02154-81250
Whats App
info@nh-technology.de
Was sind Federkontakte (Pogo Pins)?
Federkontakte, auch Pogo Pins, Federkontaktstifte oder Spring Loaded Contacts (SLC) genannt, sind federbelastete Kontaktelemente für die zuverlässige Übertragung von Strom und elektrischen Signalen zwischen zwei Komponenten.
Im Gegensatz zu einer starren Kontaktierung kann der bewegliche Kontaktstift beim Antasten einfedern. Dadurch lassen sich Fertigungs- und Montagetoleranzen sowie Bewegungen zwischen den Kontaktflächen ausgleichen. Die Feder erzeugt gleichzeitig den erforderlichen Anpressdruck für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung.
Federkontakte eignen sich besonders für Verbindungen, die wiederholt hergestellt und getrennt werden. Typische Anwendungen sind Lade- und Dockingstationen, Batteriekontaktierungen, Prüf- und Testsysteme sowie elektrische Verbindungen zwischen Baugruppen.
Vorteile von Federkontakten
- hohe mechanische Lebensdauer
- einstellbare und messbare Federkraft
- kleines Rastermaß, hohe Integrationsdichte
- Übertragung hoher Ströme bis 15A
- SMD, THT, Crimpanschlüsse, Lötkelch für flexible Verbindungen
- hoher Toleranzausgleich im Vergleich zu festen Steckverbindern
- gute Performance bei Hochfrequenzanwendungen
- RoHs konform und halogenfrei
Technische Auswahl eines Federkontakts
Für die Auswahl eines geeigneten Federkontakts (Pogo Pin) müssen mechanische, elektrische und konstruktive Anforderungen gemeinsam betrachtet werden. Entscheidend sind insbesondere der verfügbare Bauraum, die gewünschte Arbeitshöhe, Federweg und Federkraft sowie die erforderliche Strombelastbarkeit.
Abmessungen und Einbauhöhe
Ausgangspunkt für die Auswahl sind die Einbausituation und der verfügbare Bauraum. Neben Länge und Durchmesser des Federkontakts sind die Montageart, die Position der Gegenkontaktfläche und die erforderliche Arbeitshöhe zu berücksichtigen.
Je nach Leiterplatten- und Gehäusekonstruktion stehen unterschiedliche Bauformen zur Verfügung, beispielsweise Flat Type für die SMD-Montage, Plug-In Type für die THT-Montage oder Right Angle Type für seitliche Kontaktierungen.
Working Height
Die Working Height (Arbeitshöhe) bezeichnet die Höhe des Federkontakts im vorgesehenen kontaktierten Zustand. Der Kolben ist dabei bereits um einen definierten Weg eingefedert und erzeugt die für die Kontaktierung erforderliche Federkraft.
Die Working Height ist deshalb ein wichtiger Konstruktionsparameter für den Abstand zwischen Leiterplatte bzw. Befestigungsebene und Gegenkontaktfläche.
Working Stroke
Der Working Stroke (Arbeitsfederweg) bezeichnet den maximal nutzbaren Federweg des Kolbens zwischen der unkomprimierten Ausgangslänge und der maximalen Kompression des Federkontakts.
Innerhalb dieses Federwegs wird die Working Height als vorgesehener Arbeitspunkt festgelegt. Dadurch steht ausreichend Federweg zur Verfügung, um Fertigungs-, Montage- und Positionstoleranzen auszugleichen und gleichzeitig eine zuverlässige Kontaktierung sicherzustellen.
Working Stroke und Working Height sind daher zwei unterschiedliche Kenngrößen: Der Working Stroke beschreibt den verfügbaren Federweg, die Working Height die vorgesehene Höhe des Federkontakts im kontaktierten Zustand.
Federkraft
Die erforderliche Federkraft eines Federkontakts hängt von der jeweiligen Anwendung und dem vorgesehenen Arbeitspunkt ab. Eine ausreichende Federkraft sorgt für den notwendigen Anpressdruck zwischen Kolben und Gegenkontakt und unterstützt eine zuverlässige elektrische Kontaktierung.
