Steckverbinder: Wie gut sind Ihre Kontakte?

Viele Steckverbinder sind für den Massenmarkt und für Anwendungen mit geringer Belastung konzipiert. Ob ihr Einsatz auch unter erhöhten Anforderungen möglich ist, darüber geben erst spezielle Tests Auskunft.

In vielen Fällen können diese nicht vom Zulieferer erbracht werden. Als integriertes Testhaus bietet TechnoLab die Kombination aus Prüfung/Test, Schadensanalytik und der präventiven Inspektion der technischen Systeme an.

Schadgastest

Der Einfluss von Feuchte und korrosiven Gasen wie H2S, SO2, Cl2, NOx und O3 mit ihrer korrosiven Wirkung auf Kontaktwerkstoffe und Konstruktionsteile ist ausfallkritisch. Darüber hinaus werden die Oberflächen hinsichtlich ihrer Benetzungsfähigkeit, Haftfähigkeit und Oberflächenstruktur beeinflusst. Der Schadgastest prüft die Dichtigkeit von galvanischen Aufbauten. Kritisch sind Stellen, an denen der Grundwerkstoff des Kontakts freiliegt oder an denen der Kontaktwerkstoff nicht die geforderte Zusammensetzung aufweist (dünne, beschädigte Schichten).

Sinnvoll sind Vergleich-Tests in verschiedenen Zuständen der Steckverbinder: ungesteckt, zusammengesteckt, mehrfach auseinander- und zusammengesteckt. Der Schadgastest ist auch wichtig zur Bewertung der Verarbeitbarkeit in automatisierten Lötprozessen: Etwaige Störungen durch Schadgase können speziell auf Ni- und Ag- Oberflächen den »First Pass Yield« entscheidend verschlechtern und die Langzeitqualität und somit auch die Zuverlässigkeit negativ beeinflussen.



Feuchte Wärme mit und ohne Betauung sowie Dichtigkeit

Feuchtigkeit in Verbindung mit Temperaturwechsel wirkt je nach Einsatzort mehr oder weniger schnell auf die verschiedenen Komponenten der Steckverbinder ein – manchmal kaum erkennbar, aber oft mit fatalen Folgen. Geprüft werden daher die Dichtigkeit von Gehäusen, die Qualität der Verarbeitung und die Eignung und Komposition der verwendeten Materialien. Die fortschreitende Miniaturisierung der eingesetzten Baugruppen aus Kostengründen führt zu einer Verkleinerung der Isolationsabstände. Dadurch erhöht sich das Risiko, dass Kriechwege entstehen. Die Prüfung »Feuchte Wärme« erfolgt nach IEC 60068-2-30 bzw. IEC 60068-2-56: die Prüfung »Dichtigkeit« nach IEC 60529.

Whisker-Test

Als Whisker bezeichnet man sehr feine Einkristalle mit einem Durchmesser von etwa 0,3 bis 10 μm und einer Länge bis zu mehreren Millimetern. Für Steckverbinder stellen Whisker dann ein Risiko dar, wenn durch Crimpen oder Clinchen das Material mechanisch verformt wird. Problematisch sind das spontane Auftreten auf Oberflächen und das Wachstum über einen längeren Zeitraum. Die Prüfung auf die Widerstandsfähigkeit von Halbzeugen oder kompletten Steckverbindern erfolgt zum Beispiel nach »JESD-22-A121-measuring whisker growth on tin and tin alloys«.

Die Testprozedur umfasst die Lagerungen bei trockener Wärme, feuchter Wärme und Temperaturwechsel. Daneben zählen zur Umweltsimulation Testprozeduren, die auf die Tauglichkeit bei der Verarbeitung der Steckverbinder hinzielen. Dazu gehören beispielsweise die Beständigkeit gegen Lötwärme nach »EIA-JEDEC-22-B-106-C-Resistance to Soldering Temperature« oder die Beständigkeit gegen Solder Wicking nach dem »EIA-364-TP71B-Connector Solder Wicking Test«.

Analytik

In der Analytik können mittels zerstörungsfreier Prüfung und zerstörender Prüfung unter Einsatz von visueller Inspektion, Röntgeninspektion, Metallografie, elektrischer Parametermessung und Elemente-Analyse (REM+ EDX/WDX, SIMS) Schadensmechanismen aufgedeckt und Empfehlungen zur Prävention und zur allgemeinen Zuverlässigkeitsoptimierung gegeben werden.

Eine Sonderstellung nehmen Steckverbinder ein, bei denen neben dem eigentlichen Kontaktsystem die Anbindung an den Schaltungsträger Leiterplatte bewertet werden soll. Diese Verbindung unterliegt höchsten Anforderungen hinsichtlich Höhe des Lotdurchstiegs und der Robustheit der Anbindung zwischen Lotfüllung und Leiterplatte. Für Leiterplatten mit hohen Anforderungen ist das Finish »Chemisch Nickel Gold« (ENIG) eine beliebte Endoberfläche. Sie bietet optimierte Voraussetzungen für langzeitstabile Lötverbindungen. Problematisch ist ENIG dann, wenn es Probleme bei der Abscheidung der Schichten gegeben hat. Nach der Benetzung durch den Lotwerkstoff kann das zu Effekten führen, die unter dem Stichwort »Black Pad« bekannt sind.

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