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电连接器

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关键词:

电连接器是通过机械方法产生的电性连接的一种电机系统,,其可提供可分离的界面用以连接两个次电子系统,并且对于系统的运作不会产生不可接受的作用。通常由接触界面、接触涂层、接触弹性组件、连接器塑料本体等部件组成。

电连接器的功能

  • 电连接器是一种电机系统,其可提供可分离的界面用以连接两个次电子系统,并且对于系统的运作不会产生不可接受的作用。

    定义中关键词是”电机系统”,”可分离的”和”不可接受的作用”。连接器是一种电机系统是因为,它是通过机械方法产生的电性连接。如将要讨论到的,机械式弹簧的偏向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。应用连接器在首要地方的原因是配合接口具有可分离性。可分离性的需要性具有很多的原因。它可以使得独立地制造部份或子系统而最后装配可在一个主要的地方进行。可分离性也可以使得零件或子系统的维护或升级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性和支持外围设备的扩展。

    另一方面,定义中的可分离性引入了一个额外的子系统间的界面,此界面不能引入任何”不可接受的作用”,尤其是在系统的特性上不能受电讯的影响,这些影响包括如不可接受的扭曲变形和系统间的信号退化,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标准,因此主机板的电力需求也将增加。

    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,配合周期是指连接器在不影响其性能必须提供的,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互相连接的增加,配合力量的需求变得更加的重要。为了提供更多的功能性,连接器上端子的位置也必须要增加,这样就导致了更高的连接器配合力量。由连接器的使用和功能而定,其端子数从几十到上千不等。

电连接器的结构

  • 接触界面

    事实上必须考虑到有两种不同的接触界面:可分离界面和固定(永久性)界面。可分离界面由于在首要的地方使用连接器而已经被明确的提到。固定(永久性)界面是当两个子系统相连接时在连接器功能性定义中被提到。这些界面被称为固定(永久性)界面是因为,一般说来它们只制造一次而固定使用。固定连接的例子包括卷曲型连接和压力型。在可分离性界面和固定连接之间存在很多的不同点,包括结构上和需求上的,它们在基本组件上具有共同之处.在两种情况下,产生和维护金属接触界面需要达到我们所期望的电力要求。此外,在两种情况下,金属性界面的产生是通过机械方法。

    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、端子之间的作用力以及接触涂层而定。可分离界面包括有微小的连接部,位于微观下的粗糙表面在常力的接触之下。

    很多固定式连接分属于两种基本类别:治金式和机械式。治金式如焊接,它要由连接器和子系统之间接触界面的结构而定。低温焊接是主要的治金式连接,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。而许多零组件要被焊接在印刷线路板,连接器就是其中最大的零组件之一。两种主要的焊接技术:穿孔焊接和表面焊接

    机械式的固定连接有卷曲型,insulatidisplacement,压力型,遮蔽型。。卷曲型和insulation displacement 型连接主要用在线缆上,压力型连接主要用于通孔镀金的印刷线路板上,遮蔽型连接是用在插入式印刷线路板。

    接触涂层

    接触涂层有两个重要的功能:

    .避免接触弹簧基部金属腐蚀

    .优化接触界面的结构

    第一个功能非常简单仅仅需要接触弹簧组件一般为铜合金,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。而第二个功能就要复杂得多。

    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。如前所述,一个稳定且较小的接触阻力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保护防止外部涂层的薄膜形成,主要是防止铜的接触弹簧。对锡这种最常用的非贵重金属来说,存在其表面的氧化问题是主要被考虑的。接触弹片在连接器上具有以下3个作用:在组件之间提供一条导通电讯的路径产生形成并维持接触弹片接触面的压力形成稳固的接触

    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不是很低,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能量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,由尔热和微电压降引起的规定温升要求更低的阻抗。

    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,从而产生固持力。

    连接器本体部分

    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

    对各接触弹片进行工作环境遮蔽保护

    最后一个作用—环境遮蔽,与连接器本体的设计有关,尤其与连接器本体的封闭程度有关。这种遮蔽效果在恶劣的环境中显得尤其重要。试件是镀银的,并且是在被暴露于模拟工业环境的情况下插到图示的连接器的卡边。环境中的硫腐蚀了金属外表。然而,当试样插入本体后,腐蚀便停止了。虽然卡边还有一条卡边缘槽,但是,遮蔽效果还是相当理想的。更为重要的是,这种影响可以从暴露于这种环境的连接器的接触弹片阻值变化看出来。

电连接器的分类

  • .线对线连接.

