连接器设计基础讲义

1、驊陞實業股份有限公司 Wieson Electronic Co. LTD. 專案進度管控 第一講 隆 輝 2004/06/18,內容 - 正向力(Normal Force) - 正向力, 永久變性, 耐耗性(壽命週期)關係 接触電阻(Contact Resistance) 導電係數,導電率(IACS%) 溫升與電流評級(Current Rating) 插入力/拔出力(Insertion / Withdrawal Force) Buckling (挫曲)強度,接触物理學基本概念,P荷重(Normal Force正向力),何謂正向力 (Normal Force),彈性臂 長度= L 寬度= b 厚

2、度= h,正向力 ( Normal Force ),正向力與產品的可靠性有絕對的關係。 正向力與接觸電阻有密切的關係。 正向力與 Mating/Un-mating force 有關。 正向力與振動測試時之瞬斷(Intermittence)有密切的關係，增加正向力可改善瞬斷問題。 正向力會嚴重影響電鍍層之耐磨耗性。,永久變形 ( Permanent Set )和正向力之關係,端子反覆耐耗性(Durability)實驗,臨界應力設計討論,理論計算之正向力非常接近實驗值。 永久變形受 最大應力值影響，也就是應力集中之影響 - 會造成永久變形。 永久變形量不會造成端子正向力降低，而是端子彈性係數增加(

3、所謂加工硬化) 。= 尺寸包容度會下降. 當理論應力值大過材料強度 - 其反覆耐壓之次數無法達到1萬次，應力愈高次數愈少，但應力超過最大值之1.8倍時尚有2000 cycles. 以上測試是在實驗室環境下所測得之案例，若產品設計高出材料強度很多時很容易產生跪針(垮Pin)現象。,接觸阻抗 ( Contact Resistance ),接觸電阻設計,電子連接器接觸電阻設計包括兩部分： 端子材料電阻 接觸端電阻,兩個相同材料的接触點的電阻 Rc 1.) Rc = s / d s : 材料的導電率 2.) H = F /A H : 材料硬度 F : 正向力 A : 接触點的面積 3.) A = II

4、 d *d / 4 將 2.) 和 3.) 代入 1.), 得如下 1/2 1/2 Rc = s * ( H / F ) * ( 4 / II ),正向力與接觸電阻關係,Sample 2,Sample 3,Sample 4,Sample 5,由左圖可看出,鍍金端子只 需50g的正向力即可達到 10mohm接触電阻以下. * 鍍錫則需150g.,材料電阻計算,磷青銅(C5191, 5210)的導電率約為13%，黃銅(C2600)導電率約26%，BeCu and C7025 則可達到40%，因此選擇適當材料是降低電阻最有效的方法。 端子長度及截面積受電子連接器外型及pitch而決定，可變更的範圍受

5、到限制。,L : 端子導電長度 (mm) A : 端子截面積 (mm2) s : 導電率 ( ICAS % ),材料電阻計算,以長度為 7mm,厚度為0.25mm,寬度為0.3mm, 磷銅導線 (s 17.24*12.04%) 計算 - R = 13.33 mohm (端子材料本身的電阻不含接觸端電阻),L : 端子導電長度 (mm) A : 端子截面積 (mm2) s : 導電係數,溫升 ( Temperature Rise ),連接器有電流評級(Current Rating)這項規格 -也就是它不會影響電氣特性下所能使用的最大電流量.通常以溫度上升來評斷.通常在 30以下. 可使用以下簡單

6、的計算公式：,T : degree F J : current (amps) L : beam length (in) A : cross section area (in*in) g : electric conductivity (%IACS) k : thermal conductivity (BTU/ft.hr.F),保持力( Retention Force )設計,在連接器 SMT 化及小型化的趨勢下，保持力的設計必須非常精準。 保持力太大，有兩項缺點： (1)增加端子組入housing所需的插入力， 易造成組裝時端子變形 (2)另外會增加housing 內應力，易造成 housin

7、g 變形或在過完SMT後翹曲。 保持力太小，有兩項缺點： (1)正向力不夠，造成電訊接觸不良， (2)端子易鬆脫 (退Pin),典型的干涉(倒刺)匹配幾何形狀 :,雙邊干涉,單邊干涉,膠芯,端子,實驗方程式,單 Pin 插/拔力,Female Contact,Cross Section,Male Contact,單Pin插入力/拔出力 連接器匹配力/分離力(mating/Unmating Force)需將Housing所產生的阻力(干涉+摩擦)加入考慮.,Contact Spring Force P=Kd=N(Cosq-mSinq) Insertion Force H = 2(Fcosq+Nsinq)=2N(mCosq+Sinq)=2P(mCosq+Sinq)/(Cosq-mSinq)=2Pw,單Pin插入力計算結果,插入力太大