Tehnička specifikacija: Robustnost konektora
Bilo da se radi o zrakoplovnom (zrakoplovna i svemirska industrija) sektoru, industrijskoj automatizaciji, prometu ili zdravstvu: konektori (konektor) moraju uvijek osigurati pouzdanu prijenosnost signala i ni pod kojim okolnostima ne smiju otkazati. Istovremeno su izloženi nizu okolišnih opterećenja: Mehanički naponi poput udaraca, vibracija i oscilacija ugrožavaju stabilnost prijenosa podataka, kao i toplinski i kemijski utjecaji okoliša uzrokovani ekstremnim temperaturama, značajnim temperaturnim fluktuacijama, štetnim plinovima, vlagom i prljavštinom. Stoga proizvođači visokokvalitetnih konektor primjenjuju čitav niz mjera za zaštitu svojih konektora od tih napona.
Robusnost unatoč miniaturizaciji
Moderna elektrotehnika podliježe jednom trendu više nego ikad prije: miniaturizaciji. Sklopovi i njihove komponente ne samo da moraju postajati sve moćniji, već i sve manji. Ipak, često se koriste u teškim stvarnim uvjetima. Komponente, kao i konektori (konektor), stoga postaju sve osjetljiviji, a istovremeno podnose istu razinu opterećenja. Međutim, visokokvalitetni konektor ne podnosi samo ovaj stres jednako dobro kao i njegov stariji i veći pandan, već čak i bolje. To je zbog napretka u sastavu materijala i dizajnu proizvoda, na primjer u geometriji izolacijskog tijela (sl. 1).
Površina kao čimbenik utjecaja
Na čvrstoću konektora utječe niz čimbenika. Jedan od njih je kontaktna površina (kontaktna površina). Ona ima odlučujuću ulogu u određivanju vijeka trajanja konektora, koji se obično mjeri u ciklusima umetanja (ciklusi utikanja). Tijekom uporabe na terenu konektor je podvrgnut određenim mikro-pokretima. To dovodi do trošenja površine i, posljedično, do oksidacije (slika 2).
Rezultat je povećana ' kontaktni otpor ' i posljedično lošija kvaliteta prijenosa signala. Stoga je ključno minimizirati habanje površine tijekom spajanja i u radu korištenjem visokokvalitetnog i izdržljivog ' prevlaka kontakta '. Da bi se to postiglo, i 'Messer-' i ' ženski kontakt ' moraju imati odgovarajuće glatku površinu. Unatoč rastućim cijenama, zlato se i danas široko koristi za površinske prevlake zbog svoje otpornosti na koroziju i izvrsne provodljivosti. Budući da je čisto zlato mekano, legira se s 0,2 do 0,3 posto kobalta ili nikla kako bi se dobio tvrdo zlato. Međutim, oni koji traže cjenovno stabilniju alternativu ovoj strukturi prevlake mogu, na primjer, odabrati leguru nikla i fosfora s flash pozlata. Kada se kombiniraju u vrlo specifičnim omjerima, ova dva materijala pokazuju pozitivna svojstva koja nudi i zlato: visoku otpornost na koroziju, iznimnu otpornost na habanje i izvrsnu provodnost. Kako bi se spriječila difuzija između kontaktnog materijala i površinskog premaza, često se koristi takozvani nikl-barijerski sloj. Ta barijera pomaže u sprječavanju korozije.
Kontaktni dizajn kao čimbenik utjecaja
Kontakti konektora su utisnuti ili tokareni. Međutim, tijekom procesa utiskivanja (štancanje) na donjoj strani utisnute trake stvara se nehomogena površina s oštrim rubovima, što je vidljivo pod mikroskopom. Konvencionalni sustavi dolaze u kontakt s ovom štancani rub, što rezultira povećanim trošenjem površine i posljedično većim kontaktni otpor. To se može izbjeći savijanjem opružne tulipane za 90 stupnjeva u takozvanom procesu prešanja i savijanja, tako da dolazi u kontakt s muški kontakt preko glatke, valjane površine (slika 3).
