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连接器手册 - 中文版 -

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离式界面和镀锡固定式界面。

贵金属镀层.贵金属镀层实际上是一个复合层,它是指在前面第1.1图A中所述的接触弹片基材上覆盖一层镍,然后在镍的表面上再覆盖一层贵金属。常见的贵金属表面镀层是纯金,但现在也有用钯或者钯合金代替纯金的,而且这种做法还在呈上升趋势。在许多情况下,钯或钯合金层与纯金层接合使用以防止来于比纯金抗腐蚀能力差的镀层被腐蚀的影响。典型的贵金属层是在1至2.5微米厚的镍层上覆盖0.4至0.8微米厚的贵金属层。在钯或钯合金表面的纯金层只有0.1微米厚。下面两种钯合金最常用:80%的钯与20%的镍和60%的钯与40%的银。

镍底层在几个方面提高了接触性能。这几点将在第三章进行详细说明,下面仅列出来供参考。

减少孔隙腐蚀

提供转移腐蚀对象的覆盖层 限制基材成分的分布 提高镀层的耐久性

普通金属镀层.锡是最常用的普通金属镀层,锡镀层的厚度介于2.5到5微米之间。现在越来越多地用锡作镀层,因为,即使锡被氧化,在插拔过程中,锡氧化物也会很轻易地脱落,从而不影响导电性能。然而,表面层再氧化会以磨损的方式降低锡接合面的机械性能。磨损来源于几微米到几十微米的微小滑移。由于在磨损过程中,部分镍被再次氧化,从而使得镀层的电阻增加。对于用锡作为镀层的连接器来说,预防磨损是最重要的工作。较大的接触压力和使用合适的润滑济是两种能有效地降低磨损的途径。这一点将在第三章详述。其它的普通金属镀层,包括镍和银,也将在第三章详述。

总之,对贵金属镀层来说,保护贵金属层是首要目的;对锡镀层来说,防止磨损是首要目的。这些考虑方向的不同将直接影响连接器的设计参数。例如,正常压力大小、接触处几何形状、绝缘本体设计以及诸如插拔力和耐久性等的结构特性等都将受到影响。这些都将在第三章叙述。

1.2.3接触弹片 接触弹片在连接器上具有以下3个作用:

在组件之间提供一条导通电讯的路径

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产生形成并维持接触弹片接触面的压力 形成稳固的接触

第一个作用,只要使用常用的铜或者铜合金材料就可轻易达到令人满意的效果。铜合金的导电率虽然不是很低,只有铜导电率的10%到30%,但是,对大多数连接器来说,这个导电率已经足够了。然而材料的导电率在用作高电流或能量分配的连接器中的确起着越来越重要的作用,因为,在这种连接器中,由尔热和微电压降引起的规定温升要求更低的阻抗。

其它两个作用就要复杂的多,并且涉及到材料特性和设计参数之间的相互作用。接触弹片包括两种基本类型:插座弹片,通常是弹性的;插头弹片,通常是刚性的,它使插座弹片产生弹性变形,从而产生固持力。图1.3显示了插头弹片的外形图,图1.4显示了插座弹片的外形图。图1.3显示了带有插入插座弹片的金手指的打印电路板和导柱/端子插头的几何外形。导柱与端子的外形不一样,导柱是方的,而端子是圆的。图1.4显示了几种连接器的设计,所有这些都要与接触弹片对接。事实上,所有的这些设计都显示了尤其与一种称为25方的接触弹片对接,该接触弹片呈正方形,边长为0.025英寸。

我们必须综合考虑材料的各种性能,并力求达到均衡。对于可分离式接触界面,接触弹片弹性的主要功用是提供介于两插接面的对接力。材料特性指杨氏模数和屈服极限。这些性质严重地影响着弹性偏移性能和弹性偏移量。屈服极限也很重要,因为它可降低插拔力。然而弹性强度必须与制造和卷曲性能对应。例如,用于提供在对接面产生弹性对接力的机械强度(用屈服极限来衡量)是与成型性能和锻造性能相互对立的。以下各章将陆续对此进行讨论。

