Tehniskā dokumentācija: Savienotāju izturība
Neatkarīgi no tā, vai runa ir par aviāciju un kosmosa nozari (aviācijas un kosmosa nozare), rūpniecisko automatizāciju, transportu vai veselības aprūpi: savienotājiem (savienotājs) vienmēr jānodrošina uzticama signāla pārraide, un tie nekādos apstākļos nedrīkst atteikties. Tajā pašā laikā tie ir pakļauti virknei vides radītu slodžu: mehāniskas iedarbības, piemēram, triecieni, vibrācijas un svārstības, apdraud datu pārraides stabilitāti, tāpat kā termiskie un ķīmiskie vides faktori, ko rada ekstremālas temperatūras, straujas temperatūras svārstības, kaitīgās gāzes, mitrums un netīrumi. Tāpēc augstas kvalitātes savienotāju (savienotājs) ražotāji izmanto visdažādākās metodes, lai pasargātu savus savienotājus no šīm slodzēm.
Izturība, neskatoties uz miniaturizāciju

Mūsdienu elektrotehnika vairāk nekā jebkad agrāk pakļauta vienai tendencei: miniaturizācijai. Moduļiem un to komponentiem ne tikai jābūt arvien jaudīgākiem, bet arī arvien mazākiem. Tomēr tie bieži tiek izmantoti nelabvēlīgos reālos apstākļos. Tāpēc komponenti, kā arī savienotāji (savienotājs), saglabājot nemainīgu slodzi, kļūst arvien smalkāki. Tomēr kvalitatīvs savienotājs (savienotājs) šai slodzei iztur ne tikai tikpat labi kā tā vecākais un lielākais brālis, bet pat labāk. Iemesls tam ir uzlabojumi materiālu sastāvā, kā arī izstrādājuma dizainā, piemēram, izolācijas korpusa ģeometrijā (1. att.).
Ietekmējošais faktors – virsma

Savienotāja izturību ietekmē daudzi faktori. Viens no tiem ir kontakta virsma (kontakta virsma). Tā būtiski nosaka savienotāja kalpošanas laiku, ko parasti mēra savienošanas ciklos (savienošanas cikls). Ekspluatācijas apstākļos savienotājs (savienotājs) ir pakļauts noteiktām mikro kustībām. Tās izraisa virsmas nodilumu un, kā rezultātā, oksīda veidošanos (2. att.).
Rezultātā palielinās pārejas pretestība (kontaktpretestība), tādējādi pasliktinās signāla pārraides kvalitāte. Tāpēc ir svarīgi, izmantojot augstas kvalitātes un izturīgu kontaktu pārklājumu (kontakta pārklājums), līdz minimumam samazināt virsmas nodilumu savienošanas procesā, kā arī ekspluatācijas laikā. Lai to panāktu, gan asmeņveida, gan atsperveida kontaktiem (ligzdas kontakts) jābūt atbilstoši gludai virsmai. Neskatoties uz pieaugošajām cenām, zeltu tā korozijas izturības un izcilās vadītspējas dēļ joprojām labprāt izmanto virsmu pārklājumiem. Tā kā tīrs zelts ir mīksts, to leģē ar 0,2–0,3 procentiem kobalta vai niķeļa, tādējādi iegūstot cietzelta (cietais zelts) sakausējumu. Tomēr, ja meklējat cenu ziņā stabilāku alternatīvu šai pārklājuma struktūrai, varat izmantot, piemēram, niķeļa-fosfora sakausējumu ar „gold flash”. Noteiktās proporcijās apvienojot šos divus materiālus, tie iegūst tās pašas pozitīvās īpašības, kas raksturīgas arī zeltam: augstu izturību pret koroziju, izteiktu nodilumizturību un izcilu elektrovadītspēju. Lai novērstu difūziju starp kontakta materiālu un virsmas pārklājumu, bieži tiek izmantots tā sauktais niķeļa barjeras slānis. Ar šīs barjeras palīdzību var novērst koroziju.
Ietekmējošais faktors – kontaktu izvietojums

Savienotāja kontakti tiek izstancēti vai izgriezti. Tomēr, veicot štancēšana, štancētās lentes apakšpusē veidojas nevienmērīga, asu malu virsma, kas redzama zem mikroskopa. Tradicionālās sistēmas veido kontaktu ar šo „griezuma mala”, kas rada pastiprinātu virsmas nodilumu un tādējādi arī lielāku kontaktpretestība. To var novērst, ja tā sauktajā „Stanzbiegeprozess” procesā atsperes tulpi saliec par 90 grādiem, lai tā ar gludu, velmētu virsmu saskartos ar „tapas kontakts” (3. att.).
Tomēr ne tikai „ligzdu savienotājs” konstrukcija, bet arī „tapu savienotājs” konstrukcija ir izšķiroša savienotāja ilgmūžībai. Jo arī pēdējai ir jābūt precīzi štancētai un apstrādātai, lai izvairītos no bojātām, asām ģeometrijām.
Tomēr ne tikai „ligzdu savienotājs” konstrukcija, bet arī „tapu savienotājs” konstrukcija ir izšķiroša savienotāja ilgmūžībai. Jo arī pēdējai ir jābūt precīzi štancētai un apstrādātai, lai izvairītos no bojātām, asām ģeometrijām.
Ietekmējošais faktors – kontaktu sistēma