Međutim, za dugovječnost konektora ključan je ne samo dizajn 'ženski konektor', već i 'muški konektor'. To je zato što i potonja mora biti precizno izbušena i dalje obrađena kako bi se izbjegle neispravne, oštre geometrije.
Međutim, za dugovječnost konektora ključan je ne samo dizajn 'ženski konektor', već i 'muški konektor'. To je zato što i potonja mora biti precizno izbušena i dalje obrađena kako bi se izbjegle neispravne, oštre geometrije.
Kontaktni sustav kao čimbenik utjecaja
Tradicionalni dvodijelni ' konektor ' sastoje se od 'Messer-' i ' ženski kontakt'. Međutim, u slučaju snažnog udarca, ' muški konektor ' se može odvojiti od ' ženski konektor '. Kako bi se spriječilo takvo ' prekid kontakta ', može se koristiti dvostrana ' ženski konektor ' za osiguranje redundantnosti i time pouzdanog kontakta, budući da drugi opružni element osigurava da se prijenos signala u svakom trenutku održava putem najmanje jedne kontaktne točke (slika 4).
konektor s takozvanim "rodno neutralnim" kontaktnim sustavom, nasuprot tome, još su robusniji. Karakteristična značajka ovdje je identična geometrijska izvedba kontakata dviju polovica konektora, Plug i Socket. Stoga obje imaju i oprugu i listić. To znači da svaki pin kontaktiraju dvije opruge, dok su Plug i Socket međusobno zaključani i ne mogu se odvojiti jedno od drugog. Dok dvostrana opružna kontaktna traka (ženski konektor) uvijek osigurava barem jednu kontaktnu točku pod mehaničkim opterećenjem, međusobno isprepletene geometrije u rodno neutralnim kontaktnim sustavima jamče da prijenos signala uvijek odvija putem dviju kontaktnih točaka. Ta visoka razina redundancije stoga osigurava maksimalnu pouzdanost kontakta (slika 5).
Što se tiče čvrstoće, rodno neutralni kontaktni sustav nadmašuju samo jednodijelni konektori. Ovi konektori u potpunosti odustaju od tradicionalnog dvodijelnog načela kontakta koji se sastoji od lamele i opružne trake (ženski konektor). Eliminirajući ranjivo kontaktno područje, jednodijelni konektori ne samo da nude najveću otpornost na udarce, vibracije, vlagu, prašinu i atmosferske uvjete, već su pogodni i za ulijevanje (potting) i druge metode zaštite komponentizalijevanje. U kombinaciji s tehnologijom "press-fit tehnologija" (press-fit tehnologija), oni osiguravaju najsigurniju mehaničku i električnu vezu između dviju tiskanih pločica (slika 6).
Utjecajni čimbenik: tehnika priključivanja
Postoje različiti načini za pričvršćivanje ' konektor ' na tiskane pločice. Jedan od njih je prethodno spomenuti ' press-fit tehnologija'. Njegova je svrha postići najveće moguće sile držanja između ' konektor ' i tiskane pločice, istovremeno minimizirajući ' sila utiskivanja '. Te sile držanja određuju mehaničku vezu koja, zauzvrat, mora izdržati udarce i vibracije. Ovaj ' tehnika priključivanja ' je proces koji je isproban i testiran milijardama puta, pri čemu se ' press-fit pin ' utiskuje u ' metalizirani provrt ' na tiskanoj pločici (slika 7).
' press-fit pin ' ima veću dijagonalu od promjera rupe na tiskanoj pločici. Kontakna igla konektora je fleksibilna u ' press-fit zona ' kako se tiskane pločice ne bi deformirale pod utjecajem fizičkih sila tijekom procesa umetanja. Deformacija je stoga ograničena na ' press-fit zona ' (slika 8). Između ' kontaktni pin ' i metalizirane rupe na tiskanoj pločici nastaje hladni zavar: zračno nepropusna, otporna na koroziju, niskog otpora i električno provodljiva mehanička veza koja je također pogodna za ' zalijevanje '. Također je propisan u normi DIN EN 60352-5 i održava siguran kontakt čak i pod vrlo visokim mehaničkim i toplinskim opterećenjima, poput vibracija, savijanja i ekstremnih temperaturnih fluktuacija, a može izdržati i udarne opterećenja do 200 g.
