IDC端接法的工作原理

介紹與背景

IDC端接法常用于各種應(yīng)用中。這種端接技術(shù)成功地應(yīng)用于多觸點大批量端接且非常經(jīng)濟的多種行業(yè)中。采用絕緣置換連接器(IDC)可以實現(xiàn)多點線纜端接，因為端接力相對較小(通常為幾磅，而壓接為數(shù)百磅)。此外，該技術(shù)的另一個優(yōu)點是消除了壓接中所需的剝線操作。因此在許多電子應(yīng)用中，在使用多股線纜時常采用這種大規(guī)模端接。 在很多情況下，使用多股扁平線纜進行這種非常經(jīng)濟的大規(guī)模端接。但是，也可使用離散的多股線纜以降低成本，因為消除了線纜剝線準(zhǔn)備和端子插入的步驟。此類應(yīng)用以較低的成本提供高密度線束的快速裝配。我們發(fā)現(xiàn)IDC線束在裝配過程中不合格率低，在工作中性能優(yōu)異。該技術(shù)的優(yōu)勢是應(yīng)用成本低和可靠性高。有一個缺點是對連接器幾何形狀的限制。通常具有雙排觸點的矩形形狀為該系統(tǒng)提供最佳的外觀尺寸。另外，要求具有防退線裝置，因為在線纜振動的情況下，與端子的接觸面可能不夠穩(wěn)定。在出現(xiàn)較大機械應(yīng)力的應(yīng)用中，常常需要采用雙槽，有時需要采用線纜絕緣夾。

設(shè)計理念

壓接法和IDC接線法之間的關(guān)鍵區(qū)別是壓接線纜的方式不同。在壓接中，預(yù)剝線纜和端子在大壓力壓接模具作用下嚴重變形，突破其上面的氧化層而獲得金屬間的接觸。通過施加每個觸點相對較大的力，該變形包括端子的塑性變形和線纜的軸向擠壓。通常是以強力方式產(chǎn)生冷焊，而很少有彈性能量儲存于端接系統(tǒng)中。壓接觸點的關(guān)鍵尺寸是采用壓接工具獲得的壓接高度的公差(如下面圖1所示)。這需要仔細的設(shè)置和持續(xù)監(jiān)視以保持長時間的壓接高度質(zhì)量。

相反，IDC端接法所需的力要小得多。在這種情況中，將絕緣的線纜壓入端子槽內(nèi)，該槽設(shè)計用于使用產(chǎn)生局部塑性變形的剪切力使線纜變形，切穿絕緣層并去除氧化物。這通過一次動作實現(xiàn)，并在線纜與端子之間形成氣密性高壓力接觸面。穩(wěn)固的IDC系統(tǒng)設(shè)計在端子中儲存大量的能量，因為端子在端接過程中和之后具有彈性。在IDC端接中，端子的槽寬和插入深度很重要。在落料工藝中很容易將槽寬尺寸控制在0.1密耳。此外，線纜插入由可以簡單控制插入深度的工具完成。由于插入深度公差通常為幾密耳，可以通過目視檢查端接質(zhì)量。這相對來說更容易適應(yīng)于生產(chǎn)環(huán)境，因此具有優(yōu)于壓接的另一個優(yōu)點。

性能特征

壓接效果良好是因為在壓接過程中產(chǎn)生了金屬間的接觸，由于線纜的軸向擠壓而儲存了少量的彈性能量。隨著時間推移，如果壓接頭保持在機械穩(wěn)定的狀態(tài)，附加的擴散焊可以改善接觸面。但是，端子/線纜系統(tǒng)中的應(yīng)力松弛和蠕變過程趨向于降低其機械穩(wěn)定性。因此，根據(jù)機械設(shè)計的不同，蠕變過程可能最終導(dǎo)致退化。如果接觸面最初具有邊際強度，并由于振動和(或)應(yīng)力松弛而削弱，那么機械穩(wěn)定性會限制其使用壽命。

