企业培训_连接器基础知识及检验标准培训教材

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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 其它环境性能根据使用要求 电连接器的其它环境性能还有密封性 空气泄漏 液体压力 液体浸渍 对特定液体的耐恶习化能力 低气压等 連接器之使用 依據不同需求 共有六種連接層級 LevelI IC晶圓至IC封裝接腳 如wirebondLevelII 零件對PC板連接 如PLCCLevelIII BTB 如1 27P H K08 PCI SODIMM等LevelIV 子系統與子系統連接 如FPCLevelV 子系統對輸入 輸出之連接 如USB RJD D SUBLevelVI 系統對系統之連接 如cableassembly正耀一般是做LevelV的連接器 連接器之使用 依據傳遞特性分為 訊號 Signal 傳輸連接器 高頻與低頻電力 Power 傳輸連接器因傳輸特性不同所需考慮的功能需求就不同 如電阻或是阻抗ResistanceorImpedance電流負載範圍Currentrating T rise interfacemelting 端子腳之分配Dedicatedorcontactsinparallel 连接器制造流程 模具制作 塑胶模 研发设计 五金模 注塑制程 冲压制程 胶芯 铁壳 端子 清洗 电镀 组装制程 自动 半自动 手工 最终测试 CCD检查 电测 过滑板 插板 包装 出货 連接器之使用 依據使用產業別可分為 汽車工業用連接器航太工業用連接器電腦產業用連接器電腦週邊用連接器通訊用連接器網路用連接器消費性電子產品用連接器軍事使用連接器許多連接器在各個產業都會被使用 只是其所必須符合的規範嚴謹與要求度不同 正耀連接器产品之种类 1 USB MINIUSBSERISE2 SIMCARDSERISE3 MEMORYCARDSERISE4 BTOBSERISE5 HDMISERISE6 PCMCIACARDSERISE 7 OTHER 1394 Battery DVI D SUBetc 連接器之壓接方式1 波峰焊 DIP 焊錫熔結在金屬表面上 但不熔化基底金屬 是一種經濟 快速和具有長期可靠性的技術 波峰焊屬于自動加工工藝 應用 所有PCB板 連接器之壓接方式2 手焊 焊接式 手焊與一般焊接原理相同 用于小量生產和維修或更換零件現場等 應用 小批量現場維修 試作品 連接器之壓接方式3 表面安裝 SMD 表面安裝時電子器件的焊腳或焊片直接焊接在PCB板上應用 大量高密度之PCB板 連接器厂环境测试介紹 電氣性能 耐電壓 WithstandingVoltageTest JISC54025 1 MIL STD 202FMethod301 絕緣阻抗 InsulationResistanceTest JISC54025 2 MIL STD 202FMethod302 接觸阻抗 ContactResistanceTest JISC54025 4 機械性能 插入 拔去力 Insertionandwithdrawalforcetest單一保持力 UnitHoldingTest端子與Housing間的保持力 Terminal HousingRetentionForce端子與線材堅壓著的拉力 CrimpingForceTest 厂环境测试 一 衝擊試驗 ShockTest50G 3StrokesineachX Y ZAxials BaseonJISC0041 MIL STD 202FMethod213B 耐熱試驗 HeatResistanceTest95 96Hours BaseonJISC0021 MIL STD 202FMethod108A 耐寒試驗 ColdResistanceTest 25 3 96Hours BaseonJISC0020 MIL STD 202FMethod108A 环境测试 二 耐濕試驗 HumidityTest40 2 90 95 96Hours BaseonJISC0022 MIL STD 202FMethod103B 鹽水噴霧試驗 SaltSprayTest48hoursexposuretoasaltsprayfromthe5 solutionat35 2 BaseonJISC5028 MIL STD 202FMethod101D 震動試驗 VibrationTestAmplitude1 52mmP PSweepTime 10 55 10Hzin1minute Duration 2HoursineachX Y Zaxials BaseonMIL STD 202FMethod201A 环境测试 三 冷熱衝擊試驗 ThermalShockTest 40 30Mins 25 5Mins 85 30Mins 25 5Mins 5Cycles BaseonMIL STD 202Method107 多次插拔厂环境测试 耐久 Repeatedinsertionandwithdrawal恆溫恆濕試驗 TemperatureCyclingTest 40 30Mins 25 30Mins 85 Mins 25 BaseonJISC0025 正耀环境测试 1 环境测试之定義被測物件放置在特定模擬環境 如不同的溫濕度 酸鹼度 震動幅度 等 裡面進行的一系列的可靠度實驗 以求証明該被測物件在此模擬環境下所發生的物理及化學變化是否符合標準規范 MIL STD 105為厂环境测试抽樣計劃 MIL STD 1344及MIL STD 202為電子電器產品組成部件的標準厂环境测试方法 2 目前正耀环境测试设备狀況2 1恆溫恆濕試驗機 环境测试被測物件在特定的溫濕度環境下所發生的物理及化學變化 2 2鹽水噴霧試驗機 环境测试被測物件在5 1濃度鹽水噴霧條件下 在一定的濕度時間內所發生的物理及化學變化2 3多次插拔厂环境测试 耐久 Repeatedinsertionandwithdrawal 环境测试被測物件在多次使用的環境下所發生的物理及化學變化 正耀环境测试應用範圍 3 1 鹽水噴霧試驗適用于各項我屬于電鍍后 有機或無機塗裝后等各項表面處理的耐腐蝕性能 我廠的所有金屬件均須通過此項試驗 3 2恆濕恆濕試驗適用于各金屬及塑膠件在特定的溫度 50 100 濕度 0 1 99 RH 下 持續一定的時間后所發生的化學及物理變化 我廠所有的金屬及塑膠件須通過此項試驗 3 3多次插拔厂环境测试 耐