Mehr Nachhaltigkeit bei Steckverbindern dank Econidur-Beschichtung

Ein Steckverbinder muss während des Betriebs effektiv funktionieren und hohen Belastungen standhalten. Die Kontakte sind dabei von besonderer Bedeutung, denn sie müssen eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit für die zuverlässige Übertragung von Signalen und Energie aufweisen. Deshalb wird bereits bei der Auswahl der Beschichtungsmaterialen, die auf das kontaktierte Basismaterial aufgebracht werden, viel Wert darauf gelegt, elektrische und mechanische Anforderungen zu erfüllen. Gut gewählte Beschichtungsmaterialien ermöglichen einen geringen Übergangswiderstand, um Verluste zu minimieren. Darüber hinaus schützen die gewählten Materialien den Kontaktbereich vor Korrosion und sorgen für eine hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf Steckzyklen und Mikrobewegungen.

Warum ist Korrosionsschutz essenziell für Steckverbinder?

 Die Kontaktflächen eines Steckverbinders sind von der Anzahl der Mikro-Kontaktpunkte abhängig. Je höher deren Anzahl zwischen zwei Kontaktflächen ist, desto zuverlässiger ist die Übertragungsleistung. Wenn Korrosion auftritt, werden Mikro-Kontaktpunkte reduziert, was sich auf die Leistung auswirken kann. Insofern ist Korrosion einer der hauptsächlichen Faktoren, die zu Problemen an den Kontaktflächen führen – und zugleich einer der wichtigsten Gründe, weshalb Basismaterialien durch eine Oberflächenbehandlung geschützt werden sollten.

Miniaturisierung mit spezifischen Steckverbindern

Miniaturisierung stellt neue Anforderungen an Schnittstellenlösungen. Anwendungsspezifische Steckverbinder ermöglichen kompakte, funktionsstarke Systeme – optimiert für Technik, Ergonomie und Nachhaltigkeit in anspruchsvollen Einsatzfeldern.

Funktion und Aufbau von Steckverbinder-Beschichtungen

Mit Beschichtungen aus Edelmetallen, insbesondere Gold, wurden in der Vergangenheit gute Ergebnisse erzielt. Da die Kosten für diese Rohstoffe jedoch stark schwanken können und diese sich nachteilig auf die CO₂-Bilanz des Produkts (Product Carbon Footprint, PCF) auswirken, kommt es darauf an, die Edelmetall-Schicht so dünn wie möglich zu machen. Aus technischen Gründen, beispielsweise hinsichtlich des Galvanisierungsprozesses, gibt es eine Untergrenze bei der Dicke von Edelmetall-Beschichtungen. Deshalb ist eine zusätzliche Unterschicht erforderlich, um die Performance der gesamten Beschichtung zu optimieren. Diese Sperrschicht aus Nickel soll verhindern, dass Atome aus der Oberflächenbeschichtung in das Basismaterial diffundieren. Die Hauptaufgabe der auf der Sperrschicht aufgebrachten Kontaktschicht ist es, vor Korrosion zu schützen und für einen niedrigen Reibungskoeffizienten zu sorgen. Die Schicht kann aus reinem Gold oder Palladium-Nickel mit einem Goldüberzug bestehen. Die Produktbeschichtung Econidur verwendet nun eine Nickel-Phosphor- (NiP-) Legierung mit Vergoldung. Das bedeutet, dass der Goldverbrauch reduziert bzw. Palladium-Nickel ersetzt wird (Bild 1).

Auch der Gold-Standard hat Nachteile

In der Vergangenheit haben sich Goldoberflächen auf einer Nickelsperrschicht bewährt, wenn es darum ging, leistungsstarke Merkmale, unter anderem eine hohe Anzahl von Steckzyklen, zu erzielen. Die Materialeigenschaften von Gold machen es äußerst widerstandsfähig gegen Oxidation, was Korrosion und Verschleiß verhindert. Vergoldete Kontakte galten bisher als Premium-Lösung. Es gibt jedoch auch einige Nachteile, wie die erheblichen Kostenschwankungen und eine unvorteilhafte CO₂-Bilanz. Daher werden Anstrengungen unternommen, die Goldschicht zu reduzieren.

