sie miniaturisierte Verdrahtungssysteme für platzbeschränkte Designs

Entwickler stehen vor der Herausforderung, robuste Verbindungen zwischen elektronischen Systemen sicherzustellen, die immer kleiner werden und deren Funktionsdichte zunimmt. Dies gilt insbesondere für die Bereiche Industrie, Medizin und Militär/Luft- und Raumfahrt, in denen Steckverbinder kompakt sein und dennoch Vibrationen, Temperaturschwankungen und anderen Belastungen standhalten müssen. Um diese Herausforderungen zu meistern, benötigen Entwickler kompakte Verbindungslösungen, die Zuverlässigkeit mit Platzersparnis verbinden.

In diesem Artikel werden die wichtigsten Anforderungen an solche Verbindungen untersucht, darunter die Anschlussdichte, robuste Steckmechanismen, thermische Toleranz sowie Signal- und Leistungskapazität. Anschließend wird ein vielseitiges Steckverbinder-Ökosystem von Samtec vorgestellt und gezeigt, wie es zur Erfüllung dieser Anforderungen eingesetzt werden kann.

Steckverbinderdesign und Leiterbahnführung in kompakten Layouts

Bei der Auswahl von Steckverbindern für Konstruktionen mit beengten Platzverhältnissen ist der Abstand der Kontakte, der so genannte Kontaktabstand, ein guter Ausgangspunkt. Ein kleinerer Abstand entspricht im Allgemeinen einem kompakteren Steckverbinder.

Auch die Verfügbarkeit mehrerer Steckertypen kann von großem Nutzen sein. Ein einreihiger Steckverbinder kann beispielsweise die beste Option für die Führung von Leitern durch enge Räume sein, während eine zweireihige Variante eine höhere Kontaktdichte bieten kann. Ebenso erleichtert die Möglichkeit, Stiftleisten in vertikaler oder horizontaler Ausrichtung auf Leiterplatten zu montieren, die Arbeit bei engen Abständen.

Auch die Wahl zwischen Flachbandkabeln und Einzeldrähten ist eine Überlegung wert. Zwar haben beide ihre Vorteile, doch bieten diskrete Drahtlösungen mehr Routing-Optionen. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, die verzweigte Verbindungen erfordern, bei denen ein einziges Kabel Leiter von mehreren Stellen innerhalb eines Geräts aufnehmen muss (Abbildung 1).

Abbildung 1: Abgebildet ist ein diskretes Kabelsystem, das zur Vereinfachung der Zusammenführung von Leitern und der Verwendung mehrerer Steckertypen in einer einzigen Baugruppe dient. (Bildquelle: Samtec)

Ein weiterer Vorteil von diskreten Kabeln ist, dass innerhalb einer einzigen Baugruppe mehrere Steckertypen verwendet werden können, um den Anforderungen verschiedener Komponenten und Subsysteme gerecht zu werden. Diskrete Drähte bieten auch die Flexibilität, Strom- und Signalleiter innerhalb einer Baugruppe zu kombinieren, mit der Option, die Farbkodierung zu verwenden, um den Zweck jedes Drahtes zu identifizieren.

Steckersicherung und Wärmeverträglichkeit unter schwierigen Bedingungen

Eine der Hauptbedrohungen für die Zuverlässigkeit von Verbindungsleitungen ist die unbeabsichtigte Trennung während des Betriebs. Bei größeren Systemen können Haltevorrichtungen wie Schrauben, Befestigungselemente oder Muttern eine Trennung bei mechanischer Belastung verhindern. Bei kleineren Systemen fehlt jedoch oft der Platz, um diese Optionen zu realisieren.

Diese Herausforderungen werden bei Systemen, die häufige Steckzyklen erfordern, noch verschärft. Unabhängig davon, ob es sich um Wartungsarbeiten, Upgrades vor Ort oder Neukonfigurationen handelt, erfordern wiederholtes Stecken und Trennen sichere und einfach zu handhabende Haltemethoden.

Um diese Probleme zu lösen, sind in der Regel kompakte Verriegelungsmechanismen erforderlich. Diese sollten es ermöglichen, dass die Steckverbinder sicher von Hand gesteckt und getrennt werden können, ohne dass Werkzeuge oder sekundäre Befestigungsmittel erforderlich sind.

Auch die Auswahl des Materials ist ein wichtiger Aspekt. Steckergehäuse und Kabelisolierung müssen für die Umgebungsbedingungen der Anwendung geeignet sein, einschließlich des zu erwartenden Betriebstemperaturbereichs und aller anwendbaren Sicherheits- oder gesetzlichen Anforderungen.

Leistungsübertragung und Signalintegrität in miniaturisierten Verbindungen

Auch wenn die Größe bei platzbeschränkten Designs im Vordergrund steht, müssen miniaturisierte Steckverbinder dennoch den elektrischen Anforderungen entsprechen. Selbst bei einem geringen Kontaktabstand müssen die Verbindungen eine hervorragende Signalqualität und angemessene Strom- und Spannungspegel für die Stromversorgung gewährleisten.

