電氣系統(tǒng)中的連接器是什么（二）之連接器的結(jié)構(gòu)
來源:www.p522.cn
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作者:wonplug
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發(fā)布時間: 2020-09-23
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一、電氣系統(tǒng)中連接器的結(jié)構(gòu)
連接器的用途甚廣，結(jié)構(gòu)差異很大，下面介紹較典型的電子連接器的結(jié)構(gòu)，典型的電子連接器往往由4部分組成：1：界面；2：電鍍層；3：端子/彈片；4：塑料外殼/housing。
A界面被認(rèn)為是連接器最重要的組分，正是界面決定了接觸電阻和連接器的壽命以及失效模式，對界面結(jié)構(gòu)的意識是理解連接器如何起作用和設(shè)計連接器的根本。界面分為分離界面和連接界面。
可分離界面是連接器對配時形成，界面的結(jié)構(gòu)主要取決于端子（彈片）的幾何形狀，端子與端子之間的（正向）力以及電鍍層。
連接界面是連接器連接（往往是一次性連接）到子系統(tǒng)時形成的。連接器的連接媒介往往是電線電纜和電路板。連接有兩大類方式，機(jī)械式和焊接式。機(jī)械式包括Crimp方式，Clamp方式，IDC，過盈配合（press-in）---過盈配合又分成硬過盈和軟過盈，刺破方式（piercing）和繞線（wrapped）等。每種連接方式有它的連接特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場合，可靠性要求，連接效率要求，連接空間，連接技術(shù)要求，連接工具等加以選用。但有的連接方式只能用于電線電纜，有的則用于電路板，而有的用于兩者。如IDC，Crimp，Clamp，Piercing用于電線；過盈配合用于電路板；焊接可用于電線電纜也能用于電路板。
B電鍍層主要有兩大作用：保護(hù)端子不受腐蝕及優(yōu)化界面。
優(yōu)化界面涉及觸點(diǎn)物理學(xué)內(nèi)容和電鍍理論，是連接器設(shè)計的核心之一。連接器可靠的連接源自于界面的金屬與金屬的接觸（金屬與金屬的接觸面之間不存在不導(dǎo)電的物質(zhì)成分）。電鍍使界面間的金屬直接接觸成為可能，但每種鍍層的特點(diǎn)和性能不一樣，基本上分成兩大類：貴重金屬和非貴重金屬。貴重金屬鍍層有金（合金），鈀（合金）銠（合金）…，非貴重金屬鍍層有銀（合金），鎳（合金），錫（合金），銅（合金）。貴重金屬本身不會氧化（至少在一定純度和溫度范圍內(nèi)不會氧化）故貴重金屬鍍層連接器的設(shè)計目標(biāo)之一是防止不導(dǎo)電的物質(zhì)成分在界面出現(xiàn)而非貴重金屬鍍層連接器的設(shè)計目標(biāo)之一是防止鍍層本身氧化。不同的鍍層意味著不同的失效方式，不同的鍍層要求不同的設(shè)計方案或參數(shù)（如正向力），也產(chǎn)生不同的性能。界面的性質(zhì)不同（如分離界面和連接界面）也要求不同的鍍層。鍍層的選擇影響甚至決定接觸電阻的穩(wěn)定性，正向力的大小，連接器外殼的設(shè)計，插拔壽命，配合力…。
連接器根據(jù)其應(yīng)用和設(shè)計的需要，鍍層也有厚度，硬度（如硬金，軟金），色澤（如光亮鎳，亞光鎳，暗鎳，黑鎳，光亮錫，亞光錫，暗錫）以及電鍍工藝的要求（如電鍍鎳，化學(xué)鎳）。近年來，連接器端子電鍍后再施加封孔劑或潤滑劑越來越常見，封孔劑或潤滑劑的作用是：1，降低摩擦力，即插拔力；2，減少磨損，潤滑劑在連接器端子鍍層表面形成一層潤滑薄膜，在連接器對配時這種潤滑薄膜改善端子的摩擦，降低磨損，提高連接器的摩擦壽命；3，提高電鍍層不受腐蝕的能力，封孔劑能夠密封電鍍層在電鍍過程中形成的孔隙，降低環(huán)境對連接器端子腐蝕的可能性。
