經(jīng)典連接器設(shè)計(jì)教程

1、n正向力設(shè)計(jì)n最大應(yīng)力設(shè)計(jì)n保持力設(shè)計(jì)n接觸電阻設(shè)計(jì)n金屬材料選用n應(yīng)力釋放設(shè)計(jì)l鍍金端子正向力：100 gf 或小於 100 gf。l鍍錫鉛端子正向力必須大於 150 gf。l正向力與產(chǎn)品的可靠性有絕對的關(guān)係。l正向力與接觸電阻有密切的關(guān)係。l若 PIN 數(shù)大於 200 可適度降低正向力。l正向力與 mating/unmating force 有關(guān)。l正向力與振動(dòng)測試時(shí)之瞬斷(intermitance)有密切的關(guān)係，增加正向力可改善瞬斷問題。l正向力會(huì)嚴(yán)重影響電鍍層之耐磨耗性。050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0L

2、LCR ( mOhm )T:0.15 R:0.30 Au: 1Sample 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 5材料強(qiáng)度 = 750 Mpa大小端子應(yīng)力值703 Mpa1111 Mpa1244 Mpa(1) 1355 MPal最大應(yīng)力材料強(qiáng)度( 680-780 MPa for C5210EH )。lFEM 分析所得之最大應(yīng)力含應(yīng)力集中效應(yīng)，通常會(huì)大於 nominal stress ，因此應(yīng)排除應(yīng)力集中效應(yīng)。22336234bhLFLdEhLdEbhF d : 位移量 (mm) E : 彈性係數(shù) (110 Gpa) : 最大應(yīng)力(Mpa) F : N(98gf)理論

3、最大應(yīng)力理論正向力* Forming and blanking 端子設(shè)計(jì)差異及重點(diǎn)材料強(qiáng)度 = 750 Mpa大小端子應(yīng)力值703 Mpa1111 Mpa1244 Mpa(1) 1355 MPal最大應(yīng)力材料強(qiáng)度( 680-780 MPa for C5210EH )。lFEM 分析所得之最大應(yīng)力含應(yīng)力集中效應(yīng)，通常會(huì)大於 nominal stress ，因此應(yīng)排除應(yīng)力集中效應(yīng)。l高應(yīng)力設(shè)計(jì)的趨勢：Connector 小型化的趨勢，使端子最大應(yīng)力已大於材料強(qiáng)度，如何在臨界應(yīng)力下設(shè)計(jì)端子是重要課題。l臨界應(yīng)力的設(shè)計(jì)應(yīng)以理論應(yīng)力值為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)，所考慮的因素包括：位移量，理論應(yīng)力，永久變形量，反覆差拔

4、次數(shù)。位移(mm)最大應(yīng)力 (Mpa)永久變形量(mm)Cycle No.理論值FEM理論值/材料強(qiáng)度0.22975250.40100000.34457870.60.01100000.459410500.80.02100000.574213121.00.05100000.689115751.20.0980000.7104018381.40.1550000.8118821001.60.20 0.9133723631.80.2720001.0148526252.00.34 0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.000.511.5Nor

5、malForce(Excel;g)NormalForce(FEM:g)NormalForce(Measure;g)0 00.10.10.20.20.30.30.40.40 00.20.20.40.40.60.60.80.81 11.21.21.41.41.61.61.81.82 2理論應(yīng)力 / 材料強(qiáng)度永久變形量 (mm)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端子位移0.7mm050100150200250110012001 30014001 50016001 70018001 900

6、1Cycle數(shù)正向力(g)l以理論方式計(jì)算之正向力非常接近實(shí)驗(yàn)值。l永久變形受 FEM 最大應(yīng)力值影響，也就是應(yīng)力集中之影響，因此應(yīng)力集中會(huì)造成永久變形。l永久變形量不會(huì)造成端子正向力降低，而是端子彈性係數(shù)(正向力/位移量)增加。l當(dāng)端子之理論應(yīng)力值大過材料強(qiáng)度時(shí)，其反覆耐壓之次數(shù)及無法達(dá)到1萬次，應(yīng)力愈高次數(shù)愈少，但應(yīng)力超過最大值之1.8倍時(shí)尚有2000 cycles.l以上測試是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下所測得之案例，若產(chǎn)品設(shè)計(jì)高出材料強(qiáng)度很高時(shí)很容易產(chǎn)生跪針現(xiàn)象。l在連接器 smt 化及小型化的趨勢下，保持力的設(shè)計(jì)必須非常精準(zhǔn)。l保持力太大，有兩項(xiàng)缺點(diǎn)：(1)增加端子插入力，易造成端子變形(2)增加

