Sertizarea creează o îmbinare electrică și mecanică prin deformarea plastică controlată a unui terminal metalic în jurul conductorilor dezizolați ai unui cablu. Atunci când este executată corect, procesul creează o sudură la rece la 75–85% din compresia secțiunii transversale a conductorilor, eliminând aerul dintre fire și producând o interfață gazseif cu rezistența de contact sub 1 mΩ.
Spre deosebire de conexiunile cu șurub sau lipite cu cositor, o sertizare corectă nu se degradează prin oxidare, nu se relaxează datorită fluajului și nu introduce fragilitate termică. IPC/WHMA-A-620, standardul de referință pentru fabricarea fasciculelor de cabluri, definește cerințele de acceptare pentru sertizări în toate clasele de produs — de la electronice de larg consum (Clasa 1) la aplicații militare și aerospațiale (Clasa 3).
Acest ghid acoperă tot ce trebuie să știe inginerii de proiectare și echipele de achiziții despre sertizare: selecția terminalelor, calibrarea uneltelor, controlul înălțimii de sertizare, testarea forței de tracțiune, verificarea sertizărilor gazseif și evitarea defectelor frecvente care trec de testele electrice dar eșuează în teren.
1. Ce este sertizarea și de ce contează
Sertizarea deformează mecanic un terminal metalic (de obicei cupru sau alamă) în jurul conductorilor dezizolați ai unui cablu printr-o forță controlată aplicată cu o unealtă sau matriță calibrată. Compresia de 75–85% extrudează materialul conductorului între firele individuale, eliminând aerul și creând o interfață metal-metal care nu se oxidează în timp.
Fizica sertizării explică de ce aceasta este superioară conexiunilor cu șurub sau lipite în aplicații cu vibrații. O conexiune cu șurub se bazează pe forța de contact mentalizată; vibrațiile relaxează în timp cuplul, crescând rezistența de contact. Lipirea introduce aliaj cu punctul de topire mai scăzut decât cuprul, creând o interfață fragilă la cicluri termice rapide. O sertizare corectă creează un monolit metalic care rămâne stabil pe durata de viață a produsului.
IPC-620 definește trei clase de calitate pentru sertizări: Clasa 1 (produse electronice generale), Clasa 2 (produse de service dedicat) și Clasa 3 (electronică de înaltă fiabilitate). Fiecare clasă specifică forțe de tracțiune minime, toleranțe de înălțime de sertizare și standarde de inspecție vizuală.
Retenție mecanică
Forța de tracțiune conform IPC-620 variază de la 10 N pentru 30 AWG la 265 N pentru 8 AWG. Clasa 3 necesită valori cu 20% mai mari decât minimele Clasei 1/2. O sertizare sub-dimensionată poate trece testele electrice inițiale și totuși ceda la forța de tracțiune după ciclizare termică.
Continuitate electrică
O sertizare gazseif corectă produce rezistență de contact sub 1 mΩ. O sertizare slabă cu interfețe conductor-terminal contaminate cu aer poate depăși 50 mΩ după 1.000 de cicluri termice, cauzând căderi de tensiune și defecțiuni intermitente greu de diagnosticat.
Etanșare la mediu
Terminalele etanșate conform SAE J2030 combină sertizarea gazseif cu garnituri elastomerice pentru a exclude umezeala, sarea și fluidele. Aplicațiile auto, maritime și medicale necesită verificarea etanșării în plus față de forța de tracțiune și rezistența de contact.
2. Tipuri de terminale de sertizare
Selecția tipului de terminal determină unealta de sertizare, secvența de inspecție și capabilitatea mediului. Patru familii acoperă peste 95% din aplicațiile fasciculelor de cabluri: open-barrel (U-shape), closed-barrel (cilindric), inele terminale (capăt-manșon) și IDC (deplasare de izolație).
Terminalele open-barrel sunt dominante în fabricarea fasciculelor auto. Forma în U permite inspecția vizuală a încărcăturii conductorilor înainte de sertizare și acceptă o varietate mai largă de secțiuni transversale AWG față de terminalele closed-barrel cu secțiune fixă.
