우리는 실험실에서 제작한 탱크에서 상상할 수 있는 모든 테스트-염수 분무, 열충격 및 침수 테스트를 통과했습니다. IP67 포고 핀 충전 설계의 방수 성능을 테스트함으로써 IP67 스프링 핀 충전 씰을 더 이상 사소한 세부 사항이 아니라 설계 문제로 간주했습니다. 그 이후로 IP67 포고핀 충전을 사용하여 여러 제품을 납품했는데, 씰의 기하학적 구조는 각 제품에 대해 제가 가장 많은 시간을 소비하는 부분이었습니다.
IP67 테스트가 알려주지 않는 것
IEC 60529는 IP67을 30분 동안 1미터 깊이 - 정수압 약 0.1bar로 정의합니다. 해당 테스트를 통과하면 상자에 표시를 남길 수 있습니다.
테스트에서 시뮬레이션하지 않은 것은 제품이 3년 동안 체육관 가방에 앉아 하루에 두 번씩 물에 젖어 0도 스키 리조트 아침부터 40도 여름 달리기까지 달리는 것입니다. 엘라스토머가 노화됩니다. 개스킷은 영구 압축 세트를 사용합니다. 하우징은 지속적인 클램핑 하중에 따라 약간씩 움직입니다. 인증 테스트에는 그 어떤 것도 나타나지 않습니다.
IP67 포고 핀 충전 제품에서 본 현장 오류는 테스트에서 포착하지 못한 설계 결함이 아니었습니다. - 테스트에서 감지하도록 설계되지 않은 성능 저하 모드였습니다. 그래서 IP67 달성을 생각할 때 테스트 통과에 대해서는 생각하지 않습니다. 1,000번의 충전 주기와 3년간의 온도 변화 후에 씰이 어떤 모습이어야 할지 생각하고 있습니다.
Pogo Pin 충전 씰이 USB와 다른 이유-C
USB{0}}C 방수는 제품 수명 동안 플러그 삽입 시 압축되고 제거 시 압축 해제되는 동적 밀봉 - 개스킷을 사용합니다. 개스킷은 삽입할 때마다 플러그 형상에 맞을 정도로 부드러워야 하고, 제거할 때마다 모양을 회복할 만큼 탄력성이 있어야 합니다. 반복되는 기계적 순환 하에서 개스킷을 리셉터클에 유지하면서 균형을 올바르게 유지하는 것은 실제 엔지니어링 문제입니다. 이것이 대부분의 IP-등급 USB-C 기기에 물에 젖었을 때 충전에 대한 경고가 미세한-인쇄로 포함되어 있는 이유입니다. 봉인은 작동할 때는 좋지만 작동하게 만드는 메커니즘은 결국 품질을 저하시키는 메커니즘이기도 합니다.
포고 핀 충전은 정적 씰을 사용합니다. 하우징은 공장에서 폐쇄되었습니다. 접촉 패드는 외부 표면에 있으며 충전 중에는 하우징에 아무것도 들어가지 않으며 씰이 열리지 않습니다. 엔지니어링 과제는 완전히 바뀌었습니다. - 동적 인터페이스를 관리하는 것이 아니라 전체 서비스 수명 동안 하우징 자체의 조립 응력, 열 순환 및 기계적 부하를 견뎌야 하는 씰을 관리하는 것입니다.
이러한 변화로 인해 IP67포고 핀 충전인터페이스는 동일한 등급의 USB{0}}C 포트보다 현장에서 더 잘 견디며 다른 모든 항목은 동일합니다. 씰에는 충전할 때마다 순환하는 메커니즘이 없습니다. 그러나 정적 밀봉과 관련된 실패 모드가 있으며 이는 USB-C 방수 배경에서 예상되는 것과 다릅니다.
개스킷 재질 및 채널 형상
실리콘은 표준 재료인 Shore A 40–60입니다. 이 범위의 낮은 끝은 PCB의 사소한 표면 불규칙성을 완전히 준수하기 위해 재료가 필요한 작은 단면에 적합합니다. 높은 쪽 끝은 조립 중에 가스켓이 옮겨지지 않고 채널에 유지되도록 해야 하는 더 큰 단면에 적합합니다.
