Sähköliittimien yleisten vikaantumistilojen analyysi

1. Johdanto

Elektronisten järjestelmien yleistyminen on vauhdittanut sähköliittimien valikoiman ja monimutkaisuuden eksponentiaalista kasvua. Tässä yhteydessä liittimien luotettavuus ylittää yksinkertaisen komponenttispesifikaation; siitä tulee perustavanlaatuinen tekijä järjestelmän kokonaiskäyttöajassa, turvallisuudessa ja elinkaarikustannuksissa. Yksittäisen liittimen vikaantuminen voi johtaa järjestelmän toimintahäiriöön, tietojen menetykseen tai toiminnan seisokkiin, millä on vakavia seurauksia kriittisissä sovelluksissa. Suorituskykyvaatimusten kasvaessa ja käyttöympäristöjen muuttuessa haastavammiksi virhemarginaali pienenee. Siksi mahdollisten vikaantumismuotojen ennakoiva ymmärtäminen ei ole pelkästään teorioita – se on olennainen insinöörikäytäntö. Tämä analyysi pyrkii menemään oireiden kuvausta pidemmälle tarjoamalla yleisten vikojen perimmäiseen syyhyn keskittyvän tarkastelun ja toimintakelpoisia, ennaltaehkäisyyn keskittyviä suosituksia suunnittelijoille, valmistajille ja laadunvarmistuksen ammattilaisille.

2. Yleisten liittimien vikaantumistilojen analyysi

2.1 Epänormaali sähkökontakti (katkonainen ja suuri vastus)
Tämä on yleisin vikaantumistapa, joka ilmenee ajoittaisina yhteyksinä (värinänä), avoimina piireinä tai kosketusvastuksen patologisena kasvuna, joka johtaa ylikuumenemiseen. Perimmäiset syyt vaihtelevat merkittävästi kosketusrajapinnan suunnittelufilosofiasta riippuen.

• 2.1.1 Jäykkänastaiset / yhteensopivat pistorasialiittimet (naaras):

• Ensisijaiset vikamekanismit: Kosketuksen normaalivoiman menetys (riittämätön irrotusvoima); eristävän pinnan likaantuminen; kitkakorroosio.

• Syvällinen analyysi: Yhteensopivat hylsyt (esim. ulokepalkki-, vääntöjousi- tai puristustyyppiset mallit) perustuvat joustavaan taipumaan, joka tuottaa jatkuvan normaalivoiman jäykkää tappia vasten. Tämä voima varmistaa metallisen karheuden kosketuksen kaikkien pintakalvojen läpi. Vikoja tapahtuu, kun:

1. Pysyvä kovettuminen/muodonmuutos: Yliliitos, virheellinen kohdistus (kulmaliitos) tai ylisuuren tapin käyttö voi aiheuttaa holkkijousielementtien plastisen muodonmuutoksen, mikä johtaa kosketusvoiman pysyvään menetykseen ("relaksaatio").

2. Pinnan eristys: Pölykertymät, eristävät oksidit, orgaaniset yhdisteet (kaasun purkautuessa) tai silikonikontaminaatio luovat esteen. Jopa ohuet kalvot voivat merkittävästi lisätä vastusta, erityisesti matalajännitteisissä ja luotettavissa piireissä.

3. Kiertymiskorroosio: Tärinän tai lämpösyklien aiheuttama tapin ja kannan välinen mikroliike kuluttaa jalometallipinnoitteen (esim. kulta) läpi, altistaen perusmetallin (esim. nikkeli, kupari) hapettumiselle, joka muodostaa eristävän kerroksen.

• 2.1.2 Joustavat (jousi)tappiliittimet / jäykät pistokeliittimet:

• Ensisijaiset vikamekanismit: Riittämätön tai puuttuva tapin kruunu (muodostunut kosketuspiste); puristusliittimien epäonnistumiset; pistorasian likaantuminen tai mitat poikkeavat määrityksistä; tapin painauma ("pistoning").

• Syvällinen analyysi: Joustavissa tapeissa, usein lankakierteisissä tai leimatuissa jousirakenteissa, on kruunattu kosketuspinta, joka puristuu jäykkää pistorasian seinämää vasten.

1. Kruunun viat: Puuttuva, liian pieni tai epämuodostunut kruunu johtaa viiva- tai pistekosketukseen, jossa pinta-ala ja voima ovat riittämättömät. Syitä ovat valmistusvirheet (virheellinen muotoilu), kruunun vaurioituminen käsittelyn aikana tai jännityksen loistuminen toistuvien liitosjaksojen jälkeen ilman asianmukaista lämpökäsittelyä (ikääntyminen).

