uwe electronic bietet eine große Anzahl verschiedener gefederter Kontaktstifte an, welche sich durch ihre besondere Qualität auszeichnen. Die Vielfalt ermöglich es dem Nutzer für jede Applikation die perfekte Prüfnadel zu finden.
Um Ihnen die Auswahl des richtigen Federkontaktstiftes zu erleichtern, finden Sie die Informationen zu den unten stehenden Themen:
Allgemeine Informationen zu Federkontaktstiften
- Lebensdauer / Reinigung
- Strombelastbarkeit
- Temperatureinsatzbereich
- Treffgenauigkeit und Taumelstellung
Der Aufbau eines Federkontaktstiftes
- Mantel
- Feder
- Kolben
- Federkraft
- Empfohlener Arbeitshub und maximaler Hub
Arten von Federkontaktstiften
Hülsen für Federkontaktstifte
Materialien für Federkontaktstifte
Auswahl der optimalen Kopfform
Übersicht Kopfformen
Sollten Sie weitere Informationen oder Unterstützung benötigen, bitte zögern Sie nicht uns zu kontaktieren.
Allgemeine Information zu Federkontaktstiften
Federkontaktstifte, häufig auch als gefederte Kontaktstifte bezeichnet, werden hauptsächlich in der Prüftechnik eingesetzt. Die gefederten Kontaktstifte stellen hierbei die elektromechanische Verbindung zwischen dem Testsystem und dem Prüfling beispielweise der Baugruppe her.
Die gefederten Kontaktstifte sind hierfür ein Einsteckhülsen montiert, welche in einem Testadapter eingearbeitet werden. Durch das Steckhülsensystem lassen sich die Kontakte schnell wechseln, ohne die Verdrahtung erneuern zu müssen. Gefederte Kontaktstifte sind langlebige Bauteile, die mehrere hunderttausende Kontaktzyklen bei stabilem Übergangswiderstand durchführen können. Diese Langlebigkeit hat dazu geführt, dass gefederte Kontaktstifte in der Prüftechnik von Leiterplatten quasi konkurrenzlos sind.
Die wichtigsten Vorteile auf einen Blick:
- Langlebigkeit
- Konstanter Übergangswiderstand
- Leichte Auswechselbarkeit
- Einfache Montage im Prüfadapter durch Hülsensystem
- Hohe Treffergenauigkeit
- Übertragung hoher Ströme und Frequenzen sind möglich
Lebensdauer / Reinigung
Eine allgemeine Angabe zur Standzeit der Kontakte ist relativ schwierig. Wir haben Kunden die mit dem Kontakt bis zu 200.000 Kontaktzyklen im Prüfbereich erzielen. Es gibt allerdings auch Kunden die diese Kontakte bereits nach wenigen 10.000 Zyklen bereits reinigen bzw. ersetzen. Vor allem die mechanische Belastung der Kontakte (Vibration, schnelle Taktzeiten, schnelles Anfahren des Prüflings), die thermische Belastung (durch hohe Ströme oder Klimakammer) und die Verschmutzung / Abnutzung des Kontaktkopfs sind die wesentlichen Einflussgrößen auf die Standzeit des Kontakts.
Normalerweise raten wir dazu das First-Pass-Yield (also die Gut-Test-Quote bzw. Erstausbeute) Ihrer Produktion zu überwachen. Diese sollte (bei gleichbleibender Produktionsqualität) relativ lange gleich hoch bleiben (z.B. 98% gute Teile in der Prüfung). Sollte diese Quote mit längeren Einsatzdauer der Kontakte sinken (ohne, dass die Produktqualität sich verändert hat), so bedeutet dies, dass die Kontakte für die schlechteren Ergebnisse wahrscheinlich verantwortlich sind. Viele Kunden definieren dann einen Wert, auf den das Yield sinken darf (z.B. 96%).
Wenn dieser Wert unterschritten wird, dann werden die Kontakte gereinigt oder ausgetauscht. Eine Reinigung macht vor allem dann Sinn, wenn die Kontakte durch Lot, Abrieb oder Schmutz stark belastet sind.
