連接器基礎知識與

檢驗標準講師:SunLing

2013/10/22.課程大綱1.連接器定義及功能2.連接器之零件及機能3.連接器之使用4.連接器產品之介紹5.連接器產品之工藝流程6.連接器產品之檢驗標準及方法.連接器的定義與功能何謂連接器?

“是一電子被動元件,提供兩系統一個可分離的介面,並且不會造成系統功能無法接受的效果”連接器本身不會產生訊號或電力,但卻明顯的會造成電壓降,也就是能量的衰減.這是因為連接器本身的電阻所產生.為了減少能量衰減過多,造成系統過熱或訊號喪失,在設計時即成為一重要關鍵考量..連接器的定義與功能為了達成此功能,連接器必須具備以下結構:

-接觸介面(ContactInterface)-接觸表層(ContactFinish)-端子彈性體(ContactSpring)-連接器本體(ConnectorHousing).連接器的定義與功能.連接器的零件與機能一般連接器必備有以下零件:-電鍍層Platingfinish

電鍍層提供端子基材(基底金屬)之保護,免於遭受腐蝕或污染,並且維持接觸介面之最佳狀態.-端子Contact

從接觸介面傳遞訊號或電力至永久接合處,所以必須提供必要的正向力來維持接觸介面之穩定,及適當的永久接合處之機構.-本體(塑膠)Housing

端子間之絕緣體,挾持端子使其固定在正確位置,並對端子提供必要的機械性及操作中環境之保護..連接器的零件與機能-電鍍層Platingfinish-------鎳

電鍍層通常使用鎳(Nickel),錫鉛(Tin-Lead)或錫(Tin),鈀鎳(Palladium-Nickel),金(Gold),及銀(Silver)為電鍍材料.這些金屬材料分為貴重金屬(NobleMetal)與非貴重金屬(Non-nobleMetal).最常使用的組合是鍍鎳底,再加上鍍金及錫鉛.鎳底可提供必要的接觸界面硬度,以抵抗磨耗增加插拔次數,並防止金與基底金屬間的析出(Diffusion)現象.其為非貴重金屬,易與氧氣起化合作用,產生氧化層,然此氧化層不會向下腐蝕.此氧化層為不平滑表面,因此亦可作為基底金屬因針孔(Pore)在表層形成腐蝕物之擴散阻隔..連接器的零件與機能-電鍍層Platingfinish------錫鉛

錫鉛通常是用在永久接合處,提供一個易於銲接的狀態.一般使用錫鉛比為63:37,60:40,或是90:10.使用鉛是為了降低熔點以及銲接時的溫度,並增加硬度及避免錫絲的產生.錫鉛為非貴重金屬,亦與氧氣產生氧化層.有時會使用於電力連接器(Powerconnector)的接觸介面鍍層,但因有FrettingCorrosion的問題,所以較少在低正向力的連接器上使用,而通常傳遞訊號之連接器其正向力皆不高.錫鉛鍍層提供了鎳底的保護,在銲接的過程中,熔融的錫將表層錫鉛鍍層熔化後,再與未受污染的鎳層做接合,達到所需的接合力.錫與銅之接合力較差..連接器的零件與機能-電鍍層Platingfinish------金金為貴重金屬(惰性金屬),不易產生氧化物,可保持接觸面的最佳狀況,亦可作為基底金屬的保護層.鍍金層之電鍍厚度會影響針孔數目的多寡以及接觸介面的電阻值.金的硬度較低,可成為接觸介面的金屬潤滑劑,降低磨耗或刮削.且因金較軟,在施加較少的正向力下,即可得到所需的接觸面積,以獲得較佳的接觸狀態,也就是較低的接觸阻抗.金一般使用在接觸介面,但亦有使用在永久接合處.但為顧忌有污染錫槽及銲接性的問題,通常永久接合處的鍍金皆以GoldFlash為主..連接器的零件與機能-端子Contact端子必須是導體,且最好是阻抗係數低的金屬.金與銀是最好的導體,但因價格與機械性質等因素而常採用銅合金.連接器最常採用的是黃銅(Brass),磷青銅(PhosphorBronze),以及鈹銅(Beryllium-Copper).黃銅有應力釋放過快及成型較差的缺點,但加工較容易並且導電性佳.鈹銅較無應力釋放問題,但價格高且有毒性,所以不常使用.磷青銅加工性與應力釋放問題皆屬第二順位,但價格與所能提供之機械性質皆尚能符合需求,所以最常被使用.然銅合金容易氧化,所以必須提供保護,最常是使用鍍層(電鍍,浸鍍,滾鍍等)..連接器的零件與機能黃銅

