Document tehnic: Rezistența conectorilor
Fie că este vorba de industria aeraerospațial, de automatizarea industrială, de transporturi sau de sectorul medical: conectorii trebuie să asigure întotdeauna o transmisie fiabilă a semnalului și nu trebuie să se defecteze sub nicio formă. În același timp, aceștia sunt expuși unei serii de solicitări din partea mediului înconjurător: Efectele mecanice, precum șocurile, vibrațiile și oscilațiile, pun în pericol stabilitatea transmiterii datelor, la fel ca și influențele termice și chimice ale mediului, cauzate de temperaturi extreme, fluctuații puternice de temperatură, gaze nocive, umiditate și murdărie. Producătorii de conector de înaltă calitate apelează, prin urmare, la o gamă largă de soluții pentru a-și proteja conectorii împotriva acestor solicitări.
Robustețe în ciuda miniaturizării

Electrotehnica modernă este supusă, mai mult ca oricând, unei tendințe: miniaturizarea. Subansamblele și componentele acestora trebuie să devină nu doar din ce în ce mai performante, ci și din ce în ce mai mici. Cu toate acestea, ele sunt adesea utilizate în condiții reale dure. Prin urmare, componentele, precum și conectorile (conector), devin din ce în ce mai delicate, în condiții de solicitare constantă. Un conector de calitate înfruntă însă această solicitare nu doar la fel de bine ca „fratele” său mai vechi și mai mare, ci chiar mai bine. Motivul constă în îmbunătățirile aduse compoziției materialelor, precum și în proiectarea produsului, de exemplu în geometria corpului izolant (Fig. 1).
Factorul de influență: suprafața

O multitudine de factori influențează robustețea unui conector. Unul dintre aceștia este suprafața de contact (suprafață de contact). Aceasta determină în mod decisiv durata de viață a conectorului, care este măsurată, de regulă, în cicluri de conectare (cicluri de cuplare). În timpul utilizării în teren, conectorul (conector) este supus unor micromișcări. Acestea duc la abraziunea suprafeței și, în consecință, la formarea de oxid (Fig. 2).
Consecința este o rezistență de rezistență de contact crescută și, prin urmare, o calitate inferioară a transmisiei semnalului. Prin urmare, este necesar să se reducă la minimum uzura suprafeței în timpul conectării, precum și în timpul funcționării, cu ajutorul unui acoperirea contactelor de înaltă calitate și durabil. Pentru aceasta, atât contactele de tip cuțit, cât și cele de tip contact mamă trebuie să aibă o suprafață corespunzător de netedă. În ciuda prețurilor în creștere, aurul este încă utilizat cu plăcere astăzi pentru acoperirile de suprafață, datorită rezistenței sale la coroziune și conductivității excelente. Deoarece aurul pur este moale, acesta este aliat cu un procent de 0,2 până la 0,3 la sută de cobalt sau nichel, obținându-se astfel „aur dur” (aur dur). Cu toate acestea, cei care caută o alternativă cu preț mai stabil la această structură de strat pot recurge, de exemplu, la un aliaj nichel-fosfor cu „aurire flash”. Combinate în proporții foarte precise, aceste două materiale prezintă proprietățile pozitive caracteristice și aurului: rezistență ridicată la coroziune, rezistență pronunțată la uzură și conductivitate excelentă. Pentru a preveni difuzia între materialul de contact și acoperirea de suprafață, se utilizează adesea un așa-numit strat barieră de nichel. Cu ajutorul acestei bariere se poate evita coroziunea.
Factorul de influență: proiectarea contactelor

Contactele unui conector sunt ștanțate sau filetate. În cazul ștanțare, pe partea inferioară a bandei ștanțate se formează însă o suprafață neomogenă, cu margini ascuțite, vizibilă la microscop. Sistemele convenționale realizează contactul pe această „muchie ștanțată”, ceea ce implică o abraziune sporită a suprafeței și, prin urmare, o rezistență de rezistență de contact mai mare. Acest lucru poate fi evitat dacă se îndoaie conul elastic cu 90 de grade în cadrul așa-numitului proces de ștanțare-îndoire, astfel încât acesta să intre în contact cu suprafața netedă, laminată, a contact tatăului (Fig. 3).
Totuși, nu doar designul conector mamă, ci și cel al conector tată sunt decisive pentru durabilitatea conectorului. Deoarece și acestea din urmă trebuie efectuate prin ștanțare și prelucrate cu precizie, pentru a evita geometriile defectuoase și ascuțite.
Totuși, nu doar designul conector mamă, ci și cel al conector tată sunt decisive pentru durabilitatea conectorului. Deoarece și acestea din urmă trebuie efectuate prin ștanțare și prelucrate cu precizie, pentru a evita geometriile defectuoase și ascuțite.
Factorul de influență: sistemul de contact