Eine Reinigung kann das Yield, wieder nach oben bringen allerdings hält der Effekt aber meist nicht mehr so lange wie bei der Erstinstallation an. Wenn man zum Beispiel eine Unterschreitung des gewünschten Yield bei 50.000 Kontakten erhält und dann die Kontakte reinigt, so wird das Yield zum Beispiel nochmal für weitere 15.000 Kontaktzyklen wieder gut sein. Eine weitere Reinigung würde dann vielleicht nur noch zusätzliche 10.000 Zyklen erbringen etc. Irgendwann ist der Aufwand für Wartung und Reinigung größer als der Neukauf der Bauteile, dann ist es sinnvoll die Kontakte zu wechseln.
Strombelastbarkeit
Bei Standard Federkontaktstiften hängt der übertragene Dauernennstrom von der Größe der Bauteile, der verwendeten Federkraft sowie von dem verwendeten Kolbenmaterial ab. Kolben aus Messing oder Beryllium-Kupfer übertragen beispielweise höhere Ströme als Kolben aus Stahl. Die zulässigen Nennströme finden Sie jeweils auf der Produktseite und im Datenblatt. Diese gelten bei Raumtemperatur und für Gleichstrom ab der angegebenen Federkraft bei Arbeitshub.
Temperatureinsatzbereich
Kontaktstifte von uwe electronic sind problemlos von -40 °C bis +80 °C einsetzbar.
Es existieren auch bereits zahlreiche Lösungen für niedrigere oder höhere Temperatureinsatzbereiche im Bereich von -100 °C bis +200 °C. Hierfür werden hochlegierte Edelstahlfedern, welche sich nachteilig auf den Durchgangswiderstand und die Konstanz des Widerstands auswirkt verwendet. Starke Temperaturschwankungen und abweichende Temperaturen vom Normalbereich führen auch bei diesen Lösungen zu einer reduzierten Lebenserwartung.
Treffgenauigkeit und Taumelstellung
Die Treffgenauigkeit eines Federkontaktstiftes hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, beispielsweise von der Art der Kolbenführung. Die Hülsen und deren Montage sind Faktoren von außerhalb welche auch nicht zu vernachlässigen sind. Bei sehr feinen Stiften empfiehlt es sich mit einer Führungsplatte zu arbeiten um die Treffgenauigkeit zu optimieren.
Zwischen Kolben und Mantel besteht bei einem montieren Federkontaktstift ein Führungsspiel. Ein gewissen Spiel zwischen Kolben und Mantel ist notwendig und daher nicht negativ zu bewerten. Bei idealer Gestaltung wird dadurch für einen geringeren Verschleiß und für eine Reduzierung von schädlichen Querkräften gesorgt.
Der entscheidende Faktor für die Treffgenauigkeit des Stiftes ist die Taumelstellung der Prüfspitze zum Zeitpunkt der Kontaktierung. Beim anschließenden Hub ist es von Vorteil, wenn ein erhöhtes Taumelspiel besteht, welches dann beim Eintauchen des Kolbens in die Stifthülse den Abrieb reduziert und somit wiederum die Lebensdauer erhöht.
Der Aufbau eines Federkontaktstiftes
Ein Federkontaktstift besteht bis auf einige besondere Bauformen aus drei Bauteilen:
- Mantel (auch Stifthülse, Gehäuse oder Führungsröhrchen genannt)
- Feder
- Kolben
Diese drei Bauteile (Mantel, Feder und Kolben) werden dediziert miteinander verbaut, sodass diese fest miteinander verbunden sind. Jedoch kann der Kolben weiterhin in der Längsrichtung einen vorher definierten Federweg frei ausführen. Beim Zusammenbauen der diversen Einzelteile erfolgte eine Vorspannung der Druckfeder, dadurch verfügt der Federkontakt bereits über eine bestimmte Anfangskraft in der Nullstellung. Der Federkontaktstift wird normalerweise auf die bestehende Konstruktion des Prüfadapters abgestimmt, in den dieser eingebaut werden soll. Ein gefederter Kontaktstift hat seinen Tast-Kopf vorne an seiner Spitze, dieser kann stark in der Form und der Größe variieren. Abhängig von den Anforderungen der Anwender hat sich in diesem Bereich eine große Vielfalt an unterschiedlichen Bauformen und Varianten entwickelt.
