2020/04/17

连接器设计流程与经验分享



1. 连接器基本特征
   高速传输、散热、高频测试、噪音、电力分配、结构、外观、环保
2. 连接器设计理念
   轻量化、小型化、小Pitch化,成本底、高性能,量产性
3. 设计流程

4. 塑胶设计技巧
   塑胶零件结构设计—壁厚设计技巧
   4.1. 壁厚均匀
   4.2. 尽可能小的肉厚
   4.3. 受力处和结合处要有足够的厚度,确保产品有一定的强度(图1)

   4.4.  当肉厚不一致时,成型会出现缩水、气泡、变形等不良现象。

   4.5. 塑胶零件结构设计—加强筋与凸台设计

   4.6. 连接器设计选用塑胶原料原则
         由于连接器Housing结构基本上都是肉薄(最小的小于0.020mm)多Pin孔细长的结构,同时也因IT行业的产品不断更新换代,竟争激烈,所以材料的选择必需遵循以下原则:
      a. 流动性好,可成型肉厚较薄的产品(如LCP PBT NAYLON……)
      b. 高强度,抗冲击性好
      c. 耐高温(SMT焊接制程需求
      d. 有优异的电器性能(高绝缘电阻,低的介电常数)
      e. 冷确速度快(缩短成型周期,提高效率,节约成本)
      f. 在满足性能的状况下,尽量选作价格便宜的材料
5. 端子零件设计
    保持力的影响因素有以下几点:
    5.1. 保持力设计参数包括,塑胶选用,端子卡榫设计,干涉量设计
    5.2. SMT TYPE CONNETORS 必需使用耐高温材料(LCP NYLON PCT……等)
    5.3. 端子卡位一般有单边和双边两类,每边又可以用单层和双层及三层设计方案进行
    5.4. 干涉量通常设计为(0.03~0.15mm之前)具体依实际情况而定
    5.5. 塑胶材质的保持力差异性很大,同一种卡榫及干涉量的设计,不同的塑胶,保持力会有500gf以上的差别
    5.6. 一般而言,NYLON的保持力大于LCP, PCT介于两者之间,但是同样的LCP,不同厂牌差异性非常大,有的将近400gf的差异
    5.7. 干涉量的设计最好介于40µm~100µm之间,因为干涉量小于40µm,保持力不够,大于100µm干涉量不会增加,干涉介于两者之间保持力呈现方式增加,增加的量随材料及卡榫的设计差异约在30~120(gf/10µm)
    5.8. 端子卡榫结构设计图如下:

6.卡榫的结构对保持力的影响
    6.1. 凸点平面长度和保持力有很大的关系,长度越长保持力越大
    6.2. 单边卡榫较双边的保持力大
    6.3. 双凸点较单凸点的保持力大,但不明显,可以忽略
    6.4. 凸点前的到位倒角角度与保持力无关
    6.5. 较薄的板片保持力也相对较低
    6.6. 总结而论,端子和塑胶接触面越大,保持力就越大,而且效果很明显
    6.7. 端子正向力设计
       a. 镀金端子正向力:50~150gf
       b. 镀锡端子正向力必须大于150gf
       c. 正向力与产品可靠性有着绝对的关系
       d. 正向力与接触电阻有密切关系
       e. PIN数大于200可适度降低正向力
       f. 正向力与配合力有关系
      g. 正向力与振动测试之瞬断有密切关系,增加正向力可以改善瞬断问题
      h. 正向力会严重影响电镀层耐磨性
       i. 电镀端子与接触阻抗和永久变形与正向力的关系

       j. 永久变形受FEM最大应力值影响,也就是应力集中影响,因此应力集中会造成永久变形
      k. 永久变形量不会造成端子正向力降低,而是端子弹性系数(正向力、位移量)增加
       l. 当端子理论应力值大过材料强度时,其反覆耐压之次数及无法达到1万次,应力越高
          愈高次数愈少,便应力超过最大值之1.8倍时尚有2000周期
     m. 若产品设计应力高出材料强度很高时很容易产生跪Pin现象
7. 端子铜材选择基本要求
   7.1. 低接触电阻与素材电阻而满足回路需求
   7.2. 腐蚀电阻须低
   7.3. 碓实插入时,须有低摩擦力与良好的导电性
   7.4. 适当的弹性特性
   7.5. 价格须低
   7.6. 传导性--最小素材电阻
   7.7. 延展性--帮助端子成形
   7.8. 降伏强度--在弹性范围内,可拥有大的位移
   7.9. 应力松弛--端子于长时间受力或使用高温时抗拒负载能力仍能维持
   7.10. 硬度--减少端子金属的磨损
   7.11. 常用材料:黄铜—价格低,导电性佳,机械强度差;磷青铜—价格中等,导电性略差,机械强度佳;铍铜—价格高,导电性及机械强度均佳
   7.12. 端子材料成型特点:随着合金强度增加,成型性降低;最小的弯曲半径,内R>=1倍铜板材料厚度;材料冲压特性;方向与几何特性
   7.13. 端子结构示范图: