Was ist der Mechanismus der Degradierung von Steckern?

Die Degradationsmechanismen von Steckverbindern sind sehr wichtig für die Leistung von Steckverbindern und entscheidend für die Leistungsgarantie der entsprechenden Produkte. Was sind die Degradationsmechanismen? Welche Faktoren tragen zum Versagen von Steckverbindern bei? Wir werden dieser Frage weiter nachgehen. Steckverbinder werden verwendet, um eine Verbindung zwischen zwei getrennten Systemen herzustellen. Die Trennbarkeit ist aus einer Reihe von Gründen notwendig, die von der einfachen Herstellung bis zur Leistungsverbesserung reichen. Wenn sie aufeinander abgestimmt sind, sollten Steckverbinder jedoch keine unnötigen Widerstandswerte zwischen den Systemen hinzufügen. Das Hinzufügen von Widerstandswerten kann zu Systemausfällen führen, indem das Signal verzerrt wird oder Leistung verloren geht. Die Degradationsmechanismen von Steckverbindern sind wichtig, da sie eine potenzielle Quelle für erhöhten Widerstand sind und daher im Laufe der Zeit zu Funktionsausfällen führen können. Beginnen wir mit einem kurzen Überblick über den Widerstand von Steckverbindern. Abbildung 1 zeigt einen Querschnitt eines Allzweck-Signalsteckers. Die Gleichungen in Abbildung 1 stellen die verschiedenen Widerstandsquellen innerhalb des Steckverbinders dar: Ro ist der Gesamtwiderstand des Steckverbinders und der Widerstand zwischen den Endpunkten des Leiters und den Lötpunkten des Leiterplattensteckers. Die beiden festen Verbindungswiderstände, Rp.c, sind die Widerstände zwischen den Crimpanschlusspunkten und den entsprechenden Stiftpositionen. In ähnlicher Weise sind die beiden Körperwiderstände (Rbulk) der Körperwiderstand des hinteren Kontakts und der parallele Körperwiderstand zwischen den beiden Säulen des Steckverbinders sowie ein Kontaktwiderstand an der Schnittstelle oder Trennstelle, Rc. Der Gesamtwiderstand des Steckverbinders ist die Summe der einzelnen unveränderlichen Verbindungswiderstände, der Körperwiderstände des hinteren Kontakts und des Hohlraumsteckers sowie des Kontaktwiderstands an der Trennstelle, da alle diese Widerstände in Reihe geschaltet sind. Ein Beispiel für ein Diagramm des Steckverbinderwiderstands

