連接器設(shè)計基礎(chǔ)

連接器設(shè)計基礎(chǔ)第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日設(shè)計要件正向力設(shè)計最大應(yīng)力設(shè)計保持力設(shè)計接觸電阻設(shè)計金屬材料選用應(yīng)力釋放設(shè)計第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日1.1正向力設(shè)計鍍金端子正向力：100gf或小于100gf。鍍錫鉛端子正向力必須大于150gf。正向力與產(chǎn)品的可靠性有絕對的關(guān)系。正向力與接觸電阻有密切的關(guān)系。若PIN數(shù)大于200可適度降低正向力。正向力與mating/unmatingforce有關(guān)。正向力與振動測試時之瞬斷(intermitance)有密切的關(guān)系，增加正向力可改善瞬斷問題。正向力會嚴(yán)重影響電鍍層之耐磨耗性。第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日1.2正向力與接觸電阻關(guān)系第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.1端子應(yīng)力設(shè)計基礎(chǔ)d:位移量(mm)

E:彈性系數(shù)(110Gpa)

s:最大應(yīng)力(Mpa)

F:N(98gf)理論最大應(yīng)力理論正向力*Formingandblanking端子設(shè)計差異及重點(diǎn)第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.1端子應(yīng)力設(shè)計實(shí)例材料強(qiáng)度=750Mpa大小端子應(yīng)力值703Mpa1111Mpa1244Mpa1355MPa第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.2最大應(yīng)力設(shè)計最大應(yīng)力＜材料強(qiáng)度(680-780MPaforC5210EH)。FEM分析所得之最大應(yīng)力含應(yīng)力集中效應(yīng)，通常會大于nominalstress，因此應(yīng)排除應(yīng)力集中效應(yīng)。高應(yīng)力設(shè)計的趨勢：Connector小型化的趨勢，使端子最大應(yīng)力已大于材料強(qiáng)度，如何在臨界應(yīng)力下設(shè)計端子是重要課題。臨界應(yīng)力的設(shè)計應(yīng)以理論應(yīng)力值為基礎(chǔ)來設(shè)計，所考慮的因素包括：位移量，理論應(yīng)力，永久變形量，反復(fù)差拔次數(shù)。第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.3臨界應(yīng)力設(shè)計實(shí)例第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.3臨界應(yīng)力設(shè)計實(shí)例位移(mm)最大應(yīng)力(Mpa)永久變形量(mm)CycleNo.理論值FEM理論值/材料強(qiáng)度0.22975250.40>100000.34457870.60.01>100000.459410500.80.02>100000.574213121.00.05>100000.689115751.20.0980000.7104018381.40.1550000.8118821001.60.20

0.9133723631.80.2720001.0148526252.00.34

第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.4正向力結(jié)果之比較第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.5理論應(yīng)力與永久變形之關(guān)係理論應(yīng)力/材料強(qiáng)度永久變形量(mm)第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.6永久變形和正向力之關(guān)系第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.7端子反復(fù)耐壓實(shí)驗第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日2.8臨界應(yīng)力設(shè)計討論以理論方式計算之正向力非常接近實(shí)驗值。永久變形受FEM最大應(yīng)力值影響，也就是應(yīng)力集中之影響，因此應(yīng)力集中會造成永久變形。永久變形量不會造成端子正向力降低，而是端子彈性系數(shù)(正向力/位移量)增加。當(dāng)端子之理論應(yīng)力值大過材料強(qiáng)度時，其反復(fù)耐壓之次數(shù)及無法達(dá)到1萬次，應(yīng)力愈高次數(shù)愈少，但應(yīng)力超過最大值之1.8倍時尚有2000cycles.以上測試是在實(shí)驗室環(huán)境下所測得之案例，若產(chǎn)品設(shè)計高出材料強(qiáng)度很高時很容易產(chǎn)生跪針現(xiàn)象。第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.1保持力設(shè)計在連接器smt化及小型化的趨勢下，保持力的設(shè)計必須非常精準(zhǔn)。保持力太大，有兩項缺點(diǎn)：(1)增加端子插入力，易造成端子變形(2)增加housing內(nèi)應(yīng)力，易造成housing變形。保持力太小，有兩項缺點(diǎn)：(1)正向力不夠，造成電訊接觸質(zhì)量不良，(2)端子易松脫第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.2保持力設(shè)計參數(shù)保持力設(shè)計參數(shù)包括：塑料選用，端子卡榫設(shè)計，干涉量設(shè)計。