C端子主要有三大作用：
1.從分離界面?zhèn)鲗?dǎo)信號或能量到連接界面；
2.提供正向力以建立和維護(hù)可分離界面；
3.為連接界面提供連接部位。
銅（合金）具有優(yōu)越的導(dǎo)電性能（銅的導(dǎo)電性能在所有金屬中僅次于銀位居第二），良好的機(jī)械性能和加工工藝性。雖然銅（合金）在金屬中價格不具有很好的競爭力，但銅（合金）以其突出的綜合性能在連接器端子材料中占統(tǒng)治地位。銅（合金）中各自的導(dǎo)電性能，機(jī)械性能，加工性能也相差很大，如時效熱處理后的鈹銅的機(jī)械強(qiáng)度是銅的機(jī)械強(qiáng)度的好幾倍，但銅的導(dǎo)電性能比鈹銅C17200和C17300高出數(shù)倍。即使是同一牌號，不同硬度狀態(tài)的銅合金的機(jī)械性能也相去甚遠(yuǎn)，比如C5240退火狀態(tài)（O）的抗拉強(qiáng)度不到400Mpa而XSH狀態(tài)的C5240的抗拉強(qiáng)度高達(dá)1200Mpa。正因銅（合金）性能范圍較寬，在連接器設(shè)計中才有一定的選擇余地，也是銅（合金）成為連接器端子材料的原因之一。
但每種銅合金還是有各自突出的優(yōu)缺點(diǎn)，甚至有些共同的特征，如機(jī)械強(qiáng)度越高，加工工藝性（如成形性）越差，導(dǎo)電性和散熱性也往往變差，在連接器設(shè)計中要求做到較好的平衡。在連接器日益小型化，微型化，功能多元化，傳輸性能高速化的今天，要平衡好材料的性能變得越來越困難。故市場上不斷推出新的特殊性能的材料來滿足連接器設(shè)計要求。但開發(fā)商往往擁有這種材料的知識產(chǎn)權(quán)，這種材料在市場上的供應(yīng)渠道較有限.
4.連接器電阻：
連接器含有3種電阻，分別是可分離界面電阻，即接觸電阻；端子體電阻；連接電阻。這3個電阻是串聯(lián)在一起，一般在10到20毫歐的數(shù)量級.在典型的信號連接器中，端子體電阻占較大的比例而連接電阻在幾十或幾百微歐。在100克正向力，接觸電阻的數(shù)量級是1毫歐。
故正常情況下，接觸電阻只占連接器電阻很小的比例，但接觸電阻是個變量，當(dāng)連接器的電阻變化時，總是連接器的界面電阻起變化。這是為什么連接器的設(shè)計/材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)總是圍繞著保證界面穩(wěn)定性這條主軸在轉(zhuǎn)的緣故。
D外殼主要有四大作用：
1.絕緣隔離端子；
2.固定端子于正確的位置以保證連接器互配以及尺寸穩(wěn)定；
3.為端子提供機(jī)械保護(hù)和支撐；
4.從連接器使用環(huán)境中屏蔽端子以減少環(huán)境對端子的腐蝕。
外殼對端子的屏蔽作用很大程度取決于外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別是外殼開口的大小，這決定了連接器應(yīng)用環(huán)境對連接器界面影響的程度。這種屏蔽作用是設(shè)計工作于非常惡劣的環(huán)境下的連接器的關(guān)鍵因素。
其他三大作用取決于外殼所用的聚合物材料的性能，如體積電阻率，面電阻率，蠕變強(qiáng)度，注塑收縮率，繞曲強(qiáng)度。相對來說，連接器端子設(shè)計的特點(diǎn)是，材料規(guī)格較少，結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，而外殼的設(shè)計特點(diǎn)是，材料規(guī)格日新月異，結(jié)構(gòu)卻累見不鮮。外殼材料規(guī)格之所以各式各樣是為了滿足各種各樣的要求，不僅僅是應(yīng)用環(huán)境的要求，更多是零件制造工藝要求和連接器裝配要求，尤其是連接器表面貼板要求限制了外殼材料的選用。
