Технически доклад: Устойчивост на съединителите
Независимо дали става дума за авиацията и космическите технологии (аерокосмическа индустрия), индустриалната автоматизация, транспорта или здравеопазването: съединителите (съединител) трябва винаги да осигуряват надеждно предаване на сигнала и при никакви обстоятелства не трябва да отказват. В същото време те са изложени на редица натоварвания от околната среда: Механични въздействия като удари, вибрации и колебания застрашават стабилността на предаването на данни, както и термични и химични въздействия от околната среда, причинени от екстремни температури, силни температурни колебания, вредни газове, влага и замърсявания. Производителите на висококачествени съединители (съединител) затова използват цял набор от възможности, за да подготвят своите съединители срещу тези натоварвания.
Здравина въпреки миниатюризацията

Съвременната електротехника е подчинена повече от всякога на една тенденция: миниатюризацията. При това модулите и техните компоненти трябва не само да стават все по-мощни, но и все по-малки. Въпреки това те често се използват в сурови реални условия. Ето защо компонентите, както и съединителите (съединител), стават все по-фини при постоянно натоварване. Един висококачествен съединител (съединител) обаче не само издържа на това натоварване също толкова добре, колкото по-старият и по-голям му „брат“, но дори и по-добре. Причината за това са подобренията в състава на материалите, както и в дизайна на продукта, например в геометрията на изолационното тяло (фиг. 1).
Фактор „повърхност“

Множество фактори оказват влияние върху издръжливостта на един съединител. Един от тях е контактната повърхност (контактна повърхност). Тя определя в значителна степен експлоатационния срок на съединителя, който обикновено се измерва в цикли на включване и изключване (цикли на съединяване). При експлоатация на място съединителят (съединител) е изложен на определени микродвижения. Те водят до износване на повърхността и вследствие на това до образуване на оксид (фиг. 2).
Резултатът е повишено съпротивление при прехода (контактно съпротивление) и съответно по-лошо качество на предаването на сигнала. Ето защо е важно, с помощта на висококачествено и издръжливо покритие на контактите (покритие на контакта), да се сведе до минимум износването на повърхността както при включването, така и по време на експлоатацията. За тази цел както ножовите, така и пружинните контакти (женски контакт) трябва да имат съответно гладка повърхност. Въпреки нарастващите цени, златото все още се използва с удоволствие за повърхностни покрития поради неговата устойчивост на корозия и отлична проводимост. Тъй като чистото злато е меко, то се легира с 0,2 до 0,3 процента кобалт или никел, като по този начин се получава т.нар. „твърдо злато“ (твърдо злато). Който обаче търси алтернатива с по-стабилна цена на тази структура на покритието, може например да се обърне към никел-фосфорна сплав с „флаш злато“. Когато се комбинират в строго определени съотношения, тези два материала проявяват положителните свойства, характерни и за златото: висока устойчивост на корозия, изразена износоустойчивост и отлична проводимост. За да се предотврати дифузия между контактния материал и повърхностното покритие, често се използва така нареченият никелов бариерен слой. С помощта на тази бариера може да се избегне корозията.
Фактор, оказващ влияние: дизайн на контактите

Контактите на съединителя се изрязват чрез щанцоване или се извиват. При щанцоването (щанцоване) обаче на долната страна на щанцованата лента се образува нехомогенна повърхност с остри ръбове, видима под микроскоп. Конвенционалните системи осъществяват контакт по този „срязан ръб“, което води до засилено износване на повърхността и съответно до по-високо „контактно съпротивление“. Това може да се избегне, ако пружинната тулпа се огъне на 90 градуса в т.нар. процес на щанцоване и огъване, така че да докосне „мъжки контакт“ с гладката, валцована повърхност (фиг. 3).
Но не само дизайнът на редицата с пружини (гнездов съединител), но и този на редицата с ножове (щифтов съединител) са решаващи за дълготрайността на съединителя. Защото и последните трябва да бъдат прецизно щанцовани и дообработени, за да се избегнат дефектни, остри геометрични форми.
Но не само дизайнът на редицата с пружини (гнездов съединител), но и този на редицата с ножове (щифтов съединител) са решаващи за дълготрайността на съединителя. Защото и последните трябва да бъдат прецизно щанцовани и дообработени, за да се избегнат дефектни, остри геометрични форми.
Фактор, оказващ влияние: система за контакти

Класическите двукомпонентни съединители (съединител) разполагат с ножов и пружинен контакт (женски контакт). При силен удар обаче ножовата релса (щифтов съединител) може да се отдели от пружинната релса (гнездов съединител). За да не се стигне до такова прекъсване на контакта (прекъсване на контакта), може да се осигури резервираност (Redundanz) и по този начин сигурност на контакта с помощта на двустранна пружинна релса (гнездов съединител), тъй като благодарение на втората пружина предаването на сигнала е гарантирано по всяко време поне през една контактна точка (фиг. 4).

