Hochfrequenz-integrierte Multi-Hybrid-Steckverbindersysteme  

Auf der 14. Internationalen Konferenz für Automotive Wire Harness & EDS in Ludwigsburg präsentiert MD ELEKTRONIK gemeinsam mit Bosch unter dem Titel „High-Frequency-Integrated Multi-Hybrid Connector Systems for Future E/E Architectures“ gemeinsam entwickelte Multi-Hybrid-Steckverbindersysteme, die bereits die anspruchsvollen OEM-Spezifikationen für den Einsatz in Automobilanwendungen erfüllen. Den Vortrag hielten Martin Hager, Director Center of Competence Mechanical Engineering (ME/ECO-ME) bei Bosch Mobility Electronics, und Helmut Pritz, Manager Technical Product Management (Optical Transmission, Multi Hybrid Connectors) bei MD ELEKTRONIK.

Kooperation zwischen Bosch und MD ELEKTRONIK 

Die Zusammenarbeit der beiden Unternehmen konzentriert sich auf zwei Kernlösungen: Microflex und Moduflex.

Diese Systeme ermöglichen eine flexible Modularisierung zukünftiger Bordnetze und vereinfachen das Entflechten sowohl auf der Kabelsatz- als auch auf der ECU-Seite. MD ELEKTRONIK entwickelt und baut dabei die HF-Kontakttechnologien, wie zum Beispiel Shielded Twisted Pair oder Mini Koax, speziell für die PCB-Schnittstelle nach den entsprechenden Anforderungen.

Die wichtigsten Treiber zukünftiger E/E-Architekturen

Software Defined Vehicle (SDV) Zentralisierung von Softwarefunktionen Trennung von Hardware- und Softwareentwicklung OTA-Updates und neue digitale Dienste	Steigende Datenraten Multi-Gigabit-Ethernet Sensorfusion für autonomes Fahren Echtzeitkommunikation Hochauflösende Kameras	Neue Bordnetz-Anforderungen Höhere Pin-Dichten Weniger Bauraum EMV-Optimierung Automatisierbare Fertigung Skalierbarkeit und Modularität Entmaschung
Safety & Security Erfüllung unterschiedlicher ASIL-Level	Fertigbarkeit und Prozessrobustheit Zuverlässigkeit im Feld von entscheidender Bedeutung Re-use bestehender Fertigungsprozesse (Stitching)	Varianten- und Kostenmanagement Flexibilität durch standardisierte Steckverbindungen und Modulgrößen Sicherstellung einer Hochvolumenversorgung

Modularisierung und HF-Integration bei Steckverbinder-Systemen

Die verbreitetsten Steckverbinder im Automobilbereich stammen häufig aus einer Zeit, in der Datenraten und Bordnetzkonzepte deutlich geringere Anforderungen stellten. Besonders komplex ist die Integration von Hochfrequenzkontakten direkt in modulare Stecksysteme. Genau hier setzt die gemeinsame Entwicklung von Bosch und MD ELEKTRONIK an. Die Zusammenarbeit konzentriert sich bei beiden Lösungsansätzen auf die Weiterentwicklung von Steckverbinder-Systemen hin zu Modularisierung und HF-Integration.

1. Steckverbinder für HF-Anwendungen (Katalogware)
2. Integrierter Multipin-Steckverbinder mit HF-Kontakten (verschiedene Schirmungsoptionen)
3. Vollständig integrierter Multipin-Steckverbinder mit HF-Kontakten, Schirmung getrennt (exemplarisch)
4. Vollständig integrierter modularer Steckverbinder mit HF-Kontakten (Schirmung getrennt)

Technische Treiber und Herausforderungen für optimierte Multi-Hybrid-Steckverbinder-Systeme ergeben sich vor allem aus den steigenden Anforderungen moderner E/E-Architekturen. Die zunehmende Anzahl an Funktionen, Sensoren und Datenkanälen erfordert eine hohe Packungsdichte auf begrenztem Bauraum. Gleichzeitig macht die Kombination aus Low-Speed- und High-Speed-Kontakten eine gezielte Pin-Optimierung notwendig, um Energieversorgung und Hochfrequenz-Datenübertragung zuverlässig in einem System zu vereinen. Auch optimierte Montage- und Verbindungstechnologien für die Integration in zentrale ECUs gewinnen an Bedeutung, da Steuergeräte immer kompakter werden. Eine einfache Leiterplattenmontage sowie weniger Steckvorgänge helfen dabei, Fertigungszeiten und potenzielle Fehlerquellen zu reduzieren. Zusätzlich müssen die Steckkräfte verringert werden, um die Montage zu erleichtern und Beschädigungen zu vermeiden. Insgesamt stehen geringere Komplexität, höhere Zuverlässigkeit und eine vollautomatisierte, prozesssichere Serienfertigung im Fokus.

