Verbindungen für alle Dimensionen
In den letzten Jahren treibt kaum ein Schlagwort die Branche der industriellen Produktion und Automation an wie die intelligente Fabrik. Über die Implikationen sind sich die sonst so unterschiedlichen Märkte wie die USA, Europa und China einig: Die industrielle Produktion muss intelligenter werden. Robuste Board-to-Board-Steckverbinder sind ein wichtiger Schritt auf diesem Weg.
Intelligente Lösungen für die intelligente Fabrik: Board-to-Board-Steckverbinder erlauben Verbindungen in neuen Dimensionen. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)
Treiber dieser erhöhten Wettbewerbsfähigkeit sollen weiterentwickelte Produktionsmittel sein, die zu höherer Leistungsfähigkeit, flexibleren Produktionslinien und günstigeren Herstellungskosten führen. Analysen prognostizieren eine exponentiell stark wachsende Zahl informationstechnisch vernetzter Dinge – so soll es bereits in zwei Jahren fast drei Mal mehr miteinander kommunizierende Dinge geben als Menschen. Zu diesen Dingen gehören neben den allgegenwärtigen Smart Devices auch die intelligenten Geräte der industriellen Produktion: Steuerungen, Stromversorgungen, I/Os, HMIs und vieles mehr. Diese Geräte sind in den vergangenen Jahren selbst intelligenter geworden. Ihre elektronischen Bauteile wie beispielsweise Prozessoren konnten immer günstiger produziert werden und wurden so immer leistungsfähiger und zahlreicher. Gemeinsam mit ihren Komponenten wurden folglich auch die industrieelektronischen Geräte selbst immer kleiner, leistungsfähiger und zahlreicher. Damit zog mehr Intelligenz aus einer ehemals zentralen und streng hierarchischen Einheit dezentral in das Feld ein. Mit der steigenden Anzahl an Feldteilnehmern wiederum steigt der Bedarf, diese informationstechnisch zu vernetzen, mit entsprechender Elektronik und Schnittstellen zur Signal-, Daten- und Leistungsübertragung auszustatten und gegenüber den rauen Umgebungsbedingungen abzuschirmen. Dabei kommt den elektromechanischen Schnittstellen durchaus eine bedeutende Rolle zu: Sie sind der Schlüssel, um weitere Miniaturisierungspotenziale auszuschöpfen und Geräte zuverlässiger und flexibler im industriellen Einsatz zu machen.
Maximale Freiheit: Horizontale und vertikale Federleisten erlauben mezzanine, orthogonale und koplanere Leiterplattenanordnungen. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)
Volle Flexibilität
Auf diese Anforderungen reagiert Phoenix Contact mit einer neu entwickelten Serie von Board-to-Board-Steckverbindern in den Rastern 0,8mm und 1,27mm. Beide Produktfamilien eignen sich ideal für die geräteinterne Verbindung mehrerer Leiterplatten. Dank horizontal und vertikal ausgeführter Varianten können Gerätehersteller mezzanine, orthogonale oder koplanare Leiterplattenanordnungen realisieren und so flexibel Leiterplattenverbindungen für unterschiedliche Geräteanwendungen anbieten. Alle Finepitch-Steckverbinder sind für Ströme bis zu 1,4A und Prüfspannungen bis 500V AC ausgelegt und bieten Lösungen für 12 bis 80 Kontakte. In den kompakten Rastern ist das robuste Stecken und Ziehen besonders wichtig, um eine Beschädigung der Kontaktmetalle beim Ineinanderstecken auszuschließen. Die spezielle Gehäusegeometrie sorgt für ein robustes und zuverlässiges Stecken. Die Finepitch-Steckverbinder sind entsprechend polarisiert – die spezielle Geometrie des Isoliergehäuses sorgt dafür, dass Pol 1 der Federleiste mit Pol 1 der Messerleiste kontaktiert – ein Fehlstecken um 180° ist nicht möglich. Die doppelseitig ausgeführten Kontakte beider Produktfamilien kontaktieren auf den goldbeschichteten Walzflächen der Metalle und gewährleisten so eine stets optimale Kontaktkraft, selbst unter hohen Schockeinwirkungen von bis zu 50G, 11ms. Ein weiterer Vorteil ist die hochqualitative Oberflächenbeschaffenheit der Kontakte: Bis zu 500 Steck- und Ziehzyklen sind möglich, ohne dass die elektromechanische Stabilität beeinträchtigt wird. Dies sorgt ebenfalls für eine vibrationssichere Verbindung des doppelseitigen Kontakts. Die ungeschirmte Serie Finepitch 1,27 eignet sich für Stapelhöhen von 8 bis 13,8mm. Innerhalb dieses Bereichs kann der Geräte-Designer den Abstand zwischen den Platinen frei wählen. Mit einem variablen Übersteckbereich von 1,5mm bekommt er eine hohe Flexibilität für sein Gerät. Für größere Leiterplattenabstände und für eine komplett flexible Verbindung von Platinen im Gerät bietet die Produktfamilie Finepitch 1,27 konfektionierte IDC-Federleisten mit Flachbandleitung an – die sogenannte Wire-to-Board-Lösung.