Още по-здрави са обаче съединителите (съединител) с така наречената „хермафродитна“ контактна система. Особеността се състои в идентичната геометрия на контактите на двете половини на съединителя – половина на съединител (Plug) и гнездо (Socket). И двете разполагат както с пружина, така и с нож. По този начин всеки пин се свързва с две пружини, като половина на съединител и гнездото са преплетени едно в друго и не могат да се отделят едно от друго. Докато двустранната редица от пружини (гнездов съединител) при механично натоварване винаги осигурява поне една точка на контакт, преплетените геометрии при системите с неутрален пол гарантират, че предаването на сигнала винаги протича през две точки на контакт. Тази висока излишност позволява по този начин максимална сигурност на контакта (фиг. 5).

По отношение на своята издръжливост хермафродитната контактна система се превъзхожда само от едночастните съединители. Те напълно се отказват от класическия двукомпонентен принцип на контакт, състоящ се от „Messer-“ и „гнездов съединител“. Благодарение на премахването на уязвимата контактна зона еднокомпонентните съединители (съединител) не само притежават най-висока устойчивост срещу удари, вибрации, влага, прах и атмосферни условия, но са подходящи и за заливане (заливане) и други методи за защита на компонентите. В комбинация с технологията за впресване (press-fit технология) те представляват най-сигурната механична и електрическа връзка между две печатни платки (фиг. 6).
Фактор, оказващ влияние: „технология на свързване“

Има различни начини за монтиране на съединители (съединител) върху печатните платки. Един от тях е вече споменатата техника на впресване (press-fit технология). Нейната цел е да се постигнат възможно най-високи сили на задържане между съединителя и печатната платка при възможно най-малка сила на впресване (сила на запресоване). Силите на задържане определят механичната връзка, която от своя страна трябва да издържа на удари и вибрации. Тази техника за свързване (технология на свързване) е метод, доказал се милиарди пъти, при който впресен щифт (press-fit щифт) се впресва в отвор с проходно свързване (метализиран отвор) в печатната платка (фиг. 7).

При това „ press-fit щифт “ има по-голяма диагонал от диаметъра на отвора в печатната платка. Контактът на съединителя е гъвкав в „ press-fit зона “, за да не се деформира печатната платка от физическите сили по време на процеса на впресване. Поради това деформацията се ограничава до „ press-fit зона “ (фиг. 8). Възниква студено заваряване между „ контактен щифт “ и метализирания отвор в печатната платка: газонепропусклива, устойчива на корозия, нискоомна и добре електропроводима механична връзка, която е подходяща и за „ заливане “. Освен това тя е специфицирана в стандарта DIN EN 60352-5 и запазва надеждността на контакта дори при много високи механични и термични натоварвания, като вибрации, огъване и силни температурни колебания, като издържа дори на ударно натоварване до 200 g.
Благодарение на изключителната си здравина и десет пъти по-добрия коефициент на съпротивление на контакт ( интензивност на отказите ) (FIT стойност) в сравнение с автоматично запоените съединения съединител, съединението press-fit технология често се използва в приложения с висока степен на сигурност, при които предаването на сигнала не трябва да бъде прекъсвано при никакви обстоятелства, например в системи за въздушни възглавници или модули за ABS и ESP.
Благодарение на изключителната си здравина и десет пъти по-добрия коефициент на съпротивление на контакт ( интензивност на отказите ) (FIT стойност) в сравнение с автоматично запоените съединения съединител, съединението press-fit технология често се използва в приложения с висока степен на сигурност, при които предаването на сигнала не трябва да бъде прекъсвано при никакви обстоятелства, например в системи за въздушни възглавници или модули за ABS и ESP.

Но техниката за впресване (press-fit технология) не винаги е подходяща, например когато печатните платки трябва да бъдат монтирани от двете страни или когато не може да се спази минималното разстояние до компонентите в посоката на усилието. Друга възможност за създаване на надеждна и трайна връзка между съединителя (съединител) и печатната платка е технологията за повърхностен монтаж (SMT). При нея паста за запояване се използва за запояване на съединител към определени контактни площадки на печатната платка, т.нар. „контактни площадки“. Едва в т.нар. „reflow пещ“ спойката се разтопява и след това се втвърдява. Чрез SMT могат да се реализират стабилни връзки между конектора и печатната платка. За целта обаче трябва да бъдат изпълнени някои критерии: На първо място, за спойка, отговаряща на стандарта IPC-A-610, трябва да се спазва правилното съотношение между SMD извод, контактна площадка и паста за запояване. Само по този начин се създава висококачествена връзка, която позволява свързване съгласно IPC клас 3, т.е. подходяща за използване във високопроизводителна електроника. В този клас трябва по всяко време да се изключват сривове в предаването на сигнала. Оптималната спойка (спояно съединение) се разпознава по равномерното образуване на менискус. Контактът трябва да бъде обграден от всички страни от спойния менискус, за да се постигнат най-добрите сили на задържане върху печатната платка. (Фиг. 9).
Копланарността на контактните крачета е предпоставка за отлично свързване. Ако всички тези условия са изпълнени, е доказано, че SMT конекторите могат да издържат на механични натоварвания до 400 N.
Фактор, оказващ влияние: дизайнът на изолационния елемент

