Advanced- und MicroTCA-Steckverbinder Industrieapplikationen direkt verbinden

Eine einteilige direkte Steckverbindung über einen Kartenrand ist seit langer Zeit ein Standard in der Computertechnik in der erweiterten Büroumgebung. Für Industrieapplikationen werden noch häufig zweiteilige Stecksysteme verwendet. Die con:card+-Steckverbinder für AdvancedTCA und MicroTCA tragen nun maßgeblich zu einer industrietaugliche Kartenrandsteckverbindung bei.

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ept GmbH

HARTING Technologiegruppe

Für die offenen Standardarchitekturen AdvancedTCA und MicroTCA hat die PICMG jeweils einen Kartenrandsteckverbinder definiert, der die AdvancedMC-Module direkt über Goldpads am Rand der Modulleiterkarte mit dem Carrier Board (bei ATCA) oder der Backplane (bei MicroTCA) verbindet.

Ursprünglich wurden beide Systeme für den Einsatz im Bereich der Telekommunikation entwickelt. In diesem Marktsegment ist die Entwicklung von Hard- und Software vorangeschritten, und aus den Prototypensystemen sind heute reale Produkte geworden. Somit ist auch das Interesse aus anderen Marktbereichen gestiegen, insbesondere der Industrie.

Für Industrieapplikationen sind die technischen Anforderungen insbesondere an die mechanischen Stabilität wesentlich höher als für Telekommunikationsanwendungen. Dies wird deutlich beim Vergleich eines klimatisierten Schaltschranks und einem Industriecomputer in unmittelbarer Nähe einer Produktionseinheit. Die wesentlichen Anforderungen an eine industrietaugliche Steckverbindung sind die Resistenz gegenüber Industrieatmosphäre sowie die vibrationssichere und stabile, mechanische Kontaktierung.

Besonders für den letzten Aspekt bietet die Einpresstechnik gegenüber der Löttechnologie oder der Andrucktechnologie wesentliche Vorteile. Sie bleibt auch bei sehr hohen mechanischen Belastungen stabil und hält so die Kontaktsicherheit aufrecht. Dagegen kann es gerade in diesen Extremsituationen bei großen Bauteilen wie dem MicroTCA-Steckverbinder in SMT oder CMT zu Ausfällen oder sogar zu gelösten Kontakten kommen.

Steckverbinder für die Industrie

Damit ein Steckverbinder in rauer Industrieatmosphäre stabil und vibrationssicher funktionieren kann, ist eine ausreichende Normalkraft des Federkontakts Vorraussetzung. Die con:card+-Steckverbinder sind so spezifiziert, dass sie am Ende der Lebenszeit eine Normalkraft von 0,5 N pro Kontakt nicht unterschreiten.

Dies wurde im Laborversuch nach anerkannten Testkriterien im Relaxationstest mit Temperaturauslagerungen nachgewiesen. Die Vergleichssteckverbinder unterschreiten die Grenze von 0,5 N bereits bei der Anlieferung. Über die Lebenszeit im Feld wird diese Kraft weiter absinken und stellt damit in zunehmendem Maß ein Risiko für die Kontaktsicherheit dar.

Weitere Untersuchungen der con:card+-Steckverbinder zeigen, dass auch die verbesserte Oberfläche die Kontaktsicherheit maßgeblich erhöht. So wurden Steckzyklentests mit con:card+-Steckverbindern im Vergleich zu herkömmlichen AdvancedMC-Steckverbindern durchgeführt und anschließend die Kontaktoberfläche und die Oberfläche der AdvancedMC-Goldpads beurteilt.

Wenig Verschleiß

Die Bilder 1 bis 4 dokumentieren, dass die con:card+-Steckverbinder nur wenig Verschleißspuren auf der AdvancedMC-Karte hinterlassen. Die anderen getesteten Steckverbinder verursachten teilweise starke Beschädigungen auf den Goldpads, die in der Folgezeit in einer Industrieatmosphäre zu Korrosion und möglicherweise zu Kontaktunterbrechungen führen. Der Vibrationstest nach IEC mit den con:card+-Steckverbindern zeigte keine weiteren Materialabrieb auf der AdvancedMC-Leiterkarte.

