Kontakttechnik SKEDD – Die Evolution der Einpressverbindung

Eine weitergedachte Einpressverbindung setzt Maßstäbe für die Kontaktierung auf der Leiterplatte und könnte das Potenzial haben, die Steckverbinder-Branche nachhaltig zu verändern.

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Leiterplatten sind aus der modernen Elektronik-Welt nicht mehr wegzudenken. Nahezu jedes elektronische Gerät enthält eine oder mehrere Leiterplatten. Sie leisten Schwerstarbeit, indem sie elektronische und elektromechanische Bauteile wie Sicherungen oder Relais tragen und für elektrische Verbindungen sorgen.

Für die Verbindung zwischen Leiterlatte und Bauteil gibt es unterschiedliche Technologien. Vor allem die Löttechnologien (SMD, THT) und die Einpresstechnik haben sich breit etabliert. Beide bieten solide Ergebnisse, haben jedoch auch ihre Grenzen, wenn es darum geht, elektromechanische Komponenten und Leiterplatte möglichst einfach und schlank miteinander zu verbinden. Denn dafür sind stets Adapter-Sockel auf der Leiterplatte erforderlich, die eingelötet oder eingepresst werden müssen, um die entsprechenden Bauelemente oder Steckverbinder aufzunehmen.

Seit Kurzem gibt es von Würth Elektronik ICS eine völlig andere Verbindungslösung mit dem Namen SKEDD. Sie bietet eine einfache und zuverlässige Alternative, indem Stecker und Komponenten nunmehr von Hand und reversibel in eine Leiterplatte gesteckt werden können. Bei einer solch drastischen Vereinfachung des Bestückungsprozesses stellt sich natürlich sofort die Frage nach der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit einer SKEDD-Verbindung: Gibt es technische Risiken? Wo liegen die Grenzen der Technologie? Hat SKEDD das Potenzial, sich neben der Löt- und Einpresstechnik auf dem Markt zu etablieren oder sie sogar zu verdrängen? Mit diesen Fragen beschäftigt sich dieser Beitrag.

Einpressverbindung versus Steckverbindung

SKEDD setzt konsequent auf einer Technik auf, die seit mehr als 40 Jahren auf dem Markt bekannt ist: die Einpresstechnik und stellt demnach eine natürliche Evolution der Einpressverbindung dar. Bei der Einpresstechnik wird eine Verbindung zwischen der durchkontaktierten Hülse einer Leiterplatte und dem Kontaktstift, zum Beispiel eines Steckverbinders, hergestellt.

Dabei entsteht eine leistungsfähige, gasdichte elektrische Verbindung. Entscheidend für die Qualität dieser Verbindung ist der elektrische Übergangswiderstand. Je höher er ist, desto schlechter ist die Verbindung, denn ein Widerstand erzeugt einen Spannungsabfall und damit Wärme, was v.a. bei der Übertragung höherer Ströme problematisch ist.

Um den Übergangswiderstand gering zu halten, muss – abgesehen von der richtigen Auswahl der Materialien – der Strom eine der Eintrittsfläche in die Verbindungszone mindestens vergleichbare Austrittsfläche haben (Austrittsfläche ≥ Eintrittsfläche).

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Ist diese Bedingung erfüllt, entsteht kein Engpass. Damit diese Bedingung bei einer typischen Einpressverbindung erfüllt und somit eine funktionsfähige elektrische Verbindung hergestellt ist, muss der Anbindungswinkel einer Ecke des Kontaktstiftes typischerweise mindestens 3° betragen. Wie das Bild 1 deutlich zeigt, verfügt die reale Einpressverbindung über sehr viele Reserven. Das ist der Grund dafür, warum die Einpressverbindungen so gut funktionieren (Bild 1).

An diesem Punkt stellt sich folgende berechtigte Frage: Wenn dieses Kontaktierungsprinzip mit einer Einpressverbindung funktioniert, warum sollte es nicht auch mit einer Steckverbindung funktionieren, zumal die geometrischen Anbindungsverhältnisse sehr ähnlich sind? Sind die vorhandenen Reserven ausreichend, um durch einfaches Stecken eines geeigneten Kontaktelements eine gute und robuste elektrische Verbindung herzustellen?

Betrachten wir den wesentlichen Unterschied zwischen einer Einpress- und einer Steckverbindung: Bei einer Einpressverbindung wird durch die hohen Kräfte während des Verbindungsprozesses eine gasdichte Verbindung zwischen den Kontaktpartnern geschaffen.

Bei einer Steckverbindung drückt man die Kontaktpartner mit einer ausreichend großen Kraft (Kontakt-Normalkraft) gegeneinander, ohne dass eine intermetallische Verbindung entsteht. Neben der ausreichenden Anbindungsfläche kommt es in punkto Qualität der Steckverbindung also ganz wesentlich auf die Kontakt-Normalkraft und die Oberflächenpaarungen der Kontaktpartner an.

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