In der Prototypenphase ist jede neue Anwendung einzigartig. Entsprechend lassen sich nicht einfach nach dem Baukastenprinzip immer die gleichen Bauteile verwenden. Auch die Auswahl des passenden Leiterkartensteckverbinders ist für Platinendesigner immer wieder eine neue Herausforderung. Durch internationale Normungen wie beispielsweise die IEC 60603 gibt es zwar vorgeschriebene Parameter für die Kon-
struktion und Entwicklung von Steckverbindern, jedoch beziehen sich diese Normen hauptsächlich auf die Prüfverfahren und nicht auf die geometrischen oder physikalischen Bauteileigenschaften.
Anwendungsspezifische Anforderungen
Viele Hersteller von Steckverbindern unterstützen den Leiterkartendesigner darum bei seiner Suche: Deren Entwickler und technische Angestellte sind gerne dabei behilflich, basierend auf den anwendungsspezifischen Anforderungen des Designers den passendsten Steckverbinder auszuwählen. Dabei kann die Lösung des Problems ein Standardsteckverbinder oder auch ein kundenspezifischer Steckverbinder sein.
Egal ob Standard- oder kundenspezifische Leiterkartensteckverbinder: Bei den Fertigungsmaterialien kommt es auf eine gelungene Kombination aus Isolier- und Kontaktwerkstoffen an. In Standardsteckverbindern werden häufig die thermoplastischen Kunststoffe Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamid (PA) oder Polycarbonat (PC) für den Isolierkörper verwendet. Diese Materialien wurden von den meisten Herstellern jahrelang erprobt und eignen sich bestens für die filigranen Isolierkörpergeometrien. Benötigt der Kunde jedoch aufgrund der Platzverhältnisse auf der Leiterkarte eine eigens konzipierte Steckergeometrie, so können auch andere Kunststoffe wie etwa Liquid-Crystal-Polymer (LCP) eingesetzt werden. Gerade bei Geometrien mit sehr geringen beziehungsweise variablen Wandstärken sorgen LCP-Kunststoffe mit ihren guten Fließeigenschaften dafür, dass die Kavität im Spritzgießwerkzeug optimal gefüllt wird.
Isolier- und Kontaktwerkstoffe
Bei den Kontaktmaterialien ist die Auswahl im Vergleich zu den Isolierwerkstoffen ziemlich übersichtlich: Hier stehen im Wesentlichen Kupferlegierungen wie Bronze (CuSn), Messing (CuZn) und Berylliumkupfer (CuBe) zur Verfügung. Bei Kontaktstiften werden häufig Bronze und Messing eingesetzt, während sich Berylliumkupfer aufgrund seiner federnden Eigenschaften gut für Buchsenkontakte eignet. Dabei müssen alle Fertigungsmaterialien so aufeinander abgestimmt sein, dass es beim Lötvorgang oder im späteren Dauerbetrieb zu keinen Ausfällen kommt. Eine zuverlässige und dauerhafte elektromechanische Verbindung ist nur gewährleistet, wenn der Isolierkörper mit dem Stift- beziehungsweise Buchsenkontakt harmoniert.
Standard oder kundenspezifisch?
Ob ein Standardsteckverbinder ausreicht oder ein kundenspezifischer Verbinder benötigt wird, hängt vor allem vom Zeitpunkt ab, zu dem der Steckverbinder im Design berücksichtigt wird. Wenn der Kunde sich frühzeitig Gedanken über die Auswahl der Steckverbinder macht, lassen sich meist kostengünstigere Standardsteckverbinder verwenden, die zudem wesentlich kürzere Lieferzeiten als kundenspezifische Steckverbinder haben. Ein weiterer Vorteil von Standardsteckverbindern ist die jahrelange Erfahrung des Herstellers in Bezug auf dessen Fertigung: Alle Prozesse sind so aufeinander abgestimmt, dass es kaum Ausschuss gibt und eine beständig hohe Qualität gewährleistet werden kann.
Da das Hauptaugenmerk des Leiterkartendesigners jedoch häufig auf den aktiven Bauelementen (Mikrocontroller, Prozessoren oder Transistoren) liegt, werden Steckverbinder meist erst in einem Entwicklungsstadium berücksichtigt, in dem der Großteil der Leiterkartenfläche schon verplant ist. Dann kommen kundenspezifische Steckverbinder zu Zug: Sie werden genau entsprechend der Gegebenheiten des Kunden konstruiert und gefertigt. Der wesentliche Vorteil von kundenspezifischen Steckverbindern ist deren Flexibilität im Design und den technischen Anforderungen, jedoch geht diese Flexibilität mit einem hohen Kosten- und Zeitaufwand einher.
Natürlich gibt es auch Anwendungen, die so besondere geometrische und physikalische Anforderungen an den Steckverbinder stellen, dass ein Standardsteckverbinder niemals ausreicht. In jedem Fall sollte der Leiterkartendesigner frühzeitig überlegen, ob ein Standard verwendet werden kann oder ob seine Applikation eine kundenspezifische Variante benötigt. Je nach Anforderung kann der Steckverbinderhersteller dann neue Materialien und Geometrien erproben.
Automatengerechte Verpackung
Die meisten Bestücker von Leiterkarten müssen tagtäglich tausende elektronische und elektromechanische Bauteile passgenau auf die Leiterkarte setzen. Um den damit einhergehenden Aufwand gering und die Wiederholgenauigkeit möglichst hoch zu halten, gibt es spezielle Verpackungsformen für eine automatengerechte Bestückung. In den Anfangszeiten der automatisierten Bestückung wurden Steckverbinder in Stangenmagazinen verpackt. Mittlerweile geht der Trend zu Blistergurten mit einer optionalen Bestückungshilfe. Beide Varianten werden nach dem gleichen Prinzip einem Feeder zugeführt. Anschließend werden die Steckverbinder – mit oder ohne Bestückungshilfe – von einem Roboterarm, der über einen mechanischen Greifer oder eine Venturi-Düse verfügt, auf die vorgesehene Leiterkartenstelle gesetzt. Welche Verpackungsform sich besser eignet, hängt stark vom vorhanden Maschinenpark und den Kapazitäten ab. So werden Stangenmagazine häufig bei kleineren Stückzahlen oder fürs Prototyping verwendet. Blistergurte hingegen kommen bei höheren Stückzahlen und Serienfertigung zum Einsatz, da wesentlich mehr Steckverbinder auf einen Blistergurt passen als in ein Stangenmagazin.
