Felizmente, existe um método comprovado e praticamente infalível para prever a fiabilidade de um conector: a tensão de contacto em Hertz. Os projetistas de sistemas eletrónicos podem consultar este indicador, que tem em conta os principais fatores que geram o fluxo de corrente e a resistência, para garantir que os conectores escolhidos não os desiludem, nem aos seus utilizadores finais.
A fiabilidade dos conectores não pode ser deixada ao acaso, e não há razão para que isso aconteça. Há quinze anos, uma análise da IBM demonstrou que um único indicador — alta tensão de contacto em Hertz — praticamente garante o bom desempenho do conector.
É surpreendente que isto seja uma novidade para muitos designers de sistemas eletrónicos e fabricantes de produtos cujo funcionamento depende de conectores. Os conectores são considerados componentes intercambiáveis; ou seja, todos são igualmente bons. Esta conceção errónea leva a falhas dispendiosas e problemáticas, bem como a ações corretivas que podem ser evitadas simplesmente com a utilização de conectores concebidos para suportar a alta tensão de contacto em Hertz.
Falhas em conectores passam despercebidas até à sua utilização.
Embora a indústria de conectores continue a apresentar inúmeras inovações e avanços significativos, os clientes ainda enfrentam muitos problemas causados por avarias de componentes. Em muitos casos, estes problemas só vêm ao de cima quando os produtos acabados são utilizados no terreno. Em qualquer aplicação, desde dispositivos médicos a rádios militares, se os utilizadores finais descobrirem problemas e erros, isso poderá ter consequências graves para os fabricantes e fornecedores dos sistemas eletrónicos defeituosos que incorporam estes conectores.
As empresas que compram conectores para os seus equipamentos não querem utilizar os seus clientes como testadores de produto, mas sentem que não têm outra opção, pois desconhecem métodos de teste proativos e preditivos que possam garantir que um conector funcionará de forma fiável em todas as condições. Em síntese, desconhecem que utilizar o esforço de contacto em Hertz como parâmetro de especificação para conectores pode prevenir a maioria das falhas e o desperdício de uma quantia significativa de dinheiro em ações corretivas.
Contacto universal ITT. Zona de acoplamento do contacto universal ITT. Fonte: ITT Cannon
Tensão de Contacto em Hertz como Indicador Preditivo de Desempenho.
Existe um método infalível para prever a fiabilidade de um conector: a tensão de contacto em Hertz. Este parâmetro, também designado por força de Hertz, é o cálculo da quantidade de tensão criada quando duas superfícies curvas entram em contacto e se deformam ligeiramente sob cargas impostas. Neste caso, um nível de tensão mais elevado é positivo, pois significa que existe mais material de contacto, o que é fundamental para um contacto forte e fiável, bem como para o desempenho do conector. Isto foi demonstrado de forma definitiva há várias décadas pelos engenheiros da IBM, que analisaram diferentes projetos de contacto para descobrir se existia um denominador comum que lhes permitisse prever a falha ou o sucesso de um conector.
A análise revelou que "os projetos de contacto de conectores com falha eram sempre caracterizados por uma baixa tensão de contacto em Hertz, enquanto os bem-sucedidos eram baseados em projetos com uma tensão de contacto em Hertz uma ordem de grandeza superior". Esta descoberta foi confirmada ao longo dos anos e tornou-se um indicador cada vez mais importante à medida que o design de conectores evoluiu para incorporar conectores mais pequenos e mais leves, contactos de perfil mais baixo e modelos que podem suportar ambientes agressivos, como vibração e choque. O indicador de tensão de contacto Hertz é a melhor forma de os projetistas de sistemas eletrónicos garantirem a inclusão de conectores de alto desempenho nos seus produtos.
Os princípios físicos:
Para compreender porque é que uma elevada tensão de contacto em Hertz garante praticamente um bom desempenho, é importante compreender os princípios físicos que regem o funcionamento dos conectores. Todas as ligações elétricas metálicas são obtidas pela união de estruturas metálicas deformáveis que criam pontos de contacto metálicos microscópicos ou rugosidades (denominadas "pontos A") através dos quais a corrente flui. O número e a localização destes pontos A são determinados pelo acabamento da superfície, pela geometria do contacto, pela resistência da metalurgia e pela força aplicada na união das duas peças.
Uma vez formadas estas pontes metálicas, o objetivo é reduzir e/ou estabilizar os fatores que diminuem o fluxo de corrente entre os pontos A. A resistência de contacto total é a soma de três tipos de resistência:
Rt = Rb + Rc + Rf,
em que
Rt = resistência de contacto total;
Rb = resistência bruta (provocada pela metalurgia dos elementos de contacto);
Rc = resistência de contração (provocada pelo tamanho, número e distribuição dos pontos A);
Rf = resistência superficial (provocada pela formação de óxidos, vapor de água e outras barreiras de película).