Освен това геометрията на изолационния корпус на съединителя спомага за предпазването на контактите от повреда по време на експлоатация или монтаж. Тя трябва да бъде така проектирана, че уязвимите контакти да са защитени във вътрешността на съединителя.
Наклонените входни повърхности също помагат за предотвратяване на повреди при монтажа. Те спомагат за компенсиране на евентуално изместване на печатните платки във всяка посока при съединяване. С помощта на допълнителна зона за захващане двете половинки на съединителя могат да се съединят без повреда дори в случай на центриране или ъглово изместване (фиг. 10).
Наклонените входни повърхности също помагат за предотвратяване на повреди при монтажа. Те спомагат за компенсиране на евентуално изместване на печатните платки във всяка посока при съединяване. С помощта на допълнителна зона за захващане двете половинки на съединителя могат да се съединят без повреда дори в случай на центриране или ъглово изместване (фиг. 10).

Някои съединители (съединител) разполагат освен това с Boardlocks. Под това се разбират метални скоби, които са закрепени към изолационния корпус (изолационно тяло) и също се запояват върху печатната платка (фиг. 11). По този начин те осигуряват допълнителна стабилност – дори при неблагоприятни условия като вибрации и удари.
Фактор на влияние Допустим диапазон

Обхватът на допуските на даден съединител играе решаваща роля при оценката на неговата издръжливост. Ако съединителят не може да компенсира дадените допуски, механичните движения водят до износване или дори до повреда на съединението. При монтажа водещите фаски за вкарване подпомагат безпроблемното съединяване на ножовите и пружинните редици (гнездов съединител). Но дори и в съединено състояние микродвиженията трябва да бъдат компенсирани. Това се постига чрез геометрията на контактните и изолационните елементи. Ако даден съединител (съединител) разполага с функция „плаващ“, той може да компенсира до ±0,4 mm дори по време на работа. Тази функция придобива все по-голямо значение, тъй като играе решаваща роля при монтирането на няколко съединителя върху печатна платка. В реалните условия обаче натоварванията възникват не само в посока x и y, но и в посока z (фиг. 12).

Тук възниква въпросът за сигурността при прехвърляне (ефективна дължина на съединяване) на съединителя. Тя описва зоната на припокриване между ножовата и пружинната редица (гнездов съединител) и по този начин позволява не само различни разстояния между платките, но – в зависимост от размера на тази зона – и диапазони на допуски (фиг. 13).
Максималното компенсиране на допуските обаче се постига чрез кабелна връзка. Тук дължината на кабела определя диапазона на допуски на съединителя.
Максималното компенсиране на допуските обаче се постига чрез кабелна връзка. Тук дължината на кабела определя диапазона на допуски на съединителя.
Методи за изпитване

За да се тестват изчерпателно съединителите (съединител) по отношение на тяхната издръжливост, съществуват различни методи за изпитване. При това се разглеждат променливи като устойчивостта на напрежение (издържано напрежение) и преходното съпротивление (контактно съпротивление) съответно преди и след тест за натоварване, а състоянието на контактите се проверява визуално. Така например може да се провери въздействието на 500 цикъла на цикли на съединяване върху издържано напрежение или чрез климатично изпитване да се установи дали няколко часа при температура първо -55°C, а след това 125°C оказват негативно въздействие върху контактно съпротивление на съединителя. При изпитанието за температурен шок съединителят трябва да издържи бързата смяна между тези екстремни температури 100 пъти по 30 минути. Също така отклонението по ос (Mitten-ъглова несъосност) и ъгловото отклонение (ъглова несъосност) при съединяване, както и диапазонът на допустимите отклонения в съединено състояние, трябва не само да бъдат проверени теоретично на CAD-модела, но и да бъдат изпитани изчерпателно на практика, а издръжливостта да бъде потвърдена емпирично. Също толкова важно е различните изпитвания, които са от решаващо значение за контактната повърхност (контактна повърхност), да се провеждат и в комбинация, за да се симулират реални условия. Така например изпитванията на циклите на включване и изключване (цикли на съединяване-) и изпитванията с корозивни газове могат да се провеждат в комбинация, за да се гарантира, че характеристиките на съединителя по отношение на преходното съпротивление (контактно съпротивление) и устойчивостта на напрежение (издържано напрежение) не са се влошили и че контактите не са претърпели повреди (фиг. 14).
Вашият дизайн – Вашият избор

В зависимост от изискванията на приложението се поставят различни критерии за издръжливост, на които трябва да отговаря даден съединител (съединител). Трябва ли например да компенсира големи отклонения? Изложен ли е на силни удари или вибрации? Използва ли се при въздействието на силна топлина или студ? Или съединителното решение трябва да бъде защитено от влага, вредни газове или замърсявания? Ако потребителят се ориентира по тези въпроси при избора на своето решение за свързване, той може да бъде сигурен, че неговият съединител (съединител) е оптимално подготвен за използване на място.

