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连接器的基础知识
连接器基础知识
一连接器的技术基础
1什么是连接器？
连接器是电子工程技术人员经常接触的一种部件。
它的作用是在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间,架起沟通的桥梁,从而使电流流通,使电路实现预定的功能。
连接器是电子设备中不可缺少的部件,顺着电流流通的通路观察,你总会发现有一个或多个连接器。
连接器形式和结构是千变万化的,随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同,有各种不同形式的连接器。
例如,球场上点灯用的连接器和硬盘驱动器的连接器,以及点燃火箭的连接器是大不相同的。
但是无论什么样的连接器,都要保证电流顺畅连续和可靠地流通。
就泛指而言,连接器所接通的不仅仅限于电流,在光电子|激光器件技术迅猛发展的今天,光纤系统中,传递信号的载体是光,玻璃和塑料代替了普通电路中的导线,但是光信号通路中也使用连接器,它们的作用与电路连接器相同。
2为什么要使用连接器？
设想一下如果没有连接器会是怎样？
这时电路之间要用连续的导体永久性地连接在一起,例如电子装置要连接在电源稳压器上,必须把连接导线两端,与电子装置及电源通过某种方法（例如焊接）固定接牢。
这样一来,无论对于生产还是使用,都带来了诸多不便。
以汽车电池为例。
假定电池电缆被固定焊牢在电池上,汽车生产厂为安装电池就增加了工作量,增加了生产时间和成本。
电池损坏需要更换时,还要将汽车送到维修站,脱焊拆除旧的,再焊上新的,为此要付较多的人工费。
有了连接器就可以免除许多麻烦,从商店买个新电池,断开连接器,拆除旧电池,装上新电池,重新接通连接器就可以了。
这个简单的例子说明了连接器的好处。
它使设计和生产过程更方便、更灵活,降低了生产和维护成本。
连接器的好处
改善生产过程连接器简化电子产品的装配过程。
也简化了批量生产过程;
易于维修如果某电子元部件失效,装有连接器时可以快速更换失效元部件;
便于升级随着技术进步,装有连接器时可以更新元部件,用新的、更完善的元部件代替旧的提高设计的灵活性使用连接器使工程师们在设计和集成新产品时,以及用元部件组成系统时,有更大的灵活性。
3连接器的分类
多年来连接器的分类混乱,各个厂家自有其分类方法和标准。
1989年在美国国家电子配销商协会（NEDA,即NationalElectronicDistributorsAssociation缩写,它是一个工业教育组织）的支持下,生产连接器的几大厂家会聚在一起,制订了一部连接器分类标准和术语。
连接器的基本结构组成
连接器的基本结构件有
①接触件;②绝缘体;③外壳（视品种而定）;④附件。
1．接触件（contacts）是连接器完成电连接功能的核心零件。
一般由阳性接触件和阴性接触件组成接触对,通过阴、阳接触件的插合完成电连接。
阳性接触件为刚性零件,其形状为圆柱形（圆插针）、方柱形（方插针）或扁平形（插片）。
阳性接触件一般由黄铜、磷青铜制成。
阴性接触件即插孔,是接触对的关键零件,它依靠弹性结构在与插针插合时发生弹性变形而产生弹性力与阳性接触件形成紧密接触,完成连接。
插孔的结构种类很多,有圆筒型（劈槽、缩口）、音叉型、悬臂梁型（纵向开槽）、折迭型（纵向开槽,9字形）、盒形（方插孔）以及双曲面线簧插孔等。
2．绝缘体绝缘体也常称为基座（base）或安装板（insert）,它的作用是使接触件按所需要的位置和间距排列,并保证接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能。
良好的绝缘电阻、耐电压性能以及易加工性是选择绝缘材料加工成绝缘体的基本要求。
3．壳体也称外壳（shell）,是连接器的外罩,它为内装的绝缘安装板和插针提供机械保护,并提供插头和插座插合时的对准,进而将连接器固定到设备上。
4．附件附件分结构附件和安装附件。
结构附件如卡圈、定位键、定位销、导向销、联接环、电缆夹、密封圈、密封垫等。
安装附件如螺钉、螺母、螺杆、弹簧圈等。
附件大都有标准件和通用件。
连接器的三大基本性能
连接器的基本性能可分为三大类：
即机械性能、电气性能和环境性能
1．机械性能
就连接功能而言，插拔力是重要地机械性能。
插拔力分为插入力和拔出力（拔出力亦称分离力），两者的要求是不同的。
在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定，这表明，从使用角度来看，插入力要小（从而有低插入力LIF和无插入力ZIF的结构），而分离力若太小，则会影响接触的可靠性。
另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。
机械寿命实际上是一种耐久性（durability）指标，在国标GB5095中把它叫作机械操作。
它是以一次插入和一次拔出为一个循环，以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能（如接触电阻值）作为评判依据。
连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构（正压力大小）接触部位镀层质量（滑动摩擦系数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。
