连接器正在战斗!?连接器连接不良的原因和对策
关于电连接，我认为“金属互相接触的话会导通吧?”是一种普遍的感觉。在我进入连接器行业之前，我在上学期间主修电气工程，即使我有工程师的头衔，虽然它是另一个行业的最后一个，但我也有这种感觉。这就像“总觉得连上了，就连上了吧”。另一方面，在实验和评估中，我也经历过接触失败，即所谓的“设置”不完整，并且进展不顺利。在这种情况下，“我别无选择・・・”，我一个接一个地检查了连接部分，紧紧地按下并修复了我离开的地方。但是工业产品那样就麻烦了吧?
实际上，“如果金属相互接触就会相互接触”并不是一个错误，但这种触摸需要“正确地触摸”。此外，有必要“不要触摸额外的地方”和“保持这种状态”。但是，在使用连接器的环境中，有许多东西会阻碍这些。这次我们将解释连接失败的因素和对策。
- 接头连接故障和发生时间
- 连接不良原因1
由于人为错误 - 连接不良原因1-(1)
交配不完全 - 连接不良原因1-(2)
错配 - 连接不良原因2
由于环境依赖性 - 连接不良原因2-(1)
机械影响 - 连接不良原因2-(2)
化学变化 - 连接不良原因2-(3)
异物 - 总结
接头连接故障和发生时间
连接器的敌人，为了完成其功能而战斗的对手是多种多样的。即使只是追求其中的主要项目也很难，所以我们将首先将其大致分类并进行总结。
接头连接错误
那么，连接器的作用可以表达为“该接电的地方接电，不该接的地方好好隔离”。因此，连接器上的连接故障大致有两种症状:。
・ 不导电（开路/开路）= 没有连接到应该连接的地方
・短路和错误接线=连接不应该连接的东西
如果我们更详细地关注性能方面，高速信号也会出现其他恶化，但让我们简单地关注这两个。
发生时序
所有功能产品都有从一开始就不起作用的连接故障和由于劣化而发生故障的连接故障。因此，连接器发生连接故障的时间分为两种:。
・交配后立即（不运行或从头开始启动）
- 持续使用（使用过程中出现连接问题）
接头连接不良的原因
接下来，有两个原因导致连接失败，一个是由于人为错误，另一个是由于环境依赖性。此外，第二个环境依赖性可分为以下三种。
1.由于人为错误导致连接不良
(1)不完全交配
(2) 不合适
2.由于环境依赖导致连接失败
(1)由于机械作用造成连接不良
(2)化学变化导致接触不良
(3)异物造成接触不良
下表总结了连接器出现故障的时间和原因。
如果你仔细观察还有其他的，我认为分类可能会根据观点而改变，但大致可以这样分类。让我们看看每个分类采取了哪些措施。
连接不良的主要原因1由于人为错误
人是会犯错误的
人们犯了各种各样的错误，包括错误。那是任何人都会犯的。当然，有些严肃的人不会破坏琐碎的规则，有些谨慎的人几乎没有错误，有些人会犯同样的错误，因为有些人违反了一些规则以提高效率。为了在有各种各样的人的前提下顺利进行，需要采取适当的措施。
例如，当不遵守规则或无意中发生错误时，不仅违反规则或犯错误的人不好，而且“不受保护的规则”和“犯错误的系统”本身也很糟糕有一种思维方式。在这种情况下，有许多以下方法可以作为系统和规则的改进。
作为系统和规则的改善而采取的方法
① 禁止不遵守规则或程序的工作
② 当场唤起并感知情况是正确的或发生了错误
③ 让错误本身成为不可能（即使犯了错误也没关系）
在制造现场，为了确保操作者的安全和产品的质量，采取了各种各样的对策。例如，为了不将手放在设备的移动部件上，除非用双手按下远程位置的两个按钮，否则机器不会运行，或者称为poka的工作或正在进行的工作这是一种让工人感知连接故障的机制。连接器也采取了相同的措施。
人为错误导致的连接故障和对策
刚才，作为人为错误导致的连接不良，列举了不完全嵌合和错误嵌合两种。我将分别解释它们。
(1)不完全配合
不完全配合是指连接器中的端子不接触或接触不稳定的情况，因为连接器未插入到位而在较浅的位置结束。
