Für Steckverbindungen, die in anspruchsvollen Umweltbedingungen zum Einsatz kommen, sind mit Gold beschichtete Kontaktoberflächen nach wie vor erste Wahl. In vielen Anwendungsfällen reicht aber auch ein Schichtsystem aus, das mit einem geringeren Goldanteil auskommt.
Hohe Performance geht auch mit weniger Gold
Tatsächlich vereint Gold als einziges Material auf optimale Weise alle Eigenschaften, die die Qualität einer Steckverbindung ausmachen: Gold ist resistent gegenüber Korrosion und hält auch härtesten Umweltbedingungen stand, zeigt auch nach einer Vielzahl von Steckzyklen kaum Materialermüdung und gewährleistet selbst bei Temperaturen von bis zu 150 °C die optimale Übertragung von Strom und Spannung. Als kostengünstigere Alternative bietet sich traditionell und je nach Anwendungsfall eine Beschichtung aus Silber an, die hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit sogar besser als Gold abschneidet. Die dann deutlich höhere Kontaktnormalkraft kann bei der konstruktiven Auslegung des Steckverbinders im Einzelfall allerdings zu unerwünschten Einschränkungen führen. Wer auf Gold nicht verzichten möchte, kann zumindest die Verwendung von Gold auf ein Minimum beschränken: indem beispielsweise Kontakte von Messer- und Federleisten nur punktuell und unmittelbar am Ort des tatsächlichen Strom- und Spannungsübergangs beschichtet werden.
Zu den typischen Beispielen einer Alternative zu Gold zählt unter anderem die Beschichtung von Kontaktoberflächen mit einer Kombination aus 80 Prozent Palladium und 20 Prozent Nickel mit einer dünnen Goldschicht als Kontakt-oberfläche. Diese Schicht wird als Flashgold bezeichnet. Dieser Schichtaufbau bietet gegenüber Gold eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit. Der Goldflash ist notwendig, damit steckkompatible Steckverbinder uneingeschränkt untereinander steckbar sind. Zudem muss die Kontaktnormalkraft bei einer Änderung des Schichtsystems nicht angepasst werden. Was die wesentlichen Eigenschaften eines Steckverbinders angeht (Übergangswiderstand, Spannungsfestigkeit, Strom- belastbarkeit, Eigenerwärmung im Betrieb), stellen PdNi-Kontakt-oberflächen im Ergebnis eine leistungsstarke und kosteneffiziente Alternative zu Produkten mit einer reinen Goldbeschichtung dar.
Eine weitere Alternativbeschichtung zu Gold ist eine Legierung aus Nickel-Phosphor, bei der zusätzlich eine dünne Goldflash-Schicht aufgetragen wird. Die Nickel-Phosphor-Legierung ist besonders hart und duktil und gilt chemisch als edel, was sich an geringen Verschleißeigenschaften und einer hohen Korrosionsbeständigkeit erkennen lässt. Durch den fast vollständigen Verzicht auf Edelmetalle ist diese Legierung sehr kosteneffizient.
In Europa werden seit dem 18. Jahrhundert viele verschiedene Galvanotechniken angewendet. Vorherrschend ist die Einzelteilgalvanik, bei der im Detail zwischen Gestell- und Trommelgalvanik unterschieden wird. Wie der Name verrät, werden bei der Gestellgalvanik die zu beschichtenden Bauteile an Gestellen aufgehängt und eingetaucht. In der Trommelgalvanik werden die Einzelteile in eine Trommel eingesetzt und damit in den Elektrolyten getaucht. Die Trommelgalvanik ist typisch für Schüttgut wie der Boardlock bei Steckverbindern.Bei der Beschichtung von Steckverbindern greifen die Hersteller häufig auf das Verfahren der Bandgalvanik zurück. Dabei werden Bauteile als Endlosband durch eine Galvanikanlage gezogen. Im Vergleich zur Trommel- bzw. Gestellgalvanik herrschen bei der Bandgalvanisierung immer gleiche Prozessbedingungen, sodass eine zuverlässige, gleichmäßige Schichtdicke möglich ist. Im Herstellungsprozess der Bandgalvanik werden Stanzbänder mit den Kontaktrohlingen automatisiert und mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit durch die Galvanisierungsbäder gezogen. Auf Spulen gewickelt und dadurch vor Schäden durch Handling oder Transport geschützt, stehen die beschichteten Kontakte dann sofort für die automatisierte Bestückung der Steckverbindergehäuse zur Verfügung.