Eine höhere Federkraft ist jedoch nicht grundsätzlich besser. Sie erhöht auch die mechanische Belastung der Gegenkontaktfläche sowie die erforderliche Kraft beim Kontaktieren. Besonders bei mehrpoligen Federkontakt-Konnektoren muss die Gesamtkraft berücksichtigt werden, da sich die Federkräfte der einzelnen Kontakte addieren.
Beispiel: Werden zehn Federkontakte mit jeweils 100 gf bei Working Height eingesetzt, ergibt sich eine Gesamtkraft von etwa 1.000 gf bzw. 9,8 N.
Bei der Auslegung sollten daher insbesondere Working Height, Anzahl der Federkontakte, Gegenkontaktfläche, verfügbare Betätigungskraft sowie mögliche Vibrationen und Bewegungen berücksichtigt werden.
Strombelastbarkeit
Standard-Federkontakte sind je nach Ausführung typischerweise für Nennströme von 1 A bis 2 A ausgelegt. Durch speziell konstruierte Bauformen sind Strombelastbarkeiten bis zu 15 A realisierbar.
Die zulässige Strombelastbarkeit hängt nicht allein von der Größe des Federkontakts ab. Auch konstruktiver Aufbau, Werkstoffe, Kontaktflächen und Einsatzbedingungen beeinflussen die elektrische Belastbarkeit. Für höhere Ströme kommen daher speziell ausgelegte High-Current-Designs zum Einsatz.
Kontaktwiderstand
Ein geringer Kontaktwiderstand ist für eine zuverlässige Strom- und Signalübertragung entscheidend. Bei unseren Federkontakten liegt der Kontaktwiderstand je nach Ausführung typischerweise bei unter 100 mΩ.
Beeinflusst wird der Kontaktwiderstand unter anderem durch Konstruktion, Kontaktoberflächen, Beschichtung, Federkraft und den Zustand der Kontaktflächen. Bei der Auslegung sollte deshalb nicht nur der Nennstrom, sondern auch die vorgesehene Anwendung und deren Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden.
Kolben- und Kopfgeometrie
Die Form der Kontaktspitze bzw. des Kolbens wird entsprechend der Gegenkontaktfläche und der mechanischen Kontaktierung ausgewählt. Unterschiedliche Kopfgeometrien ermöglichen die Anpassung an flache, strukturierte oder spezielle Gegenkontaktflächen.
Aufbau und Funktionsweise eines Federkontakts
Ein klassischer Federkontakt besteht im Wesentlichen aus drei aufeinander abgestimmten Komponenten:
- Kolben (Plunger): beweglicher Kontaktstift zur Kontaktierung der Gegenkontaktfläche
- Stifthülse (Barrel): führt den Kolben und bildet das äußere Gehäuse des Federkontakts
- Druckfeder: erzeugt beim Eindrücken des Kolbens die erforderliche Federkraft
Wird der Kolben gegen die Gegenkontaktfläche gedrückt, bewegt er sich axial in die Stifthülse und komprimiert die innenliegende Feder. Die dadurch erzeugte Federkraft sorgt für den definierten Anpressdruck zwischen Federkontakt und Gegenkontakt.
Der mögliche Federweg ermöglicht gleichzeitig den Ausgleich von Maß- und Positionstoleranzen. Für eine zuverlässige Kontaktierung ist entscheidend, dass der Federkontakt innerhalb des für die jeweilige Ausführung vorgesehenen Arbeitsbereichs betrieben wird.
Je nach elektrischer und mechanischer Anforderung kommen unterschiedliche interne Konstruktionen zum Einsatz.
Dazu gehören unter anderem Back Drill Design, Bias Design, 4P Design und High Current Design, die im weiteren Verlauf dieser Seite näher erläutert werden.
