連接器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件

1、設(shè)計(jì)要件1.正向力設(shè)計(jì)2.最大應(yīng)力設(shè)計(jì)3.保持力設(shè)計(jì)4.接觸電阻設(shè)計(jì)5.金屬材料選用6.應(yīng)力釋放設(shè)計(jì)1.1 正向力設(shè)計(jì)n鍍金端子正向力：100gf或小于 100gf。n鍍錫鉛端子正向力必須大于 150gf。n正向力與產(chǎn)品的可靠性有絕對(duì)的關(guān)系。n正向力與接觸電阻有密切的關(guān)系。n若PIN數(shù)大于 200 可適度降低正向力。n正向力與mating/unmating force有關(guān)。n正向力與振動(dòng)測(cè)試時(shí)之瞬斷(intermitance)有密切的關(guān)系，增加正向力可改善瞬斷問題。n正向力會(huì)嚴(yán)重影響電鍍層之耐磨耗性。1.2 正向力與接觸電阻關(guān)系050100150200250Normal Force ( gf

2、)0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.30 Au: 1Sample 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 52.1端子應(yīng)力設(shè)計(jì)基礎(chǔ)22336234bhLFLdEhLdEbhF d :位移量 (mm) E :彈性系數(shù) (110Gpa) :最大應(yīng)力(Mpa) F : N(98gf)理論最大應(yīng)力理論正向力*Forming and blanking端子設(shè)計(jì)差異及重點(diǎn)2.1 端子應(yīng)力設(shè)計(jì)實(shí)例材料強(qiáng)度 = 750Mpa大小端子應(yīng)力值(1) 703Mpa(2) 1111 Mpa(3) 1244 Mpa(4) 1355 MPa

3、2.2 最大應(yīng)力設(shè)計(jì)n最大應(yīng)力材料強(qiáng)度( 680-780MPa for C5210EH )。nFEM分析所得之最大應(yīng)力含應(yīng)力集中效應(yīng)，通常會(huì)大于nominal stress ，因此應(yīng)排除應(yīng)力集中效應(yīng)。n高應(yīng)力設(shè)計(jì)的趨勢(shì)：Connector小型化的趨勢(shì)，使端子最大應(yīng)力已大于材料強(qiáng)度，如何在臨界應(yīng)力下設(shè)計(jì)端子是重要課題。n臨界應(yīng)力的設(shè)計(jì)應(yīng)以理論應(yīng)力值為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)，所考慮的因素包括：位移量，理論應(yīng)力，永久變形量，反復(fù)差拔次數(shù)。2.3 臨界應(yīng)力設(shè)計(jì)實(shí)例2.3 臨界應(yīng)力設(shè)計(jì)實(shí)例位移(mm)最大應(yīng)力 (Mpa)永久變形量(mm)Cycle No.理論值FEM理論值/材料強(qiáng)度0.22975250.40100

4、000.34457870.60.01100000.459410500.80.02100000.574213121.00.05100000.689115751.20.0980000.7104018381.40.1550000.8118821001.60.20 0.9133723631.80.2720001.0148526252.00.34 2.4 正向力結(jié)果之比較0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.0400.0450.0500.000.511.5NormalForce(Excel;g)NormalForce(FEM:g)NormalForce(Measure;

5、g)2.5 理論應(yīng)力與永久變形之關(guān)係0 00.10.10.20.20.30.30.40.40 00.20.20.40.40.60.60.80.81 11.21.21.41.41.61.61.81.82 2理論應(yīng)力 / 材料強(qiáng)度永久變形量 (mm)2.6 永久變形和正向力之關(guān)系端子位移0.9mm05010015020025000.10.20.30.40.50.60.70.80.9位移(mm)正向力(g)第一次測(cè)試第十次測(cè)試2.7 端子反復(fù)耐壓實(shí)驗(yàn)端子位移0.7mm050100150200250110012001 30014001 50016001 70018001 9001Cycle數(shù)正向力(g

6、)2.8臨界應(yīng)力設(shè)計(jì)討論n以理論方式計(jì)算之正向力非常接近實(shí)驗(yàn)值。n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(huì)造成永久變形。n永久變形量不會(huì)造成端子正向力降低，而是端子彈性系數(shù)(正向力/位移量)增加。n當(dāng)端子之理論應(yīng)力值大過材料強(qiáng)度時(shí)，其反復(fù)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(shí)尚有2000cycles.n以上測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下所測(cè)得之案例，若產(chǎn)品設(shè)計(jì)高出材料強(qiáng)度很高時(shí)很容易產(chǎn)生跪針現(xiàn)象。3.1 保持力設(shè)計(jì)n在連接器smt化及小型化的趨勢(shì)下，保持力的設(shè)計(jì)必須非常精準(zhǔn)。n保持力太大，有兩項(xiàng)缺點(diǎn)：n(1)增加端子插入力，易造成端子變形n

7、(2)增加housing內(nèi)應(yīng)力，易造成housing變形。n保持力太小，有兩項(xiàng)缺點(diǎn)：n(1)正向力不夠，造成電訊接觸質(zhì)量不良，n(2)端子易松脫3.2 保持力設(shè)計(jì)參數(shù)n保持力設(shè)計(jì)參數(shù)包括：塑料選用，端子卡榫設(shè)計(jì)，干涉量設(shè)計(jì)。n smt type connectors必須使用耐高溫的塑料材料，常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。n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。n干涉量通常設(shè)計(jì)在40mm-130mm之間3.3保持力實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.4卡榫的設(shè)計(jì)變數(shù)n卡榫的設(shè)計(jì)變量包括：n單邊與雙邊n單凸點(diǎn)與雙凸點(diǎn)n凸點(diǎn)平面寬度(4,8mm)n凸點(diǎn)插入角度(30, 60)

