连接器基本知识
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我们必须综合考虑材料的各种性能，并力求达到均衡。对于可分离式接触界面，接触 弹片弹性的主要功用是提供介于两插接面的对接力。材料特性指杨氏模数和屈服极限 。这些性质严重地影响着弹性偏移性能和弹性偏移量。屈服极限也很重要，因为它可 降低插拔力。然而弹性强度必须与制造和卷曲性能对应。
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考虑化学和温度对绝缘本体尺寸稳定的影响也是很重要的。维持连接器中心线的间距、直线度 straightness、平坦度flatness以及翘曲bow对连接器的装配性能和插接性能都是很关键的。这些特性 ，除了与聚合物的基本特性有关外，还与成型过程有关。接触弹片具有材料单一而设计式样千变 万化的特点，而绝缘本体却具有与之相反的特点。绝缘本体的设计一般都具有许多相同的特征和 要求，但其材料却不尽相同。绝缘本体的材料是由各种需要决定的。绝缘本体的材料不但要适应 使用环境，而且还要和组装相对应。在许多情况下，正是装配过程(特别是表面贴装的需求)决定 了使用何种材料。
5. 连接器应用
6. 5.1 电连接器应 用1
7. 5.2 电连接器应 用2
8. 5.3 电连接器应 用3
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Conn. R&D
2020/12/8 Page:2/20
1. 连接器定义
Conn. R&D
电连接器是一种机电系统，其可提供可分离的界面用以连接两个 子系统，并且对于系统的运作不会产生不可接受的影响。
机械式的固定连接有crimping，insulation displacement(IDC)，press fit。crimping和IDC型 连接主要用在线缆上，press fit连接主要用于通孔镀金的印刷线路板上。
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2.1 接触接口-续
连接器是一种机电系统是因为，它是通过机械方法产生的电连接。机械式弹片的变形会在配合的 两部分间产生一个力量，这就使得接口配合面之间产生金属性接触。
接触接口的可分离性是应用连接器的首要原因。可分离性的需要或期望具有很多的原因。它可以 使得独立地制造部件或子系统而最后装配在一个集中的地方进行成为可能; 可分离性也可以使零件 或子系统的维护或升级单独进行而不必修改整体个系统; 可分离性得以应用的另一个原因是可携带
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2. 连接器结构
一个基本的连接器包括四个部分：
2.1． 接触界面contact interface 2.2． 接触涂层contact finish 2.3．接触弹性组件contact spring members 2. 4． 连接器塑料本体 connector housing
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2.4 连接器本体-续
Conn. R&D
图5显示了仿真工业环境和暴露时间对接触阻抗的影响。实验环境中包括硫氢化物、氮氧化物和氧 化物，浓度为十亿分之几十到几百就足够了。数据对插接的和未插接的连接器都适用。样品也获 得了一些抵抗环境的性能。在暴露了数十小时后，没有本体的接触弹片，其接触阻值明显地增加 了，有本体的接触弹片，其接触阻值却很少变化，这样的接触弹片在工业环境中可以使用10年。 这些数据说明了绝缘本体的遮蔽效果。
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2.3 接触弹片-续
Conn. R&D
我们必须综合考虑材料的各种性能，并力求达到均衡。对于可分离式接触界面， 接触弹片弹性的主要功用是提供介于两插接面的normal force对此影响最大的材料特性 是杨氏模数young’s module和屈服应力yield strength。这些性质严重地影响着弹性偏移特 性和弹性偏移量。stress relaxation resistance也很重要，因为它可降低插拔力。然而这也 要舆制造和cirmping性能平衡。例如，用于提供在对接面产生弹性对接力的机械强度( 用屈服极限来衡量)是与成型性能和锻造性能相互对立的。
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3. 連接器阻抗
Conn. R&D
系统内连接器组件的电阻。包括三触弹片电阻
．固定连接电阻
如果测出图1.7中电连接器A，B两端所有的电阻，其阻值大概为10－20毫欧级，可根 据下面等式确定：
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2.2 接触镀层-种类
Conn. R&D
