連接器設(shè)計(jì)手冊

1東莞昆嘉電子有限公司連接器設(shè)計(jì)手冊DesignGuideforConnector2023最新整理收集do

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目錄1.連接器產(chǎn)品基本特征2.塑膠零件設(shè)計(jì)

2-1.塑膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2-2.塑膠材料選擇3.端子五金零件設(shè)計(jì)

3-1.保持力設(shè)計(jì)

3-2.正向力設(shè)計(jì)

3-3.端子應(yīng)力設(shè)計(jì)

3-3.銅材選用4.高頻設(shè)計(jì)5.電鍍設(shè)計(jì)6.PCB焊接技術(shù)簡介3連接器的特性高速傳輸(Highspeedtransmission)散熱(Heatdissipation)電磁波/高頻測試(EMI/RFI)噪音(Acoustics)電力分配(Powerdistribution)結(jié)構(gòu)(Mechanicaldesign)外觀(Productstyling&Cosmetics)環(huán)保(Environmentalprotection&Recycling)4輕量化(LowWeight)小型化,小pitch化(MinimumSize)低成本(LowCost)高性能(HeightPerformance)量產(chǎn)性(HeightProductivity)連接器設(shè)計(jì)理念5設(shè)計(jì)程序6第一章.塑膠零件設(shè)計(jì)72-1.塑膠零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----壁厚(Thickness)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則:1.壁厚均勻2.盡可能小的肉厚3.受力處和合膠線處要有足夠的厚度,保證一定的強(qiáng)度(圖示)合膠線受力面如果無法避免不均勻的肉厚設(shè)計(jì)時,應(yīng)盡量采用逐步過渡的形式,避免突變,否則容易產(chǎn)生變形不好的設(shè)計(jì)好的設(shè)計(jì)肉厚過渡部份82-1.塑膠零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----壁厚(Thickness)設(shè)計(jì)左圖肉厚設(shè)計(jì)不均勻,右圖為改進(jìn)後的設(shè)計(jì),肉厚設(shè)計(jì)均勻,成型時不易產(chǎn)生縮水,氣泡,變形等不良現(xiàn)象GoodGoodBadBad92-1.塑膠零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----加強(qiáng)筋(Rib)設(shè)計(jì)主體肉厚:T拔模角度D:0.5°--1.5°加強(qiáng)筋高度:小於5T(一般為2T—3T加強(qiáng)筋間距:2T—3T連接圓弧半徑:R=0.25—0.4T寬度(W):0.4—0.8T(PC/ABS小於0.5T,ABS為0.5-0.7T)102-1.塑膠零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----凸臺設(shè)計(jì)凸臺尺寸設(shè)計(jì)規(guī)范主壁厚:T拔模角(d):0.5°--1.5°凸臺高度:小於5T(一般2.5—3T)過渡圓弧半徑R:0.25T—0.40T凸臺厚度(W):0.4T—0.8T112-1.塑膠零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----角撐(Gussets)設(shè)計(jì)122-1.塑膠零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----一般圓角設(shè)計(jì)13連接器設(shè)計(jì)選用塑膠原料的原則由於連接器的housing結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本上都是,薄肉(最小的小於0.2mm),多pin孔,細(xì)長結(jié)構(gòu),同時因應(yīng)IT行業(yè)的產(chǎn)品更新?lián)Q代快,競爭激烈,所以材料的選擇必需遵循一下的原則:流動性好,可成型肉厚較薄的產(chǎn)品(如LCP,PPS,NAYLON類)高強(qiáng)度,抗沖擊性,耐高溫(SMT焊接制程的需要)優(yōu)異的電氣性能(高絕緣電阻,低的介電常數(shù))冷卻速度快(縮短成型周期,提高效率,節(jié)約成本)在滿足性能的狀況下,盡量選用價格便宜的材料14連接器設(shè)計(jì)常用的塑膠原料特性比較151617181920第二章.端子零件設(shè)計(jì)211.在連接器smt化及小型化的趨勢下，保持力的設(shè)計(jì)必須非常精準(zhǔn)。2.保持力太大，有兩項(xiàng)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。3.保持力太小，有兩項(xiàng)缺點(diǎn)：(1)正向力不夠，造成電訊接觸品質(zhì)不良，(2)端子易鬆脫保持力的作用:固持端子于Housing中,防止脫落焊接時,提供Connector,整體保持力檢驗(yàn)端子壓狀況及隔欄強(qiáng)度狀況(耐電壓性能)22保持力設(shè)計(jì)參數(shù)包括：塑膠選用，端子卡榫設(shè)計(jì)，干涉量設(shè)計(jì)。

