電子連接器的定義和結構組成

來自專欄電子連接器可靠性理論及評估方法4 人贊了文章

本文中的內容部分來自於英文版《Electronics connector handbook， Theory and Applications》,作者是 Robert S.Mroczkowski。本人在整理時，部分借鑒了其中的內容。並做了一定的更新。

什麼是連接器？

定義一個連接器至少有兩種方法：從功能上和從結構上。

第一種定義連接器的方法是針對其應該達到和必須達到的要求而言的。這種定義關注的是連接器應用時的功能性和運行的環境。第二種定義連接器的方法關注的是連接器本身，以及它的設計方法和製造材料。由於連接器的應用、運行環境及功能性要求直接影響連接器的設計，本文就從連接器的功能性定義開始。

1.連接器功能

連接器的應用範圍十分廣泛。電子連接器的功能性定義是：

連接器是一個電子系統，其作用是在兩個子系統之間提供一個可分離的連接，而又不會對系

統的性能產生不可接受的影響。

定義中的關鍵詞是「電子系統」、「可分離的」和「不可接受的影響」。

連接器是一種電子系統是因為：它是通過機械方法產生的電性連接。如將要討論到的，端子彈性機構所發生的偏移會在配合的兩部分間產生一個力，這就使得接觸界面之間產生金屬性連接。接觸界面「可分離性」是我們要使用連接器的首要理由。可分離性的需求具有很多的原因。它可以獨立的製造零件或子系統，而最後裝配可在一個主要的地方進行。可分離性也可以使得零件或子系統的維護或升級帶來方便，其不需要修改整個系統。可分離性得以應用的另一個原因是可攜帶性和支持外圍擴展設備。

另一方面，可分離性引入了一個額外的、在子系統間的接觸界面，此界面不能產生任何「不可接受的影響」，尤其是在系統的性能上不能產生不可接受的電性能的影響。這些影響包括：例如在系統間產生不可接受的失真或信號失效，或者是通過連接器的電能損失。毫伏電壓降產生的電能損失將會成為功能性的主要設計依據，因為由於損失使得主板的電能需求也將增加。

「可分離性」和「不可接受」的限制是由連接器的應用而定。可分離性包括在多次插拔過程中，連接器提供與另一連接器相配合所必需的作用力，保證其連接性能不受影響。典型的插拔次數需求範圍從內部連接器的幾十個周期到外圍設備的幾千個周期（比如PCMCIA 型連接器）。由於電路的數量或功能上的需要以及連接器互相連接的增加，對插拔力的要求變得更加的重要。為了提供更多的功能性要求，連接器上端子的位數也必須要增加，這樣就產生了更大的連接器配合力。根據連接器的使用場合和功能要求，其端子數從幾十到上千不等。

2 連連接器的結構

一個基本的連接器包括四個部分，這些組成部分如圖所示。

? a) 端子間的接觸界面

? b) 端子的表面處理

? c)端子的彈片

? d) 連接器的殼體

連接器的接觸界面包括兩個部分，一個是可分離的接觸界面，比如圖中的公針與母針的配合區；另一個是永久性連接界面，比如圖中的端子與PCB 的焊接或端子與電線的壓接。

圖中的放大圖是端子可分離界面的放大，可以看出端子的可分離界面都是由一些凸凹不平的點接觸的。這些接觸點的多少是由接觸界面的正壓力、硬度以及幾何形狀決定的。 當然這些參數與材料的導電率相結合就構成了接觸電阻的影響因素。

端子表面的鍍層是為了優化接觸界面的。這就是端子的表面處理。端子的表面處理可分為貴金屬鍍層和非貴金屬鍍層。貴金屬鍍層的意思就是這個材料在空氣中不易被氧化，比如金、或者鈀。非貴金屬鍍層指的是在空氣中容易被氧化的材料，比如錫和銀。

對於這兩種不同的鍍層就要考慮不同的失效機制和應用。

貴金屬鍍層多用於插拔壽合比較高的應用中，配合的端子間的正壓力可以比較小一些，磨損也少。當然插拔壽命會高很多。但是由於原子多孔性的原因，金鍍層表面會不完整，這樣就會出現孔隙腐蝕和腐蝕漫延。從而在孔隙附件形成一些氧化物，導致接觸電阻的升高。

非貴金屬的錫鍍層表面是一層氧化錫層，這層氧化錫具有自息性，可以把內部的錫與空氣隔絕開來，避免錫的進一步氧化。在應用時，需要母端子提供足夠的力把錫表面的氧化層破壞並移出，這樣才能保證公母端子是與純錫接觸形成金屬性連接的。錫比較軟，鍍錫產品的插拔壽命一般不超過25次。另外，這個接觸界面在產品的應用中就不能發生錫的再次氧化。但由於振動或者熱脹冷縮的存在，接觸界面會發生微動，從而產生微動腐蝕，這是鍍錫產品主要失效機制。主要的防護方法是增加正壓力或者使用防微動腐蝕油。當然使用鹽霧測試的方法是驗證不了這種失效的。

端子的正壓力是由端子材料決定的，端子材料的主要選擇要點是根據設計正壓力的需要，選擇材料的導電率和機械強度，更重要的一點是要確定材料的應力鬆弛性能。應力鬆弛就是材料隨著時間和溫度的變化，材料本身的機械強度會下降，也稱為老化。當然老化了的材料做成的產品的正壓力有可能會不足以保證接觸電阻，還有可能引起接觸界面的微動腐蝕。

連接器塑膠材料在選擇時主要關注材料的介電強度（其決定也連接器的耐電壓和工作電壓）；CTI(相對漏電啟痕指數）其決定了連接器的漏電可靠性；阻燃等級，包括灼熱絲要求等；RTI elec 相對工作溫度指標，其決定了連接器可以長期工作的最高溫度。當然也要關於塑膠材料的一些機械性能，使其達到相應的機械保持力和鎖扣力等設計要求。