| Tip terminal | Geometrie | Aplicații tipice | Unealtă necesară | Avantaj principal |
|---|---|---|---|---|
| Open-barrel | Formă U, aripi vizibile | Auto, telecomunicații, industrie | Matriță cu clichet, pneumatică | Inspecție vizuală + verificare forță tracțiune |
| Closed-barrel | Cilindric, învelit | Maritim, îmbinări, splice-uri | Matriță profilată | Protecție la umiditate, dublu capăt |
| Inele terminale / ferrule | Manșon de capăt | PLC, tablouri de distribuție, șine DIN | Matriță hexagonală | Previne birdcaging în borne cu șurub |
| IDC | Cuțite taie izolația | Cabluri plate, conectori de bandă | Pres manual sau de banc | Nu necesită dezizolație, viteză mare |
3. Unelte de sertizare: manual, banc, pneumatic și automatizat
Selecția uneltei de sertizare determină direct repetabilitatea înălțimii de sertizare, debitul de producție și costul de investiție. Patru categorii acoperă spectrul de la prototipuri cu volum redus la producție de masă: manual, banc, pneumatic și automatizat.
Uneltele manuale sunt adecvate pentru prototipuri și producție de volum foarte redus (sub 100 de piese). Toleranțele de înălțime de sertizare depind puternic de consistența operatorului și depășesc adesea ±0.15 mm — suficient de largi pentru a produce sertizări la limita specificației pentru ghidul de fire mai subțiri.
| Tip unealtă | Interval de preț | Toleranță înălțime | Debit tipic | Caz de utilizare |
|---|---|---|---|---|
| Manual (clichet) | 30–300 USD | ±0.15 mm | 100–300/oră | Prototipuri, loturi mici, reparații |
| Banc (semi-auto) | 200–2.000 USD | ±0.10 mm | 400–800/oră | Producție medie, calitate consistentă |
| Pneumatic | 500–5.000 USD | ±0.05 mm | 800–2.000/oră | Producție mare, conformitate IPC-620 |
| Automatizat (Komax/Schleuniger) | 20.000–150.000 USD | ±0.03 mm | 3.000–8.000/oră | Producție de masă, traseabilitate completă |
IPC-620 impune calibrarea uneltelor la fiecare schimb de producție. Înregistrările de calibrare ale uneltelor sunt documente obligatorii pentru auditul Clasei 3 și livrabilele FAI (First Article Inspection).
4. Înălțimea de sertizare și de ce este esențială
Înălțimea de sertizare (H) este dimensiunea critică de control al procesului pentru sertizări open-barrel. Se măsoară perpendicular pe direcția de sertizare, de la fundul butoiului la vârful aripilor deformate. Fiecare combinație terminal-fir-unealtă are un interval H_min / H_max specificat de producătorul terminalului.
Sertizările în afara intervalului H_min / H_max sunt respinse indiferent de rezultatele forței de tracțiune. O sertizare prea înaltă (sub-comprimată) poate trece forța de tracțiune dar eșuează în verificarea rezistenței de contact după ciclizare termică. O sertizare prea joasă (supra-comprimată) poate tăia firele conductorului și reduce forța de tracțiune sub minimum.
Înălțimea de sertizare se măsoară cu un micrometru cu lame (tip anvil plat) conform IPC-620. Micrometrele standard cu vârf sferic nu sunt acceptate deoarece introduc erori de măsurare sistematice pe secțiunea transversală ovală a sertizării.
| Secțiune AWG | Secțiune mm² | H_min (mm) | H_max (mm) | Interval toleranță |
|---|---|---|---|---|
| 30 AWG | 0.05 mm² | 0.60 | 0.75 | 0.15 mm |
| 28 AWG | 0.08 mm² | 0.72 | 0.88 | 0.16 mm |
| 26 AWG | 0.13 mm² | 0.85 | 1.00 | 0.15 mm |
| 24 AWG | 0.20 mm² | 1.00 | 1.17 | 0.17 mm |
| 22 AWG | 0.34 mm² | 1.15 | 1.35 | 0.20 mm |
| 20 AWG | 0.50 mm² | 1.35 | 1.55 | 0.20 mm |
| 18 AWG | 0.75 mm² | 1.55 | 1.78 | 0.23 mm |
| 16 AWG | 1.00 mm² | 1.75 | 2.00 | 0.25 mm |
| 14 AWG | 1.50 mm² | 1.95 | 2.25 | 0.30 mm |
| 12 AWG | 2.50 mm² | 2.20 | 2.55 | 0.35 mm |
Valorile de mai sus sunt valori tipice de referință. Întotdeauna utilizați intervalele H_min/H_max specificate de producătorul terminalului pentru combinația exactă terminal-fir utilizată în producție. Specificațiile producătorului au prioritate față de tabelele generice.