위에서 설명한 채널 깊이 문제는 제가 볼 때 가장 흔히 발생하는 실수이므로 숫자로 다시 한 번 살펴보겠습니다. 압축되지 않은 개스킷 높이의 70~75%를 목표로 합니다. 개스킷의 단면이 1.2mm인 경우-채널 깊이는 0.84~0.90mm여야 합니다. 이 간격 - 0.30-0.36mm의 자유 부피 -는 실리콘이 압축 상태에서 측면으로 흐르도록 하여 전체 둘레에 균일한 착석 압력을 생성합니다. 정확히 1.2mm 채널 깊이에서는 재료가 흐를 수 없고 개스킷이 흔들리며 앞서 설명한 코너 파손이 발생합니다.
압축 영구 변형은 실리콘의-장기적인 관심사입니다. 시간이 지나고 열 순환이 진행되면서 압축된 실리콘 개스킷은 원래 높이로 완전히 회복되지 않습니다. 초기 압축이 25%이고 재료가 3년에 걸쳐 원래 높이의 10% 영구 변형을 취하는 경우 이제 t보다 낮은 15% 압축 -에 있게 됩니다.
그는 신뢰할 수 있는 임계값입니다. 이것이 바로 2년 이상 지속될 것으로 예상되는 제품에 대해 범위의 상한(25~30%)에서 초기 압축 크기를 조정하는 이유입니다.
EPDM은 공격적인 화학 물질에 노출된 제품에 나타납니다. 하루에 여러 번 4급 암모늄 소독제로 닦아낸 의료용 휴대용 장치에 지정했습니다. - 실리콘의 표면은 해당 환경에서 EPDM보다 빠르게 저하됩니다. 그러나 동일한 제품에서는 동등한 실리콘 디자인보다 압축 영구 변형이 더 빠르게 축적되었으며, 18개월 동안 가속된 노화 데이터가 들어온 후 채널 깊이 사양을 수정하게 되었습니다. EPDM을 고려하고 있다면 씰 형상을 결정하기 전에 세척제에 특정한 노화 데이터를 얻으십시오.
PCB 패드 레이아웃
접촉 패드의 경금 도금은 IP67 포고 핀 충전 애플리케이션의 경우 -협상할 수 없습니다. 연질 금은 염분 노출 환경에서 눈에 띄게 저하됩니다. 땀이나 염무로 인해 표면에 구멍이 생기면 기계적 마모가 발생하기 전에 접촉 신뢰성이 떨어집니다. 2~5μm 무전해 니켈 위에 최소 0.5μm 코발트-경화된 금. 니켈은 금층이 결국 - 없이 마모될 경우 부식 장벽을 제공하기 때문에 중요합니다. 전체 서비스 수명 동안 금에만 의존하게 됩니다.
패드 어레이 주위의 차단 구역은 개스킷 채널 내벽 내부 최소 0.5mm에 대해 평평하고 특징이 없는 PCB 라미네이트여야 합니다. 개스킷은 해당 표면에 안착되며 해당 영역의 모든 토폴로지 - 추적 단계는 배럴, 솔더마스크 가장자리 -를 통해 잠재적인 누출 경로를 생성합니다. 이는 패드 어레이 주변의 라우팅 영역을 잠식하기 때문에 PCB 레이아웃 검토에서 가장 많은 마찰을 일으키지만 좋은 해결 방법은 없습니다.
개스킷 설치 공간 내부의 배치를 통해 생산 설계에서 두 가지 개별 IP67 오류를 추적했습니다. 둘 다 아무런 언급 없이 DRC를 통과한 개스킷 주변 내부에 비아를 텐트화했습니다. 텐트형 비아는 밀봉되지 않습니다. - 배럴 도금은 지속적인 침수 상태에서 보드를 통해 물을 흡수하는 모세관 경로를 생성합니다. 첫 번째 실패에서는 외부 표면에 염료를 적용한 두 번째-패스 빌드에서 염료 침투 테스트를 실행할 때까지 실패 경로를 파악하지 못했습니다. 염료는 4분 이내에 비아 위치의 내부 면에 나타났습니다. 두 번째 실패에서는 첫 번째 실패에서 경고를 받았고 레이아웃 검토 중에 이를 발견했습니다. 그러나 다양한 레이아웃과 다양한 레이아웃 엔지니어에 실제로 적용되도록 하려면 특정 규칙 - "개스킷 설치 공간 내부에 비아 없음, 기간, 심지어 텐트도 포함하지 않음" -이 필요했습니다.