1.2.4连接器本体部分 连接器本体部分具有如下作用:

使各接触弹片相互隔离,不能电性导通 固定各接触弹片

对各接触弹片进行机械保护 对各接触弹片进行工作环境遮蔽保护

最后一个作用—环境遮蔽,与连接器本体的设计有关,尤其与连接器本体的封闭程度有关。这种遮蔽效果在恶劣的环境中显得尤其重要。图1.5显示了一个有关环境遮蔽的直

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观例子。该图显示的试件是镀银的,并且是在被暴露于模拟工业环境的情况下插到图示的连接器的卡边。环境中的硫腐蚀了金属外表。然而,当试样插入本体后,腐蚀便停止了。虽然卡边还有一条卡边缘槽,但是,遮蔽效果还是相当理想的。更为重要的是,这种影响可以从暴露于这种环境的连接器的接触弹片阻值变化看出来。

图1.6显示了仿真工业环境和暴露时间对接触弹片阻值的影响。实验环境中包括硫氢化物、氮氧化物和氧化物,浓度为十亿分之几十到几百就足够了。数据对插接的和未插接的连接器都适用。样品也获得了一些抵抗环境的性能。在暴露了数十小时后,没有本体的接触弹片,其接触阻值明显地增加了,有本体的接触弹片,其接触阻值却很少变化,这样的接触弹片在工业环境中可以使用10年。这些数据说明了绝缘本体的遮蔽效果。 上述列举的其它一些连接器本体作用与连接器本体的材料特性有关。电子特性包括电阻系数和击穿电压。这些特性影响接触弹片在连接器本体的绝缘性能。重要的机械性能包括弯曲强度和蠕变强度,因为这些性能影响接触弹片在本体上的牢固程度。与温度有关的特性包括连续使用和加热使聚合体变形的温度值。使用温度和设计温度是相互关联的。在许多情况下,尤其在表面组接中,温度起着非常重要的作用。

考虑化学和温度对绝缘本体尺寸稳定的影响也是很重要的。维持连接器中心线的间距、直线度、平滑度以及曲度对连接器的装配性能和插接性能都是很关键的。这些特性,除了与聚合体的基本特性有关外,还与成型过程有关。接触弹片具有材料单一而设计式样千变万化的特点,而绝缘本体却具有与之相反的特点。绝缘本体的设计一般都具有许多相同的特征和要求,但其材料却不尽相同。绝缘本体的材料是由各种需要决定的。绝缘本体的材料不但要适应使用环境,而且还要和装配相对应。在许多情况下,正是装配过程决定了使用何种材料。连接器的材料和设计内容将在第五章进行讨论。

1.2.5连接器结构的归纳 本节将对连接器结构进行简单的回顾,其目的是提供一些以后将讨论的有关连接器材料和设计标准等的内容。前面已提及的一些参数,例如:插拔力、孔数以及绝缘性能等,将在后续章节进行讨论。然而,在结束本节之前,还要谈谈连接器的又一个重要性能。

1.3 电连接器阻抗 图1.7除了侧重点不一样外基本相似,图1.7突出装入系统内连接器组件的电阻。包

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括三种:

?可分离可分离接触面电阻 ?接触弹片电阻 ?固定连接电阻

如果测出图1.7中电连接器A,B两端所有的电阻,其阻值大概为10-20微欧级,可根据下面等式确定:

R0=Rpc+Rb+Ri (1.1)

其中, R0:总电阻

Rpc:固定连接电阻 Rb:接触弹片电阻

Ri:可分离可分离接触面电阻

对典型信号端子而言,接触弹片电阻占总电阻的绝大部分。与此相反,固定连接电阻可从几十到几百微欧。可分离接触面电阻,在100克力作用下,为微欧级。故该电阻只占总电阻的很小部分。但是后二者的重要性在于,它们的电阻是可变的。当电连接器电阻变化时,可能是因为一个或二个可分离接触面电阻的增加。这就是电连接器设计/原料的标准围绕为确保这些接触稳定而变化的原因。