"Înălțimea de sertizare este dovada că unealta, terminalul și firul sunt compatibile. Am văzut sertizări care treceau forța de tracțiune la 0.15 mm în afara specificației — și care aveau rezistență crescută după 500 de cicluri termice. Dacă înălțimea este în afara intervalului, nu mai contează restul rezultatelor."
Hommer Zhao
Engineering Director
5. Testarea forței de tracțiune conform IPC-620
Testarea forței de tracțiune verifică dacă sertizarea reține mecanic conductorul sub sarcina specificată în IPC-620 Tabelul 4-1. Se efectuează cu un dinamometru calibrat care aplică o forță axială la o rată controlată (25 mm/min conform IPC-620) până la valoarea minimă specificată sau până la cedare.
Pentru 20 AWG, forța minimă de tracțiune conform IPC-620 este 55 N (Clasa 1/2). Ținta Clasei 3 este 66 N — cu 20% mai mare. Diferența reflectă faptul că aplicațiile Clasei 3 (militar, aerospacial, medical) necesită o marjă mai mare față de cedare în condiții de vibrații și șoc.
Modul de cedare contează la fel de mult ca valoarea forței. Cedarea acceptabilă este alunecarea conductorului din terminal la forța specificată. Cedarea prin ruptura conductorului la o valoare sub minimum indică un terminal supracomprimat sau un conductor deteriorat. Cedarea prin deformarea terminalului indică un terminal sub-dimensionat pentru AWG-ul respectiv.
| Secțiune AWG | Secțiune mm² | Min. Clasa 1/2 (N) | Țintă Clasa 3 (N) |
|---|---|---|---|
| 30 AWG | 0.05 mm² | 10 N | 12 N |
| 28 AWG | 0.08 mm² | 15 N | 18 N |
| 26 AWG | 0.13 mm² | 20 N | 24 N |
| 24 AWG | 0.20 mm² | 30 N | 36 N |
| 22 AWG | 0.34 mm² | 45 N | 54 N |
| 20 AWG | 0.50 mm² | 55 N | 66 N |
| 18 AWG | 0.75 mm² | 80 N | 96 N |
| 16 AWG | 1.00 mm² | 100 N | 120 N |
| 14 AWG | 1.50 mm² | 130 N | 156 N |
| 12 AWG | 2.50 mm² | 160 N | 192 N |
| 10 AWG | 4.00 mm² | 200 N | 240 N |
| 8 AWG | 6.00 mm² | 265 N | 318 N |
6. Sertizări gazseif: cerințe și verificare
O sertizare gazseif elimină aerul dintre firele conductorului și interfața conductor-terminal, prevenind oxidarea care crește rezistența de contact în timp. Sertizările gazseif sunt necesare pentru aplicațiile auto cu curent peste 15 A, medii maritime cu aer salin și dispozitivele medicale Clasa 3 unde deriva rezistenței de contact ar putea afecta precizia semnalului.
Forța de tracțiune singură nu poate verifica o sertizare gazseif. O sertizare poate depăși valorile minime de tracțiune IPC-620 și totuși să aibă void-uri interne care permit oxidarea în timp. Singurele metode acceptate de verificare sunt: microscopie pe secțiune transversală (sectorizare și polizare) sau testare combintată spray salin IEC 60512 plus ciclu rezistență de contact.
Furnizorii care pretind sertizări 'gazseif' fără a furniza fotografii de secțiune transversală din înregistrările de calificare fac afirmații de marketing nedemonstrate. Pentru aplicații critice, solicitați întotdeauna fotografii de secțiune transversală din FAI care arată compresia conductorului la 75–85% și absența void-urilor vizibile.
"Când un furnizor pretinde sertizări 'gazseif', prima mea întrebare este: unde sunt fotografiile de secțiune transversală din înregistrările de calificare? Dacă nu le pot furniza, nu au demonstrat condiția. Forța de tracțiune nu o demonstrează. Înălțimea de sertizare nu o demonstrează. Numai sectorizarea o demonstrează."
Hommer Zhao
Engineering Director
7. Pregătirea sârmei pentru sertizare
Calitatea sertizării începe cu dezizolarea corectă. Lungimea de dezizolare, numărul de fire și starea suprafeței conductorului determină toți parametrii de calitate ai sertizării: înălțimea, forța de tracțiune și rezistența de contact. Dezizolarea incorectă este cauza rădăcină a majorității defectelor de sertizare din producție.
Lungimea de dezizolare standard pentru sertizări open-barrel este 5–8 mm, cu conductorul extins cu 0–1 mm dincolo de capătul butoiului de sertizare. Conductorul prea scurt nu umple butoiul, reducând compresia și forța de tracțiune. Conductorul prea lung se extinde vizibil dincolo de terminal și creează risc de scurtcircuit.
