连接器设计基础课件.ppt

1、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。1.2 正向力与接触电阻关系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端子应力设计基础22336234bhLFLdEhLdEbhF d :位移量 (mm) E :弹性系数 (110Gpa) :最大应力(Mpa) F : N(98gf)理论最大应力理论正向力*Forming and blanking端子设计差异及重点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) 1111 Mpa(3) 1244 Mpa(4) 1355 MPa

3、2.2 最大应力设计n最大应力材料强度( 680-780MPa for C5210EH )。nFEM分析所得之最大应力含应力集中效应，通常会大于nominal stress ，因此应排除应力集中效应。n高应力设计的趋势：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。2.3 临界应力设计实例2.3 临界应力设计实例位移(mm)最大应力 (Mpa)永久变形量(mm)Cycle No.理论值FEM理论值/材料强度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 正向力结果之比较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 理論應力與永久變形之關係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理論應力 / 材料強度永久變形量 (mm)2.6 永久变形和正向力之关系端子位移0.9mm05010015020025000.10.20.30.40.50.60.70.80.9位移(mm)正向力(g)第一次測試第十次測試2.7 端子反复耐压实验端子位移0.7mm050100150200250110012001 30014001 50016001 70018001 9001Cycle數正向力(g

6、)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。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

7、(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3.3保持力实验设计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)

8、n前后凸点高度差(0.02, 0.04mm)3.5 保持力设计准则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)。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，

9、长度越长，保持力越大。5.单边卡榫较双边的保持力大。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。，3.6 保持力设计实例3.7 保持力线性公式 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

11、and C7025则可达到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。ALmRB31024.17)(L :端子导电长度(mm)A :端子截面积(mm2) :导电率(%)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。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。4.5 接触电阻案例1.请计算接触电阻1.23.22.25.53.29.84.33.35.

13、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。5.2 應力釋放相關資料(1)5.2 应力释放相关资料(1)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：2222ALJTT : degree FJ : current (amps)L : beam length (in)A : cross section area (in*in) : electric conductivity (%IACS) k : thermal conductivity (BTU/ft.hr.F)6.1Temperature rise example温升：(1) 33(2) 38(3) 457. 端子材料选用7 端子材料选用