連接器常用之五金材料概論及簡介精要

連接器常用之五金材料概論及簡介講師：侯斌元2000.10.17O電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料一般而言:電子連接器之合金材料,其考量之材料特性大至如下:

u

抗拉強(qiáng)度,降伏強(qiáng)度與彈性係數(shù)...等機(jī)器性質(zhì);

u

延展性與彎曲疲勞性;u

熱傳導(dǎo)性與耐熱性(含熱澎脹率);u

導(dǎo)電率特性;u

抗氣化性與腐蝕性;u

精密加工成形性,特別是引線架(Lead

Frame);u

表面平坦度及電鍍性;u

焊接性(Chip

Bonding&Wire

Bonding)u

非磁性(特別是應(yīng)用於音應(yīng)蠁產(chǎn)品)u除其必須具備足夠之機(jī)械強(qiáng)度外，更必須具備良好之導(dǎo)電特性及耐熱性，以必免訊號(hào)傳送過程之衰滅；u在所有金屬元素中，尤以金屬銅三者之導(dǎo)電物性為最佳；u

銀（約1.06倍之銅)>銅>金(約.077倍之銅)u但金與銀金屬,一般於電子連接器中只作電鍍材料使用,除降低接觸阻抗外,更可增加抗表面氣化性;u而銅之價(jià)格低廉且導(dǎo)電性良好,因此電線電纜對(duì)採用純銅線作為電力,電信或資訊傳輸導(dǎo)體,同時(shí)其亦為電子連接器使用之最佳合金材料.電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料綜觀銅合金:特色:T

具光澤性,不易腐蝕

T

成形性佳T

強(qiáng)度適當(dāng)T

導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性佳

T

價(jià)格合理u

純銅之導(dǎo)電率雖佳,但其機(jī)械強(qiáng)度與耐熱性,不足以因應(yīng)電子連接器之要求,故必須添加合金元素來提高其機(jī)械強(qiáng)度與耐熱特性但因添加金屬本身均具備有其原子特定尺寸,當(dāng)加入純銅中時(shí),因原子尺寸之差異而導(dǎo)致銅原子排列被扭曲,而導(dǎo)致電子傳輸過程受阻或衰減產(chǎn)生.u

一般市場(chǎng)上常見者有:黃銅(Cu-Zn);青銅(Cu-Sn);與洋白(CU-N合金;u

雖其機(jī)械強(qiáng)度與耐熱特性均優(yōu)於純銅,但其導(dǎo)電率卻下降至40%IACS以下.u

IACS(International

Annealed

Copper

Standard)為1913年訂之導(dǎo)電率單位;u

定義:以純銅(99.9%)經(jīng)退火後之導(dǎo)電率為基準(zhǔn),其電阻係數(shù)為1.69微歐-cm,其它合金之導(dǎo)電率為相對(duì)退火後與純銅之比值.u

另有Cu-Fe,Cu-Cr與Cu-Ag均為低合金銅,屬導(dǎo)電性較佳之銅合金,分別運(yùn)用到高性能之電子連接器與電極材料,而鈹銅(Cu-Be與釱銅(Cu-Ti),屬高強(qiáng)度之材料,但其相對(duì)之導(dǎo)電率亦偏低.電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料銅合金特色：u

具光澤性，不易腐蝕u

成形性佳綜合材料的強(qiáng)度及延展性而言

u

強(qiáng)度適度機(jī)械性質(zhì)：?強(qiáng)度及延展性的定義?降伏強(qiáng)度?抗拉強(qiáng)度?延伸率?

硬

度銅合金特色：方向性：?平行滾壓方向的機(jī)械性質(zhì)與垂直滾壓方向的性質(zhì)不同。應(yīng)力鬆弛（stress

relaxation)u

導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性佳–以99.9%純銅精煉退火銅為基準(zhǔn)

International

Annealed

Copper

Standard(%IACS)u

價(jià)格合理–使用量為僅次於鋁合金之非鋼鐵金屬材料.O端子之電阻值之概算·

純銅素材電阻係數(shù)P為:1.69微歐-cm=16.9微歐-mm·

電阻公式為:R(阻抗)=P(電阻係數(shù))Xl(長度)/A(截面積)端子之電阻值之概算端子之電阻值之概算一般銅材之導(dǎo)電率如下：由以上之大致可推算出，因材料之變化或長度或截面積之改變，而電阻質(zhì)大致會(huì)改變多少。CDA:Copper

