コネクタの劣化メカニズムは？(I)

コネクタの劣化メカニズムはコネクタの性能にとって非常に重要であり、関連製品の性能保証にとって極めて重要である。退化メカニズムとは何ですか？どのような要因がコネクタを故障させるのでしょうか。私たちはこの問題を継続的に検討していきます。コネクタは2つの分離システム間の接続に使用されます。分離性が必要な理由は、製造の利便性から性能の向上までいろいろあります。しかしながら、マッチングするとき、コネクタはシステム間の不要な抵抗値を増加させないでください。抵抗値を増加させると、信号が歪んだり、電力が損失したり、システム障害を引き起こす可能性があります。コネクタの劣化メカニズムが重要なのは、それらが抵抗の増加の潜在的な原因であり、したがって、時間の経過とともに機能不全を引き起こすからである。まずはコネクタの抵抗について簡単に振り返ってみましょう。図1に汎用信号コネクタの断面を示す。図1の式は、コネクタ内の様々な抵抗源を表している。Roはコネクタの全体的な抵抗であり、導体の末端とPCBコネクタのピンのはんだ付け点との間の抵抗である。2つの永久接続抵抗Rp.cは、指圧接続接点と対応するピンとの間の抵抗です。同様に、2つのボディ抵抗（Rbulk）とは、リアコンタクトボディ抵抗とコネクタの2つの柱との間の並列接合抵抗を指す。インターフェースまたは分離における接触抵抗Rcもある。全体コネクタ抵抗は、個々の不変接続抵抗、バックコンタクトおよびキャビティ接続抵抗、および分離可能なコンタクト抵抗の合計であり、これらの抵抗はすべて直列に接続されているためである。

