Quel est le mécanisme de dégradation des connecteurs ? (I)

Les mécanismes de dégradation des connecteurs sont très importants pour la performance des connecteurs et critiques pour l'assurance de la performance des produits connexes. Quels sont les mécanismes de dégradation ? Quels sont les facteurs qui contribuent à la défaillance des connecteurs ? Nous allons continuer à explorer cette question. Les connecteurs sont utilisés pour établir une connexion entre deux systèmes séparés. La séparation est nécessaire pour un certain nombre de raisons, allant de la facilité de fabrication à l'amélioration des performances. Toutefois, lorsqu'ils sont appariés, les connecteurs ne doivent pas ajouter de valeurs de résistance inutiles entre les systèmes. L'ajout de valeurs de résistance peut entraîner une défaillance du système par distorsion du signal ou perte de puissance. Les mécanismes de dégradation des connecteurs sont importants car ils constituent une source potentielle d'augmentation de la résistance et, par conséquent, de défaillance fonctionnelle au fil du temps. Commençons par un bref examen de la résistance des connecteurs. La figure 1 illustre une section transversale d'un connecteur de signaux à usage général. Les équations de la figure 1 représentent les différentes sources de résistance à l'intérieur du connecteur. ro est la résistance globale du connecteur et la résistance entre les points d'extrémité du conducteur et les points de soudure des pattes du connecteur sur le circuit imprimé. Les deux résistances de connexion permanente, Rp.c, sont les résistances entre les points de connexion sertis et les emplacements des broches correspondantes. De même, les deux résistances de corps (Rbulk) sont la résistance de corps du contact arrière et la résistance de corps parallèle entre les deux bornes du connecteur ; il existe également une résistance de contact à l'interface ou à l'endroit séparable Rc. La résistance globale du connecteur est la somme des résistances de connexion invariantes individuelles, des résistances de corps de connexion du contact arrière et de la cavité, et de la résistance de contact à l'endroit séparable, étant donné que toutes ces résistances sont connectées en série.

