L'affidabilità è un termine che viene comunemente usato nella nostra vita quotidiana. Alcune auto sono ricercate per la loro alta affidabilità; altre vengono evitate per il motivo opposto. L'affidabilità è una qualità desiderata in un amico, un capo, un assegno; tuttavia il suo preciso significato può variare a seconda del contesto.
Quando si tratta di connettori elettrici, l'affidabilità ha una definizione precisa. In parole semplici: affidabilità è "la probabilità che un connettore si comporterà come richiesto per un periodo desiderato di tempo durante il quale è sottoposto ad un dato insieme di stress ambientali e/o meccanici."
Questa definizione afferma che vi è un insieme definito di prestazioni che deve essere mantenuto per un tempo definito, mentre il connettore sta funzionando sotto l'insieme definito di condizioni. Poiché alcune o tutte queste possono cambiare con l'applicazione, una specifica dell'affidabilità dei connettori è funzione di tutti e tre.
Elementi di base per la costruzione di un connettore
Ma, dicevamo, cos'è esattamente un connettore? Una definizione generale di connettore che è un connettore "fornisce una connessione separabile tra due elementi di un sistema elettronico senza distorsione inaccettabile del segnale o perdita di potenza."
I due termini principali di questa definizione sono "separabili" e perdita di prestazioni "inaccettabile", entrambi dipendono dall'applicazione del connettore e dai suoi requisiti elettrici e ambientali.
Di seguito è riportato un disegno semplificato di un connettore, che mostra i componenti principali insieme con un primo piano della finitura del contatto e dell'interfaccia.
Figura 1: Componenti elettrici di un connettore. (Fonte: TE Connectivity)
La parte elettrica per ogni connessione consiste in un pin connettore e una molla di contatto di accoppiamento, che esercita una forza meccanica sul perno ad essa associato per mantenere la continuità elettrica. I perni e le molle sono tutti contenuti all'interno di un guscio rigido; i due gusci vengono uniti insieme, normalmente con un meccanismo chiave che ne garantisca il corretto orientamento.
Modalità e meccanismi di guasto
Se nulla si guastasse, l'affidabilità dei connettori sarebbe un non-problema. Se si guarda a ciò che può andare storto in un connettore, possiamo distinguere tra le modalità di guasto e i meccanismi di guasto. Una modalità di guasto è il modo particolare in cui il connettore potrebbe guastarsi dal punto di vista funzionale rispetto ai requisiti dell'applicazione; ad esempio, la resistenza a contatto che supera la specifica o una forza di inserimento inaccettabilmente elevata sono entrambe modalità di guasto. Un meccanismo di guasto è una causa di una modalità di guasto, ad esempio vibrazioni meccaniche e sovrastress elettrico sono entrambi meccanismi che possono portare al guasto.
Ecco alcuni meccanismi di guasto comuni e le loro tipiche modalità di guasto:
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Meccanismo di guasto |
Tipica modalità di guasto |
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Stress meccanico: vibrazioni, shock, stress sostenuti di piegamento, ripetizione di accoppiamento e disaccoppiamento |
Danni al guscio del connettore e alla chiave; cattivo accoppiamento e danno al circuito; usura eccessiva che porta a connessioni intermittenti o aperte |
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Temperature eccessivamente elevate |
Rottura dell'isolamento; aumento della resistenza a contatto |
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Temperature eccessivamente basse |
Danno ai componenti non-metallici |
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Elevata umidità |
Aumento della resistenza a contatto, corrosione |
Determinazione dell'affidabilità di un connettore
Come sviluppare metriche di affidabilità per i connettori? Nella maggior parte dei campi, l'affidabilità è determinata utilizzando uno dei tre metodi disponibili:
1) Utilizzo effettivo: controlla le prestazioni del prodotto in funzione.
2) Predittivo: prevede l'affidabilità sulla base di un modello sviluppato attraverso studi e/o prove empiriche.
3) Fisica dei guasti: identifica i potenziali meccanismi di guasto e sviluppa un programma di test accelerato per indurre i guasti e, quindi, prevedere le prestazioni reali.
Per una serie di ragioni, tuttavia, queste tecniche non sono adatte per i connettori. Metriche statistiche standard quali l'MTTF e l'MTBF (Mean Time To Failure e Mean Time Between Failures, rispettivamente) sono difficili da ottenere. Al loro posto, i produttori di connettori forniscono un insieme di specifiche operative elettriche e meccaniche garantite e una serie di prove di qualificazione che i prodotti campione hanno superato.