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连接器,经得起考验

板对板连接器(板对板连接器)如何实现高可靠性

白皮书:板对板连接器如何实现高可靠性,以及哪些因素会影响连接器性能

无论是在航空航天(航空航天)、工业自动化、交通运输还是医疗保健领域:板对板连接器(板对板连接器)都必须始终确保可靠的信号传输,且在任何情况下都不得发生故障。与此同时,它们还面临着来自环境的一系列挑战: 冲击、振动和摆动等机械作用会危及数据传输的稳定性;而极端温度、剧烈的温度波动、有害气体、湿气和灰尘等热力和化学环境因素同样会造成威胁。因此,高品质电路板连接器的制造商会采取各种措施,使他们的板对板连接器能够抵御这些挑战。

尽管实现了微型化,板对板连接器仍保持了坚固性

Groessenvergleich
旧插头与新插头
现代电子技术正比以往任何时候都更强烈地受到一种趋势的影响:微型化。在此趋势下,电子组件及其部件不仅必须性能越来越强,还必须越来越小。然而,它们往往要在严苛的实际环境中使用。因此,在承受相同载荷的情况下,元器件以及连接器(连接器)正变得越来越纤细。 然而,一款优质的连接器不仅能像其较老、体积更大的“前辈”一样很好地抵御这种压力,甚至表现得更为出色。其原因在于材料成分以及产品设计(例如绝缘体几何形状)方面的进一步发展。

各种因素都会影响板对板连接器的坚固性:



  • 表面
  • 、接触
  • 设计、接触
  • 系统、端接技术、绝缘体
  • 设计
  • 、公差范围

影响因素:表面

Abrieb Oberflaeche
接触表面的磨损和腐蚀
接触表面(接触表面)是一个关键影响因素。它对连接器的使用寿命起决定性作用,而使用寿命通常以插拔循环次数(插拔次数)来衡量。在实际应用中,连接器会受到某些微小运动(Mikrobewegungen)的影响。这些微小运动会导致表面磨损,进而引发氧化。其结果是接触电阻(接触电阻)增加,从而导致信号传输质量下降。

因此,高质量且耐用的触点镀层(接触层)对于抑制表面磨损至关重要。

请阅读我们的免费白皮书,了解在选择接触表面时应注意的事项。

影响因素:触点设计

印刷电路板连接器的触点是通过冲压或旋压工艺制成的。然而,在冲压冲压过程中,冲压料带的底面会形成一种在显微镜下可见的不均匀、棱角分明的表面。传统系统是与剪切面,这会导致表面磨损加剧,从而带来更高的接触电阻。

关于连接器可靠性的免费白皮书

Icon Whitepaper
在这份免费的白皮书中,您将了解到如何通过选择正确的触点设计来尽可能降低接触电阻。此外,我们将结合各种影响因素,为您讲解线对板连接器(连接器)如何实现高可靠性,以及具体需要注意的事项。

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影响因素:接触系统

Doppelseitiger Federkontakt
示意图:One27双面母端子在未受冲击(左)和受冲击(右)状态下的对比
Klassische zweiteilige Steckverbinder verfügen über einen Messer- und einen Federkontakt. Im Falle starker Schockeinwirkung kann die Messerleiste jedoch von der Federleiste abheben. Damit es nicht zu einer solchen Kontaktunterbrechung kommt, kann mithilfe einer doppelseitigen Federleiste für Redundanz und somit für Kontaktsicherheit gesorgt werden, denn durch die zweite Feder ist die Signalübertragung zu jeder Zeit mindestens über einen Kontaktpunkt sichergestellt.

Noch robuster sind dagegen Steckverbinder mit sogenanntem „genderneutralem“ Kontaktsystem. Die Besonderheit besteht dabei in den identischen Kontaktgeometrien der Steckerhälften.

影响因素:端接技术

Bild Einpressen 4c
压入过程
将连接器(连接器)安装在电路板上有多种方法。

其中之一便是前文提到的压入技术(压接技术)。其目标是在尽可能小的压入力(压入力)下,实现连接器与电路板之间尽可能高的保持力(保持力)。保持力决定了机械连接的牢固程度,而这种连接又必须能够抵御冲击和振动。


但压入技术(压接技术)并非总是适用,例如当电路板需要双面安装,或者无法在受力方向上保持与元器件的最小间距时。此时,建立连接器与电路板之间可靠且持久的连接的另一种方法是表面贴装技术(SMT)。通过焊膏(焊膏),将连接器焊接到电路板上预定的连接区域——即焊盘上。

影响因素:绝缘体设计

ept Mitten Winkel Versatz
Zero8连接器连接器±0.7mm的径向偏差(中心偏移)和4°的角度偏差(角度偏移)
此外,板对板连接器的绝缘体几何结构还有助于保护其前端的触点,避免在运行或安装过程中受损。其设计应确保连接器内部的脆弱触点得到妥善保护。
此外,导入斜面还能避免安装过程中的损坏。它们有助于在插接时补偿电路板在各个方向上的偏移。借助额外的卡扣区域,即使出现中心或角度偏移,两个插头半体也能无损地插接在一起。

影响因素 容差范围

Toleranzausgleich im Betrieb
Zero8在所有方向上的公差补偿
连接器的公差范围对其可靠性评估起着决定性作用。如果连接器无法补偿给定的公差,机械运动会导致磨损,甚至损坏连接。

例如,在实际应用中,不仅会在x和y方向产生载荷,还会在z方向产生载荷。 这便引出了连接器“有效插合长度”(过插安全性)的问题。该概念描述了刀片接头与母连接器之间的重叠区域,不仅能够适应不同的板间距,而且——根据该区域的大小——还能容纳不同的公差范围。

请阅读这份免费白皮书,了解还有哪些因素会影响公差范围,以及如何进行补偿。

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测试方法

为了对板对板连接器的坚固性进行全面测试,有各种测试方法。在此过程中,会分别考察耐压强度(耐电压)和接触电阻(接触电阻)等变量在压力测试前后的变化情况,并对触点状态进行目视检查。 例如,可以检测500次插拔循环(插拔次数)对耐压强度(耐电压)的影响;或者通过气候试验(气候试验),确定在先于-55°C、后于125°C的环境中持续数小时是否会对连接器的接触电阻(接触电阻)产生负面影响。 在温度冲击测试中,连接器必须承受在这两种极端温度之间快速切换的考验,共100次,每次持续30分钟。此外,插接时的中心偏移和角度偏差,以及插接状态下的公差范围,不应仅在CAD模型上进行理论验证,还应在实践中进行充分测试,并通过实测确认其承载能力。 同样重要的是,应将对接触面(接触表面)至关重要的各项测试结合起来进行,以模拟实际工况。例如,可以将插拔循环(插拔次数-)测试与混合流动气体试验(Schadgas)测试结合进行,以确保连接器在接触电阻(接触电阻)和耐压强度(耐电压)方面的性能没有下降,且触点未受损。

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您的设计——您的选择

根据应用需求的不同,板对板连接器必须满足不同的坚固性标准。例如,它是否需要补偿较大的公差?是否会受到强烈的冲击或振动?是否会在高温或低温环境下使用?或者,该连接解决方案是否需要防潮、防有害气体或防污? 如果用户在选择连接解决方案时以这些问题为依据,就可以确信其连接器(连接器)已为现场应用做好了充分准备。
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