连接器设计基础讲义

優質．創新．誠信．感恩驊陞實業股份有限公司WiesonElectronicCo.LTD.專案進度管控第一講隆輝2004/06/18優質．創新．誠信．感恩內容-正向力(NormalForce)-正向力,永久變性,耐耗性(壽命週期)關係-接触電阻(ContactResistance)-導電係數,導電率(IACS%)-溫升與電流評級(CurrentRating)-插入力/拔出力(Insertion/WithdrawalForce)-Buckling(挫曲)強度接触物理學基本概念優質．創新．誠信．感恩Type:直線的彈簧ABCDEFGHITensileSPreferNs=67.014Kg/mm2s=M*C/I=P*L*h/(2*bh3/12)=6*P*L/bh2=3*E*d*h/(2*L2)P=0.047Kgd=PL3/(3*E*I)SymblebhLIdE(Kg/mm2)(Kg/mm2)Force(Kg)Data0.200.201.900.00010.098960700.05P荷重(NormalForce正向力)TensileSPreferNs=67.014Kg/mm2s=M*C/I=P*L*h/(2*bh3/12)=6*P*L/bh2=3*E*d*h/(2*L2)P=0.047Kgd=PL3/(3*E*I)SymbolbhLIdE(Kg/mm2)(Kg/mm2)Force(Kg)Data0.200.201.900.00010.098960700.05何謂正向力(NormalForce)彈性臂長度=L寬度=b厚度=h優質．創新．誠信．感恩正向力(NormalForce)正向力與產品的可靠性有絕對的關係。正向力與接觸電阻有密切的關係。正向力與Mating/Un-matingforce有關。正向力與振動測試時之瞬斷(Intermittence)有密切的關係，增加正向力可改善瞬斷問題。正向力會嚴重影響電鍍層之耐磨耗性。優質．創新．誠信．感恩永久變形(PermanentSet)和正向力之關係端子位移0.9mm05010015020025000.10.20.30.40.50.60.70.80.9位移(mm)正向力(g)第一次測試第十次測試優質．創新．誠信．感恩端子反覆耐耗性(Durability)實驗端子位移0.7mm0501001502002501100120013001400150016001700180019001Cycle數正向力(g)優質．創新．誠信．感恩臨界應力設計討論理論計算之正向力非常接近實驗值。永久變形受最大應力值影響，也就是應力集中之影響-會造成永久變形。永久變形量不會造成端子正向力降低，而是端子彈性係數增加(所謂加工硬化)。=尺寸包容度會下降.當理論應力值大過材料強度-其反覆耐壓之次數無法達到1萬次，應力愈高次數愈少，但應力超過最大值之1.8倍時尚有2000cycles.以上測試是在實驗室環境下所測得之案例，若產品設計高出材料強度很多時很容易產生跪針(垮Pin)現象。優質．創新．誠信．感恩接觸阻抗(ContactResistance)...111fcbulkRRRCR優質．創新．誠信．感恩接觸電阻設計電子連接器接觸電阻設計包括兩部分：端子材料電阻接觸端電阻優質．創新．誠信．感恩兩個相同材料的接触點的電阻Rc1.)Rc=s/ds:材料的導電率2.)H=F/AH:材料硬度F:正向力A:接触點的面積3.)A=IId*d/4將2.)和3.)代入1.),得如下1/21/2Rc=s*(H/F)*(4/II)優質．創新．誠信．感恩正向力與接觸電阻關係050100150200250NormalForce(gf)0.010.020.030.040.050.0LLCR(mOhm)T:0.15R:0.30Au:1Sample1Sample2Sample3Sample4Sample5由左圖可看出,鍍金端子只需50g的正向力即可達到10mohm接触電阻以下.*鍍錫則需150g.優質．創新．誠信．感恩材料電阻計算磷青銅(C5191,5210)的導電率約為13%，黃銅(C2600)導電率約26%，BeCuandC7025則可達到40%，因此選擇適當材料是降低電阻最有效的方法。端子長度及截面積受電子連接器外型及pitch而決定，可變更的範圍受到限制。ALmRBs31024.17)(L:端子導電長度(mm)A:端子截面積(mm2)s:導電率(ICAS%)優質．創新．誠信．感恩材料電阻計算以長度為7mm,厚度為0.25mm,寬度為0.3mm,磷銅導線(s17.24*12.04%)計算-R=13.33mohm(端子材料本身的電阻不含接觸端電阻)ALmRBs31024.17)(L:端子導電長度(mm)A:端子截面積(mm2)s:導電係數優質．創新．誠信．感恩溫升(TemperatureRise)連接器有電流評級(CurrentRating)這項規格-也就是它不會影響電氣特性下所能使用的最大電流量.通常以溫度上升來評斷.通常在30℃以下.可使用以下簡單的計算公式：2222ALJTT:degreeFJ:current(amps)L:beamlength(in)A:crosssectionarea(in*in):electricconductivity(%IACS)k:thermalconductivity(BTU/ft.hr.F)優質．創新．誠信．