Leiterplatten-Steckverbinder Fine-Pitch-Mezzanine-Steckverbinder für miniaturisierte Embedded-Systeme

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Das Mezzanine-Konzept bietet viele Vorteile. Mezzanine-Steckverbinder müssen jedoch verschiedenen Anforderungen genügen: So erfüllen Leiterplatten-Steckverbinder im Raster von 0,5 mm bzw. 0,8 mm die Anforderungen von immer kleineren Embedded-Systemen.

Mezzanine-Steckverbinder sind eine praktische Lösung, um mit einem immer geringerem Platzangebot auf der Leiterplatte Schritt zu halten. Mit diesen Board-to-Board-Verbindungen lassen sich kleine Tochterkarten auf größeren Hauptplatinen stapeln, was zu einer größeren Systemflexibilität führt.

In den letzten zehn Jahren sind derartige Leiterplattensteckverbinder immer beliebter geworden, da sie Geräteherstellern die Möglichkeiten bieten, mehr elektronische Funktionen in den begrenzten Raum einzubetten, der ihnen in ihren Designs zur Verfügung steht.

Die Vorteile des Mezzanine-Konzepts

Mit Mezzanine-Karten lassen sich zusätzliche Prozessoren und Speicherplätze in das System integrieren oder neue Funktionen wie Sensoren oder drahtlose Module hinzufügen. Das Mezzanine-Konzept bietet auch eine bequeme Möglichkeit für Upgrades, vor allem, da CPU auf der Mezzanine-Tochterkarte untergebracht und die Karte bei Bedarf gegen eine neue ausgetauscht werden kann anstatt die Hauptplatine zu ersetzen.

Die Hauptanforderungen an Mezzanine-Karten

Um sich in modernen industriellen Anwendungen zu bewähren, müssen Mezzanine-Steckverbinder die folgenden Eigenschaften aufweisen:

• Ausreichend große Anzahl von Kontakten für die erforderliche Funktionalität,

• Kleine Grundfläche, so dass sie nicht zu viel Platz auf der Leiterplatte einnehmen,

• Kleines Rastermaß, um genügend Kontakte unterzubringen,

• Hohe Signalintegrität, da sonst die Systemleistung leidet,

• Verarbeiten hoher Datenraten,

• Hohe Steckzyklen (Je nach Anwendung – in einigen Fällen bleiben die Tochterkarten dauerhaft an ihrem Platz, während sie in anderen Fällen regelmäßig ausgetauscht werden müssen – müssen Mezzanine-Steckverbinder mehrfach neu gesteckt werden.),

• Geringe Stapelhöhen, damit die Platinen so nah wie möglich beieinander angeordnet werden können,

• Robuste Steckverbinder (hoher Widerstand gegen Stöße, Vibrationen, hohe Feuchtigkeit und extreme Temperaturen),

• Preislich attraktiv.

Fine-Pitch-Steckverbinder für Mezzanine

Basierend auf diesen Kriterien und dem Feedback seiner Kunden hat Harwin die Steckverbinderserien Archer .8 und Archer .5 entwickelt (Bild 1). Diese Fine-Pitch-Komponenten sind für den Einsatz in Mezzanine-Tochterkarten auf Mutterplatinen vorgesehen und bieten robuste Verbindungen mit einer hohen Anzahl von Kontakten in kompakten Formfaktoren. Sie sind laut Hersteller außerdem zu wettbewerbsfähigen Preisen erhältlich, so dass sie für ein breites Spektrum von Anwendungen geeignet sind.

Mit Versionen mit bis zu 120 Kontakten sind die Archer-Steckverbinder gut geeignet für den Einsatz in industriellen Geräten mit hoher Anschlussdichte, Embedded Systems und IoT-Hardware.

Derartige Komponenten sind bereits weit verbreitet in der Gebäudeautomatisierung, Umweltüberwachung, der Prozesssteuerung, Fabrikautomatisierung, dem Batteriemanagement von Elektrofahrzeugen und der Lagerlogistik. Sie werden auch in Messinstrumenten, Smart Metern, Haushaltsgeräten, Sicherheitsausrüstungen und Brandmeldeanlagen eingesetzt.

Fine-Pitch-Steckverbinder: Eigenschaften der Serie Archer .5 und Archer .8

Die Kontakte sind aus Phosphorbronze gefertigt und mit einer Goldbeschichtung auf den Kontaktflächen versehen, um die Leitfähigkeit zu erhöhen und die Haltbarkeit zu gewährleisten. Die Kontakte sind für eine Strombelastbarkeit von 0,5 A ausgelegt. Die Steckverbinder im Raster von 0,8 mm sind für Datenraten von 24 GBit/s ausgelegt, während die 5-Serie mit einem Raster von 0,5 mm Übertragungsgeschwindigkeiten von 16 GBit/s unterstützt.

Das Übersprechen (NEXT– Near-End-Cross­talk) wird mit –20 dB bis zu 20 GHz für Archer .8 und –35 dB bis zu 12 GHz für Archer .5 angegeben. Bei der Serie .8 liegt die Rückflussdämpfungen bei 15 GHz bei –10 dB und bei der Serie .5 werden –15 dB bei 8 GHz spezifiziert. Die Einfüge- und Rückflussdämpfung wurden minimiert (Tabelle 1 für weitere Details). Beide Steckerserien haben einen Isolationswiderstand von mindestens 1.000 MΩ.

Jeder Steckverbinder ist in einer flachen zweireihigen Kontaktkonfiguration ausgeführt, um die Kontaktdichte zu erhöhen. Versenkte und ummantelte, polarisierte Kontakte gewährleisten einen korrekten Anschluss und verhindern Beschädigungen.

Gull-wing-Kontakte vereinfachen die In­spektion der Lötstellen. Die Anschlüsse sind verzinnt, um die Lötbarkeit bei der Oberflächenmontage zu maximieren. In die .8-Steckverbinder sind Fixierstifte eingearbeitet, die die automatisierte Montage erleichtern (dabei werden Stifte mit unterschiedlichen Durchmessern an beiden Enden dieser Komponenten angebracht).

Die Fine-Pitch Mezzanine-Steckverbinder der Reihe Archer sind direkt über das Franchise-Vertriebsnetz des Unternehmens erhältlich. Sie werden in Blistergurten (Tape-and-Reel) geliefert. Beide Serien kommen in halogenfreien thermoplastischen Gehäusen, die den Sicherheitsanforderungen nach UL94V-0 entsprechen.

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