Fehér könyv: A csatlakozók megbízhatósága
Legyen szó a repüléstechnikáról és űrhajózásról (légi- és űripar), az ipari automatizálásról, a közlekedésről vagy az egészségügyről: a csatlakozóknak (csatlakozó) mindig megbízható jelátvitelt kell biztosítaniuk, és semmilyen körülmények között nem szabad meghibásodniuk. Ugyanakkor számos környezeti terhelésnek vannak kitéve: A mechanikai hatások, mint például az ütések, a rezgések és a lengések, ugyanúgy veszélyeztetik az adatátvitel stabilitását, mint a hő- és kémiai környezeti hatások, például a szélsőséges hőmérsékletek, az erős hőmérséklet-ingadozások, a káros gázok, a nedvesség és a szennyeződések. A kiváló minőségű csatlakozók (csatlakozó) gyártói ezért minden lehetséges eszközt bevetnek, hogy csatlakozóikat felkészítsék ezekre a terhelésekre.
Robusztusság a miniatürizálás ellenére

A modern elektrotechnika minden eddiginél jobban egy trend hatása alatt áll: a miniatürizálásé. Az alkatrészcsoportoknak és azok komponenseinek nemcsak egyre nagyobb teljesítményre, hanem egyre kisebb méretre is szükségük van. Ugyanakkor gyakran zord valós körülmények között kerülnek alkalmazásra. Az alkatrészek, valamint a csatlakozók (csatlakozó) ezért azonos terhelés mellett egyre finomabb kialakításúak. Egy kiváló minőségű csatlakozó azonban nem csak ugyanolyan jól, hanem még jobban is ellenáll ennek a terhelésnek, mint régebbi és nagyobb testvére. Ennek oka az anyagösszetétel és a terméktervezés terén elért fejlődés, például a szigetelőtest geometriájában (1. ábra).
A felület mint befolyásoló tényező

Számos tényező befolyásolja a csatlakozó robusztusságát. Ezek egyike az érintkezőfelület (érintkezőfelület). Ez döntő mértékben meghatározza a csatlakozó élettartamát, amelyet általában csatlakoztatási ciklusokban (dugaszolási ciklus) mérnek. Üzemeltetés közben a csatlakozó (csatlakozó) bizonyos mikromozgásoknak van kitéve. Ezek felületi kopáshoz vezetnek, és ennek következtében oxidképződéshez (2. ábra).
Ennek következménye a megnövekedett átmeneti ellenállás (átmeneti ellenállás), és ezáltal a jelátvitel romló minősége. Ezért fontos, hogy egy kiváló minőségű és tartós kontaktbevonat (érintkezőbevonat) segítségével a csatlakoztatás során, valamint üzem közben a felületi kopást a lehető legkisebbre csökkentsük. Ehhez mind a kés-, mind a rugós érintkezőknek (anya érintkező) megfelelően sima felülettel kell rendelkezniük. Az emelkedő árak ellenére az aranyt korrózióállósága és kiváló vezetőképessége miatt még ma is szívesen használják felületi bevonatokhoz. Mivel a tiszta arany puha, 0,2–0,3 százalék kobalt- vagy nikkel-tartalommal ötvözik, így nyerik a keményaranyt (keményarany). Aki azonban árstabilabb alternatívát keres ehhez a bevonati felépítéshez, az például egy nikkel-foszfor ötvözetet használhat „flash aranyozás” bevonattal. Meghatározott arányban kombinálva ez a két anyag az aranyra jellemző pozitív tulajdonságokat is magában hordozza: magas korrózióállóságot, kiemelkedő kopásállóságot és kiváló vezetőképességet. Az érintkezőanyag és a felületi bevonat közötti diffúzió megakadályozása érdekében gyakran alkalmaznak úgynevezett nikkel-gátréteget. Ennek a gátnak a segítségével elkerülhető a korrózió.
A kapcsolattervezés hatása

A csatlakozók érintkezőit stancolással vagy esztergálással kezelik. A stancolás során azonban a stancolt szalag alsó oldalán mikroszkóp alatt látható, inhomogén, éles szélű felület keletkezik. A hagyományos rendszerek ezen a vágott él-en érintkeznek, ami fokozott felületi kopással, és így magasabb átmeneti ellenállás-szel jár. Ez elkerülhető, ha az úgynevezett sajtoló-hajlítási eljárás során a rugós csatlakozót 90 fokkal meghajlítjuk, így az sima, hengerelt felületével érintkezik a „apa érintkező”-tal (3. ábra).
De nem csak a rugós csatlakozósáv (anya csatlakozó) kialakítása, hanem a késes csatlakozósávé (apa csatlakozó) is döntő fontosságú a csatlakozó hosszú élettartama szempontjából. Ugyanis az utóbbiakat is pontosan kell stancolni és továbbfeldolgozni, hogy elkerülhetőek legyenek a hibás, éles geometriák.
De nem csak a rugós csatlakozósáv (anya csatlakozó) kialakítása, hanem a késes csatlakozósávé (apa csatlakozó) is döntő fontosságú a csatlakozó hosszú élettartama szempontjából. Ugyanis az utóbbiakat is pontosan kell stancolni és továbbfeldolgozni, hogy elkerülhetőek legyenek a hibás, éles geometriák.
Befolyásoló tényező: érintkezőrendszer

