接插件培訓(xùn)教材

接插件基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)資料型式實(shí)驗(yàn)中心程才權(quán)接插件定義接插件是通過(guò)改變其接觸對(duì)的接觸狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)其所連接電路之間轉(zhuǎn)換的目的，其在電路中起連接線路的作用。接插件每組接觸對(duì)都存在固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。接插件也被稱之為連接器。接插件工作原理一、力學(xué)模型接插件接觸對(duì)工作時(shí)就是一個(gè)懸臂梁的力學(xué)模型二、接觸理論Ie=C*FIe:導(dǎo)電指標(biāo);F:正向力;C:常數(shù)二、接觸理論接觸對(duì)表面在微觀上存在一定的粗糙度，因此需要有一定力的作用才能增加更多觸點(diǎn)。鍍金端子正向力：80~100g，鍍錫鉛端子正向力必須大於150g接觸對(duì)不僅要提供一定的正向力，而且要能持續(xù)穩(wěn)定。導(dǎo)電常數(shù)C與接觸對(duì)材質(zhì)、表面鍍層有關(guān)接插件分類目前行業(yè)分類0級(jí)：IC芯片或芯片到封裝的連接器。實(shí)際上就是集成電路芯片1級(jí)：IC組件或組件到（線路）板的連接器。當(dāng)IC芯片安裝在電路板的插座時(shí)就是1級(jí)連接2級(jí)：PCB板到PCB板的連接器3級(jí)：導(dǎo)線到電路板或分組合到分組合的連接器4級(jí)：機(jī)箱到機(jī)箱或輸入／輸出連接器接插件的主要組成部分接觸件：接插件中的導(dǎo)電部分，接觸結(jié)構(gòu)和端接結(jié)構(gòu)有很多種。信號(hào)連接的作用絕緣件：使接觸件保持正確地位置排列，并使接觸件之間以及接觸件與外殼間絕緣殼體：接插件的外罩。為接觸件提供精確的對(duì)中和保護(hù)，也有部分起屏蔽的功能其它輔助機(jī)構(gòu)：定位扣等接插件常用材料一、接觸件接觸件目前用的都是銅合金，主要有以下三種：黃銅、磷青銅、鈹青銅1、黃銅：導(dǎo)電性能良好，多次重復(fù)彎曲后容易變形和永久疲勞。通常在便宜的接插件上座接觸件使用或充當(dāng)其它零件適用2、磷青銅：硬度高于黃銅且保持較長(zhǎng)時(shí)間的彈性。常用的接觸件材料。3、鈹銅：機(jī)械性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于黃銅和磷青銅。在插拔頻繁和要求高可靠的應(yīng)用場(chǎng)合，目前在手機(jī)產(chǎn)品的電池連接器以及SIM卡坐等上有使用。二、塑料尼龍：強(qiáng)度高、韌性好，易吸潮造成尺寸不穩(wěn)定及機(jī)械和電氣性能降低高溫尼龍：高強(qiáng)度、高韌性和優(yōu)異的延展性，適合SMT。易吸潮造成尺寸不穩(wěn)定及機(jī)械和電氣性能降低。成本較尼龍高。聚酯-PBT：尺寸穩(wěn)定、強(qiáng)度高，不適合SMT。PPS（聚苯硫醚）：尺寸穩(wěn)定、易碎。強(qiáng)度高、剛性強(qiáng)。接插件電鍍知識(shí)概述一、使用接觸鍍層的原因1、保護(hù)接觸彈片的基體金屬不受腐蝕2、優(yōu)化接觸界面的性質(zhì)，尤其是機(jī)械性能電氣性能二、對(duì)電鍍材料的要求低電阻率耐磨性耐腐蝕性與基體金屬的附著能力強(qiáng)三、常用鍍層種類1、目前應(yīng)用最廣泛的材料是金及其合金；銀及其合金；鈀、銠、錫、鎳等2、通常為了節(jié)約貴金屬，常選用選擇性電鍍的方法，只在電接觸處鍍貴金屬，其它部位則鍍一般材料接插件常用鍍層--金及其合金一、金及其合金特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電阻率低、抗腐蝕、易焊接、與基體材料如銅及其合金、鎳等都有良好的附著性。