Techninis dokumentas: Jungčių patikimumas
Nesvarbu, ar tai būtų aviacijos ir kosmoso pramonė (aviacijos ir kosmoso pramonė), pramoninė automatika, transportas ar sveikatos priežiūra: jungtys (jungtis) visada turi užtikrinti patikimą signalų perdavimą ir jokiu būdu negali sugesti. Tuo pačiu metu jos patiria įvairių aplinkos veiksnių poveikį: mechaniniai poveikiai, tokie kaip smūgiai, vibracija ir svyravimai, kelia grėsmę duomenų perdavimo stabilumui, taip pat terminiai ir cheminiai aplinkos veiksniai, susiję su ekstremaliomis temperatūromis, stipriais temperatūros svyravimais, kenksmingomis dujomis, drėgme ir nešvarumais. Todėl aukštos kokybės jungčių gamintojai (jungtis) pasitelkia visą spektrą galimybių, kad apsaugotų savo jungtis nuo šių apkrovų.
Tvirtumas nepaisant miniatiūrizacijos

Šiuolaikinė elektrotechnika labiau nei bet kada anksčiau yra veikiamas vienos tendencijos: miniatiūrizacijos. Moduliai ir jų komponentai turi tapti ne tik vis galingesni, bet ir vis mažesni. Vis dėlto jie dažnai naudojami atšiauriomis realiomis sąlygomis. Todėl komponentai, taip pat jungtys (jungtis), esant pastoviai apkrovai, tampa vis subtilesni. Tačiau kokybiškas jungtis („jungtis“) šiam krūviui atlaiko ne tik taip pat gerai kaip jo senesnis ir didesnis „brolis“, bet netgi geriau. To priežastis – pažanga medžiagų sudėties bei produkto konstrukcijos srityse, pavyzdžiui, izoliacinio korpuso geometrijoje (1 pav.).
Veiksnys: paviršius

Jungties patvarumą lemia daugybė veiksnių. Vienas iš jų – kontaktų paviršius (kontakto paviršius). Jis iš esmės lemia jungties tarnavimo laiką, kuris paprastai matuojamas jungimo ciklais (sujungimo ciklas). Naudojant lauke, jungtis (jungtis) patiria tam tikrus mikrojudesius. Dėl jų atsiranda paviršiaus nusidėvėjimas, o dėl to – oksido susidarymas (2 pav.).
Dėl to padidėja perėjimo varža (kontaktinė varža), o kartu pablogėja signalų perdavimo kokybė. Todėl svarbu, pasitelkiant aukštos kokybės ir patvarią kontaktų dangą (kontakto danga), iki minimumo sumažinti paviršiaus nusidėvėjimą jungiant ir eksploatuojant. Tam tiek peiliukai, tiek spyruokliniai kontaktai (lizdinis kontaktas) turi turėti atitinkamai lygų paviršių. Nepaisant kylančių kainų, auksas dėl savo atsparumo korozijai ir puikios laidumo savybių iki šiol mielai naudojamas paviršių dengimui. Kadangi grynas auksas yra minkštas, jis legiruojamas 0,2–0,3 proc. kobalto arba nikelio, taip gaunant „kietasis auksas“. Tačiau kas ieško kainos atžvilgiu stabilesnės alternatyvos šiai dangos struktūrai, gali pasinaudoti, pavyzdžiui, nikelio ir fosforo lydiniu su gold flash. Kai šios dvi medžiagos derinamos tam tikrais santykiais, jos pasižymi tomis pačiomis teigiamomis savybėmis, kurias turi ir auksas: dideliu atsparumu korozijai, išskirtiniu atsparumu nusidėvėjimui ir puikiu laidumu. Siekiant užkirsti kelią difuzijai tarp kontaktinės medžiagos ir paviršiaus dangos, dažnai naudojamas vadinamasis nikelio barjerinis sluoksnis. Šios barjeros pagalba galima išvengti korozijos.
Veiksnys, turintis įtakos kontaktų dizainui

Jungtys kontaktiniai elementai yra štampuojami arba sukami. Tačiau štampavimo (štampavimas) metu štampuota juosta apatinėje pusėje susidaro mikroskopu matomas nevienalytis, aštrių briaunų paviršius. Tradicinės sistemos užtikrina kontaktą su šiuo „kirpimo briauna“ kraštu, o tai lemia padidėjusį paviršiaus nusidėvėjimą ir dėl to didesnį „kontaktinė varža“. Tai galima išvengti, jei vadinamajame štampavimo-lenkimo procese spyruoklinę tulpę sulenkiama 90 laipsnių kampu taip, kad ji liestųsi su „kištukinis kontaktas“ lygia, valcuota paviršiaus dalimi (3 pav.).
Tačiau ne tik „lizdinė jungtis“ konstrukcija, bet ir „kištukinė jungtis“ konstrukcija yra lemiamos jungties ilgaamžiškumui. Mat ir pastaroji turi būti tiksliai išstumta ir toliau apdorota, siekiant išvengti defektų ir aštrių briaunų.
Tačiau ne tik „lizdinė jungtis“ konstrukcija, bet ir „kištukinė jungtis“ konstrukcija yra lemiamos jungties ilgaamžiškumui. Mat ir pastaroji turi būti tiksliai išstumta ir toliau apdorota, siekiant išvengti defektų ir aštrių briaunų.
Veiksnys: kontaktų sistema

