什么是連接器?
定義一個(gè)連接器至少有兩種方法:從功能上和從結(jié)構(gòu)上。
第一種定義連接器的方法是針對(duì)其應(yīng)該達(dá)到和必須達(dá)到的要求而言的。這種定義關(guān)注的是連接器應(yīng)用時(shí)的功能性和運(yùn)行的環(huán)境。第二種定義連接器的方法關(guān)注的是連接器本身,以及它的設(shè)計(jì)方法和制造材料。由于連接器的應(yīng)用、運(yùn)行環(huán)境及功能性要求直接影響連接器的設(shè)計(jì),本文就從連接器的功能性定義開始。
1.連接器功能
連接器的應(yīng)用范圍十分廣泛。電子連接器的功能性定義是:
連接器是一個(gè)電子系統(tǒng),其作用是在兩個(gè)子系統(tǒng)之間提供一個(gè)可分離的連接,而又不會(huì)對(duì)系
統(tǒng)的性能產(chǎn)生不可接受的影響。
定義中的關(guān)鍵詞是“電子系統(tǒng)”、“可分離的”和“不可接受的影響”。
連接器是一種電子系統(tǒng)是因?yàn)椋核峭ㄟ^機(jī)械方法產(chǎn)生的電性連接。如將要討論到的,端子彈性機(jī)構(gòu)所發(fā)生的偏移會(huì)在配合的兩部分間產(chǎn)生一個(gè)力,這就使得接觸界面之間產(chǎn)生金屬性連接。接觸界面“可分離性”是我們要使用連接器的首要理由??煞蛛x性的需求具有很多的原因。它可以獨(dú)立的制造零件或子系統(tǒng),而最后裝配可在一個(gè)主要的地方進(jìn)行??煞蛛x性也可以使得零件或子系統(tǒng)的維護(hù)或升級(jí)帶來方便,其不需要修改整個(gè)系統(tǒng)??煞蛛x性得以應(yīng)用的另一個(gè)原因是可攜帶性和支持外圍擴(kuò)展設(shè)備。
另一方面,可分離性引入了一個(gè)額外的、在子系統(tǒng)間的接觸界面,此界面不能產(chǎn)生任何“不可接受的影響”,尤其是在系統(tǒng)的性能上不能產(chǎn)生不可接受的電性能的影響。這些影響包括:例如在系統(tǒng)間產(chǎn)生不可接受的失真或信號(hào)失效,或者是通過連接器的電能損失。毫伏電壓降產(chǎn)生的電能損失將會(huì)成為功能性的主要設(shè)計(jì)依據(jù),因?yàn)橛捎趽p失使得主板的電能需求也將增加。
“可分離性”和“不可接受”的限制是由連接器的應(yīng)用而定??煞蛛x性包括在多次插拔過程中,連接器提供與另一連接器相配合所必需的作用力,保證其連接性能不受影響。典型的插拔次數(shù)需求范圍從內(nèi)部連接器的幾十個(gè)周期到外圍設(shè)備的幾千個(gè)周期(比如PCMCIA 型連接器)。由于電路的數(shù)量或功能上的需要以及連接器互相連接的增加,對(duì)插拔力的要求變得更加的重要。為了提供更多的功能性要求,連接器上端子的位數(shù)也必須要增加,這樣就產(chǎn)生了更大的連接器配合力。根據(jù)連接器的使用場(chǎng)合和功能要求,其端子數(shù)從幾十到上千不等。
2 連連接器的結(jié)構(gòu)
一個(gè)基本的連接器包括四個(gè)部分,這些組成部分如圖所示。
a) 端子間的接觸界面
b) 端子的表面處理
c)端子的彈片
d) 連接器的殼體
連接器的接觸界面包括兩個(gè)部分,一個(gè)是可分離的接觸界面,比如圖中的公針與母針的配合區(qū);另一個(gè)是永久性連接界面,比如圖中的端子與PCB 的焊接或端子與電線的壓接。
圖中的放大圖是端子可分離界面的放大,可以看出端子的可分離界面都是由一些凸凹不平的點(diǎn)接觸的。這些接觸點(diǎn)的多少是由接觸界面的正壓力、硬度以及幾何形狀決定的。 當(dāng)然這些參數(shù)與材料的導(dǎo)電率相結(jié)合就構(gòu)成了接觸電阻的影響因素。
端子表面的鍍層是為了優(yōu)化接觸界面的。這就是端子的表面處理。端子的表面處理可分為貴金屬鍍層和非貴金屬鍍層。貴金屬鍍層的意思就是這個(gè)材料在空氣中不易被氧化,比如金、或者鈀。非貴金屬鍍層指的是在空氣中容易被氧化的材料,比如錫和銀。
對(duì)于這兩種不同的鍍層就要考慮不同的失效機(jī)制和應(yīng)用。
貴金屬鍍層多用于插拔壽合比較高的應(yīng)用中,配合的端子間的正壓力可以比較小一些,磨損也少。當(dāng)然插拔壽命會(huì)高很多。但是由于原子多孔性的原因,金鍍層表面會(huì)不完整,這樣就會(huì)出現(xiàn)孔隙腐蝕和腐蝕漫延。從而在孔隙附件形成一些氧化物,導(dǎo)致接觸電阻的升高。
非貴金屬的錫鍍層表面是一層氧化錫層,這層氧化錫具有自息性,可以把內(nèi)部的錫與空氣隔絕開來,避免錫的進(jìn)一步氧化。在應(yīng)用時(shí),需要母端子提供足夠的力把錫表面的氧化層破壞并移出,這樣才能保證公母端子是與純錫接觸形成金屬性連接的。錫比較軟,鍍錫產(chǎn)品的插拔壽命一般不超過25次。另外,這個(gè)接觸界面在產(chǎn)品的應(yīng)用中就不能發(fā)生錫的再次氧化。但由于振動(dòng)或者熱脹冷縮的存在,接觸界面會(huì)發(fā)生微動(dòng),從而產(chǎn)生微動(dòng)腐蝕,這是鍍錫產(chǎn)品主要失效機(jī)制。主要的防護(hù)方法是增加正壓力或者使用防微動(dòng)腐蝕油。當(dāng)然使用鹽霧測(cè)試的方法是驗(yàn)證不了這種失效的。
端子的正壓力是由端子材料決定的,端子材料的主要選擇要點(diǎn)是根據(jù)設(shè)計(jì)正壓力的需要,選擇材料的導(dǎo)電率和機(jī)械強(qiáng)度,更重要的一點(diǎn)是要確定材料的應(yīng)力松弛性能。應(yīng)力松弛就是材料隨著時(shí)間和溫度的變化,材料本身的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)下降,也稱為老化。當(dāng)然老化了的材料做成的產(chǎn)品的正壓力有可能會(huì)不足以保證接觸電阻,還有可能引起接觸界面的微動(dòng)腐蝕.
連接器塑膠材料在選擇時(shí)主要關(guān)注材料的介電強(qiáng)度(其決定也連接器的耐電壓和工作電壓);CTI(相對(duì)漏電啟痕指數(shù))其決定了連接器的漏電可靠性;阻燃等級(jí),包括灼熱絲要求等;RTI elec 相對(duì)工作溫度指標(biāo),其決定了連接器可以長期工作的最高溫度。當(dāng)然也要關(guān)于塑膠材料的一些機(jī)械性能,使其達(dá)到相應(yīng)的機(jī)械保持力和鎖扣力等設(shè)計(jì)要求。