Teknik Rapor: Konektörlerde Dayanıklılık
havacılık ve uzay, endüstriyel otomasyon, ulaşım veya sağlık sektöründe olsun: konnektör her zaman güvenilir bir sinyal iletimini sağlamalı ve hiçbir koşulda arıza yapmamalıdır. Aynı zamanda, çevrelerinden kaynaklanan bir dizi yüklemeye maruz kalırlar: Şok, titreşim ve sallantı gibi mekanik etkiler, veri aktarımının istikrarını tehlikeye atarken, aşırı sıcaklıklar, şiddetli sıcaklık dalgalanmaları, zararlı gazlar, nem ve kir gibi termal ve kimyasal çevresel etkiler de aynı şekilde risk oluşturur. Bu nedenle, yüksek kaliteli konektör (konnektör) üreticileri, konektörlerini bu zorluklara karşı korumak için tüm imkanlarını seferber ederler.
Minyatürleştirilmesine rağmen sağlamlık

Modern elektroteknik, her zamankinden daha fazla bir eğilime tabidir: minyatürleşme. Bu süreçte devre kartları ve bileşenleri sadece daha yüksek performanslı olmakla kalmayıp, aynı zamanda giderek daha küçük hale gelmelidir. Bununla birlikte, bunlar sıklıkla zorlu gerçek koşullar altında kullanılır. Bu nedenle, bileşenler ve konektörler (konnektör), sabit yük altında giderek daha narin hale gelmektedir. Ancak kaliteli bir konnektör, bu strese sadece eski ve daha büyük model kadar değil, hatta ondan daha iyi bir şekilde dayanır. Bunun nedeni, malzeme bileşimindeki ve ürün tasarımındaki gelişmelerdir; örneğin yalıtım gövdesi geometrisindeki gelişmeler (Şekil 1).
Etkileyen faktör: Yüzey

Bir konnektörün sağlamlığı üzerinde çok sayıda faktör etkili olur. Bunlardan biri de temas yüzeyidir (kontak yüzeyi). Bu, genellikle takma döngüleri (takma-çıkarma döngüsü) cinsinden ölçülen konnektörün ömrünü büyük ölçüde belirler. Sahada kullanım sırasında konnektör (konnektör) belirli mikro hareketlere maruz kalır. Bunlar yüzey aşınmasına ve dolayısıyla oksit oluşumuna yol açar (Şekil 2).
Bunun sonucu olarak geçiş direnci (kontak direnci) artar ve dolayısıyla sinyal iletiminde kalite düşer. Bu nedenle, yüksek kaliteli ve dayanıklı bir temas kaplaması (kontak kaplaması) yardımıyla, takma işlemi sırasında ve çalışma sırasında yüzey aşınmasını en aza indirmek önemlidir. Bunun için hem bıçak hem de yaylı kontakların (dişi kontak) uygun şekilde pürüzsüz bir yüzeye sahip olması gerekir. Fiyatlardaki artışa rağmen, korozyon direnci ve mükemmel iletkenliği nedeniyle altın, günümüzde de yüzey kaplamaları için sıklıkla tercih edilmektedir. Saf altın yumuşak olduğu için, yüzde 0,2 ila 0,3 oranında kobalt veya nikel ile alaşımlanarak “sert altın” elde edilir. Ancak bu kaplama yapısına göre fiyat açısından daha istikrarlı bir alternatif arayanlar, örneğin nikel-fosfor alaşımıyla birlikte “altın flaş” yöntemini tercih edebilirler. Belirli oranlarda birleştirildiğinde, bu iki malzeme de altının sağladığı olumlu özellikleri sergiler: yüksek korozyon direnci, belirgin aşınma direnci ve mükemmel iletkenlik. Kontak malzemesi ile yüzey kaplaması arasında difüzyonu önlemek için genellikle “nikel bariyer tabakası” kullanılır. Bu bariyer sayesinde korozyon önlenebilir.
Etkileyen faktör: Kontak tasarımı