Nu pre-cositorați niciodată conductorul înainte de sertizare. SAE J1128 și IPC-620 interzic explicit pre-cositorarea conductorilor destinați sertizării. Cositorarea rigidizează firele, împiedicând compresia uniformă și creând o interfață fragil-cos-cupru care se poate crăpa în cicluri termice.
Lungimea de dezizolare
Mențineți lungimea de dezizolare la ±0.5 mm față de specificație utilizând unelte de dezizolare calibrate. Verificați cu calibru sau sisteme de viziune pentru producție Clasa 3. Dezizolarea neuniformă este cauza numărul unu a variabilității forței de tracțiune în producție.
Numărul de fire
Toate firele conductorului trebuie să fie în interiorul butoiului de sertizare. Nicio firelor nu trebuie să fie în afară (birdcaging) sau tăiat în timpul dezizolării. IPC-620 definește criteriile de acceptare specifice pentru numărul maxim de fire lipsă sau deteriorate pentru fiecare clasă.
Fără pre-cositorare
Utilizați numai cupru dezizolat și curat. Pre-cositorarea este interzisă de SAE J1128 și IPC-620, chiar dacă operația ulterioară include lipire la cositor. Cositorarea rigidizează firele, perturbă compresia uniformă și creează o interfață fragilă la vibrații și cicluri termice.
8. Defecte de sertizare și clasificarea lor
IPC-620 definește șapte categorii principale de defecte de sertizare, fiecare cu criterii de acceptare distincte pentru Clasele 1, 2 și 3. Cunoașterea modurilor de eșec permite identificarea cauzelor rădăcină și ajustarea procesului înainte de producerea rebuturilor.
| Tip defect | Descriere | Cauza tipică | Decizie IPC-620 |
|---|---|---|---|
| Sertizare rece | Deformare insuficientă; firele vizibile în interfață | Forță insuficientă a uneltei, matriță uzată | Respins toate clasele |
| Suprasertizat | Deformare excesivă, fire tăiate, butoi crăpat | Forță excesivă a uneltei, matriță greșită | Respins toate clasele |
| Sub-sertizat | Înălțime H în afara intervalului H_max | Matriță prost setată, uzură unealtă | Respins toate clasele |
| Fire deteriorate | Fire tăiate sau crestați în timpul dezizolării | Lama dezizolatorului neajustată | Respins >10% fire; Clasa 3: orice crestătură |
| Deteriorare izolație butoi | Izolația conductorului strivită în butoiul conductorului | Butoi izolație prea strâns, terminal greșit | Respins toate clasele dacă conductorul este expus |
| Gol conductor | Conductorul nu ajunge la capătul butoiului | Dezizolare insuficientă, încărcare greșită | Respins dacă golul > 1 diametru de fir |
| Birdcaging | Fire strâns răsucite în direcție opusă, formând un colivie | Pre-tensionare conductor, dezizolare greșită | Respins toate clasele |
9. Criterii de acceptare IPC-620
IPC/WHMA-A-620 organizează criteriile de acceptare a sertizărilor în trei categorii: Condiție Preferată (ideal, procesul bine controlat), Condiție Acceptabilă (acceptabilă pentru toate clasele) și Condiție Defect (respins).
Bell-mouth — ușoara deschidere în evantai a intrării butoiului de sertizare — este o condiție preferată în toate clasele IPC-620, nu un defect. Inginerii și inspectorii noi confundă frecvent bell-mouth cu o sertizare rece. Bell-mouth indică o compresie corectă a materialului terminalului la intrarea butoiului.
Standardul IPC-620 este revizuit periodic. Verificați întotdeauna că specificațiile de acceptare ale proiectului fac referire la revizia corectă IPC/WHMA-A-620. Cerințele Clasei 3 sunt mai stricte decât Clasa 1/2 în privința numărului maxim de fire lipsă, toleranțelor de înălțime de sertizare și cerințelor de documentație.