Diese Überlegungen verleihen dem Design von Kontakten und Anschlüssen zusätzliche Bedeutung. Ihre Geometrie sollte eine zuverlässige Kontaktfläche gewährleisten, und die Materialien sollten korrosionsbeständig sein, damit die Signalintegrität über lange Zeit erhalten bleibt. Ein Doppelblatt-Design ist hier besonders nützlich, da es dazu beiträgt, einen gleichmäßigen Kontaktdruck über einen großen Temperaturbereich und ein breites Vibrationsprofil aufrechtzuerhalten, was für die Vermeidung von Signalausfällen oder Stromunterbrechungen in anspruchsvollen Umgebungen unerlässlich ist.

Leistungsstarke Verbindungsplattformen für Systeme mit begrenztem Platzangebot

Das diskrete Verdrahtungssystem Micro Mate von Samtec wurde speziell für die Anforderungen von Anwendungen mit begrenztem Platzangebot entwickelt. Das entscheidende Merkmal der Plattform Micro Mate ist der Kontaktabstand von 1 Millimeter (mm), der kompakte Steckverbinder-Footprints für die gesamte Produktpalette ermöglicht. Es sind Lösungen für Kabel-zu-Board-, Kabel-zu-Kabel- und Kabel-zu-Panel-Anwendungen erhältlich, die eine große Designflexibilität bieten. Zu den wichtigsten Merkmalen der Familie gehören:

• Ein- oder zweireihige Konfigurationen mit insgesamt 2 bis 40 Kontakten zur Unterstützung einer Reihe von Signal- und I/O-Dichteanforderungen
• Einzel- oder Doppelverriegelungsmechanismen für sicheres Stecken in mechanisch schwierigen Umgebungen
• Spannungswerte bis zu 250 V_AC und 353 V_DC, mit Stromwerten bis zu 2,7 A pro Kontakt, zur Unterstützung von Signal- und moderater Energieverteilung
• Zweifach vergoldete Kontaktsysteme für konsistente Verbindung und hohe Signalqualität in anspruchsvollen Umgebungen
• Optionale Teflon-Fluorpolymer-Ummantelung für verbesserte chemische Beständigkeit und Kompatibilität mit halogenfreien oder Hochtemperaturanwendungen

Zusätzlich zu den Standardkabelkonfektionen bietet Samtec Lösungen auf Komponentenebene für die kundenspezifische Verkabelung an. Diese Lösungen unterstützen die Erstellung maßgeschneiderter Baugruppen, die in anwendungsspezifischen Designs die Raumeffizienz und Routing-Flexibilität maximieren.

Fertige Baugruppen für eine vereinfachte Integration

Ein typisches Beispiel für eine Micro-Mate-Kabel-zu-Kabel-Lösung ist die S1SS-08-28-GF-06.00-L1. (Abbildung 2) Die 8-polige einreihige Baugruppe endet an jedem Ende in einer rechteckigen Buchse.

Abbildung 2: Die Konfektion S1SS-08-28-GF-06.00-L1 verfügt über einen werkzeuglosen positiven Verriegelungsmechanismus, der robuste Verbindungen gewährleistet. (Bildquelle: Samtec)

Ein bemerkenswertes Merkmal dieser Lösung ist der robuste, werkzeuglose positive Verriegelungsmechanismus, der in die Steckergehäuse eingebaut ist. Diese Verriegelung gewährleistet eine zuverlässige Verbindung auch unter rauen Einsatzbedingungen. Es ermöglicht auch die manuelle Entkopplung bei routinemäßigen Wartungsarbeiten, wodurch Schrauben oder Befestigungselemente überflüssig werden, was besonders in engen Räumen, in denen der Einsatz von Werkzeugen schwierig ist, von Vorteil sein kann.

Die Kabelkonfektion kann mit verschiedenen Micro-Mate-Steckleisten verbunden werden, die über eine integrierte Verriegelungsrampe verfügen, um eine sichere Verbindung zu gewährleisten. Ein bemerkenswertes Beispiel ist das Modell T1M-08-F-SV-L (Abbildung 3). Diese horizontale, oberflächenmontierbare, flache Steckleiste unterstützt die Installation am Rand der Leiterplatte und hilft, die vertikale Höhe über der Leiterplatte zu minimieren. Mit einer Isolationshöhe von nur 5,51 mm unterstützt diese Konfiguration enge Board-zu-Board-Abstände, ohne die mechanische Robustheit zu beeinträchtigen.

Abbildung 3: Die Steckleiste T1M-08-F-SV-L ist eine horizontale, oberflächenmontierbare Lösung für Anwendungen, bei denen der vertikale Platz begrenzt ist. (Bildquelle: Samtec)

Werkzeuglose Lösungen für die Panelmontage

Panelmontierte Verbindungen bringen zusätzliche Herausforderungen in Szenarien mit sich, in denen keine Montageschrauben oder andere Befestigungsmittel verwendet werden können. Einrastende Laschen lösen dieses Problem.

