连接器基础知识

連連接接器器基基礎礎知知識識 第一章第一章 連接器的技術基礎連接器的技術基礎 第一課第一課 引言引言 什麼是連接器為什麼要使用連接器連接器的分類Molex 產品和全球市場 1 1 什麼是連接器 什麼是連接器 連接器是我們電子工程技術人員經常接觸的一種部件 它的作用非常單純 在電路內被阻斷處或孤立不通的 電路之間 架起溝通的橋樑 從而使電流流通 使電路實現預定的功能 連接器是電子設備中不可缺少的部件 順著電流流通的通路觀察 你總會發現有一個或多個連接器 連接器形式和結構是千變萬化的 隨著應用物件 頻率 功率 應用環境等不同 有各種不同形式的連接器 例如 球場上點燈用的連接器和硬碟驅動器的連接 器 以及點燃火箭的連接器是大不相同的 但是無論什麼樣的連接器 都要保證電流順暢連續和可靠地流通 就泛指而言 連接器所接通的不僅僅限於電流 在光電子技術迅猛發展的今天 光纖系統中 傳遞信號的載 體是光 玻璃和塑膠代替了普通電路中的導線 但是光信號通路中也使用連接器 它們的作用與電路連接器相 同 由於我們只關心電路連接器 所以 本課程將緊密結合 Molex 公司的產品 集中介紹電路連接器及其應用 2 2 為什麼要使用連接器 為什麼要使用連接器 設想一下如果沒有連接器會是怎樣 這時電路之間要用連續的導體永久性地連接在 一起 例如電子裝置要 連接在電源上 必須把連接導線兩端 與電子裝置及電源通過某種方法 例如焊接 固定接牢 這樣一來 無 論對於生產還是使用 都帶來了諸多不便 以汽車電池為例 假定電池電纜被固定焊牢在電池上 汽車生產廠為安裝電池就增加了工作量 增加了生產 時間和成本 電池損壞需要更換時 還要將汽車送到維修站 脫焊拆除舊的 再焊上新的 為此要付較多的人 工費 有了連接器就可以免除許多麻煩 從商店買個新電池 斷開連接器 拆除舊電池 裝上新電池 重新接 通連接器就可以了 這個簡單的例子說明了連接器的好處 它使設計和生產過程更方便 更靈活 降低了生產 和維護成本 連接器的好處連接器的好處 改善生產過程連接器簡化電子產品的裝配過程 也簡化了批量生產過程 易於維修如果某電子元部件失效 裝有連接器時可以快速更換失效元部件 便於升級 隨著技術進步 裝有連接器時可以更新元部件 用新的 更完善的元部件代 替舊的 提高設計的靈活性 使用連接器使工程師們在設計和集成新產品時 以及用元部件組成系統時 有更大的靈活性 3 3 連接器的分類連接器的分類 多年來連接器的分類混亂 各個廠家自有其分類方法和標準 1989 年在美國國家電子配銷商協會 NEDA 即 National Electronic Distributors Association 縮寫 它是一個工業教育組織 的支援下 生產連接器的幾大廠家會聚在一 起 制 訂了一部連接器分類標準和術語 Molex 公司曾參加了制訂過程 NEDANEDA 標準標準 NEDA 主持制訂的這個標準 稱為連接器部件分類等級 Levels of Packaging 現摘要敍述於下表 等級 描 述 0 I I C C 晶片或晶片到封裝的連接器晶片或晶片到封裝的連接器 請注意第 1 個等級是 0 級 不是 1 級 此級實際上並不涉及連接 0 級就是積 體電路晶片 Molex 公司不生產 IC 晶片 但是生產把晶片連接到電路板的插座 1 I I C C 元件或元件到 電路 板的連接器元件或元件到 電路 板的連接器 當 IC 晶片安裝在電路板的插座中時 就是 1 級連接 2 印製 電路板 印製 電路板 PCBPCB 到 印製 電路板的連接器 到 印製 電路板的連接器 2 級連接器用於印製電路板之間的連接 3 導線到電路板或分組合到分組合的連接器導線到電路板或分組合到分組合的連接器 3 級連接器連接印製電路板和分組合 或是連接兩個分組合 分組合是電子產品的組 成部分 依 Molex 公司的習慣 3 級也包括某些導線到導線連接器 4 機箱到機箱或輸入機箱到機箱或輸入 輸出連接器輸出連接器 4 4 級連接器級連接器 提供功率或信號連接 一般的經驗是 當連接涉及到音頻或視頻信號時 或是連接網 路和電腦時 要使用 4 級連接器 關於上述連接器等級 需要注意如下幾點 某些連接器可以不止用於一個等級 例如 3 級連接器 QF50 及 MX50 都可以用於 2 級或 4 級 又如標稱為 4 級的 Molex 輸入 輸出用插頭 插座 也可以用於導線到電路板或板到板連接 實際工作中很少按照上述級別談及連接器 而是按照連接器的外觀形式和連接方式來討論它 如板到板和線到線 等 級別是用於學習和分類連接器的 4 4 MolexMolex 產品和全球市場產品和全球市場 Molex 公司創建於 1938 年 在世界上 19 個國家中擁有 52 個製造工廠 在美國 亞洲和歐洲設有若干研究開發中 心 Molex 在全世界擁有 17650 名員工 根據 2000 年統計數位 是世界排名第二 1999 年 的連接器廠商 