| Criteriu | Clasa 1 | Clasa 2 | Clasa 3 |
|---|---|---|---|
| Bell-mouth la intrare butoi | Preferată | Preferată | Preferată |
| Fire lipsă în butoi | ≤10% acceptabil | ≤10% acceptabil | Zero fire lipsă |
| Înălțime sertizare H | H_min la H_max | H_min la H_max | H_min la H_max, documentat |
| Forță tracțiune | Min. Tabelul 4-1 | Min. Tabelul 4-1 | 120% din minimul Tabelului 4-1 |
| Conductori expuși dincolo de terminal | ≤1 diametru fir | ≤1 diametru fir | Zero conductori expuși |
| Crestături sau tăieturi fire | ≤10% din fire | ≤10% din fire | Zero crestături |
| Izolație în butoi conductor | Neacceptabil | Neacceptabil | Neacceptabil |
| Documentare înălțime sertizare | Nu este necesară | Recomandat | Obligatoriu per lot |
| Calibrare unealtă | Per program | Per schimb | Per schimb, înregistrat |
Tabelul de mai sus prezintă cerințele cheie ale IPC/WHMA-A-620. Consultați documentul standard complet pentru toate criteriile de inspecție vizuală. Criteriile de acceptare ale clientului care sunt mai stricte decât IPC-620 au prioritate.
10. Întrebări frecvente
Care este forța minimă de tracțiune pentru o sertizare 20 AWG conform IPC-620?
Forța minimă de tracțiune pentru 20 AWG conform IPC-620 Tabelul 4-1 este 55 N pentru Clasa 1 și 2. Aplicațiile Clasei 3 necesită 66 N — cu 20% mai mult față de minimul Clasei 1/2. Aceste valori presupun conductor standard de cupru multifilar SAE J1128 în terminal corespunzător cu înălțimea de sertizare în intervalul H_min/H_max.
Ce este înălțimea de sertizare și de ce sunt necesare ambele măsurători H_min și H_max?
Înălțimea de sertizare (H) este dimensiunea externă a sertizării măsurată perpendicular pe direcția de sertizare cu un micrometru cu lame. H_min reprezintă compresia maximă permisă — sertizările sub H_min au tăiat sau rupt fire. H_max reprezintă compresia minimă permisă — sertizările deasupra H_max au o compresie insuficientă și nu vor atinge forța de tracțiune minimă sau nu vor realiza condiția gazseif. Ambele limite sunt obligatorii; nu poți accepta pe baza forței de tracțiune singure.
De ce IPC-620 și SAE J1128 interzic pre-cositorarea conductorilor înainte de sertizare?
Pre-cositorarea rigidizează firele multifilar cu un aliaj cu punct de topire mai scăzut decât cuprul. Când butoiul de sertizare comprimă un conductor cositorat, compresia este neuniformă — firele rigide nu se pot redistribui în mod egal, lăsând void-uri la interfața conductor-terminal. Aceste void-uri permit oxidarea, cresc rezistența de contact în timp și reduc forța de tracțiune după ciclizare termică. SAE J1128 și IPC-620 interzic explicit această practică pentru conductori destinați sertizării.
Bell-mouth la intrarea butoiului de sertizare este un defect sau o condiție acceptabilă?
Bell-mouth — ușoara deschidere în evantai a intrării butoiului de sertizare — este o condiție preferată conform IPC/WHMA-A-620 în toate clasele, nu un defect. Bell-mouth indică că materialul terminalului s-a deformat corect pentru a ghida conductorul în butoi fără a deteriora firele la intrare. Îngrijorați-vă atunci când bell-mouth este absent — poate indica sertizare rece sau o matriță care nu a completat cursa de sertizare.
Cum verific că o sertizare este gazseif fără sectorizare distructivă?
Metoda non-distructivă acceptată este testarea combinată: spray salin IEC 60512 (cel puțin 96 ore) urmată de măsurarea rezistenței de contact. O sertizare gazseif menține rezistența sub 1 mΩ după expunerea la spray salin. Sectorizarea (tăierea și polizarea secțiunii transversale) rămâne standardul de aur pentru calificarea procesului și FAI, dar nu poate fi aplicată pieselor de producție. Înregistrați fotografiile de secțiune transversală din FAI și utilizați-le pentru a stabili criteriile de comparație vizuală pentru producție.
Ce documentație este necesară pentru 500 de unități cu sertizări IPC-620 Clasa 3?
Producția Clasa 3 la 500 de unități necesită: First Article Inspection (FAI) cu măsurători de înălțime de sertizare și fotografii de secțiune transversală, înregistrări de forță de tracțiune (dimensiune eșantion conform AQL definit în planul de control), înregistrări de calibrare a uneltelor per schimb, identificare lot materiale (număr lot terminal, număr lot fir, număr lot unealtă), orice neconformitate documentată și acțiunile corective aplicate. Aceste înregistrări trebuie păstrate minim 10 ani pentru aplicații auto și pe durata de viață a produsului pentru aplicații medicale.