A klasszikus, kétrészes csatlakozók (csatlakozó) egy kés- és egy rugós érintkezővel (anya érintkező) rendelkeznek. Erős ütés hatására azonban a késsor (apa csatlakozó) leválhat a rugós sorról (anya csatlakozó). Annak érdekében, hogy ne kerüljön sor ilyen érintkezőszakadásra (érintkezés-megszakadás), egy kétoldalas rugós sor segítségével biztosítható a redundancia és így az érintkezésbiztonság, mivel a második rugó révén a jelátvitel minden esetben legalább egy érintkezési ponton keresztül biztosított (4. ábra).

Ennél is robusztusabb a hermafrodit érintkezőrendszerrel rendelkező csatlakozó (csatlakozó). A különlegességük abban rejlik, hogy a csatlakozófélek, a dugasz (Plug) és az aljzat (Socket) érintkezőgeometriája azonos. Mindkettő rendelkezik tehát egy-egy rugóval és egy-egy pengével. Így minden érintkezőt két rugó érint, a dugasz és az aljzat pedig egymásba fonódik, és nem tudnak egymástól elválni. Míg egy kétoldalas anya csatlakozó mechanikai terhelés esetén mindig legalább egy érintkezési pontot biztosít, addig a nemtől független érintkezőrendszereknél az egymásba fonódó geometriák garantálják, hogy a jelátvitel mindig két érintkezési ponton keresztül történjen. Ez a magas redundancia így maximális érintkezési biztonságot tesz lehetővé (5. ábra).

Robusztusságát tekintve a hermafrodit érintkezőrendszert csak az egyrészes csatlakozók múlják felül. Ezek teljesen elhagyják a klasszikus, kétrészes érintkezőelvet, amely a „anya csatlakozó” elven alapul. A sérülékeny érintkezési terület eltávolításának köszönhetően az egyrészes csatlakozó nemcsak a legnagyobb ellenállást nyújtják az ütésekkel, rezgésekkel, nedvességgel, porral és a környezeti hatásokkal szemben, hanem alkalmasak a kiöntés és más alkatrészvédelmi eljárásokra is. Az press-fit technológia kombinálva ezek jelentik a két nyomtatott áramköri lap közötti legbiztonságosabb mechanikai és elektromos csatlakozást (6. ábra).
Befolyásoló tényező: csatlakozástechnika

Különböző lehetőségek kínálkoznak a csatlakozók (csatlakozó) nyomtatott áramköri lapokra történő felszerelésére. Ezek egyike a már említett bepréselési technika (press-fit technológia). Célja, hogy a lehető legkisebb bepréselési erő (besajtolási erő) mellett a lehető legnagyobb megtartó erőt (megtartó erő) valósítsa meg a csatlakozó és a nyomtatott áramköri lap között. A megtartó erők határozzák meg a mechanikus csatlakozást, amelynek ellenállnia kell az ütéseknek és a rezgéseknek. Ez a csatlakozási technika (csatlakozástechnika) milliárdszorosan bevált eljárás, amelynek során egy bepréselt csapot (press-fit tüske) préselnek be a nyomtatott áramköri lap furatgalvanizált furatjébe (7. ábra).

