Board-to-Board Steckverbinder in Automobil Bordnetz Architekturen

Aufgrund der Sensoren-Entwicklung und der vorgestellten E/E-Architektur tendieren die zu übertragenden Datenmengen immer mehr zu Highspeed, die hauptsächlich von der Steuerung der Impedanz des Steckverbinders abhängt. Schwankt diese, so kommt es zu Resonanzen, die wiederum in Verlusten in der Signalübertragung resultieren. Dabei stellt ein Steckverbinder aufgrund seiner Geometrie immer ein potentielles Risiko für Impedanzschwankungen dar, die unter anderem durch Material- oder Geometrieveränderungen hervorgerufen werden. 

Denn die Impedanz wird von induktiven und kapazitiven Eigenschaften bestimmt, welche abhängig von Größe, Anordnung und Design des Pins sind. Dabei wirken sich vor allem Querschnittsveränderungen negativ aus, weshalb diese so weit wie möglich minimiert werden müssen. Des Weiteren können auch Dielektrika (elektrisch schwach- oder nichtleitende Substanzen) in der Nähe des Signalpfads negative Auswirkungen haben, weshalb die Auswahl des richtigen Isolierkörpermaterials ebenso wichtig ist. Darüber hinaus gibt es auch Beeinflussungen durch Kopplungsverluste, den Verlusten am Kontaktpunkt von Messer und Feder. Zuletzt können Impedanzschwankungen durch überstehende Leitungselemente, die als Antenne wirken, hervorgerufen werden. All diese Effekte werden als Insertion Loss (Verhältnis von ausgehendem zu eingehendem Signal) zusammengefasst, auch Einfügedämpfung genannt. Ergänzend dazu gibt es noch den Return Loss (Rückflussdämpfung), der den Anteil des zurückgeworfenen am zu übertragenden Signal beschreibt.Bezüglich einer fortschreitenden Miniaturisierung der Baugruppen kommt dem EMV-Schutz eine besondere Rolle zu: Denn die hierbei auftretenden hochfrequenten Signale sind besonders anfällig für eine Störung durch ungewollte elektromagnetische Effekte. Schon kleinste Störungen reichen für eine weitreichende Verfälschung der Datenübertragung, inkorrekte Messsignale der Sensoren und unpassende Steuerbefehle – ein für die Sicherheit absolut unzulässiges Szenario.
Ein geschirmter Steckverbinder hilft, denn in einer Baugruppe wirkt ein Steckverbinder immer als Störsenke als auch als Störquelle. Auch lässt sich das Bauteil durch andere Komponenten stören, wirkt auch selbst elektromagnetisch auf umliegende Bauteile. Eine Schirmung reduziert hier beide Effekte etwa um den Faktor 100 bis 200. 

Stichwort Robustheit: Schock und Vibration gefährden die Stabilität der Datenübertragung ebenso wie chemische und thermische Umwelteinflüsse durch Extremtemperaturen, starke Temperaturschwankungen, Schadgas, Feuchtigkeit und Schmutz. Die Kontaktoberfläche bestimmt maßgeblich die Lebensdauer des Steckverbinders, denn im Betrieb treten Mikrobewegungen zwischen den beiden Teilen des Steckverbinders auf, die auf Dauer zu einem Oberflächenabrieb und so zu einem erhöhten Übergangswiderstand und folglich einer ineffektiveren Signalübertragung führen. Eine hochwertige und haltbare Kontaktbeschichtung hilft, diesen Oberflächenabrieb auf ein Minimum zu reduzieren.
Beim Kontaktsystem leistet eine doppelseitige Federleiste gute Dienste, denn zu jedem Zeitpunkt ist unabhängig von äußeren Einflüssen immer ein Kontaktpunkt garantiert. Noch robuster wird es mit einem „genderneutralen“ Kontaktsystem, denn die Kontakte verschränken sich beim Stecken ineinander und sorgen so für eine maximale Kontaktsicherheit.

Bei begrenzten Bauraum im Automobil herrscht Enge für Sensoren und Steuergeräte, was wiederum für die Steckverbinder bedeutet, bei gleicher oder gar höherer Leistung die Maße noch mehr zu reduzieren. Ideal für die Surface-Mount-Technologie (SMT), denn sie ermöglicht im Gegensatz zur Einpresstechnik ein deutlich kleineres Raster sowie eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte. 

Die Tendenz, in den Baugruppen immer mehr und immer kleinere Steckverbinder zu verbauen, hat zur Konsequenz, dass die Toleranzketten länger werden und die Steckverbinder sowohl bei der Montage als auch im Betrieb immer größere Toleranzen ausgleichen müssen. Hierfür gibt es bereits Steckverbinder, die noch besser Schocks und Vibrationen absorbieren können.