Federkontakte und Batterieladekontakte für die Leiterplattenbestückung

Federkontakte werden auch Pogo Pin oder SLC (Spring Loaded Contact) genannt. Die Kontaktierung erfolgt durch Antastung mittels eines federunterstützten Stiftes. Vorteil dieser Technik ist eine hohe Funktionssicherheit bei einer sehr hohen Zyklenanzahl. Durch ihren hohen Toleranzbereich eignen Sie sich besonders für die Kontaktierung von unebenen Oberflächen.

Anwendung finden Federkontakte vorwiegend im Bereich der Strom- und Datenübertragung wie z.B.: in Akku-Ladestationen und Batteriefächern von elektronischen Geräten (Docking Station, Smart Phones, Tablet PC und Laptops) oder zur Erdung an Gehäusen.

Der Nennstrom liegt bei 1A bzw. 2A bei den Standardausführungen bzw. bis max. 15A durch spezielles Design. Der Kontaktwiderstand bei < 100mΩ (abhängig vom Design). Höhere Nennströme können wir durch kundenspezifische Entwicklungen gerne realisieren.

Mehrere Federkontaktstifte können zudem in einem Kunststoffgehäuse zu einem Federkontakt-Konnektor zusammengefügt werden. Zusätzlich können auch kundenspezifische Konnektoren in Bezug auf Rastermaß, Pin-Anzahl und Gehäuseabmessungen realisiert werden.

Unterschiedliche Anschlussformen (SMD, THT, Crimpanschluss) erlauben eine Vielzahl von Montagemöglichkeiten auf SMD bestückbaren Leiterplatten. Für die automatisierte Bestückung können fast alle Federkontakte mit einer Bestückungskappe und auf Rolle geliefert werden. So kann die Montagezeit durch Federkontakte signifikant reduziert werden.

Aufbau

---

 

Ein Federkontaktstift besteht aus 3 Teilen: einem Kolben, einer Feder und einer Stifthülse.

 

---

Standard Design Varianten

---

 

Back Drill Design

Bei kleineren Bauweisen wird das sogenannte Back Drill Design angewandt. Um die kundenspezifisch gewünschte Federkraft zu erreichen, ist bei diesem Design die eingesetzte Feder länger als der hohle Kolben.

 

Bias-Design

Um einen 100% Kontakt des Kolbens mit der Stifthülse zu garantieren, wird das Bias-Design eingesetzt. Bei diesem Design wird der Kolben an seinem Ende in einem Winkel von bis zu 18° angeschrägt. Dies reduziert die Signalstörung in Folge von Vibrationen signifikant. Das Bias Design wird bei fast allen Federkontaktstiften ab einer Länge von 3,5mm angewandt.

 

4P Design

Bei hohen Anforderungen an die Stromtragfähigkeit (>3A) und Vibrationsbeständigkeit wird das Bias Design um das 4P-Design ergänzt. Um ein verglühen der Druckfeder durch zu geringe Lateralkräfte bei hohen Strömen auszuschließen, werden beim 4P-Design die bisherigen drei Komponenten (Kolben, Druckfeder und Hülse) um einen Edelstahlball als vierte Komponente ergänzt. Dieser Ball wird zwischen dem Kolben und der Druckfeder integriert. Alternativ zum Edelstahlball kann auch eine Kappe eingesetzt werden.

 

High-Current Design

Bei Hochstrom-Anwendungen ab 5A wird das 4P-Design mit Kappe eingesetzt. Die Hülle des Kolbens wird zusätzlich verstärkt. Zudem dient eine besondere Struktur im Inneren des Federkontaktes zur Erhöhung des Kontaktbereiches. Die Lebensdauer der High-Current Federkontakte liegt bei mind. 10.000 Zyklen.

---

Spezielle Design Varianten

---

 

Screw-Design

Elektronische Geräte werden immer kleiner, schneller und effizienter. Diese Miniaturisierung stellt höchste Anforderungen an die Fertigungstechnik, denn immer mehr Funktionen müssen in die kleinen Geräte integriert werden. Das Federkontaktdesign mit integriertem Schraubgewinde hilft diesen Anforderungen gerecht zu werden. Neben der Funktion als Schraube, können auch Leistungs- und Signalströme übertragen werden. Das Schraubgewinde kann bei allen kundenspezifischen Federkontakten mit einer Kolbenlänge ab 3,5mm integriert werden.

