커넥터 성능 저하 메커니즘이란 무엇인가요? (I)

커넥터 성능 저하 메커니즘은 커넥터 성능에 매우 중요하며 관련 제품의 성능 보증에 매우 중요합니다. 성능 저하 메커니즘이란 무엇인가요? 커넥터 고장의 원인에는 어떤 요인이 있을까요? 이 질문에 대해 계속해서 살펴보겠습니다. 커넥터는 분리된 두 시스템을 연결하는 데 사용됩니다. 제조 용이성에서 성능 향상에 이르기까지 여러 가지 이유로 분리성이 필요합니다. 그러나 커넥터를 연결할 때 시스템 간에 불필요한 저항 값을 추가해서는 안 됩니다. 저항 값을 추가하면 신호가 왜곡되거나 전력이 손실되어 시스템 장애가 발생할 수 있습니다. 커넥터 성능 저하 메커니즘은 저항 증가의 잠재적 원인이 되어 시간이 지남에 따라 기능 장애로 이어질 수 있기 때문에 중요합니다. 먼저 커넥터 저항에 대해 간단히 살펴보겠습니다. 그림 1은 범용 신호 커넥터의 단면을 보여줍니다. 그림 1의 방정식은 커넥터 내의 다양한 저항원을 나타냅니다. ro는 커넥터의 전체 저항이며 도체 테일 엔드 포인트와 PCB 커넥터 레그 납땜 포인트 사이의 저항입니다. 두 개의 영구 연결 저항인 Rp.c는 크림프 연결 지점과 해당 핀 위치 사이의 저항입니다. 마찬가지로 두 개의 바디 저항(Rbulk)은 후면 접촉 바디 저항과 커넥터의 두 포스트 사이의 병렬 바디 저항이며, 인터페이스 또는 분리 가능한 위치의 접촉 저항 Rc도 있습니다. 전체 커넥터 저항은 개별 불변 연결 저항, 후면 접촉 및 캐비티 연결 바디 저항, 분리 가능한 위치의 접촉 저항의 합으로, 이 모든 저항이 직렬로 연결되어 있기 때문에 전체 저항은 개별 불변 연결 저항과 후면 접촉 및 캐비티 연결 바디 저항의 합입니다.

