连接器各构件设计重点总结.docx

1、连接器各构件设计重点总结连接器各构件设计重点总结Housing、Contact、Spacer、Shell、Board lock 等连接器构件如何设计， 这是连接器设计工程师每天都在思考的问题， 也是整机设计选用连接 器时不能忽略的要素之一。 本文正是资深连接器设计工程师做的连接 器各构件设计重点总结，是知识和经验的结晶。Housing 它是整个连接器的主体构件，其他的零件往它身上组装。它大致决 定连接器的外观尺寸， 需确认其结构强度能承受最终使用者正常使用 的破坏力或是客户明定的测试规格 （例如 :要求施加各方向的力于外接 cable，不能看到破坏 ;或是安装螺丝时，施加适当的扭力不能造成破

2、坏）。既然是主体构件，自然肩负各零件定位的责任，因此与其他零件互 配部位的尺寸与公差 （包括几何公差 ）需拿捏适当。重要 feature （例如: 安装端子的孔，其抽屉宽度 ）若是由单一模仁决定其尺寸，而该模仁 又可由磨床加工制作，则可设定尺寸公差 +/- 0.02 mm，以确保功能。 其他如正位度、平面度、轮廓度等几何公差也要适当运用，方可确保 功能。端子除了靠 housing 做空间上的定位， 还须靠 housing 对它的固持力 量来产生端子力学行为上的边界条件 （例如悬臂梁式端子的 fixed end ），进而在公母座配接时产生适当的正向力，同时避免退 pin 的情 形发生。因此端子与

3、 housing 的干涉段尺寸与形状拿捏必须非常小心。适当的端子倒刺形状以及干涉量， 才能得到适当的端子保持力， 又不 至于因干涉过大造成 housing 变形或破裂。在电气功能方面， housing 肩负各导体零件之间的绝缘功能， 以一般 工程塑胶阻抗值而言， 只要射出成型做得到的厚度， 后续加工过程又 没有造成结构破坏， 则塑胶产生的绝缘阻抗与耐电压效果都可符合规 格要求。只有在吸湿性非常强的材料或是端子压入造成塑胶隔栏破裂 的情况下， 可能发生塑胶部分的绝缘阻抗或耐电压不合格的情形， 否 则该担心的多半是裸露在塑胶之外的导体零件之间的绝缘效果， 因为 空气的绝缘效果远不及工程塑胶的好。H

4、ousing的设计除了考虑上述的功能性，也须考虑射出成型的制造 性，太厚或太薄或是厚薄不均都不适合，太厚则缩水严重，太薄不易 饱模，厚薄不均则液态塑料充填时流动波前不平衡易造成冷却翘曲。 通常制工负责画好具备零件功能性的模型交给塑模模具设计工程师， 模具工程师会依经验判定该在何处加上什么样的逃料以改善成型性， 但是若原始设计的肉厚实际尺寸已经很小而又有厚薄比例悬殊的情 形，则模具工程师也无法靠逃料调整，制工应避免此种情形发生。模 具工程师做好逃料的规划后， 应该与制工确认逃料后的结构强度是否 仍符合功能性的要求 （有时在装配上其他零件之后会有补强结构的功 效，应一并考虑，例如 :铁壳刚性够好，

5、则经过铆合于 housing 上，整 体刚性便已足够 ），确认后再进行模流分析与开模动作。塑胶材料简单分为高温料与低温料，以材料的热变形温度与一般SMT 制程温度做比较来区分高温料与低温料。一般 notebook 使用的 连接器皆须经历 SMT 高温制程，因此必须选用高温料。有些情形必 须在 housing 上表面保留足够的平面供客户作自动插件的真空吸取 区，因此须避免在该处安排进胶点或是模仁接合线， 以免真空吸嘴失 效。Housing 的底面设计要注意，避免压到 PCB上涂的锡膏，以免造成 pad间的短路，因此而有 standoff 的设计。此外， standoff 有另一功 能，就是提供

