连接器设计手册

理論應力 / 材料強度
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永久變形輿正向力的關係
端子位移0.9mm 250 200 150 100 50 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
正向力(g)
位移(mm) 第一次測試 第十次測試
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永久變形輿應力的關係
永久變形受
FEM 最大應力值影響，也就是應力集中之影響， 因此應力集中會造成永久變形。
不好的設計
好的設計
如果無法避免不均勻的肉厚設計時,應盡量采用逐 步過渡的形式,避免突變,否則容易產生變形
7
2-1.塑膠零件結構設計----壁厚(Thickness)設計
左圖肉厚設計不均勻,右圖為改進後的設計,肉厚設計均勻,成型時不 易產生縮水,氣泡,變形等不良現象
Bad
Good
Bad
Good
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2-1.塑膠零件結構設計----加強筋(Rib)設計
主體肉厚: T
拔模角度D: 0.5° --1.5 ° 加強筋高度: 小於5T(一般為2T—3T 加強筋間距: 2T—3T 連接圓弧半徑: R=0.25—0.4T 寬度(W): 0.4—0.8T(PC/ABS小於0.5T,
ABS為0.5-0.7T)
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2-1.塑膠零件結構設計----凸台設計
凸台尺寸設計規范
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連接器設計常用的塑膠原料特性比較
尼龍Nylon(PA66,PA46,PPA,PA6T,PA9T)
結構式 性 質 [NH(CH2 )m NHCO(CH2 )n-2CO] 結晶性熱可塑性塑膠，有明顯熔點，Nylon6 Tm為220~230℃， Nylon66則為260~270℃，Nylon本身 具吸水基故有吸水性，成 形前須乾燥，溫度過高乾燥則尼龍粒變色, 1、具高抗張強度 2、耐韌、耐衝擊性特優 3、自潤性、耐磨性佳、耐藥品性優 4、低溫特性佳 5、具自熄性 尼龍吸濕性高、長期尺寸精密度及物性受影響,成型時瓦斯汽較 多 電子電器：連接器、捲線軸、計時器、護蓋斷路器、開關殼座 汽車： 散熱風扇、門把、油箱蓋、進氣隔柵、水箱護蓋、燈座 工業零件：椅座、自行車輸框、溜冰鞋底座、紡織梭、踏板、滑 輸
东莞昆嘉电子有限公司 連接器設計手冊
Design Guide for Connector
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目录
1.連接器產品基本特征 2.塑膠零件設計 2-1.塑膠結構設計 2-2.塑膠材料選擇 3.端子五金零件設計 3-1.保持力設計 3-2.正向力設計 3-3.端子應力設計 3-3.銅材選用 4.高頻設計 5.電鍍設計 6.PCB焊接技術簡介
結構式 性質 非晶體，融點為285℃，Tg為85℃ 1、耐熱 優點 2、難溶解 3、耐藥品性 4、耐燃性 缺點 用途 成形時易產生毛邊,瓦斯氣較多 1、電器、電子：連接器、線圈架
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液晶聚合物 (LCP )
結構式 性質 為半芳香族聚酯，具高強度、高彈性率、低線性膨脹率,為結晶 型材料,耐高溫,冷卻速度快 1、流動性高 2、尺寸安定性佳 3、流動性極佳 4、耐溶劑性 5、高機械強度 6、難燃性 與流動方向垂直之機械物性較差 1、速接器、線圈、開關、插座 2、泵零件、閥零件 3、汽車燃料週邊零件 4、電子爐用容器
6. 總結而論：端子和塑膠接觸面積越大，保持力越大， 而且其效果非常明顯。
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3-2. 端子正向力設計
• 鍍金端子正向力：50--150 gf 。 • 鍍錫鉛端子正向力必須大於 150 gf。 • 正向力與產品的可靠性有絕對的關係。 • 正向力與接觸電阻有密切的關係。 • 若 PIN 數大於 200 可適度降低正向力。
R Cf Ie Rk
(Cf, Rk, Ie取值見附頁)
由於連接器的housing結構特點基本上都是,薄肉(最小的小於0.2mm),多pin孔, 細長結構,同時因應IT行業的產品更新換代快,競爭激烈,所以材料的選擇必 需遵循一下的原則:
1.
2. 3. 4. 5. 6.