Molex 不斷開發新產品 增添新的服務專案 以滿足各個工業部門的具體需求 Molex 產品主要面向如下市場的 需要 電腦和電腦周邊設備電腦和電腦周邊設備 包括大型電腦 小型電腦和個人電腦以及相關的設備 如印表機 數據機 掃描器 巨量外部存儲設備等使用的 連接器 Molex 在這部分市場非常活躍 從筆記本電腦到大型電腦需要的連接器一應俱全 它的全球服務機構 提 供從設計到承包支援的最優服務 資料通信資料通信 電信電信 包括資料通信 電話 無線廣播和電視廣播設備等使用的連接器 Molex 在全球範圍加大了在蜂窩電話 無繩電 話和尋呼機方面的投入 從而在無線通信市場上獲利頗豐 Molex 也供應電纜系統和光纖系統的連接器 在手機市場上 Molex 生產的 I O 板到板 FFC 和轉換開關等應用方面的小型連接器站領先地位 消費類電子設備消費類電子設備 包括電視機 錄影機 身歷聲音響 光碟機等 Molex 在世界各地積極參與家用娛樂電子設備市場 它為電視機 和音響設備提供線到板和板到板連接器 是市場上最受歡迎的產品 它為攝像機和數碼相機提供了具有特殊機械性 能和成本要求的最小型的連接器 20002000 財政年度產品比例拼圖財政年度產品比例拼圖 汽車電氣和電子設備汽車電氣和電子設備 轎車 卡車和其他機動車都使用許多連接器 Molex 同世界上許多大的機動車製造廠和供應商有業務往來 提供 他們機動車上多種多樣應用的連接器 從安全裝置 駕駛作業系統到車體電氣配線系統 汽車發動機和傳動控制系 統 Molex 生產汽車用連接器的工廠都持有 QS9001 認證證書 工業電氣和電子設備工業電氣和電子設備 Molex 公司提供各種各樣的用於強電和危險環境的連接器 如機器人使用的快速接通連接器到硬金屬殼連接器 Molex 以生產民用產品為主 但是由於它的產品品質優異 可靠性高 適應惡劣環境 所以許多產品已經滿足軍 用指標 可以用於軍事和相關工業 如宇航 地勤和艦船 但是 軍用市場不是 Molex 的目標 Molex 把它的全球市場劃分為 4 個區域 即美洲 歐洲 遠東北和遠東南區 下麵的圓形圖示出了個區的銷售比 例 20002000 財政年度各區銷售百分比財政年度各區銷售百分比 第二課第二課 連接器的組成和作用連接器的組成和作用 導體與連接器連接器的組成部分及術語Molex 座體使用的塑膠定位和鍵 1 1 導體與連接器導體與連接器 為瞭解電子互連部件的工作原理 需要知道一些有關導體的常識 當我們提到導體溝通了電路中的斷接處時 實際 上是指連接器把兩個開路端連接在一起 電路是指整個電系統 而導體是電流流通的實際通路 有時你常常看不到實 際的導體 因為它被絕緣材料或介電材料包覆著 有了介電材料導體就可以平行排放 而且不會相互干擾 下面的表 介紹常用導體 連接器中使用的導體連接器中使用的導體 導體應用應用 分立導線分立導線 單根導線或電纜 廣泛用於多種電子 設備 雙絞線雙絞線 由兩根小號絕緣導線繞絞在一起 覆以外皮而組成的電纜 兩 個導線通常良好絕緣 普通電話電纜和家用導線都是雙絞線 電腦網路 電信 同軸電纜同軸電纜 它由直徑較小的銅導線 內導體 同軸地安放在直徑較大的外 導體之內 兩者之間由介電體隔離和支撐 它們的最外面在包 覆以絕緣材料 視頻 帶狀電纜帶狀電纜 名稱源自於其外觀酷似絲帶 又稱為平面電纜 它是一組平行 導體整體覆以絕緣材料組成的 導體有兩種形式 一種是圓形 截面的導體 另一種是扁平柔性電纜 請看下面介紹 電腦和外設 印製電路板 印製電路板 PCBPCB PCB 是在敷銅聚合板上 通過蝕刻加工 印製上電路 電腦和外設 扁平柔性電纜扁平柔性電纜 扁平平面電路扁平平面電路 FFC FPC FFC FPC 它與帶狀電纜類似 但導體是扁平的 不是圓形的 導體橫截 面為矩形且極薄 辦公室設備 保安 系統 通信 自動 售貨機 纖維光纜纖維光纜 光纖導體有許多種類和模式 但最常見的是玻璃 塑膠包覆的 矽石英或塑膠 光通過它們傳導或傳輸 高速資料傳輸 如 電腦網路和通信系 統 2 2 連接器的組成部分及術語連接器的組成部分及術語 本課介紹連接器的基本組成及有關術語 它們是 座體 housing 底座 header 接觸部份 contacts 端子和插針 連接器用的金屬 陽和陰 鍍層 鍵和定位 電路標識 線規 線號 座體 座體 housinghousing 連接器座體具有如下作用 支撐接觸部份 插針 簧片等 使之牢固正確就位 防塵 防汙和防潮 保護接觸部份和導體 使電路彼此絕緣 上圖畫出的連接器是直插式 in line 連接器 直插式連接器的特點是導線從連接器的一半部份接入 從另一半接出 連接器的這兩部份分別稱為插頭 陽頭 和插座 陰座 底座 底座 headerheader 安裝在印製電路板上的連接器 其所用的座體稱為底座 header 又稱基座 base 或片座 wafer Molex 公司採 用座體這個名稱 