TE hat intensiv daran geforscht, die Beschichtungstechnologie für Steckverbinder-Kontakte zu optimieren. Das Bestreben war, die Beschichtungslagen (einschließlich der Sperrschicht) in einer Stapelkonfiguration so aufeinander abzustimmen, dass auch in anspruchsvollen Anwendungen sehr gute Ergebnisse erzielt und gleichzeitig ökologische Anforderungen berücksichtigt werden können. Basierend auf diesen Vorbedingungen soll die Produktbeschichtung Econidur (Bild 2) auf Nickel-Phosphor-Basis (NiP) Anwendern auch dabei helfen, ihren CO₂-Fußabdruck zu reduzieren.

Für mehr Nachhaltigkeit arbeiten Ingenieure daran, Edelmetalle aus der Kontaktbeschichtung zu verbannen. Econidur ist eine Beschichtungstechnologie, die anstatt einer reinen Goldschicht eine NiP-Legierung mit Goldüberzug verwendet. Die Reibungskorrosion (Fretting) wurde in einem Standard-Vergleichstest mit 100.000 Versuchsdurchläufen untersucht, um die Langlebigkeit von mit Econidur beschichteten Steckverbindern nachzuweisen.

Die NiP-Beschichtung nutzt eine ausgeklügelte Stapelkonfiguration unterhalb der dünnen Goldschicht. NiP-Schichten sind deutlich härter und abriebfester als Kupfer. Sie halten Vibrationen genauso gut stand wie eine dickere Goldbeschichtung. Neben der Vibrationsfestigkeit erreicht die Produktbeschichtung Econidur mindestens die gleichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften wie eine konventionelle Edelmetallbeschichtung, z. B. aus Palladium-Nickel (PdNi) mit zusätzlicher Vergoldung. Damit kann sie solche Beschichtungen ohne Einschränkung ersetzen.

Hohe Performance bei Steckverbindern geht auch mit weniger Gold

Für Steckverbindungen, die in anspruchsvollen Umweltbedingungen zum Einsatz kommen, sind mit Gold beschichtete Kontaktoberflächen nach wie vor erste Wahl. In vielen Anwendungsfällen reicht aber auch ein Schichtsystem aus, das mit einem geringeren Goldanteil auskommt.

NiP-beschichtete Kontakte können auch mit PdNi-beschichteten Kontakten zusammengesteckt werden – die Steckbarkeit über Kreuz ist gegeben und durch Tests nachgewiesen.

Einsatzgebiete in Industrie und Fahrzeugtechnik

Überall auf der Welt sind Industrien und Kommunikationsnetzwerke auf robuste Verbindungen und eine zuverlässige Datenübertragung angewiesen. Die Kontaktbeschichtung von Steckverbindern leistet einen wichtigen Beitrag zu dieser erforderlichen Robustheit und Zuverlässigkeit.

Ein Kontakt mit Econidur soll Robustheit in anspruchsvollen Anwendungsumgebungen und eine hohe Signalintegrität bei Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungen gewährleisten. Die Beschichtung ist geeignet für industrielle Einsatzfälle, etwa in Automatisierungssteuerungen oder Motorsteuerungssystemen, aufgrund ihrer dauerhaften Vibrationsbeständigkeit, ihrer Robustheit gegen Gaseinflüsse und der Beständigkeit gegen Fretting (Bild 3). Dank ihrer hohen Leistungsfähigkeit sind mit Econidur beschichtete Steckverbinder sogar unempfindlich gegenüber Vibrationen in Fahrzeugen. Sie unterstützen zudem eine zuverlässige Signalübertragung bei Datenraten bis zu mehreren Gigabit pro Sekunde.

Nachhaltigkeit im Fokus

Durch die Produktbeschichtung Econidur für Steckverbinder werden Edelmetalle, die neben anderen negativen Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft bei ihrer Gewinnung auch für ihren Beitrag an einer hohen CO₂-Belastung bekannt sind, reduziert. Dadurch wird der CO₂ -Fußabdruck eines Produkts (Product Carbon Footprint, PCF) erheblich verringert. Die Produktbeschichtung kann nach Unternehmensangaben auf der Grundlage der Norm ISO 14067 den PCF-Wert im Vergleich zu PdNi-Beschichtungen mit Vergoldung um über 44 Prozent senken, abhängig von der Schichtdicke, den Leistungsanforderungen und dem Steckertyp. Im Vergleich zu reinen Goldbeschichtungen ist sogar eine CO₂-Reduzierung von bis zu 76 Prozent möglich (Bild 4).