Design Varianten von Federkontakten:
Design Varianten von Federkontakten:
Back Drill Design / Bias Design / 4P Design mit Ball / 4P Design mit Cap / Rolling Pin / Screw Pin / Right Angle Design / Bending Type
Design Varianten von Federkontakten
Back Drill Design
Bei kleineren Bauweisen wird das sogenannte Back Drill Design angewandt. Um die kundenspezifisch gewünschte Federkraft zu erreichen, ist bei diesem Design die eingesetzte Feder länger als der hohle Kolben.
Bias Design
Um einen 100% Kontakt des Kolbens mit der Stifthülse zu garantieren, wird das Bias-Design eingesetzt. Bei diesem Design wird der Kolben an seinem Ende in einem Winkel von bis zu 18° angeschrägt. Dies reduziert die Signalstörung in Folge von Vibrationen signifikant. Das Bias Design wird bei fast allen Federkontaktstiften ab einer Länge von 3,5mm angewandt.
4P Design
Bei hohen Anforderungen an die Stromtragfähigkeit (>3A) und Vibrationsbeständigkeit wird das Bias Design um das 4P-Design ergänzt. Um ein verglühen der Druckfeder durch zu geringe Lateralkräfte bei hohen Strömen auszuschließen, werden beim 4P-Design die bisherigen drei Komponenten (Kolben, Druckfeder und Hülse) um einen Edelstahlball als vierte Komponente ergänzt.
4P Design mit Kappe / High Current Design
Bei Hochstrom-Anwendungen ab 5A wird das 4P-Design mit Kappe eingesetzt. Die Hülle des Kolbens wird zusätzlich verstärkt. Zudem dient eine besondere Struktur im Inneren des Federkontaktes zur Erhöhung des Kontaktbereiches.
Right Angle Design
Beim Right Angle Design ist der Federkontakt für eine Kontaktierung im 90°-Winkel zur Leiterplatte ausgelegt. Diese Bauform eignet sich für Anwendungen, bei denen die Kontaktierung seitlich erfolgen soll oder der verfügbare Bauraum eine vertikale Anordnung nicht zulässt.
Bending Type
Beim Bending Type ist das Anschlussende des Federkontakts rechtwinklig gebogen. Diese Bauform ermöglicht eine platzsparende Montage auf der Leiterplatte und eignet sich besonders für Anwendungen mit begrenztem Bauraum.
Rolling Pin Federkontakte
Rolling Pin Federkontakte sind für Anwendungen mit seitlichen, gleitenden oder rotierenden Bewegungen ausgelegt. Eine integrierte Kugel in der Kontaktspitze ermöglicht eine 360°-Kontaktierung und reduziert die Reibung zwischen den Kontaktflächen.
Dadurch eignen sich Rolling Pins besonders für dynamische Kontaktierungen, bei denen klassische axial arbeitende Federkontakte an ihre konstruktiven Grenzen stoßen.
Federkontakte im Screw-Design
Das Screw-Design kombiniert elektrische Kontaktierung und mechanische Befestigung in einem Bauteil. Dazu wird ein Schraubgewinde in einen kundenspezifischen Federkontakt integriert.
Die Umsetzung ist bei Federkontakten mit einer Kolbenlänge ab 3,5 mm möglich und eignet sich besonders für kompakte Anwendungen mit begrenztem Bauraum.
Anschlussoptionen von Federkontakten
Wir bieten Federkontakte mit verschiedenen Anschlussoptionen, die sich optimal in Ihre Fertigungsprozesse integrieren lassen:
- Flat Type Federkontakte – geeignet für die SMD-Bestückung (Surface Mount Technology)
- Plug-In Type Federkontakte – entwickelt für die THT-Bestückung (Through Hole Technology)
Für die automatisierte Leiterplattenbestückung können nahezu alle Federkontakte mit einer Bestückungskappe ausgestattet und im Tape-&-Reel-Format (Gurtverpackung) geliefert werden. Dies ermöglicht eine effiziente Verarbeitung im Reflow- oder Wellenlötprozess.
Sollten Sie Federkontakte mit Crimpanschluss oder einem Solder Cup / Lötanschluss benötigen, prüfen wir gerne individuell die technische Umsetzbarkeit. In vielen Fällen lassen sich Plug-In Federkontakte sowie Modelle im 360° Rolling Pin Design mit einem passenden Lötanschluss ausstatten – sowohl standardisiert als auch als kundenspezifische Lösung.
