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连接器基础知识:连接器的基本构成要素
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连接器基础知识:连接器的基本构成要素

2021-05-11 09:26:44 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平 作者: Michael Pecht &San Kyeong

连接器种类繁多。每个连接器的类型都是由形状、材料、功能和特殊性能来定义,使之适合各种应用。连接器基本性能包括弹性触点、接触面和连接器外壳等。触点接口由连接器的物理特性来确定,这也决定了连接器的性能。

弹性接触

连接器通过弹性接触在电路之间传输信号、电源供电或接地等。还提供了法向力,即垂直于接触表面力,这有助于可分离界面的连接和保持力。

弹性接触的关键机械要求是插拔力、接触力、接触保持力和接触擦除力。电气要求为接触电阻、电流额定值、电感、电容和带宽等。

连接器接触部件有两个:壳体和PIN针,PIN针或插头在大多数情况下是刚性的,提供各种插入。插座在连接时应保证较低插入力,并能承受过度应力。

连接器

这种机械加工销插座的设计能可靠地运行1000个插取周期左右。

影响连接的材料性能是弹性模量和屈服强度。弹性模量是施加在物体的应力与弹性极限内产生的应变之比。屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限。在达到屈服强度之前,会发生弹性变形;当消除应力时,它会恢复到原来的形状。这些特性会影响连接器的挠曲能力以及在保持弹性时可以支撑的挠度量。这也会影响进行电气连接所需的接触力。

应力松弛阻力是材料的一种特性,随着时间推移这会减少接触法向力。因此,它是选择连接器性能的一个准则。当结构保持在相同应变状态一段时间会发生应力下降,导致塑性应变。对于常用的铜合金,屈服强度是不同的;因此,应力松弛阻力也不同。 铍铜是最常用的合金时,磷青铜器也适用于大多数应用。

电镀

接触表面处理可以保护连接器母材不受腐蚀,限制接触表面成膜。接触表面处理必须完全覆盖接触面才更有效,并且必须耐腐蚀。

能够增加接触电阻的薄膜包括薄氧化物、硫化物、氯化物和在接触表面上形成金属膜层的复杂混合物等。接触电阻的降低需要形成一个无薄膜的金属界面。接触饰面可以由贵金属(例如,金、钯和这些金属的合金)或非贵金属(例如,银和锡)制成。电镀类型确定了可在接触界面上形成表面膜的类型。贵金属,特别是黄金,是惰性的,可在表面上不形成任何氧化物。然而,对于由锡制成的非贵金属饰面,就会在接触表面形成氧化锡,可能需要定期去除。

连接器

Lemco Précision SA生产的大头针和插座经过非常优质的电镀处理。

由于在可分离接触界面中重复配合和分离,通过摩擦力去除部分表面膜。因此,通常使用两层接触面来保护底层金属,由覆盖在一层镍上面的一层贵金属组成。

贵金属接触面电镀

贵金属,包括金和较少的钯及其合金,在典型的连接器操作环境下具备惰性。但在氯或硫的环境中,贵金属成品连接器可能会发生腐蚀。对外壳进行保护可以有助于防止腐蚀。润滑是另一种保护方法。

基材金属暴露引起的腐蚀尤为关注。如果贵金属涂层厚度不够或不连续,底板金属将暴露在环境中,导致腐蚀。在高温下,底层金属原子可以迁移到接触表面,并与氧或污染物气体发生反应,导致腐蚀产物移出孔隙。这种现象被称为孔隙腐蚀。因此,当贵金属层多孔时,贵金属层可能会发生铜层下的孔隙腐蚀,使铜暴露在含有硫化物和氯化物酸性气体的腐蚀环境中。

连接器

Phoenix 铜锌PIN针的特点是镍底镀金。

由于金是一种贵金属,镀金较薄往往出现多孔,镀金层形成后容易发生金表面的蠕变。在镀金之前,镀镍可以抑制腐蚀蠕变。

非贵金属接触面电镀

非贵金属接触饰面主要由锡组成,通常使用银、镍、焊锡和铅等。有时也会使用锡铅和镍锡合金。锡表面降解主要由于摩擦腐蚀,这可能发生在任何操作环境中。摩擦腐蚀是由闭合接触点之间重复的微运动引起的,微动产生氧化物或磨损碎屑可能提高接触阻力。微动可能由接触材料的振动、冲击或差异热膨胀引起。设计连接器必须尽量减少摩擦敏感率,这可以通过在接触界面提供足够的摩擦力来防止微动发生。

摩擦学是指对接触表面的摩擦,润滑和磨损的研究。接触饰面一般比较薄。因此,必须保持接触饰面的完整性,防止贱金属暴露在腐蚀性环境中。在选择接触光洁度时,应注意耐腐蚀、耐涂污和接触电阻的热稳定性。

连接器

Preci-Dip的弹簧加载触头被设计用于高可靠性的应用,包括医疗、军事和航空航天电子设备,并可根据应用要求指定各种平台。

连接器壳体(HOUSING)

在极端化学和温度效应时,连接器必须保持尺寸、中心线间距、平直度和平整度稳定,确保连接器的正确装配和配合。连接器壳体通过电绝缘和机械保护触点和位置,保护触点不受操作环境的影响。

影响外壳绝缘的电性能包括表面和体积电阻率和耐压电介质。连接器外壳的机械特性包括弯曲强度/模量和蠕变强度。

大多数连接器外壳设计相似,但其中使用的材料各不相同。材料不仅要能满足运行期间的环境条件,而且能满足制造和装配时的条件。用于制造连接器外壳的一些常见材料有PA、PPS、PET、PBT、PCT、LCP、FR-4等。

连接器

WAGO的紧凑型引线连接器具有独特的透明连接器外壳。

连接界面

可分离的公端和母端配合建立连接。接触接口创建和维护实现所需的电气性能和机械性能。

当可分离的连接器配合时,只有表面上的高点接触,被称为凸点接触。因此,整个连接器表面不发生接触。凸点取决于接触表面的几何形状。尺寸和凸点数量取决于表面粗糙度和外加载荷。所施加的载荷也决定了接触面积的大小。

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