連接器設(shè)計(jì)基礎(chǔ).ppt

1、Prepared by: Quan-Zhou Date: 2012/07/09,連接器設(shè)計(jì)基礎(chǔ),1,青蛙的故事With regard to Frogs story,將一隻青蛙放在大鍋裡，裡頭加水再用小火慢慢加熱，青蛙雖然約略可以感覺外界溫度慢慢變化，卻因惰性與沒有立即必要的動(dòng)力往外跳，最後被熱水煮熟而不自知！,2,猴子的故事With regard to Monkeys story,科學(xué)家將四隻猴子關(guān)在一個(gè)密閉房間裡，每天餵食很少食物，讓猴子餓的吱吱叫。幾天後，實(shí)驗(yàn)者在房間上面的小洞放下一串香蕉，一隻餓得頭昏眼花的大猴子一個(gè)箭步衝向前，可是當(dāng)牠還沒拿到香蕉時(shí)，就被預(yù)設(shè)機(jī)關(guān)所潑出的滾燙熱水燙得全身

2、是傷，當(dāng)後面三隻猴子依次爬上去拿香蕉時(shí)，一樣被熱水燙傷。於是眾猴只好望蕉興嘆。 幾天後，實(shí)驗(yàn)者換進(jìn)一隻新猴子進(jìn)入房?jī)?nèi)，當(dāng)新猴子肚子餓得也想嘗試爬上去吃香蕉時(shí)，立刻被其他三隻老猴子制止，並告知有危險(xiǎn)，千萬不可嘗試。實(shí)驗(yàn)者再換一隻猴子進(jìn)入，當(dāng)這隻新猴子想吃香蕉時(shí)，有趣的事情發(fā)生了，這次不僅剩下的二隻猴子制止?fàn)?，連沒被燙過的半新猴子也極力阻止?fàn)?實(shí)驗(yàn)繼續(xù)，當(dāng)所有猴子都已換新之後，沒有一隻猴子曾經(jīng)被燙過，上頭的熱水機(jī)關(guān)也取消了，香蕉唾手可得，卻沒人敢前去享用。,3,老鷹的故事With regard to Gledes story,老鷹是所有鳥類中最強(qiáng)壯的種族，根據(jù)動(dòng)物學(xué)家所做的研究，這可能與老鷹的餵

3、食習(xí)慣有關(guān)。老鷹一次生下四、五隻小鷹，由於牠們的巢穴很高，所以獵捕回來的食物一次只能餵食一隻小鷹，而老鷹的餵食方式並不是依平等的原則，而是哪一隻小鷹搶得兇就給誰吃，在此情況下，瘦弱的小鷹吃不到食物都死了，最兇狠的存活下來，代代相傳，老鷹一族愈來愈強(qiáng)壯。,4,內(nèi)容-Contents,1.連接器概述 2.連接器類型 3.連接器功能特性 4.連接器材料選擇 5.設(shè)計(jì)中的一些建議規(guī)范 6.公差分析簡(jiǎn)述 7.連接器基本估算 8.產(chǎn)品估價(jià) 9.產(chǎn)品形位公差標(biāo)注說明 10.Q 2.可提供分離的介面用以連接兩個(gè)次電子系統(tǒng)(具有可分離性); 3.對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作不會(huì)產(chǎn)生不可接受的作用; 4.可攜帶性和支持外圍設(shè)備擴(kuò)展

4、; 從結(jié)構(gòu)上 一個(gè)基本連接器應(yīng)包括四個(gè)部份： 1.接觸介面（可分離介面和固定界面） 2.接觸涂層 3.接觸彈性元件 4.連接器塑膠本體 未來發(fā)展趨勢(shì) 1.小型化（體積小、重量輕、Pitch小、高度低、Pin數(shù)多） 2.高頻信號(hào)/傳輸（接觸阻抗低、信號(hào)遮蔽性佳）,定義,7,2.連接器類型,連接器可以從不同角度劃分： 1.從功能上可分為： 電連接器、信號(hào)連接器、高頻連接器、光纖連接器等; 2.根據(jù)線路板和線纜來分： 板對(duì)板、線對(duì)板、線對(duì)線連接器; 3.從應(yīng)用領(lǐng)域分： 太陽(yáng)能連接器、防水連接器、汽車連接器、手機(jī)連接器、軍用連接器等; 4.依形狀分： 圓形連接器、矩形連接器、印刷配線板連接器等;,8,