 

Rolling Pin

Während ein regulärer Federkontaktstift für die vertikale Bewegung ausgelegt ist, gibt es ein spezielles Design für die seitliche Bewegung. Durch eine integrierte Kugel in der Pin-Spitze ist eine fortwährende Kontaktierung, auch bei 360° Drehungen, gegeben.

 

---

Beschichtung

---

Standardmäßig sind Kolben und Stifthülse aus Messing, die Feder aus Edelstahl gefertigt. Optional stehen weitere Materialien zur Auswahl, um die Anforderungen spezieller Applikationen zu erfüllen.

• Kolben: Messing (Standard), Berylliumkupfer, Phosphor-Bronze, SK4 – Stahl
• Stifthülse: Messing (Standard), Berylliumkupfer, Phosphor-Bronze
• Feder: Edelstahl
• Steckgehäuse: Polyoxyethylen (Standard), HTN Polyphthalamide, LCP Liquid-crystal polymers, PBT Polybutylene terephthalate, PA10T

Der Federkontaktstift wird mit Gold beschichtet, da es eine exzellente elektrische Leitfähigkeit hat und einen hohen Schutz vor Korrosion und Oxidation bietet. Die Stifthülse und der Kolben werden üblicherweise doppelt beschichtet (zunächst mit Nickel 1-2μm und anschließend mit Gold 0,1-1μm).

Applikationsbedingt sind auch andere Edelmetall-Beschichtungen und auch partielle Beschichtungen einzelner Bauteile möglich:

Beschichtung	Härte (HV)	Funktion (Farbe)
Gold	200	niedriger Widerstand (gold)
Super AP	400	höchste Korrosionsbeständigkeit, geringer elektrischer Widerstand (silber)
Nickel	150 - 200	Korrosionsbeständigkeit / vglw. günstig (silber)
Palladium-Nickel	330 - 380	Verbesserte Signalübertragung (silber)
Messing	600	Alternative zu Nickel (silber)
Palladium Cobalt	450 - 600	Alternative zu Palladium-Nickel (silber)
Palladium Cobalt	600 - 800	Farbanforderung schwarz

 

Super AP Beschichtung

Die Super AP Beschichtung ist extrem widerstandsfähig gegen elektrolytische bzw. galvanische Korrosion, während sie einen sehr geringen Widerstand beibehält. Dadurch eignet sie sich besonders für alle elektrischen Anwendungen. Im Vergleich zu einer Gold Beschichtung ist die Super AP Beschichtung:

• 2 x Widerstandsfähiger gegen Salzwasser
• 5 x Resistenter gegen Transpiration
• 30 x Widerstandsfähiger gegen Elektrolyse
• Nickel-Frei

Vergleich	Teststandard	Gold (50u")	Super AP
Nickelfreisetzung	EN12472:2005 A1:2009	Nickelhaltiger Prozess	Nickelfreier Prozess
Impedanz	EIA-364-23	< 50 mΩ	< 50 mΩ
Salzwasser Resistenz	EIA-362-26	96 HR	168 HR
Transpirations Resistenz	ISO-3160	96 HR	168 HR
Oberflächenhärte	ISO6507-1:2005	200 HV	400 HV
Elektrolyse- Widerstandszeit	1mA, 5V, Pitch=0.60mm	< 1 Min.	60 Min.

Referenz

Im gezeigten Beispiel ist der Stecker für eine Wearable Anwendung mit einer partiellen Super-AP Beschichtung (silber) ausgestattet. Dadurch soll eine Korrosion der elektrischen Kontakte durch Schweiß oder Feuchtigkeit minimiert werden. Der Stecker ist unter der Artikelnummer SVPC-C-P08945MS1-03A250HR und SVPC-C-P08945FL2-03AHR erhältlich. Der Federkontakt-Stecker hat eine Stromstärke von 1A und eine Federkraft von 120g. Die Lebensdauer liegt bei mind. 10.000 Zyklen.