一般來說，大部分的工程聚合物能滿足連接器外殼的電氣性能要求，但環(huán)境對各種聚合物的電氣性能的穩(wěn)定性影響不一，這種不同主要來源于聚合物的結(jié)構(gòu)差異。聚合物有一個越來越重要的特征，就是介電常數(shù)，它是特征阻抗的主要決定參數(shù)，特征阻抗直接決定匹配性或反射大小（見上面例子）。在傳輸速度要求越來越高的今天，介電常數(shù)日顯重要。
上面提到連接器外殼兩項機(jī)械要求，尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械保護(hù)及支撐。尺寸穩(wěn)定性很大程度取決于聚合物對注塑成型的變異的敏感性，如模具收縮率。這種敏感性決定于聚合物的結(jié)構(gòu)。為了保證連接器的功能尺寸穩(wěn)定性很重要，例如使連接器焊腳處于正確的位置以保證正確焊接到電路板的相應(yīng)銅箔；再如維護(hù)端子的正確間距以保證連接器的對配性。機(jī)械保護(hù)及支撐的例子有：外殼口部的導(dǎo)向角---方便連接器對配；外殼過應(yīng)力保護(hù)特征及外殼對端子的夾持結(jié)構(gòu)。尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械保護(hù)及支撐決定于聚合物的結(jié)構(gòu)，就上面例子，決定于聚合物的固有性能的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性又取決于聚合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，聚合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要是受成型工藝參數(shù)，蠕變，和溫度影響。溫度對連接器的應(yīng)用裝配影響最明顯，尤其是焊接，要求最挑剔的恐怕是連接器通過表貼裝配到電路板。
連接器常用的外殼材料有，尼龍系列（如6/6，6/12，6，4/6，高溫尼龍/HTN），LCP（液態(tài)晶體聚合物），PBT，PET，PCT，PPS，PC…
連接器結(jié)構(gòu)除了上面講述的4部分外，在連接器外圍裝入金屬外殼也越來越常見，這除了加強(qiáng)連接器的機(jī)械保護(hù)外，主要是降低電磁波干擾/FMI/EMI/EMC.這也是連接器傳輸速度越來越高，應(yīng)用頻率越來越高所致。
廣州萬浦電器有限公司是專業(yè)的插頭插座連接器廠家，可定制轉(zhuǎn)換插頭、插排、旅行轉(zhuǎn)換器等產(chǎn)品，專業(yè)技術(shù)，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品！
連接器的用途甚廣，結(jié)構(gòu)差異很大，下面介紹較典型的電子連接器的結(jié)構(gòu)，典型的電子連接器往往由4部分組成：1：界面；2：電鍍層；3：端子/彈片；4：塑料外殼/housing。
A界面被認(rèn)為是連接器最重要的組分，正是界面決定了接觸電阻和連接器的壽命以及失效模式，對界面結(jié)構(gòu)的意識是理解連接器如何起作用和設(shè)計連接器的根本。界面分為分離界面和連接界面。
可分離界面是連接器對配時形成，界面的結(jié)構(gòu)主要取決于端子（彈片）的幾何形狀，端子與端子之間的（正向）力以及電鍍層。
連接界面是連接器連接（往往是一次性連接）到子系統(tǒng)時形成的。連接器的連接媒介往往是電線電纜和電路板。連接有兩大類方式，機(jī)械式和焊接式。機(jī)械式包括Crimp方式，Clamp方式，IDC，過盈配合（press-in）---過盈配合又分成硬過盈和軟過盈，刺破方式（piercing）和繞線（wrapped）等。每種連接方式有它的連接特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用場合，可靠性要求，連接效率要求，連接空間，連接技術(shù)要求，連接工具等加以選用。但有的連接方式只能用于電線電纜，有的則用于電路板，而有的用于兩者。如IDC，Crimp，Clamp，Piercing用于電線；過盈配合用于電路板；焊接可用于電線電纜也能用于電路板。