Mantel
Der Mantel nimmt den Kolben und die Feder auf. Über sie fließt das Messignal zur Kontaktsteckhülse. Alle Mäntel sind im allgemeinen mit Silber oder Gold beschichtet. Eine kleine Öffnung an der Unterseite ermöglicht die gründliche Reinigung in der Fertigung und sorgt für eine durchgehende Benetzung beim Beschichtungsprozess.
Feder
Die Feder sorgt als aktives Bauteil für die erforderliche Kontaktkraft, auch noch nach einigen hunderttausend Kontaktierungen. Die Federn bestehen aus versilberten bzw. vergoldetem Federstahl, aus rostfreiem Stahl oder in Sonderfällen aus nichtmagnetischem Kupfer-Beryllium. Federn aus Federstahl können bis zu einer Arbeitstemperatur von +80°C und Federn aus rostfreiem Stahl und CuBe (Kupfer-Beryllium) können bis zu +200°C eingesetzt werden.
Kolben
Der Kolben mit der Tastzone in den verschiedenen Formen ist das von außen sichtbare Hauptelement. Als Grundmaterial kommen Kupfer-Beryllium oder Stahl zum Einsatz. Die Kolben werden mit höchster Sorgfalt gedreht, um eine hohe Geradheit und eine gleitfähige Oberfläche zu erreichen.
Federkraft
Die Federkraft sollte immer so gewählt werden, dass eine sichere Kontaktierung und eine gute Durchdringung von Verunreinigungen auf der Kontaktfläche gewährleistet ist, ohne jedoch Beschädigungen zu verursachen.
Wie stark die Kontaktstelle penetriert wird, entscheidet die Kontaktfläche der Kopfform bei gleicher Federkraft. Die Summe der Federkräfte aller verwendeten Kontaktstifte ist bei Prüfadaptionen, speziell bei Vakuumadaptern zu berücksichtigen um ein störungsfreies Schleißen und Kontaktieren zu gewährleisten. Die Toleranz von ±20% der Federkraft aufgrund von Abweichungen des Feder Grundmaterials und der Fertigungstoleranzen ist zu beachten.
Empfohlener Arbeitshub und maximaler Hub
Neben der Betrachtung der Einbauhöhe und der Festlegung der Kopfform, muss bei der Auswahl des Federkontaktstiftes auch die Hubverhältnisse betrachtet werden. Die Federkraft eines Kontaktstiftes steigt proportional zum Federweg. Beim fertig montierten Federkontaktstift ist die Feder meist um einen definierten Weg komprimiert. Im Ruhestand ist der Kolben ausgefahren, wobei in der Regel die Montagerollierung als Anschlag gilt. Der Kontaktstift erreicht die Nennfederkraft beim empfohlenen Arbeitshub, welche je nach Bauteil zwischen 66 und 80% des maximalen Hubs liegt.
Materialien für Federkontaktstifte
Die Auswahl des Grundmaterials für die Einzelkomponenten (Mantel, Feder und Kolben) ist abhängig von der Anforderung an das Einzelteil. Es spielen wirtschaftliche Aspekte eine Rolle sowie auch Verarbeitungseigenschaften neben der technischen Eignung des Materials.
Bronze
wird vor allem für Kontaktsteckhülsen und Stifthülsen verwenden. Bronze weist eine Kombination von Verschleißfestigkeit, Kaltumformbarkeit und guter elektrischer Leitfähigkeit auf.
Kupfer-Beryllium
stellt eine Kombination zwischen Messing und Stahl her. Es vereint hohe elektrische Leitfähigkeit mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Es findet besonders Anwendung als Kolbenmaterial im Standard- und Hochstrombereich.
Messing
ist sehr gut leitfähig, verschleißfest und vielfältig verarbeitet. Durch den hohen Kupferanteil wird es zum idealen elektrischen Leiter aber Messing ist jedoch zu weich für aggressive Kopfformen.
Neusilber
zeichnet sich durch sehr gute Bearbeitungsbarkeit und hohe Zugfestigkeit aus, was ideal für Langzeitverhalten bei Kontaktstiften ist. Neusilber wird vor allem für Kontaktsteckhülsen und Stifthülsen verwendet.