smttypeconnectors必須使用耐高溫的塑膠材料，常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。端子卡榫設(shè)計(jì)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(jì)在0.03mm-0.13mm之間3-1.保持力的影響因素233-1.保持力的影響因素塑膠材料的保持力差異性很大，同一種卡榫及干涉量的設(shè)計(jì)，不同的塑料，保持力會有500gf以上的差別。一般而言：nylon的保持力大於LCP，PCT則介於兩者之間，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(jì)最好介於40

mm-100mm之間，因?yàn)楦缮媪啃§?0

mm，保持力不穩(wěn)定，大於100mm，保持力不會增加，干涉量介於兩者之間，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(jì)的差異約在30-120(gf/10mm)。243-1.卡榫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雙尖點(diǎn)雙邊卡筍單尖平面單邊卡筍單尖雙邊卡筍單尖單邊卡筍雙尖點(diǎn)單邊卡筍單尖平面雙邊卡筍253-1.卡榫的結(jié)構(gòu)對保持力的影響1.凸點(diǎn)平面長度和保持力有很大的關(guān)係，長度越長，保持力越大。2.單邊卡榫較雙邊的保持力大。3.雙凸點(diǎn)較單凸點(diǎn)的保持力大，但不明顯，可以忽略。4.凸點(diǎn)前的導(dǎo)角角度與保持力無關(guān)。5.較薄的板片保持力也相對的較低6.總結(jié)而論：端子和塑膠接觸面積越大，保持力越大，而且其效果非常明顯。263-2.端子正向力設(shè)計(jì)鍍金端子正向力：50--150gf。鍍錫鉛端子正向力必須大於150gf。正向力與產(chǎn)品的可靠性有絕對的關(guān)係。正向力與接觸電阻有密切的關(guān)係。若PIN數(shù)大於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)係，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。27鍍金端子正向力輿接觸阻抗的關(guān)係圖示曲線表明:當(dāng)正向力大於50gf後,接觸阻抗幾乎不隨正向力而變化0.010.020.030.040.050.0501001502002500LLCR(mOhm)NormalForce(gf)28端子正向力的設(shè)計(jì)必需考慮材料的最大應(yīng)力,端子理論應(yīng)力的計(jì)算方法如下:

d:位移量(mm)E:彈性係數(shù)(110Gpa)

s:最大應(yīng)力(Mpa)

F:N(50--100gf)*Formingandblanking端子設(shè)計(jì)差異及重點(diǎn)F:理論正向力29理論應(yīng)力/材料強(qiáng)度永久變形(mm)永久變形輿理論應(yīng)力的關(guān)係30永久變形輿正向力的關(guān)係31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，而是端子彈性係數(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，其反覆耐壓之次數(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.若產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)力高出材料強(qiáng)度很高時很容易產(chǎn)生跪pin現(xiàn)象。永久變形輿應(yīng)力的關(guān)係32端子接觸理論A-spotsApparentcontactareaEffectivecontactareaSURFACE1SURFACE2PPPPPP33幾何接觸形態(tài)球?qū)ζ矫娼佑|圓柱對圓柱接觸圓柱對平面接觸平面對平面接觸34電流流過端子接觸區(qū)域時的總電阻值(RT),是為體積電阻值(RB),擠縮電阻值(RC),和簿膜電阻值(Rf)的總和RcRfR+111++...CR=bulkRRcfSURFACE1SURFACE2PPPPPP35接觸阻抗實(shí)際阻抗

實(shí)際阻抗值=素材阻抗＋接觸阻抗素材體積阻抗L:端子導(dǎo)電長度(mm)A:端子截面積(mm2):導(dǎo)電率(%)純銅之電阻係數(shù)=17.241×10-3