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Pour les besoins de cette discussion, supposons que la résistance totale mesurée Ro est de 15 milliohms. En gardant cette hypothèse à l'esprit, spéculons sur les effets relatifs de la résistance de la connexion permanente, de la résistance du corps et de la résistance de contact au point de séparation sur la résistance globale du connecteur. Dans cet exemple, ces valeurs sont typiques d'un connecteur à enveloppe souple, et la résistance du corps représente la majeure partie de la résistance totale, qui est proche de 14 milliohms. La résistance de la connexion permanente est de quelques centaines de microohms, le reste étant la résistance de contact aux points de séparation. Bien que la résistance du corps des contacts du connecteur soit celle qui contribue le plus à la résistance du connecteur, c'est aussi celle qui est la plus stable. La résistance de masse d'un seul contact est déterminée par le matériau à partir duquel le contact est fabriqué et par sa géométrie globale. Dans cet exemple simple, considérons la résistance sur la longueur du conducteur, qui peut être calculée par : Rcond = r l/a. Dans cette équation, r est la résistivité du conducteur (qui peut également être le matériau du ressort dans le connecteur), "l" est la longueur du conducteur et "a" est la surface de la section transversale du contact. "est la section transversale du conducteur (ou la géométrie du ressort dans le connecteur). Pour un matériau donné, par exemple le bronze phosphoreux, et une géométrie de contact donnée, ces paramètres sont des constantes et, par conséquent, la résistance globale du connecteur est constante. La résistance de la connexion permanente et la résistance de l'interface ou de la connexion séparable sont variables. Ces résistances sont susceptibles de subir divers mécanismes de dégradation, qui seront abordés plus loin dans cet article. Il est important de noter que les connecteurs sont affectés par de nombreux facteurs, tels que les environnements difficiles, la chaleur, la durée de vie, les vibrations, etc. Alors que la résistance totale du connecteur peut passer de 15 milliohms à, par exemple, 100 milliohms, le changement de résistance se produit principalement dans les résistances de connexion séparables et permanentes. La résistance de l'interface séparable est la plus susceptible de se dégrader en raison des forces et des déformations qui se produisent au point de séparation. En d'autres termes, les deux principales interfaces séparables requièrent une certaine force et une certaine déformation. La force de morsure du connecteur est la première exigence et la plus évidente. Pour les connecteurs à nombre élevé de PIN, la force de morsure des PIN bits individuels doit être contrôlée, et la force normale de contact est l'un des principaux paramètres soumis à cette exigence. Par exemple, la force de contact pour une connexion séparable est de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de grammes, alors que pour une connexion à sertir isolée, ou IDC, la force est de l'ordre de plusieurs kilogrammes, avec la force correspondante exercée sur la connexion. Cette force élevée dans une connexion permanente assure une plus grande stabilité mécanique et des valeurs de résistance plus faibles que dans une connexion séparable. De même, une force de connexion permanente plus élevée permet une plus grande déformation des surfaces de contact par rapport à une connexion séparable. Les connexions serties en sont l'exemple le plus évident, par exemple la déformation importante des bornes serties, ainsi que la déformation importante des conducteurs individuels. La force de la connexion sertie et les pieds PIN correspondants permettent une plus grande déformation de la surface de contact. Comme pour les forces plus élevées, la plus grande déformation de la surface des connexions permanentes réduit leur résistance par rapport à la résistance des contacts séparables. La déformation des surfaces des connexions séparables est également limitée par une autre exigence de l'interface séparable : la durabilité de l'accouplement. Une forte déformation de la surface entraîne généralement une forte usure de la surface, qui peut à son tour entraîner une perte des revêtements de contact, par exemple de l'or ou de l'étain sur les surfaces de contact. Cette perte de revêtement augmente la sensibilité à la corrosion des surfaces de contact, ce qui fera l'objet d'un article ultérieur. La combinaison de la force occlusale et de la durabilité occlusale des interfaces séparables limite la déformation et la stabilité mécanique des interfaces séparables et explique la stabilité électrique plus faible des interfaces séparables par rapport aux connexions permanentes. En général, plus la surface de contact entre deux surfaces est grande, plus la résistance de l'interface est faible. En fait, pour la résistance d'une longueur de conducteur, la surface de contact entre deux surfaces est analogue à l'équation Rcond. = r l/a. Comme la surface de contact des connexions séparables est inférieure à celle des connexions permanentes, elles ont une résistance plus élevée. En résumé, la force réduite des connexions séparables entraîne une stabilité mécanique plus faible et la surface de contact réduite entraîne une résistance plus élevée par rapport aux connexions permanentes. Ces problèmes, c'est-à-dire la force et la surface de contact réduites, affectent directement la susceptibilité à la dégradation des interfaces de contact séparables. La figure 2 montre un schéma agrandi d'une interface à contact séparable. La figure montre qu'à l'échelle microscopique d'une telle interface de contact, toutes les surfaces sont rugueuses. Cela signifie que l'interface de contact elle-même consistera en une distribution de points de contact appelés points a ou fossettes, plutôt qu'en un contact régional complet. Cette structure bosselée est responsable de la résistance accrue de l'interface de contact. La surface de contact réduite, y compris la répartition des points a sur une zone géométrique, dépend de la géométrie de la surface de contact. Un type de résistance connu sous le nom de résistance de rétrécissement résulte du fait que le courant est comprimé pour circuler à travers un seul point a. L'augmentation de la surface de contact par divers moyens permet d'augmenter la résistance de l'interface de contact. L'augmentation de la surface de contact par divers moyens peut réduire la résistance de rétrécissement, mais elle ne peut pas être éliminée. Par conséquent, les connecteurs ajouteront toujours une certaine valeur de résistance au système électrique. De ce point de vue, l'objectif principal de la conception des connecteurs est de contrôler l'ampleur et la stabilité de la résistance.

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Comme indiqué précédemment, l'ampleur de la résistance interfaciale dépend de la surface de contact créée lorsque les contacts de la fiche et de la prise entrent en contact l'un avec l'autre. Deux facteurs principaux affectent la stabilité de la résistance de contact : la perturbation de l'interface de contact et la corrosion au niveau du point a. La façon dont ces facteurs affectent les mécanismes de dégradation des connecteurs sera examinée plus loin. La manière dont ces facteurs affectent les mécanismes de dégradation des connecteurs sera examinée plus loin. En résumé, ces mécanismes sont les suivants : 1 , la corrosion se produit à l'intérieur et autour de l'interface de contact, réduisant ainsi la surface de contact. Il existe deux mécanismes de corrosion : la corrosion superficielle, qui affecte directement la surface de contact ; la corrosion induite ou par micromouvement, qui peut augmenter la sensibilité de l'interface de contact à la corrosion. 2, la perte d'intégrité du placage de contact due à un placage inadéquat ou à l'usure du placage, qui augmente la sensibilité à la corrosion. La plupart des contacts de connecteurs sont revêtus d'une couche superficielle de métal précieux, tel que l'or, ou d'une surface plaquée simple, généralement de l'étain. L'un des principaux objectifs de ces revêtements est de protéger le substrat du contact (généralement un alliage de cuivre) contre la corrosion. La susceptibilité à la corrosion des métaux précieux et non précieux est différente et sera examinée séparément ultérieurement.3, la perte de force de contact, qui entraîne une réduction de la stabilité mécanique et de la susceptibilité de l'interface de contact aux micro-mouvements. Les principaux mécanismes conduisant à une réduction de la force de contact dans les connecteurs sont les contraintes de contact excessives et la relaxation des contraintes. La relaxation des contraintes est la perte de la force de contact au fil du temps en raison du temps et de la température.

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