Bir konnektörün kontakları, pres kesme (pres kesme) veya tornalama yöntemiyle üretilir. Ancak pres kesme işleminde, pres kesimli bandın alt yüzeyinde mikroskop altında görülebilen, homojen olmayan ve keskin kenarlı bir yüzey oluşur. Geleneksel sistemler bu “kesme kenarı” üzerinde temas kurar; bu da yüzey aşınmasının artmasına ve dolayısıyla daha yüksek kontak direnci’a yol açar. Bu durum, yaylı konik parçayı “kesme kenarı bükme işlemi” olarak adlandırılan süreçte 90 derece bükerek, pürüzsüz, haddelenmiş yüzeyi ile bıçaklı kontakla (erkek kontak) temas etmesini sağlayarak önlenebilir (Şekil 3).
Ancak konnektörün uzun ömürlülüğü için sadece “dişi konnektör”nin tasarımı değil, “erkek konnektör”nin tasarımı da belirleyicidir. Zira hatalı ve keskin geometrilerin önlenmesi için “erkek konnektör”nin de temiz bir şekilde pres kesilmesi ve işlenmesi gerekir.
Ancak konnektörün uzun ömürlülüğü için sadece “dişi konnektör”nin tasarımı değil, “erkek konnektör”nin tasarımı da belirleyicidir. Zira hatalı ve keskin geometrilerin önlenmesi için “erkek konnektör”nin de temiz bir şekilde pres kesilmesi ve işlenmesi gerekir.
Etkileyen faktör: Kontak sistemi

Klasik iki parçalı konektörler (konnektör), bir bıçak (Messer) ve bir yay (dişi kontak) kontaklarına sahiptir. Ancak şiddetli darbe etkisi durumunda bıçak sırası (erkek konnektör), yay sırasından (dişi konnektör) ayrılabilir. Böyle bir temas kesintisinin (kontak kesintisi) yaşanmaması için, çift taraflı bir yay sırası kullanılarak yedeklilik ve dolayısıyla temas güvenliği sağlanabilir; çünkü ikinci yay sayesinde sinyal iletimi her zaman en az bir temas noktası üzerinden garanti altına alınır (Şekil 4).

Buna karşılık, sözde “hermafrodit kontak sistemi”ne sahip konektörler (konnektör) daha da sağlamdır. Buradaki özellik, konnektör yarısı olan fiş (Plug) ve yuva (Socket) arasında kontak geometrilerinin aynı olmasıdır. Dolayısıyla her ikisi de hem bir yay hem de bir bıçağa sahiptir. Böylece her bir pin iki yay tarafından temas ettirilir; fiş ve yuva birbirine geçme şeklinde birleşir ve birbirinden ayrılmaz. Çift taraflı bir yaylı konektör (dişi konnektör), mekanik yük altında her zaman en az bir temas noktasını garanti ederken, cinsiyet ayrımı gözetmeyen temas sistemlerindeki iç içe geçmiş geometriler, sinyal aktarımının her zaman iki temas noktası üzerinden gerçekleşmesini sağlar. Bu yüksek yedeklilik, böylece maksimum temas güvenilirliğini mümkün kılar (Şekil 5).

Dayanıklılık özellikleri açısından, cinsiyet ayrımı gözetmeyen hermafrodit kontak sistemi yalnızca tek parçalı konnektörler tarafından geride bırakılmaktadır. Bu konnektörler, bıçak ve dişi konnektör’den oluşan klasik iki parçalı kontak prensibinden tamamen vazgeçmiştir. Hassas temas alanının ortadan kalkmasıyla, tek parçalı konnektör sadece darbe, titreşim, nem, toz ve atmosferik koşullara karşı en yüksek dayanıklılığa sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda reçine dolgu ve diğer bileşen koruma yöntemleri için de uygundur. press-fit teknolojisi ile birleştirildiğinde, iki devre kartı arasında en güvenli mekanik ve elektriksel bağlantıyı sağlarlar (Şekil 6).
Etki faktörü: bağlantı teknolojisi

Devre kartlarına konektörlerin (konnektör) takılması için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bunlardan biri, daha önce bahsedilen "press-fit teknolojisi" (basma tekniği) yöntemidir. Bu tekniğin amacı, mümkün olduğunca düşük bir basma kuvveti (presleme kuvveti) ile konektör ve devre kartı arasında mümkün olduğunca yüksek tutma kuvvetleri (Haltekräfte) sağlamaktır. Tutma kuvvetleri, darbe ve titreşime dayanması gereken mekanik bağlantıyı belirler. Bu "bağlantı teknolojisi" (bağlantı tekniği), devre kartındaki "metalize delik" (delik) içine bir "press-fit pin" (basma pimi) preslendiği, milyarlarca kez kendini kanıtlamış bir yöntemdir (Şekil 7).