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴、電鍍層比較薄、微孔問(wèn)題突出。純金屬硬度低，易粘結(jié)磨損，宜用Au -Co合金。二、鍍金層微孔問(wèn)題微孔的形成： 在電鍍過(guò)程中，溶液中的金還原沉積在基底材料表面時(shí)，首先呈核狀，然后逐漸擴(kuò)展，在顆粒之間不可避免地要出現(xiàn)間隙。表現(xiàn)為金鍍層通往基底金屬的微孔。鍍金表面微孔的形貌,見(jiàn)附圖微孔對(duì)電接觸的影響 大氣中的腐蝕性潮濕性氣體將由微孔的毛細(xì)孔作用而進(jìn)入并接觸基底金屬而成為沉積在內(nèi)的電解液。由于金的電極電位高，呈陰極，基底銅的電極電位低呈陽(yáng)極。因此在金和銅之間形成微電池腐蝕，基底材料銅被腐蝕。腐蝕生成物的體積遠(yuǎn)大于被腐蝕的金屬體積，因此腐蝕物就會(huì)沿微孔蔓延至鍍層表面，造成接觸不良。鍍金微孔二、鍍金層微孔問(wèn)題微孔形成的原因電鍍工藝：電流、時(shí)間、鍍層厚度造成的顆粒沉積狀態(tài)電鍍過(guò)程中沉積在被鍍表面的絕緣顆粒如灰塵、被氧化或腐蝕的金屬顆粒、鍍液中的絕緣雜質(zhì)和有機(jī)污染物顆粒等，造成金離子無(wú)法在其上面取得電子還原成金顆粒而形成孔隙?；撞牧洗植诙鹊挠绊懹梦⒖茁剩▊€(gè)/平方厘米）來(lái)表明微孔程度。實(shí)驗(yàn)表明，微觀表面越粗糙，微孔率越高。這是因?yàn)楸砻嬖酱植?，金離子還原成金顆粒越不均勻，出現(xiàn)孔隙的機(jī)會(huì)越多。二、鍍金層微孔問(wèn)題鍍層厚度、表面粗糙度與微孔率的關(guān)系提高基底材料表面光潔度可大大減少微孔率；增加鍍層厚度，顆粒之間交錯(cuò)，堵塞孔隙,可使微孔率減少。若鍍金層的厚度超過(guò)5μm，則基本沒(méi)有微孔，但由于成本價(jià)格等原因，實(shí)際上鍍金層的厚度一般0.75～1.5微米。圖鍍金層厚度與微孔率間的關(guān)系橫坐標(biāo)：鍍金層厚度，單位：微米縱坐標(biāo)：微孔率，單位：微孔/平方厘米二、鍍金層微孔問(wèn)題解決方法凈化環(huán)境、隔絕灰塵、清潔處理被鍍材料表面(超聲振動(dòng)及溶液去油污處理)、清除鍍液雜質(zhì)（鍍液循環(huán)過(guò)濾）等。提高基底材料表面光潔度可大大減少微孔率，通?？稍阱兘鹎跋裙饬铃冦~，以填充基底材料的微觀凹凸表面，降低微孔率。在實(shí)際的電鍍觸點(diǎn)中，將鎳作為中間鍍層A.降低對(duì)微孔的敏感性,鍍金層中的微孔有鈍性和活性之分。當(dāng)中間鍍層為Ni或Sn/Ni時(shí)，微孔中形成的氧化物具有保護(hù)性，而當(dāng)中間鍍層為Cu，Ag等時(shí)，微孔中形成的腐蝕物很快就會(huì)蔓延至金表面，使接觸不可靠。B.對(duì)擴(kuò)散有阻礙作用,C.對(duì)腐蝕物的遷移有阻擋作用,D.硬度高，改善觸點(diǎn)壽命。接插件常用鍍層—銀及其合金一、銀的特性：銀及其合金也是常用的鍍層材料。優(yōu)點(diǎn)：電阻率低、附著性好、價(jià)格低于金、電鍍層一般較厚、粘結(jié)磨損小、滑動(dòng)壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：易硫化，在硫化氣體中腐蝕嚴(yán)重，易造成接觸不良。銀的硫化一、銀及其合金的硫化1、銀非常容易硫化。其化學(xué)反應(yīng)式是：2、Ag2S對(duì)電接觸的危害：Ag2S是呈高電阻率的黑色物，它柔軟易擦掉②具有極化效應(yīng)。就是當(dāng)電流從一個(gè)方向流過(guò)Ag2S膜層表現(xiàn)出的電壓-電流特性和電流反向流過(guò)時(shí)表現(xiàn)出的電壓-電流特性是不對(duì)稱的，造成接觸電阻的不穩(wěn)定性③溫度升高后，硫化反應(yīng)加速，硫化膜層加厚④硫化銀蔓延速度很快，若在金下面鍍Ag，硫化銀可能從金屬的微孔中蔓延出來(lái)，覆蓋到金屬層上造成接觸不良銀的硫化3、解決辦法①采用銀合金作電鍍層，增加合金的含量，可延緩硫化銀的發(fā)生。但只要有銀存在，硫化銀膜層的生成就很難避免