?銅鋅合金,70/30,?UNSC2XXX,?0.2%降伏強度60-80ksi

?應力鬆弛抵抗力較低,?法向力會有極大損失,?75度c為上極限溫度.?成形性佳?導電性好26%ICAS?成本低?易腐蝕開裂?不適於彈簧夾使用黃銅

?銅鋅合金,70/30,?UNSC2XXX,?0.2%降伏強度60-80ksi

?應力鬆弛抵抗力較低,?法向力會有極大損失,?75度c為上極限溫度.?成形性佳?導電性好26%ICAS?成本低?易腐蝕開裂?不適於彈簧夾使用磷青銅?銅錫合金?UNSC51XX,C52XX?0.2%降伏強度77-100ksi

?高強度性能好?可接受的應力鬆弛抵抗力?較好的變形能力?導電性好10-20%ICAS?具強度,導電性,可鍛性及

成本的良好組合磷青銅?銅錫合金?UNSC51XX,C52XX?0.2%降伏強度77-100ksi

?高強度性能好?可接受的應力鬆弛抵抗力?較好的變形能力?導電性好10-20%ICAS?具強度,導電性,可鍛性及

成本的良好組合鈹銅銅鈹合金?UNSC17XXX?0.2%降伏強度95-180ksi

?很高的強度性能?可接受的應力鬆弛抵抗力?高強度下良好的變形能力?導電性好16-26%ICAS?成本高鈹銅銅鈹合金?UNSC17XXX?0.2%降伏強度95-180ksi

?很高的強度性能?可接受的應力鬆弛抵抗力?高強度下良好的變形能力?導電性好16-26%ICAS?成本高其他:銅鎳合金:C7XXXX機械強度介於黃銅與磷青銅之

間,高導電性,可於高電流應用.高銅合金:C1XXXX降伏

70ksi,高導電性90%ICAS,需要極高導電性時應用.銅鈦合金:機械性質媲美

銅鈹合金,高溫強度最佳,時效處理溫度低(390-460).其他:銅鎳合金:C7XXXX機械強度介於黃銅與磷青銅之

間,高導電性,可於高電流應用.高銅合金:C1XXXX降伏

70ksi,高導電性90%ICAS,需要極高導電性時應用.銅鈦合金:機械性質媲美

銅鈹合金,高溫強度最佳,時效處理溫度低(390-460)..連接器的零件與機能-端子Contact端子必須提供正向力,通常稱提供正向力的端子為母端端子,而另一端則為公端.端子的長度與截面積直接影響電阻值.與長度成正比但與截面積成反比.除此之外端子的幾何設計會影響插拔力,插拔次數,正向力,與挾持力.端子的一端為接觸介面,另一端為永久接合處.永久接合處視使用上的不同,而有各式的設計,最常見的有DIP及SMT錫腳的設計.此外尚有IDC,Crimp,Press-Fit,Compliant,StraddleMount,及WireWrap等各式設計,以符合不同的需要.