有两种对策。
对策:点击感觉和可听点击 (可听点击)
作为防止这种情况的一种常用方法是在完全匹配时给出咔哒感。采用完全嵌合时树脂之间拍打的构造，给人以咔哒感。此外，此时发出的声音也会使操作员意识到嵌合已完成。
这对应于方法2，用于改进系统和规则，“当场唤起并感知情况是正确的或正在发生错误。”在我们的产品中，Auto I-Lock系列是一种机器人组装兼容连接器，用于作为FPC/FFC连接器进行自动组装，在自动锁定的瞬间会产生咔哒感。虽然该产品与装配自动化兼容，但我们收到了几位进行手动装配的客户的积极反馈，他们说：“由于工作错误而导致的不完全配合和连接故障已得到解决！”
在某些情况下，不仅通过操作员的触觉感知而且在此点击时的咔哒声或咔哒声被认为是重要的，并且它被定义为可听点击。特别是在汽车线束的配线作业等中，与作业周围的噪音环境相对的咔嗒声压差由dB (分贝) 值规定。对于这种线束连接器，有一种称为Audible Click测试的测试，它规定并验证安装时产生的声音强度。
对策:连接器位置保证 (CPA)
另一种方法是称为CPA（连接器位置保证）的机制。顾名思义，它是一种“确保连接器位置”的机制，或者换句话说，它是一种“确保连接器正确配合”的机制。最近，电气检测方法也已投入实际应用，典型的例子是“除非正确配合，否则不会接合的锁定机构”。例如，有一个锁定机构（图 3），可以在配合时降低塞子，从而允许将杠杆推入，或者有一个锁定机构像盖子一样放置在顶部。
此机制通常应用于线束连接器和WtoB 连接器。虽然我们目前的产品阵容中没有这种产品，但我们目前正在考虑开发可以应用它的产品。
(2)错配
不正确的配合主要有两种情况。
- 工作环境中排列有多个连接器，最终您将它们插入错误的地方。
- 连接器插入方向错误
有三种对策。
对策:连接器颜色编码
特别容易发生第一种情况的情况是分配许多线束的情况，例如汽车的分配和通信设备的接线。由于您经常使用多个相同的连接器，因此很容易出现错误匹配。作为要分配的一方的独创性，还实施了诸如附加目的地标签和通过条形码阅读检查它等。但是，作为连接器最常用的方法是从外部看到塑料部分的颜色变化这是一种附加的方法。
这使工作人员更容易知道在哪里插入连接器，并且以后更容易发现错误。这也是一种被视为系统和规则改进的方法 (2) “提醒并意识到它处于正确状态或在现场发生错误”。
对策:关键功能
但有了这个，仍然可以通过感知来适应错误的地方。因此，有时会附加称为Key (密钥) 的机制。一种常见的结构是将凹槽和凸部添加到除了连接器的基本结构之外要组合的每个雄性和雌性连接器，并且还准备几种不同的位置。
通过这样做，如果您尝试将其插入错误的连接器，钥匙将干扰并阻止其配合。
另外，为验证该方法的有效性，还进行了测试，确认即使以一定的力强行插入连接器，不同极性的连接器也不会相互插接，不会断裂。 。这是与方法1相对应的方法，用于改进系统和规则：“禁止不遵循规则或程序的工作。”我们的WtoB产品13065S + 13065B有3种类型的键码，13103S + 13103B有2种类型的键码。
对策:不可逆插结构
另一个不匹配是错误地插入连接器方向错误。在大多数情况下，这个错误忽略了插入时的阻力，或者它没有注意到它，它被反向插入，直到连接器被破坏。作为对应，尽量采用上下左右容易理解，不能反插的构造。
尽管如此，连接器越小，反向插入引起的麻烦就越多。与此同时，Apple的Lightning和USB-C出现了。这是一种连接器，诞生于作为系统和规则改进的方法 (3) “使错误本身不可能 (即使你犯了错误也没关系) ”的想法。上下颠倒插入也完全一样。从可用性来看，这是一个很好的方法。然而，由于噱头是必要的并且需要合理的成本，因此它是一种在正确的地方应用它的方法。