    线对线连接同样也包括了线对线缆或者线缆对线缆的形式,其定义特征是两根单线个体或者是两条线缆中的对应导线相互永久性连接。该等永久性连接更多地常见于固定连接中线对线连接以及IDC 连接。卷曲连接常见于不连续的线连接器中,IDC 因其在与导线相关及线束末端处理上具有优越性而常用于支配线缆连接器,线对线连接器具有各种各样几何形状的塑料支撑件如直角和圆形聚合形体的塑料件,还有许多不同形体之组合形状的塑料件及金属屏蔽壳体,主要在军事上得以应用。

    .板对板连接.

    前面已提到过两种类型的板对板连接器,一种是单片连接器或成为卡缘,另一种是双片连接器。第一种板对板连接器设置于电路板边缘故称卡缘,其发展至最终将会变成双片连接器,因为印刷电路板技术性能及其尺寸在不断增长,当板的尺寸增加,其结果将导致连接器的容量增大,从而端子数增多,连接器插拔力增大,电路板印刷电路的容量增大将导致线路密度过大,单片连接器很难满足其要求,所以,其最终将发展成双片连接器。

    .线或线缆对板连接.

    在线对板连接中,有一半连接器是与线或线缆相连,也有与印刷电路板相连,与前述线连接一样,板连接亦是如此,只不过需要压入或焊接两片连接器,许多卡缘式的连接器依然在应用,其端子配合界面适合可分离的连接性,线对线连接器也是大同小异,它们均是出自同一家制造厂。线对板连接器还具有很多其它的用途,其发展方向是线缆对板连接器,或是利用前述IDC的优越性进行线缆装配。

电连接器的作用

  • 随着连接器应用范围的不断扩展,它们可根据其两大基本功能而分成:信号传输及电传输两类。在电子应用领域这两类连接器的显着特点在于其端子上一定带有电流,在其它的应用当中,端子所提供的电压将同样作为很重要的考虑对象,虽然同一种端子的设计可同时作为信号和电量传输两种功用,但在多种相类似的接触方式的应用上来看,许多电传输连接器在端子设计时仅仅把电量传输的需要作为唯一目的。

    .信号传送.

    信号传送可分为两类:仿真信号传送及数字信号传送。这种分类是基于很多共同特征来描述的,不论仿真或数字信号连接器,其所需功能主要应能保护所传送的电压脉冲信号的完整性,该完整性应包括脉冲信号的波形以及其振幅。数据信号在脉冲频率上与仿真信号有所区别,其脉冲传递速度决定了所保护的脉冲的最大频率,数据脉冲的传递速度比一些典型的仿真信号要快得多,有的脉冲在连接器中的传递速度已接近千亿分之一秒的范围,在当今微电子技术领域中,通常把连接器当作一导线看待,因为与增长如此之快的频率相关的波长能比得上连接器的尺寸。

    当连接器或是一互相连络系统诸如一线缆装配被运用于高速数据信号传输中,相应的对连接器性能的描述也就改变了。代替了电阻的特征阻抗以及互相连络系统中的串音变得尤为重要。控制连接器的特征阻抗成为一大意识潮流,在线缆中便是对串音进行控制。特征阻抗在连接器中之所以具有如此重要的地位,是因为电阻的几何外形很难做到完全统一,加之连接器尺寸又很小,必须将串音的可能性最小化。在线缆中,几何形状的控制较易实现,其特征阻抗也易控制,但是线缆的长度将有可能引起潜在的串音。在连接器中控制特征阻抗是围绕这个理由而进行的,在典型的开放式端子区域,连接器阻抗(和串音)是通过控制端子以合理的分布方式而达到的。于此类信号而言,接地比率是这种分布的一种反映,接地比率减少了。当然,这样的结果就会减少可用于传送信号的端子数目。与信号端子相关的理由位置是很重要的考虑因素。为了避免接地端子的减少,具有整体的接地平面的连接器系统已经得到了中发展。前文中已经介绍过了微条和条线的几何形状。整体的接地平面允许用于传递信号端子的使用,且能提高连接器所有传递信号的密度。

    .电力应用.