此永久性接合是以一次接合為主,接合後即不再拆離,通常是客戶做系統組裝時,必須使用的機構,所以亦是設計的重點之一.端子提供如下三個功能：

A、傳輸電力或信號

B、提供端子正向力來建立和維持可分離的端子接觸界面

C、提供永久性端子接觸界面的連接點.連接器的零件與機能-本體Housing本體必須是非導體,以作為端子間的隔離,避免訊號或電力干擾或不正常傳導.另外也作為使用者的安全防護,避免電擊.本體必須要易於加工,通常在考量加工性,機械強度,電器特性與回收再利用性後,一般皆選用熱塑性塑膠材料.常用的塑膠材料有Nylon,LCP,PBT,PET,PCT,及PPS等.為了達到必要的機械強度,通常會在塑膠材料中加入30%的玻璃纖維.且為了達到工業安全標準,必須添加防火材料.以往銲接是用WaveSoldering或手工焊接,所以不太重視塑膠本體的耐溫性.現今因SMT技術的盛行,許多系統廠商在選用連接器時,多會要求210-230C的高耐溫性.這帶動了Nylon材料的改良,以及LCP與PPS的使用高峰..連接器的零件與機能-本體Housing良好的塑膠本體設計,可以提供穩定的端子位置,保護端子避免外力不正常撞擊,降低端子遭受環境污染的敏感度,以及作為定位與導正的機構.一般塑膠本體加工方式為射出成型.在設計時除了要達成功能需求外,也必須考慮成型性,脫模方式與流動性.連接器殼體提供如下四項功能：

A、端子間的電氣絕緣

B、固定端子的幾何位置，利于插入和尺寸穩定

C、為端子提供機械保護和支撐

D、將端子從應用環境中隔離開來，減少對腐蝕的敏感

.連接器的零件與機能-其他零件除了上述三種零件外,為了配合特殊需要,尚有一些常用的零件,如:

CAP,Shield,Cover,Actuator,Lock-down,Ear,Push-Push,Latch,Screw/Nut,Spring,Cam,及Filter等. 這些通常是為了特殊規格與需求而使用,並非連接器之必要構成件..連接器的基本性能

連接器的基本性能可分為三大類：即機械性能、電氣性能和環境性能。

另一個重要的機械性能是連接器的機械壽命。機械壽命實際上是一種耐久性（durability）指標，在國標GB5095中把它叫作機械操作。它是以一次插入和一次拔出為一個循環，以在規定的插拔循環后連接器能否正常完成其連接功能（如接觸電阻值）作為評判依據。

1．機械性能就連接功能而言，插拔力是重要地機械性能。插拔力分為插入力和拔出力（拔出力亦稱分離力），兩者的要求是不同的。在有關標準中有最大插入力和最小分離力規定，這表明，從使用角度來看，插入力要小（從而有低插入力LIF和無插入力ZIF的結構），而分離力若太小，則會影響接觸的可靠性。

連接器的插拔力和機械壽命與接觸件結構（正壓力大小）接觸部位鍍層質量（滑動摩擦系數）以及接觸件排列尺寸精度（對準度）有關。

2．電氣性能連接器的主要電氣性能包括接觸電阻、絕緣電阻和抗電強度。

①接觸電阻高質量的電連接器應當具有低而穩定的接觸電阻。連接器的接觸電阻從幾毫歐到數十毫歐不等。

②絕緣電阻衡量電連接器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣性能的指標，其數量級為數百兆歐至數千兆歐不等。

③抗電強度或稱耐電壓、介質耐壓，是表征連接器接觸件之間或接觸件與外殼之間耐受額定試驗電壓的能力。

④其它電氣性能。

電磁干擾泄漏衰減是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果,電磁干擾泄漏衰減是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果，一般在100MHz~10GHz頻率范圍內測試。

對射頻同軸連接器而言，還有特性阻抗、插入損耗、反射系數、電壓駐波比（VSWR）等電氣指標。由于數字技術的發展，為了連接和傳輸高速數字脈沖信號，出現了一類新型的連接器即高速信號連接器，相應地，在電氣性能方面，除特性阻抗外，還出現了一些新的電氣指標，如串擾（crosstalk），傳輸延遲（delay）、時滯（skew）等。