Steckverbinder mit Federkontakten

Mehrere Federkontakte können in einem Kunststoffgehäuse zu einem Steckverbinder zusammengefügt werden. Neben einer Anzahl an Standardlösung, bieten wir Ihnen auch die Fertigung von kundenspezifischen Steckverbindern:

• besonders kleine Steckverbinder
• wasserdichte Lösungen
• magnetische Steckverbinder
• spezielle Lösungen für Hochstrom Anwendungen

Auch die Fertigung kompletter Baugruppen mit Steckverbinder und Kabelkonfektionierung bieten wir kostengünstig an.

Referenzen

 

 

Wasserdichte Steckverbinder mit Federkontakten

“Durch verschiedene Konstruktionen können die Steckverbinder Schutzklassen von IPx7 bis IPx8 erfüllen. Dabei werden die Federkontakte entweder direkt umspritzt oder mit speziellen Dichtungen ergänzt bzw. vergossen.”

Mehrere Federkontakte, auch verschiedener Arbeitshöhen, können in einem Kunststoffgehäuse zu einem kundenspezifischen Steckverbinder zusammengefügt werden. Das Verpressen der einzelnen Kontakte mit dem Kunststoffgehäuse, als gängige Methode, erreicht dabei eine Dichtigkeit von IP54.

Für anspruchsvollere Einbausituationen, in denen Schutzklassen von IPx7 und höher gefordert werden, bieten wir verschiedene Stecker-Konstruktionen an. Zu einem können die Pins mit einer O-Ring Dichtung ergänz werden, zu anderem gibt es die Möglichkeit der direkten Umspritzung mit Kunststoff und / oder dem Versiegeln mit Elastomer-Materialien.

Bei der Umpritzung mit Kunststoff kann der Stecker zudem eine individuelle und passgenaue Form annehmen, sowie Buchsen und Steckvorrichtungen integriert werden. Montagezeit und -kosten können dadurch erheblich verringert werden. Weitere Vorteile von Steckverbindern auf Federkontaktbasis sind ihr kleines Rastermaß, eine hohe Integrationsdichte und lange Lebensdauer. Der hohe Toleranzausgleich von Federkontakten gewährleistet eine weitestgehend stoß- und vibrationsbeständige Verbindung. So werden diese Stecker den stetigen Anforderungen tragbarer Elektronikgeräte an Größe, Gewicht und Robustheit gerecht.

In diesem Zusammenhang besonders interessant, sind Federkontakte mit der Super AP-Beschichtung, die wir als Sonderbeschichtung anbieten. Diese Beschichtung ist extrem widerstandsfähig gegen elektrolytische bzw. galvanische Korrosion, während sie ihren sehr geringen Widerstand beibehält. Im Vergleich zur Standardbeschichtung Gold weist diese Nickel-freie Beschichtung eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Salzwasser, Transpiration und Elektrolyse auf.

Anwendung finden die wasserdichten Stecker besonders bei mobilen Tracking- und Navigationsgeräten im Außenbereich, sowie in Geräten der Medizintechnik und Industrie. Ausschlaggebend für die erreichte Schutzklasse ist immer die Einbausituation. Wir beraten Sie gerne ausführlich zu diesem Thema.

 

Magnetische Steckverbinder

Ein magnetischer Steckern besteht aus Federkontaktstiften und einem magnetischen Verbindungssystem. Die Implementierung eines Magneten sorgt für eine schnelle schock- und vibrationsbeständige, sowie selbstführende Verbindung bzw. einfache Lösung von Stecker und Gerät.

Durch die Federkontakte können nicht nur Ladestrom, sondern auch alle andere Arten von Signalen übertragen werden.

Die Kontaktpunkte werden im Gerät mit der Platine verlötet. Die Kontaktpunkte werden im Gerät mit der Platine verlötet. Vorteil dieser Technik ist die hohe Funktionssicherheit bei einer sehr hohen Zyklenanzahl von mindestens 10.000 Wiederbefestigungen… mehr über magnetische Steckverbinder >>