2．电气性能
连接器的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。
①接触电阻高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。
连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。
②绝缘电阻衡量电连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标，其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。
③抗电强度或称耐电压、介质耐压，是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。
④其它电气性能。
电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果，一般在100MHz~10GHz频率范围内测试。
对射频同轴连接器而言，还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比（VSWR）等电气指标。
由于数字技术的发展，为了连接和传输高速数字脉冲信号，出现了一类新型的连接器即高速信号连接器，相应地，在电气性能方面，除特性阻抗外，还出现了一些新的电气指标，如串扰（crosstalk），传输延迟（delay）、时滞（skew）等。
3．环境性能
常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。
①耐温目前连接器的最高工作温度为200℃（少数高温特种连接器除外），最低温度为-65℃。
由于连接器工作时，电流在接触点处产生热量，导致温升，因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。
在某些规范中，明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高温升。
②耐湿潮气的侵入会影响连接h绝缘性能，并锈蚀金属零件。
恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%（依据产品规范，可达98%）、温度+40±20℃，试验时间按产品规定，最少为96小时。
交变湿热试验则更严苛。
③耐盐雾连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时，其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀，影响连接器的物理和电气性能。
连接器在电子系统中的的重要性
从应用领域来说，连接器最大的细分市场为电信或数据通信、消费电子和电子计算机与周边设备;其次是汽车、工业自动化和仪器仪表。
与全球相比，连接器在中国国内市场的重要性还较低;第三大市场是医疗设备、航天军事、铁路与交通管制，以及电源供配设备等。
通常连接器在电子系统中的重要性往往被低估。
许多电子系统的设计人员都曾有过类似的经历：
使用最廉价的连接器，但往往最后会付出更高的成本。
连接器的错误选择和使用可造成系统无法正常操作、产品召回、产品责任案件、电路板损坏、返工和维修，继而会造成销售和顾客流失。
因此，在电子产品设计时，请不要低估了连接器的重要性，否则只会因小失大，亡羊补牢。
可见，为电子器件选择一款适合的连接器的重要性。
那么，该如何选择连接器呢?
受经济危机的影响，在做设计时是会考虑到成本因素，但除此之外，更应注重产品的高质量、高稳定性，还有连接器本身的设计特点。
我想可以通过以下几方面ERNI连接器的创新设计为电子设计师们提供一些参考意见：
第一：
双杆设计思路。
在ERNI连接器系列中双杆设计思路是贯穿始终的。
形象地讲，双杆设计可谓“一箭双雕”。
优化端子设计适应高速信号传输，提供了更高的定向公差。
在电感、电容、阻抗等方面的比较，双杆端子比盒型端子构造为高速应用而缩小，并优化以达到最小的间断性。
双杆设计允许多个连接器在一块电路板上而没有插拔或短路问题，单个连接器上无需有大量的信号。
双杆简单的走线可节省空间，使连接器更小化，焊接引脚的检测得以简单化。
比如在一块板子上放12个。
同时也降低返工成本。
实际应用比如电信终端用户设备等。
第二：
装配过程无坳弯引脚设计。
传统冲压由于处理不当会引起弯曲或者变形引脚，弯曲过程会引起毛细裂缝，从产品长期性来说不可取，还会影响电路性能及成本。
而ERNI采用了对弯角的直接冲压，冲压端子可避免弯曲过程引起的毛细裂缝，确保了完整的机电连接。
引脚共面性100%，控制至公差±0.05mm，100%的表贴引脚共面性检测确保电路板装配过程的可靠性，确保了良好的焊接，提高产品优良率、降低了成本。
并提高直角连接器的牢固性，防止连接器由于操作不当而遭损坏，用“牢不可破”来形容非常贴切。
特别适合于喷墨打印机控制器、InterfaceModule模块界面等。
第三：
高保持力的表面贴设计。
对于SMT产品，普遍认为板上的保持力很差。
难道表面贴端接的PCB保持力就要比通孔端接低吗?