IDC端接的機械穩(wěn)定性取決于端子的彈性性能和線纜的負載狀態(tài)。從設(shè)計的角度來說，這更容易控制。此外，線纜的防退線裝置可以防止線纜與端子接觸處的松動。如果是實芯線，通過適當(dāng)?shù)姆劳司€措施，IDC端接由于其固有的較好的機械穩(wěn)定性，將具有與壓接相同甚至更佳的性能。這是因為偏轉(zhuǎn)的端子中儲存的彈性能量維持著大壓力接觸面。典型情況下，對于小線規(guī)例如AWG26，端子設(shè)計在接觸面提供數(shù)磅的力和數(shù)密耳的彈性偏轉(zhuǎn)。對于較大的線規(guī)例如AWG20，壓力可高達15至20磅。

對于多股線，線芯束的機械穩(wěn)定性對其性能起著重要的作用。有兩個因素影響其性能。首先，由于線芯束承受壓縮負載，當(dāng)因機械擾動、應(yīng)力松弛和蠕變而在槽中松弛時，會有減小接觸力的趨勢。潛在的松弛水平取決于所使用的多股線的類型。線芯的數(shù)量和層次(或絞合)、導(dǎo)體頂部覆層(鍍層)以及絕緣類型對機械穩(wěn)定性起著重要的作用。

對于一定的絕緣類型來說，無鍍層、線芯數(shù)多、層次少或無的多股線最難可靠地進行端接；而帶覆層的7股線是最簡單的，常常具有與實芯線相同的性能。其次，由于接觸點由有限數(shù)量的線芯(通常是7股線中的4股)構(gòu)成，線芯間的導(dǎo)電性影響著總體導(dǎo)電性。如果線纜鍍錫可以優(yōu)化總體導(dǎo)電性。很顯然在多股線的情況中，良好設(shè)計的夾緊線纜絕緣層的應(yīng)力釋放是非常重要的。有時附加(或備用)的IDC端子槽可以提供必需的機械穩(wěn)定性。通過端子適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)量(柔順度)和有效的應(yīng)力釋放，可以優(yōu)化多股線IDC端接的機械穩(wěn)定性。

線纜負載特性

由于每種線纜具有一套獨特的參數(shù)，必須評估每種情況中的負載特性，以確定端接特定類型線纜的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。實芯線或多股線的負載特性可以在實驗室中進行測定，使用固定的測力計模擬給定引導(dǎo)幾何形狀的槽。測定結(jié)果用于確定端子的負載要求(如下面圖2所示)。線纜負載特性可以顯示在給定設(shè)計的力變化曲線上。請注意，斜角、過渡半徑和材料厚度顯著影響給定線纜的負載特性。

在該分析之后，設(shè)計目標(biāo)是提供通過預(yù)定的設(shè)計區(qū)線纜曲線的端子。通過檢視線纜插入模擬裝置后的接觸區(qū)，確定給定幾何形狀的設(shè)計區(qū)。根據(jù)定義，設(shè)計區(qū)是絕緣層被置換，導(dǎo)體有效變形形成大壓力的金屬間接觸的負載曲線區(qū)域。在多股線的情況中，設(shè)計區(qū)通常代表機械穩(wěn)定性最好的負載曲線區(qū)域，該區(qū)域擁有盡可能多的線芯構(gòu)成的良好接觸，各根線芯沒有嚴重損壞。

試驗方法

IDC接觸面的機械穩(wěn)定性對實用性能起著至關(guān)重要的作用。因此，振動、機械和熱沖擊以及溫度/濕度循環(huán)是在試驗中考慮的重要因素。增強這些因素產(chǎn)生模擬的實用老化的實驗室試驗，應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)品認證測試中予以重點考慮。在這種試驗項目過程中，端接電阻的變化應(yīng)當(dāng)作為首要的性能特性進行監(jiān)視。簡單的失效標(biāo)準(zhǔn)10Rc可以用于判斷其性能(線纜與端子接觸面的最小接觸電阻的10倍)。

結(jié)論

當(dāng)我們考慮IDC端接的基本原理時，很顯然這種技術(shù)可以在許多應(yīng)用中具有與壓接觸點相同的良好性能。而且，這種端接可以降低應(yīng)用成本。這樣一種理想的狀況促使我們認真地考慮在線束組配操作中應(yīng)用IDC技術(shù)。許多應(yīng)用中可提供使用IDC技術(shù)的機會，能以較低的成本并保持其端接性能。

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