IPC-4761 유형 VII에 따른 채우기-및-한도는 라우팅 제약으로 인해 해당 영역에 비아를 배치할 수밖에 없는 경우의 사양입니다. 텐트만으로는 충분하지 않습니다.
포고 케이블과 충전 도크
장치 측의 밀봉 문제는 어느 쪽이든 동일합니다. 차이점은 충전기입니다.
충전 도크는 책상이나 침대 옆 탁자 위에 있습니다. 견고하고 고정되어 있으며 커넥터 형상이 고정되어 있습니다. 스프링 접촉력과 패드 정렬이 작동하는 경우 IP67 의무는 전적으로 장치에 있습니다. 도크 자체에는 IP 등급이 거의 필요하지 않습니다.
포고 케이블은 유연한 케이블 끝에 스프링 핀 헤드를 전달하므로 근본적으로 다른 엔지니어링 문제가 발생합니다. 케이블-대-커넥터-헤드 인터페이스는 물의 유입을 방지하는 동시에 반복적인 굽힘에도 견딜 수 있어야 합니다. 이것이 제가 검토한 거의 모든 방수 포고 케이블 어셈블리의 실패 지점입니다. - 커넥터 헤드 자체나 케이블 재킷이 아니라 이들 사이의 전환입니다.
폴리우레탄 오버몰드는 이러한 전환 시 굴곡{0}}피로 저항에 적합한 소재입니다. 굽힘 응력을 충분한 길이에 걸쳐 분산시켜 플렉스 사이클링 시 인터페이스가 열리는 것을 방지하려면 오버몰드를 커넥터 본체에서 최소 30mm 연장해야 합니다. 초기 IP 테스트를 통과하고 약 600~800 플렉스 사이클. 30mm에서 인터페이스에서 누출이 시작되는 15mm 오버몰드로 제작된 케이블 포고 어셈블리를 본 적이 있습니다. 이는 제가 검증한 설계에서 해당 실패 모드가 사라지는 지점입니다.
포고 케이블이 자체 IP67 등급 - 수영 추적기를 휴대해야 하는 경우 실외 장비 -는 끝 캡이 아닌 사용 중인 커넥터 끝과 정확히 밀봉된 IP 테스트를 지정합니다. 엔드 캡은 테스트 중에 커넥터 헤드를 견고하게 유지하며 실제 사용과 같이 재킷을 오버몰드 인터페이스에-부하하지 않습니다.- 포착하려는 실패 모드는 최종-캡 테스트에 표시되지 않습니다.
스프링력과 하우징 강성
이 관계는 약간 간접적이기 때문에 대부분의 설계 가이드에 나타나지 않지만 IP67 실패의 원인이 되는 것을 보았습니다.
핀당 150gf의 4-핀 포고 핀 충전 어레이는 장치가 도킹될 때마다 패드 영역의 하우징 표면에 600gf의 압축 부하를 가합니다. 두꺼운-벽 하우징 - 사출-2mm 이상의 폴리카보네이트 성형-에서는 이는 문제가 되지 않습니다. 하우징은 해당 하중 하에서 측정 가능하게 휘어지지 않습니다.
패드 영역 벽의 두께가 0.8~1.0mm일 수 있는 얇은{0} 벽 웨어러블 하우징에서 600gf는 개스킷 압축이 둘레 주위에서 변할 만큼 충분한 편향을 유발합니다.
도크 접점에 가장 가까운 쪽이 - 더 높고 반대쪽이 더 낮습니다. 도크가 연결되어 있지 않기 때문에 정적 침수 테스트에는 표시되지 않습니다. 결합된 도킹-주기-및-침수 테스트에 나타나기 때문에 인증을 위해 제출하기 전에 해당 시퀀스를 실행합니다.