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議論の便宜のために、測定された総抵抗値Roを15ミリオームとしよう。この仮定を考慮して、永久接続抵抗、バルク抵抗、および分離可能な接触抵抗がコネクタ全体の抵抗に与える相対的な影響を推測します。この例では、これらの値は典型的なソフトケース型コネクタの抵抗値であり、バルク抵抗は総抵抗の大部分を占め、14ミリオーム近くになります。永久接続抵抗は数百マイクロオームであり、その他は分離可能な場所の接触抵抗である。コネクタ接点のバルク抵抗はコネクタ抵抗に最大の寄与要因ですが、それは最も安定しています。個々のコンタクトのバルク抵抗は、コンタクトの製造材料とその全体的な幾何学的形状によって決定される。この簡単な例では、導体の長さに対する抵抗を考慮して、次の会社によって計算することができます。Rcond.=r l/a.この方程式では、rは導体の抵抗率（コネクタ内のばね材料でもよい）、「l」は導体の長さ、「a」は導体の断面積（またはコネクタ内のばねの幾何学）である。これらのパラメータはリン青铜やコンタクトジオメトリなどの特定の材料に対して定数であるため、コネクタの全体的な抵抗は一定である。永久接続抵抗とインターフェースまたは分離可能な接続抵抗は可変である。これらの抵抗は、さまざまな劣化メカニズムの影響を受けやすいが、これは後述の記事で議論される。コネクタは過酷な環境、熱、寿命、振動など多くの影響を受けていることを指摘しておく必要があります。また、全体のコネクタ抵抗は、従来の15ミリオームから例えば100ミリオームに変化する可能性があり、抵抗の変化は主に分離可能な抵抗および永久接続抵抗で現れます。分離可能な界面抵抗は、分離可能な箇所に力や変形等が発生するため、最も劣化しやすい。簡単に言えば、2つの主要な分離可能な界面は、一定の力と変形を発生させる必要がある。コネクタの噛み合わせ力は最初で最も明らかな要求です。PIN数の高いコネクタの場合、個々のPINビットの噛み合わせ力を制御する必要があり、コンタクト法線力はこの要件に制約される主要なパラメータの1つです。例えば、分離可能な接続接触力は数十~数百グラムであり、絶縁圧着接続、あるいはIDCは数キログラムの大きさであり、それに対応する圧着接続における力も同様である。この永続的な接続における高い力は、より大きな機械的安定性と、分離可能な接続の抵抗値よりもはるかに低い抵抗値を提供します。同様に、高い永久接合力は、分離可能な接合に比べて接触面の大きな変形を可能にする。圧着接続は、圧着端子の大きな変形や、個々の導体の大きな変形などの最も明らかな例である。圧着接続の力と対応するPIN足の両方は、接触面の大きな変形を可能にします。高い力と同様に、永久接続の大きな表面変形は、分離可能な接触抵抗と比較して抵抗を低下させる。分離可能な接続面の変形は、別の分離可能な界面要件、つまりフィット耐久性によっても制限されています。高い表面変形は通常、高い表面摩耗を引き起こし、これは逆に接触面上の金や錫などの接触コーティングの損失を引き起こす可能性がある。このコーティングの損失は、接触表面の腐食感受性を増加させるでしょう。これは後の記事で議論されるでしょう。分離可能なインターフェースの噛み合い力と噛み合い耐久性の組み合わせは、永久接続と比較して、分離可能なインターフェースの変形と機械的安定性を制限し、また、分離可能なインターフェースの電気的安定性が低い原因となる。一般に、両表面間の接触面積が大きいほど、界面の抵抗は低くなる。実際には、導体長さの抵抗に対する2つの面間の接触面積は、Rcond.=r l/aの方程式に似ている。分離可能な接続は永久接続よりも接触面積が低いため、抵抗が高い。結論から言うと、分離可能な接続の力の低下は、永久接続と比較して機械的安定性の低下につながり、接触面積の低下は、電気抵抗の向上につながる。これらの問題、すなわち接触力の減少と接触面積の減少は、分離可能な接触界面の劣化感度に直接影響を与える。図2は、分離可能な接触インタフェースの拡大模式図である。このような接触界面のミクロスケールでは、すべての表面が粗面であることを図に示しています。つまり、接触界面自体は、完全な領域接触ではなく、a点または凹凸と呼ばれる接触点の分布で構成されることを意味します。このような凹凸構造は、接触界面抵抗の増大の原因となっている。特定の幾何学的領域にわたる点Aの分布を含む減少接触面積は、接触面の幾何学的形状に依存する。シュリンク抵抗と呼ばれる抵抗は、単一のa点を流れるまで電流が押し出されることによって発生する。様々な方法で接触面積を増加させることで収縮抵抗を低減することができるが、解消することはできない。したがって、コネクタは常に電気システムにいくつかの抵抗値を追加します。この観点から、コネクタ設計の第一の目標は抵抗の大きさと安定性を制御することである。

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前述したように、界面抵抗の大きさは、プラグコンタクトとレセプタクルコンタクトとが接触したときに生じる接触領域に依存する。接触抵抗の安定性に影響を与える主な要因は、接触界面の外乱とa点の腐食の2種類である。これらの要因がコネクタの劣化メカニズムにどのように影響するかについては、後で議論します。要約すると、これらのメカニズムは以下のとおりである。1.接触界面およびその周辺で腐食が発生し、接触面積が減少する。2種類の腐食メカニズムがあります：表麺腐食、接触面積に直接影響する；接触界面の腐食に対する感受性を向上させることができる、またはフリッティングを誘導する。2、めっき不足やめっき摩耗によって接触めっきの完全性が失われ、腐食に対する感度が高まる。ほとんどのコネクタコンタクトは金のような贵金属の表面层でめっきされています。または普通のめっき表面、一般的に錫です。これらのめっきの主な目的の1つは、接触基体（通常銅合金）を腐食から保護することである。貴金属と非貴金属の腐食感度は異なり、後述する。3、接触力損失により機械的安定性が低下し、接触界面はフリッティングの影響を受けやすい。コネクタの接触力低下を引き起こす主なメカニズムは、過大な接触応力と応力緩和である。時間/温度の影響により、応力緩和とは、時間変化による接触力の損失を指す。

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