Intelligent miniaturisiert und zuverlässig verbunden: Board-to-Board-Steckverbinder dienen der geräteinternen Verbindung von Leiterplatten. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)
Mechanisch robust dank ScaleX
Die Serie Finepitch 0,8mm bietet besonders kompakte Lösungen für die Highspeed-Datenübertragung mit bis zu 16GBit/s. Abhängig von der Anwendung und der geforderten elektromagnetischen Verträglichkeit stehen ungeschirmte Ausführungen sowie Varianten mit seitlichen Schirmmetallen für eine hohe Datenintegrität zur Verfügung. Die Produktserie Finepitch 0,8 ermöglicht lückenlose Stapelhöhen von 6 bis 12mm. Der variable Übersteckbereich beträgt ebenfalls 1,5mm, was im kompakten Raster 0,8 eine große Flexibilität bedeutet. Ein Ausbau von höheren Stapelhöhen bis 20mm ist bereits in Planung. Die hermaphroditisch ausgeführten Kontakte bieten viele Vorteile. Der doppelseitige Kontakt ist nicht nur zuverlässig und sicher gegen Schock und Vibration. Das ScaleX-Kontakt-Design ermöglicht eine Gehäusegeometrie, in der die Kontakte besonders geschützt sind. Auch bei eventuellem Fehlstecken während des Steckvorgangs liegen die Kontakte im Gehäuse geschützt und werden nicht berührt. So wird eine Beschädigung durch Fehlstecken verhindert. Die so entstehende langzeitstabile Verbindung im Geräteinneren ermöglicht wartungsfreundliche Geräte. Zusätzlich können Geräte sehr leicht modular aufgebaut und nach individuellen Bedarfen ergänzt werden. Somit bedient die Finepitch-Serie – mit ihrer hohen Flexibilität, Modularität und Vernetzung – die umfassenden Anforderungen der Industrie. Die neu entwickelte ScaleX-Technologie sorgt nicht nur eine besonders hohe mechanische Stabilität. Sie erlaubt auch hohe Toleranzen bei produktions- oder montagebedingt abweichend positionierten Messer- und Federleisten. Der Fangbereich der Serie Finepitch 0,8 liegt bei +/-0,7mm je Achse, die Winkeltoleranzen beim Stecken bei bis zu +/-2° in Längsrichtung und +/-4° in Querrichtung. Dank dieser hohen Toleranzen ist auch eine einschwenkende Leiterplattenmontage kein Problem.
ScaleX-Kontaktsystem: Die doppelseitig ausgeführten Kontakte sorgen für eine hohe Stabilität und erlauben bis zu 500 Steck- und Ziehzyklen. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)
Einfache Lösung für SMT
Die neuen Board-to-Board-Steckverbinder eignen sich optimal zur Integration in den vollautomatisierten SMT-Prozess. Speziell geformte und verzinnte Gullwing-Flächen bieten eine hohe Auflagefläche auf den Lötpads und verbessern so die mechanische Stabilität zwischen Steckverbinder und Leiterplatten-Oberfläche. Die Lötflächen sind so konstruiert, dass sie die Verlötung ‚über Kopf‘ zulassen. Dies ist immer dann notwendig, wenn die Leiterplatte beidseitig bestückt wird. Die ungeschirmten Ausführungen erlauben zudem die automatisch-optische Inspektion (AOI), sie werden prozessgerecht in Gurtverpackung ausgeliefert. Die geschirmten Ausführungen werden durch einen CT-Scan inspiziert. Mit Tape-&-Reel-Verpackung und einer Koplanarität von kleiner 0,1mm, lassen sich die Steckverbinder in vollautomatische SMT-Prozesse integrieren.
Fazit
Die Finepitch-Serien bieten eine ideale Lösungen für die flexible Verbindung mehrerer Leiterplatten in industriellen Geräten. Die robusten Kontaktsysteme erlauben unterschiedliche Leiterplattenanordnungen und Stapelhöhen und unterstützen so flexible und modulare Geräte-Designs. Damit folgt Phoenix Contact dem Trend zur Miniaturisierung und Modularisierung der Intelligenz im Feld. Der große Vorteil für Gerätehersteller liegt darin, geprüfte und zuverlässige Geräteschnittstellen zur Übertragung von Signalen, Daten und Leistungen aus einer Hand zu erhalten.
