Optoelektronik, Displays & HMI Richtig Veredeln

Die Oberflächen-Veredelung bei HF-Steckverbindern muss sicherstellen, dass die Verbindung lange zuverlässig funktioniert. Elektrische, mechanische und chemische Einflüsse muss man bei Konstruktion und Fertigung entsprechend berücksichtigen, was zu vielfältigen Anforderungen führt. Zu den elektrischen Forderungen zählen eine möglichst gute Kontaktgabe und die störungsfreie Signalübertragung. Dabei soll die Verbindung möglichst abriebfest sein (mechanische Anforderung), um den Verschleiß und damit die Wechselzyklen oder Ausfallzeiten durch Ersatz der Steckverbindung beispielsweise in Geräten zu minimieren. Dazu kommt der Korrosionsschutz als chemische Anforderung: Die veredelte Oberfläche hat das Grundmaterial vor der Zerstörung durch Umwelteinflüsse zu schützen.

Diverse Lösungsansätze

In der Praxis sind verschiedene Varianten mit spezifischen Vor- und Nachteilen anzutreffen. Silber besitzt eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und - da es nicht ferromagnetisch ist - eine ebensolche Intermodulationsfestigkeit, doch die Abriebfestigkeit ist die schlechteste der oben skizzierten Materialien. Die Kupfer-Zinn-Zink-Legierung Telealloy bietet eine gute Abriebfestigkeit, die Leitfähigkeit liegt jedoch weit unter der der anderen Materialien. Nickel würde sich als kostengünstiger Werkstoff anbieten, weist aber keine besonders gute Intermodulationsfestigkeit auf; seine schwach-ferromagnetischen Eigenschaften erweisen sich bei intermodulationssensiblen Anwendungen als Nachteil. Dazu kommt, dass Nickel häufig Auslöser von Kontaktallergien ist. Und Gold? Gold bietet unbestreitbare Vorteile. Bei Kleinsteckverbindungen, die typischerweise Signale mit geringer Leistung übertragen, sind geringe Kontaktwiderstände gefordert, die mit Gold oder Goldlegierungen erreicht werden. Daneben ist Gold ein äußerst beständiger Werkstoff, der sich gut verarbeiten und löten lässt.

Gold allein macht nicht glücklich

Dieses alte Sprichwort hat zumindest in der Hochfrequenztechnik bis heute nichts von seiner Gültigkeit verloren. Das Grundmaterial aus Messing lediglich mit einer Goldschicht zu überziehen, löst die oben skizzierten Probleme jedoch nicht. Ganz im Gegenteil: Da die im Messing enthaltenen Zinkatome wesentlich kleiner sind als die des Goldes, würden sie langsam aber sicher durch die Goldschicht zur Oberfläche diffundieren. Eine Sperrschicht zwischen den beiden ist nötig. Hierfür bietet sich Nickel an, das in der Praxis auch häufig als Diffusionssperre eingesetzt wird. Es hat nur einen Nachteil: Es haftet nicht besonders gut auf Messing. Zwischen der Sperrschicht aus Nickel und dem Messing muss daher eine Haftschicht aus Kupfer eingebracht werden. Sie stellt sicher, dass das sich das Nickel auch bei stärkeren mechanischen Belastungen wie Stößen nicht ablöst. Eine solche Haftschicht ist beispielsweise auch bei Steckverbindern mit Silberauflage notwendig. Gold besitzt allerdings noch einen weiteren, sehr viel größeren Nachteil: Es ist teuer. Nachdem der Goldpreis seit den 80-er Jahre lange Zeit stabil war, nahm er seit der Jahrtausendwende stetig zu. Seit dem Jahr 2000 hat er sich im Schnitt nahezu versechsfacht, und ein Ende der Preissteigerung ist nicht in Sicht. Um technisch hervorragende und gleichzeitig wirtschaftliche HF-Steckverbinder zu realisieren, hat sich in der Praxis eine Goldschicht über einer Basisschicht aus einer Nickel-Phosphor-Legierung (NiP-Au) bewährt. Die Nickel-Phosphor-Basisschicht ist im abgeschiedenen Zustand nichtmagnetisch und bietet eine harte, verschleißfeste und korrosionsbeständige Oberfläche. Sie ist darüber hinaus sehr glatt, was zu deutlich geringerem Abrieb beim Steckvorgang führt und dadurch eine dünnere Goldauflage ermöglicht als die herkömmliche Variante von Gold auf Nickel. Die haftfeste Gold-Kobalt-Legierung auf der NiP-Basisschicht besitzt sehr gute Gleit- und Verschleißeigenschaften. Mit ihr werden deutlich höhere Steckzyklen-Zahlen als mit herkömmlichen Goldbeschichtungen erreicht.

Innovative Verfahren und Prozesse

Während konventionelle Goldbeschichtungen mit galvanischen Verfahren aufgebracht werden, greift die Fertigung bei NiP-Au-Legierungen auf chemische Verfahren zurück. Das Abscheideprinzip beruht auf den Potenzialunterschieden zwischen Metall und Elektrolyt, der auf 85 °C erwärmt wird. Mit diesem Verfahren lässt sich eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung erreichen. Es ist teurer als galvanische Prozesse, was durch den geringeren Materialeinsatz beim Gold jedoch mehr als ausgeglichen wird und zu einer deutlich höheren Gesamt-Wirtschaftlichkeit führt. Durch die intensiver werdende Konkurrenzsituation auf globalisierten Märkten ist eine schnelle Reaktion auf veränderte Kundenwünsche heute mehr denn je erforderlich. Durch die räumliche Konzentration von Forschung, Entwicklung, Konstruktion, Fertigung und Qualitätssicherung an einem zentralen Standort in Deutschland ist Telegärtner diesen Herausforderungen gut gewachsen. „Made in Germany“ bietet nach wie vor technologische wie wirtschaftliche Vorteile.