答案是：
不一定。
通过设计改良是可以有效改善PCB的保持力的。
如果将焊接支架、表面贴引脚的洞口（微孔）、大焊垫三个方面叠加就可以提高保持力。
其实就连I/O连接器也能够采用表面贴引脚。
这可以形象地比喻成“落地生根”。
例如X光机、超声波扫描仪、机器人以太网交换机的设计中。
第四：
坚固性设计。
要确定连接器的牢靠性，同时允许使用平块压接工具，极板固定在外壳上以提高坚固性，达到更优越的制造过程、提高产量。
用一个词来概括就是“坚如磐石”。
具体应用例如正电子发射断层扫描仪、铁路汽车的嵌入式系统等。
第五：
高电流、小间距设计。
随着汽车电子、消费电子小型化的要求，需要考虑高电流、小间距的设计理念。
第六：
先进的锁扣设计。
ERNI采用双重锁扣设计满足不同需求，正向锁扣为强力震动应用设计，它非常适用于汽车和地铁应用，磨擦锁扣是为了一般震动应用设计的。
双重锁扣双重安全保险，确保了可靠的连接，而且现场拆卸（维修/更换）线缆不需要特殊工具。
适合应用于监控仪、LED车灯等设计。
随着连接器及互连技术在电子系统设计中重要性越来越高，请千万不要低估了连接器的作用。
产品设计工程师不仅需要关注芯片技术，也需要关注外围器件的选择，这样才能得到系统的最佳性能。
附：
汽车连接器使连接器市场需求量增大
目前汽车连接器市场份额已经占全球连接器市场份额的15％以上，这个数字还在上升中。
随着汽车业得逐渐升温，汽车连接器市场也在逐渐变热，汽车应用已成为继3C领域之后最大的连接器消费市场，连接器作为一种重要的电气连接元件，在汽车中的电子、信息系统中起着举足轻重的作用。
据了解，用在汽车音响系统和汽车导航系统的电源连接器的需求越来越多，面向媒体的系统传输、用于车内光缆网络等的发展计划也引起了广泛关注。
许多汽车制造厂商已经普遍为汽车加装了安全气囊，这些气囊和刹车防抱死装置都将加大对柔性电路板连接器的需求。
同时，出于环保的考虑，每辆汽车的电缆使用数量将减少，为满足这个需求，汽车厂商将逐渐使用柔性电路板连接器替代电缆。
由于汽车连接器使用层面越来越广，这对市场提出了直接的需求。
许多经销商已经意识到这个问题，早在去年记者调查中就有不少经销商在朝汽车连接器方向转向。
而目前经销商投资汽车连接器等高端连接器产品，也有了良好的投资环境，成本的降低就是一个利好的因素。
使得汽车连接器国际产品在本土销售迅速扩大，由此产生的规模效应也使连接器的销售成本大大降低。
连接器的组成和作用
1导体与连接器
为了解电子互连部件的工作原理，需要知道一些有关导体的常识。
当我们提到导体沟通了电路中的断接处时，实际上是指连接器把两个开路端连接在一起。
电路是指整个电系统，而导体是电流流通的实际通路。
有时你常常看不到实际的导体，因为它被绝缘材料或介电材料包覆着。
有了介电材料导体就可以平行排放，而且不会相互干扰。
下面的表介绍常用导体。
连接器中使用的导体
导体
应用
分立导线
单根导线或电缆
广泛用于多种电子设备
双绞线
由两根小号绝缘导线绕绞在一起，覆以外皮而组成的电缆。
两个导线通常良好绝缘。
普通电话电缆和家用导线都是双绞线。
计算机网络
电信
同轴电缆
它由直径较小的铜导线（内导体）同轴地安放在直径较大的外导体之内，两者之间由介电体隔离和支撑。
它们的最外面在包覆以绝缘材料。
视频
带状电缆
名称源自于其外观酷似丝带。
又称为平面电缆。
它是一组平行导体整体覆以绝缘材料组成的。
导体有两种形式，一