최대 스프링 하중에서 0.05mm 미만의 편향을 목표로 하는 패드 영역 뒤의 견고한 리브 또는 금속 삽입물이 표준 수정 사항입니다. 어느 것이 옳은지는 하우징 형상과 제품 로드맵이 도구에 금속 삽입물을 수용할 수 있는지 여부에 따라 달라집니다.
인증 전 검증
정식 IEC 60529 몰입 전 내부 테스트에서 사용하는 순서는 다음과 같습니다.
담그기 전 -20도에서 60도까지 세 번의 열 주기가 있습니다. 이는 개스킷 재료 문제를 초기에 파악하는 테스트입니다. - 압축 영구 회복이 좋지 않은 실리콘이 여기에 나타납니다. 왜냐하면 냉간 담금과 후속 실온 침수 사이에 씰 성능이 저하되기 때문입니다.- 이 테스트에 실패한 제품은 결국 현장 반품에 표시될 것입니다. 프로토타입에서 이를 포착하는 데에는 수정 비용이 들지 않습니다.
그런 다음 1,000번의 도킹 이벤트, 그 다음에는 몰입식입니다. 도킹 사이클 테스트는 스프링 접촉력으로 하우징 표면에 반복적으로 하중을 가하고 해당 누적 하중으로 인해 개스킷 씰이 저하되는지 여부를 확인합니다. 대부분의 소비자 웨어러블의 경우 1,000사이클은 대략 2~3년의 일일 충전에 해당합니다.
마지막으로 충전 도크를 연결한 상태로 몰입. 대부분의 팀에서는 플러그를 뽑은 상태에서 테스트를 완료했다고 부르지만, 사용자가 충전 도크에 있거나 포고 케이블에 연결된 상태에서 장치를 물에 담글 수 있는 제품의 경우 - 실외 스포츠 장치가 일반적인 경우입니다. - 연결된 테스트는 스프링 힘 섹션에서 설명한 하중-분산 효과를 확인할 수 있는 유일한 방법입니다.
이 세 가지 작업은 각각 다른 작업이 발견하지 못한 고장 모드를 발견하고 열 사이클을 마지막으로 실행한다는 것은 이미 스트레스를 받은 씰에 대해 정식 테스트를 실행한다는 의미이기 때문에 이 순서로 실행됩니다. 공식 IEC 60529 테스트는 인증 목적으로 비열 순환 장치에서 진행되지만 제출하기 전에 열 순환 결과를 알고 싶습니다.
FAQ
IP67 등급은 포고 핀 패드 자체에 적용됩니까, 아니면 하우징 씰에만 적용됩니까?
등급은 전체 장치에 적용됩니다. 패드는 외부 표면에 있고 침수된 물에 노출되지만 하우징 내부로 개구부를 만들지 않습니다. - 구멍이나 포트가 없으며 물이 들어갈 수 있는 부분이 없습니다. 따라서 패드 표면이 젖어도 그 뒤에 있는 개스킷 씰이 고정되어 있는 한 괜찮습니다.
실질적인 결과: 금도금 사양은 습한 환경에서 패드 내구성에 영향을 미치지만 장치가 IP67을 통과하는지 여부는 결정하지 않습니다. 이는 전적으로 개스킷 씰 형상의 기능입니다.
실행 가능한 씰 형상을 허용하는 가장 작은 핀 피치는 무엇입니까?
바인딩 제약 조건은 외부 패드 가장자리와 내부 개스킷 채널 벽 사이의 평면 라미네이트의 최소 - 0.5mm 배제 영역입니다. 1.0mm 피치 4핀 어레이에서는 관리가 가능합니다. 핀이 많은 0.5mm 피치에서는 어레이 설치 공간이 하우징 벽 두께 제약과 충돌하기 시작할 때까지 커집니다.
생산 IP67 포고 핀 충전 설계에서 제가 성공적으로 실행한 가장 좁은 피치는 6핀 어레이에서 0.8mm입니다. 그 아래에서는 씰 형상을 해결하기 전에 핀 수가 실제로 필요한지 다시 검토하고 싶습니다.
방수 포고 케이블 어셈블리에 대한 사양을 어떻게 작성합니까?
