커넥터 테스트 항목 및 목적（Connector Mechanical Test）

Granite River Labs, GRL
Mark Jiang 

고속 케이블에 대한 수요가 증가하고 전송 속도가 빨라짐에 따라 커넥터의 중요성이 더욱 커지고 있으며 다양한 인터페이스(USB, HDMI 등)에 대한 요구사항이 더욱 엄격해지고 있습니다. 따라서 GRL은 설계 사각지대를 피하고 올바른 재료를 선택하여 개발 비용과 시간을 절감할 수 있도록 테스트 항목, 테스트 방법 및 목표 목록을 작성했습니다. 우선, 다음은 다양한 커넥터에 대한 테스트 그룹 목록입니다(그림 1 ~ 그림 4).

그림 1: USB 2.0 레거시 커넥터 테스트 항목(이미지를 클릭하면 확대)

그림 2: USB 3.1 레거시 커넥터 테스트 항목(이미지를 클릭하면 확대)

그림 3: USB Type-C 커넥터 테스트 항목(이미지를 클릭하면 확대)

그림 4: HDMI 커넥터 테스트 항목(이미지를 클릭하면 확대)

위의 커넥터 테스트 항목을 통해 커넥터 테스트의 주요 항목은 전기적 성능, 기계적 성능, 환경 성능 및 신호 무결성 테스트로 나눌 수 있음을 알 수 있습니다:

이제 몇 가지 주요 테스트 항목에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

1. 전기 성능 테스트

주로 낮은 수준의 접촉 저항 테스트, 전압 저항 테스트, 절연 저항 테스트, 커패시턴스, 온도 상승 테스트 등을 수행합니다.

1.1 저레벨 접촉 저항 테스트（Low level contact resistance）

• 테스트 방법: EIA-364-23 참조
• 목적: 커넥터를 서로 연결한 후 각 채널 접점의 실제 접촉 상태를 확인
• 원리: 각 접점 채널에 전압을 인가하고 정격 전류를 통과시켜 접점 채널의 전압 강하를 측정하고 저항 값을 계산합니다.

1.2 유전체 내전압 테스트（Dielectric withstanding voltage）

• 테스트 방법: EIA-364-20 참조
• 목적: 커넥터가 정격 전압에서 작동하기에 안전한지 여부와 과부하를 견딜 수 있는 능력을 확인하고 커넥터 절연 재료 또는 절연 간격의 적합성을 평가
• 원리: 커넥터의 접점 채널과 접점 채널 사이, 접점 채널과 외부 케이싱 사이에 지정된 전압을 가하고 지정된 시간 동안 유지하여 고장 또는 방전 여부를 관찰합니다.

1.3 절연 저항 테스트（Insulation Resistance）

• 테스트 방법: EIA-364-21 참조
• 목적: 커넥터의 절연 저항이 고온 및 습도에 노출되었을 때 회로 설계의 요구 사항 또는 기술 조건을 충족하는지 확인하여 물리적 열화로 인한 전기 기능의 손실을 방지
• 원리: 커넥터의 저항 값은 채널 사이의 커넥터 부분에 정격 전압을 인가하여 절연 부분의 표면 또는 내부에 누설 전류가 발생하도록 하여 얻습니다.

1.4 정전 용량 테스트（Capacitance）

• 테스트 방법: EIA-364-30 참조
• 목적: 전류 또는 신호 침투로 인한 신호 간섭을 피하기 위해 커넥터 단자 간 또는 단자와 다른 금속 도체 간의 커패시턴스를 결정
• 원리: 1KHz 또는 1MHz의 테스트 주파수에서 인접한 두 채널 간의 커패시턴스를 테스트합니다.

1.5 온도 상승 테스트（Contact Current Rating）

• 테스트 방법: EIA-364-70 참조
• 목적: 커넥터가 장시간 높은 부하에서 안전하고 안정적으로 작동할 수 있는지 확인하는 것입니다.
• 원리: 수 커넥터와 암 커넥터를 함께 조립하고 양쪽 끝에 전압을 가하고 각 채널에 정격 전류를 통과시키면 전류가 단자의 핀을 통해 흐르면서 접점의 온도가 상승합니다.

