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Die Kontaktstifte von Sensoren sind ein wesentlicher Bestandteil der elektromechanischen Schnittstelle zwischen Sensorelementen und der Signalverarbeitungselektronik. Sie benötigen möglicherweise vergoldete Kontaktstifte für medizinische EKG-Kabel, Berylliumkupfer-Kontaktstifte, die Stößen in der Automobilindustrie standhalten, oder federbelastete Kontaktstifte, die in Test- und Messanwendungen eingesetzt werden. Der Herstellungsprozess beeinflusst den Widerstand, die Lebensdauer und die Signalqualität. Falcon CNC Swiss kombiniert verschiedene Fertigungstechnologien wie Swiss-Drehen, Drehmaschinenprodukte und Präzisionsbeschichtung, um Kontaktstifte mit einer Mikrometergenauigkeit und einer äußerst gleichbleibenden elektronischen Leistung herzustellen.
Ein Sensor-Kontaktstift ist eine elektrische Komponente, nicht einfach ein Stück Metall. Sensor-Kontaktstifte übertragen analoge Signale mit niedriger Spannung (oft im Bereich von Mikrovolt oder Mikroampere) und müssen über mindestens 10.000 Zyklen einen gleichbleibenden Kontaktwiderstand aufrechterhalten; daher existieren sie typischerweise unter Bedingungen, die als "rau" gelten (wie extreme Feuchtigkeit, Vibration und Temperatur).
Swiss-Automatendrehmaschinen (auch als Swiss-Schraubenmaschinen bezeichnet) sind die beste Fertigungstechnik zur Herstellung von Sensor-Kontaktstiften, insbesondere solchen mit einem Durchmesser von weniger als acht Millimetern und komplexen Formen mit Hinterschnitten, Nuten oder Federfunktionen. Aufgrund einer Führungsbuchse, die das Werkstück wenige Millimeter vom Schneidwerkzeug unterstützt, gibt es praktisch keine Durchbiegung, was eine sehr hohe Konzentrizität zwischen der Stiftspitze, den Haltewiderhaken und den Abschlussenden erzeugt. Bei Falcon CNC Swiss bieten wir kundenspezifische Sensorstift-Fertigung vom Prototypen bis zur Großserienproduktion von Sensorstiften mit integrierter Beschichtungs- und elektrischer Prüfkapazität an.
Sensor-Kontaktstifte sind leitfähige Teile, die eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensorelement (z. B. Thermoelement, Druckmesszelle oder Fotodiode) und entweder der Leiterplatte (PCB), einem Kabelbaum oder einem Auslesegerät herstellen. Sensor-Kontaktstifte werden typischerweise für niedrige Ströme (mA bis μA) und niedrige Spannungen verwendet und weisen einen niedrigen Kontaktwiderstand (<10 mΩ) sowie eine niedrige Thermospannung auf.
Wichtige Rollen von Sensor-Kontaktstiften in einer Signalkette:
Signalerfassung – Wisch- oder federbelasteter Kontakt zum Sensorelement oder zur Elektrode
PCB-Montage – Lötanschluss, Einpress- oder Oberflächenmontageabschluss an PCB-Pads
Kabelschnittstelle – Schneidklemm- (IDC) oder Crimpverbindung zu Anschlussdrähten
Umgebungsisolierung – Versiegelt in einem Sensorgehäuse, oft mit O-Ringen oder Vergussmasse
Als Hersteller von Sensor-Kontaktstiften produziert Falcon CNC Swiss Stifte für Drucksensoren, Temperatursonden, Näherungsschalter, medizinische Biopotentialelektroden und Gasdetektionsmodule.
Integrierte Präzisionselektrische Sensoren sind Sensoren oder Sensorgruppen, die einen ganzheitlichen Ansatz für das Design und die Fertigung des gesamten Systems verfolgen, bei dem der Sensor, die Montageschnittstelle und die nachgelagerte Elektronik miteinander harmonieren. Dieser Ansatz umfasst die Reduzierung des Kontaktwiderstands, die Impedanzanpassung, die Kontrolle der Thermospannung und die Aufrechterhaltung der mechanischen Ausrichtung.
Wichtige Parameter, die Falcon CNC Swiss während der CNC-Stiftfertigung und -Montage kontrolliert:
| Parameter | Typischer Bereich / Spezifikation | Prüfmethode |
|---|---|---|
| Kontaktwiderstand | 10 mΩ (gold- oder silberbeschichtet); 5 mΩ für Hochstromsensoren | 4-Draht-Kelvin-Messung |
| Isolationswiderstand | 100 MΩ bei 500 VDC (zwischen benachbarten Stiften) | Megohmmeter |
| Spannungsfestigkeit | 500 VAC bis 1500 VAC (je nach Sensortyp) | Hochspannungstest |
| Thermospannung (Seebeck) | 3 μV/°C für Thermoelementkontakte (Kupfer-Kupfer oder angepasste Legierungen) | Differenzialtemperaturmessung |
| Steckzyklenbeständigkeit | 500 bis 10.000 Zyklen (abhängig von Beschichtung und Federdesign) | Automatisierter Ein-/Auszugtest |
| Ein-/Auszugskraft | 0,5N bis 5N pro Stift (abhängig vom Federkontakt) | Kraftmesser |
| Kontaktnormalkraft (Federstifte) | 20g bis 200g pro Stift | Kraft-Weg-Kurve |
Unser hauseigenes Metrologielabor verifiziert diese Parameter für jede Charge der industriellen Kontaktstiftproduktion. Für Großhandels-Sensor-Kontaktstifte und OEM-Programme stellen wir zertifizierte Prüfberichte zur Verfügung.
