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連接器基础知识與检验标准講師:SunLing2013/10/22課程大綱1.連接器定義及功能2.連接器之零件及機能3.連接器之使用4.连接器產品之介紹5.连接器產品之工艺流程6.连接器產品之检验标准及方法連接器的定義與功能何謂連接器?“是一電子被動元件,提供兩系統一個可分離的介面,並且不會造成系統功能無法接受的效果”連接器本身不會產生訊號或電力,但卻明顯的會造成電壓降,也就是能量的衰減.這是因為連接器本身的電阻所產生.為了減少能量衰減過多,造成系統過熱或訊號喪失,在設計時即成為一重要關鍵考量.連接器的定義與功能為了達成此功能,連接器必須具備以下結構:-接觸介面(ContactInterface)-接觸表層(ContactFinish)-端子彈性體(ContactSpring)-連接器本體(ConnectorHousing)連接器的定義與功能連接器的零件與機能一般連接器必備有以下零件:-電鍍層Platingfinish電鍍層提供端子基材(基底金屬)之保護,免於遭受腐蝕或污染,並且維持接觸介面之最佳狀態.-端子Contact從接觸介面傳遞訊號或電力至永久接合處,所以必須提供必要的正向力來維持接觸介面之穩定,及適當的永久接合處之機構.-本體(塑膠)Housing端子間之絕緣體,挾持端子使其固定在正確位置,並對端子提供必要的機械性及操作中環境之保護.連接器的零件與機能-電鍍層Platingfinish-------鎳電鍍層通常使用鎳(Nickel),錫鉛(Tin-Lead)或錫(Tin),鈀鎳(Palladium-Nickel),金(Gold),及銀(Silver)為電鍍材料.這些金屬材料分為貴重金屬(NobleMetal)與非貴重金屬(Non-nobleMetal).最常使用的組合是鍍鎳底,再加上鍍金及錫鉛.鎳底可提供必要的接觸界面硬度,以抵抗磨耗增加插拔次數,並防止金與基底金屬間的析出(Diffusion)現象.其為非貴重金屬,易與氧氣起化合作用,產生氧化層,然此氧化層不會向下腐蝕.此氧化層為不平滑表面,因此亦可作為基底金屬因針孔(Pore)在表層形成腐蝕物之擴散阻隔.連接器的零件與機能-電鍍層Platingfinish------錫鉛錫鉛通常是用在永久接合處,提供一個易於銲接的狀態.一般使用錫鉛比為63:37,60:40,或是90:10.使用鉛是為了降低熔點以及銲接時的溫度,並增加硬度及避免錫絲的產生.錫鉛為非貴重金屬,亦與氧氣產生氧化層.有時會使用於電力連接器(Powerconnector)的接觸介面鍍層,但因有FrettingCorrosion的問題,所以較少在低正向力的連接器上使用,而通常傳遞訊號之連接器其正向力皆不高.錫鉛鍍層提供了鎳底的保護,在銲接的過程中,熔融的錫將表層錫鉛鍍層熔化後,再與未受污染的鎳層做接合,達到所需的接合力.錫與銅之接合力較差.連接器的零件與機能-電鍍層Platingfinish------金金為貴重金屬(惰性金屬),不易產生氧化物,可保持接觸面的最佳狀況,亦可作為基底金屬的保護層.鍍金層之電鍍厚度會影響針孔數目的多寡以及接觸介面的電阻值.金的硬度較低,可成為接觸介面的金屬潤滑劑,降低磨耗或刮削.且因金較軟,在施加較少的正向力下,即可得到所需的接觸面積,以獲得較佳的接觸狀態,也就是較低的接觸阻抗.金一般使用在接觸介面,但亦有使用在永久接合處.但為顧忌有污染錫槽及銲接性的問題,通常永久接合處的鍍金皆以GoldFlash為主.連接器的零件與機能-端子Contact端子必須是導體,且最好是阻抗係數低的金屬.金與銀是最好的導體,但因價格與機械性質等因素而常採用銅合金.連接器最常採用的是黃銅(Brass),磷青銅(PhosphorBronze),以及鈹銅(Beryllium-Copper).黃銅有應力釋放過快及成型較差的缺點,但加工較容易並且導電性佳.鈹銅較無應力釋放問題,但價格高且有毒性,所以不常使用.磷青銅加工性與應力釋放問題皆屬第二順位,但價格與所能提供之機械性質皆尚能符合需求,所以最常被使用.然銅合金容易氧化,所以必須提供保護,最常是使用鍍層(電鍍,浸鍍,滾鍍等).連接器的零件與機能黃銅‧銅鋅合金,70/30,‧UNSC2XXX,‧0.2%降伏強度60-80ksi‧應力鬆弛抵抗力較低,‧法向力會有極大損失,‧75度c為上極限溫度.