Klasikiniai dviejų dalių jungtys (jungtis) turi peilio tipo ir spyruoklinį kontaktą (lizdinis kontaktas). Tačiau esant stipriam smūgiui peilio tipo jungties juosta (kištukinė jungtis) gali atsiskirti nuo spyruoklinės jungties juostos (lizdinė jungtis). Kad neatsitiktų toks kontakto nutrūkimas (kontakto nutrūkis), dvipusė spyruoklinė jungties juosta (lizdinė jungtis) užtikrina rezervą ir taip garantuoja kontakto patikimumą, nes dėl antrosios spyruoklės signalų perdavimas bet kuriuo metu užtikrinamas bent per vieną kontaktinį tašką (4 pav.).

Dar patvaresni yra jungtys (jungtis) su vadinamąja „hermafroditinėja“ kontaktų sistema. Jos ypatumas – identiška kontaktų geometrija abiejose jungties pusėse: kištuke (Plug) ir lizde (Socket). Abiejose pusėse yra tiek spyruoklė, tiek peilis. Taigi kiekvienas kontaktas liečiasi su dviem spyruoklėmis, o kištukas ir lizdas yra tarpusavyje susipynę ir negali atsiskirti vienas nuo kito. Nors dvipusė „lizdinė jungtis“ mechaninio apkrovimo metu visada užtikrina bent vieną kontaktinį tašką, susipynusios geometrijos lyčių neutralioje kontaktų sistemoje garantuoja, kad signalas visada perduodamas per du kontaktinius taškus. Šis didelis dubliavimas užtikrina maksimalų kontaktų patikimumą (5 pav.).

Kalbant apie patvarumą, šią hermafroditinę kontaktų sistemą pranoksta tik vienos dalies jungtys. Jos visiškai atsisako klasikinio dviejų dalių kontaktų principo, sudaryto iš „Messer-“ ir „lizdinė jungtis“ dalių. Dėl pažeidžiamos kontaktinės zonos pašalinimo vienos dalies jungtys („jungtis“) ne tik pasižymi didžiausiu atsparumu smūgiams, vibracijai, drėgmei, dulkėms ir atmosferos sąlygoms, bet taip pat tinka užpildymui („užliejimas“) ir kitiems komponentų apsaugos metodams. Kartu su įspaudimo technologija („press-fit technologija“) jos užtikrina saugiausią dviejų spausdintinių plokščių mechaninį ir elektrinį sujungimą (6 pav.).
Įtakos veiksnys – jungčių technologija (prijungimo technologija)

Yra įvairių būdų, kaip pritvirtinti jungtis (jungtis) prie spausdintinių plokščių. Vienas iš jų – jau minėta įspaudimo technologija (press-fit technologija). Jos tikslas – užtikrinti kuo didesnę išlaikymo jėgą tarp jungties ir spausdintinės plokštės, naudojant kuo mažesnę įspaudimo jėgą (įspaudimo jėga). Išlaikymo jėgos lemia mechaninį sujungimą, kuris savo ruožtu turi atlaikyti smūgius ir vibraciją. Ši jungimo technologija (prijungimo technologija) yra milijardus kartų patikrintas metodas, kurio metu įspaudimo kaištis (press-fit kaištis) įspaudžiamas į spausdintinėje plokštėje esančią skylę su perėjimu (metalizuota kiaurymė) (7 pav.).