此外，我们的板对板连接器没有极性，即使旋转180度也可以插接，除非有特殊要求，例如定制产品。对于板对板连接器来说，基本上都是判断板子的位置和方向，想法是如果连接器没有极性的话，会更少出现安装错误等问题。这样，响应将根据连接器的类型及其使用方式而变化。现在让我们继续讨论由于环境依赖性而导致的连接失败。
连接不良的主要原因2环境依赖性
(1)机械影响导致的连接故障
振动、冲击引起的瞬间中断
连接器用于各种事物。因此，机械运动可能由使用连接器的产品所处的环境及其功能/机构引起。或者，无意或故意被殴打或投掷・・・有时它会被粗暴对待。那时，连接器也受到机械影响。
如果这种机械影响太强，它看起来很容易理解，有时每个产品都会被破坏，每个产品都采取了对策，但在到达那里之前，连接器作为战斗伙伴被称为瞬间中断有一种现象。瞬断这个词在各种情况下使用，例如可以列举瞬间停电=瞬停等。然而，这次描述的连接器战斗的瞬时中断是更短的时间，并且在μsec=1/100万秒或人们无法感知的水平上是电中断。当振动，冲击等的影响传递到连接器时，即使端子离开片刻，也会发生这种情况。
对策:弹簧
对策是设计一个即使发生意外也能确保牢固接触的 弹簧。另外，正如“什么是连接器？”和专栏文章“什么是高耐热连接器？”中提到的，弹簧力在高温环境下会减弱，因此在设计时必须考虑到这一点。需要它。
此外，将进行测试以确认开发的连接器是否具有适当的抗震/抗冲击性能。这是一项测试，实际上在预定条件下施加振动和冲击，并使用示波器数据记录器 (过去是Penreco) 等检查是否可以连续保持健康的连接。另外，为了考虑复合因素下的耐久性，也有在高温高湿下实施那个的叫做振动腔的试验机。
关于测试设备，请同时参考我们网站对可靠性的追求。这些测试条件对应于多种条件，包括标准规定的条件和客户根据实际使用情况指定的条件。如果您在选择或评估用于恶劣机械环境的产品的连接器时遇到任何困难，请联系我们。
顺便说一句，关于振动，除了瞬间中断之外还有另一个主要的战斗对手，也许在电路板到电路板连接器中，我们很自豪我们公司是第一个捕获连接器制造商的公司。接下来说那个吧。
振动引起的微滑动磨损
在振动环境下放置物体的话，那个物体本身也会发生振动。振动的方式受根据物体的形状和质量确定的固有频率的影响很大，引起共振现象。
现在让我们将注意力转向“放置对象”中使用的连接器，并考虑将板与板连接的板对板连接器。由连接器连接的上板和下板各自具有不同的谐振特性。根据周围环境施加的振动，每个部件可能响应不同的频率或具有不同的相位，从而引起不同的共振，并且振动的影响可能会传递到连接器端子，导致触点上下移动。这种垂直移动（不对中）本身极小，但如果持续下去，就会发生一种称为微动腐蚀的现象，从而阻碍电气连接。
对策:Z-Move结构
作为对策，首先要做的就是设计产品，使其不会因预期振动而产生共振，但这对于承受持续振动的部件（例如动力系统周围的部件）来说似乎相当困难一辆汽车的。在这种情况下，我们正在开发具有Z-Move结构的产品，其中接触点跟随振动引起的移动。
采用 Z-Move 结构，接触点跟随垂直运动，从而防止微动腐蚀。关于基板共振，对于浮动连接器，人们担心振动引起的连续移动可能会导致可移动件的弹簧因金属疲劳而断裂，但采用我们的Z-Move结构的产品可以承受1亿次振动。 。
虽然它是Z-Move结构，但它不能承受任何振幅振动。因此，本公司还在电气连接方面提供独特的振动分析支持，在选择合适的产品的同时，还对客户的电路板布局提出建议，希望您能充分利用。
让我们看看其他机械影响导致的连接故障。
机械事故
即使你用脚抓住它是极端的 (无论你是否更好地忍受它将在后面描述一下)，也有一个例子，它会在分配工作中通过轻微的力或物体的移动施加一点应力而脱落还有。为了在这种情况下连接电力，连接器必须具有一定的配合保持能力。虽然可以增加端子本身的连接强度，但是这次难以插入，因此在连接器中创建具有锁定机制的产品。