流動性好,可成型肉厚較薄的產品(如LCP,PPS,NAYLON類)
高強度,抗沖擊性, 耐高溫(SMT焊接制程的需要) 優異的電氣性能(高絕緣電阻,低的介電常數) 冷卻速度快(縮短成型周期,提高效率,節約成本) 在滿足性能的狀況下,盡量選用價格便宜的材料
端子卡榫設計大致分為單邊及雙邊兩類，每一邊又 可以單層及雙層或三層。 干涉量通常設計在0.03mm-0.13mm 之間


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3-1. 保持力的影響因素
1.
塑膠材料的保持力差異性很大，同一種卡榫及干 涉量的設計，不同的塑料，保持力會有500 gf 以 上的差別。
一般而言：nylon的保持力大於LCP，PCT則介於 兩者之間，但同樣是LCP，不同廠牌間的差異性 非常大，有將近400 gf的差異。 干涉量的設計最好介於40 mm-100 mm 之間，因 為干涉量小於40 mm ，保持力不穩定，大於100 mm，保持力不會增加，干涉量介於兩者之間， 保持力呈現性的方式增加，增加的量隨材料及卡 榫設計的差異約在30-120 (gf/10mm)。
工作內容
顧客需求調查
概念設計
機構草圖
依選用方案座詳細分 析決定細部尺寸
細部設計
組合圖 零件圖 零件表 製程規劃 安排製程進度 組裝與試驗成品
加工製造
完成
5
第一章. 塑膠零件設計
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2-1.塑膠零件結構設計----壁厚(Thickness)設計
設計原則: 1.壁厚均勻 2.盡可能小的肉厚 3.受力處和合膠線處要有足夠的厚度,保證 一定的強度(圖示) 合膠線 受力面 肉厚過渡部份
0.0
圖示曲線表明:當正向力大於 50gf後,接觸阻抗幾乎不隨正向 力而變化
0
50
100 150 200 Normal Force(gf)
250
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端子正向力的設計必需考慮材料的最 大應力,端子理論應力的計算方法如下:
dEbh F F:理論正向力 3 4L 3dEh 6L s F 2 2 2L bh
• 正向力與 mating/unmating force 有關。
• 正向力與振動測試時之瞬斷(intermitance)有密切的關係，增加正向力 可改善瞬斷問題。 • 正向力會嚴重影響電鍍層之耐磨耗性。
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鍍金端子正向ຫໍສະໝຸດ Baidu輿接觸阻抗的關係
50.0 40.0 30.0 LLCR(mOhm)
20.0 10.0
主壁厚: T
拔模角(d): 0.5° --1.5° 凸台高度: 小於5T(一般2.5—3T)
過渡圓弧半徑R: 0.25T—0.40T
凸台厚度(W): 0.4T—0.8T
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2-1.塑膠零件結構設計----角撐(Gussets)設計
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2-1.塑膠零件結構設計----一般圓角設計
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連接器設計選用塑膠原料的原則
A-spots Apparent contact area
Effective contact area
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幾何接觸形態
球對平面接觸
圓柱對圓柱接觸
圓柱對平面接觸
平面對平面接觸
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電流流過端子接觸區域時的總電阻值(RT),是為体積電阻值 (RB),擠縮電阻值(RC),和簿膜電阻值(Rf)的總和
CR= ΣR bulk +
缺點
用途
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飽和聚酯對苯二甲酸丁酯 ( PBT )
結構式 性 質 為高結晶性熱可塑性塑膠，熔點220~230℃，結晶速率比PET快。 1、機械性質安定抗張強度與抗張模數和尼龍相似 2、摩擦係數小有自潤性 3、吸水率低 4、電氣性質優良 5、尺寸安定性良好 6、耐藥品性、耐油性極佳 1、Tg(30℃)低，在荷重下H.D.T.為60℃ 2、抗衝擊強度不良，一般以玻纖補強為FR-PBT來使用 電子電器：無熔線斷電器、電磁開關、馳返變壓器、家電把手、 連接器、外殼 汽 車： 車門把手、保險桿、分電盤蓋、擋泥板、導線護殼、 輪圈蓋 工業零件：OA風扇、鍵盤、釣具捲線器、零件、燈罩
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優點
缺點 用途
第二章. 端子零件設計
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保持力的作用:
•固持端子于Housing中,防止脫落 •焊接時,提供Connector,整体保持力 •檢驗端子壓狀況及隔欄強度狀況(耐電壓性能)
1. 在連接器 smt 化及小型化的趨勢下，保持 力的設計必須非常精準。 2. 保持力太大，有兩項缺點：
(1)增加端子插入力，易造成端子變形
3
连接器设计理念
•輕量化(Low Weight)
•小型化,小pitch化(Minimum Size)
•低成本(Low Cost)
•高性能(Height Performance) •量产性(Height Productivity)
4
设计程序
設計流程 產生文件 需求評估
工作規範 設計時程安排 思考可能解決的方式 並評估採用何種方案
1 1
R c Rf
P P P
+
1
+ ...