Ekkor a „ press-fit tüske ” átlója nagyobb, mint a nyomtatott áramköri lap furatátmérője. A csatlakozócsap a „ press-fit zóna ” mentén rugalmas, hogy a nyomásos beillesztés során fellépő fizikai erők ne deformálják a nyomtatott áramköri lapot. A deformáció ezért a press-fit zóna -re korlátozódik (8. ábra). A érintkezőtüske és a metallizált nyomtatott áramköri lap furata között hideghegesztés jön létre: egy gáztömör, korrózióálló, alacsony ellenállású és jó elektromos vezetőképességű mechanikus csatlakozás, amely a kiöntés -hez is alkalmas. Ezenkívül a DIN EN 60352-5 szabványban is elő van írva, és nagyon nagy mechanikai és hőterhelés mellett – például rezgés, hajlítás és erős hőmérséklet-ingadozások esetén – is biztos marad az érintkezés, sőt akár 200 g-os ütésterhelést is kibír.
Kiváló robusztussága és az automatizáltan forrasztott csatlakozó-hez képest tízszer jobb „ meghibásodási ráta ” (FIT-érték) értéke miatt az press-fit technológia -t szívesen alkalmazzák olyan magas biztonsági követelményeket támasztó alkalmazásokban, ahol a jelátvitel semmilyen körülmények között nem szakadhat meg, például légzsákrendszerekben vagy ABS- és ESP-modulokban.
Kiváló robusztussága és az automatizáltan forrasztott csatlakozó-hez képest tízszer jobb „ meghibásodási ráta ” (FIT-érték) értéke miatt az press-fit technológia -t szívesen alkalmazzák olyan magas biztonsági követelményeket támasztó alkalmazásokban, ahol a jelátvitel semmilyen körülmények között nem szakadhat meg, például légzsákrendszerekben vagy ABS- és ESP-modulokban.

Az press-fit technológia azonban nem mindig alkalmas, például akkor, ha a nyomtatott áramköri lapokat kétoldalúan kell felszerelni, vagy ha az alkatrészekhez viszonyított minimális távolságot az erő irányában nem lehet betartani. Egy másik lehetőség a csatlakozók és a nyomtatott áramköri lap közötti megbízható és tartós kapcsolat létrehozására a felületre szerelési technológia (SMT). forrasztópaszta segítségével a csatlakozó-eket a nyomtatott áramköri lap meghatározott forrasztási felületeire, a forrszemekre forrasztják. Csak egy úgynevezett reflow-kemence olvad meg a forrasztóanyag, majd keményedik meg. Az SMT segítségével stabil csatlakozások valósíthatók meg a csatlakozó és a nyomtatott áramköri lap között. Ehhez azonban néhány kritériumnak meg kell felelni: Először is, a szabványnak megfelelő IPC-A-610-es forrasztási pont-hez be kell tartani a forrasztási láb, a forrszem és a forrasztópaszta megfelelő arányát. Csak így jön létre olyan kiváló minőségű csatlakozás, amely IPC 3. osztályú csatlakozást tesz lehetővé, vagyis alkalmas a nagy teljesítményű elektronika területén való felhasználásra. Ebben az osztályban a jelátvitel megszakadását minden esetben ki kell zárni. Az optimális forrasztási forrasztott kötés az egyenletes meniszkusz kialakulásáról lehet felismerni. Az érintkezőt körbe kell ölelnie a forrasztási meniszkusznak, hogy a nyomtatott áramköri lapon a legjobb megtartó erőket lehessen elérni. (9. ábra).
Az érintkezőtalpak koplanaritása elengedhetetlen feltétele a kiváló csatlakozásnak. Ha mindezek a feltételek teljesülnek, az SMT-csatlakozók bizonyítottan akár 400 N-os mechanikai terhelést is kibírnak.
Befolyásoló tényező: a szigetelőtest kialakítása

A csatlakozó szigetelőtestének geometriája emellett segít megvédeni az érintkezőket a működés vagy a beszerelés során bekövetkező sérülésektől. Úgy kell kialakítani, hogy a csatlakozó belsejében lévő sérülékeny érintkezők védett helyen legyenek. A bevezető
ferde felületek segítségével elkerülhetők a szerelés során bekövetkező sérülések. Ezek segítenek kiegyenlíteni a nyomtatott áramköri lapok bármely irányú eltolódását a csatlakoztatás során. Egy kiegészítő rögzítőfelület segítségével a két csatlakozó fél akkor is sérülés nélkül illeszthető össze, ha középen vagy szögben eltolódnak (10. ábra).
ferde felületek segítségével elkerülhetők a szerelés során bekövetkező sérülések. Ezek segítenek kiegyenlíteni a nyomtatott áramköri lapok bármely irányú eltolódását a csatlakoztatás során. Egy kiegészítő rögzítőfelület segítségével a két csatlakozó fél akkor is sérülés nélkül illeszthető össze, ha középen vagy szögben eltolódnak (10. ábra).

