Welche Beschichtungsoption ist die beste für meinen Stecker?
Gold-, Zinn- oder selektive Beschichtung
Autor: Danny Boesing @Samtec, Übersetzt aus dem Englischen
Die Wahl der richtigen Beschichtung ist entscheidend für den Erfolg eines Steckverbindersystems. Die Beschichtung wirkt sich auf die Leistung, den Lebenszyklus, die Qualität und die Kosten des Steckverbinders aus.
Beginnen wir also mit den Kosten eines Steckverbinders. Diese bestehen aus dem Kunststoffgehäuse, den Stiften, der Beschichtung der Stifte, dem Arbeitsaufwand für den Zusammenbau und der Verpackung. Bei den meisten Steckverbindern sind die Stifte und deren Beschichtung die grössten Kostenfaktoren.
Bei den Produkten mit Mikroabstand und hoher Dichte machen z.B. die Stifte und deren Beschichtung etwa 25-30% der Gesamtkosten aus. Bei einer einfachen 2.54mm Klemmleiste mit Mittellinie ("Header") können die Kosten jedoch 60-70% der Gesamtkosten ausmachen.
Das liegt an der relativen Grösse des Kunststoffgehäuses eines Miniatur-Steckverbinders. Ein "Mold-to-Position" Mikrominiatur-Steckverbinder ist meist grösser, als das Gehäuse eines einfachen Steckverbinders, der nach dem Prinzip "Cut-to-Position" arbeitet. Und natürlich kosten die Stifte mehr, wenn eine Goldbeschichtung aufgetragen wird.
Samtec kann natürlich nicht für alle Steckverbinder-Hersteller sprechen, wenn es um die Kosten geht. Die meisten Beispiele, die hier angeführt werden, beziehen sich auf Samtec-Verbindungen. Es ist aber davon auszugehen, dass die Grundsätze auch für andere Steckverbinder-Hersteller gelten.
Was wird empfohlen?
Konstrukteure fragen häufig, welche Beschichtung empfohlen wird. Es gibt zahlreiche Überlegungen, die zu berücksichtigen sind. Daraus ergibt sich eine Vielfalt der Beschichtungsoptionen wie z.B. bei der TSW-Serie oder anderen Basissteckverbindern. Die beste Beschichtung ist jedoch die, die Ihre Systemanforderungen zu den niedrigsten Kosten erfüllt. Mit anderen Worten: "Stellen Sie sicher, dass es funktioniert und Ihren Qualitätsanforderungen entspricht, aber übertreiben Sie es nicht mit der Beschichtung."
Goldbeschichtung
Gold wird im Allgemeinen für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit, niedriger Spannung oder niedrigem Strom eingesetzt. Daher wird die Goldbeschichtung für Anwendungen mit hoher Beanspruchung verwendet, da es robust ist und über hervorragende Verschleisseigenschaften verfügt (hier ein Beispiel für einen Steckverbinder mit hoher Beanspruchung die SFM-Serie).
Das von Samtec verwendete Gold ist mit Kobalt legiert, dadurch wird die Härte erhöht. Eine solche Beschichtung wird gerne in rauen Umgebungen eingesetzt, da sie frei von Oxiden bleibt, die einen erhöhten Kontaktwiderstand verursachen könnten. Gold ist ein Edelmetall und es reagiert kaum auf seine Umgebung.
Zinnbeschichtung
Zinn ist eine kostengünstigere Alternative zu Gold und lässt sich hervorragend löten. Im Gegensatz zu Gold ist Zinn kein Edelmetall. Die Zinnbeschichtung beginnt zu oxidieren, sobald sie der Luft ausgesetzt wird. Ein verzinntes Kontaktsystem erfordert daher grössere Normalkräfte und eine grössere Kontaktfläche, um diese Oxidschicht zu durchbrechen. Sehen Sie sich dazu das kurze Video unten an.
Unter dem Strich ist Zinn besser für Anwendungen mit weniger Zyklen geeignet, weil zusätzliche Kräfte auf den Kontakt einwirken und weil es einfach ein weicheres Metall ist. (Der Steckverbinder im Video oben ist die SSW-Serie).
Normalkraft
Der Unterschied zwischen Gold und Zinn liegt in der Normalkraft. Gold erfordert im Vergleich zu Zinn eine viel geringere Normalkraft. Bei Steckverbindern mit kleinem Rastermass fehlt der Platz für einen relativ grossen, dicken Kontaktbalken mit hoher Durchbiegung. Dieser ist erforderlich, um bei den verzinnten Kontakten die erforderliche Normalkraft zu erzeugen.
Aufgrund der physikalischen Grössenbeschränkungen von Mikrominiatur-Steckverbindern ist Gold oft die einzige verfügbare Wahl. Mit anderen Worten: "Samtec würde Zinn verwenden, wenn sie könnten." Zinn wird im Kontaktbereich des Steckers verwendet, wo die richtige Normalkraft erzeugt werden kann und die Umgebung unbedenklich ist. Denn wenn die Zinnbeschichtung oxidiert ist braucht eine höhere Normalkraft und einen grösseren Wischkontakt, um die inhärente Oxidationsschicht zu durchbrechen. Sehen Sie sich dazu das kurze Video oben an.
Selektive Gold + Zinn Beschichtung Option
Die selektive Gold-Zinn-Beschichtung ist die beliebteste Beschichtungsoption von Samtec, weil sie Entwicklern das Beste aus beiden Welten bietet. Der Kontaktbereich ist der kritische Bereich, in diesem ist der Kontakt mit dem Anschlussstift verbunden und das Signal wird übertragen, genau dort bietet Gold die notwendige Zuverlässigkeit. Das Ende, welches mit der Leiterplatte verlötet wird, hat eine Zinnbeschichtung. Diese generiert weniger Kosten und ist zudem noch besser lötbar.
Zinn-Blei, Gold-Flashed Palladium-Nickel
Natürlich gibt es für bestimmte Anwendungen auch andere Beschichtungsmöglichkeiten. Zwei gängige Beispiele sind die Zinn-Blei-Beschichtung und Gold-Flashed Palladium-Nickel. Zinn-Blei wird in militärischen Anwendungen eingesetzt und hat den Vorteil, dass die eutektische Temperatur niedrig ist und das Vorhandensein von Blei die Bildung von Zinn-Whiskern verhindert. Gold-Flashed Palladium-Nickel wird für Anwendungen mit extrem hohen Zyklen verwendet. Für die meisten typischen Anwendungen reichen jedoch Gold, Zinn oder selektive Beschichtungen völlig aus.
Kurze Zusammenfassung
Gold wird für Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit, hohen Zyklen und niedriger Spannung verwendet.
Zinn wird für Anwendungen mit weniger Zyklen verwendet, ist kostengünstiger und ist besser lötbar.
Selektive Beschichtung mit Gold im Kontaktbereich und Zinn am Ende ist normalerweise die beste Option.
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