Analisi delle cause del rilevamento inadeguato dei connettori

I. Introduzione

Che si tratti di un connettore elettrico ad alta frequenza o di un connettore elettrico a bassa frequenza, la resistenza di isolamento, la tensione di resistenza dielettrica (nota anche come resistenza elettrica) e la resistenza di contatto sono i parametri elettrici più elementari per garantire il normale e affidabile funzionamento dei connettori elettrici. Di solito, nell'ispezione di conformità della qualità delle condizioni tecniche del prodotto dei connettori elettrici, ci sono chiari requisiti di indice tecnico e metodi di prova elencati negli elementi di ispezione di accettazione di routine del Gruppo A e del Gruppo B. Questi tre elementi di ispezione sono anche basi importanti per gli utenti per giudicare la qualità e l'affidabilità dei connettori elettrici. Tuttavia, secondo la pratica dell'autore nell'ispezione dei connettori elettrici nel corso degli anni, è stato riscontrato che esistono ancora molte incongruenze e differenze tra i vari produttori e tra produttori e utenti nell'implementazione specifica delle condizioni tecniche pertinenti. Spesso, a causa delle differenze di fattori quali gli strumenti utilizzati, i dispositivi di prova, i metodi operativi, l'elaborazione dei campioni e le condizioni ambientali, l'accuratezza e la coerenza delle ispezioni sono direttamente influenzate. Pertanto, l'autore ritiene che sia molto utile condurre alcune discussioni speciali sugli attuali tre elementi di ispezione ordinaria delle prestazioni elettriche e sui problemi esistenti nelle operazioni effettive per migliorare l'affidabilità delle ispezioni dei connettori elettrici.

Inoltre, con il rapido sviluppo della tecnologia dell'informazione elettronica, una nuova generazione di strumenti di ispezione automatica multifunzionali sta gradualmente sostituendo gli originali strumenti di test a parametro singolo. L'applicazione di questi nuovi strumenti di test migliorerà sicuramente notevolmente la velocità di rilevamento, l'efficienza, la precisione e l'affidabilità delle prestazioni elettriche.

II. Ispezione della resistenza di isolamento

Principio di funzionamento
La resistenza di isolamento si riferisce al valore di resistenza presentato quando viene applicata una tensione alla parte isolante di un connettore, provocando la generazione di corrente di dispersione sulla superficie o all'interno della parte isolante. Cioè, resistenza di isolamento (MΩ) = tensione applicata all'isolante (V) /corrente di dispersione (μA). Attraverso l'ispezione della resistenza di isolamento, si determina se le prestazioni di isolamento del connettore possono soddisfare i requisiti della progettazione del circuito o se la sua resistenza di isolamento è conforme alle disposizioni delle condizioni tecniche pertinenti se sottoposto a stress ambientali quali alta temperatura e umidità.
La resistenza di isolamento è un fattore limitante nella progettazione di circuiti ad alta impedenza. Una bassa resistenza di isolamento significa una grande corrente di dispersione, che interromperà il circuito e il normale funzionamento. Ad esempio, se si forma un circuito di retroazione, il calore generato dall'eccessiva corrente di dispersione e dall'elettrolisi in corrente continua danneggerà l'isolamento o degraderà le prestazioni elettriche del connettore.
Fattori di influenza

È influenzato principalmente da fattori quali materiali isolanti, temperatura, umidità, contaminazione, tensione di prova e durata dell'applicazione continua della tensione di prova.

Materiali isolanti

È molto importante selezionare i materiali isolanti da utilizzare durante la progettazione dei connettori elettrici, poiché spesso influisce sulla capacità di qualificazione stabile della resistenza di isolamento del prodotto. Ad esempio, una fabbrica originariamente utilizzava plastica fenolica in fibra di vetro e materiali in nylon rinforzato per realizzare isolanti. Questi materiali contengono gruppi polari e hanno un'elevata igroscopicità. Le loro prestazioni di isolamento possono soddisfare i requisiti del prodotto a temperatura ambiente, ma non sono qualificate in condizioni di alta temperatura e umidità. Successivamente, sono stati adottati speciali materiali plastici tecnici PES (polifenilene etere sulfone). Dopo che i prodotti sono stati sottoposti a test di umidità a 200 °C, 1000 ore e 240 ore, la variazione della resistenza di isolamento è stata relativamente piccola ed è rimasta superiore a 105 MΩ senza modifiche anomale.