1.4 固定连接介质 前面已经指出固定连接是与被连接电路直接连接,有两种主要通过这些电连接器连接起来的媒体:(a)导线或线缆与(b)印制电路板(PWBS)。

1.4.1线与线缆 本节将对导线和线缆作简要概述,而在第八章作详细讨论。导线由一个导体或,如果有的话,若干导体及其绝缘体组成。

绝缘体有两个功能:它使电导体绝缘并保护其不受机械损伤。哪种功能更为重要一些,依靠导线所用何处,根据导线的运用(尤其是导线上将要承受的温度和电压)和运用环境的机械强度来决定。聚氯乙烯(PVC),聚乙烯,以及聚丙烯是其中为通常运用目的而采用的最普通的绝缘材料,硅树脂橡胶和其它的抗磨性聚合体在有机械环境要求时常用作被覆材料。

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铜是最普通的导电材料,不管其是否镀锡或镀银。选择电镀是基于它的运用,锡是通常运用的电镀金属而在高频率运用中则要求镀银。导线通常可分为两种:实心与多芯。实心导线由单一导体构成,而多芯导线由若干导体构成。多芯导线在芯线数及其位置或缠绕方式上有所不同,实心导线在导电能力上较有利,但多芯导线对振荡有重要的适应性及抵抗性。

线缆存在于各种各样的构造中,以满足一定运用范围的需要,其与单纯导线倍加在一有被覆的导线不同,可提供机械保护,同时可减少为确保在高频传输中隔离防护处理的必要性电阻。

导线/线缆结构对机械固定式连接最重要的影响是:单股/多股电连接器的不同及导线/线缆结束制程去除或处理屏蔽层或绝缘体的必要性。

1.4.2 印制电路板 PWB技术已经从50层单面板发展到带接地平面的复合式的神经网络板与可控阻抗网络板。PWB制造工艺及运用要求将在第十章讨论。本节仅讨论有关固定连接本身。 运用在PWB上比较成熟的机械连接技术为压印,及更优的适应性压印连接。在该技术中与压印相关的端子脚插入PWB中的通孔。其连接的稳定性依赖于插入时形成的相应完全接触面残余的弹性力。PWB通孔电镀材料采用铜或锡/铜合金。

在PWB应用程序中比较流行的治金技术是焊接。有两种焊接方式常被运用,穿孔技术(THT)与表面粘贴技术(SMT)。穿孔技术(THT)利用穿孔及波峰焊程序。而表面粘接技术(SMT)更依赖于表面衬垫,或平台,及不同的焊接过程。与通过波峰焊的THT技术相对的是,表面粘接技术(SMT)是一个回流过程,在该程序前必须先通过大量技术处理贴好焊剂。SMT程序包括波峰,汽洗,红外加热,对流,及这些程序的组合。SMT因为零部件的高密度与PWB所含功能其应用迅速提高。SMT允许减小平台间隔以提高零部件密度,同时通过消减穿孔数目提高板的配线路径。

与可分连接的两个例子一样,图1.9提供了几种PWB固定连接的图示说明:卡边缘式电连接器及两件式电连接器。二者的具体运用将在第十三章讨论。

1.4.3 小结 关于电连接器的材料/设计及连接媒体的讨论已经涉及到许多电连接器具体特性的要

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离式界面和镀锡固定式界面。贵金属镀层.贵金属镀层实际上是一个复合层,它是指在前面第1.1图A中所述的接触弹片基材上覆盖一层镍,然后在镍的表面上再覆盖一层贵金属。常见的贵金属表面镀层是纯金,但现在也有用钯或者钯合金代替纯金的,而且这种做法还在呈上升趋势。在许多情况下,钯或钯合金层与纯金层接合使用以防止来于比纯金抗腐蚀能力差的镀层被腐蚀的影响。典型的贵金属层是在1至2.5微米
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