2. Puristusvirheet: Puristusliitin, joka kiinnittää tapin johtoon, on kriittinen alijärjestelmä. Liian pieni puristusholkki, kuluneet työkalut tai väärä langansijoitus voivat aiheuttaa suurta vastusta ja mekaanista heikkoutta itse puristusliitännässä, mikä voi naamioitua tapin ja liittimen väliseksi ongelmaksi.

3. Pistorasian ongelmat: Liian suuri holkin sisähalkaisija (ID) estää tapin kruunun riittävän puristumisen. Holkin sisällä oleva lika toimii eristeenä.

4. Tapin painauma/mäntä: Liiallinen liitäntävoima, virheellinen kohdistus tai vierasesineiden jäänteet (FOD) kannassa voivat saada koko tapin koskettimen työntymään takaisin eristekoteloonsa, estäen kytkeytymisen.

5. 
   

2.2 Dielektrisen/sähköisen suorituskyvyn vika
Tämä luokka koskee liittimen eristävää runkoa ja sisältää vikoja, jotka liittyvät Eristysresistanssi (IR) ja Dielektrinen kestävyysjännite (DWV).

• Ensisijaiset vikamekanismit: Pinta- tai kokonaiskontaminaatio; kosteuden pääsy; eristysmateriaalin sisäiset viat; osittainen purkaus; seuranta.

• Syvällinen analyysi:

1. Johtavan polun muodostuminen: Hygroskooppiset epäpuhtaudet (fluksijäämät, suolat, pöly) imevät ilmakehän kosteutta muodostaen johtavan elektrolyyttireitin eristeen poikki tai läpi, mikä johtaa suureen vuotovirtaan ja alhaiseen IR-arvoon.

2. Materiaali- ja prosessivirheet: Muovatun eristeen tyhjät kohdat, huokoisuus tai halkeamat (huonon prosessoinnin seurauksena) luovat paikallisia voimakkaan kentän alueita, jotka käynnistävät osittaispurkauksen (korona), joka syövyttää materiaalia ja lopulta johtaa täydelliseen dielektriseen läpilyöntiin (valokaariin). Saastuneesta hartsista peräisin olevat metalliset sulkeumat toimivat kentänkeskittiminä.

3. Seuranta: Korkean kosteuden ja jännitteen alla eristeen pinnalle voi muodostua hiiltyneitä polkuja epäpuhtauksien yli suuntautuvan valokaaren vuoksi, mikä luo pysyvän pieniresistanssisen vuotoreitin.

2.3 Mekaaninen ja rajapintavika
Nämä viat heikentävät liittimen fyysistä kytkeytymistä, irrottamista ja pitkäaikaista eheyttä.

• Liitäntä-/paritteluongelmat: Sisältää vaikeuksia kytkeytymisessä/irrottamisessa ja epätiivistymisessä. Syyt ovat usein mittasuhteisiin liittyviä: kotelon vääntyminen, taipuneet tapit, vaurioituneet läpiviennit, purseet tai toleranssien virheellinen pinoaminen. Huono liittimien kiilaussuunnittelu pahentaa näitä ongelmia.

• Pinnoitus- ja korroosiovauriot: Kontaktipinnoite (esim. kulta nikkelin päällä) on uhrautuva este.

1. Huokoisuus: Ohut tai huokoinen pinnoite voi heikentää alla olevaa nikkelidiffuusioestettä, mikä johtaa perusmetallin korroosioon.

2. Huono tarttuvuus: Pinnoitteen kupliminen tai hilseily paljastaa suojaamattoman metallin.

3. Galvaaninen korroosio: Ankarissa olosuhteissa erilaiset metallit voivat kosketuksissa toisiinsa muodostaa galvaanisia kennoja, jotka kiihdyttävät korroosiota.

• Yhteystietojen säilytysvirhe: Eristekotelon sisällä olevan kontaktin kiinnitysmekanismi pettää. Tämä voi johtua vaurioituneesta tai puuttuvasta kotelon salvasta, liian pienestä kontaktin kiinnityspihdästä tai kotelon vaurioitumisesta työkalun väärän käytön seurauksena. Seurauksena on "mäntä, ", jossa kontakti työntyy ulos liitoksen aikana.

2.4 Hermeettisyys / Tiivistyksen pettäminen
Tiiviiksi (esim. IP-luokiteltujen, hermeettisten) liittimien osalta kaasujen tai nesteiden vuoto on kriittinen vika.

• Ensisijaiset vikamekanismit: Epätäydellinen materiaalin yhteensulautuminen; liimautumisviat; sulkeuman aiheuttamat mikrohalkeamat.

• Syvällinen analyysi:

1. Lasista metalliin tiivistetyt tiivisteet: Vika johtuu lasin, metallikuoren ja tapin välisen lämpölaajenemiskertoimen (CTE) epäsuhtasta, mikä aiheuttaa jännityshalkeamia lämpötilavaihteluiden aikana. Uunin profiilien virheellinen tiivistys on yleinen perimmäinen syy.

2. Elastomeeriset/valumatiivisteet: Vikoja ovat liiman irtoaminen (pinnan kontaminaation tai huonon kovettumisen vuoksi), täyteaineen epätäydellinen kostuttaminen, joka jättää tyhjiä kohtia, ja O-renkaiden puristuminen ajan myötä, mikä heikentää tiivistysvoimaa.

3. Edistyneet ehkäisystrategiat ja parhaat käytännöt

Liittimien vikojen lieventäminen vaatii järjestelmäsuunnittelun lähestymistavan, joka kattaa suunnittelun, valmistuksen ja sovelluksen.

• Suunnitteluvaihe:

• Yhteysjärjestelmä: Valitse kosketinrakenteita, joiden luotettavuus on todistettu sovelluksen värähtely-, virta- ja kytkentäsyklivaatimusten mukaisesti. Käytä elementtimenetelmämenetelmää (FEA) jousien jännitysten validointiin.

• Materiaalit: Määritä eristeet, joilla on korkea vertaileva seurantaindeksi (CTI), alhainen kosteuden imeytyminen ja sopivat lämpöominaisuudet. Määrittele pinnoitusjärjestelmät ASTM B488- tai MIL-DTL-45204-standardin mukaisesti ja käytä ympäristöön sopivaa paksuutta.

• Tiivistys: Suunnittelu kestävää tiivistystä varten, ottaen huomioon elastomeerien tiivisteen suunnittelun ja lasitiivisteiden CTE-yhteensopivuuden.

• Valmistus ja prosessinohjaus:

• Puhtaus: Käytä tiukkoja puhdastilaprotokollia (esim. IEST-STD-CC1246:n mukaisesti) luotettavien kokoonpanojen varmistamiseksi. Käytä ionisoitua ilmaa ja johtavia mattoja staattisen sähkön purkausten (ESD) ja hiukkasten puoleensavetämisen hallitsemiseksi.

• Puristus: Käytä kalibroituja, automaattisia puristusjärjestelmiä, joissa on säännöllinen vetovoiman ja mikroleikkausten varmennus IPC/WHMA-A-620-standardin mukaisesti. Pidä yllä kattavia puristuslaitteiden valvontatietoja.

• Tarkastus: Ota käyttöön automaattinen optinen tarkastus (AOI) kontaktien sijoittelua ja vikoja varten. Käytä 100 %:n sähköistä testausta (jatkuvuus, IR, DWV) viimeisenä porttina.

• Levitys ja käsittely:

• Koulutus: Varmista, että käyttäjät ovat saaneet koulutuksen oikeista parittelu-/irrotustekniikoista vaurioiden välttämiseksi.

• Suojaus: Käytä suojakorkkeja ja -kansia, kun liittimiä ei ole kytketty toisiinsa. Käytä liitinsuojia korkean syklin testiympäristöissä.

• Kuntovalvonta: Kriittisissä sovelluksissa harkitse kosketusresistanssin säännöllistä valvontaa tai käytä liittimiä, joissa on sisäänrakennetut kunnonvalvontaominaisuudet.

  
  

Johtopäätös: Liittimien luotettavuus on ennustettavissa oleva tiede, ei sattumanvarainen asia. Ymmärtämällä edellä esitetyn vikafysiikan ja toteuttamalla vastaavat ohjausstrategiat valmistajat voivat parantaa merkittävästi tuotteidensa käyttöikää ja järjestelmän suorituskykyä. Xiamen Kehan ​​Electronics, asiantuntemuksemme tarkkuusjohtosarjan kokoonpano ja liittimen integrointi perustuu tähän syvälliseen vikaantumistapa-analyysiin. Suunnittelemme vikasietoisuutta jokaiseen osaan mukautettu kaapelikokoonpano, käyttäen tiukkaa validointia johtosarjan puristusstandardit ja sovelluskohtaisia ​​ympäristötestejä ratkaisujen toimittamiseksi silloin, kun epäonnistuminen ei ole vaihtoehto.