8、n前后凸點(diǎn)高度差(0.02, 0.04mm)3.5 保持力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.塑料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(huì)有500gf以上的差別。2.一般而言：nylon的保持力大于LCP，PCT則介于兩者之間，但同樣是LCP，不同廠牌間的差異性非常大，有將近400gf的差異。3.干涉量的設(shè)計(jì)最好介于40 mm-100mm 之間，因?yàn)楦缮媪啃∮?0 mm ，保持力不穩(wěn)定，大于100mm，保持力不會(huì)增加，干涉量介于兩者之間，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)。3.5 保持力設(shè)計(jì)準(zhǔn)則4.凸點(diǎn)平面長(zhǎng)度和保持力有很大的關(guān)系，

9、長(zhǎng)度越長(zhǎng)，保持力越大。5.單邊卡榫較雙邊的保持力大。6.雙凸點(diǎn)較單凸點(diǎn)的保持力大，但不明顯，可以忽略。7.凸點(diǎn)前的導(dǎo)角角度與保持力無關(guān)。8.較薄的板片保持力也相對(duì)的較低9.總結(jié)而論：由(4,5,8)項(xiàng)結(jié)論可知，端子和塑料接觸面積越大，保持力保持力越大，而且其效非常明顯。，3.6 保持力設(shè)計(jì)實(shí)例3.7 保持力線性公式 r_F :保持力 (gf) I :干涉量 (10mm) Zenite 6130L (A3)Sumik E6006L (B3)Vectra L140 (C4)PA 46 TE250F6 (D3)PA 6T C430CN (E3)PCT CG941 (F4)B02r_F42 I1r_F

10、29 I58r_F54 I89r_F24 I349r_F44 I12r_F40 I5B03r_F27 I147r_F35 I4r_F40 I6r_F47 I146r_F53 I60r_F36 I31B22r_F74 I222r_F43 I196r_F77 I270r_F73 I646r_F82 I391r_F41 I4164.0 Contact resistance.111fcbulkRRRCR4.1 接觸電阻設(shè)計(jì)n電子連接器接觸電阻設(shè)計(jì)包括兩部分：1.端子材料電阻2.接觸端電阻4.2材料電阻計(jì)算n磷青銅(C5191, 5210)的導(dǎo)電率約為13%，黃銅(C2600)導(dǎo)電率約26%，BeCu

11、and C7025則可達(dá)到40%，因此選擇端子材料是降低接觸電阻最有效的方法，可降為原來的1/2-1/3。n端子長(zhǎng)度及截面積受電子連接器外型及pitch而決定，可變更的范圍受到限制。ALmRB31024.17)(L :端子導(dǎo)電長(zhǎng)度(mm)A :端子截面積(mm2) :導(dǎo)電率(%)4.3接觸點(diǎn)電阻n正向力在 50-150gf之間接觸點(diǎn)電阻值在4-8m-ohm。n正向力小于50gf,接觸電阻則快速增加。050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.30 Au: 1Sample 1Sa

12、mple 2Sample 3Sample 4Sample 55 . 3)(300)(gfFmRC4.4 接觸電阻設(shè)計(jì)n接觸電阻包含端子材料電阻和接觸點(diǎn)電阻兩項(xiàng)和。n一般連接器設(shè)計(jì)使用100gf的正向力設(shè)計(jì)，接觸端電阻可設(shè)定為 6.5m-ohm，再加上端子材料電阻即是接觸電阻。n高導(dǎo)電率材料選用對(duì)降低接觸電阻效果最顯著，增加正向力對(duì)降低接觸電阻沒有效果。n接觸端的半徑對(duì)接觸電阻值沒有顯著影響。n高電流連接器設(shè)計(jì)之重點(diǎn)在降低接觸電阻，降低接觸電阻的主要方法為 1.選擇高導(dǎo)電率的端子材料，2. 增加端子截面積。4.5 接觸電阻案例1.請(qǐng)計(jì)算接觸電阻1.23.22.25.53.29.84.33.35.

13、1 應(yīng)力釋放設(shè)計(jì)n應(yīng)力釋放：當(dāng)材料在受應(yīng)力及溫度環(huán)境下，長(zhǎng)時(shí)間所造成的正向力下降的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力釋放，通常以原受力的百分比表示。n溫度越高，受力時(shí)間越長(zhǎng)，應(yīng)力釋放的越大n一般規(guī)定應(yīng)力釋放在 3000hr以上仍然能維持70%以上的力量才合乎設(shè)計(jì)的原則。n根據(jù)以上的規(guī)定，可提出一簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)原則：70以下可使用C260(黃銅)，70-105可使用C510,C521(磷青銅)，105以上則須使用C7025, BeCu, TiCu等較貴材料。5.2 應(yīng)力釋放相關(guān)資料(1)5.2 應(yīng)力釋放相關(guān)資料(1)6.1Temperature risen大電流連接器必須考慮溫度上升效應(yīng)，通常設(shè)計(jì)在 30 的范圍內(nèi)，簡(jiǎn)單的計(jì)算可使用以下之保守公式：2222ALJTT : degree