conector clasici din două părți dispun de un contact de tip „Messer” și unul de tip „contact mamă”. În cazul unor șocuri puternice, însă, conector tată-ul de tip „Messer” se poate desprinde de conector mamă-ul de tip „Feder”. Pentru a preveni o astfel de microîntrerupere, se poate asigura redundanța și, prin urmare, siguranța contactului cu ajutorul unui conector mamă de tip „Feder” cu două rânduri, deoarece, datorită celui de-al doilea contact de tip „Feder”, transmisia semnalului este asigurată în orice moment cel puțin printr-un punct de contact (Fig. 4).

În schimb, conectorii (conector) cu așa-numitul sistem de contacte hermafrodit sunt și mai robusti. Particularitatea constă în geometriile identice ale contactelor celor două jumătăți de conector, Plug și Socket. Ambele dispun, prin urmare, atât de un arc, cât și de un contact în formă de lamă. Astfel, fiecare pin este contactat de două arcuri, Plug și Socket fiind interconectate și neputându-se desprinde una de cealaltă. În timp ce o bandă de contacte cu două fețe (conector mamă) asigură întotdeauna cel puțin un punct de contact sub sarcină mecanică, geometriile interconectate ale sistemelor de contact neutre din punct de vedere al genului garantează că transmisia semnalului se realizează întotdeauna prin două puncte de contact. Această redundanță ridicată permite astfel o siguranță maximă a contactului (Fig. 5).

În ceea ce privește caracteristicile de robustețe, sistemul de contacte hermafrodit este depășit doar de conectorele monobloc. Aceștia renunță complet la principiul clasic de contact din două părți, format din „Messer-conector mamă”. Prin eliminarea zonei vulnerabile de contact, conectorii dintr-o singură piesă (conector) nu numai că prezintă cea mai mare rezistență la șocuri, vibrații, umiditate, praf și condiții atmosferice, dar sunt, de asemenea, potriviți pentru încapsulare și alte procedee de protecție a componentelor. În combinație cu tehnica de presare (tehnologie press-fit), aceștia reprezintă cea mai sigură conexiune mecanică și electrică între două plăci de circuit imprimat (Fig. 6).
Factor de influență: tehnica de conectare (tehnică de conectare)

Există diverse modalități de montare a conectorilor (conector) pe plăcile de circuit imprimat. Una dintre acestea este tehnica de presare (tehnologie press-fit) menționată anterior. Aceasta are ca scop obținerea unor forțe de reținere cât mai mari între conector și placa de circuit imprimat, cu o forță de presare (forță de inserție) cât mai mică posibil. Forțele de reținere determină calitatea conexiunii mecanice, care, la rândul său, trebuie să reziste la șocuri și vibrații. Această tehnică de conectare (tehnică de conectare) este un procedeu verificat de miliarde de ori, în cadrul căruia un pin de presare (pin press-fit) este presat într-o gaură cu contact prin plăcuță (gaură metalizată) din placa de circuit imprimat (Fig. 7).