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이 논의를 위해 측정된 총 저항 Ro가 15밀리옴이라고 가정해 보겠습니다. 이 가정을 염두에 두고 영구 연결 저항, 본체 저항, 분리 가능한 지점의 접촉 저항이 전체 커넥터 저항에 미치는 상대적인 영향을 추측해 보겠습니다. 이 예에서 이러한 값은 소프트셸 커넥터의 일반적인 값이며, 본체 저항이 전체 저항의 대부분을 차지하며, 이는 14밀리옴에 가깝습니다. 영구 연결 저항은 수백 마이크로옴이고 나머지는 분리 가능한 지점에서의 접촉 저항입니다. 커넥터 접점의 본체 저항이 커넥터 저항의 가장 큰 원인이지만, 가장 안정적이기도 합니다. 단일 접점의 벌크 저항은 접점이 만들어지는 재료와 전체 형상에 의해 결정됩니다. 이 간단한 예에서 도체 길이에 따른 저항을 고려하면 다음과 같이 계산할 수 있습니다: Rcond. = r l/a. 이 방정식에서 r은 도체의 저항률(커넥터의 스프링 재질일 수도 있음), "l"은 도체의 길이, "a "는 도체의 단면적(또는 커넥터에 있는 스프링의 형상)입니다. 인청동 및 접점 형상과 같은 특정 재료의 경우 이러한 파라미터는 상수이므로 커넥터의 전체 저항은 일정합니다. 영구 연결 저항과 인터페이스 또는 분리 가능한 연결 저항은 가변적입니다. 이러한 저항은 다양한 열화 메커니즘에 영향을 받기 쉬우며, 이에 대해서는 이 문서의 뒷부분에서 설명합니다. 커넥터는 열악한 환경, 열, 수명, 진동 등 여러 가지 요인에 의해 영향을 받는다는 점에 유의해야 합니다. 그리고 총 커넥터 저항은 15밀리옴에서 예를 들어 100밀리옴으로 변할 수 있지만, 저항의 변화는 주로 분리형 및 영구 연결 저항에서 발생합니다. 분리 가능한 인터페이스 저항은 분리 가능한 지점에서 발생하는 힘과 변형으로 인해 성능 저하에 가장 취약합니다. 간단히 말해, 두 개의 주요 분리형 인터페이스에는 어느 정도의 힘과 변형이 필요합니다. 커넥터의 물리는 힘은 가장 먼저 그리고 가장 명백한 요구 사항입니다. 핀 수가 많은 커넥터의 경우 개별 핀 비트의 바이트 힘을 제어해야 하며, 접촉 정상 힘은 이 요구사항의 주요 매개변수 중 하나입니다. 예를 들어, 분리형 연결의 접촉력은 수십에서 수백 그램 정도인 반면, 절연 크림프 연결 또는 IDC의 경우 해당 힘은 수 킬로그램 정도이며, 해당 힘이 연결에 눌려집니다. 영구 연결의 이러한 높은 힘은 분리형 연결보다 더 큰 기계적 안정성과 낮은 저항 값을 제공합니다. 마찬가지로 영구 연결력이 높으면 분리형 연결에 비해 접촉 표면의 변형이 더 커집니다. 압착 연결이 가장 대표적인 예로, 압착 단자의 심각한 변형과 개별 도체의 심각한 변형이 이에 해당합니다. 크림프 연결의 힘과 해당 핀 피트는 모두 접촉 표면의 더 큰 변형을 허용합니다. 더 큰 힘과 마찬가지로 영구 연결의 표면 변형이 클수록 분리 가능한 접촉 저항에 비해 저항이 감소합니다. 분리형 연결 표면의 변형은 또 다른 분리형 인터페이스 요구 사항인 결합 내구성에 의해서도 제한됩니다. 높은 표면 변형은 일반적으로 높은 표면 마모로 이어져 접촉 표면의 금이나 주석과 같은 접촉 코팅이 손실될 수 있습니다. 이러한 코팅 손실은 접촉 표면의 부식 취약성을 증가시키며, 이에 대해서는 이후 기사에서 설명합니다. 분리형 인터페이스의 교합력과 교합 내구성의 조합은 분리형 인터페이스의 변형과 기계적 안정성을 제한하고 영구 연결에 비해 분리형 인터페이스의 낮은 전기적 안정성을 설명합니다. 일반적으로 두 표면 사이의 접촉 면적이 넓을수록 인터페이스의 저항이 낮아집니다. 실제로 도체 길이의 저항에 대해 두 표면 사이의 접촉 면적은 Rcond. = r l/a 방정식과 유사합니다. 분리 가능한 연결의 접촉 면적은 영구 연결보다 낮기 때문에 저항이 더 높습니다. 요약하면, 분리형 연결의 힘이 감소하면 기계적 안정성이 낮아지고 접촉 면적이 감소하면 영구 연결에 비해 저항이 높아집니다. 이러한 문제, 즉 접촉력 감소와 접촉 면적 감소는 분리형 접점 인터페이스의 성능 저하 감수성에 직접적인 영향을 미칩니다. 그림 2는 분리형 접점 인터페이스의 확대 모식도를 보여줍니다. 그림의 디스플레이는 이러한 접촉 인터페이스의 미세한 규모에서 모든 표면이 거칠다는 것을 보여줍니다. 즉, 접촉 인터페이스 자체는 완전한 영역별 접촉이 아니라 A-포인트 또는 딤플이라고 하는 접촉점 분포로 구성됩니다. 이러한 울퉁불퉁한 구조는 접촉 인터페이스의 저항을 증가시키는 원인이 됩니다. 기하학적 영역에 대한 a-포인트의 분포를 포함한 접촉 면적의 감소는 접촉 표면의 기하학적 구조에 따라 달라집니다. 수축 저항으로 알려진 저항의 유형은 전류가 압착되어 단일 A 포인트를 통해 흐르기 때문에 발생합니다. 다양한 방법으로 접촉 면적을 늘리면 수축 저항을 줄일 수 있지만 완전히 없앨 수는 없습니다. 따라서 커넥터는 항상 전기 시스템에 약간의 저항 값을 추가합니다. 이러한 관점에서 커넥터 설계의 주요 목표는 저항의 크기와 안정성을 제어하는 것입니다.

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앞서 언급했듯이 계면 저항의 크기는 플러그와 소켓 접점이 서로 접촉할 때 생성되는 접촉 면적에 따라 달라집니다. 접촉 저항의 안정성에 영향을 미치는 두 가지 주요 요인은 접촉 인터페이스의 섭동과 A 지점의 부식입니다. 이러한 요인이 커넥터 성능 저하 메커니즘에 어떤 영향을 미치는지는 나중에 설명합니다. 이러한 메커니즘을 요약하면 다음과 같습니다. 1 , 접촉 인터페이스 안팎에서 부식이 발생하여 접촉 면적이 감소합니다. 접촉 영역에 직접 영향을 미치는 표면 부식, 부식에 대한 접촉 인터페이스 민감도를 증가시킬 수 있는 유도 또는 미세 운동, 부적절한 도금 또는 도금 마모로 인한 접촉 도금 무결성 손실, 부식에 대한 민감도를 증가시키는 두 가지 부식 메커니즘이 있습니다. 대부분의 커넥터 접점은 금과 같은 귀금속 표면층 또는 일반 도금 표면(일반적으로 주석)으로 도금됩니다. 이러한 도금의 주요 목적 중 하나는 접점 기판(보통 구리 합금)을 부식으로부터 보호하는 것입니다. 귀금속과 비귀금속의 부식 민감도는 다르며 나중에 별도로 설명합니다.3, 접촉력 손실로 인해 기계적 안정성이 감소하고 접촉 인터페이스가 미세 움직임에 취약해집니다. 커넥터의 접촉력 감소로 이어지는 주요 메커니즘은 과도한 접촉 응력과 응력 완화입니다. 응력 이완은 시간/온도로 인해 시간이 지남에 따라 접촉력이 손실되는 것을 말합니다.

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