Arten von Federkontaktstiften
Wir bieten eine große Anzahl verschiedener gefederter Kontaktstifte an, welche sich durch ihre besondere Qualität auszeichnen. Die Vielfalt ermöglicht es dem Nutzer für jede Applikation die perfekte Prüfnadel zu finden. Hier ein Überblick über die wichtigsten Typen:
Batteriekontakte
Die Batteriekontakte finden hauptsächlich Anwendung in der Übertragung von Batterieladeströmen aber auch bei der Übertragung von Signalen. Der große Vorteil einer Schnittstelle ist, dass hohe Ströme übertragen werden können und diese über eine sehr lange mechanische Lebensdauer von mehreren hunderttausend Kontaktzyklen verfügen. Die verschiedenen Anschlussarten wie SMD (Surface Mount Technolog), THT (Through Hole Technology) aber auch Crimpanschlüsse ermöglichen eine sehr breite Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion einer Batterieladeverbindung.
Hochfrequenzstifte
Bei der Prüfanwendung wie beispielweise bei der Kontaktierung von HF-Steckern werden Signale mit hohen Frequenzen übertragen. Für solche Signale werden HF-Koaxialstifte verwendet, bei denen der Innenleiter das Signal überträgt und der Außenleiter als Schirmung dient.
Hochstromstifte
Durch ihr einzigartiges Bias-Ball-Design sind unsere Hochstrom-Federkontaktstifte ideal geeignet, um maximale Ströme bei minimalen Übergangswiderständen zu übertragen. Hochstromstifte haben wir in verschiedenen Ausführungen in unserem Produktportfolio.
ICT/FCT-Stifte für Prüfadapter
Beim ICT (In-Circuit Test) werden alle einzelne Bauteile einer Baugruppe vermessen. Der FCT (Funktionstest) überprüft die vorgesehene 100% Funktion einer Baugruppe. Es werden hierfür vor allem Standard ICT/FCT-Stifte in den Rastermaßen 50, 75 und 100 mil verwendet.
Besonders hervorzuheben ist hier das revolutionäre Design der Titanium Pro ICT-Serie, die speziell für den In-Circuit Testbereich entwickelt wurde. Dieser Federkontaktstift mit der höchsten Treffergenauigkeit seiner Klasse wurde von Experten mit dem „Best in Test Award“ für Produktinnovation im Testbereich ausgezeichnet und ist natürlich in unserer Produktpalette enthalten.
Kelvinstifte
Das Kelvin Messprinzip: Für die Messung von niederohmigen Widerständen werden möglichst nah am Widerstand Testpunkte benötigt, an denen Strom eingespeist und Spannung abgegriffen werden kann.
Schaltstifte
Schaltstifte eigenen sich für sehr vielfältige Anwendungen. Diese werden beispielweise zur Anwesenheitsprüfung von Bauteilen verwendet sowie auch als Signalgeber zur Prozessteuerung. Schaltstifte sind in unterschiedlichen Varianten erhältlich.
Schnittstellenstifte
Im allgemeinen befindet sich eine Schnittstelle zwischen Prüfadapter und Testsystem, über die alle Signale vom Prüfadapter ins Testsystem übertragen werden Wir bieten Ihnen Schnittstellenstifte für die gängigen Schnittstellen-Systeme sowie starre Schnittstellenpins, die als Gegenkontakte für alle gängigen gefederten Kontaktsysteme eingesetzt werden können.
Schraubstifte
Einschraubbare Kontaktstifte werden vor allem bei Kabelbaum- und Steckertest mit Gewinde verwendet. Es werden hohe Anforderungen an Kabelbäumen sowie an die verbundenen Steckverbinder gesetzt um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Es können verschiedene Tests wie beispielweise ein Verbindungstest durchgeführt werden bevor ein Kabelbaum verbaut wird.
Verraststifte
Bei der sogenannten Verrastprüfung beim Steckertest wird geprüft, ob die gerasteten Steckerelemente wirklich fest im Gehäuse sitzen oder herausgedrückt werden können. Für diesen Test werden Kontaktstifte mit besonders starker Federkraft eingesetzt.
Hülsen für Federkontaktstifte
Aufgrund der möglichen Austauschbarkeit, werden Federkontaktstifte in der Regel mit Hülsen montiert, in die der Stift eingeschraubt oder eingesteckt wird. Die Hülsen sind mit verschiedenen Anschlussarten erhältlich.