种是圆形截面的导体，另一种是扁平柔性电缆（请看下面介绍）。
计算机和外设
印制电路板（PCB）
PCB是在敷铜聚合板上，通过蚀刻加工，印制上电路。
计算机和外设
扁平柔性电缆/扁平平面电路（FFC/FPC）
它与带状电缆类似，但导体是扁平的，不是圆形的。
导体横截面为矩形且极薄。
办公室设备，保安系统，通信，自动售货机
纤维光缆
光纤导体有许多种类和模式，但最常见的是玻璃、塑料包覆的硅石英或塑料，光通过它们传导或传输。
高速数据传输，如计算机网络和通信系统
2连接器的组成部分及术语
■座体（housing）
■底座（header）
■接触部份（contacts）－端子和插针
■连接器用的金属
■阳和阴■镀层
■键和定位
■电路标识
■线规（线号）
座体（housing）
连接器座体具有如下作用：
■支撑接触部份（插针、簧片等），使之牢固正确就位
■防尘、防污和防潮，保护接触部份和导体
■使电路彼此绝缘
上图画出的连接器是直插式（in-line）连接器。
直插式连接器的特点是导线从连接器的一半部份接入，从另一半接出。
连接器的这两部份分别称为插头（阳头）和插座（阴座）。
底座（header）
安装在印制电路板上的连接器，其所用的座体称为底座（header），又称基座（base）或片座（wafer）。
Molex公司采用座体这个名称。
底座和座体的主要差别在于底座总是与电路引脚安装在一起，而座体只是空壳。
底座有两种形式：
有罩的和无罩的。
护罩是指连接器的插针和插座，在交合部份周围用座体或护裙作成的保护罩。
底座还有摩擦锁紧型（frictionlockstyle）的，它是部份有罩的底座，但是具有锁紧装置，它使底座与座体的结合更可靠（见下图）。
Molex生产的底座有许多形状，最常用的是两种形状：
直针（又称垂直）和直角。
底座的列数也可以不同，可以是单列插针的，也可以是多列插针的（见下图）。
Molex座体使用的塑料
Molex的座体使用的塑料是热塑性塑料，可以多次熔化和固化。
Molex还收集塑造加工过程的剩余塑料，经粉碎再次利用。
下面介绍Molex用于高温环境的专用塑料。
这种塑料具有优异的耐高温特性。
用于表面贴焊安装（SMT,surfacemountmethodoftermination）的连接器需要这种塑料。
还有一种表面插焊安装（SMC,surfacemountcompatible）的连接器。
两者的差别在于SMC把插针插入过孔后再焊接在PCB板上；而SMT利用焊脚贴焊在PCB板表面上。
由于需要焊接，塑料必须能耐高温。
也就是说，表面安装用的连接器座体，必须能够承受高温。
（见下图例）
SMT,SMC和高温塑料
高温聚酯座体
PCB板
利用SMC端接方法，把小型插合的线到板单列直角底座，装接在PCB板上。
利用SMT端接方法，把1.50mm的连接器贴焊在PCB上。
注意焊脚处。
由于它非常靠近座体，所以用高温塑料尼龙Nylon4/6制造，能承受流动焊锡的烧烫。
下表中介绍Molex座体具体应用的塑料：
Molex座体使用的塑料
塑料
商品名称
连接器产品
优点
缺点
尼龙
Celanese
Zytel
Vydyne
KK
SPOX
高强度，柔韧性好。
化学耐受性优异。
可用多种技术和成本较低
易吸潮湿造成尺寸不稳定及机械和电气性能下降。
塑造时易溢料（moldflash）
高温尼龙
Stanyl
Milligrid
高温插头座模块
适合SMT。
