Steckverbinder-Wissen Steckverbinder kurz erklärt: Steckzyklen und Oberflächen

Autor / Redakteur: Ute Niemann * / Kristin Rinortner

Steckverbinder werden hinsichtlich ihrer Steckzyklen klassifiziert. Wir zeigen, was damit gemeint ist und welche Eigenschaften durch die Oberflächenbeschichtung bestimmt werden.

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Steckzyklen: Die USB-Steckverbinder der Serie 8320 von W+P mit selektiv vergoldeten Kontakten sind bis zu 10000 Steckzyklen spezifiziert.
Steckzyklen: Die USB-Steckverbinder der Serie 8320 von W+P mit selektiv vergoldeten Kontakten sind bis zu 10000 Steckzyklen spezifiziert.
(Bild: W + P)

Die wesentliche Funktion von Steckverbindern ist der Anschluss eines Kabels an eine Leiterplatte, die Verbindung zweier Kabel oder zweier Leiterplatten. Derartige Verbindungen müssen entsprechend zuverlässig, kompakt und in der Regel lösbar sein.

Diese Trennbarkeit ist der Hauptgrund für die Verwendung von Steckverbindern: Wird beispielsweise ein Standort unabhängiger Einsatz gefordert oder die dezentrale Fertigung mit zentraler Endmontage oder eine Wartung, werden lösbare Steckverbinder mit der gewünschten Anzahl an Steckzyklen applikationsspezifisch ausgewählt.

Was ist der Steckzyklus?

Der Kennwert „Steckzyklus“ beziffert die maximal ausführbaren Steck- und Ziehvorgänge in einem Kontaktsystem, welche von mehreren Einflussfaktoren bestimmt werden: der Kontaktform, dem Kontaktwerkstoff und den Einsatzbedingungen. Idealerweise sollten aus mechanischer Sicht Steck- und Ziehkräfte minimal sein, damit nur ein geringer Materialverschleiß erfolgt. Ist der Verschleiß gravierender, verändern sich die elektrischen Eigenschaften und der Korrosionsschutz.

In einer typischen Kontakt-Architektur ist der Kontakt-Basiswerkstoff meistens eine Kupferlegierung. Darunter befindet sich in der Regel eine sogenannte Nickelsperrschicht, die bei Zinnoberflächen auch die Whiskerbildung minimiert. Darüber ist eine Schicht entweder aus Gold, Zinn, Silber bis hin zu Speziallegierungen wie Palladium-Nickel aufgebracht. Die Top-Beschichtung sichert letztendlich die elektrische Leistungsfähigkeit der Kontakte, mindestens für die geforderte Anzahl von Steckzyklen.

Die verschiedenen Arten der Oberflächenveredlung

Die Beschichtung der Kontakte erfolgt galvanisch oder chemisch. Gold beispielsweise ist bei entsprechender Schichtdicke (ab ca. 0,8 µm) mit geeigneter Kontaktgeometrie sowie Führung für eine sehr hohe Steckzyklenzahl geeignet. Zudem können Steckverbinder mit dieser Goldschichtdicke unter nahezu allen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Die Kontaktoberfläche ist dem Verschleißprozess direkt ausgesetzt. Hier spielt die Härte der Beschichtung eine wesentliche Rolle.

Unterschiedliche Schichten: Flash- und Hartgold

Abhängig von der Anwendung erhalten unterschiedliche Oberflächen Gold-Beschichtungen bis ca. 1,27 µm. Alternativ werden Zinn und Silber verwendet, zu Zeiten von günstigen Palladium-Preisen auch dieses in einer Palladium-Nickel-Legierung.

Flash-Gold weist Schichtdicken im Bereich um 0,1 µm auf. Diese Beschichtung dient ausschließlich dem Korrosionsschutz während der Lagerung oder des Transports der Steckverbinder.

Bei D-Sub-Steckverbindern, modularen Steckverbindern sowie bei Anwendungen, die hohe Steckzyklen in rauer Industrieumgebung garantieren müssen, können die Hartgold-Schichtdicken höher sein, in der Regel bis zu 1,27 µm.

Die Oberflächenveredelung der Kontakte ist letztendlich eine wirtschaftliche Optimierungsaufgabe (Edelmetallkosten gegenüber der wirksamen minimalen Schichtdicke und Beschichtungswerkstoff). Denn die Oberflächenbeschichtung sorgt im Kontaktsystem für eine verlässliche Verbindung während der gesamten Produktlebensdauer.

Diesen Beitrag lesen Sie auch in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 4/2021 (Download PDF)

Die Güteklassen (GK) bei D-Sub-Steckverbindern

Bei D-Sub Steckverbindern werden Steckzyklen üblicherweise in Güteklassen (GK) angegeben. Güteklasse 3 bezeichnet mehr als 50 Steckzyklen, Güteklasse 2 mehr als 200 und Güteklasse 1 mehr als 500 Steckzyklen.

Die beschriebenen Informationen gelten als Überblick und sind möglicherweise bei den verschiedenen Herstellern unterschiedlich.

* Ute Niemann arbeitet im Marketing bei W+P in Bünde.

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