连接器设计重点

連接器設計重點

Housing

1.連接器的主結構:

●它是整個連接器的主體構件，其他的零件往它身上組裝。

●它大致決定連接器的外觀尺寸，需確認其結構強度能承受最終使用者正常使用的破壞力或是

客戶明定的測試規格(例如:要求施加各方向的力於外接cable，不能看到破壞；或是安裝螺絲時，施加適當的扭力不能造成破壞)。

●既然是主體構件，自然肩負各零件定位的責任，因此與其他零件互配部位的尺寸與公差(包

括幾何公差)需拿捏適當。重要feature ( 例如:安裝端子的孔，其抽屜寬度)若是由單一模仁決定其尺寸，而該模仁又可由磨床加工製作，則可設定尺寸公差+/- 0.02 mm，以確保功能。其他如正位度、平面度、輪廓度等幾何公差也要適當運用，方可確保功能。

2.其他各零件靠它決定空間定位:

端子除了靠housing 做空間上的定位，還須靠housing 對它的固持力量來產生端子力學行為上的邊界條件(例如懸臂樑式端子的fixed end )，進而在公母座配接時產生適當的正向力，同時避免退pin 的情形發生。因此端子與housing 的干涉段尺寸與形狀拿捏必須非常小心。適當的端子倒刺形狀以及干涉量，才能得到適當的端子保持力，又不至於因干涉過大造成housing 變形或破裂。

3.導體零件間的絕緣功能:

在電氣功能方面，housing 肩負各導體零件之間的絕緣功能，以一般工程塑膠阻抗值而言，只要射出成型做得到的厚度，後續加工過程又沒有造成結構破壞，則塑膠產生的絕緣阻抗與耐電壓效果都可符合規格要求。只有在吸濕性非常強的材料或是端子壓入造成塑膠隔欄破裂的情況下，可能發生塑膠部分的絕緣阻抗或耐電壓不合格的情形，否則該擔心的多半是裸露在塑膠之外的導體零件之間的絕緣效果，因為空氣的絕緣效果遠不及工程塑膠的好。

4.尺寸規劃須兼顧成型性:

Housing 的設計除了考慮上述的功能性，也須考慮射出成型的製造性，太厚或太薄或是厚薄不均都不適合，太厚則縮水嚴重，太薄不易飽模，厚薄不均則液態塑料充填時流動波前不平衡易造成冷卻翹曲。通常工程師負責畫好具備零件功能性的模型交給塑模模具設計工程師，模具工程師會依經驗判定該在何處加上什麼樣的逃料以改善成型性，但是若原始設計的肉厚

實際尺寸已經很小而又有厚薄比例懸殊的情形，則模具工程師也無法靠逃料調整，工程師應避免此種情形發生。

模具工程師做好逃料的規劃後，應該與工程師確認逃料後的結構強度是否仍符合功能性的要求(有時在裝配上其他零件之後會有補強結構的功效，應一併考慮，例如:鐵殼剛性夠好，則經過鉚合於housing上，整體剛性便已足夠)，確認後再進行模流分析與開模動作。

5.選材料須顧慮客戶的製程條件:

●塑膠材料簡單分為高溫料與低溫料，以材料的熱變形溫度與一般SMT製程溫度做比較來區

分高溫料與低溫料。一般notebook 使用的連接器皆須經歷SMT高溫製程，因此必須選用高溫料。有些情形必須在housing 上表面保留足夠的平面供客戶作自動插件的真空吸取區，因此須避免在該處安排進膠點或是模仁接合線，以免真空吸嘴失效。

●Housing 的底面設計要注意，避免壓到PCB上塗的錫膏，以免造成pad間的短路，因此而有

standoff 的設計。此外，standoff 有另一功能，就是提供SMT type solder tail調整共平面度的基準，也可藉調整各standoff 的高度來補償housing的翹曲變形。

6.因應用段需求而須限制模具進膠口者，須註明於圖面上:

Contact

1.電訊傳遞的橋樑，可做signal or power 的傳遞:

連接器的功能主要就是靠端子將電訊從一個電路系統傳到另一電路統，因此公母連接器配接之後，須確保公母端子有對號入座並產生良好的電氣導通。

除了靠公母座的housing & shell 等零件使公母端子落在正確的互配位置，尚須確保公母端子間的接觸正向力足夠大，足以讓電訊順利通過接觸面，若是接觸正向力不足，則接觸面的微觀狀況便是只有細微的點接觸，單靠零星的細微點接觸，其阻抗值可能大到幾個歐姆，造成太大的電位降，使電訊接收端無法處理。

通常鍍金表面的硬度較低且金的導電性佳，因此接觸面的正向力有20 gf 便可高枕無憂，但是設計者須有公差的觀念，不可將設計的公稱值定在20 gf，建議設在大約40 gf左右。

因為一般I/O 連接器的插拔壽命定在數千次，這代表端子互配時必須是做彈性的變形才能在耐插拔測試結束時仍保有適當的接觸正向力，在端子的選材上，C5210 比C5191 不易降伏。

此外，端子的接觸區鍍金膜厚也必須能承受數千次的磨耗，通常，須耐5000 次插拔的docking conn. 與module conn. 在接觸區鍍金皆為30micro-inch min.。

為了使連接器整體插入力不要太大，以免使用不順手甚至造成端子被頂退、頂垮，必須注意端子前端的導引斜面不可太陡，一般設計在40 度角以下。

2.須確認其力學行為，提供適當的正向力、公母配的插拔力、保持力、並且保持在彈性變形

範圍內:

端子的保持力規格設定，因連接器經過SMT高溫後會有保持力降低的情形，因此在生產線上抽測保持力時，要求的規格下限就比端子互配的插入力大了許多，例如每一根端子的互配插入力為30 gf，但是保持力定成300gf min.，就是考慮到公差的變異、使用者插拔的惡劣狀況以及SMT 高溫的破壞力。

3.為確保電氣功能，尚須注意端子的尺寸、銅材與電鍍規格:

端子的LLCR規格，除了考慮接觸面的鍍層與正向力所決定的接觸阻抗，尚須考慮端子本身的導體阻抗，這就取決於端子的材料、尺寸。

黃銅導電性佳但是機械特性差，只適合做公端子；磷銅導電性較差但是彈性較好，可用以製作彈性母端子；鈹銅兼具彈性好、導電性佳的特性，但是材料貴、取得困難又有環保的問題。

端子尺寸設計好之後，便可依截面積變化情形分割成數段，分別估算其導體阻抗後累加起來，再加上適當的接觸面阻抗，便可概略估算產品的LLCR值。若是產品有長短不一的端子，則估算最長端子的阻抗即可。

另一電氣特性是額定電流，這也取決於端子的材質與截面積，截面愈大則單位長度的阻抗愈小，通電流所產生的熱量愈少，則端子溫度上升幅度較小，也就可以傳導較大的電流(額定電流的定義是:端子傳遞該電流時，本身溫度上升幅度不超過攝氏30度)。

4.有長短pin安排時，須考量生產組裝的便利性:

長短pin的設計，有的是為了降低整體插入力而做成長短pin交錯；有的則是為了讓端子有配接時間差，例如:希望grounding pin先接通,所以有幾支特別長的端子作為grounding pin，另外可安排幾支最短pin在框口的兩端作為偵測用端子，只要最短pin全部都接通了，就代表其他的訊號端子都已接通(因此偵測端子須安排在框口兩端)。