Pasamos todas as probas-de niebla salina, choque térmico e inmersión posibles nun tanque que construímos no laboratorio. Ao probar o rendemento impermeable do deseño de carga de pins pogo IP67, xa non considerei o selo de carga de pines de resorte IP67 como un detalle menor, senón un problema de deseño. Desde entón, entreguei varios produtos mediante a carga de pins pogo IP67 e a xeometría do selo foi a parte na que máis tempo dedico a cada produto.
O que a proba IP67 non che di
IEC 60529 define IP67 como un metro de profundidade durante trinta minutos - aproximadamente 0,1 bar de presión hidrostática. Pasa esa proba e podes poñer a marca na caixa.
O que non simula a proba é o produto sentado nunha bolsa de ximnasia durante tres anos, mollado dúas veces ao día, que vai dende as mañás de estación de esquí de 0 graos ata as carreiras de verán de 40 graos. O elastómero envellece. A xunta leva un conxunto de compresión permanente. A carcasa arrastra lixeiramente baixo a carga de suxeición sostida. Nada diso aparece na proba de certificación.
Os fallos de campo que vin nos produtos de carga de pins pogo IP67 non foron defectos de deseño que a proba non puidese detectar - eran modos de degradación que a proba non estaba deseñada para detectar. Entón, cando penso en acadar o IP67, non estou pensando en pasar unha proba. Estou pensando en como debe ser o selo despois de 1.000 ciclos de carga e tres anos de cambios de temperatura.
Por que Pogo Pin carga os selos de forma diferente que USB-C
A impermeabilización USB-C depende dun selo dinámico - unha xunta que se comprime ao introducir o enchufe e que se descomprime ao extraer, miles de veces ao longo da vida útil do produto. A xunta ten que ser o suficientemente suave como para axustarse á xeometría do tapón en cada inserción e o suficientemente resistente como para recuperar a súa forma en cada retirada. Conseguir ese equilibrio correcto, mantendo tamén a xunta no recipiente baixo ciclos mecánicos repetidos, é un verdadeiro problema de enxeñería. É por iso que a maioría dos dispositivos USB-C con clasificación IP-incluyen avisos de impresión-con impresión fina contra a carga mentres están mollados: o selo é bo cando funciona, pero o mecanismo que o fai funcionar tamén é o mecanismo que finalmente o degrada.
A carga do pin Pogo usa un selo estático. A vivenda está pechada na fábrica. As almofadas de contacto están na superficie exterior, nada entra na carcasa durante a carga e o selo nunca se abre. O reto da enxeñaría cambia por completo - non estás xestionando unha interface dinámica, estás xestionando un selo que ten que sobrevivir á tensión da montaxe, ao ciclo térmico e ás cargas mecánicas sobre a propia carcasa durante toda a vida útil.
Ese cambio é o motivo polo que IP67cargando pin pogoas interfaces resisten mellor no campo que os portos USB-C de clasificación equivalente, sendo todo o resto iguais. O selo non ten un mecanismo que circule con cada carga. Pero ten modos de fallo específicos para selados estáticos e son diferentes dos que esperarías proceder dun fondo de impermeabilización USB-C.
Material da xunta e xeometría da canle
A silicona é o material estándar, Shore A 40–60. O extremo inferior dese intervalo é adecuado para pequenas-seccións transversais nas que precisas que o material se axuste totalmente ás irregularidades superficiales menores do PCB; o extremo superior adáptase a seccións-transversais máis grandes onde precisas que a xunta permaneza na canle durante a montaxe sen que se desprace.
O problema de profundidade da canle que describín anteriormente é o erro máis común que vexo, así que o repasarei unha vez máis cos números. Obxectivo 70-75% da altura da xunta sen comprimir. Se a xunta ten unha sección transversal de 1,2 mm-, a profundidade da canle debe ser de 0,84-0,90 mm. Ese espazo - 0.30–0,36 mm de volume libre - permite que a silicona flúa lateralmente baixo compresión, que é o que crea unha presión de asento uniforme en todo o perímetro. A unha profundidade de canle de 1,2 mm exactamente, o material non pode fluír, a xunta oscila e obtén os fallos das esquinas que describín.
O conxunto de compresión é a preocupación-a longo prazo da silicona. Co paso do tempo e do ciclo térmico, unha xunta de silicona comprimida non recupera completamente a súa altura orixinal. Se a compresión inicial é do 25 % e o material leva un conxunto permanente do 10 % da súa altura orixinal durante tres anos, agora estás nun 15 % de compresión -, que está por debaixo de t
el limiar fiable. É por iso que dimensiono a compresión inicial no extremo superior do intervalo (25-30%) para os produtos que se espera que duren máis de dous anos.