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Die Art der verwendeten Legierung und deren Oberflächenbehandlung beeinflussen die endgültige elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Lötbarkeit der verschiedenen Sensorstifte. Bei Falcon CNC Swiss sind die folgenden Kombinationen die typischsten, die wir bearbeiten.
| Legierung | Leitfähigkeit (% IACS) | Streckgrenze (MPa) | Hauptanwendung |
|---|---|---|---|
| C11000 (ETP-Kupfer) | 100-101 | 220-260 | Hohe Leitfähigkeit, allgemeine Sensorstifte, Thermoelementkontakte |
| C17200 (Berylliumkupfer) | 22-28 | 1000-1300 (ausgelagert) | Berylliumkupfer-Kontaktstifte für Federkraft (Pogo-Pins, Batteriekontakte) |
| C36000 (automatenmessing) | 26 | 340-450 | Kostengünstige Sensorstiftherstellung, Standardstifte, Unterhaltungselektronik |
| C19400 (Eisenkupfer) | 65 | 400-480 | Automobil-Sensorstifte, Anforderungen an hohe Festigkeit |
| 303/304 Edelstahl | ~2,5 | 500-700 | Korrosionsbeständige Kontaktstifte für medizinische oder maritime Sensoren |
| 316L Edelstahl | ~2,5 | 480-550 | Implantierbare / biokompatible Sensorkontakte (mit Goldbeschichtung) |
| Titan Grad 5 (Ti-6Al-4V) | ~1 | 830-970 | Hochfeste, leichte, biokompatible Sensorstifte |
Die in der Industrie am häufigsten verwendete Legierung für elektrisch leitfähige Stifte mit guter Leitfähigkeit und hervorragenden Federeigenschaften bleibt Berylliumkupfer der Güte C17200. Nach der Bearbeitung führen wir eine Auslagerungshärtung (ein Wärmebehandlungsprozess) der Komponenten durch, um den vollständigen Übergang in den federgehärteten Zustand zu erreichen.
Beschichtung ist ein notwendiger Prozess, um vor Oxidation zu schützen, den Kontaktwiderstand zu verringern und eine einfache Lötbarkeit zu gewährleisten. Falcon CNC Swiss bietet hauseigene oder von zertifizierten Partnern durchgeführte Beschichtungsdienste mit vollständiger Rückverfolgbarkeit aller Materialien an.
| Beschichtungsart | Dicke | Härte (HK) | Wichtigste Vorteile | Am besten geeignet für |
|---|---|---|---|---|
| Gold (Hartgold) | 0,5–2,5 μm | 130-200 | Oxidationsfrei, niedriger Kontaktwiderstand (10 mΩ), hohe Zyklenlebensdauer (500+ Steckzyklen) | Vergoldete Sensorstifte für Medizin, Automobil, Testgeräte |
| Silber | 2–10 μm | 70-100 | Höchste Leitfähigkeit (5 mΩ), antigallend, gut für hohe Ströme | Leistungssensorstifte, Thermoelementkontakte (angepasste Legierung) |
| Nickel (stromlos) | 2–5 μm | 180-220 | Diffusionssperre unter Gold, mäßige Korrosionsbeständigkeit, harte Oberfläche | Unterschicht für Gold, industrielle Sensorstifte |
| Zinn (matt oder glänzend) | 3–10 μm | 10-20 | Lötbar, kostengünstig, niedrige Kontaktkraft | PCB-Montage-Sensorstifte (nur Lötanschluss) |
| Palladium-Nickel (PdNi) | 0,5–1,5 μm | 400-500 | Sehr hart, gute Verschleißfestigkeit, Goldalternative | Hochzyklische Automobil-Sensorstifte |
Für hitzebeständige Sensorkontakte, die über 150°C betrieben werden, empfehlen wir Silberbeschichtung (die die Leitfähigkeit bei hoher Temperatur beibehält) oder Nickelbeschichtung mit einer Diffusionssperre. Für kryogene Anwendungen wird Gold über Nickel bevorzugt.
Verschiedene Sensoranwendungen erfordern unterschiedliche mechanische Schnittstellendesigns. Falcon CNC Swiss fertigt alle gängigen Typen:
Mit einem präzisionsgefertigten Stößel, Zylinder und Feder bieten Pogo-Pins (federbelastete Kontaktstifte) einen nachgiebigen Kontakt, der eine konstante Kraft beibehält, wenn sich die Leiterplatte verzieht oder Vibrationen ausgesetzt ist. Wichtige Spezifikationen umfassen: Federkraft: (typischerweise 20 bis 200 Gramm), Hub: 0,5 bis 5 mm, Nennstrom: 1 bis 5 Ampere, Kontaktwiderstand: (20 mOhm). Federbelastete Kontaktstifte werden bei Batterietestern, medizinischen EKG-Snap-Steckverbindern und PCB-Testvorrichtungen verwendet.
Kontaktstifte von Drucksensoren müssen das Sensorgehäuse durchdringen, um eine Druckabdichtung zu schaffen. Daher fertigen wir Drucksensor-Kontaktstifte aus glas-zu-metall-versiegelungskompatiblen (GTMS) Materialien wie Kovar und Alloy 52 zur Anpassung der thermischen Ausdehnung bei hermetischen Designs oder mit O-Ring-Nuten für nicht-hermetische Designs. Diese Arten von Kontaktstiften finden sich in Öldruckaufnehmern, Kraftstoffdruckaufnehmern und HVAC-Druckaufnehmern.
