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1、连接器设计基础第1页，本讲稿共35页设计要件1.正向力设计2.最大应力设计3.保持力设计4.接触电阻设计5.金属材料选用6.应力释放设计第2页，本讲稿共35页1.1 正向力设计n镀金端子正向力：100gf或小于 100gf。n镀锡铅端子正向力必须大于 150gf。n正向力与产品的可靠性有绝对的关系。n正向力与接触电阻有密切的关系。n若PIN数大于 200 可适度降低正向力。n正向力与mating/unmating force有关。n正向力与振动测试时之瞬断(intermitance)有密切的关系，增加正向力可改善瞬断问题。n正向力会严重影响电镀层之耐磨耗性。第3页，本讲稿共35页1.2 正向力
2、与接触电阻关系第4页，本讲稿共35页2.1端子应力设计基础d:位移量(mm)E:弹性系数(110Gpa)s:最大应力(Mpa)F:N(98gf)理论最大应力理论正向力*Formingandblanking端子设计差异及重点第5页，本讲稿共35页2.1 端子应力设计实例材料强度=750Mpa大小端子应力值(1)703Mpa(2)1111Mpa(3)1244Mpa(4)1355MPa第6页，本讲稿共35页2.2 最大应力设计n最大应力材料强度(680-780MPaforC5210EH)。nFEM分析所得之最大应力含应力集中效应，通常会大于nominalstress，因此应排除应力集中效应。n高应力
3、设计的趋势：Connector小型化的趋势，使端子最大应力已大于材料强度，如何在临界应力下设计端子是重要课题。n临界应力的设计应以理论应力值为基础来设计，所考虑的因素包括：位移量，理论应力，永久变形量，反复差拔次数。第7页，本讲稿共35页2.3 临界应力设计实例第8页，本讲稿共35页2.3 临界应力设计实例位移(mm)最大应力(Mpa)永久变形量(mm)CycleNo.理论值FEM理论值/材料强度0.22975250.40100000.34457870.60.01100000.459410500.80.02100000.574213121.00.05100000.689115751.20.09
4、80000.7104018381.40.1550000.8118821001.60.200.9133723631.80.2720001.0148526252.00.34第9页，本讲稿共35页2.4 正向力结果之比较第10页，本讲稿共35页2.5 理論應力與永久變形之關係理論應力/材料強度永久變形量(mm)第11页，本讲稿共35页2.6 永久变形和正向力之关系第12页，本讲稿共35页2.7 端子反复耐压实验第13页，本讲稿共35页2.8临界应力设计讨论n以理论方式计算之正向力非常接近实验值。n永久变形受FEM最大应力值影响，也就是应力集中之影响，因此应力集中会造成永久变形。n永久变形量不会造成端
5、子正向力降低，而是端子弹性系数(正向力/位移量)增加。n当端子之理论应力值大过材料强度时，其反复耐压之次数及无法达到1万次，应力愈高次数愈少，但应力超过最大值之1.8倍时尚有2000cycles.n以上测试是在实验室环境下所测得之案例，若产品设计高出材料强度很高时很容易产生跪针现象。第14页，本讲稿共35页3.1 保持力设计n在连接器smt化及小型化的趋势下，保持力的设计必须非常精准。n保持力太大，有两项缺点：n(1)增加端子插入力，易造成端子变形n(2)增加housing内应力，易造成housing变形。n保持力太小，有两项缺点：n(1)正向力不够，造成电讯接触质量不良，n(2)端子易松脱第
6、15页，本讲稿共35页3.2 保持力设计参数n保持力设计参数包括：塑料选用，端子卡榫设计，干涉量设计。n smt type connectors必须使用耐高温的塑料材料，常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。n端子卡榫设计大致分为单边及双边两类，每一边又可以单层及双层或三层。n干涉量通常设计在40mm-130mm之间第16页，本讲稿共35页3.3保持力实验设计第17页，本讲稿共35页3.4卡榫的设计变数n卡榫的设计变量包括：n单边与双边n单凸点与双凸点n凸点平面宽度(4,8mm)n凸点插入角度(30,60)n前后凸点高度差(0.02,0.04mm)第18页，本讲稿共35页3.5 保