EPDM aparece en produtos con exposición química agresiva. Especifiqueino nun portátil clínico que foi limpo con desinfectante de amonio cuaternario varias veces ao día - a superficie da silicona se degrada máis rápido que o EPDM nese ambiente. Pero nese mesmo produto, o conxunto de compresión acumulouse máis rápido que no deseño de silicona equivalente, e acabamos revisando a especificación de profundidade da canle despois de 18 meses de datos de envellecemento acelerado. Se estás considerando EPDM, obtén datos de envellecemento específicos dos teus axentes de limpeza antes de comprometerte coa xeometría do selo.
Disposición de placas de PCB
O chapado en ouro duro nas almofadas de contacto non é-negociable para as aplicacións de carga de pins pogo IP67. O ouro brando degrádase notablemente en ambientes de exposición á sal; as picaduras na superficie que se producen na suor ou na néboa salina reducen a fiabilidade do contacto antes de que vexas algún desgaste mecánico. Ouro endurecido cobalto-mínimo de 0,5 μm sobre níquel electrolítico de 2 a 5 μm. O níquel é importante porque proporciona unha barreira contra a corrosión se a capa de ouro se desgasta finalmente - sen ela, confías só no ouro durante toda a vida útil.
A zona de retención ao redor da matriz de almofadas debe ser laminada PCB plana e sen características durante polo menos 0,5 mm dentro da parede interior da canle de xunta. O asento da xunta contra esa superficie, e calquera topoloxía nesa zona - paso de trazo, a través do barril, o bordo da máscara de soldadura - crea un posible camiño de fuga. Isto produce a maior fricción nas revisións de deseño de PCB porque come na área de enrutamento ao redor da matriz de almofadas, pero non hai unha boa solución.
A través da colocación dentro da pegada da xunta é onde rastrei dous fallos IP67 separados nos deseños de produción. Ambos tiñan vías de tenda dentro do perímetro de xuntas que pasaron a RDC sen comentarios. As vías das tendas non están seladas - o revestimento do barril crea un camiño capilar que expulsa a auga a través do taboleiro en inmersión sostida. No primeiro fallo, non descubrimos a ruta do fallo ata que realizamos unha proba de penetración do colorante nunha segunda-construción de pasada co colorante aplicado na superficie exterior. O tinte apareceu no lado interior nos lugares da vía en catro minutos. No segundo fallo, o primeiro avisounos e detectámolo durante a revisión do deseño. Pero necesitou ter unha regra específica - "sen vías dentro da pegada da xunta, punto, nin sequera en tendas" - para que se adhira a diferentes deseños e diferentes enxeñeiros de deseño.
Recheo-e-capo por IPC-4761 Tipo VII é a especificación se as restricións de enrutamento non che deixan máis remedio que poñer vías nesa zona. Tented non é suficiente.
Cable Pogo vs. Base de carga
O problema de selado no lado do dispositivo é idéntico de calquera xeito. O que se diferencia é o cargador.
Unha base de carga vive nunha mesa ou mesa de noite. É ríxido, estacionario e a xeometría do conector é fixa. Se a forza de contacto do resorte e o aliñamento da almofada funcionan, a obriga de IP67 está totalmente no dispositivo. O dock en si raramente necesita unha clasificación IP.
Un cable pogo leva as cabezas de pasadores de resorte nun extremo flexible do cable, o que crea un problema de enxeñería fundamentalmente diferente. A interface do cable-ao-conector-cabezal ten que selar contra a entrada de auga ao tempo que sobrevive a flexións repetidas. Ese é o punto de falla en case todos os conxuntos de cables pogo impermeables que revisei - non a cabeza do conector en si, nin a funda do cable, senón a transición entre eles.
O sobremolde de poliuretano é o material axeitado para a resistencia á fatiga -flexible nesa transición. O sobremolde debe estenderse polo menos 30 mm desde o corpo do conector para distribuír a tensión de flexión a unha lonxitude suficiente para evitar que a interface se abra baixo un ciclo de flexión. Vin conxuntos de cable pogo construídos con sobremolde de 15 mm que pasaron a proba IP inicial e comezaron a filtrarse na interface entre 600 e 800 ciclos flexibles. 30mm é onde desaparece ese modo de falla nos deseños que validei.