press-fit pin 'in köşegeni, devre kartındaki delik çapından daha büyüktür. Konektör pimi, press-fit bölgesi esnek bir yapıya sahiptir; böylece devre kartı, presleme işlemi sırasında oluşan fiziksel kuvvetler nedeniyle deforme olmaz. Bu nedenle deformasyon press-fit bölgesi (Şekil 8) ile sınırlıdır. kontak pini ile metalize devre kartı deliği arasında bir soğuk kaynak oluşur: gaz geçirmez, korozyona dayanıklı, düşük dirençli ve elektriksel olarak iyi iletkenlik gösteren mekanik bir bağlantı; bu bağlantı reçine dolgu için de uygundur. Ayrıca bu bağlantı, DIN EN 60352-5 standardında belirtilmiştir ve titreşim, bükülme ve şiddetli sıcaklık değişimleri gibi çok yüksek mekanik ve termal yükler altında bile temas güvenilirliğini korur ve hatta 200 g’ye kadar şok yüklerine dayanır.
Mükemmel sağlamlık özellikleri ve otomatik lehimlenmiş konnektör'e kıyasla on kat daha iyi arıza oranı (FIT oranı) değeri sayesinde, press-fit teknolojisi, sinyal iletiminin hiçbir koşulda kesintiye uğramaması gereken yüksek güvenlikli uygulamalarda, örneğin hava yastığı sistemlerinde veya ABS ve ESP modüllerinde sıklıkla kullanılır.
Mükemmel sağlamlık özellikleri ve otomatik lehimlenmiş konnektör'e kıyasla on kat daha iyi arıza oranı (FIT oranı) değeri sayesinde, press-fit teknolojisi, sinyal iletiminin hiçbir koşulda kesintiye uğramaması gereken yüksek güvenlikli uygulamalarda, örneğin hava yastığı sistemlerinde veya ABS ve ESP modüllerinde sıklıkla kullanılır.

Ancak press-fit teknolojisi her zaman uygun değildir; örneğin, devre kartlarının her iki yüzüne de bileşen yerleştirilmesi gerektiğinde veya kuvvet yönünde bileşenlere olan minimum mesafenin korunamadığı durumlarda. Bu durumda, konektör ile devre kartı arasında güvenilir ve dayanıklı bir bağlantı kurmanın bir başka yolu da Yüzey Monte Teknolojisi’dir (SMT). Bu teknolojide, lehim pastası (lehim pastası) kullanılarak konnektör'ler, devre kartındaki tanımlanmış bağlantı pedlerine, yani lehim pedlerine lehimlenir. Lehim, ancak "reflow fırını" adı verilen fırında eritilir ve ardından sertleştirilir. SMT sayesinde konektör ile devre kartı arasında sağlam bağlantılar kurulabilir. Ancak bunun için bazı kriterlerin karşılanması gerekir: Öncelikle, IPC-A-610 standardına uygun bir lehim noktası (lehim noktası) için lehim bacağı (lehim ayağı), lehim pedi (lehim pedi) ve lehim pastası (lehim pastası) arasında doğru oranın korunması gerekir. Ancak bu şekilde, IPC Sınıf 3'e uygun bir bağlantı sağlayan ve dolayısıyla yüksek performanslı elektronik uygulamalarda kullanıma uygun, yüksek kaliteli bir bağlantı kurulabilir. Bu sınıfta sinyal iletimindeki arızalar her zaman önlenmelidir. Optimum bir lehim bağlantısı, düzgün menisküs oluşumundan anlaşılır. Devre kartı üzerinde en iyi tutma kuvveti elde etmek için kontak, çevresel olarak lehim menisküsü ile çevrelenmiş olmalıdır. (Şekil 9).
Bu bağlamda, kontak ayaklarının koplanaritesi mükemmel bir bağlantı için ön koşuldur. Tüm bu koşullar sağlandığında, SMT konektörlerinin 400 N’ye kadar mekanik yüklere dayanabildiği kanıtlanmıştır.
Etkileyen faktör: Yalıtım gövdesi tasarımı

Bir konektörün yalıtım gövdesi geometrisi, ayrıca kontakların çalışma sırasında veya kurulumda hasar görmesini önlemeye yardımcı olur. Bu yapı, konektörün içindeki hassas kontakların korunacak şekilde tasarlanmalıdır. Ayrıca
, giriş eğimleri sayesinde montaj sırasında hasarlar önlenebilir. Bu eğimler, takma işlemi sırasında devre kartlarının her yöndeki kaymalarını dengelemeye yardımcı olur. Ek bir tutma alanı sayesinde, merkez veya açı kayması durumunda bile iki konektör yarısı hasar görmeden birbirine takılabilir (Şekil 10).
, giriş eğimleri sayesinde montaj sırasında hasarlar önlenebilir. Bu eğimler, takma işlemi sırasında devre kartlarının her yöndeki kaymalarını dengelemeye yardımcı olur. Ek bir tutma alanı sayesinde, merkez veya açı kayması durumunda bile iki konektör yarısı hasar görmeden birbirine takılabilir (Şekil 10).

