Von der Einpresstechnik zur SKEDD- Technologie
In den 70‘er-Jahren begann das Zeitalter der massiven Einpresstechnik. Den Ursprung der Einpresstechnik findet man bei Anwendungen in Telekommunikationsanlagen. Hier wurden massive Pfosten, auf die Trägerleiterplatte für Einschubsysteme, in die durchkontaktierten Bohrungen eingepresst und via Wire-Wrap-Technik verbunden. Man erkannte aber schnell, dass diese Technik sehr viel Stress für die Leiterplatte mit sich bringt und Reparaturmöglichkeiten für eventuell beschädigten Steckverbinder berücksichtigen musste.
Deshalb entwickelte man in den 90’er Jahren die flexible Einpresszone. Es gab eine Vielzahl von Herstellern die sich mit verschiedenen Ausführungen um die durchkontaktierte Bohrung, mit einem Durchmesser von 1,05 mm, einen Konkurrenzkampf lieferten. Jeder Steckverbinder-Hersteller behauptete, dass seine Konstruktion die beste und einzige in seiner Art sei. Damals lag das Rastermaß bei Steckverbindern bei 2,54 mm. Aufgrund der immer größer werdenden Funktionsdichte in den Applikationen, wurden die Leiterplattenabmessungen immer kleiner und kompakter und damit auch die Rastermaße mit ihren Lochdurchmesser in der Leiterplatte. In der Regel liegen die heutigen Lochdurchmesser zwischen 0,31mm bis 1,05mm und die Einpresszone ist als gestanztes Nadelöhr (EoN; Eye of a Needle) ausgebildet.
Um die Jahrtausendwende setzt man vermehrt auf chemisch verzinnte oder ENIG (Electroless Nickle Gold)- Leiterplattenoberflächen, was dem bleifreien Zeitalter zuzuschreiben ist. Durch den Einsatz der neuen Oberflächen werden die ursprünglich hohen Toleranzen der Lochdurchmesser nicht mehr benötigt. Dabei müssen die Fertigmaße der durchkontaktierten Bohrungen im oberen Toleranzbereich liegen, da die Oberfläche bei chemischen Beschichtungen rauer sind als die früheren bleihaltigen HAL (Hot Air Leveling)-Oberflächen. Demzufolge kann der Einpressprozess im unteren Toleranzbereich kritisch werden.
Im Verlauf der Umstellung auf bleifreie Oberflächen, befasste sich Werner Kallee im Rahmen seiner Beschäftigung bei der Firma Würth Elektronik ICS, mit einer neuen Kontaktierungsart für Leiterplatten und erfand die SKEDD- Technologie. Eine neue Technologie die nicht nur dem kritischen unteren Toleranzbereich im Einpressprozess gerecht wird, sondern auch viele zusätzliche Vorteile und Möglichkeiten bietet.
Die SKEDD-Technologie
Die SKEDD- Technologie ist eine logische Weiterentwicklung der Einpresstechnik und realisiert ein reversibles Verbindungskonzept. Demzufolge können Komponenten und Steckverbinder die mittels SKEDD auf eine Leiterplatte gesteckt werden, auch nach einer großen Anzahl von Steckzyklen wieder sicher gelöst und nochmals gesteckt werden. Dabei überzeugt die SKEDD- Technologie durch ihre Einfachheit und konkreten Kostenvorteilen gegenüber herkömmlichen Steckverbindern. Somit entfallen nicht nur überflüssige Komponenten wie Gegenstecker, sie überzeugt auch durch einen vereinfachten Herstellungsprozess. Etwaige Löt- oder Konfektionierungsprozesse entfallen ersatzlos, ohne dabei zusätzliche technische Anforderungen an die Leiterplatte oder Kabelkonfektionierung zu erzeugen.
Die Anwendungsgebiete sind vielseitig und ermöglicht neue Lösungen für,
- Board-to-Board-Verbinder (horizontal, vertikal oder gewinkelt)
- Signal- Steckverbinder
- Hochstrom-Steckverbinder
- Flachbandkabel- Steckverbinder
- Komponenten- Schnittstelle (integrierte Kontaktelemente im Elektronik-Gehäuse)
Der SKEDD- Kontakt
Das Herzstück der SKEDD- Technologie ist, neben dem Isolierkörper des Steckverbinders, der SKEDD- Kontakt. Dieser muss eine vergleichbare hohe Zuverlässigkeit und mindestens die elektrische Parameter zwischen Kontakt und Leiterplatte aufweisen, wie bei einer Einpressverbindung.
Der SKEDD-Kontakt besteht immer aus zwei Bereichen, die SKEDD-Zone und die Anbindungs-Zone (Einpresstechnik, Crimp, etc.). Die SKEDD-Zone selbst besteht aus mindestens einem Schenkelpaar, die sich als Feder immer an den Durchmesser einer durchkontaktierten Bohrung in der Leiterplatte anpasst. Über die Geometrie der SKEDD-Zone sowie der richtigen Auswahl des Kontaktmaterials, können die gängigen Kontaktnormalkräfte (FN) für Steckverbinder einfach realisiert werden. Das Design der SKEDD-Zone erfolgt immer im Zusammenspiel mit dem Kontaktmaterial, da diese entscheidend für elektrische, mechanische und Lebensdauer- Anforderungen sind. Jedoch sind Kontakt- bzw. Basismaterialien für Kontaktoberflächen ungeeignet. Deshalb werden die Kontaktelemente mit einer Oberflächenbeschichtung veredelt, um über die Lebensdauer den Kontaktwiderstand zu garantieren, Korrosion im Kontaktbereich zu vermeiden und die Reibkorrosion zu minimieren. Außerdem muss der geringe Übergangswiderstand im Kontaktbereich auch bei erträglichen Steck- und Ziehkräften des Steckverbinders erreicht werden. Der Übergangswiderstand ist wiederum Abhängig von der Oberfläche im Kontaktbereich und der minimalen Kontaktnormalkraft. Bei einem Kontaktelement mit einer Zinn-Oberfläche beträgt die min. Kontaktnormalkraft 2N, wobei es bei einer Gold-Oberfläche nur eine Kontaktnormalkraft von 0,4N benötigt für einen gleichbleibenden Übergangswiderstand. Dabei ist die Kontaktnormalkraft ausschlaggebend für die Steck- und Ziehkräfte (max. 80% der FN) des Systems und zugleich maßgebend für den Übergangswiderstand. Über all dem steht aber die goldene Regel, dass niemals der elastische Bereich der SKEDD-Zone verlassen werden darf und in Folge dessen eine plastische Verformung am Kontaktelement entsteht.
Zusammengefasst die Grundlagen einer SKEDD-Kontaktierung
- SKEDD-Kontakte benötigen eine Kontaktnormalkraft.
- Diese wird durch min. ein Schenkelpaar (Feder) erzeugt.
- Die Kontaktnormalkraft ist maßgebend für Steck- und Ziehkräfte
- Der Übergangswiederstand ist abhängig von der Kontaktnormalkraft.
- Die Kontakt-Oberfläche beeinflusst den Übergangswiderstand.
- Die SKEDD-Geometrie und das Kontaktmaterial sind ausschlaggebend für die Kontaktnormalkraft.
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