An die heute sehr gefragten Steckverbinder, die es in den unterschiedlichsten Ausführungen gibt, werden hohe Qualitätsanforderungen gestellt. In diesem Abschnitt werden die Ursachen von Problemen wie Korrosion, Oxidation, Abnutzung, Anhaftung von Fremdkörpern, Lötfehler, Zinnwhisker und Migration erläutert, die zu mangelhaftem Durchgang, fehlerhafter Isolierung und dem Ausfall von Steckerkontakten führen können. Lösungen für diese Probleme werden ebenfalls erläutert.
Darüber hinaus werden in diesem Abschnitt Anwendungsbeispiele für das Digitalmikroskop von KEYENCE vorgestellt, mit dem die bisherigen Probleme von Mikroskopen hinsichtlich der Fehleranalyse und Qualitätsprüfung gelöst werden und das zudem eine klare Betrachtung, 3D-Messung und quantitative Beurteilung von dreidimensionalen Steckverbindungen ermöglicht.

Ursachen, Betrachtung und Messung von Steckverbinderproblemen

Diverse Steckertypen und die Bedeutung von Qualität

Die Nachfrage nach Steckverbindern hat aufgrund der Verbreitung von Digital- und Kommunikationsgeräten in den letzten Jahren zugenommen. Inzwischen haben sich auch die Arten und Anwendungen von Steckverbindern verändert.
Ein typischer Steckverbinder ist der USB-Stecker, der in verschiedenen Ausführungen existiert und weit verbreitet ist, um z. B. Computerperipheriegeräte anzuschließen und tragbare Geräte zu laden. Für die Kommunikation stehen der für LAN-Verbindungen verwendete RJ-45-Stecker und der für Glasfaserverbindungen verwendete LC/SC-Stecker zur Verfügung. Weitere Anschlüsse sind die XLR-, Klinken- und Cinch-Stecker, die seit langem für die Übertragung von analogen Audiosignalen verwendet werden, sowie die HDMI- und VGA-Anschlüsse, die sich für die Übertragung digitaler Videosignale an Displays und Monitore durchgesetzt haben.

Neben Steckverbindern für den privaten Gebrauch werden viele universelle und spezielle Steckverbinder in verschiedenen industriellen Bereichen eingesetzt. Kontaktfehler, mangelhafter Durchgang und fehlerhafte Isolierung, die durch defekte Steckverbinder verursacht werden, können nicht nur zu Beschwerden von Verbrauchern führen, sondern auch Fachleute an der Erfüllung ihrer Aufgaben hindern.
Steckverbinder werden auch in speziellen elektrischen Bauteilen verwendet, wie z. B. in Kabelbäumen von Fahrzeugen, wo wichtige Komponenten zunehmend elektronisch gesteuert werden. Defekte und Korrosion an solchen Steckern können zu Unfällen führen. Deshalb sind bei Steckverbindern hohe Qualität und Zuverlässigkeit gefragt.

Typische Steckverbinderprobleme, Ursachen und Lösungen

Nachfolgend sind typische Probleme von Steckverbindern aufgeführt, die zu Kontaktfehlern, mangelhaftem Durchgang und fehlerhafter Isolierung führen können und somit die Qualität und Leistung von Steckverbindern beeinträchtigen, sowie entsprechende Lösungen.