Beschichtung von Federkontakten
Die Werkstoffe eines Federkontakts werden entsprechend den mechanischen und elektrischen Anforderungen der Anwendung ausgewählt. Standardmäßig bestehen Kolben und Stifthülse aus Messing, während für die Druckfeder Edelstahl eingesetzt wird. Für besondere Anforderungen stehen alternative Werkstoffe zur Verfügung.
- Kolben: Messing (Standard), Berylliumkupfer, Phosphor-Bronze, SK4 – Stahl
- Stifthülse: Messing (Standard), Berylliumkupfer, Phosphor-Bronze
- Feder: Edelstahl
- Steckgehäuse: Polyoxyethylen (Standard), HTN Polyphthalamide, LCP Liquid-crystal polymers, PBT Polybutylene terephthalate, PA10T
Oberflächenbeschichtung von Federkontakten
Für eine zuverlässige elektrische Kontaktierung und zum Schutz der Kontaktflächen vor Korrosion und Oxidation werden Kolben und Stifthülse mit einer geeigneten Oberflächenbeschichtung versehen.
Bei der Standardausführung wird zunächst eine Nickelschicht von 1 bis 2 µm als Basisschicht aufgebracht. Darauf folgt eine Goldbeschichtung von 0,1 bis 1 µm. Die Kombination unterstützt einen geringen Kontaktwiderstand und schützt die Kontaktoberfläche vor Umwelteinflüssen und Verschleiß.
Für besondere Einsatzbedingungen stehen darüber hinaus alternative Beschichtungen zur Verfügung. Dazu gehören unter anderem PSG, Super AP, Super APT und Palladium-Nickel.
Je nach Anwendung können auch partielle Beschichtungen einzelner Kontaktbereiche umgesetzt werden. Dadurch lassen sich die Oberflächeneigenschaften gezielt an elektrische, mechanische, korrosive oder wirtschaftliche Anforderungen anpassen.
| BESCHICHTUNG | HÄRTE (HV) | FUNKTION (FARBE) |
|---|---|---|
| Gold | 200 | niedriger Widerstand (gold) |
| PSG | 200 | günstigere Alternative zu Gold (gold) |
| Super AP | 400 | hohe Korrosionsbeständigkeit, geringer elektrischer Widerstand (silber) |
| Super APT | 400 | höchste Korrosionsbeständigkeit, geringer elektrischer Widerstand (silber) |
| Nickel | 150-200 | Korrosionsbeständigkeit / vglw. günstig (silber) |
| Palladium-Nickel | 330-380 | Verbesserte Signalübertragung (silber) |
| Messing | 600 | Alternative zu Nickel (silber) |
| Palladium Cobalt | 450-600 | Alternative zu Palladium-Nickel (silber) |
| Palladium Cobalt | 600-800 | Farbanforderung schwarz |
Super AP und Super APT Beschichtung
Die Super AP / APT Beschichtungen sind extrem widerstandsfähig gegen elektrolytische bzw. galvanische Korrosion, während sie einen sehr geringen Widerstand beibehalten. Dadurch eignet sie sich besonders für alle elektrischen Anwendungen. Im Vergleich zu einer Gold Beschichtung sind diese Sonderbeschichtungen:
- Widerstandsfähiger gegen Salzwasser
- Resistenter gegen Transpiration
- Widerstandsfähiger gegen Elektrolyse
- Nickel-Frei
Galvanische Korrosion entsteht, wenn zwei unterschiedliche Metalle elektrisch leitend miteinander verbunden sind und gleichzeitig mit einem Elektrolyten – beispielsweise Wasser, Salzwasser oder Schweiß – in Kontakt kommen. Dadurch bildet sich ein galvanisches Element: Das unedlere Metall wird bevorzugt angegriffen und korrodiert.