    如前所述,在上下文提到的电连接器是必须传递电力的。通常其电压很低。通常用到的是如下两种电力传递方法:(1)专用于高水平的当前电力接触传递(2)和并行多笾信号接触。它们每一种方法都有优有劣。电力传输与信号传输相比有两点不同之处。第一点,也是最明显的,是用于传递较高电流。信号传递的电流通常不超过1 安培,最多也不会超过几安培,而电力传输的电流可达到几十乃至几百安培。第二点是由于电流导致的焦耳热而产生的温度升高。信号接触过程产生的焦耳热与周围的温度相差不多。相反地,电力传输的比率又是基于温度的升高,温度的升高,又产生相应的比率电流。一次30度的温度的升高通常作为一个电流比率的标准。因此,为满足电流额定值及性能的稳定性要求,控制焦耳热是很有必要的,这就需要在设计当中考虑信号传递的同时也要考虑电量的传输。尤其对电阻大的端子,焦耳热是一重要因素,必须将其减小到最低程度,而且,接触面的电阻也必须减小到最低程度,使其产生的热量最小化。从选材的角度来说,当然是选择高导电率或是横截面积较大的端子以减小电阻,另外,增高传输电压或增加接触面积亦可减小接触部分的电阻。

电连接器的测试

  • 连接器测试的类型

    首先考虑做什么测试和如何做测试。在本书中的一些叙述中,一项连接器测试包括露天条件和设定条件的操作,由此也将定义这类操作,接下来是测试手段。例如,暴露在腐蚀性环境下的接触阻抗测试一般被认为是一种环境测试。以上这些牵涉到做什么和如何做,这表明选择和如何定义这些条件,测试哪些性能和如何做测试。至少有三类测试和测试手段﹕环境测试、机械性能测试、电气性能测试。实例见表1.1。

    通过介绍测试术语,接下来考虑测试原因。

    表1.1 连接器测试类型

    类型 暴露条件 测试手段

    环境测试 混合的流动性气体 渗水性

    温度/湿度 温度升高

    热老化性 潮气吸收

    机械性能 热振动 抗拉强度

    测试 振动 摩擦系数

    耐久周期 适配力

    电气性能 过载电流 接触阻抗

    测试 电流循环 转换阻抗

    2 连接器测试的原因

    连接器测试的基本原因是鉴定连接器性能。除设计鉴定测试外,原型或试验型产品做测试可使连接器设计有充分依据,大部分连接器测试被引入每一个特定或合格测试程序用来鉴定产品性能。对于本次讨论目标,特定的或合格测试不同于那种特殊的由连接器生产厂商定义的作为每一个检测项目的测试。就条件测试而言,它是由消费者、产业界、国家的、国际标准来共同定义每一测试程序。在每个例子里,测试程序将包括大量测试项目﹕环境测试、机械性能测试、电气性能测试。测试项目和测试手段及认可的判断标准都与连接器设计必须满足的使用或市场要求有关。通常,这种露天条件和测试手段判断标准是有一些一般代表性,在种意义上覆盖了一个市场或一个使用范围而不是针对某一个特殊使用。

    当一项特别使用成为测试程序项目时,测试可能被指定为性能鉴定测试。在这样的一个例子里,暴露条件常常是更特别的。根据环境和暴露时间长度可更适当地反映对条件及特殊使用的需求。这同样是一个真实的测试手段及认可的判断标准。这样的测试是一个介于条件与性能测试的中间环节。

    可靠性测试伴随着一个相似于用在别的合格或性能测试上的测试表。然而有两个主要区别。首先,可靠性测试要求在暴露测试和操作环境间存在一个比合格测试更严格的已知的联系,换句话说,测试可靠性必须在测试与使用上有一个加速因素是已知的。这也就是说,暴露在测试A中X天要等同于在使用B中Y年。这种要求通常无法满足,并限制了做可靠性测试的。第二点不同在重要程度和统计处理上的认可判断标准。条件测试认可判断标准,例如暴露条件中阻抗的最大变化是一般性的,所以它们的价值在于,通过广泛使用,提供可接受的性能。考虑到使用,可靠性认可判断标准将反映特殊要求,这将在很多案例中明显超过合格价值。但可靠性认可判断标准还将被运用去满足更严格的统计要求——在特定的相同尺寸和数据分析——超过那些用在合格测试程序中的要求。

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