În acest context, „ pin press-fit ” are o diagonală mai mare decât diametrul orificiului din placa de circuit imprimat. Pinul conectorului este flexibil în „ zonă press-fit ”, astfel încât placa de circuit imprimat să nu fie deformată de forțele fizice din timpul procesului de presare. Prin urmare, deformarea se limitează la zonă press-fit (Fig. 8). Se produce o sudare la rece între pin de contact și orificiul metalizat al plăcii de circuit imprimat: o conexiune mecanică etanșă la gaze, rezistentă la coroziune, cu impedanță redusă și cu o bună conductivitate electrică, care este adecvată și pentru încapsulare. De asemenea, aceasta este specificată în standardul DIN EN 60352-5 și menține contactul sigur chiar și în condiții de solicitări mecanice și termice foarte ridicate, precum vibrații, îndoire și variații puternice de temperatură, rezistând chiar și la șocuri de până la 200 g.
Datorită proprietăților sale excepționale de robustețe și a rezistenței la uzură de zece ori mai bune ( rată de defectare ) (rată FIT) decât în cazul conectorilor lipiți automat ( conector), conectorul tehnologie press-fit este utilizat cu succes în aplicații de înaltă siguranță, în care transmisia semnalului nu trebuie întreruptă sub nicio formă, de exemplu în sistemele de airbag sau în modulele ABS și ESP.
Datorită proprietăților sale excepționale de robustețe și a rezistenței la uzură de zece ori mai bune ( rată de defectare ) (rată FIT) decât în cazul conectorilor lipiți automat ( conector), conectorul tehnologie press-fit este utilizat cu succes în aplicații de înaltă siguranță, în care transmisia semnalului nu trebuie întreruptă sub nicio formă, de exemplu în sistemele de airbag sau în modulele ABS și ESP.

Totuși, tehnica de presare (tehnologie press-fit) nu este întotdeauna adecvată, de exemplu atunci când plăcile de circuit imprimat trebuie echipate pe ambele fețe sau când nu se poate respecta distanța minimă față de componente în direcția forței. O altă posibilitate de a realiza o conexiune fiabilă și durabilă între conector (conector) și placa de circuit imprimat este tehnologia de montare pe suprafață (SMT). Cu ajutorul pastei de lipire (pastă de lipit), conector-urile sunt lipite pe padurile de conectare definite ale plăcii de circuit imprimat, numite paduri de lipire (Lötpads). Abia într-un așa-numit cuptor de reflow (cuptor reflow) aliajul de lipire este topit și apoi întărit. Prin SMT se pot realiza conexiuni stabile între conector și placa de circuit imprimat. Pentru aceasta, însă, trebuie îndeplinite câteva criterii: în primul rând, pentru un punct de îmbinare prin lipire conform standardului IPC-A-610, trebuie respectat raportul corect dintre terminal SMT, pad de lipire și pastă de lipit. Numai astfel se realizează o conexiune de înaltă calitate, care permite o conexiune conform clasei IPC 3, fiind astfel adecvată pentru utilizarea în electronica de înaltă performanță. În această clasă, trebuie excluse în orice moment defecțiunile în transmisia semnalului. O „conexiune lipită” optimă se recunoaște după formarea uniformă a meniscului. Contactul trebuie să fie înconjurat pe toată circumferința de meniscul de lipire, pentru a obține cele mai bune forțe de reținere pe placa de circuit imprimat. (Fig. 9).
Coplanaritatea picioarelor de contact este o condiție esențială pentru o conexiune excelentă. Dacă toate aceste condiții sunt îndeplinite, s-a demonstrat că conectorii SMT pot rezista la solicitări mecanice de până la 400 N.
Factorul de influență: designul corpului izolator

Geometria corpului izolator al unui conector contribuie, de asemenea, la protejarea contactelor împotriva deteriorării în timpul funcționării sau al instalării. Aceasta trebuie concepută astfel încât contactele vulnerabile din interiorul conectorului să fie protejate.
În plus, muchiile de ghidare permit evitarea deteriorărilor în timpul montării. Acestea ajută la compensarea deplasării plăcilor de circuit imprimat în orice direcție în momentul conectării. Cu ajutorul unei zone de prindere suplimentare, cele două jumătăți ale conectorului pot fi conectate fără a se deteriora, chiar și în cazul unui decalaj central sau unghiular (fig. 10).
În plus, muchiile de ghidare permit evitarea deteriorărilor în timpul montării. Acestea ajută la compensarea deplasării plăcilor de circuit imprimat în orice direcție în momentul conectării. Cu ajutorul unei zone de prindere suplimentare, cele două jumătăți ale conectorului pot fi conectate fără a se deteriora, chiar și în cazul unui decalaj central sau unghiular (fig. 10).

