Steckverbinder für die wachsenden Anforderungen der elektronischen Miniaturisierung

Die Miniaturisierung ist zu einem kritischen technischen Problem in praktisch jedem Fertigungsszenario geworden, das mit Elektronik zu tun hat. Die Entwicklungsingenieure von heute packen immer mehr Performance in bestehende oder kleinere Formfaktoren, um die Performance auf begrenztem Raum zu maximieren.

Die Performancemaximierung kann zwar von Markt zu Markt variieren, umfasst aber in der Regel eine Kombination aus schnellerer Kommunikation, höherem Datendurchsatz, sichereren Funktionen und verbesserter Benutzerfreundlichkeit.

So wünschen sich die Verbraucher beispielsweise leichte und dennoch reaktionsschnelle mobile Geräte, die sie bequem überallhin mitnehmen können. Automobilhersteller, die Elektrofahrzeuge entwickeln, müssen das Gesamtgewicht optimieren, um mit jeder Ladung eine maximale Kilometerleistung zu erzielen. Patienten, die tragbare medizinische Geräte benötigen, brauchen einen unauffälligen und dennoch dauerhaften Komfort, ohne dass die damit verbundenen Funktionen beeinträchtigt werden.

Vernetzte Funktionalität ist in jedem Anwendungsfall ein wichtiger Aspekt. Alle elektrischen Steckertypen, von der Stromversorgung bis zur Signalübertragung, müssen einen effizienten Datenaustausch innerhalb eines Systems oder Geräts ermöglichen. Wenn Steckverbinder nicht ausreichend schrumpfen können und gleichzeitig mehr Funktionalität bieten, gibt es keine Möglichkeit, kleinere und effizientere Designs zu erreichen. Für miniaturisierte Designs muss der Abstand verringert werden, während gleichzeitig eine höhere Dichte erreicht werden muss, um die sich ständig ändernden Geschwindigkeits- und Leistungsanforderungen zu erfüllen.

Darüber hinaus kann die Wahl des richtigen Steckertyps für eine bestimmte Anwendung erhebliche Auswirkungen auf den Formfaktor und die Gesamtleistung haben. Eine ganze Reihe von Faktoren wirkt sich auf kleinere Verbindungen aus, darunter der Bedarf an Mehrzweckfunktionen, Anpassungsfähigkeit, Abschirmung der Signalintegrität, Wärmemanagement und Kapazitätsoptimierung.

Bedenken bezüglich der Montage

Abgesehen von der Herstellung gibt es weitere Herausforderungen im Bereich der Vernetzung, die bei der Arbeit mit Komponenten bewältigt werden müssen. Zu diesen Herausforderungen gehören:

• Probleme bei der Montage: Ultrakompakte Steckverbinder können aufgrund ihrer geringen Größe - oft vergleichbar mit einem einzelnen Reiskorn - für Menschen schwierig zu montieren sein. Dies erschwert die Bestimmung der Steckkraft und die Visualisierung von Layout-Geometrien auf Leiterplatten. Selbst etwas größere Steckverbinder können so positioniert sein, dass sie schwer zu sehen sind, was das Risiko einer falschen Ausrichtung erhöht, was zu Sicherheits- oder Leistungsproblemen führen kann.
• Erhaltung der Performance: Kleinere Steckverbinder sind auch zerbrechlicher und neigen bei unvorsichtiger Handhabung leicht zum Bruch. Dies macht die Montage komplexer und zeitaufwändiger, unabhängig davon, ob sie manuell oder mit Maschinen erfolgt. Der Kraftaufwand beim Zusammenpressen von Steckern muss sorgfältig kalibriert werden, damit die Stifte nicht beschädigt werden und zusätzliche Kosten entstehen.
• Großserienproduktion: Wenn Fabrikarbeiter täglich Tausende von Steckverbindern bearbeiten müssen, können die oben genannten Herausforderungen exponentiell an Bedeutung gewinnen. Sich wiederholende Bewegungen bei hohen Stückzahlen können zu Montagefehlern und sogar zu Muskel-Skelett-Problemen führen, die die Produktivität beeinträchtigen können. Tatsächlich haben Studien ergeben, dass montagebedingte Verletzungen durch repetitive Bewegungen die Arbeitgeber jährlich Milliarden von Dollar kosten.

Adressierung verschiedener Bedürfnisse

Viele Branchen und Anwendungen sind von der Miniaturisierung betroffen, und kein Steckverbinder kann alle Anforderungen erfüllen. Daher müssen Entwickler Zugang zu einer breiten Palette von Steckverbinderoptionen haben, um die spezifischen Anforderungen ihrer Anwendungen zu erfüllen.