(Cf,Rk,Ie取值見附頁)36一般材料導(dǎo)電率表373839低接觸電阻與素材電阻而滿足迴路需求腐蝕電阻須低確實(shí)插入時，須有低摩擦力與良好的導(dǎo)電性適當(dāng)?shù)膹椥蕴匦詢r格須低傳導(dǎo)性(Conductivity)－最小素材電阻延展性(Ductility)－幫助端子之成形降伏強(qiáng)度(YieldStrength)－在彈性範(fàn)圍內(nèi)，可擁有大的位移應(yīng)力鬆弛(StressRelaxation)－端子於長時間受力或使用於高溫時抗拒負(fù)載能力仍能維持硬度(Hardness)－減少端子金屬的磨損銅材選擇基本要求:40連接器端子常用銅材黃銅(Brass)--價格低,導(dǎo)電性佳,機(jī)械強(qiáng)度差磷青銅(PhosphorBronz)--價格中等,導(dǎo)電性略差,機(jī)械強(qiáng)度佳.鈹銅(BerylliumCopper)--價格高,導(dǎo)電性及機(jī)械強(qiáng)度均佳.41

隨著合金強(qiáng)度增加:成型性降低最小的彎曲半徑:內(nèi)R>=1倍銅板材料厚度材料沖壓特性方向與幾何特性端子材料成型性特點(diǎn)42端子彈臂結(jié)構(gòu)形狀ReflexSpringRollingLeafSpringDoubleReflexSpringPre-loadedContactSpring43第三章.連接器高頻設(shè)計(jì)44高頻連接器的基本參數(shù):串音:信號在導(dǎo)體內(nèi)傳輸時受外部電磁波干擾的現(xiàn)象阻抗匹配:高頻信號傳輸時連接器是阻抗不匹配的可能發(fā)生點(diǎn),電感(L):傳輸導(dǎo)體的電感電容(C):端子之間的雜散電容爬升時間(Tr):信號的爬升時間短----高頻,爬升時間短阻抗匹配困難4546474849連接器在高頻工作時,信號的傳輸類似波的行為,傳輸過程中會發(fā)生以下現(xiàn)象:散射:信號可能會在空間散布,影響到臨近的端子,或受外來電磁波的影響,即所謂的串音或電磁干擾(EMI),電磁波的能量形式通常用電感L,電容C來表示,L和C越大,干擾越大阻力:電磁波經(jīng)不同的環(huán)境會有不同的傳輸行為,具體來說,類似直流電的電阻,稱為阻抗(Impedance),阻抗是L和C的組合效應(yīng):Z0=√L/C,只有當(dāng)所有傳輸路徑的阻抗差不多時,傳輸才會順利,否則會發(fā)生反射,即阻抗不匹配(Impedancemismatch).爬升時間越短,阻抗匹配越困難50因連接器之目的即為傳輸信號,而傳輸線的電容,電感取決於導(dǎo)體的幾何形狀和介質(zhì)特性電容:C=εAD若是設(shè)計(jì)不良,則會導(dǎo)致信號傳輸延遲,訊號扭曲及阻抗不匹配的現(xiàn)象,信號傳輸?shù)穆窂皆介L,L越大,材料(輿housing材質(zhì)有關(guān))的介電常數(shù)越大,C越大,所以高頻連接器的設(shè)計(jì)必需考慮端子的形狀和材料的選擇51第四章.連接器電鍍的功能和目的52CONTACT的功用CONTACT的要求電鍍的目的功用鍍鎳素材打底保持力平整底材避免形成界面混合物提高硬度隔離金和銅五金零件外觀外觀保証外觀鍍金連接接觸阻抗小提高導(dǎo)電性能價值高壽命長a.防止腐蝕b.提高表面硬度和耐磨性能鍍錫鉛固定焊接焊接性能好提高焊錫性能五金零件外觀外觀保証外觀連接器電鍍的功能和目的53第五章.PCB焊接技術(shù)簡介54一.分類說明:

按與母板(P.C.B)焊接方式不同,PC連接器可分為鍍層穿孔(PlatedThroughHole)和表面粘著(SurfaceMount)兩種.

1.鍍層穿孔(簡稱T/H).T/H是把圓形,矩形,四方插腳(SolderTail)插在P.C.B的通孔里,過波峰焊(WaveSolding)焊在P.C.B上的技術(shù).

T/H的特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,對材料要求不高,成本較低,因而應(yīng)用廣泛.

