Конструкции контактных соединений.

В приборах и устройствах автоматически число контактов соизмеримо с числом функциональных основных элементов, а иногда – даже превышает. Это существенно влияет на экономические показатели их производства, на эксплуатационную надежность и качество работы. Основным назначением контактного соединения является передача электрической энергии от одного проводника к другому. Кроме этого, контакт является элементом конструкции, предназначенным для крепления элементов; точкой возможного разрыва цепи, облегчающей ее монтаж и обслуживание, точкой испытания схемы, каналом отвода тепла, выделяемого в элементах.

Основными видами контактных соединений является неразъемным, ограниченно-разъемные и разъемные соединения.

Неразъемные контактные соединения являются наиболее распространенными в конструкциях приборов ввиду их высокой надежности, малых габаритов и низкой стоимости. Малые габариты обуславливают также хорошие частотные свойства контактов. Они, в основном, реализуются пайкой, сваркой, клепкой. Преимуществами контактирования пайкой являются простота процесса и хорошая ремонтопригодность.

   При контактировании сваркой необходимо обеспечить локализацию тепла. Сварка с медной дюавгой не дает стабильного качества из-за высокой теплопроводности меди. Поэтому материал контактной поверхности под сварку выбирается с меньшей, чем у меди, теплопроводностью (никель, нержавеющая сталь ). Иногда для контактирования несущей конструкции из литого алюмин-го сплава используется аргонодуговая сварка.

   Контактирование клейкой осуществляется с помощью токопроводящего клея, состоящего из теплодисперсного серебра и эпоксидной связки. Ввиду высокой стоимости, неконтролируемого размера контактного соединения, низкой стабильности во времени этот метод широкого применения не нашел.

   Контактные соединения методом фрикционно-пластической деформации выполняются с помощью металлических заклепок или самонарезающих винтов.

   Ограниченно-разъемное контактное соединение может осуществляться прижимов контактируемых поверхностей с помощью жесткого, упругого металлического или эластичного полимерного контакта. Эластичный контакт может быть получен путем нанесения на силикон новую резину или покрывающую её полужидкую пленку проводящих линий, а также с помощью эластомером с наполнителем из мелкодисперсного серебра, меди, никеля и графита. При использовании позолоченных проводящих переходное сопротивление составляет около 0,003 Ом. В зависимости от количества наполнителя оно для эластомера с наполнителем может меняться и в разъемном варианте. Преимуществом эластомерных контактов являются исключение арматуры, простота сборки, улучшенные частотные характеристики и повышенная виброустойчивость.

    Разъемные контактные соединения позволяют увеличивать ремонтопригодность при эксплуатации и упростить сборку прибора. Однако, при этом увеличиваются масса, габаритность и стоимость конкретного соединения. Кроме этого, ресурс разъемных соединений не превышает нескольких тысяч “ соединений-разъединений “, а устойчивость к механическим и климатическим воздействиям значительно хуже, чем у неразъемных соединений. В конструкциях приборов широко применяются низко- и высокочастотные соединители. Различают низкочастотные соединители непосредственного контактирования, косвенного контактирования и с нулевым усилием.

   Соединения радиочастотных кабелей между собой и с приборами или их частями осуществляется с помощью высокочастотных (коаксиальных) соединителей, которые различаются по типу соединения (резьбовые, врубное) и по применению (кабельное, приборное, переходное, разветвительное).

   Требования к контактным соединениям. Одни требования являются общими для разъемных и неразъемных соединений, а часть – специфичными для того или иного вида контактных соединений. Общими требованиями являются минимальные переходное сопротивление соединения и его нестабильность, а также достаточная механическая прочность.

   Разъемные контактные соединения характеризуются дополнительными параметрами: переходным сопротивлением после заданного числа “соединений-разъединений” : 0,01±(20…30)% для новых контактов не боле 0,02 Ом после заданного числа “соединений-разъединений” ; отсутствием гальванических пар при работе с микро-токами ; отсутствием перегрева при работе с большими токами; минимальным механическим усилием “соединений-разъединений” контактов.

  Контактные пары, предназначенные для разъемного соединения коаксиальных кабелей, характеризуются следующими дополнительными параметрами: максимальной граничной частотой, допускаемой номинальной мощностью, коэффициентом стоячей волны по напряжению, степенью и скучения энергии.

   Основными параметрами неразъемных контактных соединений являются: незначительное воздействие технологических факторов на соседние участки, хорошие показатели ремонтопригодности, возможность механизации и автомотизации технологичных процессов контактных соединений и др..

   Неразъемные контактные соединения ИС должны отвечать следующим дополнительным требованиям: прочность соединения должна быть не ниже прочности соединяемых элементов, возможность соединения элементов из различных материалов и типоразмеров.

При разработке конструкций электрических соединений определяют:

 -сечение жил-связей, конструкцию проводников (одножильный, многожильный, серебряный, луженый, с изоляцией или без, коаксиальный, экранизированный, высоковольтный, низковольтный, печатный, пленочный и т.д.);

- конструкцию совокупности проводников (скрутка проводников, жгут крупного сечения, плоский кабель, печатный монтаж платы и т.д.);

- методы крепления отдельных проводников и их совокупности;

-расстояние между отдельными проводниками, их взаимное расположение (ортогональное, под углом, параллельное);

-конструкции контактных соединений (разъемные и неразъемные);

 -расположение элементов согласования и фильтрации. При этом необходимо учесть не только схемотехнические, но и технологические факторы; виды применяемых технологических процессов, их стабильность, характеристика производственного оборудования и оснастки, параметры материалов конструкции и их устойчивость к технологическим воздействиям.

Конструкции межплатных и межблочных электрических соединений в значительной степени зависит от характера взаимного расположения плат и блоков (централизованное расположение ячеек в блоке, децентрализованное расположение блоков), мощности, амплитуды, частотного диапазона сигналов, помехоустойчивости элементной базы. При централизованном расположении ячеек в блоке контактирование ячеек осуществляется либо с помощью печатных контактных площадок, либо разъемными соединителями, установленными на платах. Ответные части соединителей устанавливаются на коммутирующем основании блока, которое часто выполняется в виде печатной платы. Такая плата может быть либо двусторонней, либо многослойной, содержащей до 12 слоев коммутации. В ряде случаев в дополнение к печатному может быть использован монтаж объемных проводом. Неразъемное контактирование межблочных соединений осуществляется пайкой или накруткой.

Как при централизованном, так и при децентрализованном расположении блоки обычно объединяют с помощью объемного провода, а контактирование осуществляется разъемными соединителями. При большой длине межблочных связей необходимо учитывать возможность искажения и затухания сигналов, а также перекрестные помехи, что ограничивает длину связей и требует использования кабельных усилителей. Мощность, амплитуда и частотный диапазон сигналов влияют на выбор конструкции проводников (экранный провод, коаксиальный кабель, одиночный провод без экрана, скрученная пара или тройка и т.д.) и сечение проводящей жилы. В плоском кабеле для уменьшения взаимной силы сигнальные проводники часто отделяют друг от друга проводниками с нулевым потенциалом, а если рядом расположено несколько плоских кабелей, то между ними размещают экранирующие прокладки из медной фольги.