‧成形性佳‧導電性好26%ICAS‧成本低‧易腐蝕開裂‧不適於彈簧夾使用黃銅‧銅鋅合金,70/30,‧UNSC2XXX,‧0.2%降伏強度60-80ksi‧應力鬆弛抵抗力較低,‧法向力會有極大損失,‧75度c為上極限溫度.‧成形性佳‧導電性好26%ICAS‧成本低‧易腐蝕開裂‧不適於彈簧夾使用磷青銅‧銅錫合金‧UNSC51XX,C52XX‧0.2%降伏強度77-100ksi‧高強度性能好‧可接受的應力鬆弛抵抗力‧較好的變形能力‧導電性好10-20%ICAS‧具強度,導電性,可鍛性及成本的良好組合磷青銅‧銅錫合金‧UNSC51XX,C52XX‧0.2%降伏強度77-100ksi‧高強度性能好‧可接受的應力鬆弛抵抗力‧較好的變形能力‧導電性好10-20%ICAS‧具強度,導電性,可鍛性及成本的良好組合鈹銅銅鈹合金‧UNSC17XXX‧0.2%降伏強度95-180ksi‧很高的強度性能‧可接受的應力鬆弛抵抗力‧高強度下良好的變形能力‧導電性好16-26%ICAS‧成本高鈹銅銅鈹合金‧UNSC17XXX‧0.2%降伏強度95-180ksi‧很高的強度性能‧可接受的應力鬆弛抵抗力‧高強度下良好的變形能力‧導電性好16-26%ICAS‧成本高其他:銅鎳合金:C7XXXX機械強度介於黃銅與磷青銅之間,高導電性,可於高電流應用.高銅合金:C1XXXX降伏70ksi,高導電性90%ICAS,需要極高導電性時應用.銅鈦合金:機械性質媲美銅鈹合金,高溫強度最佳,時效處理溫度低(390-460).其他:銅鎳合金:C7XXXX機械強度介於黃銅與磷青銅之間,高導電性,可於高電流應用.高銅合金:C1XXXX降伏70ksi,高導電性90%ICAS,需要極高導電性時應用.銅鈦合金:機械性質媲美銅鈹合金,高溫強度最佳,時效處理溫度低(390-460).連接器的零件與機能-端子Contact端子必須提供正向力,通常稱提供正向力的端子為母端端子,而另一端則為公端.端子的長度與截面積直接影響電阻值.與長度成正比但與截面積成反比.除此之外端子的幾何設計會影響插拔力,插拔次數,正向力,與挾持力.端子的一端為接觸介面,另一端為永久接合處.永久接合處視使用上的不同,而有各式的設計,最常見的有DIP及SMT錫腳的設計.此外尚有IDC,Crimp,Press-Fit,Compliant,StraddleMount,及WireWrap等各式設計,以符合不同的需要.此永久性接合是以一次接合為主,接合後即不再拆離,通常是客戶做系統組裝時,必須使用的機構,所以亦是設計的重點之一.端子提供如下三个功能：A、传输电力或信号B、提供端子正向力来建立和维持可分离的端子接触界面C、提供永久性端子接触界面的连接点連接器的零件與機能-本體Housing本體必須是非導體,以作為端子間的隔離,避免訊號或電力干擾或不正常傳導.另外也作為使用者的安全防護,避免電擊.本體必須要易於加工,通常在考量加工性,機械強度,電器特性與回收再利用性後,一般皆選用熱塑性塑膠材料.常用的塑膠材料有Nylon,LCP,PBT,PET,PCT,及PPS等.為了達到必要的機械強度,通常會在塑膠材料中加入30%的玻璃纖維.且為了達到工業安全標準,必須添加防火材料.以往銲接是用WaveSoldering或手工焊接,所以不太重視塑膠本體的耐溫性.現今因SMT技術的盛行,許多系統廠商在選用連接器時,多會要求210-230C的高耐溫性.這帶動了Nylon材料的改良,以及LCP與PPS的使用高峰.連接器的零件與機能-本體Housing良好的塑膠本體設計,可以提供穩定的端子位置,保護端子避免外力不正常撞擊,降低端子遭受環境污染的敏感度,以及作為定位與導正的機構.一般塑膠本體加工方式為射出成型.在設計時除了要達成功能需求外,也必須考慮成型性,脫模方式與流動性.连接器壳体提供如下四项功能：A、端子间的电气绝缘B、固定端子的几何位置，利于插入和尺寸稳定C、为端子提供机械保护和支撑D、将端子从应用环境中隔离开来，减少对腐蚀的敏感連接器的零件與機能-其他零件除了上述三種零件外,為了配合特殊需要,尚有一些常用的零件,如:CAP,Shield,Cover,Actuator,Lock-down,Ear,Push-Push,Latch,Screw/Nut,Spring,Cam,及Filter等.這些通常是為了特殊規格與需求而使用,並非連接器之必要構成件.连接器的基本性能•连接器的基本性能可分为三大类：即机械性能、电气性能和环境性能。