Development

Association(美國)

C10000-C79999表示加工成形件(wrought

alloy)C80000-C9999表示鑄件C10100-C15999

Cu>99.3%

coppersC16000-C19999

96%<Cu<99.3%

high

copper

alloys(其中C17XXX為Cu-Cr合金,C18XXX為Cu-Be合金,C19XXX為Cu-Fe合金)C20000-C29999

Cu-Zn合金(黃銅brasses)C30000-C39999

Cu-Zn-Pb合金(leaded

brasses)C40000-C49999

Cu-Zn-Sn合金(tin

brasses)C50000-C529999

Cu-Sn合金(磷青銅,phospherbronzes)C53000-C54999

Cu-Sn-Pb合金(leaded

phospherbronzes)C55000-C55999

Cu-Ag-P合金C60000-C64699

Cu-A1合金(aluminum

bronzes)C64700-C66399

Cu-Si合金(silicon

bronzes)C66400-C69999

Cu-Zn(雜項(xiàng))合金C70000-C72999

Cu-Ni合金C73000-C79999

Cu-Ni-Zn合金(nickel

silverC80000-C97800銅鑄造合金

C98000-C99999特殊銅合材料選擇之一般要求:u

導(dǎo)電率大:–導(dǎo)電電流所產(chǎn)生之焦耳熱會(huì)使接觸部份之溫度上升,有時(shí)會(huì)超過容納Contact之Housing之容許溫度,因此導(dǎo)電率是限制連接器容許電流之一項(xiàng)重要因素.即使導(dǎo)電電流很小,有時(shí)因電路之緣故無法忽視連接器之電壓降,因此導(dǎo)電率較大(固定電阻小)較好.u

彈性好:–金屬彈簧變形量和接觸力在臨界範(fàn)圍內(nèi)為比例關(guān)係,但超過臨界範(fàn)圍時(shí)將永久變形,接觸力變小.因此,彈性範(fàn)圍(一般為張力/耐力)較大之材料較好,如此即使連接之contact或PCB尺寸在製造上有差異時(shí),亦不會(huì)超過彈性範(fàn)圍材料選擇之一般要求:u

耐腐蝕較優(yōu)者:–大電流、高電壓之contact有時(shí)?不作表面處理就使用,固須使用耐腐蝕較優(yōu)者.但有時(shí)使用貴金屬作處理,仍不可避免pinhole存在之題,故有用耐腐蝕較優(yōu)者.u

加工性較佳者:–於經(jīng)濟(jì)之觀點(diǎn)考量,同時(shí)亦需考量電鍍加工佳者.u

其它:–壓著型:伸展性較佳者,焊接型:焊接性較佳者材料選擇之一般要求:金屬特性比較連接器金屬端子之材料選用u

種類:C2600,C2680C5190,C5210C7025C172,C174C199黃銅磷青銅鎳銅鈹銅釱銅u

特性考量:–強(qiáng)度導(dǎo)電度/熱傳導(dǎo)率抗應(yīng)力鬆弛價(jià)格端子材料u

一般使用黃銅:俗稱48青銅或青銅磷青銅:俗稱磷銅,彈性佳,韌性強(qiáng)鈹銅:高彈性,高韌性u(píng)

特性比較:彈性疲勞由接觸破壞的撓曲/折彎所引起高壽命週期低應(yīng)力疲勞應(yīng)力鬆弛u長時(shí)間曝露在逐漸升溫的環(huán)境下施壓而造成彈片力量的喪失u可藉由提高可靠度的要求減少應(yīng)力鬆弛機(jī)會(huì)發(fā)生應(yīng)力鬆弛相關(guān)因素l

時(shí)間l

溫度l

硬度l

方向性材料選用l

低接觸電阻與素材電阻而滿足迴路需求l

腐蝕電阻須低l

確實(shí)插入時(shí)，須有低摩擦力與良好的導(dǎo)電性l

適當(dāng)?shù)膹椥蕴匦詌

價(jià)格須低材料選用（續(xù)）l

傳導(dǎo)性－最小素材電阻l

延展性－幫助端子之成形l