Klasiskajiem divdaļīgajiem savienotājiem (savienotājs) ir „Messer”- un „ligzdas kontakts” kontakti. Tomēr spēcīgas trieciena ietekmes gadījumā „tapu savienotājs” var atdalīties no „ligzdu savienotājs”. Lai novērstu šādu kontakta pārtraukumu (kontakta pārtraukums), var izmantot divpusēju „ligzdu savienotājs”, kas nodrošina redundanci un tādējādi kontakta drošību, jo, pateicoties otrajai atsperes daļai, signāla pārraide jebkurā brīdī tiek nodrošināta vismaz caur vienu kontaktpunktu (4. att.).

Savukārt vēl izturīgāki ir savienotāji (savienotājs) ar tā saukto „hermafrodītisko“ kontaktu sistēmu. To īpatnība slēpjas identiskajā kontaktu ģeometrijā savienotāja pusēm — spraudnim (Plug) un ligzdai (Socket). Abām pusēm ir gan atsperes, gan kontaktasmeņi. Tādējādi katrs kontakts tiek savienots ar divām atsperēm, savukārt spraudnis un ligzda ir savstarpēji savīti un nevar atdalīties viens no otra. Kamēr divpusēja kontaktplāksne (ligzdu savienotājs) mehāniskas slodzes apstākļos vienmēr nodrošina vismaz vienu kontaktpunktu, savstarpēji savienotās ģeometrijas dzimumu neitrālās kontaktu sistēmās garantē, ka signāla pārraide vienmēr notiek caur diviem kontaktpunktiem. Šī augstā redundance tādējādi nodrošina maksimālu kontaktu drošību (5. att.).

Attiecībā uz izturības īpašībām šo hermafrodītisko kontaktu sistēmu pārspēj vienīgi viendaļas savienotāji. Tie pilnībā atsakās no klasiskā divdaļīgā kontaktu principa, kas sastāv no „Messer-” un „ligzdu savienotājs”. Tā kā nav viegli bojājamas kontakta zonas, viengabala savienotājiem (savienotājs) ir ne tikai visaugstākā izturība pret triecieniem, vibrācijām, mitrumu, putekļiem un atmosfēras apstākļiem, bet tie ir piemēroti arī hermetizācijai (zalēšana) un citām komponentu aizsardzības metodēm. Kombinācijā ar ievietošanas tehniku (press-fit tehnoloģija) tie nodrošina visdrošāko mehānisko un elektrisko savienojumu starp divām platēm (6. att.).
Ietekmējošais faktors – savienošanas tehnika (pieslēgšanas tehnoloģija)

Ir dažādas iespējas, kā piestiprināt savienotājus (savienotājs) pie drukātajām platēm. Viena no tām ir jau minētā iespiešanas tehnika (press-fit tehnoloģija). Tās mērķis ir panākt pēc iespējas lielāku noturēšanas spēku starp savienotāju un drukāto plati, pielietojot pēc iespējas mazāku iespiešanas spēku (iespiešanas spēks). Noturēšanas spēki nosaka mehānisko savienojumu, kuram savukārt jāiztur triecieni un vibrācijas. Šī savienošanas tehnika (pieslēgšanas tehnoloģija) ir miljardiem reižu pārbaudīta metode, kurā iespiešanas tapu (press-fit tapa) iespiež caurumā ar caurvadu (metalizēts caurums) drukātajā platē (7. att.).