Zbog svoje iznimne čvrstoće i desetostrukog poboljšanja pouzdanosti električnog kontakta ( stopa kvarova ) (FIT stopa) u usporedbi s automatski lemljenim konektor priključkom, press-fit tehnologija priključak se često koristi u primjenama visoke sigurnosti gdje prijenos signala ni pod kojim okolnostima ne smije biti prekinut, na primjer u sustavima zračnih jastuka ili modulima ABS-a i ESP-a.
Zbog svoje iznimne čvrstoće i desetostrukog poboljšanja pouzdanosti električnog kontakta ( stopa kvarova ) (FIT stopa) u usporedbi s automatski lemljenim konektor priključkom, press-fit tehnologija priključak se često koristi u primjenama visoke sigurnosti gdje prijenos signala ni pod kojim okolnostima ne smije biti prekinut, na primjer u sustavima zračnih jastuka ili modulima ABS-a i ESP-a.
Međutim, metoda "press-fit tehnologija" nije uvijek prikladna; na primjer, kada se tiskane pločice moraju popuniti na obje strane ili kada se ne može održati minimalna udaljenost od komponenti u smjeru sile. Drugi način uspostavljanja pouzdane i trajne veze između konektor i tiskane pločice je tehnologija površinskog montažiranja (SMT). pasta za lemljenje se koristi za lemljenje konektor na definirana područja za spajanje na tiskanom pločici, poznata kao lemne površine. Tek u takozvanom reflow peć kalaj se tali i potom stvrdnjava. SMT omogućuje postizanje stabilnih veza između konektora i tiskane pločice. Međutim, za to se moraju ispuniti određeni kriteriji: prvo, za lemno mjesto (lemni spoj) u skladu s normom IPC-A-610, mora se održavati ispravan omjer stajnog nogarice (SMT izvod), lemne površine (lemna površina) i paste za lemljenje (pasta za lemljenje). Samo na taj način može se uspostaviti visokokvalitetna veza koja omogućuje spoj u skladu s klasom IPC 3 i stoga je pogodna za upotrebu u elektronici visokih performansi. U ovoj klasi, kvarovi u prijenosu signala moraju se u svakom trenutku isključiti. Optimalnu llemljeni spoj prepoznaje se po ujednačenom oblikovanju meniska. Kontakt mora biti potpuno okružen meniskom kalaja kako bi se postigle najbolje sile prianjanja na tiskanoj pločici. (Sl. 9).
Koplanarnost kontaktnih iglica ključna je za izvrsnu vezu. Pod uvjetom da su svi ti zahtjevi ispunjeni, dokazano je da konektori SMT mogu izdržati mehanička opterećenja do 400 N.
Dizajn izolacijskog tijela kao čimbenik koji utječe
Geometrija izolacijskog tijela konektora također pomaže u zaštiti kontakata od oštećenja tijekom rada ili instalacije. Trebala bi biti dizajnirana tako da su osjetljivi kontakti zaštićeni unutar konektora.
Zaobljeni ulazni rubovi također mogu spriječiti oštećenja tijekom montaže. Oni pomažu kompenzirati bilo kakvo neusklađivanje tiskanih pločica u bilo kojem smjeru kada se konektor spaja. Uz pomoć dodatnog područja za zadržavanje, dvije polovice konektora mogu se spojiti bez oštećenja čak i u slučaju središnjeg ili kutnog pomaka (slika 10).
Zaobljeni ulazni rubovi također mogu spriječiti oštećenja tijekom montaže. Oni pomažu kompenzirati bilo kakvo neusklađivanje tiskanih pločica u bilo kojem smjeru kada se konektor spaja. Uz pomoć dodatnog područja za zadržavanje, dvije polovice konektora mogu se spojiti bez oštećenja čak i u slučaju središnjeg ili kutnog pomaka (slika 10).
Neki konektori (konektor) također imaju brave za ploču. To su metalne kopče pričvršćene na izolacijsko tijelo (izolacijsko tijelo) i također zalemljene na tiskanu pločicu (sl. 11). Na taj način pružaju dodatnu stabilnost – čak i u nepovoljnim uvjetima poput vibracija i udaraca.