另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性（durability）指标，在国标GB5095中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环，以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能（如接触电阻值）作为评判依据。•1．机械性能就连接功能而言，插拔力是重要地机械性能。插拔力分为插入力和拔出力（拔出力亦称分离力），两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定，这表明，从使用角度来看，插入力要小（从而有低插入力LIF和无插入力ZIF的结构），而分离力若太小，则会影响接触的可靠性。连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构（正压力大小）接触部位镀层质量（滑动摩擦系数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。•2．电气性能连接器的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。①接触电阻高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。②绝缘电阻衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标，其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。③抗电强度或称耐电压、介质耐压，是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。④其它电气性能。电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果，一般在100MHz~10GHz频率范围内测试。对射频同轴连接器而言，还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比（VSWR）等电气指标。由于数字技术的发展，为了连接和传输高速数字脉冲信号，出现了一类新型的连接器即高速信号连接器，相应地，在电气性能方面，除特性阻抗外，还出现了一些新的电气指标，如串扰（crosstalk），传输延迟（delay）、时滞（skew）等。•连接器的基本性能•3．环境性能常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。①耐温目前连接器的最高工作温度为200℃（少数高温特种连接器除外），最低温度为-65℃。由于连接器工作时，电流在接触点处产生热量，导致温升，因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中，明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高温升。②耐湿潮气的侵入会影响连接h绝缘性能，并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%（依据产品规范，可达98%）、温度+40±20℃，试验时间按产品规定，最少为96小时。交变湿热试验则更严苛。③耐盐雾连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时，其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀，影响连接器的物理和电气性能。为了评价电连接器耐受这种环境的能力，规定了盐雾试验。它是将连接器悬挂在温度受控的试验箱内，用规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出，形成盐雾大气，其暴露时间由产品规范规定，至少为48小时。④振动和冲击耐振动和冲击是电连接器的重要性能，在特殊的应用环境中如航空和航天、铁路和公路运输中尤为重要，它是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形，以及电气连续性中断的时间。⑤其它