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Nehmen wir für die Diskussion an, dass der gemessene Gesamtwiderstandswert Ro 15 Milliohm beträgt. Mit dieser Annahme im Hinterkopf, lassen Sie uns die relative Auswirkung des Widerstandes der permanenten Verbindung, des Körperwiderstandes und des Kontaktwiderstandes am trennbaren Teil auf den Gesamtwiderstand des Steckers abschätzen. In diesem Beispiel sind diese Werte typisch für den Widerstand eines Weichschalensteckverbinders, und der Körperwiderstand macht den größten Teil des Gesamtwiderstands aus, der etwa 14 Milliohm beträgt. Der Widerstand der permanenten Verbindung beträgt einige hundert Mikroohm, und der Rest ist der Kontaktwiderstand an den trennbaren Stellen. Der Körperwiderstand der Steckerkontakte trägt zwar am meisten zum Widerstand des Steckers bei, ist aber auch am stabilsten. Der Körperwiderstand eines einzelnen Kontakts wird durch das zur Herstellung des Kontakts verwendete Material und seine Gesamtgeometrie bestimmt. Phosphorbronze und die Kontaktgeometrie sind beispielsweise Parameter, die konstant sind, so dass der Gesamtwiderstand des Steckverbinders konstant ist. Der Widerstand der festen Verbindung und der Widerstand der Schnittstelle oder der trennbaren Verbindung sind variabel. Diese Widerstände sind anfällig für eine Vielzahl von Degradationsmechanismen, die später in diesem Artikel erörtert werden. Es ist wichtig zu wissen, dass Steckverbinder durch viele Faktoren beeinflusst werden, wie z. B. raue Umgebungen, Hitze, Lebensdauer, Vibration usw. Der Gesamtwiderstand eines Steckverbinders kann sich von ursprünglich 15 Milliohm auf beispielsweise 100 Milliohm ändern, wobei die Widerstandsänderung vor allem in den trennbaren und festen Anschlusswiderständen auftritt. Der Widerstand der trennbaren Schnittstelle ist aufgrund der Kräfte und Verformungen usw., die an der trennbaren Schnittstelle auftreten, am anfälligsten für eine Verschlechterung. Einfach ausgedrückt: Die beiden wichtigsten trennbaren Schnittstellen erfordern ein gewisses Maß an Kraft und Verformung, um erzeugt zu werden. Die Bisskraft des Steckers ist die erste und offensichtlichste Anforderung. Bei Steckverbindern mit hoher PIN-Anzahl muss die Bisskraft der einzelnen PIN-Bits kontrolliert werden, und die Kontaktnormalkraft ist einer der wichtigsten Parameter, die dieser Anforderung unterliegen. So liegt die Kontaktkraft bei trennbaren Verbindungen in der Größenordnung von einigen zehn bis hundert Gramm, während die Kraft bei isolierten Crimpverbindungen oder IDCs in der Größenordnung von mehreren Kilogramm liegt, ebenso wie die entsprechende Kraft, die in die Verbindung gepresst wird. Die hohen Kräfte in dieser permanenten Verbindung sorgen für eine größere mechanische Stabilität und niedrigere Widerstandswerte, die viel niedriger sind als die einer trennbaren Verbindung. In der gleichen Situation ermöglicht eine höhere permanente Verbindungskraft eine größere Verformung der Kontaktflächen im Vergleich zu einer trennbaren Verbindung. Crimpverbindungen sind das offensichtlichste Beispiel dafür, z. B. die erhebliche Verformung von gecrimpten Anschlüssen sowie die erhebliche Verformung einzelner Leiter. Sowohl die Kraft der Crimpverbindung als auch die entsprechenden PIN-Füße ermöglichen eine größere Verformung der Kontaktfläche. Wie bei höheren Kräften verringert die größere Oberflächenverformung der festen Verbindungen deren Widerstand im Vergleich zum Widerstand der trennbaren Kontakte. Die Verformung der Oberflächen von trennbaren Verbindungen wird auch durch eine andere Anforderung an trennbare Schnittstellen begrenzt: die Haltbarkeit der Steckverbindung. Eine hohe Oberflächenverformung führt in der Regel zu hohem Oberflächenverschleiß, was wiederum zum Verlust von Kontaktbeschichtungen wie Gold oder Zinn auf den Kontaktflächen führen kann. Dieser Verlust der Beschichtung erhöht die Korrosionsanfälligkeit der Kontaktfläche, was in einem späteren Artikel erörtert wird. Die Kombination aus Okklusionskraft und Okklusionsdauer von trennbaren Schnittstellen begrenzt die Verformung und mechanische Stabilität von trennbaren Schnittstellen im Vergleich zu permanenten Verbindungen und ist für die geringere elektrische Stabilität von trennbaren Schnittstellen verantwortlich. Im Allgemeinen gilt: Je größer die Kontaktfläche zwischen zwei Oberflächen ist, desto geringer ist der Widerstand der Schnittstelle. Da trennbare Verbindungen eine geringere Kontaktfläche haben als dauerhafte Verbindungen, weisen sie einen höheren Widerstand auf. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die geringere Kraft einer trennbaren Verbindung zu einer geringeren mechanischen Stabilität und die geringere Kontaktfläche zu einem höheren Widerstand im Vergleich zu einer festen Verbindung führt.

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