Čimbenik utjecaja Raspon tolerancije
Područje tolerancije konektora igra ključnu ulogu u procjeni njegove čvrstoće. Ako konektor ne može kompenzirati navedene tolerancije, mehanički pokreti dovest će do habanja ili čak oštećenja veze. Tijekom ugradnje, zaobljenja za umetanje pružaju potporu, omogućujući sigurno umetanje konektora tipa blade i ' ženski konektor '. Međutim, čak i kada su spojeni, potrebno je prihvatiti mikro-pokrete. To se postiže geometrijom kontakata i izolacijskih tijela. Ako konektor s ravnim kontaktima ( konektor ) ima funkciju kompenzacije tolerancije ( plutajući), može kompenzirati do ±0,4 mm čak i tijekom rada. Ta funkcija postaje sve važnija jer igra ključnu ulogu kada je tiskanica opremljena s više konektora. Međutim, u praksi se naprezanja javljaju ne samo u smjerovima x i y, već i u smjeru z (slika 12).
To dovodi do pitanja o "efektivna duljina spajanja" (sigurnost preklapanja) konektora. To opisuje područje preklapanja između kontaktnih lamela i opružne trakeženski konektor, čime se omogućuje ne samo različito razmakivanje tiskanih pločica, već i – ovisno o veličini tog područja – rasponi tolerancije (slika 13).
S druge strane, maksimalna kompenzacija tolerancije postiže se pomoću kabelske veze. Ovdje duljina kabela određuje raspon tolerancije utične veze.
S druge strane, maksimalna kompenzacija tolerancije postiže se pomoću kabelske veze. Ovdje duljina kabela određuje raspon tolerancije utične veze.
Postupak testiranja
Postoje različiti postupci ispitivanja za provjeru svojstava čvrstoće konektora (konektor). U tim se ispitivanjima procjenjuju varijable kao što su podnosivi napon (otpornost na napon) i kontaktni otpor (kontaktni otpor) i prije i nakon ispitivanja opterećenjem, a stanje kontakata vizualno se pregledava. Na primjer, mogu se procijeniti učinci 500 ciklusi utikanja na podnosivi napon ili klimatski test može utvrditi ima li nekoliko sati na početku na -55 °C, a zatim na 125 °C, negativan utjecaj na kontaktni otpor konektora. U testu temperaturnog šoka konektor mora izdržati 100 brzih ciklusa između tih ekstremnih temperatura, pri čemu svaki traje 30 minuta. Nadalje, središnji i kutni pomak (kutni pomak) tijekom spajanja, kao i tolerancijski raspon nakon spajanja, ne bi se trebali provjeravati samo teorijski na CAD modelu, već i opsežno testirati u praksi, pri čemu se njihova nosivost potvrđuje empirijski. Jednako je važno da se različiti testovi kritični za kontaktnu površinu (kontaktna površina) također provode u kombinaciji kako bi se simulirali uvjeti iz stvarnog svijeta. Na primjer, ciklusi spajanja i testovi korozivnih plinova mogu se provesti u kombinaciji kako bi se osiguralo da se performanse konektora u pogledu kontaktnog otpora (kontaktni otpor) i dielektrične čvrstoće (podnosivi napon) nisu pogoršale i da kontakti nisu oštećeni (slika 14).
Vaš dizajn – vaš izbor
Ovisno o zahtjevima primjene, primjenjuju se različiti kriteriji čvrstoće koje spojka (konektor) mora ispuniti. Na primjer, treba li kompenzirati velike tolerancije? Je li izložena velikim udarnim opterećenjima ili vibracijama? Koristi li se u okruženjima podložnim ekstremnoj vrućini ili hladnoći? Ili rješenje sa spojkom (konektor) treba biti zaštićeno od vlage, korozivnih plinova ili prljavštine? Ako korisnik svoj odabir rješenja za povezivanje temelji na ovim pitanjima, može biti siguran da je njegov konektor idealno opremljen za upotrebu na terenu.