对策:锁定机制
您可能见过如图所示的带有闩锁机构的锁，以及旋入式或旋入式锁体的锁。 有许多产品已成为标准，规定每次使用和预期事故必须“保持XXN或更高的拉伸强度”。在许多情况下，考虑到中间工作，规定有锁定的保持力和无锁定的保持力的最小值。
根据标准，不仅可以规定最小保持力，还可以规定最大保持力，例如“当以XX N 或以上拉力时，材料应脱落。”换句话说，这是连接器保持强度指定为 Min. XX N & Max. 的情况。有些人可能会想，“强度越高不是越好吗？”，但连接器是机械零件，作为最终产品的一部分，所以你不应该沾沾自喜并认为“只要你好，就可以了”很好！” 是。
我的意思是假设下图所示的情况。
连接器的配合保持也很重要，但还有更重要的事情。除了图中所示的内容之外，例如，如果你想到一个人在图11中卡住了你的脚，为了避免那个人摔倒和受伤，最好离开一定程度的力量你也可以认为它更好。安全高于一切。虽然这可能是一种个人感觉方式，但是曾经坚固耐用的汽车的车身已经变成了一种设计理念，可以在一定程度上在一定程度上坍塌以吸收碰撞的影响我觉得有点接近我所做的事情。
让我们再考虑一下上面的例子。当电缆被拉动时，它最终无法承受它的力量，它将是下图中最弱的部分。
当谈到必须承受的力时，最薄弱的部分必须承受它，因此每个设计都是为了保持其强度。然而，某处仍然会有限制。然后，如果下次有什么东西掉下来或破裂，我会考虑哪里发生这种情况的风险最小。如果电线断开或撕裂，可能会导致触电或设备短路等问题。维修可能很困难，因为连接器可能会从电路板上脱落，或者电路板本身可能会被损坏。因此，在大多数情况下，连接器未插接的风险最低。所以，连接器最好在强度还没达到之前先出来一步，这是大家努力的结果，也是最薄弱的环节。因此，有时会规定“拉过XX N时，材料应脱落”。在机械事故开头举的例子中，“电缆被人的脚卡住，连接器掉了出来”，如果松动太多就会出现问题，但如果电缆被拉断，那就更严重了。但更重要的是，不要将电缆布设在有人踩踏的区域。）
到目前为止，我们主要解释了WtoB连接器，但基本思想与其他连接器相同 (当然，施加的应力存在差异) 。除了拉伸之外，还假设了各种机械事故，例如粗暴的处理和某些东西的碰撞。对于这样说的情况，我们将采取措施从使用的应用程序和部分估算风险，并将其设计得足够坚固。如果你做得很坚固，它会变大或昂贵，所以它也是平衡的。还有扭曲和扭曲・・・我们还进行和验证各种有意义的测试，并且有许多标准化的测试。此外，客户的各种反馈也是宝贵的信息。
对策:引诱结构
例如，除了使其坚固之外，引入一种吸引交通的结构也是防止事故发生的另一种方法。这与《连接器人为错误造成的连接不良及对策》的内容类似，但这种结构可以避免强行插入并将连接器引导到正确的位置，也是一种对抗机械事故的机制。
通俗地说，引导就是利用壳体上的锥度将插入错位的连接器引导至正确位置的结构。即使是这样小的结构，也可以进行各种改进。例如，0.4mm间距10126S等，连接器可能较小，因此提供初步锥度以增加引导效果（对接侧为10126B）。
(2)由于化学变化的影响导致连接不良
金属生长晶须，离子迁移
这方面的例子包括镀锡中出现的晶须和镀银中出现的离子迁移。锡须是由压力产生的，高温和潮湿会加速生长。银离子迁移是银从正极到达负极夺取电子的现象，在高温高湿时发生，特别是通电时发生，并受到磷酸等的促进。 40岁以上的人可能还记得，由于半导体封装材料中含有红磷导致银迁移导致连接故障，导致硬盘发生大规模召回（连接器则没有）。“为什么我们要对连接器端子进行电镀？”专栏中的另一篇文章对此主题进行了更详细的解释，因此请参阅该文章。
对策:在合适的地方使用