Microflex & Moduflex: Lösungskonzepte für Multi-Hybrid-Steckverbindersysteme

Mit Microflex und Moduflex haben Bosch und MD ELEKTRONIK gemeinsam zwei Lösungskonzepte für moderne Multi-Hybrid-Steckverbindersysteme umgesetzt. Während die erste Lösung auf Multipin-Header mit integrierten HF-Steckverbindern auf Basis modernster Löttechnologie setzt, basiert das zweitgenannte System auf vollständig integrierten modularen Pin-Headern mit HF-Kontakten auf Press-Fit-Technologie. Beide Ansätze verwenden getrennte Schirmungen, die es in EMV-kritischen Bereichen (z.B. bei Potenzialunterschieden oder unterschiedlichen Strömen für Kameras) ermöglichen, eine leistungsfähige und skalierbare Integration von Hochfrequenz- und Signalübertragung in modernen Bordnetzarchitekturen zu realisieren.

Um die hohen Anforderungen an Datenraten, Packungsdichte und Signalqualität zu erfüllen, waren gezielte Verbesserungen auf Systemebene notwendig. Optimierungen bei Press-Fit-Technologie, Toleranzmanagement, Schirmoptimierung und Fixierungselementen verbessern Rückfluss-, Schirm- und Kopplungsdämpfung. Gleichzeitig ermöglicht ein präzise abgestimmtes Gesamtdesign die exakte Positionierung von Pins und Leiterplattenbohrungen sowie die Integration einer hohen Anzahl an HF-Modulen im verfügbaren Bauraum. Ergänzt wird dies durch optimiertes Layout-Routing und erweiterte Kodierungsmöglichkeiten für die flexible Integration unterschiedlicher Kabelmodule und Varianten.

Testergebnisse

Die durchgeführten Hochfrequenz- und Mechanik Tests bestätigten die Leistungsfähigkeit der entwickelten Multi-Hybrid-Steckverbindersysteme Microflex und Moduflex auf Einzelkomponentenebene gemäß relevanter IEEE-, OPEN-Alliance- und USCAR-Standards.

Hochfrequenztests

Differentielle Steckverbinder

Rückflussdämpfung Open Alliance TC910GBASET1

• IEEE 802.3ch (2,5 GHz, 5 Gbit/s / 4 GHz, 10 Gbit/s)
• IEEE 802.3cy (9 GHz / 25 Gbit/s)

Schirmdämpfung Open Alliance TC9 10GBASE-T-1

• LogMag(s21) > −50dB (0-25 Gbit/s)

Mini Koax Steckverbinder

Rückflussdämpfung USCAR-49 Rev1 2024-10

• FDPIII (2,4 GHz / ~3,4 Gbit/s)
• GMSL3 (3,5 GHz / ~12 Gbit/s)
• FDPIV (4,25 GHz / ~6 Gbit/s)

Schirmdämpfung USCAR-49 Rev1 2024-10

• LogMag(s21) > −60dB (0-9GHz)

Mechanische Tests

Mechanische Testergebnisse erfüllen typische Anforderungen an Bordnetz-Steckverbinder gemäß USCAR2

Steck- / Ziehkraft des Steckverbinders

• Gesamtes Steckverbindersystem: < 75 N erfüllt

Kontakteinsteckkraft

• Mini Koax-Komponente: < 12 N erfüllt

Kontakt-Haltekraft

• Differenzielle Komponente: > 110 N erfüllt

Betätigungskraft der Sekundärverriegelung

• Differenzielle Komponente: < 30 N erfüllt

Zusammenfassung der Vorteile von Multi-Hybrid-Steckverbindersystemen

Die vorgestellten Multi-Hybrid-Steckverbindersysteme erfüllen zentrale Anforderungen zukünftiger E/E-Architekturen und bilden die Grundlage für leistungsfähigere, flexiblere und effizientere Fahrzeugplattformen. Gleichzeitig unterstützen sie eine stärkere Vereinheitlichung von Schnittstellen und Prozessen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von der Steuergeräteintegration bis zur Bordnetzmontage.