连接器设计基础-课件.ppt
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1、SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材(A版)信音研發部Prepared by:Quan-ZhouDate:2012/07/09SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材1SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材2 科學家將四隻猴子關在一個密閉房間裡,每天餵食很少食物,讓猴子餓的吱吱叫。幾天後,實驗者在房間上面的小洞放下一串香蕉,一隻餓得頭昏眼花的大猴子一個箭步衝向前,可是當牠還沒拿到香蕉時,就被預設機關所潑出的滾燙熱水燙得全身是傷,當後面三隻猴子依次爬上去拿香蕉時,一樣被熱水燙傷。於是眾猴只好望蕉興嘆。幾天後,實驗者換進一隻新猴子進入房內,當新猴子肚
2、子餓得也想嘗試爬上去吃香蕉時,立刻被其他三隻老猴子制止,並告知有危險,千萬不可嘗試。實驗者再換一隻猴子進入,當這隻新猴子想吃香蕉時,有趣的事情發生了,這次不僅剩下的二隻猴子制止牠,連沒被燙過的半新猴子也極力阻止牠。實驗繼續,當所有猴子都已換新之後,沒有一隻猴子曾經被燙過,上頭的熱水機關也取消了,香蕉唾手可得,卻沒人敢前去享用。SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材3 老鷹是所有鳥類中最強壯的種族,根據動物學家所做的研究,這可能與老鷹的餵食習慣有關。老鷹一次生下四、五隻小鷹,由於牠們的巢穴很高,所以獵捕回來的食物一次只能餵食一隻小鷹,而老鷹的餵食方式並不是依平等的原則,而是哪一隻
3、小鷹搶得凶就給誰吃,在此情況下,瘦弱的小鷹吃不到食物都死了,最凶狠的存活下來,代代相傳,老鷹一族愈來愈強壯。SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材4內容內容-C-Contentsontents1.1.連接器概述連接器概述2.2.連接器類型連接器類型3.3.連接器功能特性連接器功能特性4.4.連接器材料選擇連接器材料選擇5.5.設計中的一些建議規范設計中的一些建議規范6 6.公差分析簡述公差分析簡述7.7.連接器基本估算連接器基本估算8 8.產品估價產品估價9.9.產品形位公差標注說明產品形位公差標注說明10.Q&A10.Q&ASKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教
4、材51.連接器概述連接器概述 連接器起源於美國軍事用途,1939年二次世界大戰期間,美軍為了縮短戰機維修時間,改變以往焊接而改用連接器組裝,讓維修人員可透過連接器,針對損壞模組抽掉更換,他們先將各種控制儀器與机件單元化,然後再由連接器聯成一個完整的系統,維修時,故障的單元迅速更換後,飛機馬上就能升空。因連接器產品發緣於美國,所以早期連接器產業亦由美國主導,但日商亦以技術優勢進入市場,台商鴻海則以低價格策略迅速成長。連接器應用領域十分廣泛,在航空、船泊、汽車、電子、計算機、新能源等領域均有應用。目前全球主流連接器廠商有:Tyco(泰科)、Molex(莫仕)、Amphenol(安費諾)、FCI(法
5、)、Delphi(美)、JST(日本)、Yazaki(日)、Foxconn(鸿海)、Hirose(日)、JAE(日)SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材6F從功能上(是“橋樑”)1.電連接器是一種電機系統,它通過機械方法產生電性連接;2.可提供分離的介面用以連接兩個次電子系統(具有可分離性);3.對系統運作不會產生不可接受的作用;4.可攜帶性和支持外圍設備擴展;F從結構上一個基本連接器應包括四個部份:1.接觸介面(可分離介面和固定界面)2.接觸涂層3.接觸彈性元件4.連接器塑膠本體F未來發展趨勢1.小型化(體積小、重量輕、Pitch小、高度低、Pin數多)2.高頻信號/傳輸(
6、接觸阻抗低、信號遮蔽性佳)SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材72.連接器類型連接器類型連接器可以從不同角度劃分:1.從功能上可分為:電連接器、信號連接器、高頻連接器、光纖連接器等;2.根據線路板和線纜來分:板對板、線對板、線對線連接器;3.從應用領域分:太陽能連接器、防水連接器、汽車連接器、手機連接器、軍用連接器等;4.依形狀分:圓形連接器、矩形連接器、印刷配線板連接器等;SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材8VGAVideoParallel Port Legacy PrinterDVIVideoPS2 Legacy MouseRJ11 Modem 2-1
7、0 USB PortsPowerVendor SpecificMicrophone SpeakerRJ45 Ethernet Docking Port Vendor Specific1394HDTV-HDMIMonitor Display port(2008)WirelessSKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材93.連接器主要功能特性連接器主要功能特性n 連接器的主要功能特性包括:電氣功能特性 接觸阻抗:是導体電阻,壓縮電阻,皮膜電阻的總和 絕緣阻抗:表示阻擋電流流通的難易程度,分為表面電阻和体積電阻 介電崩潰電壓(耐電壓):絕緣材料在失去其絕緣性前能承受之最大電壓 机械功能