Korrosion / Oxidation
Erscheinungsbild: Dieses Problem tritt auf, wenn Nickel, Kupfer oder andere Metalle im Basismetall korrodieren und sich auf der Oberfläche ablagern.
Mögliche Ursachen: Hohe Temperatur, hohe Luftfeuchtigkeit und ätzende Gase
Fehlervermeidung: Die Steckverbinder mit Gold plattieren oder mit einem Korrosions- und Oxidationsschutzmittel versehen.
Verschleiß
Erscheinungsbild: Dieses Problem tritt auf, wenn Vibrationen oder andere Einflüsse dazu führen, dass die Kontakte aneinander reiben und verschleißen.
Mögliche Ursachen: Vibrationen, Stöße, sehr häufiges Ein- und Ausstecken
Fehlervermeidung: Verwendung eines Steckers mit hohem Kontaktdruck und breiter Kontaktfläche.
Anhaften von Fremdpartikeln
Erscheinungsbild: Dieses Problem tritt auf, wenn Fremdkörper am Stecker haften und die elektrische Leitung behindern.
Mögliche Ursachen: Eindringendes Gas oder feine Partikel im Steckverbinder
Fehlervermeidung: Abdichtung und Luftdichtheit verbessern.
Lötdefekte
Erscheinungsbild: Sammelbegriff für fehlerhafte Isolierungen oder mangelnden Durchgang, der durch unsachgemäßes Auftragen von Lot verursacht wird.
Mögliche Ursachen: Lötfrakturen oder -risse, Lötkugeln, Lötbrücken und andere Defekte
Fehlervermeidung: Prüfen der Vorheiztemperatur und -zeit für das Lot.
Zinnwhisker
Erscheinungsbild: Dieses Problem tritt auf, wenn das Zinn in der Beschichtung in Form von Haarkristallen auskristallisiert. Zinnwhisker führen dazu, dass die Isolierung aufbricht, was sich durch Kurzschlüsse bemerkbar macht.
Mögliche Ursachen: Eigenspannung des Metalls
Fehlervermeidung: Die Steckverbinder mit Gold plattieren.
Migration
Erscheinungsbild: Dieses Problem tritt auf, wenn Metallkomponenten auf der Isolierung wandern und das Dielektrikum zerstören.
Mögliche Ursachen: Hohe Temperatur, hohe Luftfeuchtigkeit
Fehlervermeidung: Aufbringen einer dampffesten Beschichtung z. B. aus Fluor.

Probleme bei der Betrachtung und Beurteilung von Steckverbindern und Anwendungsbeispiele des Digitalmikroskops

In den letzten Jahren sind die Steckverbinder kleiner und vielfältiger geworden und haben eine höhere Funktionalität erreicht, jedoch laufen einige Produkte sehr schnell aus und veralten. So kann sich zum Beispiel die Nachfrage nach einem Steckertyp schnell ändern, wenn für ein Erfolgsprodukt dieser Steckertyp verwendet bzw. nicht mehr verwendet wird. Um auf solche schnellen Nachfrageänderungen reagieren zu können, werden neben der Forschung und Entwicklung neuer Produkte in vielen Fällen auch etablierte Fertigungsprozesse sowie eine genaue und schnelle Qualitätskontrolle und -sicherung wichtig.

KEYENCE hat seine Produkte im Bereich der Digitalmikroskope seit über 30 Jahren immer wieder verbessert und optimiert, um den Bedürfnissen seiner Kunden gerecht zu werden.
Das Ergebnis dieses kontinuierlichen Optimierungs- und Entwicklungsprozesses ist das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX mit zusätzlichen Funktionen zur Verbesserung der betrieblichen Arbeitsabläufe.
In diesem Abschnitt werden Anwendungsbeispiele der Modellreihe VHX zur Betrachtung, Analyse und Beurteilung von Steckverbindern vorgestellt.

Hochauflösende Betrachtung von industriellen Anschlussklemmen

Das hochauflösende Objektiv des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX bietet, durch die Kombination von 4K-Auflösung mit einer hohen Tiefenschärfe, eine hohe optische Leistung. Der 4K-CMOS-Bilderfassungssensor sorgt zudem für eine hohe Auflösung und geringes Rauschen.
Dadurch lassen sich hochauflösende und tiefenscharfe Aufnahmen von Anschlussklemmen mit komplexen, dreidimensionalen Formen aufnehmen. Details, die vorher nicht zu sehen waren, können mit klaren Aufnahmen betrachtet und analysiert werden.

Hochauflösende Betrachtung einer Anschlussklemme mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Betrachtung und Beurteilung einer industriellen Anschlussklemme
Betrachtung und Beurteilung einer industriellen Anschlussklemme
Fehleranalyse einer Crimp-Klemme
Fehleranalyse einer Crimp-Klemme

Beurteilung von Kontaktstiftformen

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX erzeugt eine tiefenscharfe Aufnahme eines dreidimensionalen Steckers mit mehreren Kontaktstiften, indem es mehrere Aufnahmen mit unterschiedlichen Fokuspositionen zusammensetzt.
In der 3D-Darstellung können die Formen solcher dreidimensionalen Kontaktstifte aus verschiedenen Winkeln frei betrachtet werden. Die Darstellung der Aufnahme mit Höhenfarben erleichtert zudem die Visualisierung von 3D-Formen und ermöglicht die Profilmessung eines bestimmten Bereichs.