Temperatura

Le alte temperature possono danneggiare i materiali isolanti e causare una riduzione della resistenza di isolamento e resistere alle prestazioni di tensione. Per i gusci metallici, le alte temperature possono far perdere elasticità alle parti a contatto, accelerare l'ossidazione e causare il deterioramento della placcatura. Ad esempio, per i connettori elettrici a disconnessione rapida della serie II resistenti all'ambiente prodotti secondo GJB598, la resistenza di isolamento è specificata non inferiore a 5000 MΩ a 25 °C, ma diminuisce fino a non meno di 500 MΩ a 200 °C.

Umidità

Un ambiente umido provoca l'attrazione e la diffusione del vapore acqueo sulla superficie degli isolanti, riducendo facilmente la resistenza di isolamento al di sotto del livello MΩ. L'esposizione a lungo termine a un ambiente ad alta temperatura può causare deformazioni fisiche, decomposizione, fuga di prodotti, generazione di effetti respiratori, corrosione elettrolitica e crepe negli isolanti. Ad esempio, per i connettori elettrici per cavi a nastro prodotti secondo GJB2281, il valore della resistenza di isolamento in condizioni atmosferiche standard non deve essere inferiore a 5000 MΩ, ma dopo un test di umidità relativa del 90% - 95%, 40 ± 2 °C, 96 ore di calore umido, la resistenza di isolamento scende a non meno di 1000 MΩ.

Contaminazione

La pulizia dell'interno e della superficie degli isolanti ha un grande impatto sulla resistenza di isolamento. Poiché le impurità vengono mescolate nella polvere utilizzata per gli isolanti stampati a iniezione o negli adesivi per l'incollaggio delle piastre di montaggio isolanti superiore e inferiore, o perché gli scarti di metallo rimasti da inserimenti e prelievi multipli e i flussi residui dalle terminazioni di saldatura penetrano nella superficie degli isolatori, la resistenza di isolamento sarà notevolmente ridotta. Ad esempio, durante il test di accettazione del prodotto finito di un connettore elettrico circolare prodotto in fabbrica, è emerso che la resistenza di isolamento tra le parti di contatto di un prodotto era molto bassa, solo 20 MΩ, il che non era qualificato. Successivamente, attraverso un'analisi anatomica, si è scoperto che ciò era causato da impurità mescolate nella polvere utilizzata per gli isolanti stampati a iniezione. Di conseguenza, l'intero lotto di prodotti ha dovuto essere rottamato.

Tensione di prova

La tensione di prova applicata durante l'ispezione della resistenza di isolamento ha un ottimo rapporto con i risultati del test. Perché quando la tensione di prova aumenta, l'aumento della corrente di dispersione non è in una relazione lineare e la velocità di aumento della corrente è maggiore della velocità di aumento della tensione. Pertanto, quando la tensione di prova aumenta, il valore della resistenza di isolamento misurata diminuirà. Nei metodi di prova citati nelle condizioni tecniche dei prodotti di connettori elettrici, esistono norme chiare sulla tensione di prova, che di solito è specificata come 500 V. Pertanto, non è possibile utilizzare ohmmetri generici, ponti a corrente continua e altri strumenti di misurazione della resistenza per misurare la resistenza di isolamento.

Poiché esiste una certa capacità tra gli elettrodi di misurazione del connettore elettrico testato, l'alimentatore deve caricare prima il condensatore all'inizio della misurazione. Pertanto, durante il test, si tende spesso ad aumentare gradualmente il valore di resistenza indicato sul tester di resistenza di isolamento, il che è un fenomeno normale. In molti metodi di test dei connettori elettrici, è chiaramente specificato che la lettura sul tester di resistenza di isolamento deve essere effettuata 1 minuto dopo l'applicazione della tensione.

Discussioni sui problemi

Influenza della temperatura e dell'umidità ambientali di ispezione

Le condizioni tecniche dei connettori elettrici di solito specificano la temperatura e l'umidità dell'ambiente operativo dei prodotti, ad esempio un intervallo di temperatura compreso tra -55 e 125 °C e un'umidità di 40 ± 2 °C, 95% ± 3%. L'autore ritiene che vi sia una differenza tra le condizioni ambientali di ispezione e le condizioni ambientali operative. Il fatto che le condizioni tecniche stabiliscano che il prodotto possa funzionare negli ambienti operativi di temperatura e umidità sopra indicati non significa che il produttore debba soddisfare gli indicatori di valutazione a pressione atmosferica normale quando verifica la resistenza di isolamento nelle condizioni ambientali operative sopra indicate. Se la resistenza di isolamento viene misurata nelle condizioni ambientali di una temperatura operativa superiore di 125 °C e di un ambiente di calore umido di 40 ± 2 °C, 93% ± 3%, deve essere valutata in base agli indicatori di valutazione delle prove ambientali ad alta temperatura e calore umido specificate nelle condizioni tecniche, piuttosto che agli indicatori di valutazione a pressione atmosferica normale.