7、持力设计准则1.塑料材料的保持力差异性很大，同一种卡榫及干涉量的设计，不同的塑料，保持力会有500gf以上的差别。2.一般而言：nylon的保持力大于LCP，PCT则介于两者之间，但同样是LCP，不同厂牌间的差异性非常大，有将近400gf的差异。3.干涉量的设计最好介于40 mm-100mm 之间，因为干涉量小于40 mm，保持力不稳定，大于100mm，保持力不会增加，干涉量介于两者之间，保持力呈现性的方式增加，增加的量随材料及卡榫设计的差异约在30-120(gf/10mm)。第19页，本讲稿共35页3.5 保持力设计准则4.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。5.单边卡榫
8、较双边的保持力大。6.双凸点较单凸点的保持力大，但不明显，可以忽略。7.凸点前的导角角度与保持力无关。8.较薄的板片保持力也相对的较低9.总结而论：由(4,5,8)项结论可知，端子和塑料接触面积越大，保持力保持力越大，而且其效非常明显。，第20页，本讲稿共35页3.6 保持力设计实例第21页，本讲稿共35页3.7 保持力线性公式 r_F:保持力(gf)I :干涉量(10mm)Zenite6130L(A3)SumikE6006L(B3)VectraL140(C4)PA46TE250F6(D3)PA6TC430CN(E3)PCTCG941(F4)B02r_F42I1r_F29I58r_F54I89
9、r_F24I349r_F44I12r_F40I5B03r_F27I147r_F35I4r_F40I6r_F47I146r_F53I60r_F36I31B22r_F74I222r_F43I196r_F77I270r_F73I646r_F82I391r_F41I416第22页，本讲稿共35页4.0 Contact resistance第23页，本讲稿共35页4.1 接触电阻设计n电子连接器接触电阻设计包括两部分：1.端子材料电阻2.接触端电阻第24页，本讲稿共35页4.2材料电阻计算n磷青铜(C5191,5210)的导电率约为13%，黄铜(C2600)导电率约26%，BeCu and C7025则
10、可达到40%，因此选择端子材料是降低接触电阻最有效的方法，可降为原来的1/2-1/3。n端子长度及截面积受电子连接器外型及pitch而决定，可变更的范围受到限制。L:端子导电长度(mm)A:端子截面积(mm2)s:导电率(%)第25页，本讲稿共35页4.3接触点电阻n正向力在 50-150gf之间接触点电阻值在4-8m-ohm。n正向力小于50gf,接触电阻则快速增加。第26页，本讲稿共35页4.4 接触电阻设计n接触电阻包含端子材料电阻和接触点电阻两项和。n一般连接器设计使用100gf的正向力设计，接触端电阻可设定为 6.5m-ohm，再加上端子材料电阻即是接触电阻。n高导电率材料选用对降低
11、接触电阻效果最显著，增加正向力对降低接触电阻没有效果。n接触端的半径对接触电阻值没有显著影响。n高电流连接器设计之重点在降低接触电阻，降低接触电阻的主要方法为 1.选择高导电率的端子材料，2.增加端子截面积。第27页，本讲稿共35页4.5 接触电阻案例1.请计算接触电阻1.23.22.25.53.29.84.33.3第28页，本讲稿共35页5.1 应力释放设计n应力释放：当材料在受应力及温度环境下，长时间所造成的正向力下降的现象，称为应力释放，通常以原受力的百分比表示。n温度越高，受力时间越长，应力释放的越大n一般规定应力释放在 3000hr以上仍然能维持70%以上的力量才合乎设计的原则。n根
12、据以上的规定，可提出一简单的设计原则：70以下可使用C260(黄铜)，70-105可使用C510,C521(磷青铜)，105以上则须使用C7025,BeCu,TiCu等较贵材料。第29页，本讲稿共35页5.2 應力釋放相關資料(1)第30页，本讲稿共35页5.2 应力释放相关资料(1)第31页，本讲稿共35页6.1Temperature risen大电流连接器必须考虑温度上升效应，通常设计在 30 的范围内，简单的计算可使用以下之保守公式：T:degreeFJ:current(amps)L:beamlength(in)A:crosssectionarea(in*in)g:electricconductivity(%IACS)k:thermalconductivity(BTU/ft.hr.F)第32页，本讲稿共35页6.1Temperature rise example温升：(1)33(2)38(3)45第33页，本讲稿共35页7.端子材料选用第34页，本讲稿共35页7 端子材料选用第35页，本讲稿共35页