贵金属镀层．贵金属镀层实际上是一个复合镀层，典型的贵金属层是在镍层上覆盖贵金属层。常 见的贵金属表面镀层是纯金(通常会加少量的Co形成Au-Co合金提高硬度)，但现在也有用钯或者钯 合金代替纯金的，这种做法依据不同的材料价格有不同的趋势。很多情况下，钯或钯合金层与纯 金层结合使用以降低来于比纯金抗腐蚀性差的镀层被腐蚀的影响。典型的贵金属层是在1至2.5微 米厚的镍层上覆盖0.4至0.8微米厚的贵金属层。在钯或钯合金表面的纯金层只有0.1微米厚。下面两 种钯合金最常用：80%的钯与20%的镍和60%的钯与40%的银。
上述列举的连接器本体的其它功能与连接器本体材料的各种特性有关。电气特性包括表面和体积 电阻系数和击穿电压。这些特性影响连接器本体的绝缘性能。重要的机械性能包括弯曲强度和蠕 变强度，因为这些性能影响接触弹片在本体上的牢固程度。与温度有关的特性包括连续使用和加 热使聚合体变形的温度值。使用温度和设计温度是相互关联的。在许多情况下，尤其在表面贴装 中，温度起着非常重要的作用。
镍底层在几个方面提高了接触性能。
․减少孔隙腐蚀 reduce susceptibility to pore corrosion
․提供腐蚀转移的阻挡 provide a corrosion migration barrier
․限制基材金属成分的扩散 reduce diffusion of base metal constituents
性和支持外围设备的扩展。
定义中的可分离性引入了一个额外的子系统间的界面，此界面不能导致任何”不可接受的影响 ”，尤其是对系统电特性上影响，这些影响包括如不可接受的系统间信号的失真或降级，或者是 通过连接器的电源损失，以毫伏损失计算的电源损失，将会成为功能性的主要设计参数。
可分离性的需求和”不可接受性”的限度要由连接器的应用而定。可分离性包括配合周期的数目( 在配合周期内连接器不影响其性能)，以及与另一连接器相配合所必需的作用力。典型的配合周期 需求其范围从内部连接器的几十个周期到外围设备的几千个周期(比如PCMCIA型连接器)。由于电 路或功能的数量以及连接器端子数目的增加，配合力量的需求变得更加的重要。为了提供更多的 功能，连接器上端子的数量也必须要增加，这样就导致了更高的连接器配合力。由连接器的使用 和功能而定，其端子数从几十到上千不等。
其它两个作用就要复杂的多，并且涉及到材料特性和设计参数之间的相互作用。接触弹片包括两种基本类型： 插座弹片，通常是弹性的；插头弹片，通常是刚性的，它使插座弹片产生弹性变形，从而产生normal force。图 1.3显示了插头弹片的外形图，图1.4显示了插座弹片的外形图。图1.3显示了带有插入插座弹片的金手指的打印 电路板和导柱/端子插头的几何外形。posts与pins的外形不一样，posts是方的，而pins是圆的。图1.4显示了几种 母端子的设计，所有这些都要与post对接。事实上，所有的这些设计都显示了尤其与一种称为25方的post对接， 该接触端子呈正方形，边长为0.025英寸(0.622 square pin)。
Conn. R&D
连接器 基本知识
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William Wu 5/9’09
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1. 连接器定义
2. 连接器结构
3. 2.1 接触接口
4. 2.2 接触镀层
5. 2.3 接触弹片
6. 2.4 连接器本体
7. 3. 连接器组抗
8. 4. 固定连接介 质
․提高镀层的耐久性improve finish durability
普通金属镀层．锡是最常用的普通金属镀层，锡镀层的厚度介于2.5到5微米之间。现在越来越多 地用锡作镀层，因为，即使锡被氧化，在插拔过程中，锡氧化物也会很轻易地脱落，从而不影响 导电性能。然而，表面层再氧化会以磨损的方式降低锡结合面的机械性能。磨损来源于几微米到 几十微米的微小滑移。由于在磨损过程中，部分锡被再次氧化，从而使得镀层的电阻增加。对于 用锡作为镀层的连接器来说，预防磨损是最重要的工作。较大的接触压力和使用合适的润滑济是 两种能有效地降低磨损的途径。其它的普通金属镀层，还包括镍,铜和银。
优化接触界面的方法，其实质就是对出现在接触界面上的薄膜的规划管理。一个稳定 且较小的接触电阻由一不含薄膜的金属界面产生。两种主要的接触涂层，贵重金属(金 ，钯以及由它们组成的合金)和非贵重金属(如锡)，它们的不同主要是指在接触界面上 的薄膜类型。对贵重金属(尤其是金)来说，接触涂层是惰性的，维护接触界面的完整性 需要防止外来薄膜的形成(主要是来自接触弹片的底材铜合金)。对锡这种最常用的非贵 重金属来说，主要考虑存在其表面的氧化问题。最普通的复合镀层包括一个金-镍合金 可分离式界面和镀锡固定式界面。
图3: 公端端子型态。
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圖4:配合0.25“ SQ pin的母端端子。
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2.4 连接器本体
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连接器本体部分具有如下作用：
․使各接触弹片相互隔离，不能电性导通
․固定各接触弹片
․对各接触弹片进行机械保护和支撑