장치 등급과 별도로 케이블 어셈블리의 IP 등급을 정의합니다. 지정 사항: 폴리우레탄 오버몰드(나일론 아님), 커넥터 본체에서 최소 30mm 오버몰드 확장, 깊이 요구사항에 따른 케이블 재킷 재질 및 벽 두께, 케이블-대-커넥터-헤드 결합에 대한 인장력 사양.
테스트 사양은 재료 사양만큼 중요합니다. 엔드 캡이 아닌 실제 사용과 마찬가지로 밀봉된 커넥터를 사용하여 IEC 60529 테스트를 요구합니다. 그리고 IP 테스트 전에 의도한 굽힘 반경에서 커넥터 입구 - 최소 500 사이클의 플렉스 사이클 테스트를 요구하므로 인증을 통과하고 몇 주 사용 후 현장에서 누출이 시작되는 어셈블리를 배송하지 않습니다.
자기 포고 핀 충전 시스템을 사용하면 IP67을 달성하기가 더 어려워지나요?
기계적으로 - 자석이 하우징 내부에 있어서 씰에 영향을 주지 않습니다. 실제로 작은 이점이 있습니다. 자기 정렬은 핀 접촉력의 가변성을 줄여 하우징 표면의 압축 하중의 가변성을 줄여 가스켓 압축이 보다 일관되게 이루어진다는 것입니다. 이는 2차-효과이지만 실제 효과입니다.
자석에 신중한 주의가 필요한 곳은 센서 배치입니다. 충전 정렬을 위한 링 자석은 기기 내부로 확장되는 필드를 생성하며, 레이아웃에 나침반, 홀-효과 스위치 또는 NFC 안테나가 있는 경우 해당 필드가 간섭할 수 있습니다. 패드 배열 위치와 자석 형상은 별도로 결정하는 것이 아니라 센서 배치와 동일한 단계에서 결정해야 합니다. 자석 중심과 AS 사이의 배제
민감한 센서의 크기는 일반적으로 자석 등급과 센서 임계값에 따라 8~12mm입니다.
벤치 테스트에서 IP67을 달성했지만 인증에 실패했습니다. 내가 무엇을 놓치고 있는 것 같나요?
내 경험상 10번 중 9번은 배치, 개스킷 채널 깊이 또는 테스트 시퀀스를 통해 발생했습니다.
개스킷 설치 공간 내부에 비아가 있는지 레이아웃을 확인하십시오. 외부에 염료 침투 테스트 - 염료를 실행하고 장치를 잠시 담근 후 패드 영역 근처 내부에서 염료를 찾습니다. 염료가 경유 위치에 나타나면 그것이 실패 경로입니다.
레이아웃이 깨끗한 경우 채널 깊이를 확인하십시오. CAD 모델이 아닌 깊이 마이크로미터로 측정합니다. - 작은 채널 깊이에 대한 제조 공차는 예상보다 더 많이 드리프트합니다. 채널 깊이가 압축되지 않은 개스킷 높이의 5% 이내인 경우 개스킷이 완전 압축 상태에서 안착되지 않을 가능성이 높습니다.
두 가지 모두 적합해 보인다면 내부 테스트에 침수 전 열 순환이 포함되었는지 확인하세요. 실온-벤치 테스트는 열 이탈 후 실패하는 봉인을 통과할 수 있으며, 인증 연구소는 일반적으로 결합된 시퀀스를 실행합니다.
특정 디자인에 대해 질문이 있으십니까?
IP67 포고 핀 충전 인터페이스 문제 - 씰 형상, 패드 레이아웃, 포고 케이블 사양 또는 테스트 시퀀스 -를 해결하고 기술 검토를 원하는 경우 [xt@xtpogopin.com]로 문의하세요. 우리는 웨어러블, 의료 및 산업 응용 분야에서 이 설계 문제를 지원해 왔으며 이전에 오류 모드를 본 적이 있다면 문제를 해결한 방법을 알려 드리겠습니다.
패드 레이아웃 및 하우징 단면을 [xt@xtpogopin.com](으)로 보내주시면 판매 전화가 아닌 구체적인 관찰 내용으로 응답해 드리겠습니다.
IP67 프로토타입 빌드를 위한 샘플 포고 케이블 하드웨어 또는 포고 핀 충전 도크 구성이 필요한 경우 여기에서 요청하세요. xt@xtpogopin.com
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