Molex bietet ein umfassendes Portfolio an Mini- und Mikrosteckverbindern, die eine Vielzahl von Designanforderungen erfüllen, darunter die folgenden:

Micro-Fit-Steckverbinder: Diese kompakten Verbindungslösungen können Betriebstemperaturen von bis zu 125°C standhalten und liefern Strom in Draht-zu-Draht- und Draht-zu-Board-Konfigurationen. Sie haben ein Raster von 3,00 mm und sind in verschiedenen Schaltkreisgrößen und Kabellängen erhältlich. Eine optionale Funktion zur Kontaktlagesicherung (TPA) - wie beim Micro-Fit 1451320303 (Abbildung 1) - hilft, die Wahrscheinlichkeit des Herausspringens von Anschlüssen zu verringern, und das Design mit geringer Steckkraft (LMF) unterstützt die Ergonomie.

Abbildung 1: Ein Micro-Fit 1451320303 von Molex verfügt über eine Kontaktlagesicherung, um das Risiko des Herausfallens von Anschlüssen zu verringern. (Bildquelle: Molex)

• Nano-Fit-Steckverbinder: Diese vielseitigen Leistungssteckverbinder sind in Draht-zu-Board- und Draht-zu-Draht-Konfigurationen erhältlich und zeichnen sich durch ein Rastermaß von 2,50 mm, vollständig geschützte Steckleistenanschlüsse, Farbkodierung und Kodieroptionen, die ein ordnungsgemäßes Stecken unterstützen, sowie TPA aus.
• HDMI-Steckverbinder: Wenn der verfügbare Platz knapp ist, helfen diese Anschlusslösungen dabei, die Geschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit auf kleinerem Raum zu verbessern.
• Quad-Row-Steckverbinder: Sie sind ideal für Smartphones, Smartwatches, Virtual-Reality-Geräte und mehr und verfügen über ein versetztes Schaltungslayout wie der Quad-Row 2033900323 (Abbildung 2), bei dem die Pins in vier Reihen mit einem Signalkontaktabstand von nur 0,175 mm angeordnet sind.

Abbildung 2: Der 32-polige Quad-Row-Steckverbinder 2033900323 von Molex verfügt über ein versetztes Schaltungslayout für platzbeschränkte Anwendungen. (Bildquelle: Molex)

• Easy-On-Flat-Flexible-Cable(FFC)-Steckverbinder und Flexible-Printed-Circuit(FPC)-Steckverbinder: Diese Steckverbinder sind mit einer umfangreichen Kombination von Betätigungselementen, Rastergrößen und Schaltungsgrößen erhältlich und bieten zuverlässige, robuste Verbindungen und Designflexibilität, wenn der Platz knapp ist. Die ultrakompakten FPC-Steckverbinder der Serie LA75 beispielsweise haben ein Rastermaß von 0,30 mm und sind ideal für beengte Platzverhältnisse geeignet.
• Mini50-Steckverbinder: Erhältlich in versiegelten oder nicht versiegelten ein- und zweireihigen Steckbuchsen, sind diese für die Aufnahme von mehr Schwachstrom-Stromkreisen im Innenbereich von Transportfahrzeugen konzipiert. Automobilingenieure erzielen Berichten zufolge eine Platzersparnis von 50 % gegenüber herkömmlichen USCAR-Steckverbindern mit 0,64 mm Durchmesser.
• SlimStack-Steckverbinder: Board-zu-Board-Steckverbinder mit kleinem Raster und niedrigem Profil, die für platzbeschränkte Anwendungen in einer Vielzahl von Märkten entwickelt wurden. Sie sind in verschiedenen Teilungsoptionen und Stapelhöhen erhältlich, um die Anpassungsfähigkeit zu optimieren.
• PicoBlade-Steckverbindersystem: Mit einem Raster von 1,25 mm eignen sich diese vielseitigen Steckverbinder - wie die Platinensteckleiste PicoBlade 0533980367 (Abbildung 3) - für eine Vielzahl von Anwendungen und werden häufig in den Bereichen Unterhaltungselektronik, Automobilelektronik und Industrie eingesetzt.

Abbildung 3: Die Platinensteckleisten der PicoBlade-Serie 53398 haben einen Raster von 1,25 mm. (Bildquelle: Molex)

• Pico-Clasp-Steckverbinder: Diese Steckverbinder eignen sich für Draht-zu-Board-Anwendungen und sicheres Stecken. Sie haben ein Rastermaß von 1,00 mm und sind in verschiedenen Schaltungsgrößen erhältlich.
• Micro-Clasp-Steckverbinder: Diese kompakten Draht-zu-Board-Steckverbinder mit einem Raster von 2,00 mm verfügen über ein duales Kontaktdesign für eine zuverlässige Verbindung.
• CLIK-Mate-Steckverbinder: Diese Draht-zu-Board-Steckverbinder wurden für Anwendungen entwickelt, die einen kompakten Formfaktor mit höherer Pinzahl erfordern, und bieten ein formschlüssiges Design und eine Reihe von Schaltungsgrößen.

Fazit

Die Miniaturisierung in der Elektronikfertigung erfordert immer kleinere Steckverbinder, die für eine höhere Funktionalität geeignet sind.  Molex bietet eine Reihe von miniaturisierten Steckverbindern an, die Entwicklern helfen, ihre Ziele zu erreichen und die Performance- und Montageherausforderungen kleinerer Formfaktoren für verschiedene Anwendungen in unterschiedlichen Branchen zu meistern.