2. 기계적 성능 테스트

여기에는 내구성 테스트, 플러그 연결 및 분리 테스트, 진동 테스트, 기계적 충격, 4축 연속성 테스트, 압축 강도 테스트, 임계 치수, 도금 테스트 등이 포함됩니다.

2.1 내구성 테스트（Durability）

• 테스트 방법: EIA-364-9 참조
• 목적: 커넥터의 반복적인 연결 및 분리가 커넥터에 미치는 영향을 평가하고 실제 사용 시 커넥터의 연결 및 분리 조건을 시뮬레이션
• 원리: 커넥터는 지정된 횟수에 도달할 때까지 지정된 속도로 연속적으로 연결 및 분리됩니다.

2.2 삽입 및 탈착력 테스트（Insertion and Extraction force ）

• 테스트 방법: EIA-364-13 참조
• 목적: 사용 중인 커넥터의 삽입 및 탈착력을 시뮬레이션하고 실제 사용 요구 사항을 충족하는지 여부를 확인
• 원리: 커넥터를 지정된 속도로 완전히 삽입 또는 제거하고 해당 힘을 기록합니다.

2.3 진동 테스트（Vibration）

• 테스트 방법: EIA-364-28 참조
• 목적: 커넥터 및 구성 요소의 성능에 대한 진동의 영향을 유추하여 결정하고, 커넥터의 수명 동안 발생할 수 있는 주 주파수 대역 또는 무작위 진동 대역 및 진폭에 대한 진동의 영향을 결정
• 원리: 기계의 특정 진동 주파수를 설정함으로써 제품의 물리적 및 전기적 특성을 사용 중인 특정 진동 조건에서 제품의 물리적 및 전기적 특성과 유사하게 만들어 다양한 진동 조건에서 제품의 기능을 보장합니다.

2.4 기계적 충격（Mechanical Shock）

• 테스트 방법: EIA-364-27 참조
• 목적: 소비자가 가속된 움직임의 하중 하에서 제품을 사용하는 것과 유사하게 다양한 가속 조건에서 연결의 기능을 보장하기 위한 것
• 원칙: 소비자가 가속 운동 하중 하에서 제품을 사용하는 것과 유사하게 기계의 특정 움직임을 사용하여 다양한 가속 조건에서 연결의 기능을 보장합니다.

2.5 4축 연속성 테스트（4-Axis Continuity）

• 테스트 방법: 실제 테스트 사양에 따름(USB용 4축 연속성)
• 목적: 작동 오류로 인한 커넥터 파손 또는 접촉 불량 방지를 위해 커넥터 플러그가 위에서 아래로, 왼쪽에서 오른쪽으로 견딜 수 있는 축 방향 힘을 테스트. 커넥터 제조 또는 사용 중 접점 단자의 상태를 확인하고 외부 힘으로 인해 접점 단자가 작동 위치에서 이탈하여 연결 기능이 손실되는 것을 방지
• 원리: 힘 적용 장치를 사용하여 플러그의 네 면 모두에 지정된 위치에서 표준 힘을 가합니다.

2.6 렌치 강도 테스트（Wrenching Strength）

• 테스트 방법: 실제 테스트 사양에 명시된 대로(USB에 대한 렌칭 테스트)
• 목적: 커넥터가 상하좌우 네 방향에서 견딜 수 있는 축 방향의 힘을 비교하여 사용 중 소비자 실수로 인해 커넥터가 파손되는 것을 방지. 또한 제조 및 사용 중에 접촉 단자가 양호한 상태를 유지하여 외부 힘으로 인해 접촉 단자가 작동 위치에서 이탈하여 연결 기능이 손실 방지
• 원리: 모든 방향에서 지정된 위치에 힘을 가하는 장치를 사용하여 커넥터에 표준 힘을 가하며, 이는 커넥터 플러그가 파손되었는지 여부와 유사합니다.