8、特性 整件(Connector)插拔力 端子的插入力/拔出力 端子在塑膠絕緣体內的保持力 耐插拔 環境特性 高、低溫 恒溫恒濕 鹽霧試驗 氣體試驗(SO2,H2S)可靠性:壽命測試 抗振動,抗衝擊性能 可焊性等 對于高頻連接器除有上述電氣,机械性能外,還有電壓駐波比,插入損耗,泄漏等高頻信號傳輸特性 SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材104.連接器材料選擇連接器材料選擇q 連接器材料主要包括 金屬材料 塑膠材料 電鍍材料q 連接器材料選擇原則 加工成型性 應用性及強度考量 成本考量SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材11q重要產品特性物理特性1)密度(De
9、nsity)-g/cm32)厚度(Thickness)-mm3)硬度(Hardness)-HV4)熱膨脹系數(Coefficient of Thermal Expansion)-10-6/K5)熱傳導系數(Thermal Conductivity)-W/(m.k)6)泊松比(Polssons Ratio)-N/A機械特性1)彈性系數(Modulus of Elasticity/Young,s Modulus)-GPa2)抗拉強度(Tensile strength)-MPa3)延伸率(Elongation)-%電氣特性1)導電率(Electrical Conductivity)-%IACS2)電
10、阻溫度系數(Coefficient of Electrical Resistance)-10-3/KSKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材12q銅材物性規格參考SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材13q應力應變曲線識別oabcefPesb明顯的四個階段1.彈性階段ob p-比例極限 e-彈性極限 2.屈服階段bc(失去抵抗變形的能力)s-屈服極限(也叫屈服強度)3.強化階段ce(恢復抵抗變形的能力)b-強度極限4.局部徑縮階段efEtanE0SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材14SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材15Rm
11、 Tensile strength(抗拉強度)Rp0.2Yield strength(屈服強度)E Youngs Modulus(揚氏模量)Rupture(斷裂)0.2%Total elongation Stress MPa=(Lf-L0)/L0 x 100%Rp0.2RmElongation%Youngs Modulus E彈性變形:外力撤销后可以恢复原来形状;塑性變形:外力撤销后不能恢复原来形状,形状发生变化,伸长或缩短;工程上常用的屈服标准有三种:a.比例极限 应力-应变曲线上符合线性关系的最高应力,国际上常采用p表示,超过p时即认为材料开始屈服.b.弹性极限 试样加载后再卸载,以不出现
12、残留的永久变形为标准,材料能够完全弹性恢复的最高应力。国际上通常以Rel表示。应力超过Rel时即认为材料开始屈服.c.屈服强度 以规定发生一定的残留变形为标准,如通常以0.2%残留变形的应力作为屈服强度,符号为Rp0.2.SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材16q常用五金材料特性種類成份強度電導電率(IACS%)熱傳導率(Cal./sec/cm/)抗應力松馳價格用途黃銅C2600C2680Cu-30ZnCu-35Zn256027280.29差低磷青銅C5191C5210Cu-6Sn-0.2PCu-8Sn-0.2P658010150.15普通中低C7025Cu-3Ni-0.65
13、Si-0.15Mg478735500.41好中低鈦銅C199Cu-3Ti801407150.260.31優中高鈹銅C172C174Cu-1.8BeCu-0.5Be-0.6Co100140152845600.250.55好高SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材17q塑膠材料測試測試應在相同條件下執行測試項目1)耐溶性(Solvent Resistance,EIA TP-11)2)耐蝕性(Corrosivity)3)耐焊錫性(Resistance to solder heat,for process EIA TP-56)4)耐熱性(Heat,Temperature rating