Šiuo atveju „ press-fit kaištis “ įstrižainė yra didesnė už spausdinimo plokštės skylės skersmenį. Jungties kontaktas „ press-fit zona “ yra lankstus, kad spausdinimo plokštė nebūtų deformuota dėl fizinių jėgų, veikiančių įspaudimo proceso metu. Todėl deformacija apsiriboja „ press-fit zona “ (8 pav.). Susidaro šaltasis suvirinimas tarp „ kontaktinis kaištis “ ir metalizuotos spausdintinės plokštės skylės: sandarus dujoms, atsparius korozijai, mažas varžas ir gerai elektrą laidži mechaninė jungtis, kuri taip pat tinka „ užliejimas “. Be to, ji yra apibrėžta standarte DIN EN 60352-5 ir išlaiko patikimą kontaktą net esant labai didelėms mechaninėms ir terminėms apkrovoms, tokioms kaip vibracija, lenkimas ir staigūs temperatūros pokyčiai, bei atlaiko net iki 200 g smūginę apkrovą.
Dėl puikių patvarumo savybių ir dešimt kartų geresnių „ gedimų intensyvumas “ (FIT rodiklis) rodiklių, palyginti su automatizuotai litomis „ jungtis “, „ press-fit technologija “ dažnai naudojama aukšto saugumo lygio taikymuose, kur signalų perdavimas jokiu būdu negali būti nutrauktas, pavyzdžiui, oro pagalvių sistemose arba ABS ir ESP moduliuose.
Dėl puikių patvarumo savybių ir dešimt kartų geresnių „ gedimų intensyvumas “ (FIT rodiklis) rodiklių, palyginti su automatizuotai litomis „ jungtis “, „ press-fit technologija “ dažnai naudojama aukšto saugumo lygio taikymuose, kur signalų perdavimas jokiu būdu negali būti nutrauktas, pavyzdžiui, oro pagalvių sistemose arba ABS ir ESP moduliuose.

Tačiau „press-fit technologija“ ne visada tinka, pavyzdžiui, kai spausdintinės plokštės turi būti surenkamos iš abiejų pusių arba kai neįmanoma išlaikyti minimalaus atstumo iki komponentų jėgos kryptimi. Tuomet dar viena galimybė sukurti patikimą ir patvarų jungtį tarp jungties (jungtis) ir spausdintinės plokštės yra paviršinio montavimo technologija (SMT). Naudojant litavimo pastą (litavimo pasta), jungtys (jungtis) yra lituojamos ant nustatytų spausdintinės plokštės kontaktinių aikštelių – litavimo aikštelių (Lötpads). Tik vadinamajame „aplydomojo litavimo krosnis“ (perlydymo krosnelėje) litavimo medžiaga yra išlydoma, o vėliau sukietinama. SMT technologija leidžia sukurti stabilius jungimus tarp jungties ir spausdintinės plokštės. Tačiau tam turi būti įvykdyti tam tikri kriterijai: pirmiausia, norint užtikrinti standartą IPC-A-610 atitinkančią litavimo vieta, būtina išlaikyti tinkamą SMT išvadas, litavimo aikštelė ir litavimo pasta santykį. Tik taip sukuriamas aukštos kokybės jungimas, leidžiantis pasiekti IPC 3 klasės jungtį, t. y. tinkamą naudoti didelio galingumo elektronikoje. Šioje klasėje bet kuriuo metu turi būti visiškai pašalinta signalų perdavimo sutrikimų galimybė. Optimalų „lituotoji jungtis“ galima atpažinti pagal tolygų menisko susidarymą. Kontaktas turi būti visiškai apsuptas lydmetalo menisku, kad būtų pasiektos geriausios išlaikymo jėgos ant spausdintinės plokštės. (9 pav.).
Kontaktų kojelių koplanariškumas yra būtina sąlyga puikiam sujungimui užtikrinti. Jei visos šios sąlygos įvykdytos, įrodyta, kad „SMT“ jungtys gali atlaikyti mechanines apkrovas iki 400 N.
Veiksnys: izoliatoriaus konstrukcija

Be to, jungties izoliacinio korpuso geometrija padeda apsaugoti kontaktus nuo pažeidimų eksploatacijos ar montavimo metu. Ji turėtų būti suprojektuota taip, kad pažeidžiami kontaktai būtų saugiai paslėpti jungties viduje.
Įvedimo nuolydžiai taip pat padeda išvengti pažeidimų montavimo metu. Jie padeda kompensuoti spausdintinių plokščių poslinkį bet kuria kryptimi jungiant jungtį. Naudojant papildomą fiksavimo zoną, abi jungties pusės gali būti sujungtos be pažeidimų net ir esant centriniam ar kampiniam poslinkiui (10 pav.).
Įvedimo nuolydžiai taip pat padeda išvengti pažeidimų montavimo metu. Jie padeda kompensuoti spausdintinių plokščių poslinkį bet kuria kryptimi jungiant jungtį. Naudojant papildomą fiksavimo zoną, abi jungties pusės gali būti sujungtos be pažeidimų net ir esant centriniam ar kampiniam poslinkiui (10 pav.).

