Fischer Elektronik Genormte Steckverbinder - aber welche?

Bild 1. Bei den nach DIN EN 60603-13 standardisierten Steckverbindern ist die Maßhaltigkeit der Verbindungselemente gewährleistet, aber die Hersteller verwenden dabei unterschiedliche Kontaktmaterialien und Kunststoffe für die Isolierkörper.
Bild 1. Bei den nach DIN EN 60603-13 standardisierten Steckverbindern ist die Maßhaltigkeit der Verbindungselemente gewährleistet, aber die Hersteller verwenden dabei unterschiedliche Kontaktmaterialien und Kunststoffe für die Isolierkörper.

Standardsteckverbinder können sich sowohl für größere als auch für kleinere Auftragsmengen lohnen. In jedem Fall muss man als Anwender genau wissen, welche Ausgangsmaterialien der Komponentenhersteller gewählt hat und wie genau diese das eigene Anforderungsprofil auch erfüllen.

Täglich werden in der Elektronikbranche Millionen von elektromechanischen Bauteilen auf unterschiedlichsten Leiterkarten mit diversen Applikationen verbaut. Der größte Anteil dieser Bauteile sind  Standardsteckverbinder, die von den Steckverbinderherstellern nach DIN EN 60603-13 entwickelt und gefertigt werden.

Obgleich es sich dabei um Standardprodukte handelt, werden die erforderlichen Fertigungsprozesse permanent weiterentwickelt; hinzu kommt, dass – aufgrund geltender RoHS-Richtlinien – die Veredelung der Kontaktmaterialien mit bleihaltigem Zinn  massiv eingeschränkt wurde und die Steckverbinderhersteller genötigt waren, neue Veredelungsmaterialien zu erproben. Parallel dazu haben auch die Kunststofflieferanten für die Isolierkörper neue Materialien mit verbesserten Eigenschaften erprobt und auf den Markt gebracht.

Diese Dynamik hinsichtlich neuer Materialien wird weltweit von Herstellern für Leiterkarten-Steckverbinder genutzt, um jene zueinander kompatiblen Stift- und Buchsenleisten (Bild 1) fertigen zu können, die aufgrund der Globalisierung und Internationalisierung von Handelswegen sowie durch Normen im Markt gefordert sind. Trotz alldem – die Stift- und Buchsenleisten der einzelnen Hersteller unterscheiden sich durch die Auswahl der Kontakt-, Veredelungs- und Isolationsmaterialien des Steckverbinders und die damit verbundenen elektrischen und physikalischen Eigenschaften. 

Die geometrischen Abmaße der einzelnen Hersteller, für beispielsweise eine einreihige Stiftleiste im Raster 2,54 mm mit geraden Kontaktstiften, unterscheiden sich meist nur marginal durch die Kontaktlänge und Höhe des Isolierkörpers. Dies ist für die meisten Anwendungen aber kein großer Nachteil, da die Buchsenleisten meist einen größeren Kontaktbereich – und nicht nur eine winzige Kontaktstelle – aufweisen, in der die gewünschte Kontakt­haltekraft auch gewährleistet ist.

Die Kunst der Materialauswahl

Bei der Auswahl der einzelnen Komponenten eines Leiterkartensteckverbinders kommt es bei den Herstellern auf Erfahrung und »Know-how« an. Durch jahrelange Erfahrung in der Verarbeitung von Kunststoffen können hochtemperaturbeständige Materialien wie Polyester, Polyamid und LCP-Kunststoff problemlos verarbeitet und als Isolierkörper für Stift- und Buchsenleisten in den verbreitetsten Rastermaßen gespritzt werden. Gerade bei den kleineren Rastern – 2 mm und 1,27 mm – werden an den Werkzeugmechaniker sehr hohe Anforderungen gestellt, damit sich mit den Stanz- bzw. Spritzgieß-Werkzeugen die filigranen Stift- und Buchsenleisten auch präzise genug fertigen lassen. 

Die einzelnen Kunststoffe, mit ihren unterschiedlichen Fließ- und Verarbeitungseigenschaften, werden vom Hersteller nach Kriterien wie verwendete Lötprozesse und Geometrie des Isolierkörpers ausgewählt. Beispielsweise ist Polybutylenterephthalat (PBT) als Kunststoff relativ preisgünstig und gut zu verarbeiten, jedoch liegt der Schmelzpunkt von PBT ohne weitere Zusatzstoffe bei 220 °C. Dieser Grenzwert wird beim Reflow-Löten mit etwa 260 °C eindeutig überschritten. Im Vergleich zu PBT sind die meisten Polyamide, z.B. PA 4.6, für eine kurzzeitig höhere Schmelztemperatur ausgelegt und somit für den Reflow-Lötprozess geeignet.  

Doch nicht nur bei den Kunststoffen muss die Materialauswahl stimmen – auch die Kontakt- und Veredelungsmaterialien müssen sorgsam ausgewählt und aufeinander abgestimmt werden. Da bei den meisten Leiterkartensteckverbindern, sowohl bei den Stiftleisten als auch bei den Buchsenleisten,  Kupfer­legierungen als Basismaterial verwendet werden, muss bei der Veredelung besonders auf die Nickel-Sperrschicht geachtet werden.

Um das Hineindiffundieren von der Goldschicht in die Kupferlegierung und eine ungewünschte Korrosion auf der Goldschicht zu vehindern, muss das Kontaktmaterial vollkommen mit einer 1,3 bis 3 µm dicken Nickelschicht überzogen sein. Doch nicht nur bei Gold als Veredelung – auch dann, wenn die Steckkontakte verzinnt oder versilbert werden, muss die Nickelsperrschicht vorhanden sein (Bild 2).