感恩保持力(RetentionForce)設計在連接器SMT化及小型化的趨勢下，保持力的設計必須非常精準。保持力太大，有兩項缺點：(1)增加端子組入housing所需的插入力，易造成組裝時端子變形(2)另外會增加housing內應力，易造成housing變形或在過完SMT後翹曲。保持力太小，有兩項缺點：(1)正向力不夠，造成電訊接觸不良，(2)端子易鬆脫(退Pin)優質．創新．誠信．感恩典型的干涉(倒刺)匹配幾何形狀:雙邊干涉單邊干涉膠芯端子優質．創新．誠信．感恩PPSG.F40%Nylon6T30%G.FCH230N6.62LCPG.F30%(DuponE6006L)5.28LCPF.F30%(VectraE130i)6.90AI-PolymerMS-6G30(Formula)F=aΣTiLi+btΣTiHiRetentionForce=1.984KgMT'LtabR2精準PBTG.F15%5.701.8595.800.95124.60%PBTG.F30%7.17PPSG.F30%8.00LCPG.F30%(VectraA130)8.60LCPG.F30%(VectraL130)6.946.21t:Plasticmaterialshearstrength:7.17Thkofbarb:0.30Interferenceofbarbsandplasticwalls(Hi):0.15Length1ofBarb(Li):0.10Length2ofBarb(Li):0.10實驗方程式優質．創新．誠信．感恩MT'LTypet*b(單邊)LCPDu-PonZeniteG130L118.416LCPSumitomoSumikE6006L216.934LCPHOECHSTVecttraL140317.323PA46DSMStanlyTE250F6430.123PA6TArlenC430CN516.600PCTEastmanCG941612.913PA6TArlenCH230N717.707PBTD202G30(新光)822.205PBT1403G6g(南亞)913.570PPS-GS401018.699AI-Polymer-MS-6G301117.322LCPE130i1217.0378(Formula公式二)t*b(單邊or雙邊):22.20516.752a(單邊or雙邊)5.0015.0970.250MaterialType材料型號3.7372.4715.00116.7526.9155.90713.795F=aΣTiLi+btΣTiHi9.59314.715a(單邊)5.52110.7964.6327.7386.7842.486精準5.0974.8026.301a(雙邊)3.085.93015.53914.3957.2545.99211.2999.53511.26422.72511.2773.0996.605Thkofbarb倒刺厚度:t*b(雙邊)4.8296.6546.1648.1717.569優質．創新．誠信．感恩單Pin插/拔力FemaleContactCrossSectionMaleContact優質．創新．誠信．感恩單Pin插入力/拔出力連接器匹配力/分離力(mating/UnmatingForce)需將Housing所產生的阻力(干涉+摩擦)加入考慮.ContactSpringForceP=Kd=N(Cosq-mSinq)InsertionForceH=2(Fcosq+Nsinq)=2N(mCosq+Sinq)=2P(mCosq+Sinq)/(Cosq-mSinq)=2Pw優質．創新．誠信．感恩mq(oC)0510152025303540450.15Sinq00.0870.1740.2590.3420.4230.5000.5740.6430.7070.18Cosq10.9960.9850.9660.9400.9060.8660.8190.7660.7070.30(m=0.15)0.150.240.340.440.540.660.800.951.171.35(m=0.18)0.180.270.370.470.580.710.851.011.201.44(m=0.30)0.300.400.500.620.750.891.061.271.521.86233650658299119142175203304867871091331591902332713658801051301591912282803252741557187106127151180216365474941161411692012402884365881131401692032422883454560759311213415919022827960801011241491782122533043717296121148179214255304365446H(g)w120(P=75,m=0.15)=(P=100)=(P=120)=(P=75,m=0.18)=(P=100)=(P=75,m=0.30)=(P=120)=(P=120)=(P=100)=P75100單Pin插入力計算結果優質．創新．誠信．感恩插入力太大:=大於Buckling(挫曲)強度,會造成垮針現象.解決的方法:=降低端子(接触片)的導入角(leadinangle)q降低摩擦係數優質．創新．誠信．感恩單Pin插/拔力垮針(/跪Pin)現象優質．創新．誠信．感恩•Thankyou!