.連接器的基本性能

3．環境性能常見的環境性能包括耐溫、耐濕、耐鹽霧、振動和沖擊等。

①耐溫目前連接器的最高工作溫度為200℃（少數高溫特種連接器除外），最低溫度為-65℃。由于連接器工作時，電流在接觸點處產生熱量，導致溫升，因此一般認為工作溫度應等于環境溫度與接點溫升之和。在某些規范中，明確規定了連接器在額定工作電流下容許的最高溫升。

②耐濕潮氣的侵入會影響連接h絕緣性能，并銹蝕金屬零件。恒定濕熱試驗條件為相對濕度90%~95%（依據產品規范，可達98%）、溫度+40±20℃，試驗時間按產品規定，最少為96小時。交變濕熱試驗則更嚴苛。

③耐鹽霧連接器在含有潮氣和鹽分的環境中工作時，其金屬結構件、接觸件表面處理層有可能產生電化腐蝕，影響連接器的物理和電氣性能。為了評價電連接器耐受這種環境的能力，規定了鹽霧試驗。

它是將連接器懸掛在溫度受控的試驗箱內，用規定濃度的氯化鈉溶液用壓縮空氣噴出，形成鹽霧大氣，其暴露時間由產品規范規定，至少為48小時。

④振動和沖擊耐振動和沖擊是電連接器的重要性能，在特殊的應用環境中如航空和航天、鐵路和公路運輸中尤為重要，它是檢驗電連接器機械結構的堅固性和電接觸可靠性的重要指標。在有關的試驗方法中都有明確的規定。沖擊試驗中應規定峰值加速度、持續時間和沖擊脈沖波形，以及電氣連續性中斷的時間。

⑤其它環境性能根據使用要求，電連接器的其它環境性能還有密封性（空氣泄漏、液體壓力）、液體浸漬（對特定液體的耐惡習化能力）、低氣壓等。.連接器之使用依據不同需求,共有六種連接層級:LevelI:IC晶圓至IC封裝接腳,如wirebondLevelII:零件對PC板連接,如PLCCLevelIII:BTB,如1.27P/H,K08,PCI,SODIMM等LevelIV:子系統與子系統連接,如FPCLevelV:子系統對輸入/輸出之連接,如USB,RJD,D-SUBLevelVI:系統對系統之連接,如cableassembly

正耀一般是做LevelV的連接器..連接器之使用依據傳遞特性分為:訊號(Signal)傳輸連接器:高頻與低頻電力(Power)傳輸連接器因傳輸特性不同所需考慮的功能需求就不同,如電阻或是阻抗ResistanceorImpedance電流負載範圍Currentrating(T-rise,interfacemelting)端子腳之分配Dedicatedorcontactsinparallel.連接器制造流程模具制作塑膠模研發設計五金模注塑制程沖壓制程膠芯鐵殼/端子清洗/電鍍組裝制程（自動，半自動，手工）最終測試（CCD檢查，電測，過滑板，插板）包裝出貨.InternetApplianceHPCPDAConsumer,PeripheralNetworkDatacomWirelessComm.連接器之使用依據使用產業別可分為:汽車工業用連接器航太工業用連接器電腦產業用連接器電腦週邊用連接器通訊用連接器網路用連接器消費性電子產品用連接器軍事使用連接器許多連接器在各個產業都會被使用,只是其所必須符合的規範嚴謹與要求度不同.正耀連接器產品之種類1.USB/MINIUSBSERISE2.SIMCARDSERISE3.MEMORYCARDSERISE4.BTOBSERISE5.HDMISERISE6.PCMCIACARDSERISE：7.OTHER:1394,Battery,DVI,D-SUBetc.連接器之壓接方式1波峰焊（DIP)