B電鍍層主要有兩大作用：保護(hù)端子不受腐蝕及優(yōu)化界面。
優(yōu)化界面涉及觸點(diǎn)物理學(xué)內(nèi)容和電鍍理論，是連接器設(shè)計的核心之一。連接器可靠的連接源自于界面的金屬與金屬的接觸（金屬與金屬的接觸面之間不存在不導(dǎo)電的物質(zhì)成分）。電鍍使界面間的金屬直接接觸成為可能，但每種鍍層的特點(diǎn)和性能不一樣，基本上分成兩大類：貴重金屬和非貴重金屬。貴重金屬鍍層有金（合金），鈀（合金）銠（合金）…，非貴重金屬鍍層有銀（合金），鎳（合金），錫（合金），銅（合金）。貴重金屬本身不會氧化（至少在一定純度和溫度范圍內(nèi)不會氧化）故貴重金屬鍍層連接器的設(shè)計目標(biāo)之一是防止不導(dǎo)電的物質(zhì)成分在界面出現(xiàn)而非貴重金屬鍍層連接器的設(shè)計目標(biāo)之一是防止鍍層本身氧化。不同的鍍層意味著不同的失效方式，不同的鍍層要求不同的設(shè)計方案或參數(shù)（如正向力），也產(chǎn)生不同的性能。界面的性質(zhì)不同（如分離界面和連接界面）也要求不同的鍍層。鍍層的選擇影響甚至決定接觸電阻的穩(wěn)定性，正向力的大小，連接器外殼的設(shè)計，插拔壽命，配合力…。
連接器根據(jù)其應(yīng)用和設(shè)計的需要，鍍層也有厚度，硬度（如硬金，軟金），色澤（如光亮鎳，亞光鎳，暗鎳，黑鎳，光亮錫，亞光錫，暗錫）以及電鍍工藝的要求（如電鍍鎳，化學(xué)鎳）。近年來，連接器端子電鍍后再施加封孔劑或潤滑劑越來越常見，封孔劑或潤滑劑的作用是：1，降低摩擦力，即插拔力；2，減少磨損，潤滑劑在連接器端子鍍層表面形成一層潤滑薄膜，在連接器對配時這種潤滑薄膜改善端子的摩擦，降低磨損，提高連接器的摩擦壽命；3，提高電鍍層不受腐蝕的能力，封孔劑能夠密封電鍍層在電鍍過程中形成的孔隙，降低環(huán)境對連接器端子腐蝕的可能性。
C端子主要有三大作用：
1.從分離界面?zhèn)鲗?dǎo)信號或能量到連接界面；
2.提供正向力以建立和維護(hù)可分離界面；
3.為連接界面提供連接部位。
銅（合金）具有優(yōu)越的導(dǎo)電性能（銅的導(dǎo)電性能在所有金屬中僅次于銀位居第二），良好的機(jī)械性能和加工工藝性。雖然銅（合金）在金屬中價格不具有很好的競爭力，但銅（合金）以其突出的綜合性能在連接器端子材料中占統(tǒng)治地位。銅（合金）中各自的導(dǎo)電性能，機(jī)械性能，加工性能也相差很大，如時效熱處理后的鈹銅的機(jī)械強(qiáng)度是銅的機(jī)械強(qiáng)度的好幾倍，但銅的導(dǎo)電性能比鈹銅C17200和C17300高出數(shù)倍。即使是同一牌號，不同硬度狀態(tài)的銅合金的機(jī)械性能也相去甚遠(yuǎn)，比如C5240退火狀態(tài)（O）的抗拉強(qiáng)度不到400Mpa而XSH狀態(tài)的C5240的抗拉強(qiáng)度高達(dá)1200Mpa。正因銅（合金）性能范圍較寬，在連接器設(shè)計中才有一定的選擇余地，也是銅（合金）成為連接器端子材料的原因之一。
但每種銅合金還是有各自突出的優(yōu)缺點(diǎn)，甚至有些共同的特征，如機(jī)械強(qiáng)度越高，加工工藝性（如成形性）越差，導(dǎo)電性和散熱性也往往變差，在連接器設(shè)計中要求做到較好的平衡。在連接器日益小型化，微型化，功能多元化，傳輸性能高速化的今天，要平衡好材料的性能變得越來越困難。故市場上不斷推出新的特殊性能的材料來滿足連接器設(shè)計要求。但開發(fā)商往往擁有這種材料的知識產(chǎn)權(quán)，這種材料在市場上的供應(yīng)渠道較有限.