Šajā gadījumā „ press-fit tapa ” diagonāle ir lielāka nekā drukātās plātnes cauruma diametrs. Savienotāja kontakts ir elastīgs „ press-fit zona ”, lai drukātā plātne netiktu deformēta fizisko spēku ietekmē iespiešanas procesa laikā. Tādējādi deformācija attiecas tikai uz „ press-fit zona ” (8. att.). Starp „ kontakttapa ” un metalizēto plātnes caurumu veidojas aukstā metināšana: gāzes necaurlaidīgs, korozijizturīgs, zemas pretestības un labi elektrovadošs mehānisks savienojums, kas ir piemērots arī „ zalēšana ”. Turklāt tas ir specifikācijā DIN EN 60352-5, un pat pie ļoti lielām mehāniskām un termiskām slodzēm, piemēram, vibrācijām, liecēm un straujām temperatūras svārstībām, tas saglabā drošu kontaktu un iztur pat triecienu līdz 200 g.
Pateicoties izcilajām izturības īpašībām un desmit reizes labākajai elektriskajai savienojuma kvalitātei ( atteiču intensitāte ) (FIT rādītājs) salīdzinājumā ar automatizēti lodētiem savienojumiem ( savienotājs), „ press-fit tehnoloģija ” tiek plaši izmantots augstas drošības lietojumos, kur signāla pārraide nekādos apstākļos nedrīkst tikt pārtraukta, piemēram, gaisa spilvenu sistēmās vai ABS un ESP moduļos.
Pateicoties izcilajām izturības īpašībām un desmit reizes labākajai elektriskajai savienojuma kvalitātei ( atteiču intensitāte ) (FIT rādītājs) salīdzinājumā ar automatizēti lodētiem savienojumiem ( savienotājs), „ press-fit tehnoloģija ” tiek plaši izmantots augstas drošības lietojumos, kur signāla pārraide nekādos apstākļos nedrīkst tikt pārtraukta, piemēram, gaisa spilvenu sistēmās vai ABS un ESP moduļos.

Tomēr „press-fit tehnoloģija” ne vienmēr ir piemērota, piemēram, ja drukātās plātnes ir jāaprīko abās pusēs vai ja nav iespējams ievērot minimālo attālumu līdz komponentiem spēka virzienā. Tādā gadījumā vēl viena iespēja izveidot uzticamu un izturīgu savienojumu starp savienotāju (savienotājs) un drukāto plātni ir virsmas montāžas tehnoloģija (SMT). Izmantojot lodēšanas pastu (lodēšanas pasta), savienotāji (savienotājs) tiek pielodēti pie noteiktām plātnes kontaktlaukumiem — lodēšanas laukumiem (lodēšanas laukumiņi — Lötpads). Tikai tā saucamajā reflow krāsnī (pārkausēšanas krāsns) lodēšanas materiāls tiek izkausēts un pēc tam sacietināts. Izmantojot SMT, var izveidot stabilus savienojumus starp savienotāju un drukāto plati. Tomēr tam ir jāizpilda daži kritēriji: pirmkārt, lai lodējuma vieta atbilstu standartam IPC-A-610, ir jāievēro pareizais attiecība starp SMT izvads, lodēšanas laukums un lodēšanas pasta. Tikai tādā veidā tiek izveidots augstas kvalitātes savienojums, kas nodrošina savienojumu atbilstoši IPC 3. klasei, tātad ir piemērots izmantošanai augstas jaudas elektronikas ierīcēs. Šajā klasē jebkurā brīdī ir jāizslēdz signāla pārraides traucējumi. Optimālu lodlodēts savienojums var atpazīt pēc vienmērīgas meniska veidošanās. Kontaktam visā perimetrā jābūt aptvertam ar lodēšanas menisku, lai panāktu vislabāko noturēšanas spēku ar drukāto plati (9. att.).
Kontaktu kājiņu koplanaritāte ir priekšnoteikums izcilam savienojumam. Ja visi šie priekšnoteikumi ir izpildīti, ir pierādīts, ka SMT savienotāji var izturēt mehānisku slodzi līdz pat 400 N.
Ietekmējošais faktors – izolācijas korpusa konstrukcija

Savienotāja izolācijas korpusa ģeometrija palīdz arī pasargāt kontaktus no bojājumiem darbības laikā vai uzstādīšanas brīdī. Tai jābūt veidotai tā, lai neaizsargātie kontakti atrastos drošībā savienotāja iekšpusē.
Turklāt, izmantojot ievietošanas slīpumus, var novērst bojājumus montāžas laikā. Tie palīdz izlīdzināt plašu nobīdi jebkurā virzienā, savienojot savienotāju. Ar papildu fiksācijas zonas palīdzību abas savienotāja puses var savienot bez bojājumiem pat tad, ja pastāv novirze pa vidu vai leņķī (10. att.).
Turklāt, izmantojot ievietošanas slīpumus, var novērst bojājumus montāžas laikā. Tie palīdz izlīdzināt plašu nobīdi jebkurā virzienā, savienojot savienotāju. Ar papildu fiksācijas zonas palīdzību abas savienotāja puses var savienot bez bojājumiem pat tad, ja pastāv novirze pa vidu vai leņķī (10. att.).

