Бела књига: Робустност у конекторима
Било да је реч о ваздухопловно-космичком сектору (ваздухопловна и космичка индустрија), индустријској аутоматизацији, транспорту или здравству: конектори (конектор) увек морају да обезбеде поуздану пренос сигнала и ни под којим околностима не смеју да откажу. Истовремено, изложени су низу фактора окружења: Механички напони као што су ударци, вибрације и осцилације угрожавају стабилност преноса података, као и термички и хемијски утицаји окружења изазвани екстремним температурама, значајним флуктуацијама температуре, штетним гасовима, влагом и прљавштином. Стога произвођачи висококвалитетних конектор примењују читав низ мера како би заштитили своје конекторе од ових утицаја.
Издржљивост упркос минијатуризацији
Модерна електротехника више него икада подлеже једном тренду: минијатуризацији. Склопови и њихове компоненте не само да морају да постану све моћнији, већ и све мањи. Ипак, они се често користе у суровим условима реалног света. Компоненте, као и конектор, стога постају све осетљивије, а истовремено подносе исти ниво оптерећења. Међутим, висококвалитетни конектор не само да подноси овај стрес подједнако добро као и свој старији и већи еквивалент, већ и боље. То је због напретка у саставу материјала и дизајну производа, на пример у геометрији изолационог кућишта (сл. 1).
Површина као фактор утицаја
На робустност конектора утиче низ фактора. Један од њих је контактна површина (контактна површина). Она игра пресудну улогу у одређивању радног века конектора, који се обично мери бројем убачаја (циклуси спајања). Током коришћења у терену, конектор је изложен одређеним микропокретима. Они доводе до хабања површине и, последично, до оксидације (сл. 2).
Резултат је повећана " контактна отпорност " и последично лошија квалитет преноса сигнала. Стога је неопходно минимизовати хабање површине током спајања и у току рада коришћењем висококвалитетног и издржљивог " превлака контакта ". Да би се то постигло, и "Messer-" и " женски контакт " морају имати одговарајуће глатку површину. Упркос растућим ценама, злато се и данас широко користи за површинске премазе због отпорности на корозију и одличне проводљивости. Пошто је чисто злато меко, легује се са 0,2 до 0,3 одсто кобалта или никла како би се добио тврдо злато. Међутим, они који траже стабилнију алтернативу овој структури премаза могу, на пример, да се одлуче за легуру никла и фосфора са флеш позлата. Када се комбинују у веома специфичним пропорцијама, ова два материјала показују иста позитивна својства као злато: високу отпорност на корозију, изузетну отпорност на хабање и одличну проводљивост. Да би се спречила дифузија између контактног материјала и површинског премаза, често се користи такозвани никлани баријерни слој. Ова баријера помаже у спречавању корозије.
Контактни дизајн као фактор утицаја
Контакти конектора су штампани или точени. Међутим, током процеса штанцања (штанцовање) на доњој страни штампане траке формира се нехомогена површина са оштрим ивицама, која је видљива под микроскопом. Конвенционални системи долазе у контакт са овим ивицама штанцања (штанцована ивица), што доводи до повећаног хабања површине и, последично, већег отпора прелаза (контактна отпорност). Ово се може избећи савијањем пролећне тулипане за 90 степени у такозваном процесу штанцања и савијања, тако да долази у контакт са контактном ивицом ножа (мушки контакт) преко глатке, ваљане површине (сл. 3).
Међутим, не само дизајн "женски конектор", већ и дизајн "мушки конектор" су пресудни за дуговечност конектора. То је зато што и овај други мора бити чистo пробијен и даље обрађен како би се избегле дефектне, оштре геометрије.
Међутим, не само дизајн "женски конектор", већ и дизајн "мушки конектор" су пресудни за дуговечност конектора. То је зато што и овај други мора бити чистo пробијен и даље обрађен како би се избегле дефектне, оштре геометрије.
Контактни систем као фактор утицаја
Традиционални дводелни " конектор " састоје се од "Messer-" и " женски контакт". Међутим, у случају јаког удара, " мушки конектор " се може одвојити од " женски конектор ". Да би се спречило такво " прекид контакта ", може се користити двострани " женски конектор " који обезбеђује резервност и тиме поуздан контакт; то је зато што други пружић осигурава да се пренос сигнала у сваком тренутку одржава преко најмање једне контактне тачке (сл. 4).
