接插件培訓教材

接插件基礎知識培訓資料型式實驗中心程才權接插件定義接插件是通過改變其接觸對的接觸狀態(tài)來實現(xiàn)其所連接電路之間轉換的目的，其在電路中起連接線路的作用。接插件每組接觸對都存在固定的對應關系。接插件也被稱之為連接器。接插件工作原理一、力學模型接插件接觸對工作時就是一個懸臂梁的力學模型二、接觸理論Ie=C*FIe:導電指標;F:正向力;C:常數(shù)二、接觸理論接觸對表面在微觀上存在一定的粗糙度，因此需要有一定力的作用才能增加更多觸點。鍍金端子正向力：80~100g，鍍錫鉛端子正向力必須大於150g接觸對不僅要提供一定的正向力，而且要能持續(xù)穩(wěn)定。導電常數(shù)C與接觸對材質、表面鍍層有關接插件分類目前行業(yè)分類0級：IC芯片或芯片到封裝的連接器。實際上就是集成電路芯片1級：IC組件或組件到（線路）板的連接器。當IC芯片安裝在電路板的插座時就是1級連接2級：PCB板到PCB板的連接器3級：導線到電路板或分組合到分組合的連接器4級：機箱到機箱或輸入／輸出連接器接插件的主要組成部分接觸件：接插件中的導電部分，接觸結構和端接結構有很多種。信號連接的作用絕緣件：使接觸件保持正確地位置排列，并使接觸件之間以及接觸件與外殼間絕緣殼體：接插件的外罩。為接觸件提供精確的對中和保護，也有部分起屏蔽的功能其它輔助機構：定位扣等接插件常用材料一、接觸件接觸件目前用的都是銅合金，主要有以下三種：黃銅、磷青銅、鈹青銅1、黃銅：導電性能良好，多次重復彎曲后容易變形和永久疲勞。通常在便宜的接插件上座接觸件使用或充當其它零件適用2、磷青銅：硬度高于黃銅且保持較長時間的彈性。常用的接觸件材料。3、鈹銅：機械性能遠遠好于黃銅和磷青銅。在插拔頻繁和要求高可靠的應用場合，目前在手機產(chǎn)品的電池連接器以及SIM卡坐等上有使用。二、塑料尼龍：強度高、韌性好，易吸潮造成尺寸不穩(wěn)定及機械和電氣性能降低高溫尼龍：高強度、高韌性和優(yōu)異的延展性，適合SMT。易吸潮造成尺寸不穩(wěn)定及機械和電氣性能降低。成本較尼龍高。聚酯-PBT：尺寸穩(wěn)定、強度高，不適合SMT。PPS（聚苯硫醚）：尺寸穩(wěn)定、易碎。強度高、剛性強。接插件電鍍知識概述一、使用接觸鍍層的原因1、保護接觸彈片的基體金屬不受腐蝕2、優(yōu)化接觸界面的性質，尤其是機械性能電氣性能二、對電鍍材料的要求低電阻率耐磨性耐腐蝕性與基體金屬的附著能力強三、常用鍍層種類1、目前應用最廣泛的材料是金及其合金；銀及其合金；鈀、銠、錫、鎳等2、通常為了節(jié)約貴金屬，常選用選擇性電鍍的方法，只在電接觸處鍍貴金屬，其它部位則鍍一般材料接插件常用鍍層--金及其合金一、金及其合金特點優(yōu)點：電阻率低、抗腐蝕、易焊接、與基體材料如銅及其合金、鎳等都有良好的附著性。缺點：價格昂貴、電鍍層比較薄、微孔問題突出。純金屬硬度低，易粘結磨損，宜用Au -Co合金。二、鍍金層微孔問題微孔的形成： 在電鍍過程中，溶液中的金還原沉積在基底材料表面時，首先呈核狀，然后逐漸擴展，在顆粒之間不可避免地要出現(xiàn)間隙。表現(xiàn)為金鍍層通往基底金屬的微孔。鍍金表面微孔的形貌,見附圖微孔對電接觸的影響 大氣中的腐蝕性潮濕性氣體將由微孔的毛細孔作用而進入并接觸基底金屬而成為沉積在內(nèi)的電解液。由于金的電極電位高，呈陰極，基底銅的電極電位低呈陽極。因此在金和銅之間形成微電池腐蝕，基底材料銅被腐蝕。腐蝕生成物的體積遠大于被腐蝕的金屬體積，因此腐蝕物就會沿微孔蔓延至鍍層表面，造成接觸不良。鍍金微孔二、鍍金層微孔問題微孔形成的原因電鍍工藝：電流、時間、鍍層厚度造成的顆粒沉積狀態(tài)電鍍過程中沉積在被鍍表面的絕緣顆粒如灰塵、被氧化或腐蝕的金屬顆粒、鍍液中的絕緣雜質和有機污染物顆粒等，造成金離子無法在其上面取得電子還原成金顆粒而形成孔隙?；撞牧洗植诙鹊挠绊懹梦⒖茁剩▊€/平方厘米）來表明微孔程度。實驗表明，微觀表面越粗糙，微孔率越高。這是因為表面越粗糙，金離子還原成金顆粒越不均勻，出現(xiàn)孔隙的機會越多。二、鍍金層微孔問題鍍層厚度、表面粗糙度與微孔率的關系提高基底材料表面光潔度可大大減少微孔率；增加鍍層厚度，顆粒之間交錯，堵塞孔隙,可使微孔率減少。若鍍金層的厚度超過5μm，則基本沒有微孔，但由于成本價格等原因，實際上鍍金層的厚度一般0.75～1.5微米。圖鍍金層厚度與微孔率間的關系橫坐標：鍍金層厚度，單位：微米縱坐標：微孔率，單位：微孔/平方厘米二、鍍金層微孔問題解決方法凈化環(huán)境、隔絕灰塵、清潔處理被鍍材料表面(超聲振動及溶液去油污處理)、清除鍍液雜質（鍍液循環(huán)過濾）等。提高基底材料表面光潔度可大大減少微孔率，通?？稍阱兘鹎跋裙饬铃冦~，以填充基底材料的微觀凹凸表面，降低微孔率。在實際的電鍍觸點中，將鎳作為中間鍍層A.降低對微孔的敏感性,鍍金層中的微孔有鈍性和活性之分。當中間鍍層為Ni或Sn/Ni時，微孔中形成的氧化物具有保護性，而當中間鍍層為Cu，Ag等時，微孔中形成的腐蝕物很快就會蔓延至金表面，使接觸不可靠。B.對擴散有阻礙作用,C.對腐蝕物的遷移有阻擋作用,D.硬度高，改善觸點壽命。接插件常用鍍層—銀及其合金一、銀的特性：銀及其合金也是常用的鍍層材料。優(yōu)點：電阻率低、附著性好、價格低于金、電鍍層一般較厚、粘結磨損小、滑動壽命長。缺點：易硫化，在硫化氣體中腐蝕嚴重，易造成接觸不良。銀的硫化一、銀及其合金的硫化1、銀非常容易硫化。其化學反應式是：2、Ag2S對電接觸的危害：Ag2S是呈高電阻率的黑色物，它柔軟易擦掉②具有極化效應。就是當電流從一個方向流過Ag2S膜層表現(xiàn)出的電壓-電流特性和電流反向流過時表現(xiàn)出的電壓-電流特性是不對稱的，造成接觸電阻的不穩(wěn)定性③溫度升高后，硫化反應加速，硫化膜層加厚④硫化銀蔓延速度很快，若在金下面鍍Ag，硫化銀可能從金屬的微孔中蔓延出來，覆蓋到金屬層上造成接觸不良銀的硫化3、解決辦法①采用銀合金作電鍍層，增加合金的含量，可延緩硫化銀的發(fā)生。但只要有銀存在，硫化銀膜層的生成就很難避免