Die con:card+-GuideSpring verhilft dem Steckverbinder zu einer sicheren mittigen Führung. Bei den herkömmlichen Steckverbindern liegen die Kontakte nicht mittig auf dem Pad. Bei einigen der eingesetzten Testkarten lagen sie sogar am äußersten Rand des Pads bzw. neben dem Pad.

Extrem glatte Kontaktoberfläche

Dieses gute Ergebnis ist maßgeblich auf die extrem glatte Kontaktoberfläche der con:card+-Kontakte zurück zu führen. Durch Einsatz neuster Stanztechnologie können Schnittflächen realisiert werden, die denen einer gewalzten Oberfläche ebenbürtig sind oder diese übertreffen. Die Bilder 5 und 6 zeigen einen typischen Wettbewerbskontakt und einen con:card+-Kontakt in der Großaufnahme.

Der Unterschied in der Stanzqualität ist deutlich zu erkennen. Die Kontaktfläche des con:card+-Steckverbinders besteht aus einer nahezu reinen Schnittfläche, der Kontakt des herkömmlichen Steckverbinders hat eine sehr große Abrissfläche mit scharfkantigem Übergang, was zu den obigen Verschleißerscheinungen der Leiterkarten führt.

Die con:card+-Kartenrandsteckverbinder sind durch deutlich robuster. Sie tragen damit in großem Maß dazu bei, dass durch die Telekombranche getriebene Systeme wie MicroTCA rasch Einzug in Anwendungen der Industrie halten, in der Direktsteckverbinder aufgrund mangelnder Kontaktsicherheit bisher keine Chance hatten.

Gütesiegel con:card+

Die HARTING Technologiegruppe und ept, Peiting, entwickeln seit dem Jahr 2005 gemeinsam die bereits verfügbaren AdvancedMC-Steckverbinder weiter und verbesserten die Kontaktzuverlässigkeit entscheidend. Das Ergebnis ist eine neue Generation von AdvancedMC-Signalsteckverbindern, die unter dem Gütesiegel „con:card+“ von ept und HARTING im Markt eingeführt wurden. Mit con:card+ haben beide Unternehmen ein klar umrissenes Qualitätsniveau sichergestellt und bieten zudem ein duales Sourcing an.

Die fünf Eigenschaften von con:card+

• GuideSpring – Die GuideSpring ist das Kernelement von con:card+. Der Steckverbinder mit GuideSpring gleicht zu große Toleranzen der Leiterkarte während des Steckvorgangs aus. Die Positionierung der Leiterkarte im Steckverbinder wird um bis zu 60% verbessert. Dies erhöht die Stecksicherheit enorm und ermöglicht den zuverlässigen Betrieb der Systeme auch mit Leiterkarten, die in den Toleranzen etwas von der Spezifikation abweichen.
• Extrem glatte Kontaktoberfläche – Die Direktsteckverbindung belastet die Goldpads der Leiterkarte stark. Durch die glatte Kontaktoberfläche wird der Verschleiß der Karte minimiert.
• PdNi-Kontaktbeschichtung – Die Anfasung der Leiterkarte und die scharfkantigen Goldpads beanspruchen auch den Kontakt sehr. Durch die PdNi-Oberfläche mit zusätzlichem Gold-Flash erzielt man eine um 30 % bessere Verschleißfestigkeit.
• Spezielles Kontaktmaterial – Um über die gesamte Lebensdauer mit einer ausreichenden Normalkraft auf dem Goldpad zu kontaktieren, nutzt die Lösung eine Speziallegierung mit besonders geringer Relaxation.
• Einpresstechnik – Als Anschlusstechnik hat sich die Einpresstechnik seit langer Zeit bewährt. Insbesondere bei der mechanischen Stabilität bietet sie große Vorteile. Das Verarbeiten ist einfach und kostengünstig.

*Michael Seele ist Global Product Manager bei der HARTING Technologiegruppe in Espelkamp.

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