LCPなどの熱可塑性樹脂は、USBコネクタの初期バージョンの充電ケーブルや電源アダプタに一般的に使用される材料です。現在、最新のUSB-Cコネクタは、古い充電ケーブルやアダプタの2倍以上の出力を備えています。新しいUSB-Cコネクタを設計する際には、アーク放電や火災のリスクを最小限に抑えるために、強力なウェルドラインと薄い壁を可能にする材料特性に加えて、耐～性 ex. Water resistance 耐水性を追跡するための高いCTI定格と優れた接着強度を備えた材料が必要です。当社には、これらのニーズすべてのを満たす材料ソリューションがあります。
48 V で最大 240 ワットの電力を供給できる USB-C コネクタは、従来の充電ケーブルやアダプタの 2 倍以上の出力を備えています。より幅広い民生用電子機器に、より速い速度で電力を供給することができます。しかし、電圧が高くなると、配線絶縁材料に対する電気応力が大きくなり、電気アーク放電や火災のリスクが高まります。
設計エンジニアは、充電ケーブルや電源アダプタに使用される絶縁材料が、電気や機械的なひずみのレベルの上昇、および低温や高温多湿などの環境への影響に耐える必要があることを理解しています。さらに、ほこり、汗、湿気の蓄積によって損傷が発生する可能性があります。これらのストレッサーは、絶縁材料とシステムを加速および拡大し、タイプCコネクタの射出成形ショット間のギャップによって引き起こされる電気故障のリスクを高め、最終的に火災の危険リスクにつながる可能性があります。
欧州連合およびその他の規制機関は、2024年までに中小型電子機器を充電するための新しい標準としてUSB-Cの広範な採用を支援しているため、メーカーは安全上の懸念を最小限に抑える電気絶縁システムを開発することが不可欠です。
インサート成形部品間の接着力が弱いことは、電源アダプタが故障する主な原因の1つです。USB-Cコネクタのインサート成形部品は、特徴が小さく、壁が薄いのが特徴です。インサート成形は通常、構造的に安定した部品で結果になりますが、成形部品間に隙間が形成されると電気破壊が発生する可能性があります。
厳しい公差と適切なフィッティングを実現するには、成形品の樹脂層間に強力な接着力を提供するインサート成形用の材料を使用する必要があります。この材料はまた、高温度および高湿度環境に耐えることができなければなりません。液晶ポリマー(LCP)はマイクロUSBコネクタの製造に使用されてきましたが、その化学構造のために、この材料は十分な結合力を提供しません。
エンバリオの科学者は、LCPとPA10Tの結合性能を、結晶化度の高い高性能脂肪族ポリアミドであるStanyl®と比較する実験を行いました。USB-Cコネクタは、Stanyl HFX50S、LCP、PA10Tの材料を使用したインサート成形を使用して開発されました。
各コネクタの断面を光学顕微鏡で観察した。結果はPA10Tで明らかな亀裂と隙間を示しました。LCPでもギャップが観察されました。Stanyl材料グレードは、非常に滑らかで良好な接着結果を示し、品質がはるかに高かった。当社の科学者は、Stanylの優れた接着強度は、競合するPPAよりもはるかに高いことが証明されたと結論付けました。
アークトラッキングによって引き起こされる電気の故障や潜在的な火災のリスクを最小限に抑えるには、高い耐トラッキング指数(CTI)定格の絶縁材料を使用することが不可欠です。この定格は、材料が電気の故障が発生する前に耐えられる最大測定電圧を定義します。
絶縁材料の性能は、一般的な業界別ソリューションテストに従うことによって決定できます。電解質溶液(0.1%塩化アンモニウム)の液滴を絶縁材料(通常は厚さ3mm)に50滴置き、材料の表面にトラッキングパスが生成される速度を測定します。
当社の科学者は、LCP絶縁材料とStanylを比較するためにこのテストを実施しました。12個の塩水滴にさらされた後、LCP製のコネクタは著しい焼け跡と電気の故障を示しました。しかし、Stanyl製のコネクタに60個の塩水滴を滴下した後、絶縁材料は構造的に無傷のままでした。試験結果は、StanylがLCPよりも試験におけるトラッキングの防止に効果的であることを示しました。
前の画面に戻る世代と比較して、USB-Cコネクタは、24のコネクタピンを収容するために、はるかに狭いピッチで設計されています。ピン間に短絡が発生するのを防ぐために、高電圧環境で電気トラッキングに対する優れた耐～性 ex. Water resistance 耐水性を示し、潜在的に深刻な火災の危険を防ぐことができる薄肉の絶縁材料が必要です。
USBコネクタの寸法とピッチは世代ごとにますます小さくなっているため、USB-Cコネクタには前の画面に戻る世代よりもはるかに薄い絶縁壁が必要であることはご承知のとおりです。
最新のUSB-Cコネクタバージョンの端子ピッチは0.5 mm(会社概要0.02インチ)であり、これは2つの金属端子間の絶縁材料幅がわずか0.3 mm(会社概要0.01インチ)であることを意味します。USB-Cレセプタクルコネクタの両側にある最も薄い壁は、オーバーモールドプロセスで0.1mmまで下がる可能性があります。このレベルの薄さを実現するには、流動性の良い熱プラスチックを使用することが非常に重要です。
薄い断熱壁は、Stanylを使用することで実現できます。この電気に優しい難燃性高熱ポリアミドは、周囲温度だけでなく、特に高温で優れた耐クリープ性、強度、剛性、耐疲労性を提供すると同時に、サイクルタイムの利点と優れた流量を提供します。
USB-Cコネクタは、その耐用年数にわたって、デバイスの充電に伴う何千回もの挿入と取り外しに耐える必要があります。これには、靭性と剛性の適切なバランスをとる耐久性のある材料を選択する必要があります。
USB-Cプラグハウジングを成形すると、レセプタクルの前面にウェルドラインが形成されます。プラグおよびプラグを抜くデバイスの衝撃を吸収するために、レセプタクルの内側も薄いリブで成形されています。には、高流動性特性の材料が必要です。ウェルドラインが弱いと、亀裂が発生する可能性があります。
異なる材料で作られたタイプC引張り棒の強度を比較すると、Stanylが最も強いウェルドラインを示すことが示されました。
エンバリオは、より高い電力レベルを処理し、イノベーションのトレンドに対応する、次へ進む世代のエレクトロニクスを製造するための材料ソリューションを最適化し続けています。現在、当社の材料で製造された 3 億個以上の USB-C コネクタが市場に出回っており、お客様に安心感を与え、競合他社を凌駕し、新しいビジネスを推進するのに役立つ電子機器の開発のあらゆる段階でお客様とパートナーになる準備ができています。
アドバンスト・エンジニアリング・マネージャー
エンバリオのアドバンスドエンジニアリングマネージャーであるJohn Hsiehは、エレクトロニクスバリューチェーン全体で20年の製品管理とテクニカルマーケティングの経験があります。彼は2013年8月からエンバリオに勤務しており、機械的工学の修士号を取得しています。
29 August 2023