焊錫熔結在金屬表面上，但不熔化基底金屬。是一種經濟、快速和具有長期可靠性的技術。

波峰焊屬于自動加工工藝。應用:所有PCB板.連接器之壓接方式2手焊（焊接式）

手焊與一般焊接原理相同。用于小量生產和維修或更換零件現場等。應用:小批量現場維修/試作品

.連接器之壓接方式3表面安裝(SMD)

表面安裝時電子器件的焊腳或焊片直接焊接在PCB板上應用:大量高密度之PCB板.連接器廠環境測試介紹電氣性能:

耐電壓---WithstandingVoltageTest(JISC54025.1)(MIL-STD-202FMethod301)

絕緣阻抗---InsulationResistanceTest(JISC54025.2)(MIL-STD-202FMethod302)

接觸阻抗---ContactResistanceTest(JISC54025.4)機械性能:

插入/拔去力---Insertionandwithdrawalforcetest

單一保持力---UnitHoldingTest

端子與Housing間的保持力---Terminal/HousingRetentionForce

端子與線材堅壓著的拉力---CrimpingForceTest.廠環境測試(一)衝擊試驗---ShockTest50G,3StrokesineachX,Y,ZAxials(BaseonJISC0041/MIL-STD-202FMethod213B)

耐熱試驗---HeatResistanceTest95℃96Hours(BaseonJISC0021/MIL-STD-202FMethod108A)耐寒試驗---ColdResistanceTest-25℃±3℃96Hours(BaseonJISC0020/MIL-STD-202FMethod108A).環境測試(二)耐濕試驗---HumidityTest40℃±2℃90%~95%96Hours(BaseonJISC0022/MIL-STD-202FMethod103B)鹽水噴霧試驗---SaltSprayTest48hoursexposuretoasaltsprayfromthe5%solutionat35℃±2℃(BaseonJISC5028/MIL-STD-202FMethod101D)震動試驗---VibrationTestAmplitude1.52mmP.PSweepTime:10-55-10Hzin1minute.Duration:2HoursineachX,Y,Zaxials(BaseonMIL-STD-202FMethod201A).環境測試(三)冷熱衝擊試驗---ThermalShockTest

-40℃(30Mins),+25℃(5Mins),+85℃(30Mins),+25℃(5Mins),5Cycles.(BaseonMIL-STD-202Method107)多次插拔廠環境測試(耐久）---Repeatedinsertionandwithdrawal恆溫恆濕試驗---TemperatureCyclingTest-40℃(30Mins),+25℃(30Mins),85℃(Mins),+25℃

(BaseonJISC0025).正耀環境測試1.

環境測試之定義被測物件放置在特定模擬環境(如不同的溫濕度/酸鹼度/震動幅度......等)裡面進行的一系列的可靠度實驗,以求証明該被測物件在此模擬環境下所發生的物理及化學變化是否符合標準規范.(MIL-STD-105為廠環境測試抽樣計劃;MIL-STD-1344及MIL-STD-202為電子電器產品組成部件的標準廠環境測試方法)

2.目前正耀環境測試設備狀況

2-1恆溫恆濕試驗機------環境測試被測物件在特定的溫濕度環境下所發生的物理及化學變化.

2-2鹽水噴霧試驗機------環境測試被測物件在5%+/-1濃度鹽水噴霧條件下,在一定的濕度時間內所發生的物理及化學變化

2-3多次插拔廠環境測試(耐久）---Repeatedinsertionandwithdrawal------環境測試被測物件在多次使用的環境下所發生的物理及化學變化.正耀環境測試應用範圍

3-1-鹽水噴霧試驗適用于各項我屬于電鍍后、有機或無機塗裝后等各項表面處理的耐腐蝕性能.我廠的所有金屬件均須通過此項試驗.

3-2恆濕恆濕試驗適用于各金屬及塑膠件在特定的溫度(-50℃~100℃)濕度(0.1~99%RH)下,持續一定的時間后所發生的化學及物理變化.我廠所有的金屬及塑膠件須通過此項試驗.3-3多次