说到完美的对策，目前的情况是相当困难的。例如，锡的晶须可以通过工艺和选择一些材料等在某种程度上抑制。也可以通过外壳的构造等进行阻挡。由于它仍然不会变为零，因此最好从使用环境，连接器端子间隔 (间距) 等使用正确的材料。换句话说，专注于自己擅长的战场，在困难的地方留给镀金，而不是决定失败的战斗。
电腐蚀 (异金属接触腐蚀)
还有一种腐蚀称为异种金属接触腐蚀（电偶腐蚀），当异种金属接触时会发生这种腐蚀。这主要是当镀金层有针孔时出现的问题，并通过盐雾试验进行了测试。
对策:封孔处理
作为对策，采取密封等方法。此外，即使在担心周围气体腐蚀的情况下，金属，尤其是材料和厚度也很重要，并且对多种气体（SO2、H2S、NO2、Cl等很受欢迎）的耐受性通过规定的测试验证它们的混合物很重要。我们也有这个测试机，它列在我们网站的“追求可靠性”部分。这些在“为什么我们要电镀连接器端子？”中进行了更详细的解释。
其他连接不良低分子硅氧烷
另一个稍微不寻常的问题是低分子量硅氧烷导致的接触不良。实际上，我从来没有听说过连接器会出现这个问题（可能是由于擦拭机制，稍后会讨论），但它偶尔会出现在与连接器相关的开关上。低分子量硅氧烷的问题是放气，这需要在严格的应用中进行各种验证。幸运的是，我们经常使用的LCP和PBT都是工程塑料，很少会出现脱气问题。然而，根据用途的不同，有时需要确认非常严重的脱气和异物（功能干扰物质）的发生情况，因此每次都需要采取各种措施。考虑到这一点，现在让我们继续讨论连接器如何接收这些异物的主题。
(3)异物导致连接故障
连接器还要对抗连接环境和连接过程中接触到的各种异物。基本上，可以采取以下措施之一进行战斗：
・不允许侵入
- 即使被侵入也不会被打扰
关于不被侵入，我稍后会提到，但在一个易于理解的例子中，连接器上有一个盖子。
粉尘
那么，那是关于被侵入的情况。异物有各种各样的东西。灰尘、污垢、金属、水・・・・首先，我将解释阻碍接触的绝缘材料。被侵入 (或被侵入) 的情况下，有一种称为耐尘测试的测试，特别是对于粉尘。连接器在填充粉尘的情况下暴露一段时间，然后取出以确认是否满足预定性能。指定了几种粉尘类型。
对策擦洗和两点触点构造
除了灰尘之外，还有其他异物会干扰绝缘系统和连接，但连接器对抗这些异物的机制是擦拭。连接器的端子以适当的接触压力相互挤压，并通过摩擦一段称为有效配合长度的距离来配合。这取决于材料，但我们许多典型的连接器只有零点几毫米，因此可能很难感觉到它，但在微观世界中，它是摩擦的。此时进行擦拭。
通过擦拭与异物进行战斗，关键在于如何将“接压=强度”和“有效配合长度=战斗时间”设计成能够与异物进行战斗，以及采用能够高效进行擦拭的端子形状。另一方面，存在尺寸限制，并且拔插所需的力不能不必要地增加，因此很难将设计转换为全胜。
因此，有一种称为两点接触结构的技术，可以增强武器的双持能力。它由两个端子排列成一条直线，一个在另一个后面，前面的端子可以刮掉任何异物，即使它碰到了异物，后面的端子也能确保安全连接。
我们经常收到在处理异物时遇到困难的客户的积极反馈，以及通过采用这种结构的连接器大大改善了他们的情况。在随后的询问中，一些客户认为两点接触结构是必须的。两点接触结构在“提高连接器可靠性的选项”中有更详细的解释，所以如果您有兴趣，请参考它。
导电性的液体、金属粉以及吸湿的尘埃等引起的短路
说到导致短路的异物，有水等导电性液体、金属粉以及吸湿的尘埃。另外，如果发生结露，也有导致短路的风险。这些问题不仅仅是在潮湿环境中擦拭和擦拭。需要采取不易进入，或者异物不跨越电极间的构造。
对策:污损度/污染度 (IEC 60664-1)
IEC 60664-1（低压供电系统中设备的绝缘协调）规定：污染度/污染度对于1至4级环境，电气设备的结构和额定电压已经决定了。每个等级的大致环境如下。