Rf
SURFACE1
SURFACE2 P P P
Rc
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素材體積阻抗
RB (m) 17.24 10 3
s
L A
L : 端子導電長度 (mm) A : 端子截面積 (mm2) s: 導電率 (%) 純銅之電阻係數=17.241× 10-3
接觸阻抗
優 點
缺 點
用 途
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聚對苯二甲酸環乙酯 ( PCT )
結構式 性質 融點250℃，結晶體，本色為暗黃色，常加入玻纖作應用。 1、耐熱性高 優點 2、耐化性強 3、尺寸安定性高 4、高機械性質 缺點 用途 吸濕性高，加工前需除濕乾燥 1、電子連接器、開關、線圈架 2、汽車繼電器、連接器
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聚硫化二甲苯 ( PPS )
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2.
3.
3-1.卡榫的結構設計
雙尖點雙邊卡筍
雙尖點單邊卡筍
單尖平面雙邊卡筍
單尖平面單邊卡筍
單尖雙邊卡筍
單尖單邊卡筍
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3-1.卡榫的結構對保持力的影響 1. 凸點平面長度和保持力有很大的關係，長度越長， 保持力越大。 2. 單邊卡榫較雙邊的保持力大。 3. 雙凸點較單凸點的保持力大，但不明顯，可以忽略。 4. 凸點前的導角角度與保持力無關。 5. 較薄的板片保持力也相對的較低
永久變形量不會造成端子正向力降低，而是端子彈性係數(正
向力/位移量)增加。
當端子之理論應力值大過材料強度時，其反覆耐壓之次數及無
法達到1萬次，應力愈高次數愈少，但應力超過最大值之1.8倍 時尚有2000 cycles.
若產品設計應力高出材料強度很高時很容易產生跪pin現象。
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端子接觸理論
P P P SURFACE1 SURFACE2 P P P
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優
點
缺 用
點 途
飽和聚酯對苯二甲酸乙酯(PET)
結構式 性質 為結晶性熱可塑性塑膠，具明顯熔點245~260℃，在室溫下有優 良之機械性能及耐摩擦、磨耗性 能。但因Tg低所以其熱機械性能差，一般都添加玻纖以提高耐熱 及機械性能，此類稱FR-PET。 1、尺寸安定性佳 2、機械性能優異 3、潛變性小 優點 4、電氣特性佳 5、耐候性優 6、耐有機熔劑、油及弱酸 7、耐氣性耐水性好 8、具自熄性 1、機械性質具有方向性、流動性較高 2、結晶速度較慢 3、乾燥及加工條件要求嚴格 電子電器：斷電器、整流器、線軸、吹風機風口、線軸燈罩 汽車：電裝組件、擋泥板、煞車器把手 工業零件：冷卻風扇把手
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连接器的特性
•高速傳輸(High speed transmission)
•散熱(Heat dissipation)
•電磁波/高頻測試(EMI/RFI) •噪音(Acoustics)
•電力分配(Power distribution)
•結構(Mechanical design) •外觀(Product styling & Cosmetics) •環保(Environmental protection & Recycling)
d : 位移量 (mm)
3
E : 彈性係數 (110 Gpa)
* Forming and blanking 端 子設計差異及重點
s : 最大應力(Mpa) F : N(50--100gf)
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永久變形輿理論應力的關係
0.4 0.3
永久變形(mm)
0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
(2)增加housing
內應力，易造成housing 變形。
3. 保持力太小，有兩項缺點：
(1)正向力不夠，造成電訊接觸品質不良， (2)端子易鬆脫
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3-1. 保持力的影響因素

保持力設計參數包括：塑膠選用，端子卡榫設計， 干涉量設計。

smt type connectors 必須使用耐高溫的塑膠材料， 常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。