Darüber hinaus lässt sich bei der Modellreihe VHX mit einem einzigen Gerät eine ganze Reihe von Arbeitsschritten einfach und schnell erledigen - von der vergrößerten Betrachtung und 3D-Messung über die quantitativen Beurteilung von Stiftformen bis hin zur automatischen Berichterstellung anhand von Bildaufnahmen und Messwerten mit einer Vorlage. Dadurch werden klassische Prüfverfahren vereinfacht und der Arbeitsaufwand deutlich reduziert.

3D-Darstellung und Messung von Kontaktstiften mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
3D-Darstellung der Kontaktstifte
3D-Darstellung der Kontaktstifte
Profilmessung von Kontaktstiften
Profilmessung von Kontaktstiften

Betrachtung von tiefen Steckverbindern und Klemmen

Einige Industrie-Steckverbinder in länglichen Gehäusen oder Abschirmungen haben Stifte und Klemmen in den vertieften Bereichen.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verwendet ein Objektiv mit hoher Tiefenschärfe und Tiefenzusammensetzung in Echtzeit, wodurch eine vollständige Fokussierung auch bei dreidimensionalen Objekten problemlos möglich ist und somit der ausgewählte Bereich komplett tiefenscharf angezeigt wird. Damit wird die Effizienz des Prüfverfahrens verbessert und blinde Flecken werden beseitigt.
Darüber hinaus ermöglicht ein spezieller Verstellmechanismus eine Betrachtung aus der Schräge und aus jedem beliebigen Winkel, ohne dass das Messobjekt auf dem Objekttisch neu ausgerichtet werden muss. Selbst längere Steckverbinder können im optimalen Winkel schnell betrachtet werden.

Betrachtung eines Steckverbinders und der Klemmen mit der Tiefenzusammensetzung des Digitalmikroskops der Modellreihe VHX
Ohne Tiefenzusammensetzung
(Betrachtung aus der Schräge)
Tiefenzusammensetzung (Betrachtung aus der Schräge)
Tiefenzusammensetzung
(Betrachtung aus der Schräge)
Ohne Tiefenzusammensetzung
Tiefenzusammensetzung
Tiefenzusammensetzung

Betrachtung von plattierten Crimp-Klemmen und Kontaktstiften

Einige Steckerstifte und -klemmen sind vergoldet, um einen mangelhaften Durchgang und eine fehlerhafte Isolierung durch Korrosion, Oxidation oder Zinnwhisker zu verhindern. Reflektierende, glänzende, plattierte Oberflächen weisen jedoch oft störende Lichtreflexionen auf, die eine korrekte Betrachtung und Beurteilung der Oberflächenbeschaffenheit erschweren.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über Funktionen zur Glanzlichtentfernung und zur Optimierung von ringförmigen Reflexionen. Der Oberflächenzustand von plattierten Kontaktstiften und der Crimpzustand von Aderendhülsen kann auch dann noch deutlich betrachtet werden, wenn sie stark reflektieren.

Betrachtung von plattierten Oberflächen mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Oben: normal / unten: Glanzlicht und ringförmige Reflexionen entfernt
Oben: Ringbeleuchtung /
unten: Glanzlicht und ringförmige Reflexionen entfernt
Links: normal / rechts: Glanzlicht und ringförmige Reflexionen entfernt (200x)
Links: Ringbeleuchtung /
rechts: Glanzlicht und ringförmige Reflexionen entfernt (200x)

Beurteilung von Querschnittsproben von in Kunststoff eingebundenen Kontaktstiften

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX erzeugt durch die Bildzusammensetzungsfunktion ein hochauflösendes Bild eines großflächigen Bereichs mit bis zu 50.000 × 50.000 Pixeln. Durch Betätigen der Taste „Panorama“ wird das Bild mit hoher Vergrößerung schnell und einfach automatisch zusammengesetzt, ohne dass es zu einem Versatz kommt.

Wenn eine Querschnittsprobe aufgrund von unzureichendem Polieren nach der Harzeinbettung Oberflächenunregelmäßigkeiten aufweist, bietet die Tiefenzusammensetzung ein tiefenscharfes Übersichtsbild über das gesamte Objekt. Dadurch lassen sich Details des Messobjekts auf einem hochauflösenden Bild bei hoher Vergrößerung betrachten und beurteilen, während die Messpunkte auf dem gesamten Bild erfasst werden.

