连接器的基本常识.ppt

第一章什么是连接器 连接器是我们电子工程技术人员经常接触的一种部件 它的作用非常单纯 在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间 架起沟通的桥梁 从而使电流流通 使电路实现预定的功能 连接器是电子设备中不可缺少的部件 顺着电流流通的通路观察 你总会发现有一个或多个连接器 连接器形式和结构是千变万化的 随着应用对象 频率 功率 应用环境等不同 有各种不同形式的连接器 例如 球场上点灯用的连接器和硬盘驱动器的连接器 以及点燃火箭的连接器是大不相同的 但是无论什么样的连接器 都要保证电流顺畅连续和可靠地流通 就泛指而言 连接器所接通的不仅仅限于电流 在光电子技术迅猛发展的今天 光纤系统中 传递信号的载体是光 玻璃和塑料代替了普通电路中的导线 但是光信号通路中也使用连接器 它们的作用与电路连接器相同 由于我们只关心电路连接器 所以 集中介绍电路连接器及其应用 第二章为什么要使用连接器 设想一下如果没有连接器会是怎样 这时电路之间要用连续的导体永久性地连接在一起 例如电子装置要连接在电源上 必须把连接导线两端 与电子装置及电源通过某种方法 例如焊接 固定接牢 这样一来 无论对于生产还是使用 都带来了诸多不便 以汽车电池为例 假定电池电缆被固定焊牢在电池上 汽车生产厂为安装电池就增加了工作量 增加了生产时间和成本 电池损坏需要更换时 还要将汽车送到维修站 脱焊拆除旧的 再焊上新的 为此要付较多的人工费 有了连接器就可以免除许多麻烦 从商店买个新电池 断开连接器 拆除旧电池 装上新电池 重新接通连接器就可以了 这个简单的例子说明了连接器的好处 它使设计和生产过程更方便 更灵活 降低了生产和维护成本 第三章连接器的分类 NEDA标准NEDA主持制订的这个标准 称为连接器部件分类等级 LevelsofPackaging 现摘要叙述于下表 第四章连接器的组成和作用 导体与连接器为了解电子互连部件的工作原理 需要知道一些有关导体的常识 当我们提到导体沟通了电路中的断接处时 实际上是指连接器把两个开路端连接在一起 电路是指整个电系统 而导体是电流流通的实际通路 有时你常常看不到实际的导体 因为它被绝缘材料或介电材料包覆着 有了介电材料导体就可以平行排放 而且不会相互干扰 下面的表介绍常用导体 第四章连接器的组成和作用 2连接器的组成部分及术语本课介绍连接器的基本组成及有关术语 它们是 座体 housing 底座 header 接触部份 contacts 端子和插针连接器用的金属阳和阴镀层键和定位电路标识线规 线号 座体 housing 连接器座体具有如下作用 支撑接触部份 插针 簧片等 使之牢固正确就位 防尘 防污和防潮 保护接触部份和导体 使电路彼此绝缘上图画出的连器是直插式 in line 连接器 直插式连接器的特点是导线从连接器的一半部分接入 从另一半接出 连接器的两部份分别称为插头 阳头 和插座 阴头 第四章连接器的组成和作用 第四章连接器的组成和作用 底座 header 安装在印制电路板上的连接器 其所用的座体称为底座 header 又称基座 base 或片座 wafer 底座和座体的主要差别在于底座总是与电路引脚安装在一起 而座体只是空壳 底座有两种形式 有罩的和无罩的 护罩是指连接器的插针和插座 在交合部份周围用座体或护裙作成的保护罩 底座还有摩擦锁紧型 frictionlockstyle 的 它是部份有罩的底座 但是具有锁紧装置 它使底座与座体的结合更可靠 见下图 座体使用的塑料是热塑性塑料 可以多次熔化和固化 下面介绍用于高温环境的专用塑料 这种塑料具有优异的耐高温特性 用于表面贴焊安装 SMT surfacemountmethodoftermination 的连接器需要这种塑料 还有一种表面插焊安装 SMC surfacemountcompatible 的连接器 两者的差别在于SMC把插针插入过孔后再焊接在PCB板上 而SMT利用焊脚贴焊在PCB板表面上 由于需要焊接 塑料必须能耐高温 也就是说 表面安装用的连接器座体 必须能够承受高温 见下图例 SMT SMC和高温塑料高温聚酯座体利用SMC端接方法 把小型插合的线到板单列直角底座 装接在PCB板上 利用SMT端接方法 把1 50mm的连接器贴焊在PCB上 注意焊脚处于它非常靠近座体 所以用高温塑料尼龙Nylon4 6制造 能承受流动焊锡的烧烫 第五章座体使用的塑料 第五章座体使用的塑料 第六章连接器的接触部分 连接器中的接触部分把要相连接的两部份导体 或导线 结合在一起 结合后 电路就被接通 电流流过连接器 接触部份有两种主要类型 端子 terminal 和插针 pin 实物的具体形状则变化多端 下面出示了两者的图例 端子 或插针 具有两个端部 前端和后端 前端总是结合端 它同另一端子交合形成接触 后端总是起端接作用 或是压接或接连导线 导体 请见下图 下表中摘要列出了连接器接触部份采用的金属 以及它们各自的优缺点 注意接触部分所用的基体金属中都有铜合金 借以保证良好的导电性 导热性 机械性能和可工艺性 第七章接触部分的使用材料 把连接器的接触部份电镀 是为了改善导电性 抗腐蚀和抗磨损性 提高可焊性 