底座和座體的主要差別在於底座總是與電路引腳安裝在一起 而座體只是空殼 底座有兩種形式 有罩的和無罩的 護罩是指連接器的插針和插座 在交合部份周圍用座體或護裙作成的保護罩 底座還有摩擦鎖緊型 friction lock style 的 它是部份有罩的底座 但是具有鎖緊裝置 它使底座與座體的結合更可靠 見下圖 Molex 生產的底座有許多形狀 最常用的是兩種形狀 直針 又稱垂直 和直角 底座的列數也可以不同 可以是單 列插針的 也可以是多列插針的 見下圖 MolexMolex 座體使用的塑膠座體使用的塑膠 Molex 的座體使用的塑膠是熱塑性塑膠 可以多次熔化和固化 Molex 還收集塑造加工過程的剩餘塑膠 經粉碎再次利 用 下面介紹 Molex 用於高溫環境的專用塑膠 這種塑膠具有優異的耐高溫特性 用於表面貼焊安裝 SMT surface mount method of termination 的連接器需要這種塑膠 還有一種表面插焊安裝 SMC surface mount compatible 的連接器 兩者的差別在於 SMC 把插針插入過孔後再焊接在 PCB 板上 而 SMT 利用焊腳貼焊在 PCB 板表面上 由於需要焊接 塑膠必須能耐高溫 也就是說 表面安裝用的連接器座體 必須能夠承受高溫 見下圖例 SMT SMC 和高溫塑膠 高溫聚酯座體 PCB 板 利用 SMC 端接方法 把小型插合的線到 利用 SMT 端接方法 把 1 50 mm 的連接器貼焊在 PCB 板單列直角底座 裝接在 PCB 板上 上 注意焊腳處 由於它非常靠近座體 所以用高溫塑 膠尼龍 Nylon 4 6 製造 能承受流動焊錫的燒燙 下表中介紹下表中介紹 MolexMolex 座體具體應用的塑膠 座體具體應用的塑膠 MolexMolex 座體使用的塑膠座體使用的塑膠 塑膠塑膠商品名稱商品名稱連接器產品連接器產品優點優點缺點缺點 尼龍 Celanese Zytel Vydyne KK SPOX 高強度 柔韌性好 化學耐受性 優異 可用多種技術和成本較低 易吸潮濕造成尺寸不穩定及機械和 電氣性能下降 塑造時易溢料 mold flash 高溫尼龍Stanyl Milligrid 高溫插頭座模 組 適合 SMT 高強度 高韌性和 優異的延展性 優異的化學耐受 性 易吸潮濕造成尺寸不穩定及機械和 電氣性能下降 塑造時易溢料 成 本比普通尼龍高 聚酯 PBT Celanex Crastin Valox QF 50 MX 50 小型 DIN 41612 尺寸穩定 不易吸潮 優異的 化學耐受性 高強度 不適於 SMT 成本較尼龍稍高 聚酯 PCT Thermx Valox SL 底座 Intel 的插卡 適於 SMT 尺寸穩定 優異的 化學耐受性 高強度 可能會碎 塑造時易溢料 比 PBT 成本高 PPS Fortron Supec Rytron PLCC 插座 適於 SMT 優異的化學耐受性 尺寸穩定 不易吸潮 易碎 塑造時易溢料 成本比多數 熱塑性塑膠都高 顏色少 LCP Zenite Vectra Xydar SIMM 記憶 體條 DIMM 記憶 體條 LFH 強度與韌性的超級組合 適於 SMT 能夠塑鑄出薄壁 優異 的化學耐受性 尺寸穩定 不易 吸潮 無塑造時溢料 成本高 比其他熱塑性塑膠柔性差 顏色少 接觸部份 接觸部份 ContactsContacts 連接器中的接觸部分把要相連接的兩部份導體 或導線 結合在一起 結合後 電路就被接通 電流流過連接器 接 觸部份有兩種主要類型 端子 terminal 和插針 pin 實物的具體形狀則變化多端 下麵出示了兩者的圖例 端子插針 端子 或插針 具有兩個端部 前端和後端 前端總是結合端 它同另一端子交合形成接觸 後端總是起端接作用 或是壓接或接連導線 導體 請見下圖 下表中摘要列出了 Molex 連接器接觸部份採用的金屬 以及它們各自的優缺點 注意接觸部分所用的基體金屬中都有 銅合金 藉以保證良好的導電性 導熱性 機械性能和可工藝性 金屬金屬成分成分優點優點 缺點缺點 黃銅銅和鋅 最便宜 強度與彈性好 成形品質好 受應力和腐蝕易裂損 磷青銅銅和錫 比黃銅彈性好 比黃銅更堅固 比黃銅導電率低 價格比黃銅貴得多 鈹銅 Be Cu 銅和鈹 優異的導電率 強度和彈性異常好 良好的抗腐蝕和抗磨損性能 價格昂貴 具有高硬度 額外磨損衝壓和加工設 備 鍍層鍍層 把連接器的接觸部份電鍍 是為了改善導電性 抗腐蝕和抗磨損性 提高可焊性 具有良好機械性能 如可成形性 彈性 的金屬 常常不具備優良的導電性 抗腐蝕和抗磨損性以及可焊接性 Molex 公司把這些金屬材料全部或有選 擇地電鍍 以改善性能 下表摘要介紹 Molex 主要採用的鍍層金屬及其特性 鍍層金屬鍍層金屬特性特性 錫和錫鉛合金 是 Molex 多數產品的標準塗覆層 改善抗腐蝕性和可焊接性 用於較低檔次產品 金 用於高檔次產品 極好的抗腐蝕性 