Hülsenarten
Für Anwendungen im Kabelbaum- und Steckertest gibt es Schraubhülsen, in die Kontaktstifte mit Gewinde eingeschraubt werden. Somit wird ein sicherer Sitz der Stifte gewährleistet. Hülsen in gerändelter Ausführung werden für einen besonders festen Sitz in der Montagebohrung angeboten. Ebenfalls gibt es Hülsen für steckbare Kontaktstifte im ICT/FCT Bereich.
Hülsenanschlüsse
Die meisten Hülsen sind mit Löt- oder Crimp Anschluss. Hülsen mit Wire-Wrap Anschluss sind im Prüfadapterbau sehr verbreitet, da diese sicher und schnell automatisiert zu verdrahten sind. Vorkonfektionierte Kabel werden insbesondere bei Hülsen mit sehr kleinem Durchmesser verwendet. Zudem gibt es für einige Hülsen auch spezielle Anschlusselementen.
Hülsenmontage
Den sichersten Sitz mit geringsten Toleranzen und einer festen Herausraghöhe bieten Hülsen mit festen Kragen als Anschlag. Bei Hülsen mit Pressring kann der Ring ebenfalls als Anschlag verwendet werden.
Auswahl der optimalen Kopfform
Die Auswahl der passenden Kopfform ist einer der wichtigsten Punkte bei der Kontaktstiftwahl.
Die meisten Kopfformen können für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen verwendet werden. 
Die folgenden Auswahlfaktoren sind für die richtige Kopfform zu berücksichtigen:
- PADs
- VIAs
- PINs
- Pfosten, Stifte und Schrauben
PADs
Einige Anwendungen erfordern eine nicht aggressive Spitze. Diese Spitzen hinterlassen keine Spuren auf den Testfeldern.
Andere Anwendungen müssen möglicherweise Oxidschichten, OSP oder andere Verunreinigungen durchbrechen. Für diese Testpunkte dringen die Spitzen mit ihrer mittleren bis sehr aggressiven Geometrie durch die Verunreinigungen und bieten den besten Erstkontakt.
VIAs
Vias können entweder mittels der Kopfformschneidkanten am inneren Ring der Durchkontaktierung oder mit der Spitze einer Krone stirnseitig auf der Viafläche kontaktiert werden.
PINs
Bei Pins empfehlen sich zur optimalen Zentrierung kelchförmige Kopfformen. Ebenso sind flache, spitze oder außen isolierte Kopfformen möglich.
Pfosten, Stifte und Schrauben
Andere Anwendungen, wie Pfosten, Stifte oder Schrauben sind unvorhersehbarer und daher schwieriger den bestgeeignetsten Spitzenstil auszuwählen. Ähnlich wie bei den Pins werden auch hier größtenteils selbstzentrierende Kopfformen verwendet.
Übersicht Kopfformen
Unten stehend erhalten Sie einen kleinen Einblick in die möglichen Kopfformen.
Sollte die für Sie richtige Kopfform nicht dabei sein, kontaktieren Sie uns bitte.
Außenkrone
Für Wire-Wrap-Pfosten. Problemlos auch bei verbogene Anschlüssen verwendbar.
Flach
Geeignet für gereinigte Lötpads und Bauteilchen.
Innenkonus
Für Kontakt- und Wire-Wrap-Pfosten. Fängt auch verbogene Anschlüsse sicher.
Innenkrone
Für Durchkontaktierungen und Padflächen. Die scharfen Kanten durchdringen auch Flussmittelrückstände und Oxidschichten.
Krone mit Spitze
Geeignet für den sicheren Kontakt bei leeren oder mit Lötzinn gefüllten Druchkontaktierungen.
4-fach Krone
Geeignet für Padflächen und Lötanschlüsse. Flussmittelrückstände und Oxidschichten werden durch die scharf geschliffenen Kanten durchdrungen.
Mehrfach-Krone
Geeignet für Wire-Wrap Pfosten. Ebenfalls bei verbogenen Anschlüssen problemlos verwendbar.
Rund
Geeignet für schonende Tests bei sauberen Kontaktflächen. Es werden keine Abdrücke hinterlassen.
Spitze
Verschiedene Spitzen beispielweise in den Winkeln 30° und 90° dienen zur Kontaktierung von Lötpads und Durchkontaktierungen.
Waffel, Riffelung
Universell einsatzbare Kopfform zur Prüfung von Stiften jeglicher Art. Problemlos auch bei verbogenen Anschlüssen verwendbar.