smttypeconnectors必須使用耐高溫的塑料材料，常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。端子卡榫設(shè)計大致分為單邊及雙邊兩類，每一邊又可以單層及雙層或三層。干涉量通常設(shè)計在40mm-130mm之間第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.3保持力實(shí)驗設(shè)計第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.4卡榫的設(shè)計變數(shù)卡榫的設(shè)計變量包括：單邊與雙邊單凸點(diǎn)與雙凸點(diǎn)凸點(diǎn)平面寬度(4,8mm)凸點(diǎn)插入角度(30,60)前后凸點(diǎn)高度差(0.02,0.04mm)第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.5保持力設(shè)計準(zhǔn)則塑料材料的保持力差異性很大，同一種卡榫及干涉量的設(shè)計，不同的塑料，保持力會有500gf以上的差別。一般而言：nylon的保持力大于LCP，PCT則介于兩者之間，但同樣是LCP，不同廠牌間的差異性非常大，有將近400gf的差異。干涉量的設(shè)計最好介于40

mm-100mm之間，因為干涉量小于40

mm，保持力不穩(wěn)定，大于100mm，保持力不會增加，干涉量介于兩者之間，保持力呈現(xiàn)性的方式增加，增加的量隨材料及卡榫設(shè)計的差異約在30-120(gf/10mm)。第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.5保持力設(shè)計準(zhǔn)則凸點(diǎn)平面長度和保持力有很大的關(guān)系，長度越長，保持力越大。單邊卡榫較雙邊的保持力大。雙凸點(diǎn)較單凸點(diǎn)的保持力大，但不明顯，可以忽略。凸點(diǎn)前的導(dǎo)角角度與保持力無關(guān)。較薄的板片保持力也相對的較低總結(jié)而論：由(4,5,8)項結(jié)論可知，端子和塑料接觸面積越大，保持力保持力越大，而且其效非常明顯。，第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.6保持力設(shè)計實(shí)例第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日3.7保持力線性公式r_F:保持力(gf)I:干涉量(10mm)

Zenite6130L(A3)SumikE6006L(B3)VectraL140(C4)PA46TE250F6(D3)PA6TC430CN(E3)PCTCG941(F4)B02r_F＝42I－1r_F＝29I＋58r_F＝54I－89r_F＝24I＋349r_F＝44I＋12r_F＝40I－5B03r_F＝27I＋147r_F＝35I＋4r_F＝40I＋6r_F＝47I＋146r_F＝53I－60r_F＝36I－31B22r_F＝74I＋222r_F＝43I＋196r_F＝77I＋270r_F＝73I＋646r_F＝82I＋391r_F＝41I＋416第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.0Contactresistance第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.1接觸電阻設(shè)計電子連接器接觸電阻設(shè)計包括兩部分：端子材料電阻接觸端電阻第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.2材料電阻計算磷青銅(C5191,5210)的導(dǎo)電率約為13%，黃銅(C2600)導(dǎo)電率約26%，BeCuandC7025則可達(dá)到40%，因此選擇端子材料是降低接觸電阻最有效的方法，可降為原來的1/2-1/3。端子長度及截面積受電子連接器外型及pitch而決定，可變更的范圍受到限制。L:端子導(dǎo)電長度(mm)A:端子截面積(mm2)

s:導(dǎo)電率(%)第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.3接觸點(diǎn)電阻正向力在50-150gf之間接觸點(diǎn)電阻值在4-8m-ohm。正向力小于50gf,接觸電阻則快速增加。第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.4接觸電阻設(shè)計接觸電阻包含端子材料電阻和接觸點(diǎn)電阻兩項和。一般連接器設(shè)計使用100gf的正向力設(shè)計，接觸端電阻可設(shè)定為6.5m-ohm，再加上端子材料電阻即是接觸電阻。高導(dǎo)電率材料選用對降低接觸電阻效果最顯著，增加正向力對降低接觸電阻沒有效果。接觸端的半徑對接觸電阻值沒有顯著影響。高電流連接器設(shè)計之重點(diǎn)在降低接觸電阻，降低接觸電阻的主要方法為1.選擇高導(dǎo)電率的端子材料，2.增加端子截面積。第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日4.5接觸電阻案例請計算接觸電阻23.225.529.833.3第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日5.1應(yīng)力釋放設(shè)計應(yīng)力釋放：當(dāng)材料在受應(yīng)力及溫度環(huán)境下，長時間所造成的正向力下降的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力釋放，通常以原受力的百分比表示。溫度越高，受力時間越長，應(yīng)力釋放的越大一般規(guī)定應(yīng)力釋放在3000hr以上仍然能維持70%以上的力量才合乎設(shè)計的原則。根據(jù)以上的規(guī)定，可提出一簡單的設(shè)計原則：70℃以下可使用C260(黃銅)，70-105℃可使用C510,C521(磷青銅)，105℃以上則須使用C7025,BeCu,TiCu等較貴材料。第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日5.2應(yīng)力釋放相關(guān)資料(1)第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日5.2應(yīng)力釋放相關(guān)資料(1)第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日6.1Temperaturerise大電流連接器必須考慮溫度上升效應(yīng)，通常設(shè)計在30℃的范圍內(nèi)，簡單的計算可使用以下之保守公式：T:degreeFJ:current(amps)L:beamlength(in)A:crosssectionarea(in*in)

g:e