價格昂貴 有選擇地電鍍在接觸區域的關鍵部位 鈀鎳 表面鍍薄層金 比金便宜 極好的抗腐蝕性 薄鍍金改善抗磨損性能 比金難電鍍 鎳用作電鍍的屏障層 定位和鍵定位和鍵 連接器往往是多插針和座孔的 因此必須保證插腳對號入座 如果操作人員疏忽 應不能插進去 以防插錯或插反 造成電路事故 這個問題通過所謂的定位裝置或鍵可以解決 這兩種方法在技術上是有差別的 但 Molex 不區分兩個 術語 下面具體介紹一下塑膠座體保證唯一地對號插接的例子 見下圖 從技術上說 方法 1 是定位 方法 2 是鍵 而方 法 3 是定位和鍵的組合 但 Molex 不區分 都是 為保證連接器的兩半部正確對接 接觸腔孔的斜角保證 保證了只有一種插 入交合方式 電路標識電路標識 因為連接器總是有許多的電路引腳 必須有辦法使用戶能夠正確認出電路的引腳號碼 下圖介紹兩種常用的電路引腳 號碼識別方法 左側的座體用一個三角形指明電路引腳計號起點 此方法非常通用 右側的座體用標注電路引腳具體編號 1 指明計號 起點 第三課第三課 端接方法端接方法 連接器中使用的端接方法連接器中使用的端接方法 壓接壓接絕緣替代絕緣替代 1 1 連接器中使用的端接方法連接器中使用的端接方法 Molex 使用 8 種端接方法 下表摘要介紹各種方法 端接法端接法 應用應用 波峰焊波峰焊 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 波峰焊屬於自動加工工藝 Molex 將它用於大量端子焊接 所有 PCB 板 手焊手焊 手焊與一般焊接原理相同 用於小量生產和維修或更換零件現場等 小批量 現場維修 樣機試製 壓接壓接 壓接是一種端接工藝 把金屬導線 導體 置入卷邊形成的金屬套袖 利用鉗子 壓接器或是自動卷邊壓接器等壓緊 使導線與金屬套袖牢 固結合 端子的一部份壓接導線上 而另一部份則壓固在絕緣體上 壓固絕緣 體會減輕導線承受的應力 中等批量的線到 線或線到板連接 繞接繞接 將分立的實心銅導線纏繞在方截面的引線杆柱 稱繞線柱 上 方形 截面杆柱的棱角可以 咬進 導線 改善強度和接觸 繞接常常用於樣 機試製 技術人員便於試驗各種電路方案 一般有單線繞接 左圖 兩線繞接和三線繞接 底板 電信產品 樣機試製 擠壓配合擠壓配合 把插針或杆柱硬性推擠穿過 PCB 的過孔 通常是電鍍過的過孔 可 以省去焊接 有兩種常用形式的擠壓配合插針 順從性的和非順從性的 順從性插 針具有一個彈性的可壓緊區段 它與 PCB 板緊緊地卡固在一起 非順 從性的插針是實心的 硬性壓入比它尺寸稍小的過孔中 底板 絕緣替代絕緣替代 IDT 把有絕緣外皮的導線擠壓入一個尺寸小於導線直徑的端子槽中 槽口取代了絕緣材料 與導線形成電接觸 IDT 連接器也稱為絕緣替 代連接器或 IDC Molex 認為 IDT 是一種工藝 不是連接器類型 所 以我們偏向採用術語 IDT Molex 擁有 IDT 注冊商標 大批量 線束 排 板到板 電纜穿刺電纜穿刺 又稱絕緣穿刺或導線穿刺 端子中的金屬矛針或尖頭刺透絕緣而接觸 到內部的多股導線 同 IDT 一樣 它也省去了焊接 這種端接方法只適用與脆弱的細多股線 如電話電纜中的芯線 電話機插頭 FFC FPC 表面安裝表面安裝 表面安裝時電子器件的焊腳或焊片直接焊接在 PCB 板上 大批量 高密度 的 PCB 板 2 2 壓接壓接 正確的掌握壓接技術 是保證壓接的連接品質的關鍵因素 客戶在選用連接器時要作出許多決定 要考慮許多因素 例如 電流和電壓的額定值 接合力 線號 端接方法 定位 合格證書等 但是 即便是客戶全部都作出了正確的 決定 客戶的優秀分析和選擇可能毀於品質低劣的壓接 壓接是現有的最快 最可靠和成本低的連接方法之一 但是必須正確操作實現壓接 Molex 發現了 13 種常見的壓接 問題 盡力保證在它們的產品中避免出現這些問題 下面圖中介紹一種壓接端子的各個部份 導線壓接導線壓接 提供導線和端子之間的實際電通路 壓接的高度是保證良好接觸的 關鍵 卷邊形的壓片必須充分壓緊導線 確保良好接觸 導線束導線束 導線束延伸穿過接觸端左側的導線壓接片的長度是重要因素 它有 助於保證整個壓接片都覆蓋和緊壓在導線上 但是導線束不應伸入 到接觸區域內 露出部份應大約等於過渡區過渡區的長度 絕緣壓接絕緣壓接 壓接絕緣外皮可以緩解導線承受的應力 壓接必須盡可能牢固 還 不要割破絕緣外皮 絕緣外皮位置絕緣外皮位置 它指絕緣外皮在導線壓接片和絕緣壓接片之間過渡區的左側所處的 位置 導線束應和過渡區等長 喇叭口喇叭口 是導線壓接片左邊緣的開口 它是插入線束的進線口 做成喇叭型 是避免鋒利邊緣切割導線 3 3 絕緣替代絕緣替代 絕緣替代端接 IDT 是一種 端接技術 它把包覆絕緣外皮的 導線強行 擠入槽寬尺寸小於導線 直徑的溝槽中 絕緣外皮被槽邊 刃緣所取代 見 右圖 形成導線 和導電槽壁之間永久性的電接觸 面 端接前 端接後 