3. 환경 성능 테스트

여기에는 온도 수명, 열 충격, 혼합 가스 부식, 온도 및 습도 사이클링, 온도 변화 등이 포함됩니다.

3.1 온도 수명 테스트（Temperature Life）

• 테스트 방법: EIA-364-17 참조
• 목적: 고온 환경에 노출되었을 때 커넥터의 성능을 시뮬레이션
• 원리: 다양한 온도 및 습도 조건에서 고온 챔버에 보관하여 커넥터의 물리적 및 전기적 특성을 확인합니다.
  
  

3.2  열 충격 테스트（Thermal Shock）

• 테스트 방법: EIA-364-32 참조
• 목적: 급격하고 큰 온도 변화에서 커넥터의 기능적 품질에 미치는 영향을 시뮬레이션
• 원리: 열 충격 테스트 챔버는 다양한 온도 조건에서 사용되는 제품의 조건을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.

3.3 혼합 유동 가스 테스트（Mixed Flowing Gas）

• 시험 방법: EIA-364-65 참조
• 목적: 다양한 농도의 혼합 유동 가스에 노출된 커넥터의 내식성 및 성능에 미치는 영향을 시뮬레이션
• 원리: 시편을 다양한 가스 혼합물에 노출시키고 지정된 시간 후에 시편을 제거하여 시편의 물리적 및 전기적 특성을 조사합니다.

3.4 주기적 온도 및 습도（Cyclic Temp and Humidity）

• 테스트 방법: EIA-364-31 참조
• 목적: 다양한 온도 및 습도 조건에서 실제 사용 시 제품의 성능을 비교하여 시료가 손상되거나 성능이 저하되지 않도록 하고, 고습 조건에서 시료의 작동 가능성을 검증. 고온 다습한 조건에서 커넥터의 기능을 검증
• 원리: 커넥터를 다양한 온도와 습도의 항온항습실에 보관하여 커넥터의 물리적 및 전기적 특성을 확인합니다.

3.5 열 장애（Thermal Disturbance）

• 테스트 방법: EIA-364-31 참조
• 목적: 운송 및 사용 중에 발생할 수 있는 가장 가혹한 조건에서 극한의 고온 및 저온을 견디는 능력과 고온 및 저온 충격에 교대로 노출되는 것을 시뮬레이션
• 원리: 고온 및 저온 테스트 챔버를 통해 다양한 온도 조건에서 제품의 상태를 시뮬레이션합니다.

결론

GRL은 케이블 및 커넥터 인증 테스트에 다년 간의 경험을 가지고 있으며 다양한 고속 인터페이스(DisplayPort, HDMI, USB 등) 사양 및 시험 인증에 익숙합니다. HDMI 시험 인증 등 테스트 또는 설계에 대해 궁금한 점이 있으면 언제든지 문의하십시오! 향후 고주파 성능도 소개할 예정이니 많은 기대 부탁 드립니다.

References

1. Universal Serial Bus Cables and Connectors Class Document Revision 2.0 August 2007
2. Universal Serial Bus Specification Revision 2.0 April 27, 2000
3. Universal Serial Bus 3.1 Legacy Connectors and Cable Assemblies Compliance Document Revision 1.1 April 3, 2018
4. USB 3.1 Legacy Cable and Connector Specification Revision 1.0 September 22, 2017
5. Universal Serial Bus Type-C Connectors and Cable Assemblies Compliance Document Revision 2.1b June 2021
6. EIA-364

Author
GRL Dongguan, Mark Jiang 

GRL 테스트 엔지니어는 케이블 및 커넥터 설계 및 제조 업계에서 15년 이상의 경력을 보유하고 있으며 HDMI, DisplayPort, USB 및 기타 케이블 및 커넥터 인증 테스트 및 사양에 능숙합니다.

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Release date 2022/04/13 AN-220413-TW