5、9,3.連接器主要功能特性,連接器的主要功能特性包括: 電氣功能特性 接觸阻抗：是導(dǎo)體電阻, 壓縮電阻, 皮膜電阻的總和 絕緣阻抗：表示阻擋電流流通的難易程度, 分為表面電阻和體積電阻 介電崩潰電壓 (耐電壓)：絕緣材料在失去其絕緣性前能承受之最大電壓 機(jī)械功能特性 整件 (Connector) 插拔力 端子的插入力/拔出力 端子在塑膠絕緣體內(nèi)的保持力 耐插拔 環(huán)境特性 高、低溫 恒溫恒濕 鹽霧試驗(yàn) 氣體試驗(yàn)(SO2,H2S) 可靠性: 壽命測(cè)試 抗振動(dòng), 抗衝擊性能 可焊性等 對(duì)于高頻連接器除有上述電氣, 機(jī)械性能外, 還有電壓駐波比, 插入損耗, 泄漏等高頻信號(hào)傳輸特性,10,4.連接器材

6、料選擇,連接器材料主要包括 金屬材料 塑膠材料 電鍍材料 連接器材料選擇原則 加工成型性 應(yīng)用性及強(qiáng)度考量 成本考量,11,金屬材料,重要產(chǎn)品特性 物理特性 密度(Density)-g/cm3 厚度(Thickness)-mm 硬度(Hardness)-HV 熱膨脹系數(shù) (Coefficient of Thermal Expansion)- 10-6/K 熱傳導(dǎo)系數(shù) (Thermal Conductivity)-W/(m.k) 泊松比(Polssons Ratio)-N/A 機(jī)械特性 彈性系數(shù)(Modulus of Elasticity/Young，s Modulus)-GPa 抗拉強(qiáng)度(Te

7、nsile strength)-MPa 延伸率(Elongation)-% 電氣特性 導(dǎo)電率(Electrical Conductivity)-%IACS 電阻溫度系數(shù)(Coefficient of Electrical Resistance)-10-3/K,12,銅材物性規(guī)格參考,13,應(yīng)力應(yīng)變曲線識(shí)別,明顯的四個(gè)階段 1.彈性階段ob p-比例極限 e -彈性極限 2.屈服階段bc(失去抵抗變形的能力) s-屈服極限(也叫屈服強(qiáng)度) 3.強(qiáng)化階段ce(恢復(fù)抵抗變形的能力) b-強(qiáng)度極限 4.局部徑縮階段ef,14,15,Rm Tensile strength(抗拉強(qiáng)度) Rp0.2Yiel

8、d strength(屈服強(qiáng)度) E Youngs Modulus(揚(yáng)氏模量),彈性變形:外力撤銷后可以恢復(fù)原來形狀; 塑性變形:外力撤銷后不能恢復(fù)原來形狀，形狀發(fā)生變化，伸長(zhǎng)或縮短; 工程上常用的屈服標(biāo)準(zhǔn)有三種： a.比例極限 應(yīng)力-應(yīng)變曲線上符合線性關(guān)系的最高應(yīng)力，國(guó)際上常采用p表示，超過p時(shí)即認(rèn)為材料開始屈服. b.彈性極限 試樣加載后再卸載，以不出現(xiàn)殘留的永久變形為標(biāo)準(zhǔn)，材料能夠完全彈性恢復(fù)的最高應(yīng)力。國(guó)際上通常以Rel表示。應(yīng)力超過Rel時(shí)即認(rèn)為材料開始屈服. c.屈服強(qiáng)度 以規(guī)定發(fā)生一定的殘留變形為標(biāo)準(zhǔn)，如通常以0.2%殘留變形的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度，符號(hào)為Rp0.2.,16,常用五金