從設備生產的角度考慮 從設備生產的角度考慮 IDTIDT 有三大優點 有三大優點 客戶拿到手的連接器是已經完全安裝好的 客戶裝配設備時節省勞力 適於大量生產安裝 提高勞動生產率 可以把多個連接器依次排列安裝線上纜 或排線 上 用於同時連接多個電路部件或電路板 稱為菊花鏈式連接 省去了兩兩相連的麻煩 如 PC 機的硬碟電纜 常見的 IDT 端子有空槽 blanked slot 端子和成形槽端子 空槽端子由兩片金屬片 板 組成 溝槽位於片中部 見下 圖 側面金屬起支撐和加固作用 也有利於散熱 成形槽端 子是把端子金屬基板經過彎邊形成溝槽的 見下圖 具有高強度 此外 當連接器連接多 導線 線纜或排線 時需要許多溝槽並列在一起 如下面圖 這時也分兩種形式 一種是饋入端接型 導線的終止 端連接在連接器上 另種是饋通端接型 饋入型饋入型 饋入和饋通型都可以用於菊花鏈連接 即多個連接器安裝 在同一公共線纜上 饋入型將導線在一個連接器處終止 可以用空槽或成形槽 但是不再向其他連接器連接了 饋通型饋通型 饋通型將導線連接在一個 空槽的 連接 器後 繼續接向其他的連接器 饋通型連 接又稱菊花鏈方式 IDT 比壓接的優點是 它不需要剝電纜外皮 插入和壓接三步操作 只有一步操作 有利於大生產提高效率 端子總是正確對位安裝在座體中 端接過程中不易損壞接觸部份 裝線時不需要專門裝具 IDT 比壓接的缺點是 需要預先裝線 溝槽尺寸固定 只能用於一種尺寸導線 因而必須生產幾種尺寸的 IDT 連接器 第四课第四课 1 级 组件到板连接器级 组件到板连接器 1 1 插座插座 Molex 公司不生产 0 级连接器 因为 0 级是指 IC 芯片本身 但是 Molex 供应全系列的 1 级连接器 它们也称为 IC 组 件连接器或是 IC 插座 插座是一种永久性的可插接互连部件 用以将组件连接到 PCB 板上 IC 插座本身需要焊接在 PCB 板上 或是通过绕接 挤压配合或表面安装等方法固定在 PCB 板上 Molex 大量生产多品种的 IC 插座 并有如下特点 座架可以是实心的 也可以是开放框架的 插座装在狭长的塑料卡管中 该管易于折断成不同尺寸 引脚间距通常为 0 100 英吋和 0 050 英吋 符合当前 IC 引脚间距现状 容许更换或升级 IC 组件 非表面安装的插座可以使用预装在座体上的托脚或小衬垫 提升插座使之稍离 PCB 板表面 针栅阵 PGA 插座可以比塑料载体工作在更高的温度 下面具体介绍 Molex 生产的各种插座及各自特性 双列直插 双列直插 DIPDIP 此表中前 3 种插座 DIP SIP 和 ZIP 是为满足 IC 组件封装的基本标准形态 双列直插 单 列直插和交错直插式而设计的 DIP 插座广泛使用于电路板有效面积限制不苛刻的场合 DIP 插座通常沿其长边两侧分布有 6 至 64 个引脚 单列直插 单列直插 SIPSIP SIP 插座可以同单列直插组件配用 或是两条成对与一个双列直插组件配用 它适用于几乎 任何尺寸的组件 它的轮廓尺寸小 能够节省 PCB 板的有效面积 交错直插 交错直插 ZIPZIP ZIP 组件可以显著节省 PCB 板的有效面积 因为这种组件垂直而不是平行于 PCB 板安放 两 个 ZIP 与一个 DIP 占用相同的面积 针栅阵针栅阵 PGA PGA PGA 插座容许每平方英寸的 PCB 板面积上安排最大数目的引脚 最多可达 1800 个引脚 但 实际的典型引脚数为 100 至 200 个 目前奔腾处理器都采用这种插座 又称钉床式插座 bed of nails PLCCPLCC 芯片载体芯片载体 芯片载体是高性能 小轮廓方形或接近方形的插座 连接触点在其内部所有四个侧面 作为 DIP 插座的后继者 芯片载体已经在工业上普遍应用 它比 DIP 插座更加有效地利用 PCB 板 的面积 芯片载体有几种类型 如 有引线陶瓷 LCCC 的 无引线陶瓷 LLCC 的和有引线塑 料 PLCC 的 Molex 生产 PLCC 的 它们的产品系列有过孔型和表面安装型的 芯片载体对 在电子产品中添加 升级或更换存储器等赋予了很大的灵活性 单列直插式内存模块 单列直插式内存模块 SIMMSIMM 插座 插座 SIMM 插座是为克服 DIP SIP 和 ZIP 插座的限制而开发出来的 起初它是为把兆位或更多字 节的内存模块连接到 PCB 板上 而且只占据最小的板空间而设计的 它现在正被 DIMM 或 其它更尖端的技术所取代 双列直插式内存模块 双列直插式内存模块 DIMMDIMM 插座 插座 DIMM 插座是 SIMM 的后继产品 也是用于插接内存条的 但是 DIMM 插座两个侧面都能插 装内存条 对用户友好的插座对用户友好的插座 Molex 的 IC 插座模块系统属于此类 该系统由一个载体和一个插座组成 IC 芯片永久性地安 装在载体中 载体设计成使芯片易于插入 拔出和之对应的插座 ICIC 端子条端子条 