Die Auslegung von Leiterplattensteckverbindern basiert regelmäßig auf dem bestmöglichen Kompromiss zwischen technischen und wirtschaftlichen Anforderungen. Auf der technischen Seite müssen Faktoren wie die mechanische Belastbarkeit der Verbindung, die spezifischen Umweltbedingungen im Betrieb und die konkrete Spezifikation der zu erbringenden Übertragungsleistung berücksichtigt werden. Unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit stellt sich die Frage, wie hoch die Qualität des Produktes mit Blick auf den Zweck und die Dauer des Anwendungsfalls wirklich sein muss. Durch fortlaufende Optimierung des Produktionsverfahrens erlaubt eine eigens betriebene Bandgalvanik nicht nur eine hohe Variabilität hinsichtlich der Art der zu verarbeitenden Kontakte; darüber hinaus können damit auf kostengünstige Weise auch individuell spezifisch beschaffene Kontaktoberflächen realisiert werden. Was die Verwendung von Gold angeht, ist es für einen Steckverbinderhersteller mit eigener Inhouse-Galvanik möglich, den Einsatz des wertvollen Edelmetalls bereits auf ein absolutes Minimum zu reduzieren, indem beispielsweise Kontakte von Messer- und Federleisten nur punktuell und unmittelbar am Ort des tatsächlichen Strom- und Spannungsübergangs beschichtet werden.
Darüber hinaus bietet eine eigene Galvanikanlage bei Steckverbinderherstellern den Vorteil, weitere Materialkombinationen, zum Beispiel Nickel, Zinn, Zinn/Blei, Nickel/Phosphor und Palladium zu realisieren. Um ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis und eine hohe Flexibilität bei der Kontaktoberfläche und der zu konfigurierenden Beschichtungen zu ermöglichen, ist zum Beispiel ein Steckverbinderhersteller mit eigener Galvanikanlage empfehlenswert.
An zwei deutschen Standorten führt ept sechs eigene Bandgalvaniklinien und ermöglicht bei geringem Aufwand an Modifikationen die Herstellung von Beschichtungen aus maximal zehn unterschiedlichen Oberflächenkombinationen. Die anwendungsspezifische Konfiguration von Leiterplattensteckverbindern ist nicht auf die Oberfläche begrenzt, sondern umfasst den gesamten Aufbau eines Kontaktes inklusive Grundmaterial und Zwischenschicht.
Basierend auf den jeweiligen technischen und wirtschaftlichen Anforderungen, erlauben eigens entwickelte Prozesse die Herstellung individualisierter Produkte, deren Qualität über fortlaufende Prüfungen in eigenen Laboren nachgewiesen wird. So wird der spezifikationsgemäße Betrieb unter Bedingungen getestet, die über die einschlägigen Normen hinausgehen. Ein Beispiel sind die Anforderungen nach DIN 41612-Steckverbinder (abgelöst durch EN 60603-2) und DIN-41612-Steckverbinder, nach denen die Qualität eines Produktes auch nach 500 (Gütestufe 1) oder 400 (Gütestufe 2) Steckzyklen gewährleistet sein muss.
Zudem erlaubt die Beschichtung auf Inhouse-Galvanik-linien auch einen schonenden Umgang mit den eingesetzten Ressourcen. Dazu zählen neben den Beschichtungsmaterialien insbesondere die im Galvanisierungsprozess notwendigen chemischen Substanzen, die beim Steckverbinderhersteller ept über ein internes System der Abwasserbehandlung umfassend aufbereitet werden. Darüber hinaus wird das Spülwasser zur Reinigung der galvanisierten Kontakte über eine Ionenaustauschanlage in einem Kreislauf geführt, was den Frischwasserbedarf der Anlagen auf ein Minimum reduziert.
Die Nachhaltigkeit der Produktion wird mit einem System aus Projekt- und Prozessmanagement sowie eigenen Kapazitäten zur Entwicklung und Produktion aller erforderlichen Betriebsmittel ermöglicht. Was an Werkzeugen und Maschinen für die Herstellung von Leiterplattensteckverbindern benötigt wird, konstruiert das Unternehmen mit eigenem Personal. Von der Einzelfertigung über die Instandhaltung der Anlagen bis hin zur Elektroplanung werden alle für den laufenden Betrieb nötigen Arbeiten intern geleistet, um die Produktion kontinuierlich zu verbessern und neuesten Erkenntnissen anzupassen. -
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Die Auslegung von Leiterplattensteckverbindern basiert regelmäßig auf dem bestmöglichen Kompromiss zwischen technischen und wirtschaftlichen Anforderungen. Auf der technischen Seite müssen Faktoren wie die mechanische Belastbarkeit der Verbindung, die spezifischen Umweltbedingungen im Betrieb und die konkrete Spezifikation der zu erbringenden Übertragungsleistung berücksichtigt werden. Unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit stellt sich die Frage, wie hoch die Qualität des Produktes mit Blick auf den Zweck und die Dauer des Anwendungsfalls wirklich sein muss.
Graph: Christoph SchnatzProduktvorentwicklung bei ept.
Graph: Bei einigen Anwendungen lässt sich Gold auf ein Minimum reduzieren.
Graph: Im Vergleich zur Trommel- bzw. Gestellgalvanik herrschen bei der Bandgalvanisierung immer gleiche Prozessbedingungen, so-dass eine zuverlässige, gleichmäßige Schichtdicke entsteht.
Graph: Galvanik in Augsburg: Eine eigens betriebene Bandgalvanik erlaubt nicht nur eine hohe Variabilität hinsichtlich der Art der zu verarbeitenden Kontakte. Es können auch spezifisch beschaffene Kontaktoberflächen realisiert werden.
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