конектор-ови са такозваним "родно неутралним" контактним системом су, за разлику од тога, још робуснији. Карактеристична особина овде лежи у идентичним контактним геометријама два дела конектора, Plug-а и Socket-а. Оба стога имају и опругу и лемилицу. То значи да сваки пин контактирају две опруге, док су Plug и Socket међусобно закључани и не могу се раздвојити. Док двострана пружинска контактна трака (женски конектор) увек обезбеђује најмање једну контактну тачку под механичким оптерећењем, укрштене геометрије у родно-неутралним контактним системима гарантују да се пренос сигнала увек одвија преко две контактне тачке. Овај висок ниво редундансности тиме обезбеђује максималну поузданост контакта (Сл. 5).
Што се тиче чврстоће, гендер-неутрални контактни систем надмашују само једноделни конектори. Они у потпуности одбацују традиционални дводelni контактни принцип који се састоји од оштрице и опругеженски конектор. Уклањањем рањивог контактног подручја, једноделне конектор не само да пружају највишу отпорност на ударце, вибрације, влагу, прашину и атмосферске услове, већ су погодне и за заливање и друге методе заштите компоненти. У комбинацији са технологијом технологија утискивања, они обезбеђују најсигурнију механичку и електричну везу између две штампане плоче (сл. 6).
Фактор утицаја: техника прикључивања
Постоје различити начини за причвршћивање " конектор " за штампане плоче. Један од њих је горе поменути " технологија утискивања". Његова сврха је да оствари највеће могуће прихватне силе између " конектор " и штампане плоче, истовремено минимизујући " сила утискивања ". Ове прихватне силе одређују механичко повезивање, које заузврат мора да издржи ударце и вибрације. Овај " техника прикључивања " је процес који је испробан и тестиран милијарде пута, у којем се " пин за утискивање " утисне у " метализована рупа " на штампаној плочи (сл. 7).
" пин за утискивање " има већу дијагоналну димензију од пречника отвора на штампаној плочи. Коннекторски пин је флексибилан у " зона утискивања " како би се спречило деформисање штампане плоче физичким силама током процеса преса-фит уградње. Деформација је стога ограничена на " зона утискивања " (сл. 8). Између " контактни пин " и метализоване рупе на штампаној плочи настаје хладни завари: гасно-непропусна, отпорна на корозију, нискоотпорна и електрично проводљива механичка веза која је такође погодна за " заливање ". Такође је прописано у стандарду DIN EN 60352-5 и одржава сигуран контакт чак и под веома великим механичким и термичким оптерећењима, као што су вибрације, савијање и екстремне флуктуације температуре, а може издржати и ударна оптерећења до 200 g.
Због изузетне робусности и десетоструког побољшања поузданости електричног контакта ( стопа отказа ) (FIT стопа) у поређењу са аутоматски лемљеним конектор, технологија утискивања се често користи у применама високог нивоа безбедности где пренос сигнала не сме бити прекинут ни под којим околностима, на пример у системима ваздушних јастука или модулима ABS и ESP.
Због изузетне робусности и десетоструког побољшања поузданости електричног контакта ( стопа отказа ) (FIT стопа) у поређењу са аутоматски лемљеним конектор, технологија утискивања се често користи у применама високог нивоа безбедности где пренос сигнала не сме бити прекинут ни под којим околностима, на пример у системима ваздушних јастука или модулима ABS и ESP.
Међутим, метода "технологија утискивања" није увек погодна; на пример, када се штампане плоче морају попунити са обе стране или када се не може одржати минимална удаљеност од компоненти у правцу деловања силе. Други начин за успостављање поуздане и издржљиве везе између конектора и штампане плоче јесте технологија површинског монтажног система (SMT). паста за лемљење се користи за лемљење конектор-а на дефинисана контактна подручја на штампаној плочи, позната као лемне тачке. Само у такозваној пећ за лемљење претапањем-и олово се растопи и потом стврдне. SMT омогућава постизање стабилних веза између конектора и штампане плоче. Међутим, за то морају бити испуњени одређени критеријуми: прво, за лемну тачку (лемни спој) у складу са IPC-A-610, мора се одржавати правилан однос између ноге за лемљење (SMT извод), контактне површине за лемљење (лемна површина) и пасте за лемљење (паста за лемљење). Само на овај начин може се успоставити висококвалитетна веза која омогућава повезивање у складу са IPC класом 3 и стога је погодна за употребу у високопродуктивној електроници. У овој класи, кварови у преносу сигнала морају бити искључени у сваком тренутку. Оптимална лемилемљени спој може се препознати по једноличном обликовању менискуса. Контакт мора бити потпуно окружен лемним менискусом како би се постигле најбоље прихватне силе на штампаној плочи. (Сл. 9).
Копланарност контактних пинова је од суштинског значаја за одличну везу. Уколико су сви ови захтеви испуњени, доказано је да SMT конектори могу издржати механичка оптерећења до 400 N.