端子条是插座的一种廉价替代物 它的端子常常用于在 PCB 板之间直接焊接连接 通常是在 母板和小辅板之间连接 焊接端子是镀锡的磷青铜 供货时这种端子包装在可分离的条带上 一旦焊接就位后 就可将它从包装条上卸下来 第五课第五课 2 2 级 板到板连接器级 板到板连接器 插卡式连接器两件式连接器楼夹层式连接器 IDT 和 DIN 连接器转接器 shunt 选择板到板连接器时的考虑因素 板到板连接器连接两块 PCB 板 为主的 PCB 板有多个名称 包括 母板 母卡或是底板 附在母板上的小板称为子 板或子卡 2 级连接器用于把母板同子板相连接 板到板连接器主要分两类 插卡式和两件式 1 1 插卡式连接器插卡式连接器 它是直接安装在母板上的单件式连接器 见下图的上半部份 实际上它就是我们俗称的 PCB 板插座 而 PCB 子板 见下图的下半部份 就插在其上 Molex 称之为卡缘连接器 edge card connector 或边缘连接器 edge connector Molex 产品目录大全中把它们归类为边缘连接器 边缘连接器是互连的阴接头部份 阳接头部份是 PCB 子板的印制插 头条 又称 接触 手指 这些手指通常要用贵金属电镀 如用金电镀 称金手指 Molex 并不生产子板 但生产 使子板同母板插接结合的连接器 1 27 毫米卡 边缘连接器 PCB 子卡 下面介绍个人计算机中使用的一种边缘连接器 用它将超高速缓存同装有奔腾处理器的 母板相连 这种 1 27 毫米连 接器也以同样用途用在苹果计算机中 1 弹性接触簧片与插卡手指间产生具有足够压力的 平滑接触点 多数卡缘连接器的接触簧片是出厂时 预先安装好的 以便保证卡槽间距的一致性 2 托脚托脚提升连接器 使之稍离开 PCB 板表面 3 定位定位通过定位钉实现 4 导轨导轨是凹槽 它在子板插入过程中有助于对位 插好后可 以增加固着力 5 卡缘连接器同母板的连接 可以采用多种办法 如 焊接 引脚 挤压配合或绕接等方法 Molex 还提供一种压接式的 卡缘连接器 我们把它归类为第 3 级线到板连接器 此处介 绍的 1 27mm 连接器是用高温塑料制造的 端接时采用 SMT 回流焊接工艺 这个系列的连接器有多种类型 电路引脚数范围由 150 至 260 镀层厚度 定位方式都可以选择 还有无导轨的连接 器 2 2 两件式连接器两件式连接器 两件式连接器是为满足高装配密度和高引脚数应用场合的需要而开发的 非常适用 于 PCB 板要遭受强烈冲击和震动的工作环境 两件式连接器有两种最常用的形式 插头插座型和插针插孔型 两件式连接器的 两部份中 一件通常是带有电路引脚的底座装接在母板上 底座可以是有罩的或无 罩的 连接器的另一件装接在子板 线缆或导线上 它同底座插接交合 所以这一 件又称芯盒 box 工业界还称两件式连接器为芯柱芯盒 post box 左侧图是 Molex 的板到板两件式连接器实例 3 3 楼夹层式连接器楼夹层式连接器 楼夹层 mezzanine 是指子板平行于母板或其它子板的安装方式 楼夹层卡已逐渐 演变成节省空间的装置 不采用垂直方式而采用平行方式插板 可以节省大量的板 空间 常用于笔记本计算机 局域网和广域网 电信设备及计算机中 右图中有 4 个两件式连接器排列成两列 每列两个顺行排列 目的是为了增加电路 的引脚数 一个楼夹层连接器有 64 个电路引脚 图中 4 个连接器排成的阵列就能 提供 256 个电路引脚 楼夹层连接器插接后的接触区域 PCB 焊脚 容许容许 SMT 插头簧片插头簧片 具有大的平直接触区域 插座插座 具有弹性接触 多频次差拔后仍然保证良好接触 接触部份接触部份是磷青铜基体上镀镍后再镀金 4 4 IDTIDT 和和 DINDIN 连接器连接器 IDT 和 DIN 连接器也是板到板连接器 IDT 就是我们在前面课程中介绍的绝缘取代技术 IDT 连接器配用上扁平柔性 电缆常常用来连接子板和母板 阳接头 底座 安装在每块 PCB 板上 与其交合的阴接头是 IDT 接头 连接在带状电 缆上 见下图 CD 播放器 汽车立体声系统 电视和个人计算机等都使用这种连接方式 Molex 还生产全系列的 DIN 连接器 DIN 是德国标准 在欧洲流行 其样式见下例图 5 5 转接器 转接器 shuntshunt 它用于将 PCB 板上的电路接通或断开 它是 DIP 开关或乒乓开关的廉价替代品 在工业界它的另一个名称是跳线开关 jumper 但是 Molex 公司已经将此名用于其它方面 指没接上连接器或端子的电缆 所以本文采用转接器这个名 称 上图画出了 Molex 的转接器 转接器本身 图中位置最高的长方盒 是塑料压铸的座体 内部装有芯盒状的端子 共 有两个接触点 转接器同无罩的底座 图中下部份 插合 插合后使相邻插针接通 转接器也能跨针插合 或是同时 插合一排针 此外 还有小型和超小型转接器 见下图 它们的插合高度能够降得很低 