7、housing 內(nèi)應(yīng)力，易造成housing 變形。l保持力太小，有兩項(xiàng)缺點(diǎn)：(1)正向力不夠，造成電訊接觸品質(zhì)不良，(2)端子易鬆脫l保持力設(shè)計(jì)參數(shù)包括：塑膠選用，端子卡榫設(shè)計(jì)，干涉量設(shè)計(jì)。l SMT type Connectors 必須使用耐高溫的塑膠材料，常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。l端子卡榫設(shè)計(jì)大致分為單邊及雙邊兩類，每一邊又可以單層及雙層或三層。l干涉量通常設(shè)計(jì)在40 mm-130 mm 之間l卡榫的設(shè)計(jì)變數(shù)包括：單邊與雙邊單凸點(diǎn)與雙凸點(diǎn)凸點(diǎn)平面寬度(4,8 mm)凸點(diǎn)插入角度(30, 60)前後凸點(diǎn)高度差(0.02, 0.04 mm)n塑膠材料的保持力差異性很

8、大，同一種卡榫及干涉量的設(shè)計(jì)，不同的塑料，保持力會(huì)有500 gf 以上的差別。n一般而言：nylon的保持力大於LCP，PCT則介於兩者之間，但同樣是LCP，不同廠牌間的差異性非常大，有將近400 gf的差異。n干涉量的設(shè)計(jì)最好介於40 mm-100 mm 之間，因?yàn)楦缮媪啃§?0 mm ，保持力不穩(wěn)定，大於100 mm，保持力不會(huì)增加，干涉量介於兩者之間，保持力呈線性的方式增加，增加的量隨材料及卡榫設(shè)計(jì)的差異約在30-120 (gf/10mm)。n凸點(diǎn)平面長度和保持力有很大的關(guān)係，長度越長，保持力越大。n單邊卡榫較雙邊的保持力大。n雙凸點(diǎn)較單凸點(diǎn)的保持力大，但不明顯，可以忽略。n凸點(diǎn)前的導(dǎo)角

9、角度與保持力無關(guān)。n較薄的板片保持力也相對的較低n總結(jié)而論：由(4,5,8)項(xiàng)結(jié)論可知，端子和塑膠接觸面積越大，保持力保持力越大，而且其效非常明顯。， r_F : 保持力 (gf) I : 干涉量 (10 mm) Zenite 6130L (A3)Sumik E6006L (B3)Vectra L140 (C4)PA 46 TE250F6 (D3)PA 6T C430CN (E3)PCT CG941 (F4)B02r_F42 I1r_F29 I58r_F54 I89r_F24 I349r_F44 I12r_F40 I5B03r_F27 I147r_F35 I4r_F40 I6r_F47 I14

10、6r_F53 I60r_F36 I31B22r_F74 I222r_F43 I196r_F77 I270r_F73 I646r_F82 I391r_F41 I416.111fcbulkRRRCRl電子連接器接觸電阻設(shè)計(jì)包括兩部分：n端子材料電阻1.接觸端電阻l磷青銅(C5191, 5210)的導(dǎo)電率約為13%，黃銅(C2600)導(dǎo)電率約26%，BeCu and C7025 則可達(dá)到40%，因此選擇端子材料是降低接觸電阻最有效的方法，可降為原來的1/2-1/3。l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(fàn)圍受到限制。ALmRB31024.17)(L : 端子導(dǎo)電長度 (mm)

11、A : 端子截面積 (mm2) : 導(dǎo)電率 (%)l正向力在 50-150 gf 之間接觸點(diǎn)電阻值在4-8 m-ohm。l正向力小於50 gf, 接觸電阻則快速增加。050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.30 Au: 1Sample 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 55 . 3)(300)(gfFmRCl接觸電阻包含端子材料電阻和接觸點(diǎn)電阻兩項(xiàng)和。l一般連接器設(shè)計(jì)使用100gf 的正向力設(shè)計(jì)，接觸端電阻可設(shè)定為 6.5 m-ohm，再加上端

12、子材料電阻即是接觸電阻。l高導(dǎo)電率材料選用對降低接觸電阻效果最顯著，增加正向力對降低接觸電阻沒有效果。l接觸端的半徑對接觸電阻值沒有顯著影響。l高電流連接器設(shè)計(jì)之重點(diǎn)在降低接觸電阻，降低接觸電阻的主要方法為 1.選擇高導(dǎo)電率的端子材料，2. 增加端子截面積。n請計(jì)算接觸電阻n23.2n25.5n29.8n33.3l應(yīng)力釋放：當(dāng)材料在受應(yīng)力及溫度環(huán)境下，長時(shí)間所造成的正向力下降的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力釋放，通常以原受力的百分比表示。l溫度越高，受力時(shí)間越長，應(yīng)力釋放的越大l一般規(guī)定應(yīng)力釋放在 3000 hr 以上仍然能維持70%以上的力量才合乎設(shè)計(jì)的原則。l根據(jù)以上的規(guī)定，可提出一簡單的設(shè)計(jì)原則：70以下可使用C260(黃銅)，70-105可使用C510,C521(磷青銅)，105以上則須使用C7025, BeCu, TiCu等較貴材料。l大電流連接器必須考慮溫度上升效應(yīng)，通常設(shè)計(jì)在