Unele conector dispun, de asemenea, de „boardlocks”. Prin aceasta se înțeleg cleme metalice fixate pe corp izolator și care sunt, de asemenea, lipite pe placa de circuit imprimat (Fig. 11). Astfel, ele asigură o stabilitate suplimentară – chiar și în condiții nefavorabile, precum vibrațiile și șocurile.
Factor de influență Interval de toleranță

Intervalul de toleranță al unui conector joacă un rol decisiv în evaluarea robusteții acestuia. Dacă conectorul nu poate compensa toleranțele date, mișcările mecanice duc la uzură sau chiar la deteriorarea conexiunii. La instalare, teșiturile de ghidare oferă un sprijin în acest sens, pentru a permite conectarea fără deteriorări a conectorilor de tip „Messer” și „conector mamă”. Totuși, chiar și în stare conectată, micromișcările trebuie compensate. Acest lucru se realizează prin geometria contactelor și a corpurilor izolante. Dacă un conector (conector) dispune de o flotant-Funktion, acesta poate compensa până la ±0,4 mm chiar și în timpul funcționării. Această funcție capătă o importanță din ce în ce mai mare, deoarece joacă un rol decisiv la echiparea unei plăci de circuit imprimat cu mai multe conectoare. În condiții reale de funcționare, însă, solicitările apar nu numai în direcțiile x și y, ci și în direcția z (fig. 12).

Aici se pune problema „lungime utilă de cuplare” (siguranța împotriva introducerii greșite) a unui conector. Aceasta descrie zona de suprapunere dintre „Messer-leiste” și „conector mamă” și permite astfel nu numai distanțe diferite între plăci, ci și – în funcție de dimensiunea acestei zone – intervale de toleranță (Fig. 13).
Compensarea maximă a toleranțelor se realizează, în schimb, prin intermediul unei conexiuni prin cablu. În acest caz, lungimea cablului determină intervalul de toleranță al conectorului.
Compensarea maximă a toleranțelor se realizează, în schimb, prin intermediul unei conexiuni prin cablu. În acest caz, lungimea cablului determină intervalul de toleranță al conectorului.
Proceduri de verificare

Pentru a testa la maxim conectorii (conector) din punct de vedere al caracteristicilor lor de robustețe, există diverse proceduri de testare. În acest context, se iau în considerare variabile precum rezistența la tensiune de ținere și rezistența de rezistență de contact, atât înainte, cât și după un test de solicitare, iar starea contactelor este inspectată vizual. Astfel, se pot verifica, de exemplu, efectele a 500 de cicluri de cuplare asupra tensiune de ținere sau, în cadrul unei încercări climatice, se poate stabili dacă expunerea timp de câteva ore la -55 °C inițial și apoi la 125 °C are un efect negativ asupra rezistență de contact conectorului. În cadrul testului de șoc termic, conectorul trebuie să reziste la alternanța rapidă între aceste temperaturi extreme de 100 de ori, câte 30 de minute de fiecare dată. De asemenea, deplasarea centrală și cea dezaliniere unghiulară la conectare, precum și intervalul de toleranță în stare conectată, nu ar trebui verificate doar teoretic pe modelul CAD, ci testate extensiv în practică, iar rezistența la solicitare ar trebui confirmată empiric. La fel de important este ca diferitele teste critice pentru suprafață de contact să fie efectuate și în combinație, pentru a simula condițiile reale. Astfel, de exemplu, testele de cicluri de conectare și testele de coroziune cu gaze mixte ar putea fi efectuate în combinație, pentru a se asigura că performanța conectorului în ceea ce privește rezistența de rezistență de contact la tensiune nu s-a deteriorat și că contactele nu au suferit daune (Fig. 14).
Designul dumneavoastră – alegerea dumneavoastră

În funcție de cerințele aplicației, există diferite criterii de robustețe pe care un conconector trebuie să le îndeplinească. De exemplu, trebuie să compenseze toleranțe mari? Este expus la șocuri puternice sau vibrații? Este utilizat în condiții de căldură sau frig intens? Sau soluția de conectare trebuie să fie protejată împotriva umidității, a gazelor nocive sau a murdăriei? Dacă un utilizator se ghidează după aceste întrebări atunci când alege soluția de conectare, poate fi sigur că conector-ul său este perfect pregătit pentru utilizarea în teren.