․对各接触弹片进行工作环境遮蔽保护
总之，对贵金属镀层来说，保护贵金属层是首要目的；对锡镀层来说，防止磨损是首要目的。这 些考虑方向的不同将直接影响连接器的设计参数。例如，normal force大小、接触处几何形状、绝 缘本体设计以及诸如插拔力和耐久性等的结构特性等都将受到影响。
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固定(永久性)界面一般说来只制造一次而固定使用,一般是应用在连接器安装到子系统 上。很多固定式连接分属于两种基本类别：冶金式和机械式。
冶金式如焊接，它要由连接器和子系统之间接触界面的结构而定。低温焊接是主要的 冶金式连接，高温焊接同样也被应用，并且在较小的线缆中应用得越来越多。低温焊 接连接在制造印刷线路板装配上尤其重要。
2.3 接触弹片
Conn. R&D
接触弹片在连接器上具有以下3个作用：
․1. 在组件之间提供一条导通电讯号的路径
․2. 产生并维持接触弹片接触面的压力
․3. 允许永久连接的形成
第一个作用，只要使用常用的铜或者铜合金材料就可轻易达到令人满意的效果。铜合金的导电率虽然很低，只 有铜导电率的10%到30%，但是，对大多数连接器来说，这个导电率已经足够了。然而材料的导电率在用作高 电流或电源分配的连接器中的确起着越来越重要的作用，因为，在这种连接器中，由焦耳热和微电压降引起的 规定温升要求更低的阻抗。
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圖2: 固定連接的種類示意圖。
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2.2 接触镀层-功能
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接触涂层包含两个重要的功能：
．避免接触弹片底材腐蚀
．优化接触界面的结构
第一个功能仅仅需要接触弹片(一般为铜合金)完全被涂层覆盖，并且涂层自身能防腐蚀 和能像薄膜一样覆盖在表面。
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图1 连接器结构图
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2.1 接触接口
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有两种不同的接触界面：可分离界面和固定(永久性)界面。
可分离界面是在每次连接器配合时建立的。界面的结构主要是由接触端的几何形状、 端子之间的作用力(normal force)以及接触涂层而定。可分离界面包括有微小的(微米计 )连接部位(端子normal force作用于粗糙的接触表面下形成的)。接触界面的形态将决定 三个重要的连接器功能性参数：接触电阻，连接器配合力以及连接器耐用性。
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考虑化学和温度对绝缘本体尺寸稳定的影响也是很重要的。维持连接器中心线的间距、直线度 straightness、平坦度flatness以及翘曲bow对连接器的装配性能和插接性能都是很关键的。这些特性 ，除了与聚合物的基本特性有关外，还与成型过程有关。接触弹片具有材料单一而设计式样千变 万化的特点，而绝缘本体却具有与之相反的特点。绝缘本体的设计一般都具有许多相同的特征和 要求，但其材料却不尽相同。绝缘本体的材料是由各种需要决定的。绝缘本体的材料不但要适应 使用环境，而且还要和组装相对应。在许多情况下，正是装配过程(特别是表面贴装的需求)决定 了使用何种材料。
5. 连接器应用
6. 5.1 电连接器应 用1
7. 5.2 电连接器应 用2
8. 5.3 电连接器应 用3
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1. 连接器定义
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电连接器是一种机电系统，其可提供可分离的界面用以连接两个 子系统，并且对于系统的运作不会产生不可接受的影响。
机械式的固定连接有crimping，insulation displacement(IDC)，press fit。crimping和IDC型 连接主要用在线缆上，press fit连接主要用于通孔镀金的印刷线路板上。
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2.1 接触接口-续
连接器是一种机电系统是因为，它是通过机械方法产生的电连接。机械式弹片的变形会在配合的 两部分间产生一个力量，这就使得接口配合面之间产生金属性接触。
接触接口的可分离性是应用连接器的首要原因。可分离性的需要或期望具有很多的原因。它可以 使得独立地制造部件或子系统而最后装配在一个集中的地方进行成为可能; 可分离性也可以使零件 或子系统的维护或升级单独进行而不必修改整体个系统; 可分离性得以应用的另一个原因是可携带
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2. 连接器结构