Se o cable de pogo necesita levar o seu propio rastreador de natación con clasificación IP67 -, o equipo ao aire libre - especifique a proba de IP co extremo do conector selado exactamente como se vai usar, non con tapas finais. As tapas dos extremos manteñen a cabeza do conector ríxida durante a proba e non cargan a chaqueta-para-sobremoldear a interface como o fai o uso real. O modo de fallo que estás tentando detectar non aparecerá nunha proba de final-limite.
Forza do resorte e rixidez da carcasa
Esta relación non aparece na maioría das guías de deseño porque é lixeiramente indirecta, pero vin que contribúe a fallas de IP67.
Unha matriz de carga de 4-pins pogo pin a 150 gf por pin coloca 600 gf de carga de compresión na cara da carcasa na zona da almofada cada vez que se acopla o dispositivo. En carcasas de-paredes grosas - inxección-policarbonato moldeado a 2 mm ou máis - isto non é un problema. A carcasa non se desvía sensiblemente baixo esa carga.
En carcasas de -paredes delgadas onde a parede da área da almofada pode ter un grosor de 0,8 a 1,0 mm, 600 gf provocan unha deflexión suficiente para que a compresión da xunta varíe ao redor do perímetro.
er - máis alto no lado máis próximo ao contacto do peirao, máis baixo no lado oposto. Isto non aparece nas probas de inmersión estática porque a base non está conectada. Aparece na proba de inmersión-ciclo-máis-de acoplamento combinado, polo que executo esa secuencia antes de enviar a certificación.
As nervaduras de refuerzo ou unha inserción metálica detrás da zona da almofada, que apuntan a unha deflexión inferior a 0,05 mm baixo a carga máxima do resorte, son as solucións estándar. Cal é a correcta depende da xeometría da carcasa e de se a folla de ruta do produto pode acomodar unha inserción metálica na ferramenta.
Validación antes da certificación
A secuencia que uso nas probas internas antes da inmersión formal IEC 60529:
Tres ciclos térmicos, de –20 graos a 60 graos, antes de calquera inmersión. Esta é a proba que detecta os problemas de material da xunta antes de que - silicona cunha mala recuperación do conxunto de compresión aparecerá aquí porque o rendemento do selado se degrada entre a inmersión en frío e a inmersión-a temperatura ambiente que segue. Os produtos que superan esta proba aparecerían finalmente nas devolucións de campo; collelo en prototipos non custa nada de arranxar.
Despois 1.000 eventos de atraque, despois de inmersión. A proba do ciclo de acoplamento carga a cara da carcasa coa forza de contacto do resorte repetidamente e comproba se o selado da xunta se degrada baixo esa carga acumulada. Para a maioría dos wearables de consumo, 1.000 ciclos aproximan de dous a tres anos de carga diaria.
Finalmente, inmersión coa base de carga conectada. A maioría dos equipos proban desconectados e chaman feito, pero para produtos nos que os usuarios poden mergullar o dispositivo mentres está sentado nunha base de carga ou conectado a un cable pogo - os dispositivos para deportes ao aire libre son o caso común - probar conectado é o único xeito de capturar o efecto de distribución da carga-que describín na sección da forza do resorte.
Estes tres execútanse nesta orde porque cada un atopa modos de falla os outros non, e executar os últimos ciclos térmicos significaría realizar a proba formal nun selo que xa está estresado. A proba formal IEC 60529 realízase nunha unidade de ciclos non térmicos-para fins de certificación, pero quero coñecer o resultado do ciclo térmico antes de enviar.
Preguntas frecuentes
A clasificación IP67 cobre as propias almofadas de pin pogo ou só o selo da carcasa?
A clasificación cobre o dispositivo completo. As almofadas están na superficie exterior e están expostas á auga de inmersión, pero non crean unha abertura no interior da carcasa - non hai cavidade, nin porto, nin nada polo que entre a auga. Entón, a superficie da almofada se molla e está ben, sempre que o selo da xunta detrás del aguante.
A consecuencia práctica: a súa especificación de chapado en ouro afecta a durabilidade da almofada en ambientes húmidos, pero non determina se o dispositivo supera o IP67. Isto é enteiramente unha función da xeometría do selado da xunta.
Cal é o paso de pin máis pequeno que aínda permite unha xeometría de selado viable?