Дизајн изолационог тела као фактор утицаја
Геометрија изолационог тела конектора такође помаже у заштити контаката од оштећења током рада или инсталације. Треба је дизајнирати тако да су рањиви контакти заштићени унутар конектора.
Фазе за увођење жица такође могу спречити оштећења током монтаже. Оне помажу да се компензује било какво неусклађивање штампаних плоча у било ком правцу када се конектор спаја. Помоћу додатне зоне за закључавање, две половине конектора могу се спојити без оштећења чак и у случају централног или угаоног неусклађивања (сл. 10).
Фазе за увођење жица такође могу спречити оштећења током монтаже. Оне помажу да се компензује било какво неусклађивање штампаних плоча у било ком правцу када се конектор спаја. Помоћу додатне зоне за закључавање, две половине конектора могу се спојити без оштећења чак и у случају централног или угаоног неусклађивања (сл. 10).
Неки конектори (конектор) такође имају закључаваче за плочу. То су металне копче причвршћене за изолационо тело (изолационо тело) и такође залемљене на штампану плочу (сл. 11). На овај начин обезбеђују додатну стабилност – чак и у неповољним условима као што су вибрације и удари.
Фактор утицаја Опсег толеранције
Дометак тачности конектора игра пресудну улогу у процењивању његове чврстоће. Ако конектор не може да надокнади наведене толеранције, механичка кретања довешће до хабања или чак оштећења везе. Током уградње, косине за убацивање пружају потпору која омогућава безбедно спајање конектора са лопатицама и опружно напуњених конектора (женски конектор). Међутим, чак и када су спојени, мора се омогућити компензација микропомерања. То се постиже геометријом контаката и изолационих тела. Ако конектор има функцију плутајући, може да компензује до ±0,4 мм чак и током рада. Ова функција постаје све важнија, јер игра кључну улогу када је штампана плоча опремљена вишеструким конекторима. Међутим, у пракси се напони јављају не само у правцима x и y, већ и у правцу z (сл. 12).
Ово поставља питање "ефективна дужина спајања" (сигурност преклапања) конектора. То описује преклапајући део између контактних језичака и пролећних контакатаженски конектор, чиме се омогућава не само различита размакнућа између штампаних плоча, већ и – у зависности од величине тог дела – толеранцијски опсези (сл. 13).
С друге стране, максимална компензација толеранције постиже се кабловским повезивањем. Овде дужина кабла одређује опсег толеранције прикључка.
С друге стране, максимална компензација толеранције постиже се кабловским повезивањем. Овде дужина кабла одређује опсег толеранције прикључка.
Поступак тестирања
Постоје различите процедуре испитивања за проверавање карактеристика чврстоће конектора (конектор). У овим испитивањима, променљиве као што су подносиви напон (отпорност на напон) и контактна отпорност (прелазни отпор) процењују се и пре и после испитивања оптерећењем, а стање контаката се визуелно прегледа. На пример, могу се проценити ефекти 500 циклуси спајања на подносиви напон, или климатски тест може утврдити да ли неколико сати на почетку на -55°C, а затим на 125°C, има негативан утицај на контактна отпорност конектора. У тесту термичког удара, конектор мора да издржи 100 брзих циклуса између ових екстремних температура, од којих сваки траје 30 минута. Поред тога, центрирање и угаони помак при спајању, као и толерантни опсег када је спојен, не би требало да буду проверени само теоријски на CAD моделу, већ и обимно тестирани у пракси, при чему се њихов носиви капацитет потврђује емпиријски. Једнако је важно да се и разни тестови критични за контактну површину (контактна површина) такође спроведу у комбинацији како би се симулирали услови из стварног света. На пример, циклуси спајања и тестови корозивних гасова могу се спровести у комбинацији како би се осигурало да се учинак конектора у погледу контактног отпора (контактна отпорност) и диелектричне чврстоће (подносиви напон) није погоршао и да контакти нису оштећени (Сл. 14).
Ваш дизајн – ваш избор
У зависности од захтева примене, примењују се различити критеријуми чврстоће које конектор (конектор) мора да испуни. На пример, да ли је потребно да компензује велике толеранције? Да ли је изложен великим ударним оптерећењима или вибрацијама? Да ли се користи у окружењима изложеним екстремној врућини или хладноћи? Или решење са конектором (конектор) мора да буде заштићено од влаге, корозивних гасова или прљавштине? Ако корисник заснива свој избор решења за повезивање на ова питања, може бити сигуран да је његов конектор идеално прилагођен за употребу на терену.