一个基本的连接器包括四个部分：
2.1． 接触界面contact interface 2.2． 接触涂层contact finish 2.3．接触弹性组件contact spring members 2. 4． 连接器塑料本体 connector housing
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2.4 连接器本体-续
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图5显示了仿真工业环境和暴露时间对接触阻抗的影响。实验环境中包括硫氢化物、氮氧化物和氧 化物，浓度为十亿分之几十到几百就足够了。数据对插接的和未插接的连接器都适用。样品也获 得了一些抵抗环境的性能。在暴露了数十小时后，没有本体的接触弹片，其接触阻值明显地增加 了，有本体的接触弹片，其接触阻值却很少变化，这样的接触弹片在工业环境中可以使用10年。 这些数据说明了绝缘本体的遮蔽效果。
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2.3 接触弹片-续
Conn. R&D
我们必须综合考虑材料的各种性能，并力求达到均衡。对于可分离式接触界面， 接触弹片弹性的主要功用是提供介于两插接面的normal force对此影响最大的材料特性 是杨氏模数young’s module和屈服应力yield strength。这些性质严重地影响着弹性偏移特 性和弹性偏移量。stress relaxation resistance也很重要，因为它可降低插拔力。然而这也 要舆制造和cirmping性能平衡。例如，用于提供在对接面产生弹性对接力的机械强度( 用屈服极限来衡量)是与成型性能和锻造性能相互对立的。
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3. 連接器阻抗
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系统内连接器组件的电阻。包括三触弹片电阻
．固定连接电阻
如果测出图1.7中电连接器A，B两端所有的电阻，其阻值大概为10－20毫欧级，可根 据下面等式确定：
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2.2 接触镀层-种类
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贵金属镀层．贵金属镀层实际上是一个复合镀层，典型的贵金属层是在镍层上覆盖贵金属层。常 见的贵金属表面镀层是纯金(通常会加少量的Co形成Au-Co合金提高硬度)，但现在也有用钯或者钯 合金代替纯金的，这种做法依据不同的材料价格有不同的趋势。很多情况下，钯或钯合金层与纯 金层结合使用以降低来于比纯金抗腐蚀性差的镀层被腐蚀的影响。典型的贵金属层是在1至2.5微 米厚的镍层上覆盖0.4至0.8微米厚的贵金属层。在钯或钯合金表面的纯金层只有0.1微米厚。下面两 种钯合金最常用：80%的钯与20%的镍和60%的钯与40%的银。
上述列举的连接器本体的其它功能与连接器本体材料的各种特性有关。电气特性包括表面和体积 电阻系数和击穿电压。这些特性影响连接器本体的绝缘性能。重要的机械性能包括弯曲强度和蠕 变强度，因为这些性能影响接触弹片在本体上的牢固程度。与温度有关的特性包括连续使用和加 热使聚合体变形的温度值。使用温度和设计温度是相互关联的。在许多情况下，尤其在表面贴装 中，温度起着非常重要的作用。
镍底层在几个方面提高了接触性能。
․减少孔隙腐蚀 reduce susceptibility to pore corrosion
․提供腐蚀转移的阻挡 provide a corrosion migration barrier
․限制基材金属成分的扩散 reduce diffusion of base metal constituents
性和支持外围设备的扩展。
定义中的可分离性引入了一个额外的子系统间的界面，此界面不能导致任何”不可接受的影响 ”，尤其是对系统电特性上影响，这些影响包括如不可接受的系统间信号的失真或降级，或者是 通过连接器的电源损失，以毫伏损失计算的电源损失，将会成为功能性的主要设计参数。
可分离性的需求和”不可接受性”的限度要由连接器的应用而定。可分离性包括配合周期的数目( 在配合周期内连接器不影响其性能)，以及与另一连接器相配合所必需的作用力。典型的配合周期 需求其范围从内部连接器的几十个周期到外围设备的几千个周期(比如PCMCIA型连接器)。由于电 路或功能的数量以及连接器端子数目的增加，配合力量的需求变得更加的重要。为了提供更多的 功能，连接器上端子的数量也必须要增加，这样就导致了更高的连接器配合力。由连接器的使用 和功能而定，其端子数从几十到上千不等。