L'autore ha riscontrato molte volte in ispezioni effettive che lo stesso lotto di prodotti aveva una resistenza di isolamento superiore a 1000 MΩ durante le ispezioni di fabbrica nelle condizioni climatiche relativamente secche del nord (umidità < 50%) ed era qualificato. L'autore ha riscontrato molte volte in ispezioni effettive che lo stesso lotto di prodotti aveva una resistenza di isolamento superiore a 1000 MΩ durante le ispezioni di fabbrica in condizioni climatiche relativamente secche del nord (umidità 80%), la resistenza di isolamento era di soli 100 MΩ - 200 MΩ, il che non era qualificato. In questi casi, a volte dopo averli lavati con alcool e asciugati, l'ispezione veniva qualificata subito dopo averli tolti, ma quando venivano nuovamente testati il giorno successivo, risultavano nuovamente privi dei requisiti. Pertanto, si raccomanda ai produttori di controllare la resistenza di isolamento a un livello appropriato al di sopra del valore specificato durante i test di accettazione del prodotto e di mantenere un certo margine. Non giudicate idonei alla spedizione i prodotti che raggiungono a malapena il valore specificato in un ambiente asciutto, per evitare controversie dovute a risultati di ispezione non coerenti dovuti ai diversi climi di ispezione e condizioni ambientali tra il fornitore e il richiedente.

Per chiarire i requisiti per l'ispezione della temperatura e dell'umidità ambientali, alcuni metodi di prova ora specificano sia la temperatura e l'umidità ambientali per i test (un intervallo relativamente ampio) sia i requisiti di temperatura e umidità per l'arbitrato in caso di differenze (un intervallo relativamente ristretto nel mezzo). Ad esempio, GJB1217-91 «Metodi di prova per connettori elettrici» stabilisce che le condizioni atmosferiche standard per i test sono una temperatura di 15-35 °C, un'umidità del 20% - 80% e una pressione dell'aria di 73 - 103 kPa. Le condizioni atmosferiche standard per i test arbitrali sono una temperatura di 25 ± 1 °C, un'umidità del 50% ± 2 °C e una pressione dell'aria di 86 - 106 kPa.

Influenza dei dispositivi di ispezione

Le condizioni tecniche dei connettori elettrici stabiliscono che la resistenza di isolamento tra tutte le parti di contatto e tra tutte le parti di contatto e l'alloggiamento dei connettori elettrici deve soddisfare i valori specificati. Si stabilisce inoltre che la durata della tensione applicata deve essere superiore a 1 minuto. Pertanto, molti produttori di connettori elettrici dispongono di 2-3 dispositivi di ispezione con diverse disposizioni di collegamento (dispositivi presa-pin con accoppiamento spillo o dispositivi con foro di accoppiamento pin) per ogni modello e specifica dei prodotti che producono. Applicando la tensione di prova in parallelo tra i punti di contatto, tra le file e tra tutti i contatti e l'alloggiamento, si verifica se la resistenza di isolamento è qualificata. L'applicazione della tensione in parallelo ai dispositivi di ispezione è una condizione più rigorosa rispetto all'applicazione della tensione tra i singoli contatti. Pertanto, se si riscontra che la resistenza di isolamento non è qualificata quando viene testata con i dispositivi di ispezione, è consentito utilizzare direttamente le sonde di prova collegate al tester di resistenza di isolamento per applicare la tensione tra i singoli punti per ripetere il test. Tuttavia, alcuni produttori esistenti e la stragrande maggioranza degli utenti non utilizzano dispositivi di ispezione ma utilizzano direttamente due sonde di prova collegate al tester di resistenza di isolamento per collegare ciascuna parte di contatto o tra la parte di contatto e l'alloggiamento per verificare se la resistenza di isolamento è qualificata. Questo metodo di utilizzo di dispositivi di ispezione diversi presenta i seguenti svantaggi: in primo luogo, è molto casuale ed è molto probabile che causi ispezioni mancate. In secondo luogo, ogni punto di contatto non è in grado di leggere il valore dopo un soggiorno di 1 minuto, come avviene con gli apparecchi di ispezione, quindi potrebbe causare errori di valutazione e l'affidabilità dell'ispezione è scarsa.

Naturalmente, anche quando si utilizzano dispositivi di ispezione, è necessario assicurarsi che gli apparecchi siano qualificati prima dell'ispezione. È necessario assicurarsi che gli apparecchi siano puliti e asciutti e che la loro resistenza di isolamento sia qualificata e con un margine sufficiente.