9、材料特性,17,塑膠材料,塑膠材料測(cè)試 測(cè)試應(yīng)在相同條件下執(zhí)行 測(cè)試項(xiàng)目 耐溶性 ( Solvent Resistance, EIA TP-11) 耐蝕性 (Corrosivity) 耐焊錫性 (Resistance to solder heat, for process EIA TP-56) 耐熱性 (Heat, Temperature rating of connector) 耐濕性 (Humidity,Cyclic) 測(cè)試上述3)至5)項(xiàng)時(shí),端子應(yīng)已完成組裝; 增列的測(cè)試包含端子的保持力及高濕度測(cè)試後經(jīng)2小時(shí)風(fēng)乾之絕緣阻抗測(cè)試 補(bǔ)充的評(píng)估項(xiàng)目 可塑性 (moldability) : 流動(dòng)

10、比, 填充性 組裝性 (assembly considerations) : Staking, Etc.,18,耐銲錫性 (Resistance to Solder Heat) 暴露在和接環(huán)境中,藉以判斷連接器的損壞(熔化,變形)敏感性. 焊接過程如同應(yīng)力的釋放,在射出成型所造成的應(yīng)力,於釋放的過程中會(huì)造成組件的扭曲變形,因此,灌點(diǎn)的位置及連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),更顯重要.在選擇塑料時(shí),應(yīng)與射出成型技術(shù)連同抗化性,抗熱性結(jié)合在一起,單只有抗熱性是不夠的. 有的材料可能可以接受波焊接,但可能不允許其他方式的焊接.同樣的,某種尺寸可能接受一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),但可能不允許其他形式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 尺寸檢查 彎曲程度

11、 (bow) 翹曲程度 (Warpage) Wall collapse 目視檢查 熔化 (melting) 變形 (distortion) 起泡 (blistering),19,常用塑膠材料特性,20,電鍍材料,端子電鍍,基本上適用於保護(hù)基材 選擇適當(dāng)?shù)碾婂?應(yīng)視一些相關(guān)連的因素而定. 正向力大小(normal force) 耐久程度(durability levels) 端子幾何形狀(contact geometry) 使用環(huán)境的考量(environmental considerations) 熱的情況(thermal conditions) 線路的狀況(circuit conditions

12、) 終結(jié)的型式(termination styles) 成本的因素(cost factors),21,電鍍特性 成分 (composition)-影響耐蝕性與耐磨耗性 外觀 (appearance)-重要但很主觀 厚度 (thickness)-影響壽命,耐蝕性與耐磨耗性 多孔性 (porosity)-易發(fā)生腐蝕 硬度 (hardness)-影響耐磨耗性與機(jī)械力 粘著性 (adhesive)-與加工製程有關(guān) 延展性 (ductility)-able to be compliant 耐溫性 (thermal)-與操作溫度有關(guān) 磨擦力 (friction)-磨耗,機(jī)械力 Nobility: 耐蝕性,

13、22,CLASS A : GOLD 鍍金 最好,最有效電鍍 純金很軟,容易摩擦,高插拔力將增加磨耗 添加鎳及鈷以增加硬度 貴金屬表面不易發(fā)生氧化或薄膜產(chǎn)生 最為昂貴 鍍層薄時(shí)易產(chǎn)生多孔現(xiàn)象(產(chǎn)生孔蝕及邊緣蠕變edge creep) 低正向力的系統(tǒng)亦能使用(100 grams),何謂硬金與軟金？ 純金的硬度較軟，所以就稱之為“軟金”，電鍍時(shí)的金鎳或金鈷合金比較硬，就稱之為“硬金”。硬金主要用在受力摩擦的地方，如PCB板上的金手指，二者的電鍍流程也不同： 軟金：酸洗電鍍鎳電鍍純金 硬金：酸洗電鍍鎳預(yù)鍍金電鍍金鎳或金鈷合金,23,CLASS B : Pd, PdNi, PdAg 薄膜容易養(yǎng)成 磨耗聚