其它两个作用就要复杂的多，并且涉及到材料特性和设计参数之间的相互作用。接触弹片包括两种基本类型： 插座弹片，通常是弹性的；插头弹片，通常是刚性的，它使插座弹片产生弹性变形，从而产生normal force。图 1.3显示了插头弹片的外形图，图1.4显示了插座弹片的外形图。图1.3显示了带有插入插座弹片的金手指的打印 电路板和导柱/端子插头的几何外形。posts与pins的外形不一样，posts是方的，而pins是圆的。图1.4显示了几种 母端子的设计，所有这些都要与post对接。事实上，所有的这些设计都显示了尤其与一种称为25方的post对接， 该接触端子呈正方形，边长为0.025英寸(0.622 square pin)。
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1. 连接器定义
2. 连接器结构
3. 2.1 接触接口
4. 2.2 接触镀层
5. 2.3 接触弹片
6. 2.4 连接器本体
7. 3. 连接器组抗
8. 4. 固定连接介 质
․提高镀层的耐久性improve finish durability
普通金属镀层．锡是最常用的普通金属镀层，锡镀层的厚度介于2.5到5微米之间。现在越来越多 地用锡作镀层，因为，即使锡被氧化，在插拔过程中，锡氧化物也会很轻易地脱落，从而不影响 导电性能。然而，表面层再氧化会以磨损的方式降低锡结合面的机械性能。磨损来源于几微米到 几十微米的微小滑移。由于在磨损过程中，部分锡被再次氧化，从而使得镀层的电阻增加。对于 用锡作为镀层的连接器来说，预防磨损是最重要的工作。较大的接触压力和使用合适的润滑济是 两种能有效地降低磨损的途径。其它的普通金属镀层，还包括镍,铜和银。
优化接触界面的方法，其实质就是对出现在接触界面上的薄膜的规划管理。一个稳定 且较小的接触电阻由一不含薄膜的金属界面产生。两种主要的接触涂层，贵重金属(金 ，钯以及由它们组成的合金)和非贵重金属(如锡)，它们的不同主要是指在接触界面上 的薄膜类型。对贵重金属(尤其是金)来说，接触涂层是惰性的，维护接触界面的完整性 需要防止外来薄膜的形成(主要是来自接触弹片的底材铜合金)。对锡这种最常用的非贵 重金属来说，主要考虑存在其表面的氧化问题。最普通的复合镀层包括一个金-镍合金 可分离式界面和镀锡固定式界面。
图3: 公端端子型态。
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圖4:配合0.25“ SQ pin的母端端子。
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2.4 连接器本体
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连接器本体部分具有如下作用：
․使各接触弹片相互隔离，不能电性导通
․固定各接触弹片
․对各接触弹片进行机械保护和支撑
․对各接触弹片进行工作环境遮蔽保护
总之，对贵金属镀层来说，保护贵金属层是首要目的；对锡镀层来说，防止磨损是首要目的。这 些考虑方向的不同将直接影响连接器的设计参数。例如，normal force大小、接触处几何形状、绝 缘本体设计以及诸如插拔力和耐久性等的结构特性等都将受到影响。
Confidential
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固定(永久性)界面一般说来只制造一次而固定使用,一般是应用在连接器安装到子系统 上。很多固定式连接分属于两种基本类别：冶金式和机械式。
冶金式如焊接，它要由连接器和子系统之间接触界面的结构而定。低温焊接是主要的 冶金式连接，高温焊接同样也被应用，并且在较小的线缆中应用得越来越多。低温焊 接连接在制造印刷线路板装配上尤其重要。
2.3 接触弹片
Conn. R&D
接触弹片在连接器上具有以下3个作用：
․1. 在组件之间提供一条导通电讯号的路径
․2. 产生并维持接触弹片接触面的压力
․3. 允许永久连接的形成
第一个作用，只要使用常用的铜或者铜合金材料就可轻易达到令人满意的效果。铜合金的导电率虽然很低，只 有铜导电率的10%到30%，但是，对大多数连接器来说，这个导电率已经足够了。然而材料的导电率在用作高 电流或电源分配的连接器中的确起着越来越重要的作用，因为，在这种连接器中，由焦耳热和微电压降引起的 规定温升要求更低的阻抗。
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Confidential
圖2: 固定連接的種類示意圖。
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2.2 接触镀层-功能
Conn. R&D
接触涂层包含两个重要的功能：
．避免接触弹片底材腐蚀
．优化接触界面的结构
第一个功能仅仅需要接触弹片(一般为铜合金)完全被涂层覆盖，并且涂层自身能防腐蚀 和能像薄膜一样覆盖在表面。
Conn. R&D
Confidential
图1 连接器结构图
2020/12/8 Page:4/20
2.1 接触接口
Conn. R&D
有两种不同的接触界面：可分离界面和固定(永久性)界面。
可分离界面是在每次连接器配合时建立的。界面的结构主要是由接触端的几何形状、 端子之间的作用力(normal force)以及接触涂层而定。可分离界面包括有微小的(微米计 )连接部位(端子normal force作用于粗糙的接触表面下形成的)。接触界面的形态将决定 三个重要的连接器功能性参数：接触电阻，连接器配合力以及连接器耐用性。