Ratgeber
Elektrische Verbindungen lassen sich auf vielfältige Weise testen. Die wohl häufigste ist das Messen über Kontaktpunkte, mit den Tastspitzen eines Multimeters beispielsweise. Die sind allerdings meist starr und sehr spitz, was in manchen Fällen rein mechanisch Probleme bereiten kann. Abhilfe bringen flexible Federkontakte, oft auch als Präzisionsprüfstifte bezeichnet. Die gibt es mit vielen unterschiedlichen Kopfformen.
In unserem Ratgeber stellen wir Ihnen die Funktion sowie Bauformen von Federkontakten vor. Wir geben Ihnen außerdem Tipps für die Beschaffung.
Federkontakte sind in der Regel beim Umgang mit elektronischen Geräten und in Testvorrichtungen im Einsatz. Der Standard-Federkontakt besteht aus einem federbelasteten Stift oder Kolben, der in einer zylindrischen Hülse montiert ist, durch eine Feder nach außen gedrückt wird und damit einen zuverlässigen elektrischen Kontakt gewährleistet – auch bei kleinen Unregelmäßigkeiten in der Kontaktfläche.
Aufgrund des Federmechanismus haben Federkontaktstifte eine lange Lebensdauer, sie können viele Zyklen von Kontaktierungen und Trennungen überstehen, nicht zuletzt aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit: Sie sind oft mit Gold oder anderen hoch leitfähigen Metallen beschichtet. Größter Vorteil ist allerdings, dass sie in verschiedenen Größen und Formen erhältlich sind und sich damit für verschiedene Anforderungen eignen.
Federkontakte sind häufig in Testvorrichtungen zu finden, in denen Verbindungen in Prüfplatinen, Baugruppen ähnlichen Komponenten zu überprüfen sind. Sie ermöglichen eine schnelle und zuverlässige Verbindung während des Testens. In Geräten wie Mobiltelefonen und anderen tragbaren Elektronikgeräten dienen Federkontakte häufig als Batteriekontakte. Aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und langen Lebensdauer werden sie aber auch in medizinischen Geräten verwendet. In bestimmten Steckverbindern, besonders in solchen, die häufig verbunden und getrennt werden müssen, lassen sich auch Federkontakte verwenden.
Standard-Federkontakte funktionieren durch einen einfachen, aber effektiven Mechanismus, der lediglich aus drei Hauptkomponenten besteht: einem federbelasteten Stift, einer zylindrische Hülse und einer Feder. Der Stift ist der Teil des Federkontakts, der tatsächlich die Verbindung zur Kontaktfläche herstellt. Er kann verschiedene Kopfformen haben, um unterschiedliche Kontaktanforderungen zu erfüllen – dazu später mehr.
Die Hülse hält den Kontaktstift und die Feder. Es stellt sicher, dass der Stift beziehungsweise der Kolben in der richtigen Position bleibt und sich linear bewegen kann. Die Feder wiederum drückt den Stift oder Kolben nach außen und sorgt dafür, dass er bei Kontaktaufnahmen einen konstanten Druck ausübt.
Der Kontaktstift, die Hülse und die Feder sind in der Regel aus hochleitfähigen Materialien gefertigt, oft mit einer Beschichtung aus Gold, Nickel oder Rhodium. Das verbessert die elektrische Leitfähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit. Der elektrische Strom fließt vom Kontaktstift durch die Feder und das Gehäuse zum verbundenen Stromkreis.
Runde und halbrunde Formen
Die runde Kopfform ist kugelförmig und bietet eine Punktkontaktfläche für präzise Kontaktierungen. Eine halbkugelförmige Spitze bietet dagegen eine größere Kontaktfläche als eine reine Kugel und ist nützlich für Anwendungen, die einen stabilen Kontakt erfordern.
Flache Formen
Der Flachkopf besitzt eine flache Kontaktfläche für stabile Verbindungen. Es gibt außerdem Stifte mit abgerundetem Flachkopf, er verringert gleichzeitig die Gefahr von Beschädigungen.
Spitze Formen
Eine spitze Kopfform eignet sich für präzise Kontaktierungen und Durchdringungen von Oxid- oder Schmutzschichten auf der Kontaktfläche, eine konische oder kegelförmige Spitze ermöglicht eine präzise und tiefe Kontaktierung.
Zylindrische Formen
Sie bieten eine große Kontaktfläche und sind stabil bei der Kontaktierung flacher Oberflächen. Es gibt den zylindrischen Federkontakt auch mit einem Flansch, der zusätzliche Stabilität und Führung bietet.
Spezielle Formen
Federkontakte mit Kreuzspitze verfügen über eine kreuzförmige Spitze. Sie ist ebenfalls nützlich, um Oberflächenfilme oder Oxidationen zu durchdringen. Eine spiralförmige oder schraubenförmige Spitze lässt sich in die Kontaktfläche einschrauben, das ergibt eine sehr feste Verbindung.
Auswahlkriterien für die Beschaffung
Stromtragfähigkeit und Spannungsfestigkeit sind sie wichtigsten elektrischen Parameter. Unter den mechanischen Bedingungen sollte die Federkraft ausreichend sein, um einen stabilen Kontakt zu gewährleisten, und zwar ohne die zu kontaktierenden Oberflächen zu beschädigen. Zu achten ist auch auf die spezifizierte Anzahl der Betätigungszyklen, besonders wenn der Kontakt häufig verbunden und getrennt wird.
Federkontakte bestehen oft aus hochleitfähigen Grundmaterialien wie Kupferlegierungen. Das Material muss zwingend den elektrischen und mechanischen Anforderungen entsprechen. Das gilt auch für die Beschichtungen. Gold und Nickel verbessern die Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die Wahl der richtigen Beschichtung hängt aber von der spezifischen Anwendung ab.
Was ist ein ICT-Federkontakt?
Ein ICT-Federkontakt – ICT steht für In-Circuit Test – ist ein spezieller Typ von Federkontakt, der in der Elektronikfertigung und -prüfung verwendet wird. ICT-Federkontakte sind darauf ausgelegt, elektrische Verbindungen zu den Baugruppen, Komponenten und Leiterbahnen einer bestückten Leiterplatte herzustellen, um deren elektrische Eigenschaften und Funktionalität zu überprüfen.
Welche Federwege besitzen marktübliche Federkontakte?
Federwege von 0,5 bis 1,0 Millimeter finden sich oft in Anwendungen, bei denen wenig Platz zur Verfügung steht oder eine sehr präzise Kontaktierung erforderlich ist. Sie sind auch in Baugruppen der Hochfrequenz- oder Mikrowellentechnik beliebt, bei denen minimale Bewegung bevorzugt wird, um Signalverluste zu vermeiden. 1,0 bis 2,0 Millimeter entsprechen dem am häufigsten verwendete Federweg für viele Standardanwendungen, einschließlich ICT, Batteriekontakte und allgemeine Steckverbindungsanwendungen. Diese Federwege bieten eine gute Balance zwischen Kompression und Zuverlässigkeit. 2,0 bis 5,0 Millimeter werden oft in Anwendungen benötigt, die größere Bewegungen oder den Ausgleich von größeren Toleranzen erfordern, zum Beispiel in bestimmten Testvorrichtungen oder bei robusten Verbindungen.