高强度，高韧性和优异的延展性。
优异的化学耐受性
易吸潮湿造成尺寸不稳定及机械和电气性能下降。
塑造时易溢料。
成本比普通尼龙高
聚酯-PBT
Celanex
Crastin
Valox
QF-50
MX-50
小型DIN41612
尺寸稳定（不易吸潮）。
优异的化学耐受性。
高强度
不适于SMT。
成本较尼龙稍高。
聚酯-PCT
Thermx
Valox
SL底座
Intel的插卡
适于SMT。
尺寸稳定。
优异的化学耐受性。
高强度
可能会碎。
塑造时易溢料。
比PBT成本高
PPS
Fortron
Supec
Rytron
PLCC插座
适于SMT。
优异的化学耐受性。
尺寸稳定（不易吸潮）
易碎。
塑造时易溢料。
成本比多数热塑性塑料都高。
颜色少
LCP
Zenite
Vectra
Xydar
SIMM（内存条）
DIMM（内存条）
LFH
强度与韧性的超级组合。
适于SMT。
能够塑铸出薄壁。
优异的化学耐受性。
尺寸稳定（不易吸潮）。
无塑造时溢料
成本高。
比其它热塑性塑料柔性差。
颜色少
接触部份（Contacts）
连接器中的接触部分把要相连接的两部份导体（或导线）结合在一起。
结合后，电路就被接通，电流流过连接器。
接触部份有两种主要类型：
端子（terminal）和插针（pin）。
实物的具体形状则变化多端。
下面出示了两者的图例。
端子
插针
端子（或插针）具有两个端部：
前端和后端。
前端总是结合端，它同另一端子交合形成接触后端总是起端接作用，或是压接或接连导线（导体）（请见下图）。
下表中摘要列出了Molex连接器接触部份采用的金属，以及它们各自的优缺点。
注意接触部分所用的基体金属中都有铜合金，借以保证良好的导电性、导热性、机械性能和可工艺性。
金属
成分
优点
缺点
黄铜
铜和锌
最便宜
强度与弹性好
成形质量好
受应力和腐蚀易裂损
磷青铜
铜和锡
比黄铜弹性好
比黄铜更坚固
比黄铜导电率低
价格比黄铜贵得多
铍铜（Be-Cu）
铜和铍
优异的导电率
强度和弹性异常好
良好的抗腐蚀和抗磨损性能
价格昂贵
具有高硬度，额外磨损冲压和加工设备
镀层
把连接器的接触部份电镀，是为了改善导电性、抗腐蚀和抗磨损性，提高可焊性。
具有良好机械性能（如可成形性，弹性）的金属，常常不具备优良的导电性、抗腐蚀和抗磨损性以及可焊接性。
Molex公司把这些金属材料全部或有选择地电镀，以改善性能。
下表摘要介绍Molex主要采用的镀层金属及其特性。
镀层金属
特性
锡和锡铅合金
是Molex多数产品的标准涂覆层
改善抗腐蚀性和可焊接性
用于较低档次产品
金
用于高档次产品
极好的抗腐蚀性
价格昂贵（有选择地电镀在接触区域的关键部位）
钯镍
（表面镀薄层金）
比金便宜
极好的抗腐蚀性
薄镀金改善抗磨损性能
比金难电镀
镍
用作电镀的屏障层
定位和键
连接器往往是多插针和座孔的，因此必须保证插脚对号入座，如果操作人员疏忽，应不能插进去，以防插错或插反，造成电路事故。
这个问题通过所谓的定位装置或键可以解决。
这两种方法在技术上是有差别的，但Molex不区分两个术语。
下面具体介绍一下塑料座体保证唯一地对号插接的例子（见下图）。
从技术上说，方法1是定位，方法2是键，而方法3是定位和键的组合。
但Molex不区分。
都是为保证连接器的两半部正确对接。
接触腔孔的斜角保证保证了只有一种插入交合方式。
电路标识
因为连接器总是有许多的电路引脚，必须有办法使用户能够正确认出电路的引脚号码。