适用于袖珍 PC 机 光驱 等空间紧凑的地方 不管是什么形式的转换器 它的价格都很低廉 适用于 PCB 板上电路连接 6 6 选择板到板连接器时的考虑因素选择板到板连接器时的考虑因素 选择板到板连接器时应当考虑如下诸因素 PCB 板的装配密度 是单面板 双面板还是多层板 产品中需要一件式还是两件式连接器 各个 PCB 板之间用何种导线 体 输送电流 如扁平柔性电缆 分立导线等 电缆 线 束长度是多少 使用何种端接工艺 如焊接 绕接或挤压配合 第六课第六课 3 3 级 线到板连接器级 线到板连接器 IDT 连接器FFC FPC 连接器板内连接器无焊接端子 线到板连接器是 PCB 板连接到一个机箱内的组合件 或是同机箱本身相连 连接导体常常是导线 电缆或扁平柔性电 缆 又称之为分组合到分组合的连接 组合是电子产品的构成部份 它自己有其一组 PCB 板和 IC 组件 实现特定的 功能 分组合又叫分机箱 chassis 所以会听见分机箱到分机箱的连接器的称谓 下面介绍 Molex 生产的各种 3 级 连接器 1 1 IDTIDT 连接器连接器 本节介绍市场上流行的 Molex 两种线到板连接器 Picoflex 和 FFC FPC 前者使用带状导线电缆 后者使用扁平柔性电 路电缆 PicoflexPicoflex Picoflex 是小型 IDT1 27 毫米 0 50 英寸 带状电缆产品系列 广泛用于消费电子 数据处理和电信产品中 常见的使 用 Picoflex 产品有电视 CD 播放机 打印机 卫星设备等 PicoflexPicoflex 座体和基座座体和基座 Picoflex 包括一个阴座体 它端接到 1 27mm 050 的标准带状电缆 线号有多种 阴 连接器是具有 4 至 20 个电路引脚的单件式座体 因是 IDT 连接器 接触部份是预装好 的 定位部份同时铸在座体上 请注意看座体的边壁是如何同基座的边片 见图 是如 何对位的 阳连接器是一件压铸的基座 焊脚用于 SMT 端接 底部的 销钉有利与底座同 PCB 对位 增加稳定性 PicoflexPicoflex 的接触部份的接触部份 见下图 Picoflex 的阴接触簧片是经冲压制成的折边单金属片 接触片预 先安装在座体中 IDT 沟槽顶部的扇贝外形保证将电缆线精确就 位 插接过程中接触片一被推入座体 就实现端接 电缆外皮 被移开和被取代 形成 IDT 接触 同时也将电缆在座体顶部就 位 有效地减轻了导线受的应力 阳接触片是铜合金材料 外面电镀以锡或 有选择地局部镀金 使用金降低接触电阻 和插拔力 提高耐久性 可插拔次数高 有选择地局部镀金可以降低成本 2 2 FFC FPCFFC FPC 连接器连接器 这种类型的连接器使用扁平柔性电缆 FFC 和柔性印制电路 FPC flexible printed circuitry 近年来随着工业技术进 步 产品日益趋向复杂和小型化 这种连接器和连接技术日益流行 常见于蜂窝电话 寻呼机 笔记本计算机和条码 扫描器等 Molex 占有 FFC FPC 市场的重要份额 他的大客户有 IBM Motorola Kodak Sony Delco 和 HP 等公司 FFC FPCFFC FPC 电缆电缆 FFC 电缆由扁平统导体制成 并且包嵌在聚酯薄膜绝缘材料中 电缆端部的接触片是涂 锡的 市场上广泛供应标准形态的 FFC 电缆 然而 FPC 是定做的 它是把刻蚀过的铜导 体 包嵌在橙棕色的 Kapton 绝缘中 FPC 电路可以包含有源电路 如集成电路芯片 一 般 FPC 的导线间距比 FFC 更紧凑 间距在 1 00 毫米或以下时通常使用 FPC 两种电缆 的厚度典型值为 0 3 毫米 下面的图画出了 FPC 和 FFC 的常用间距 图中 pitch 是 间距 的意思 FFC FPCFFC FPC 连接器连接器 Molex 生产两种 FFC FPC 连接器 ZIF 连接器和非 ZIF 连接器 两种都由座体和预装的端子组成 ZIF 代表零拔插力 也就是说 ZIF 连接器拔插时不需要花力量 这样经历许多次拔插而磨损很小 同时它又能给很薄的电缆以高压力接 触 ZIF 由松紧器 actuator 实现低拔插力 松紧器是预装配好的滑动套罩 能将 FFC FPC 导体同端子紧固在一起或 放开 ZIFZIF 连接器连接器非非 ZIFZIF 连接器连接器 ZIFZIF 连接器的工作过程连接器的工作过程 1 提起松紧器 把 FFC FPC 电缆穿过松紧器盖插入连接器 基体 2 用量将松紧器压下去 松紧调整片挤压端子 在被挤压 挠曲的端子和电缆接触区域之间产生强压力接触 3 为断开电缆 提升松紧器盖 拉出 FFC FPC 3 3 板内连接器板内连接器 板上连接器的一端接电缆 另端接到 PCB 板的 IC 插座上或是直接焊接在 PCB 板上 它用于不可拆除的连接场合 Molex 的用户友好产品系列供应一种板内连接器示于下图 