14、of connector)5)耐濕性(Humidity,Cyclic)測試上述3)至5)項時,端子應已完成組裝;增列的測試包含端子的保持力及高濕度測試後經2小時風乾之絕緣阻抗測試補充的評估項目可塑性(moldability):流動比,填充性組裝性(assembly considerations):Staking,Etc.SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材18n 耐銲錫性(Resistance to Solder Heat)暴露在和接環境中,藉以判斷連接器的損壞(熔化,變形)敏感性.焊接過程如同應力的釋放,在射出成型所造成的應力,於釋放的過程中會造成組件的扭曲變形,因此,灌點
15、的位置及連接器的結構設計,更顯重要.在選擇塑料時,應與射出成型技術連同抗化性,抗熱性結合在一起,單只有抗熱性是不夠的.有的材料可能可以接受波焊接,但可能不允許其他方式的焊接.同樣的,某種尺寸可能接受一種結構設計,但可能不允許其他形式的結構設計.尺寸檢查 彎曲程度(bow)翹曲程度(Warpage)Wall collapse 目視檢查 熔化(melting)變形(distortion)起泡(blistering)SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材19q常用塑膠材料特性種類熱變形溫度H.D.T()拉伸強度(Mpa)彎曲強度(Mpa)拉伸率(%)吸水率(%)收縮率(%)價格PBT
16、20511718630.071.4NYLON462851252552.50.80.3NYLON6T28518024030.080.3NYLON9T28516024030.30.3NYLON6624116012231.21.3LCP2751662211.70.020.1PC14612715730.140.3ABS16941592.350.30.15PPO33774500.220.50.7SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材20q端子電鍍,基本上適用於保護基材n 選擇適當的電鍍,應視一些相關連的因素而定.正向力大小(normal force)耐久程度(durability lev
17、els)端子幾何形狀(contact geometry)使用環境的考量(environmental considerations)熱的情況(thermal conditions)線路的狀況(circuit conditions)終結的型式(termination styles)成本的因素(cost factors)SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材21q電鍍特性成分(composition)-影響耐蝕性與耐磨耗性外觀(appearance)-重要但很主觀厚度(thickness)-影響壽命,耐蝕性與耐磨耗性多孔性(porosity)-易發生腐蝕硬度(hardness)-影響
18、耐磨耗性與機械力粘著性(adhesive)-與加工製程有關延展性(ductility)-able to be compliant耐溫性(thermal)-與操作溫度有關磨擦力(friction)-磨耗,機械力Nobility:耐蝕性SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材22qCLASS A:GOLD 鍍金 最好,最有效電鍍 純金很軟,容易摩擦,高插拔力將增加磨耗 添加鎳及鈷以增加硬度 貴金屬表面不易發生氧化或薄膜產生 最為昂貴 鍍層薄時易產生多孔現象(產生孔蝕及邊緣蠕变edge creep)低正向力的系統亦能使用(有間隙 負-有干涉(3)凡走過必留足跡SKS SKS 信音知識學
19、院信音知識學院工程師培訓教材86J 尺寸計算一CAmax=61.1+30.05+44.15=135.3CAmin=60.9+29.95+43.85=134.7CA=1350.3CA=(610.1)+(300.05)+(440.15)=1350.3SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材87J 尺寸計算二CAmax=120.15-59.85=60.3CAmin=119.85-60.15=59.7CA=(120 0.15)-(60 0.15)=60 0.3公差累加公差累加SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材88J 分析A A能否順利放入(1200.15)-(60 0
20、.15)-(59.6 0.15)=0.4 0.45=0.85max/-0.05minC結論結論:A:A會干涉會干涉0.05,0.05,不能順利放入不能順利放入.CWORSE CASE:WORSE CASE:條件最差時的狀況條件最差時的狀況.ASKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材89J 分析計算A,BA,B的尺寸(公差取公差取+/-0.05)+/-0.05)C(A 0.05)-(12 0.05)=(A-12)0.1 0,=A=12.1 0.05SKS SKS 信音知識學院信音知識學院工程師培訓教材90J 分析計算A,BA,B的尺寸(公差取公差取+/-0.05)+/-0.05)C
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