Bazı konektörler (konnektör) ayrıca Boardlock’lara sahiptir. Bunlar, yalıtım gövdesine (yalıtkan gövde) sabitlenmiş ve aynı zamanda devre kartına lehimlenen metal kelepçelerdir (Şekil 11). Böylelikle, titreşim ve darbe gibi olumsuz koşullar altında bile ek stabilite sağlarlar.
Etkileyen faktör Tolerans aralığı

Bir konnektörün tolerans aralığı, sağlamlığının değerlendirilmesinde belirleyici bir rol oynar. Konnektör belirlenen toleransları telafi edemezse, mekanik hareketler aşınmaya veya hatta konnektörün hasar görmesine yol açar. Kurulum sırasında, giriş pahları, bıçaklı ve yaylı konnektörlerin (dişi konnektör) hasarsız bir şekilde takılmasını sağlamak için destek sağlar. Ancak, konektör takılı durumdayken bile mikro hareketlerin telafi edilmesi gerekir. Bu, kontak ve yalıtım gövdesi geometrisi sayesinde sağlanır. Bir konektör (konnektör) “yüzer-Funktion”a sahipse, çalışma sırasında bile ±0,4 mm’ye kadar telafi edebilir. Bu işlev, bir devre kartına birden fazla konnektör takılırken belirleyici bir rol oynadığı için giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Ancak sahada yükler sadece x ve y yönlerinde değil, z yönünde de ortaya çıkar (Şekil 12).

Burada, bir konnektörün “etkin geçme uzunluğu” (üst üste binme güvenliği) konusu gündeme gelir. Bu kavram, bıçak ve dişi konnektör’in üst üste bindiği alanı tanımlar ve böylece sadece farklı kartlar arası mesafeleri değil, aynı zamanda – bu alanın büyüklüğüne bağlı olarak – tolerans aralıklarını da mümkün kılar (Şekil 13).
Buna karşılık, maksimum tolerans telafisi kablo bağlantısı yoluyla sağlanır. Burada, kablonun uzunluğu konnektör bağlantısının tolerans aralığını belirler.
Buna karşılık, maksimum tolerans telafisi kablo bağlantısı yoluyla sağlanır. Burada, kablonun uzunluğu konnektör bağlantısının tolerans aralığını belirler.
Test prosedürü

konnektör'ın dayanıklılık özelliklerini kapsamlı bir şekilde test etmek için çeşitli test yöntemleri mevcuttur. Bu süreçte, dielektrik dayanım gerilimi ve kontak direnci gibi değişkenler, bir yükleme testinden önce ve sonra ayrı ayrı incelenir ve kontakların durumu görsel olarak kontrol edilir. Örneğin, 500 takma-çıkarma döngüsü'in dielektrik dayanım gerilimi üzerindeki etkileri kontrol edilebilir veya iklim testinde, önce -55°C'de, ardından 125°C'de birkaç saat kalmanın konnektörün kontak direnci'ine olumsuz bir etkisi olup olmadığı tespit edilebilir. Sıcaklık şok testinde, konektör bu aşırı sıcaklıklar arasındaki hızlı geçişe 30'ar dakikalık aralıklarla 100 kez dayanabilmelidir. Ayrıca, takma sırasında ortaya çıkan merkez ve açısal kaçıklık ile takılı durumdaki tolerans aralığı, sadece CAD modelinde teorik olarak kontrol edilmemeli, pratikte kapsamlı bir şekilde test edilmeli ve dayanıklılık ampirik olarak doğrulanmalıdır. kontak yüzeyi (temas yüzeyi) açısından kritik öneme sahip çeşitli testlerin, gerçek koşulları simüle etmek amacıyla bir arada gerçekleştirilmesi de aynı derecede önemlidir. Örneğin, konnektörün kontak direnci (geçiş direnci) ve dielektrik dayanım gerilimi (gerilim dayanımı) açısından performansında bir bozulma olmadığından ve kontakların hasar görmediğinden emin olmak için, takma döngüleri (takma-çıkarma döngüsü-) ve korozif gaz testi bir arada gerçekleştirilebilir (Şekil 14).
Sizin tasarımınız - Sizin seçiminiz

Uygulamanın gereksinimlerine bağlı olarak, bir konektörün (konnektör) karşılaması gereken farklı dayanıklılık kriterleri ortaya çıkar. Örneğin, yüksek toleransları telafi etmesi gerekiyor mu? Büyük darbe yüklerine veya titreşimlere maruz kalıyor mu? Şiddetli ısı veya soğuk etkisine maruz kalarak kullanılıyor mu? Ya da bağlantı çözümü nemden, zararlı gazlardan veya kirden korunmalı mı? Kullanıcı, bağlantı çözümünü seçerken bu soruları göz önünde bulundurursa, konnektör'inin saha kullanımına en iyi şekilde hazırlandığından emin olabilir.