Figura 1: Diagrama de resistência de contacto. Fonte: ITT Cannon
A película é a variável resistiva mais relevante. Todos os metais possuem películas, que podem ir desde "finas" ou "normais" em metais como o cobre, alumínio, ferro e níquel, até "espessas" em metais envelhecidos. Quanto mais espessa for a película, maior será a resistência à corrente e menores e mais instáveis serão os níveis de tensão de contacto em Hertz. A solução não é simplesmente aumentar a força que une as duas peças metálicas, o que pode levar à fadiga do material e à falha do conector, mas sim melhorar o design do contacto. Para alcançar níveis de tensão de contacto em Hertz ideais e estáveis, e um bom desempenho do conector, o conector ideal é concebido não com superfícies planas, mas com superfícies convexas. O diagrama abaixo mostra a diferença típica entre dois projetos de contacto. Quando a "força normal" — ou seja, a força que pressiona as duas peças metálicas em sentidos opostos — é aplicada a estes dois conectores, a tensão de contacto em Hertz é maior no conector da direita. Este diagrama mostra que a prática aceite de confiar na força normal para estimar o desempenho do contacto é a falha. O conector convexo à direita oferecerá maior fiabilidade porque as forças normais são canalizadas através de uma área de superfície mais pequena. Isto significa que existe mais força por unidade de área disponível para penetrar o obstáculo apresentado por uma resistência de contacto estável: as películas de contacto.
No entanto, se a película for demasiado espessa, como no caso dos metais envelhecidos, nenhuma força aplicada a duas peças metálicas estáticas permitirá a formação de pontos de contacto A e a passagem de corrente. Nestes casos, a solução é um "deslizamento" do contacto que introduz movimento na equação.
Este "deslizamento" é definido como a ação de um contacto móvel em relação a um estático para remover películas e detritos até que se atinja uma resistência de contacto estável. Isto não é fácil. Se o movimento ou a força for insuficiente, será impossível penetrar a película. Por outro lado, se o movimento do contacto que puxa a película for excessivo, cria novos detritos que aumentam a resistência de contacto.
Figura 2: A prática comummente aceite de utilizar a força normal como indicador do desempenho de contacto está incorreta. Fonte: ITT Cannon
O estudo da IBM observa: “As geometrias que criam o esforço de contacto máximo são também aquelas que proporcionam a menor área de superfície de solução. Se a força por unidade de área for suficientemente grande para cortar a película e remover os detritos, o contacto não subirá sobre a película e a resistência de contacto será mantida. A chave, mais uma vez, é o esforço de contacto em Hertz, para a formação de rugosidades no final do percurso e a capacidade do contacto de manter o contacto durante o movimento.”
O estudo da IBM, que demonstra a enorme relevância do esforço de contacto em Hertz, foi conduzido em conjunto com engenheiros da ITT especializados em conectores. Com base nas conclusões, os engenheiros da ITT redesenharam muitas linhas de conectores para atingir elevados níveis de esforço de contacto em Hertz, e a atual linha de produtos da ITT inclui conectores da marca ITT Cannon, que são comprovadamente capazes de proporcionar um elevado esforço de contacto em Hertz numa vasta gama de aplicações. A maioria destes conectores ITT Cannon está disponível através da Powell Electronics na Europa. Estes conectores são baseados no Contacto Universal ITT Cannon, que apresenta uma superfície de contacto que cumpre as especificações de design ideais para atingir uma elevada força de contacto em Hertz. O design convexo oferece inúmeras outras vantagens, como a força de 0,3 N com apenas 0,1 mm de deflexão e o movimento XYZ, garantindo uma ligação robusta entre o contacto e o componente.
Clientes em diversos mercados, incluindo dispositivos médicos portáteis, smartphones, detetores de fumo, sistemas de alarme de segurança, rádios militares, cartões de memória e dispositivos GPS, entre muitos outros, confiam no conector universal ITT Cannon para satisfazer as suas necessidades funcionais, certos de que a sua elevada força de contacto em Hertz garante um desempenho fiável.
A ITT oferece outros conectores concebidos para fornecer uma elevada força de contacto em Hertz, como a linha ITT Cannon QLC (conector de bloqueio quádruplo), que satisfaz diversas necessidades em aplicações médicas, industriais e de instrumentação, incluindo máquinas de ultrassons portáteis, sistemas de monitorização de pacientes, endoscópios e equipamentos de teste, e até mesmo equipamentos de fabrico de semicondutores.
Semelhante aos conectores da Série DL, o conector QLC é altamente fiável e apresenta um grande número de pinos: até 260 contactos para montagem numa placa de circuito impresso. Graças aos avanços tecnológicos aplicados a pequenos equipamentos de imagem portáteis, a ITT reduziu o espaçamento padrão da Série DL para 0,8 mm, reduzindo assim o tamanho geral em mais de 60%, mantendo o mesmo número de pinos.
O grande número de pinos permite aos engenheiros utilizar vários métodos de ligação à terra para manter a integridade do sinal. A interface do conector QLC utiliza molas EMI e um mecanismo de bloqueio de blindagem para garantir uma pressão de contacto uniforme em todo o perímetro do conector, criando uma blindagem EMI/RFI eficaz. A elevada força de contacto em Hertz é conseguida através de um sistema de cames superior que adapta o sistema de contacto à sua posição de acoplamento. Ao utilizar a força de contacto em Hertz como parâmetro fundamental de design, os desenvolvedores e engenheiros de produto da ITT garantem que a fiabilidade do conector corresponde à sua funcionalidade. Os conectores da ITT são concebidos para oferecer o melhor desempenho aos clientes, garantindo que não apresentarão falhas.
A força de contacto em Hertz é o melhor indicador do desempenho futuro do conector. As empresas que utilizam, desenvolvem ou vendem dispositivos baseados em conectores devem avaliar estes componentes quanto à sua capacidade de fornecer uma força de contacto em Hertz ideal e consistente.
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Autor: David Camison Tornavacas é o representante da Powell Electronics em Espanha - https://powell-europe.com/