Querschnittsbetrachtung eines Kontaktstifts mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Querschnitt eines gelöteten Kontaktstifts mit Tiefenzusammensetzung
Querschnitt eines gelöteten Kontaktstifts mit Tiefenzusammensetzung

Betrachtung von Dellen auf plattierten Oberflächen

Ein Steckverbinder besteht aus verschiedenen Materialien wie Metall und Kunststoff. Bei einem Bereich mit stark reflektierenden Stellen, wie z. B. plattierten Oberflächen und Kupferfolienbändern, ist es schwierig, die Beleuchtungseinstellungen anzupassen, da die Blendung durch solche glänzenden Oberflächen die Betrachtung von Dellen und anderen Fehlern beeinträchtigt.

Bei dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX werden unterschiedliche Beleuchtungsarten mit der Multi-Lighting-Funktion per Knopfdruck einfach automatisch erfasst. Aus diesen Daten kann dann eine geeignete Aufnahme zur Betrachtung ausgewählt werden, was die Arbeitseffizienz deutlich verbessert. Selbst Dellen, für die bisher die Beleuchtungseinstellungen schwierig anzupassen waren, können nun problemlos betrachtet werden.
Die Bilddaten werden automatisch gespeichert und die Beleuchtungsoptionen bleiben auch nach der Aufzeichnung der Aufnahme erhalten. Dadurch kann die Beleuchtung bei Bedarf jederzeit nachträglich angepasst werden. Durch diese Möglichkeit ist eine Neuaufnahme des Objekts nicht mehr erforderlich und die Beleuchtungseinstellungen müssen nicht wiederholt angepasst werden, um eine Betrachtung aus einem anderen Winkel durchzuführen.

Betrachtung einer Delle auf einer plattierten Oberfläche mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Links: Bildaufnahme mit Multi-Lighting / rechts: normal
Links: Bildaufnahme mit Multi-Lighting / rechts: ohne Multi-Lighting

Messung und quantitative Beurteilung von Lötfehlern an Steckerelektroden

Lötfehler, wie Vertiefungen und Risse, an Steckerelektroden können nicht nur einen mangelhaften Durchgang verursachen, sondern auch den Widerstand an den fehlerhaften Stellen erhöhen. Der erhöhte Widerstand kann dann zu einer Jouleschen Wärme führen, die eine Erwärmung und Zündung an den fehlerhaften Stellen zur Folge hat. Klassische Verfahren können jedoch die Fehler aufgrund von Reflexionen durch das Lot nicht quantitativ beurteilen.

Das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX verfügt über Funktionen zur Glanzlichtentfernung und zur Optimierung von ringförmigen Reflexionen und ermöglicht so die Betrachtung von fehlerhaften Bereichen mit klaren, blendfreien Aufnahmen. Die Bildaufnahmen können auch zur präzisen 3D-Formmessung und Profilmessung in einem bestimmten Bereich verwendet werden. Solche Messmethoden ermöglichen eine quantitative Messung und Beurteilung von fehlerhaften Bereichen mit höherer Effizienz.

Profilmessung eines Lötfehlers auf einer Elektrode mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX
Profilmessung eines Lötfehlers auf einer Elektrode mit dem 4K-Digitalmikroskop der Modellreihe VHX

Das optimale Mikroskop für die Betrachtung, Messung und Beurteilung von 3D-Steckerformen

Mit dem Digitalmikroskop der Modellreihe VHX können 3D-Formen, wie z. B. Steckverbinder, deren Bestandteile und innere Strukturen, deutlich visualisiert und einfach und schnell präzise gemessen werden.
Zudem bietet es eine sehr benutzerfreundliche Benutzeroberfläche und hocheffiziente Abläufe, die in Zusammenarbeit mit den Kunden vor Ort entwickelt wurden. Die Modellreihe VHX benötigt keine zeitaufwendige Vorbereitung der Messobjekte zur Betrachtung und Analyse von Oberflächen.

Die Modellreihe VHX verfügt zusätzlich zu den hier vorgestellten Funktionen über eine Vielzahl weiterer Funktionen. Für weitere Produktinformationen klicken Sie bitte auf die unten angezeigte Schaltfläche, um die Broschüre herunterzuladen. Für Anfragen klicken Sie bitte auf die entsprechende Schaltfläche, um KEYENCE zu kontaktieren.