具有良好机械性能 如可成形性 弹性 的金属 常常不具备优良的导电性 抗腐蚀和抗磨损性以及可焊接性 Molex公司把这些金属材料全部或有选择地电镀 以改善性能 下表摘要介绍Molex主要采用的镀层金属及其特性 第八章连接器的镀层 第九章连接器的定位和键 连接器往往是多插针和座孔的 因此必须保证插脚对号入座 如果操作人员疏忽 应不能插进去 以防插错或插反 造成电路事故 这个问题通过所谓的定位装置或键可以解决 这两种方法在技术上是有差别的 下面具体介绍一下塑料座体保证唯一地对号插接的例子 见下图 从技术上说 方法1是定位 方法2是键 而方法3是定位和键的组合 但Molex不区分 都是为保证连接器的两半部正确对接 接触腔孔的斜角保证保证了只有一种插入交合方式 第十章连接器的电路标识 因为连接器总是有许多的电路引脚 必须有办法使用户能够正确认出电路的引脚号码 下图介绍两种常用的电路引脚号码识别方法 左侧的座体用一个三角形指明电路引脚计号起点 此方法非常通用 右侧的座体用标注电路引脚具体编号 1 指明计号起点 第十一章连接器的产品构成 连接器的基本结构件有 接触件 绝缘体 外壳 视品种而定 附件 1 接触件 contacts 是连接器完成电连接功能的核心零件 一般由阳性接触件和阴性接触件组成接触对 通过阴 阳接触件的插合完成电连接 阳性接触件为刚性零件 其形状为圆柱形 圆插针 方柱形 方插针 或扁平形 插片 阳性接触件一般由黄铜 磷青铜制成 阴性接触件即插孔 是接触对的关键零件 它依靠弹性结构在与插针插合时发生弹性变形而产生弹性力与阳性接触件形成紧密接触 完成连接 插孔的结构种类很多 有圆筒型 劈槽 缩口 音叉型 悬臂梁型 纵向开槽 折迭型 纵向开槽 9字形 盒形 方插孔 以及双曲面线簧插孔等 2 绝缘体绝缘体也常称为基座 base 或安装板 insert 它的作用是使接触件按所需要的位置和间距排列 并保证接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能 良好的绝缘电阻 耐电压性能以及易加工性是选择绝缘材料加工成绝缘体的基本要求 3 壳体也称外壳 shell 是连接器的外罩 它为内装的绝缘安装板和插针提供机械保护 并提供插头和插座插合时的对准 进而将连接器固定到设备上 4 附件附件分结构附件和安装附件 结构附件如卡圈 定位键 定位销 导向销 联接环 电缆夹 密封圈 密封垫等 安装附件如螺钉 螺母 螺杆 弹簧圈等 附件大都有标准件和通用件 第十二章连接器常用的专业术语 1 连接器 通常装接在电缆或设备上 供传输线系统电连接的可分离元件 转接器除外 2 射频连接器 是在射频范围内使用的连接器 3 视频 频率范围在3HZ 30MHZ之间的无线电波 4 射频 频率范围在3千HZ 3000GHZ之间的无线电波 5 高频 频率范围在3MHZ 30MHZ之间的无线电波 6 同轴 内导体具有介质支撑 结构上能在测量中采用频率范围内得到最小的内反射系数 7 三同轴 由具有公共轴线并且相互绝缘的三层同心导体组成的传输线 8 等级 连接器在机械和电气精密度方面特别是在规定的反射系数方面的水平 9 通用连接器 2级 采用最宽的容许尺寸偏差 公差 制造 但仍能保证最低限度的规定性能和互配性的一种连接器 注 反射系数的要求可规定 也可以不规定 10 高性能连接器 1级 按频率变化来规定反射系数极限值的一种连接器 通常所规定的尺寸公差不比相应的2级连接器严格 但是需要保证连接器满足反射系数的要求时 制造厂有责任选择较严的公差 11 标准试验连接器 0级 用来对1级和2级连接器进行反射系数测量的一种精密制造的具体类型连接器 对测量结果引起的误差可以忽略不计 注 标准试验连接器通常是不同类型间转接器的一部分 而转接器与精密连接器连接构成测试设备的一部分 12 密封12 1密封连接器 具有能满足规定的气体 潮气或液体密封性要求的连接器 12 2隔障密封 防止与气体 潮气或液体沿着轴向进入连接器壳体内部的密封 12 3面板密封 防止气体 潮气或液体通过安装孔进入固定或转接器壳体与面板之间的密封 注 密封件通常作为独立产品提供 12 4插合面密封 防止气体 潮气或液体进入一对插合连接器界面处的密封 第十三章连接器的三大基本性能 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 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 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 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 第十三章连接器的三大基本性能 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 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 第十三章连接器的三大基本性能 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