Zum Beispiel verfügt die T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 (Abbildung 4) über einen robusten Sockel mit integrierten Einrastlaschen, die es ermöglichen, den Steckverbinder selbstsichernd in eine Schalttafel einzustecken, so dass kein spezielles Befestigungsmaterial erforderlich ist. Es unterstützt Panelstärken von 0,033 bis 0,090 Zoll (in.).

Abbildung 4: Die Konfektion T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 verfügt über ein einrastendes Verbindungsdesign, das eine schnelle, werkzeuglose Panelmontage ermöglicht. (Bildquelle: Samtec)

Durch den Wegfall von Befestigungselementen können Entwickler wertvollen Platz für andere Funktionselemente, wie Anzeigen, Tasten oder Schalter, gewinnen. Diese Baugruppe demonstriert auch die Vielseitigkeit der Micro-Mate-Plattform. In dieser Konfiguration ist das Kabel mit einem optionalen Teflon-Fluorpolymer-Mantel ummantelt, der für Temperaturen von -40°C bis +125°C ausgelegt ist und den Einsatz in Hochtemperatur- oder halogenfreien Anwendungen unterstützt.

Kundenspezifische Verbindungsbaugruppen und Unterstützung mit Werkzeugen

Während fertige Baugruppen bequeme Lösungen für viele Verbindungsanforderungen bieten, erfordern platzbeschränkte Designs oft kundenspezifische Konfigurationen. Eine Anwendung kann zum Beispiel eine verzweigte Kabelführung oder einen Übergang zwischen ein- und zweireihigen Pin-Layouts erfordern, um den Platzbedarf zu optimieren. Diese Techniken sind besonders nützlich bei komplexen Gehäusen wie tragbaren Diagnosewerkzeugen oder Drohnen-Subsystemen, bei denen die Kabel durch unregelmäßige Zwischenräume und um andere elektromechanische Komponenten herum verlegt werden müssen.

Um kundenspezifischen Anforderungen gerecht zu werden, bietet Samtec Lösungen auf Komponentenebene an, die es Ingenieuren ermöglichen, Micro-Mate-Baugruppen von Grund auf neu zu erstellen oder bestehende Baugruppen zu modifizieren, um sie ihren Bedürfnissen anzupassen. Ein Beispiel ist der Gehäusestecker IDT1-05 (Abbildung 5). Diese doppelreihige Lösung wurde entwickelt, um die Kontaktdichte zu maximieren.

Abbildung 5: Mit dem Gehäusestecker IDT1-05 kann eine kundenspezifische Baugruppe mit zehn Leitern in einer zweireihigen Anordnung erstellt werden. (Bildquelle: Samtec)

Bei kundenspezifischen Ausführungen werden die gleichen vergoldeten Doppelkontakte verwendet wie bei werkseitig montierten Produkten. Wie der Kontakt TC37R-01-GF (Abbildung 6) zeigt, bieten sie eine große Steckfläche mit 0,076 Mikrometer (µm) Goldbeschichtung für einen niedrigen elektrischen Widerstand und langfristige Zuverlässigkeit.

Abbildung 6: Der Kontakt TC37R-01-GF verwendet ein vergoldetes Zweiblattdesign für niedrigen elektrischen Widerstand und Zuverlässigkeit. (Bildquelle: Samtec)

Um eine gleichbleibende Qualität der Verbindungen zu gewährleisten, ist eine geeignete Werkzeugausstattung unerlässlich. Das Handcrimpwerkzeug CAT-HT-309-2830-12 (Abbildung 7) für die Micro-Mate-Familie hilft Technikern bei der Herstellung kundenspezifischer Baugruppen mit 28- oder 30-AWG-Drähten, die die mechanische und elektrische Integrität von werkseitig hergestellten Lösungen aufweisen.

Abbildung 7: Die Handcrimpzange CAT-HT-309-2830-12 unterstützt die zuverlässige manuelle Montage von Micro-Mate-Verbindungen mit 28 oder 30 AWG-Draht. (Bildquelle: Samtec)

Fazit

Systeme, bei denen der Platz knapp ist, erfordern Verbindungen, die ein Gleichgewicht zwischen Kompaktheit, Haltbarkeit und elektrischer Kapazität herstellen. Die Micro-Mate-Plattform für diskrete Drähte erfüllt diese Anforderungen mit einer miniaturisierten Lösung im Raster von 1 mm. Ob es sich um die Verbindung interner Subsysteme oder um die Bereitstellung von Schaltschrankschnittstellen handelt, die Plattform bietet eine breite Palette von Optionen zur Unterstützung eines flexiblen, leistungsstarken Verdrahtungsdesigns.