它是一个直列型 IDT 板内连接器 直接把分立导线连接到 PCB 板 没有基座 是单件式座体 在焊接过程中 箭头状 支持引脚也提供固定作用 底部的销钉是定位用的 它与 PCB 板成永久性连接 它没有插接部份 4 4 无焊接端子无焊接端子 无焊接端子是常用的 3 级连接元件 它是线到板应用的最简单和成本低廉的压接连接器 Molex 生产的无焊接端子有 两种 接线片式 barrel style 和速断式 quick disconnect 接线片式接线片式 常见的接线片式无焊接端子示于下图 环矩形 铲形 开槽环 勾形 方铲 形 凸缘 铲形 抓铲形 这些端子通常利用螺钉紧固 它有工业标准尺寸 有绝缘和不绝缘的 由于是铜制品 导电性好 接触部份往往电镀 以锡 提高抗腐蚀性 图中各片的下部是压接区域 是按照一定的线号或线号范围设计的 所以选用时必须注意该端 子适用的线号是多少 速断接式速断接式 速断接式也是无焊接端子 它把一个扁平的导体片插入到卷边到金属片弯成的沟槽中 见图 它是一种可快速插拔的小型连接器 不需要用任何插拔工具 两方的接触簧 片各自都用绝缘材料包罩 它也是简单 廉价和可靠的连接元件 端子条端子条 端子条 见下图 是一条 或块 塑料绝缘材料上安装了一排端子 端子都是螺钉安装的 端子条焊接在 PCB 板上 它利用无焊接连接器和螺装端子 将分立导线附接在端子条上 其接触部份隐藏在端子条体的内部 通常用镀锡的磷 青铜制造 螺钉是黄铜制的 端子条的构造 接线数目和形式有多种可供选用 第七课第七课 4 4 级 输入级 输入 输出连接器输出连接器 SCSI 连接器超小 D 型模块化插头座圆或圆柱形连接器同轴连接器 输入 输出连接器 I O 连接器 又称机箱到机箱连接器 box to box 或 cabinet to cabinet 它传载信号或功率进入或 流出装有面板的子系统 举几个常见使用 I O 连接器场合有 计算机 电信 医学 有线电视 家用娱乐设备等 I O 连接器在这些应用场合主要用作同机箱外面联系 如引人或送出音频或视频信号 又如计算机联网等 I O 连接器分如 下几类 SCSI 小型计算机系统接口 超小 D 型 模块化插头座 圆或圆柱形的 同轴的 随着当今技术进步 如多媒体和高级 PC 机的发展等 需要其它类型的 I O 连接器 Molex 的 IEEE 1934 和 USB 连接 器就是例子 本课举例说明每种 I O 连接器的组成和特点 1 1 SCSISCSI 连接器连接器 它是一种很普通的标准 I O 连接器 SCSI 代表小型计算机系统接口 Small Computer System Interface SCSI 是工业 上针对计算机外设制订的标准线到板连接协议 这些外设有 软盘驱动器 磁带机 光盘驱动器 打印机 扫描仪等 SCSI 连接器有时称作 IEEE 488 连接器 自从 1986 年美国国家标准协会 ANSI 制订 SCSI 标准以来 该标准已经演变 了几代 SCSI 2 增加了 50 脚连接器的带宽 SCSI 3 增多引脚到 68 个 把 8 bit 变成 16 bit 使带宽加倍 SCSISCSI 的组成的组成 下图画出 Molex 的 SCSI 产品的主要组成部份 他的产品支持 SCSI 2 和 SCSI 3 标准 分有屏蔽罩和无屏蔽罩两种 插座插座 单整体件加强长期可靠性 焊接在 PCB 上 分有屏蔽和 无屏蔽两种 都有锁紧柱 或锁紧螺钉 紧固夹是直 角型 插头插头 插头是 IDT 的 有接分 立导线型和接带状电缆 型 分分有屏蔽和无屏 蔽 两种型都减轻应力 插座的接触片插座的接触片 调音叉式端子 焊脚处 的引人角平缓 基体金属是磷青铜 有 选择地局部镀金 壳罩壳罩 锌模冲压的 表面镀镍 有不锈钢紧固锁 装配螺钉是镀镍不锈钢 的 2 2 超小超小 D D 型型 超小 D 型或称 D 型连接器连接计算机与它的外设 常常通过 RS 232 C 标准接口 打印机 扫描仪等也有用它连接 的 所以称为 D 型 是由于它的形状酷似英文大写字母 D D 型插头座起初是加侬 Canon 公司为飞机工业设计的 目的是使航空电子设备之一的黑匣子变得更小 1984 年 Molex 进入了这个市场 而苹果计算机公司 Apple Computer 是他们的第一大用户 目前的大客户是康柏 Compaq 公司 超小 D 型连接器商品根据其端子数目命名 例如 DB 25 连接器有 25 个插针或座孔 而 DB 9 则有 9 个 每个工作站一 般有三种 D 型插头座 DB 9 DB 15 和 DB 25 座体是金属的 或是塑料的 端接方式采用 IDT 方式或焊接 Molex 公司供应工业标准大小 9 15 和 25 的全系列超小 D 型连接器 还供应单件式防电磁干扰 射频干扰 EMI RFI 的金属屏蔽罩 Molex 最近投入市场的有关产品是 Slimline D Sub 可以比别的竞争产品