Dažiem savienotājiem (savienotājs) ir arī „Boardlocks”. Ar to saprot metāla skavas, kas ir piestiprinātas pie izolācijas korpusa (izolācijas korpuss) un tiek arī pielodētas uz drukātās plāksnes (11. att.). Tādējādi tās nodrošina papildu stabilitāti – arī nelabvēlīgos apstākļos, piemēram, vibrācijas un triecienu gadījumā.
Ietekmējošais faktors Pieļaujamā robeža

Savienotāja pielaides diapazons spēlē izšķirošu lomu tā izturības novērtēšanā. Ja savienotājs nespēj kompensēt noteiktās pielaides, mehāniskās kustības izraisa nodilumu vai pat savienojuma bojājumus. Uzstādīšanas laikā ievades nošķēlumi palīdz nodrošināt „Messer-” un „ligzdu savienotājs” savienotāju savienošanu bez bojājumiem. Tomēr arī savienotā stāvoklī ir jākompensē mikrokustības. To nodrošina kontaktu un izolācijas korpusa ģeometrija. Ja savienotājam (savienotājs) ir „brīvgājiens-Funktion”, tas darbības laikā spēj kompensēt novirzes līdz ±0,4 mm. Šī funkcija kļūst arvien nozīmīgāka, jo tai ir izšķiroša loma, aprīkojot drukāto plati ar vairākiem savienotājiem. Tomēr ekspluatācijas apstākļos slodzes rodas ne tikai x un y virzienā, bet arī z virzienā (12. att.).

Šeit rodas jautājums par savienotāja „ efektīvais savienošanas garums ”. Tas apraksta kontaktu (Messer) un savienotāja ( ligzdu savienotājs ) pārklāšanās zonu un tādējādi ļauj ne tikai nodrošināt dažādus attālumus starp platēm, bet – atkarībā no šīs zonas lieluma – arī pielaides diapazonus (13. att.).
Savukārt maksimālu pielaižu kompensāciju var panākt, izmantojot kabeļu savienojumu. Šajā gadījumā savienotāja pielaides diapazonu nosaka kabeļa garums.
Savukārt maksimālu pielaižu kompensāciju var panākt, izmantojot kabeļu savienojumu. Šajā gadījumā savienotāja pielaides diapazonu nosaka kabeļa garums.
Pārbaudes procedūra

Lai rūpīgi pārbaudītu savienotāju (savienotājs) izturības īpašības, tiek izmantotas dažādas pārbaudes metodes. Šajā procesā tiek izvērtēti tādi rādītāji kā izturspriegums un kontaktpretestība gan pirms, gan pēc slodzes testa, kā arī vizuāli pārbaudīts kontaktu stāvoklis. Tādējādi, piemēram, var pārbaudīt 500 savienošanas ciklu (savienošanas cikls) ietekmi uz izturību pret spriegumu (izturspriegums) vai klimatiskajā testā noteikt, vai vairāku stundu uzturēšanās sākotnēji -55 °C un pēc tam 125 °C temperatūrā negatīvi ietekmē savienotāja pārejas pretestību (kontaktpretestība). Temperatūras šoka testā savienotājam 100 reizes pa 30 minūtēm jāiztur strauja pāreja starp šīm ekstremālajām temperatūrām. Turklāt savienošanas laikā radušos centrālo un leņķisko nobīdi (leņķiskā nobīde), kā arī pielaides diapazonu savienotā stāvoklī nevajadzētu pārbaudīt tikai teorētiski, izmantojot CAD modeli, bet gan rūpīgi testēt praksē un empīriski apstiprināt izturību. Tikpat svarīgi ir to, ka dažādi testi, kas ir kritiski svarīgi „kontakta virsma” (kontaktu virsmai), tiek veikti arī kombinēti, lai simulētu reālos apstākļus. Tādējādi, piemēram, savienošanas ciklu (savienošanas cikls-) un korozīvu gāzu maisījuma testu (Schadgas) varētu veikt kombinēti, lai nodrošinātu, ka savienotāja veiktspēja attiecībā uz pārejas pretestību (kontaktpretestība) un izturību pret spriegumu (izturspriegums) nav pasliktinājusies un kontakti nav cietuši (14. att.).
Jūsu dizains – jūsu izvēle

Atkarībā no lietošanas prasībām pastāv dažādi izturības kritēriji, kuriem savienotājam (savienotājs) ir jāatbilst. Vai tam, piemēram, jākompensē lielas pielaides? Vai tas ir pakļauts lielām triecienu slodzēm vai vibrācijām? Vai tas tiek izmantots spēcīgas siltuma vai aukstuma ietekmes apstākļos? Vai arī savienojuma risinājumam ir jābūt aizsargātam pret mitrumu, kaitīgām gāzēm vai netīrumiem? Ja lietotājs, izvēloties savu savienojuma risinājumu, vadās pēc šiem jautājumiem, viņš var būt pārliecināts, ka viņa savienotājs (savienotājs) ir ideāli piemērots izmantošanai ekspluatācijas apstākļos.