Bei Federkontakten kann dies insbesondere an Kontakt- und Beschichtungsflächen relevant sein. Beschädigungen, Poren oder Verschleiß der Oberflächenbeschichtung können dazu führen, dass unterschiedliche Metallschichten mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen. Korrosion kann anschließend den Kontaktwiderstand erhöhen und langfristig die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung beeinträchtigen.
Deshalb sind für Anwendungen mit Feuchtigkeit, Schweiß, Salzwasser oder anderen korrosiven Einflüssen geeignete Werkstoff- und Beschichtungssysteme besonders wichtig.
| VERGLEICH | TESTANDARD | GOLD (50U“) | SUPER AP | SUPER APT |
|---|---|---|---|---|
| Nickelfreisetzung | EN12472:2005 & A1:2009 | Nickelhaltiger Prozess | Nickelfreier Prozess | Nickelfreier Prozess |
| Impedanz | EIA-364-23 | < 50 mΩ | < 50 mΩ | < 50 mΩ |
| Salzwasser-Resistenz | EIA-362-26 | 96 HR | 168 HR | 168 HR |
| Transpirations-Resistenz | ISO-3160 | 168 HR | 168 HR | 168 HR |
| Oberflächenhärte | ISO6507-1:2005 | 200 HV | 400 HV | 400 HV |
| Elektrolyse-Widerstandszeit | 1mA, 5V, Pitch=0.60mm | < 1 Min. | 60 Min. | 90 Min. |
PSG Beschichtung – Wirtschaftliche Alternative zu Gold
Das PSG Coating ist eine nickelfreie Funktionsbeschichtung mit goldähnlicher Oberfläche, die für elektrische Kontakte, Steckverbinder sowie Federkontakte und Pogo Pins eingesetzt wird. Es dient als kosteneffiziente Alternative zu klassischen Ni/Au-Goldbeschichtungen ab 10 µ″ und reduziert den Edelmetallanteil deutlich, ohne die funktionalen Eigenschaften zu beeinträchtigen.
Die Beschichtung ist für industrielle Anwendungen ausgelegt und erfüllt Anforderungen an Korrosionsschutz, Lötbarkeit, mechanische Stabilität und Langzeitzuverlässigkeit. Prüfungen unter Umwelt- und Dauerbelastung belegen eine Eignung für bis zu 10.000 Steckzyklen und eine Leistungsfähigkeit auf dem Niveau etablierter Goldsysteme.
Dank der signifikanten Kostenersparnis von bis zu über 50 % ist PSG besonders für serienreife und kostenoptimierte Anwendungen geeignet, bei denen technische Sicherheit und Prozessstabilität weiterhin entscheidend sind.
Kundenspezifische Federkontakte
Neben unserem Standardsortiment realisieren wir projektspezifische Ausführungen, die exakt auf Ihre konstruktiven und elektrischen Anforderungen abgestimmt sind. Parameter wie Stromtragfähigkeit, Federkennlinie oder Kontaktoberfläche werden dabei gezielt angepasst, um optimale Funktion und Lebensdauer sicherzustellen.
Unser Entwicklungsteam begleitet Sie von der technischen Spezifikation bis zur serienreifen Umsetzung und prüft gemeinsam mit Ihnen geeignete Werkstoffe, Beschichtungsverfahren und individuelle Kontakt- oder Steckerkonzepte. Auf diese Weise entsteht eine Lösung, die sich nahtlos in Ihre Baugruppe integriert und dauerhaft zuverlässige Kontaktqualität gewährleistet.
Beispiele von kundenspezifischen Federkontakten und Steckern mit Federkontakten.
Mehr Informationen zum download
Kundenspezifische Anpassung von Federkontakten
Neben unseren Standard-Federkontakten ermöglichen wir kundenspezifische Anpassungen, um Ihre individuellen Anforderungen optimal zu erfüllen. Dazu gehören Modifikationen des Nennstroms, der Federkraft und der Oberflächenbeschichtung.
Dabei unterstützt unser erfahrenes Ingenieurteam Sie bei der Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen und bietet eine Vielzahl an Materialoptionen, speziellen Beschichtungen und flexiblen Steckverbinder-Konfigurationen.