电子连接器设计基础new

2.3 臨界應力設計實例
2.3 臨界應力設計實例
位移(mm) 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 最大應力 (Mpa) 理論值 FEM 理論值/ 材料強度 297 525 0.4 445 787 0.6 594 1050 0.8 742 1312 1.0 891 1575 1.2 1040 1838 1.4 1188 2100 1.6 1337 2363 1.8 1485 2625 2.0 永久變 形量 (mm) 0 0.01 0.02 0.05 0.09 0.15 0.20 0.27 0.34 Cycle No. >10000 >10000 >10000 >10000 8000 5000 2000
4.2 端子材料選用
4.3 接觸點電阻
50.0
T:0.15 R:0.30 Au: 1 Sample 1 Sample 2
RC (m)
300 F ( gf )
3.5
40.0
Sample 3 Sample 4 Sample 5
LLCR ( mOhm )
30.0

20.0
10.0

正向力在 50-150 gf 之間 接觸點電阻值在4-8 mohm。 正向力小於50 gf, 接觸電 阻則快速增加。
3.3 保持力實驗設計
3.4 卡榫的設計變數

卡榫的設計變數包括：

單邊與雙邊 單凸點與雙凸點 凸點平面寬度(4,8 mm) 凸點插入角度(30, 60) 前後凸點高度差(0.02, 0.04 mm)
3.5 保持力設計準則
1.
2.
3.
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)。
1.2 正向力與接觸電阻關係
50.0
T:0.15 R:0.30 Au: 1 Sample 1 Sample 2
40.0
Sample 3 Sample 4 Sample 5
LLCR ( mOhm )
30.0
2ห้องสมุดไป่ตู้.0
10.0
0.0 0 50 100 150 200 250
Normal Force ( gf )
電子連接器設計基礎
陳立生 工業技術研究院 2001, 7
設計要件
1. 2. 3.
4.
5. 6. 7. 8.
正向力設計 最大應力設計 保持力設計 接觸電阻設計 金屬材料選用 應力釋放設計 端子斑點案例 SMT connector 導通不良案例
1.1 正向力設計

鍍金端子正向力：100 gf 或小於 100 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。 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。
3.6 保持力設計實例
3.7 保持力線性公式
Zenite 6130L (A3) B02 r_F＝42 I－ 1 r_F＝27 I＋ 147 r_F＝74 I＋ 222 Sumik E6006L (B3) r_F＝29 I＋ 58 r_F＝35 I＋ 4 r_F＝43 I＋ 196 Vectra L140 (C4) r_F＝54 I－ 89 r_F＝40 I＋ 6 r_F＝77 I＋ 270 PA 46 TE250F6 (D3) r_F＝24 I＋ 349 r_F＝47 I＋ 146 r_F＝73 I＋ 646 PA 6T C430CN (E3) r_F＝44 I＋ 12 r_F＝53 I－ 60 r_F＝82 I＋ 391 PCT CG941 (F4) r_F＝40 I－ 5 r_F＝36 I－ 31 r_F＝41 I＋ 416
3.1 保持力設計


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。 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 (2)增加housing 內應力，易造成 housing 變形。 (1)正向力不夠，造成電訊接觸品 質不良， (2)端子易鬆脫

保持力太小，有兩項缺點：
8.1 SMT connector導通不良案例
8.2 SMT connector導通不良案例
8.3 SMT connector導通不良案例
8.4 SMT connector導通不良案例
8.5 不明物近觀
8.6 不明物分析
8.7 導通不良分析

不應出現的成分分析
RB (m)
17.24 10
3


L A
A : 端子截面積 (mm2) : 導電率 (%)


磷青銅(C5191, 5210)的導電率約為13%，黃銅 (C2600)導電率約26%，BeCu and C7025 則可達 到40%，因此選擇端子材料是降低接觸電阻最有效 的方法，可降為原來的1/2-1/3。 端子長度及截面積受電子連接器外型及pitch而決 定，可變更的範圍受到限制。
5.2 應力釋放相關資料(1)
5.2 應力釋放相關資料(1)
6.1 Temperature rise

大電流連接器必須考慮溫度上升效應，通常設計 在 30℃ 的範圍內，簡單的計算可使用以下之保守 公式：
T : degree F J : current (amps)
2 2
T
J L
L : beam length (in)


3.2 保持力設計參數


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。 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40 mm-130 mm 之間
材料強度 = 750 Mpa
大小端子應力值
(1) 703 Mpa (2) 1111 Mpa (3) 1244 Mpa (4) 1355 MPa
2.2 最大應力設計


最大應力＜材料強度( 680-780 MPa for C5210EH )。 FEM 分析所得之最大應力含應力集中效應，通常 會大於 nominal stress ，因此應排除應力集中效應。 高應力設計的趨勢：Connector 小型化的趨勢，使 端子最大應力已大於材料強度，如何在臨界應力下 設計端子是重要課題。 臨界應力的設計應以理論應力值為基礎來設計，所 考慮的因素包括：位移量，理論應力，永久變形量， 反覆差拔次數。
4.5 接觸電阻案例
1.
請計算接觸電阻
1. 2. 3. 4.
23.2 25.5 29.8 33.3
5.1 應力釋放設計




應力釋放：當材料在受應力及溫度環境下，長 時間所造成的正向力下降的現象，稱為應力釋 放，通常以原受力的百分比表示。 溫度越高，受力時間越長，應力釋放的越大 一般規定應力釋放在 3000 hr 以上仍然能維持 70%以上的力量才合乎設計的原則。 根據以上的規定，可提出一簡單的設計原則： 70℃以下可使用C260(黃銅)，70-105℃可使用 C510,C521(磷青銅)，105℃以上則須使用 C7025, BeCu, TiCu等較貴材料。
◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
降低沖壓造成端子之表面損傷，並輔以自動化偵測系統。 板片之儲存搬運與製程中應避免表面損傷與發生腐蝕。 電鍍前應配合端子表面油污與腐蝕狀況，確實脫脂與清潔。 增加鍍層厚度可減少孔隙度，提高密封性。 若端子表面已受損傷，應先找出適當條件才電鍍，否則應予剔退。 尋求電鍍參數之最佳化，並妥善控制電鍍參數及做好鍍液管理。 建立端子表面狀況之品管標準與程序及明確的電鍍驗收標準。
2.1 端子應力設計基礎
F dEbh 4L
3 3
理論正向力

3dEh 2L
2
F
6L bh
2
d : 位移量 (mm) : 最大應力(Mpa) * Forming and blanking 端子設計 差異及重點 F : N(98gf)
理論最 大應力
E : 彈性係數 (110 Gpa)
2.1 端子應力設計實例
B03
B22
r_F : 保持力 (gf) I : 干涉量 (10 mm)
4.0 Contact resistance
CR

R bulk
1 1 Rc 1 Rf ...
4.1 接觸電阻設計

電子連接器接觸電阻設計包括兩部分：
1. 2.
端子材料電阻 接觸端電阻
4.2 材料電阻計算
L : 端子導電長度 (mm)
2.5 理論應力與永久變形之關係
0.4 0.3
永久變形量
(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
理論應力 / 材料強度
2.6 永久變形和正向力之關係
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