例：為顯著減少銀的污染，貴金屬如Au、Pd含量必須在40%以上，Ag25-Au69-Pt6合金已使用多年。并可認為它不會形成高電阻的污染膜。但研究數(shù)據(jù)表明在半暴露條件下，這種合金仍會形成明顯的污染膜②加大接觸壓力使磨損增加，但有助于擦掉膜層，減少接觸電阻。一般地，鍍銀觸點的接觸壓力在80g－150g左右。接插件常用鍍層—錫及其合金一、錫及其合金的特點

一般用在可靠性要求較低的場合代替價格昂貴的金合金。優(yōu)點：價格低廉，易于覆蓋（對基底的附著力強），易焊接，在壓力大時表面的鈍化膜層被壓破形成金屬間的直接接觸。缺點：易氧化，在微動下形成微動腐蝕而造成接觸故障。由于錫和錫－鉛合金很軟，使用壽命不長。它們的插拔次數(shù)很少，一般只有1次或2次，最多不會超過10次。它們的粘結磨損率是硬金鍍層的100倍。它們也很容易發(fā)生擦傷磨損。插拔壽命不高。二、錫的氧化膜錫易在空氣中生成氧化錫氧化錫絕緣，質地硬而脆。但錫質地很軟。接觸特點加壓于氧化錫上后，氧化錫易破裂，猶如施力于水上的薄冰一樣，錫從裂縫中被擠出，造成金屬的直接接觸。因此用錫及其合金作為接觸材料，壓力應大于150g以上。壓力過小無法壓破氧化錫，也就無法產(chǎn)生良好的電接觸。由于錫觸頭所需的接觸壓力很大，因而插拔力也很大，通常插拔壽命不高（幾十次）。三、錫的微動失效1、微動過程中，接觸頭離開原來的氧化錫壓碎部分時，使這部分金屬暴露于空氣中很快被重新氧化，經(jīng)多次往復移動造成氧化層加厚而導致接觸不良。2、因此設計錫接觸點應盡量避免微擾振動，盡可能采用熱膨脹系數(shù)相同材料，限制其往復移動。微動失效過程示意圖微動失效解決辦法1、加潤滑劑：但對制程控制的要求高，潤滑劑的用量、涂的位置，隨著時間的延長效果會降低且會帶來其它的問題2、加大正向力：對結構設計、材料的要求高，成本增加，動作力則隨之增大，會增加磨損。3、增加彈性機構：將工作過程中的振動消化掉。

四、錫須錫須的產(chǎn)生純錫容易產(chǎn)生錫須，即生長出很多細絲。結果是使導體之間短路這種現(xiàn)象是由于鍍錫的壓縮應力、基材的內(nèi)應力、腐蝕處。避免錫須的辦法是加入少量的鉛(<4%Pb)，使之成為錫鉛合金。鍍層熱處理Sn-Pb合金鍍層的厚度一般在2.5～5μm，其中間層金屬一般選用Ni或Cu；接觸壓力不小于100gm，因為必須要破裂或除表面的氧化劑而得到低的接觸電阻。

圖錫須Wisker五、不同材料接觸對錫及其合金為表面鍍層的插頭在使用時應注意不要插入鍍金插座內(nèi)，因為二者電極電位相差很大，在潮濕環(huán)境下，Sn將成為陽極而受到腐蝕，生成的腐蝕物會造成接觸不良。接插件主要性能－機械性能動作力、壽命：連接器的插拔力和機械壽命與接觸件結構（正壓力大小）接觸部位鍍層質量（滑動摩擦系數(shù)）以及接觸件排列尺寸精度（對準度）有關。PIN針保持力：塑膠壁對金屬PIN針的