污染等级1：清洁环境或密闭设备内
污染等级2：最常见的环境
污染等级3：工厂内部等恶劣环境
污染等级4：室外，主要受风吹雨淋
IEC60664中规定的结构称为周围材料和爬电距离。间隙距离和爬电距离之间的差异如下图所示。
如果有的话，因为它是与安全相关的标准，它被设置为额定电压，但基本的想法是“导通的东西不能在电极之间到达 (难以到达) ”状态。这种思维方式与针对各种导电异物的措施相同。实际应用于连接器的结构对策更复杂，但我根据环境的程度尝试了简单的对应和限制。
如果由于冷凝或金属异物而担心短路连接故障，则意味着它们不会到达暴露的金属部件。通过简单地增加间隔=距离或遵循类似防护墙的结构，它在某种程度上对异物有效。但是，如果超过设想的大小和数量的异物侵入的话，还会发生故障。如果您尝试在任何情况下构建可以承受的连接器，则在许多情况下，它变得非常繁重并且可用性受损。当然，实际上也需要重型连接器，但是在成本和尺寸方面使所有这些东西都是不现实的。
从这个意义上说，我之前所做的假设非常重要。每个连接器制造商并不局限于这个问题；在产品开发过程中，我们会通过仔细验证“该产品将用于什么市场和什么应用？”的问题来确定各种产品规格。许多使用连接器的客户可能已经被连接器制造商销售代表询问过其预期用途，或者在规格中看到了免责声明，但这也包括了背景。现在，我们不仅要验证这些假设和我们所采取的措施的有效性，还要进行评估。例如，我们通过各种条件下的温度和湿度循环测试来验证凝露。我们经常出现的可靠性实验室也拥有相关设备，每天对各种产品进行评估。
最后，我说一下针对异物侵入的规格。
针对异物侵入的试验规格IPXX
IEC 的 IP 标准因规范产品中的异物侵入而闻名，我相信你们很多人都听说过它们。 IP = 国际保护，由 IP XX和两位数字分级。你可能对防水标准印象比较深刻，但是XX第一阶段分为0到6七个级别，针对人体和固体物体的防护。粗略地说，等级是由能够穿透（或阻止侵入）的物体的大小决定的，物体越小，等级越高。最高等级 6 使其完全防尘。XX的后半部分就是大家熟悉的防水等级。以前的 0 到 8 的 9 级等级最近被认可为 10 级等级，并且在德国标准中增加了用于喷射蒸汽清洁的 9K。我们列出了实际应用的等级。
矩阵的某些部分是没有等级的，但比如你的手指可以到达危险的地方，但水不可能不进去，所以没有IP18。这是一个很容易理解它适用于什么样的情况的标准。该标准是产品的标准，而不是连接器等零件的标准，虽然我们在产品中没有直接引用它，但主要用于设备中，“解决方案”中介绍的带有同轴（FAKRA）接口的相机后壳是支持IP69K的产品。
总结
我说明了连接不良的原因和对策。消除连接的因素和对策可归纳为以下几点:。
连接不良的主要原因1由于人为错误
(1)不完全交配
对策：点击感和点击声
(2)不合适
对策：颜色编码连接器、主要特性、防止反向插入的结构
连接不良的主要原因2环境依赖性
(1)由于机械作用导致连接不良
由于振动/冲击造成瞬时中断
对策：弹簧
由于振动而产生轻微的滑动磨损
对策：Z-Move结构
机械事故
对策：锁定机制、邀请结构
(2)化学变化导致接触不良
金属晶须的生长、离子迁移
对策：在正确的地方使用正确的材料
电偶腐蚀（不同金属的接触腐蚀）
对策：密封处理
(3)异物造成接触不良
灰尘
对策：擦拭和2点接触结构
导电液体、金属粉末、吸湿灰尘等引起的短路。
对策：IEC 60664-1
以本专栏为触发器，如果有一些人从“如果金属相互接触”变为“连接器也很严重”的感觉，那么在我们公司或这个行业中努力工作的人我认为它会得到一点回报。而且，不仅限于连接器，各种电子产品和电子元件正在设计和验证到通常没有意识到的细节。我倾向于忘记它，但除了连接器之外，我再次意识到对各种产品应用的详细技术以及支持它的人的赞赏。