缺點(diǎn)是:需要穿孔,故P.C.B只能單層安裝元件.PCB組裝的分類552.表面貼裝(簡稱SMT)

SMT是在P.C.B上使用焊錫墊(SolderPad),使其高溫融化與連接器管腳焊在一起的技朮.它的優(yōu)點(diǎn)是:可以雙面安裝,增加P.C.B使用面積層數(shù),使其布線更合理,更緊湊.它的缺點(diǎn)是:安裝定位要求高,需要耐高溫材料,如(PA6T.PPS.LCP等),成本較高.WeldingBetweenConnectorAndPrintedCircuitBoard56印刷電路板電阻積體電咯IC焊點(diǎn)焊墊(a)傳統(tǒng)零件之焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)印刷電路板焊點(diǎn)焊墊電阻(b)SMT零件之焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)57對於T/H焊接,一般焊錫腳輿PCB板孔的間隙在0.2－－0.4mm之間最為合適,推薦使用的焊錫腳大小見附表;端子腳露出PCB的長度:一般要保證良好的焊接效果,端子腳長度需高出PCB板0.8mm以上58SMT之優(yōu)點(diǎn)

1,可使封裝密度提高50%-70%;2,可將多個零件合並於一個SMA相;3,可用更高腳數(shù)之各種零件;4,提高傳輸速率;5,組裝前無須任何準(zhǔn)備工作;6,具有更多且快速之自動化生產(chǎn)能力;7,減少零件貯存空間;8,節(jié)省製造廠房,且總成本降低.59發(fā)料PartsIssue基板烘烤BarcBoardBaking錫膏印刷SolderPastePrinting泛用機(jī)貼片MultiFunctionChipsMounring迴焊前目檢VisualInsp.b/fReflow熱風(fēng)爐迴焊HotAirSolderReflow修理Rework/Repair迴焊后目檢測試品管入庫Stock修理Rework/Repair點(diǎn)固定膠GlueDispensing高速機(jī)貼片Hi-SpeedChipsMounting修理Rework/RepairSMT技術(shù)組裝流程圖SurfaceMountingTechnologyProcessFlowChart60Slope:Keeptheslopelowtominimizemotherboardwarpingduringpreheat.Peaktemp245+/-5degCSlops<3deg-C/secTimeliquidus45-90secondsSlop<3deg-C/secHoldat130-160degCforapprox.2minutes183CBoardTemp(升溫區(qū))(恆溫區(qū))(溶解區(qū))(冷卻區(qū))Time130-160Crange:Extendedperiodallowsboardtemperaturetostabilize(warp)andallowsfluxtofinishcleaningpriortoreflow.Alsohelpminimizethermalofreflow.SMTProcess612502001501005000326496128160192224256288320352384焊接曲線Rcflowprofile℃s621.平面度要求:

平面度是SMT連接器最重要的參數(shù)之一.如果變形大,就會在P.C.B上虛焊,漏焊.它一般受TAIL本身平面度.焊錫墊平面度及塑膠本體之變形等影響.在檢測方面有CCD2.TAIL真直度要求:

因?yàn)榭蛻鬚.C.B上焊錫墊的寬度及位置是固定的.如果TAIL之真直度不符規(guī)格,則會造成錯焊.斜焊等嚴(yán)重不良.3.導(dǎo)通要求:

連接器最基本功能是導(dǎo)通,SMT連接器因其PITCH小,端子強(qiáng)度較弱,故導(dǎo)通測試實(shí)驗(yàn)上較難掌握,治具檢測方法不當(dāng),即會造成TAIL和BELLOW變形.4.塑膠耐焊錫熱變形要求:SMT連接器的焊接一般要經(jīng)過兩次高溫,其不良主要表現(xiàn)在過焊錫后變形超過規(guī)格及塑膠本身起泡而影響焊接品質(zhì),克服此不良主要從材料,成型條件,成型機(jī)臺方面考慮.SMT對連接器功能的要求635.其它要求:

比如金屬絲.因?yàn)镾MT連接器的PITCH小,如果金屬絲的長度超過PITCH,則可能錯接造成短路.一般金屬絲是由于折CARRY造成,解決方法有把打V-CUT結(jié)構(gòu)折CARRY方式改為切C