A restrición de unión é a zona de retención - 0.5mm mínima de laminado plano entre o bordo exterior da almofada e a parede da canle da xunta interior. Nunha matriz de 4 pinos de paso de 1,0 mm, isto é manexable. Cun paso de 0,5 mm con moitos pinos, a pegada da matriz crece ata que comeza a entrar en conflito coas limitacións do grosor da parede da vivenda.
O paso máis axustado que executei con éxito nun deseño de carga de pins pogo IP67 de produción é de 0,8 mm nunha matriz de 6 pinos. A continuación, gustaríame revisar se o reconto de pins é realmente necesario antes de tentar facer que a xeometría do selo funcione ao seu redor.
Como escribo unha especificación para un conxunto de cable pogo impermeable?
Defina a clasificación IP para o conxunto de cables por separado da clasificación do dispositivo. Especifique: sobremolde de poliuretano (non nailon), extensión mínima de sobremolde de 30 mm desde o corpo do conector, material de revestimento do cable e grosor da parede para o requisito de profundidade, e unha especificación de forza de tracción para a conexión do cable-ao-conector-cabezal.
A especificación da proba importa tanto como a especificación do material. Require probas IEC 60529 co conector selado xa que estaría en uso real, non con tapas finais. E require unha proba de ciclo flexible na entrada do conector - mínimo 500 ciclos no radio de curvatura previsto antes da proba IP, polo que non enviará un conxunto que aprobe a certificación e comece a filtrarse no campo despois dunhas semanas de uso.
O uso dun sistema de carga de pin magnético fai que IP67 sexa máis difícil de acadar?
Mecánicamente, non - o imán está dentro da carcasa e non afecta o selo. En realidade, hai un beneficio menor: o aliñamento magnético reduce a variabilidade na forza de contacto do pin, o que reduce a variabilidade na carga de compresión na cara da carcasa, o que significa unha compresión máis consistente da xunta. Este é un efecto de segundo-orde, pero real.
Onde os imáns requiren atención deliberada é a colocación do sensor. Un imán de anel para o aliñamento da carga crea un campo que se estende ao interior do dispositivo e, se o deseño ten un compás, un interruptor de efecto Hall-ou unha antena NFC, ese campo pode interferir. A posición da matriz de almofadas e a xeometría do imán deben determinarse no mesmo paso que a colocación do sensor, non por separado. A separación entre o centro do imán e as
O sensor sensible é normalmente de 8 a 12 mm, dependendo do grao do imán e do limiar do sensor.
Alcatei a IP67 nas probas de banco pero fallei na certificación. Que é probable que me perda?
Nove veces de cada dez na miña experiencia: mediante a colocación, a profundidade da canle de xuntas ou a secuencia de proba.
Comprobe o deseño de calquera vía dentro da pegada da xunta. Realiza unha proba de penetración do colorante - no exterior, o dispositivo mergullado brevemente, busca colorante no interior preto da zona da almofada. Se o tinte aparece en localizacións vía, ese é o camiño do fracaso.
Se o deseño está limpo, comprobe a profundidade da canle. Mídeo cun micrómetro de profundidade, non a partir do modelo CAD -. As tolerancias de fabricación en profundidades de canles pequenas derivan máis do que cabría esperar. Se a profundidade da canle está dentro do 5 % da altura da xunta sen comprimir, é probable que a xunta non estea asentada baixo a compresión total.
Se ambos parecen correctos, comprobe se as probas internas incluíron ciclos térmicos antes da inmersión. As probas de-con banco de temperatura ambiente poden superar un selo que falla despois da excursión térmica, e o laboratorio de certificación adoita executar unha secuencia combinada.
Preguntas sobre o teu deseño específico?
Se estás a resolver un problema de interface de carga de pins pogo IP67 - xeometría de selado, disposición da almofada, especificación do cable pogo ou secuencia de proba - e queres unha revisión técnica, ponte en contacto connosco en [xt@xtpogopin.com]. Admitimos este problema de deseño en aplicacións wearables, médicas e industriais, e se xa vimos o teu modo de fallo antes, dirémosche o que o solucionou.
Envía o deseño da plataforma e a sección transversal-de carcasa a [xt@xtpogopin.com] e responderemos con observacións específicas, non cunha chamada de vendas.
Se necesitas unha mostra de hardware de cables pogo ou configuracións de bases de carga de pins pogo para compilacións de prototipos IP67, solicita aquí: xt@xtpogopin.com
Se atopaches un problema de carga de pins pogo IP67 que a guía non trata - ou se algo aquí contradí a túa experiencia - gustaríame escoitalo. Deixe un comentario ou correo electrónico directamente.