例：為顯著減少銀的污染，貴金屬如Au、Pd含量必須在40%以上，Ag25-Au69-Pt6合金已使用多年。并可認(rèn)為它不會(huì)形成高電阻的污染膜。但研究數(shù)據(jù)表明在半暴露條件下，這種合金仍會(huì)形成明顯的污染膜②加大接觸壓力使磨損增加，但有助于擦掉膜層，減少接觸電阻。一般地，鍍銀觸點(diǎn)的接觸壓力在80g－150g左右。接插件常用鍍層—錫及其合金一、錫及其合金的特點(diǎn)

一般用在可靠性要求較低的場(chǎng)合代替價(jià)格昂貴的金合金。優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉，易于覆蓋（對(duì)基底的附著力強(qiáng)），易焊接，在壓力大時(shí)表面的鈍化膜層被壓破形成金屬間的直接接觸。缺點(diǎn)：易氧化，在微動(dòng)下形成微動(dòng)腐蝕而造成接觸故障。由于錫和錫－鉛合金很軟，使用壽命不長(zhǎng)。它們的插拔次數(shù)很少，一般只有1次或2次，最多不會(huì)超過(guò)10次。它們的粘結(jié)磨損率是硬金鍍層的100倍。它們也很容易發(fā)生擦傷磨損。插拔壽命不高。二、錫的氧化膜錫易在空氣中生成氧化錫氧化錫絕緣，質(zhì)地硬而脆。但錫質(zhì)地很軟。接觸特點(diǎn)加壓于氧化錫上后，氧化錫易破裂，猶如施力于水上的薄冰一樣，錫從裂縫中被擠出，造成金屬的直接接觸。因此用錫及其合金作為接觸材料，壓力應(yīng)大于150g以上。壓力過(guò)小無(wú)法壓破氧化錫，也就無(wú)法產(chǎn)生良好的電接觸。由于錫觸頭所需的接觸壓力很大，因而插拔力也很大，通常插拔壽命不高（幾十次）。三、錫的微動(dòng)失效1、微動(dòng)過(guò)程中，接觸頭離開(kāi)原來(lái)的氧化錫壓碎部分時(shí)，使這部分金屬暴露于空氣中很快被重新氧化，經(jīng)多次往復(fù)移動(dòng)造成氧化層加厚而導(dǎo)致接觸不良。2、因此設(shè)計(jì)錫接觸點(diǎn)應(yīng)盡量避免微擾振動(dòng)，盡可能采用熱膨脹系數(shù)相同材料，限制其往復(fù)移動(dòng)。微動(dòng)失效過(guò)程示意圖微動(dòng)失效解決辦法1、加潤(rùn)滑劑：但對(duì)制程控制的要求高，潤(rùn)滑劑的用量、涂的位置，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)效果會(huì)降低且會(huì)帶來(lái)其它的問(wèn)題2、加大正向力：對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的要求高，成本增加，動(dòng)作力則隨之增大，會(huì)增加磨損。3、增加彈性機(jī)構(gòu)：將工作過(guò)程中的振動(dòng)消化掉。

四、錫須錫須的產(chǎn)生純錫容易產(chǎn)生錫須，即生長(zhǎng)出很多細(xì)絲。結(jié)果是使導(dǎo)體之間短路這種現(xiàn)象是由于鍍錫的壓縮應(yīng)力、基材的內(nèi)應(yīng)力、腐蝕處。避免錫須的辦法是加入少量的鉛(<4%Pb)，使之成為錫鉛合金。鍍層熱處理Sn-Pb合金鍍層的厚度一般在2.5～5μm，其中間層金屬一般選用Ni或Cu；接觸壓力不小于100gm，因?yàn)楸仨氁屏鸦虺砻娴难趸瘎┒玫降偷慕佑|電阻。

圖錫須Wisker五、不同材料接觸對(duì)錫及其合金為表面鍍層的插頭在使用時(shí)應(yīng)注意不要插入鍍金插座內(nèi)，因?yàn)槎唠姌O電位相差很大，在潮濕環(huán)境下，Sn將成為陽(yáng)極而受到腐蝕，生成的腐蝕物會(huì)造成接觸不良。接插件主要性能－機(jī)械性能動(dòng)作力、壽命：連接器的插拔力和機(jī)械壽命與接觸件結(jié)構(gòu)（正壓力大?。┙佑|部位鍍層質(zhì)量（滑動(dòng)摩擦系數(shù)）以及接觸件排列尺寸精度（對(duì)準(zhǔn)度）有關(guān)。PIN針保持力：塑膠壁對(duì)金屬PIN針的