下图介绍两种常用的电路引脚号码识别方法。
左侧的座体用一个三角形指明电路引脚计号起点。
此方法非常通用。
右侧的座体用标注电路引脚具体编号"1"指明计号起点。
接线端子概述
接线系统的任务是对导线进行机械和电气的可靠连接。
Weidmüller压线框能有效地实现此功能。
接线系统
接线系统的任务是对导线进行机械和电气的可靠连接。
Weidmüller压线框能有效地实现此功能。
该压线框是用淬火硬化并经镀锌钝化的钢制成，能承受巨大力矩的钢制螺钉能牢固地压紧导线。
铜质的导电片镀上柔韧的锡-铅合金，能确保与导线保持气密、低阻、永久性联接。
该接线系统的以下优点深受用户喜爱，而被广泛采用：
接触面大，且接触压力大，并可以任意横向联络。
具有自锁、抗震、防松功能
可安装测试插孔，无需维护
接触点绝对气密、耐腐蚀
多股线允许不压接端头，可直接联接
使用方便
被全球广泛采用
接触压力大
在接线端子中，接触力是基本要素之一。
如果没有足够的接触压力，采用再好的导电材料也是无济于事的。
因为，假如接触力过低，导线与导电片之间将产生位移，从而产生氧化污染，使接触电阻增大而导致过热。
以WDU2.5压线框组件为例，只需对螺钉施加0.8Nm的扭矩，便可产生高达750N的实际接触力，且该力的大小与导线截面毫无关系。
因此，采用Weidmüller压线框就拥有不受任何环境影响，大接触面积、大接触力的永久性联接。
电压降小
接触点的电压降大小也是鉴别接线座质量的尺度之一。
既使对螺钉施以很小的力距，电压降的值仍大大低于VDE0611所要求的界限。
同时，施加的力矩在很大范围内变化，电压降几乎不变。
因此，虽然不同的操作人员所使用的力矩大小不同，却不会影响连接质量。
这是Weidmüller压线框可靠性的又一证明。
自锁功能
大的接触力只有持久地作用在导线上才有意义。
Weidmüller压线框在这方面也具有最大的可靠性。
在拧紧螺钉的过程中压线框上面带螺纹的舌片向上弹起，由此产生一个对螺钉的反作用力。
由于温度造成的导线直径的改变由压线框本身的弹性作用来抵消，因此无须再次拧紧螺钉。
对压上导线的压线框在130oC的环境下作168小时的老化试验，然后又以20倍的重力加速度作168小时的震动试验。
在完成了这些比VDE0611还要严格的试验后，导线从压线框中的拔出力仍比VDE0611的规定值高出六倍之多，而电压降仍然保持不变。
这毫不含糊地显示了Weidmüller压线框的免维护性。
气密性
多种环境因素，如温度、空气湿度等长年作用在接线端子上，因此接线端子必需有能力经受不利环境因素的考验，根据DIN41640第76章的规定所作的试验以及实际经验证明，既使在连接没有压接端头的软导线的情况下，压线框也能保持其气密性能。
（
接线端子的执行标准及优点
接线端子是系统工程重要的配套元件，从系统、分系统、机柜、组合、印制板到每个可更换的各独立单元，成千上万的接线端子如同人的神经系统分布于各系统和部位，担负着控制系统的电能传输和信号控制与传递。
所以这就决定了端子的应用场合无所不在，只要需要接线的地方都会有端子。
接线端子的执行标准:
由于接线端子的重要性,因此接线端子在设计和使用时必须符合安全及环保的有关标准.只有符合了标准,才能买的放心,用的安心,才能
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