4.連接器電阻：
連接器含有3種電阻，分別是可分離界面電阻，即接觸電阻；端子體電阻；連接電阻。這3個電阻是串聯(lián)在一起，一般在10到20毫歐的數(shù)量級.在典型的信號連接器中，端子體電阻占較大的比例而連接電阻在幾十或幾百微歐。在100克正向力，接觸電阻的數(shù)量級是1毫歐。
故正常情況下，接觸電阻只占連接器電阻很小的比例，但接觸電阻是個變量，當(dāng)連接器的電阻變化時，總是連接器的界面電阻起變化。這是為什么連接器的設(shè)計/材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)總是圍繞著保證界面穩(wěn)定性這條主軸在轉(zhuǎn)的緣故。
D外殼主要有四大作用：
1.絕緣隔離端子；
2.固定端子于正確的位置以保證連接器互配以及尺寸穩(wěn)定；
3.為端子提供機(jī)械保護(hù)和支撐；
4.從連接器使用環(huán)境中屏蔽端子以減少環(huán)境對端子的腐蝕。
外殼對端子的屏蔽作用很大程度取決于外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別是外殼開口的大小，這決定了連接器應(yīng)用環(huán)境對連接器界面影響的程度。這種屏蔽作用是設(shè)計工作于非常惡劣的環(huán)境下的連接器的關(guān)鍵因素。
其他三大作用取決于外殼所用的聚合物材料的性能，如體積電阻率，面電阻率，蠕變強(qiáng)度，注塑收縮率，繞曲強(qiáng)度。相對來說，連接器端子設(shè)計的特點(diǎn)是，材料規(guī)格較少，結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，而外殼的設(shè)計特點(diǎn)是，材料規(guī)格日新月異，結(jié)構(gòu)卻累見不鮮。外殼材料規(guī)格之所以各式各樣是為了滿足各種各樣的要求，不僅僅是應(yīng)用環(huán)境的要求，更多是零件制造工藝要求和連接器裝配要求，尤其是連接器表面貼板要求限制了外殼材料的選用。
一般來說，大部分的工程聚合物能滿足連接器外殼的電氣性能要求，但環(huán)境對各種聚合物的電氣性能的穩(wěn)定性影響不一，這種不同主要來源于聚合物的結(jié)構(gòu)差異。聚合物有一個越來越重要的特征，就是介電常數(shù)，它是特征阻抗的主要決定參數(shù)，特征阻抗直接決定匹配性或反射大小（見上面例子）。在傳輸速度要求越來越高的今天，介電常數(shù)日顯重要。
上面提到連接器外殼兩項機(jī)械要求，尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械保護(hù)及支撐。尺寸穩(wěn)定性很大程度取決于聚合物對注塑成型的變異的敏感性，如模具收縮率。這種敏感性決定于聚合物的結(jié)構(gòu)。為了保證連接器的功能尺寸穩(wěn)定性很重要，例如使連接器焊腳處于正確的位置以保證正確焊接到電路板的相應(yīng)銅箔；再如維護(hù)端子的正確間距以保證連接器的對配性。機(jī)械保護(hù)及支撐的例子有：外殼口部的導(dǎo)向角---方便連接器對配；外殼過應(yīng)力保護(hù)特征及外殼對端子的夾持結(jié)構(gòu)。尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械保護(hù)及支撐決定于聚合物的結(jié)構(gòu)，就上面例子，決定于聚合物的固有性能的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性又取決于聚合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，聚合物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性主要是受成型工藝參數(shù)，蠕變，和溫度影響。溫度對連接器的應(yīng)用裝配影響最明顯，尤其是焊接，要求最挑剔的恐怕是連接器通過表貼裝配到電路板。
連接器常用的外殼材料有，尼龍系列（如6/6，6/12，6，4/6，高溫尼龍/HTN），LCP（液態(tài)晶體聚合物），PBT，PET，PCT，PPS，PC…
連接器結(jié)構(gòu)除了上面講述的4部分外，在連接器外圍裝入金屬外殼也越來越常見，這除了加強(qiáng)連接器的機(jī)械保護(hù)外，主要是降低電磁波干擾/FMI/EMI/EMC.這也是連接器傳輸速度越來越高，應(yīng)用頻率越來越高所致。
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