Be to, kai kurie jungtys (jungtis) turi „Boardlocks“. Tai – metaliniai laikikliai, pritvirtinti prie izoliacinio korpuso (izoliacinis korpusas) ir taip pat pripajusti prie spausdintinės plokštės (11 pav.). Tokiu būdu jie užtikrina papildomą stabilumą – net ir nepalankiomis sąlygomis, pavyzdžiui, esant vibracijai ir smūgiams.
Veiksnys Tolerancijos ribos

Jungties tolerancijų diapazonas atlieka lemiamą vaidmenį vertinant jos patvarumą. Jei jungtis negali kompensuoti nustatytų tolerancijų, mechaniniai judesiai sukelia nusidėvėjimą ar net jungties pažeidimą. Montavimo metu įvedimo nuožulos padeda užtikrinti, kad „Messer“ ir „lizdinė jungtis“ jungtys būtų įjungtos be pažeidimų. Tačiau net ir prijungtoje būsenoje reikia kompensuoti mikrojudesius. Tai pavyksta pasiekti dėl kontaktų ir izoliacijos korpuso geometrijos. Jei jungtis („jungtis“) turi „laisvumas-Funktion“, ji gali kompensuoti iki ±0,4 mm net ir veikimo metu. Ši funkcija tampa vis svarbesnė, nes ji atlieka lemiamą vaidmenį montuojant keletą jungčių į spausdintinę plokštę. Tačiau eksploatacijos sąlygomis apkrovos atsiranda ne tik x ir y, bet ir z kryptimis (12 pav.).

Čia kyla klausimas dėl jungties „efektyvusis sujungimo ilgis“ (sąlyčio patikimumo). Ji apibūdina peilių ir spyruoklių juostų (lizdinė jungtis) persidengimo sritį ir taip leidžia ne tik skirtingus atstumus tarp plokščių, bet – priklausomai nuo šios srities dydžio – ir tolerancijų ribas (13 pav.).
Tuo tarpu maksimalūs tolerancijų kompensavimai pasiekiami naudojant kabelinę jungtį. Šiuo atveju kabelio ilgis lemia jungties tolerancijų intervalą.
Tuo tarpu maksimalūs tolerancijų kompensavimai pasiekiami naudojant kabelinę jungtį. Šiuo atveju kabelio ilgis lemia jungties tolerancijų intervalą.
Tikrinimo procedūra

Siekiant išsamiai patikrinti jungčių (jungtis) patvarumo savybes, taikomi įvairūs bandymo metodai. Tuomet vertinami tokie kintamieji kaip įtampos atsparumas (išlaikomoji įtampa) ir perėjimo varža (kontaktinė varža) prieš ir po apkrovos bandymo, o kontaktų būklė tikrinama vizualiai. Pavyzdžiui, galima patikrinti 500 „sujungimo ciklas“ poveikį „išlaikomoji įtampa“, arba klimatinio bandymo metu nustatyti, ar kelių valandų buvimas iš pradžių -55 °C, o vėliau 125 °C temperatūroje neigiamai veikia jungties „kontaktinė varža“. Atliekant temperatūros šoko bandymą, jungtis turi 100 kartų ištverti greitą perėjimą tarp šių ekstremalių temperatūrų, kiekvieną kartą po 30 minučių. Be to, jungimo metu atsirandantis centrinis ir kampinis poslinkis (kampinis poslinkis), taip pat tolerancijų diapazonas sujungtoje būsenoje, turėtų būti ne tik teoriškai patikrinti CAD modelyje, bet ir išsamiai išbandyti praktikoje, o atsparumas apkrovai – empiriškai patvirtintas. Taip pat svarbu, kad įvairūs bandymai, kurie yra kritiškai svarbūs „kontakto paviršius“ (kontakto paviršiui), būtų atliekami kartu, siekiant imituoti realias sąlygas. Pavyzdžiui, jungimo ciklai (sujungimo ciklas-) ir korozinių dujų mišinio bandymai galėtų būti atliekami kartu, siekiant užtikrinti, kad jungties charakteristikos, susijusios su „kontaktinė varža“ (perėjimo varža) ir „išlaikomoji įtampa“ (įtampos atsparumu), nepablogėjo, o kontaktai nebuvo pažeisti (14 pav.).
Jūsų dizainas – jūsų pasirinkimas

Priklausomai nuo taikymo reikalavimų, jungtis (jungtis) turi atitikti skirtingus patvarumo kriterijus. Pavyzdžiui, ar ji turi kompensuoti didelius nuokrypius? Ar ji patiria didelius smūgius ar vibraciją? Ar ji naudojama esant stipriam karščiui ar šalčiui? Arba ar jungties sprendimas turi būti apsaugotas nuo drėgmės, kenksmingų dujų ar nešvarumų? Jei vartotojas, rinkdamasis jungties sprendimą, vadovausis šiais klausimais, jis gali būti tikras, kad jo „jungtis“ yra puikiai pritaikytas naudoti lauke.