6、SMT type solder tail 调整共平面度的基准，也可借调整 各 standoff 的高度来补偿 housing 的翘曲变形。Contact 连接器的功能主要就是靠端子将电讯从一个电路系统传到另一电路 统，因此公母连接器配接之后， 须确保公母端子有对号入座并产生良 好的电气导通。 除了靠公母座的 housing shell 等零件使公母端子落在 正确的互配位置， 尚须确保公母端子间的接触正向力足够大， 足以让 电讯顺利通过接触面， 若是接触正向力不足， 则接触面的微观状况便 是只有细微的点接触， 单靠零星的细微点接触， 其阻抗值可能大到几 个欧姆，造成太大的电位降，使电讯接收端无法

7、处理。通常镀金表面 的硬度较低且金的导电性佳，因此接触面的正向力有 20 gf 便可高枕 无忧，但是设计者须有公差的观念，不可将设计的公称值定在 20 gf， 建议设在大约 40 gf左右。因为一般 I/O 连接器的插拔寿命定在数千 次，这代表端子互配时必须是做弹性的变形才能在耐插拔测试结束时 仍保有适当的接触正向力，在端子的选材上， C5210比 C5191不易降 伏。此外，端子的接触区镀金膜厚也必须能承受数千次的磨耗， 通常， 须耐 5000 次插拔的 docking conn.与 module conn.在接触区镀金皆为30micro-inch min.。为了使连接器整体插入力不要太大，

8、以免使用不 顺手甚至造成端子被顶退、 顶垮，必须注意端子前端的导引斜面不可 太陡，一般设计在 40 度角以下。2 3 4以下内容为繁体版 Housing、Contact、 Spacer、 Shell、Board lock等 連接器構件如何設計，這是連接器設計工程師每天都在思考的問題， 也是整機設計選用連接器時不能忽略的要素之一。 本文正是資深連接 器設計工程師做的連接器各構件設計重點總結，是知識和經驗的結 晶。Housing 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

9、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 又可由磨床加工制作，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。端子除瞭靠 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 （例如懸臂梁式端子的 fixed

10、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 的幹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幹涉量， 才能得到適當的端子保持力， 又不 至於因幹涉過大造成 housing 變形或破裂。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， 隻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。隻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

11、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。Housing的設計除瞭考慮上述的功能性，也須考慮射出成型的制造 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。 通常制工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，制工應避免此種情形發生。模 具工程師做好逃料的規劃後， 應該與制工確認逃料後的結構強度是否 仍符合功

12、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，應一並考慮，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。 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 制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 高溫制程，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 的底面設計要註意，避免壓到 PCB上塗的錫膏，以免造成 pad

13、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，也可借調整 各 standoff 的高度來補償 housing 的翹曲變形。Contact 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。 除瞭靠公母座的 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 是隻有細微的

14、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

15、 conn.在接觸區鍍金皆為 30micro-inch min.。為瞭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，必須註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 3 4连接器的基本知识1. 连接器 ”连接器的作用 “连接器又称接插件，主要是在电子产品、电力设备中提供方便的 电气插拔式连接， 广泛地应用于电子设备当中， 使得电子产品的生产、 维修效率得以极大提高。 由于大量采用插拔式连接， 其连接的可靠性、 接触点电阻的大小对于产品的质量来说就越来越重要， 因此必须对所 采用的连接器的性能进行全面的了解，以便合理正确地使用连接器。2 .常见的连接

16、器实物图及特点应用如表 1 所示。表1 常见的连接器实物外形及特点应用2. 连接器的结构和产品分类 分页 （1） 连接器的基本结构1接触件。 它是连接器完成电连接功能的核心零件， 一般由阳极接触 件和阴极接触件组成接触对，通过阴、阳接触件的插合完成电连接。阳极接触件为刚性零件，其形状为圆柱形（圆插针） 、方柱形（方插 针）或扁平形（插片） 。阳极接触件一般由黄铜、磷青铜制成。阴极接触件即插孔，它是接触对的关键零件，依靠弹性结构在于插 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）、折叠型（纵向开槽，“9”形）、盒形（方插孔） 以及双面面线簧插孔等。2绝缘体。 绝缘体也常称为基座或安装板， 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