Damit unterstützt die Produktbeschichtung Anwender bei der Reduzierung von Scope-3-Emissionen in ihrer Lieferkette – ohne Kompromisse bei der Funktionalität der Produkte. Darüber hinaus sind die Elemente Nickel und Phosphor weit verbreitet und können viel einfacher abgebaut werden. Deshalb ist eine NiP-Legierung besonders gut geeignet, um Engpässe in der Lieferkette auszugleichen.

Wo wird Econidur bereits eingesetzt?

TE verfügt über ein breites Produktportfolio, aus dem in Zukunft eine ganze Reihe von mit Econidur beschichteten Steckverbindern hervorgehen wird. Die strategische Umsetzung beginnt mit den MicroSpeed- und SMC-Steckverbindern.

MicroSpeed-Steckverbinder (Bild 5) unterstützen eine hohe Datenübertragungsrate und verfügen über einen miniaturisierten Rasterabstand von 1 mm. Es können Datenraten von bis zu 25 Gbit/s erreicht werden. Die platzsparenden und geschirmten Steckverbinder mit ihrer Fähigkeit zum Blindstecken sind robust und durcg ihrer doppelschenkligen Federkontakte in den Buchsen äußerst zuverlässig.

SMC-Steckverbinder ermöglichen Flexibilität beim Design aufgrund der großen Anzahl an Steckerkonfiguration, darunter Board-to-Board-, Board-to-Wire- und Board-on-IDC-Varianten. Die Kombination aus kurzen Steckern mit gleichzeitig hoher Pin-Anzahl ist besonders nützlich in Anwendungen mit beengtem Platzangebot. Der SMC-Steckverbinder mit seinem Rastermaß von 1,27 mm ist robust und arbeitet zuverlässig auch unter widrigen Bedingungen (Bild 6).

Es gibt einen stufenweisen Einführungsplan, um die Econidur-Beschichtung auf andere TE-Produktfamilien, einschließlich neu entwickelter Produkte, auszuweiten.

Das TE-Werk in Adelberg ist Vorreiter bei der Umsetzung der Econidur-Technologie. Um die erforderlichen galvanischen Prozessschritte für diese Beschichtung durchzuführen, wurde hier eine spezielle NiP-Beschichtungsanlage errichtet. In der Produktion kommen bewährte Galvanisierungsanlagen zum Einsatz, die für den NiP-Galvanisierungsprozess Elektrolyte verwenden. Die Technologie wird derzeit noch einem Qualifizierungsprozess unterzogen. Ziel ist, im Januar 2026 die Produktion zu starten. Um die Produktbeschichtung auf verschiedene Produktfamilien anzuwenden, werden im Zuge der Lokalisierung zukünftig weitere Galvanisierungsanlagen installiert.

Wie wird die Qualität der Beschichtung sichergestellt?

Alle mit Econidur beschichteten Steckverbinder durchlaufen einen strengen Qualitätssicherungsprozess. Neu entwickelte Messverfahren tragen dazu bei, eine hohe Produkt- und Prozessqualität für die geforderte Performance zu erfüllen. Diese Messmethoden kombinieren verschiedene spektroskopische Verfahren zur Bewertung der Schichtdicke und -struktur.

Steckverbinder: So lässt sich die richtige Auswahl treffen

Auf dem Steckverbindermarkt wird eine Vielzahl unterschiedlichster Steckverbinder angeboten. Umfassendes Wissen ist daher erforderlich, um für die gewünschte Anwendung einen Überblick zu erlangen und die passende Auswahl treffen zu können.

Die vollständige Steckverbinder-Qualifizierung basiert auf IEC-Anforderungen und der 4-Gas-Prüfung für die Automobilindustrie. Für industrielle Anwendungen ist die Klasse 1 gemäß IEC 60512 erfüllt und kann je nach Reibungs- und Vibrationsanforderungen vorausgesetzt werden. Auch die Anforderungen der Automobilnorm LV214 können erfüllt werden.

Neben diesen Normen werden weitere Tests zur Bewertung der Beschichtungsqualität durchgeführt: Der Salpetersäuredampftest (NAV-Test) dient zur Bewertung der Poren in der Econidur-Schicht. Die Ergebnisse aus diesem Test können zur Validierung der Beschichtungsqualität herangezogen werden. Der Neutral-Salzsprühnebel-Test (NSS-Test) dient zur Bewertung des Korrosionsverhaltens. Zur Beurteilung der Vibrationsbeständigkeit wird zusätzlich ein Fretting-Test durchgeführt. (bs)