14、合物容易生成 不利於高溫及微震磨耗環(huán)境使用 表層刷鍍層金,可降低磨耗聚合物生成 耐久性佳為其特色,24,CLASS C : Silver 薄膜容易生成 大於70%銀含量時(shí),沒問題 高導(dǎo)電率 大多應(yīng)用於無線電及電力等方面 CLASS D : Tin 應(yīng)力估算; 接觸電阻估算; 溫升、容許電流估算; 線材最大容許電流計(jì)算; 螺牙估算,7.連接器基本估算,98,保持力估算,99,應(yīng)力估算,100,接觸電阻估算,Ro-總電阻 Rp.c.-固定連接電阻 Rbulk-接觸彈片電阻 Rc-可分離接觸面電阻,101,電子連接器接觸電阻設(shè)計(jì)包括兩部分： a.端子材料電阻 b.接觸端電阻,材料電阻計(jì)算公式：,接觸

15、電阻計(jì)算公式：,一般定義標(biāo)準(zhǔn)退火純銅的導(dǎo)電率為100%IACS，即是5.80E+7(1/m）,知道為何是17.2410-3嗎?,102,一般定義標(biāo)準(zhǔn)退火純銅的導(dǎo)電率為100%IACS，即是5.80E+7(1/m）,導(dǎo)電率的單位是:.m,%IACS是無單位的,從上式可以看出： 接觸電阻單位是m 長(zhǎng)度L單位是:mm 面積單位是:mm2,材料電阻計(jì)算公式分析,103,練習(xí)：,答案： 22.17m,試估算如圖示端子接觸電阻約為多少m?,104,溫升、容許電流估算,T : degree F J : current (amps) L : beam length (in) A : cross section

16、 area (in*in) : electric conductivity (%IACS) k : thermal conductivity (BTU/ft.hr.F),105,單位對(duì)嗎一？,106,系數(shù)如何確定一？,107,其它單位怎么辦?,T : degree J : current (amps) L : beam length (cm) A : cross section area (cm*cm) : electric conductivity (%IACS) k : thermal conductivity (W/m.K),思考題?,108,單位對(duì)嗎二？,109,系數(shù)如何確定二？,11

17、0,答案： 1.16.0 2.9.6A,練習(xí)：,Thermal conductivity:67 W/m.K Electrical conductivity:13%IACS Current:7Amps 試估算溫升約多少? 此端子最大容許多少電流?,111,線材最大容許電流計(jì)算,112,如何確定容許電流：,113,練習(xí)：,答案： 1.5.4A 2.3.9A 3.UL1007 26AWG,1.計(jì)算UL1007 24AWG一條線之容許電流為何? 2.計(jì)算UL10064 26AWG一條線之容許電流為何？ 3.如客人Adaptor最大輸出電流為4.74A,DC JACK正負(fù)極各焊2條線，客戶要求用UL10

18、07規(guī)格線，最少需用哪個(gè)規(guī)格?,114,螺牙估算,115,8.產(chǎn)品估價(jià),成本組成 材料成本(包含材料損耗) 金屬件材料成本 塑膠件材料成本 外購(gòu)件材料成本 加工成本 射出成本 沖壓加工成本 組裝加工成本 電鍍成本 模具攤提成本 運(yùn)輸成本及管理成本,116,塑膠件估價(jià)需求信息 月預(yù)估需求 模治具攤提年數(shù) 每模穴數(shù)(Cav.) 射出秒數(shù)(Cycle time) 產(chǎn)品單重 料頭(Runner)重量 舊料加入比例 原料單價(jià) 材料損耗 每日開機(jī)時(shí)間及每月工作天數(shù) 小時(shí)費(fèi)用(含機(jī)臺(tái)折舊、電費(fèi)、人工、水費(fèi)等),117,材料成本計(jì)算 a.原料單價(jià)：全原料、次料 b.次料加入比例 c.素材單價(jià)=原料單價(jià)全新料比例次料單價(jià)次料比例 射出成本 模具攤提成本 零件日產(chǎn)能,118,五金件估價(jià)需求信息 月預(yù)估需求 模治具攤提年數(shù) 每沖一下出來的件數(shù) 每分鐘沖幾下(SPM) 間距(Pitch) 料帶寬度及厚度 材料密度 材料單價(jià) 電鍍費(fèi)用 每日開機(jī)時(shí)間及每月工作天數(shù) 小時(shí)費(fèi)用(含機(jī)臺(tái)折舊、電費(fèi)、人工、水費(fèi)等),119,材料成本計(jì)算（不含廢料） 材料面積=材料寬度Pitch 料帶條數(shù) 沖壓成