Egyes csatlakozók (csatlakozó) emellett Boardlockokkal is rendelkeznek. Ezek olyan fémkapcsok, amelyek az szigetelőtest vannak rögzítve, és szintén a nyomtatott áramköri lapra vannak forrasztva (11. ábra). Így további stabilitást biztosítanak – még kedvezőtlen körülmények között is, például rezgés és ütés esetén.
Befolyásoló tényező Tűréshatár

A csatlakozó tűréshatára döntő szerepet játszik annak robusztusságának értékelésében. Ha a csatlakozó nem képes kiegyenlíteni a megadott tűréseket, a mechanikai mozgások kopáshoz vagy akár a csatlakozás megrongálódásához vezetnek. A beszerelés során a bevezető letörések segítenek abban, hogy a kés- és rugós csatlakozósorok (anya csatlakozó) sérülésmentesen illeszkedjenek egymáshoz. De csatlakoztatott állapotban is ki kell egyenlíteni a mikromozgásokat. Ez az érintkező- és szigetelőtestek geometriájának köszönhetően valósul meg. Ha egy csatlakozó (csatlakozó) „lebegő-Funktion”-tal rendelkezik, akkor működés közben is képes akár ±0,4 mm-es eltérést kiegyenlíteni. Ez a funkció egyre nagyobb jelentőségre tesz szert, mivel döntő szerepet játszik a nyomtatott áramköri lap több csatlakozóval történő felszerelésekor. A gyakorlatban azonban a terhelések nemcsak x- és y-irányban, hanem z-irányban is jelentkeznek (12. ábra).

Itt felmerül a csatlakozó „hatásos dugaszolási hossz” (átfedési biztonság) kérdése. Ez a kés- és anya csatlakozó átfedési területét írja le, és ezzel nemcsak különböző kártyatávolságokat tesz lehetővé, hanem – e terület méretétől függően – tűréshatárokat is (13. ábra).
A maximális tűréskiegyenlítés viszont kábelcsatlakozással valósítható meg. Ebben az esetben a kábel hossza határozza meg a csatlakozó tűréshatárát.
A maximális tűréskiegyenlítés viszont kábelcsatlakozással valósítható meg. Ebben az esetben a kábel hossza határozza meg a csatlakozó tűréshatárát.
Vizsgálati eljárás

A csatlakozók (csatlakozó) robusztussági tulajdonságainak alapos tesztelésére különböző vizsgálati eljárások állnak rendelkezésre. Ezek során olyan változókat vizsgálnak, mint a feszültségállóság (feszültségállóság) és az átmeneti ellenállás (átmeneti ellenállás), mind a terhelési teszt előtt, mind után, valamint vizuálisan ellenőrzik az érintkezők állapotát. Így például ellenőrizhető, hogy 500 csatlakoztatási ciklus (dugaszolási ciklus) milyen hatással van a feszültségállóság, vagy a klímavizsgálat során megállapítható, hogy több órás, először -55 °C-on, majd 125 °C-on történő kitettség negatívan befolyásolja-e a csatlakozó átmeneti ellenállás. A hőmérséklet-sokk-teszt során a csatlakozónak 100 alkalommal, egyenként 30 percig ki kell bírnia a szélsőséges hőmérsékletek közötti gyors váltást. Emellett a csatlakoztatás során fellépő középső és szögeltérésszögeltérés, valamint a csatlakoztatott állapotban fennálló tűréshatárokat nem csupán elméletileg, a CAD-modellen kell ellenőrizni, hanem a gyakorlatban is alaposan tesztelni kell, és a terhelhetőséget empirikusan meg kell erősíteni. Ugyanilyen fontos, hogy a kontaktfelület (érintkezőfelület) szempontjából kritikus különböző vizsgálatokat kombináltan is elvégezzék a valós körülmények szimulálása érdekében. Így például a csatlakoztatási ciklusok (dugaszolási ciklus-) és a korrozív gáz vizsgálatok (Schadgase) kombinálása lehet a megoldás annak biztosítására, hogy a csatlakozó teljesítménye az átmeneti ellenállás (átmeneti ellenállás) és a feszültségállóság (feszültségállóság) tekintetében ne romlott-e, és hogy a kontaktok nem szenvedtek-e károsodást (14. ábra).
Az Ön terve – az Ön döntése

Az alkalmazás követelményeitől függően különböző robusztussági kritériumoknak kell megfelelnie egy csatlakozónak (csatlakozó). Például ki kell-e egyenlítenie nagy tűréshatárokat? Erős ütéseknek vagy rezgéseknek van-e kitéve? Erős hő- vagy hideghatás mellett kerül-e alkalmazásra? Vagy a csatlakozási megoldást meg kell-e védeni a nedvességtől, a káros gázoktól vagy a szennyeződésektől? Ha a felhasználó a csatlakozási megoldás kiválasztásakor ezeket a kérdéseket veszi figyelembe, biztos lehet abban, hogy a csatlakozója (csatlakozó) a terepi használatra optimálisan felkészült.

