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1、10 11 99 Page1 Foxconn連接器設計手冊 DesignGuideforConnector Revision APrepared SmarkHuo 10 11 99 Page2 大綱1 連接器產品基本特征2 塑膠零件設計2 1 塑膠結構設計2 2 塑膠材料選擇3 端子五金零件設計3 1 保持力設計3 2 正向力設計3 3 端子應力設計3 3 銅材選用4 高頻設計5 電鍍設計6 PCB焊接技術簡介 Outline 10 11 99 Page3 Characteristicofconnector 連接器的特性 高速傳輸 Highspeedtransmission 散熱 Heatdi
2、ssipation 電磁波 高頻測試 EMI RFI 噪音 Acoustics 電力分配 Powerdistribution 結構 Mechanicaldesign 外觀 Productstyling Cosmetics 環保 Environmentalprotection Recycling 10 11 99 Page4 Designconcept 輕量化 LowWeight 小型化 小pitch化 MinimumSize 低成本 LowCost 高性能 HeightPerformance 量產性 HeightProductivity 連接器設計理念 10 11 99 Page5 機械設計程
3、序 DesignProcess 10 11 99 Page6 DesignofPlasticPart 第一章 塑膠零件設計 10 11 99 Page7 DesignofPlasticPart 2 1 塑膠零件結構設計 壁厚 Thickness 設計 設計原則 1 壁厚均勻2 盡可能小的肉厚3 受力處和合膠線處要有足夠的厚度 保證一定的強度 圖示 合膠線 受力面 如果無法避免不均勻的肉厚設計時 應盡量采用逐步過渡的形式 避免突變 否則容易產生變形 不好的設計 好的設計 肉厚過渡部份 10 11 99 Page8 DesignofPlasticPart 2 1 塑膠零件結構設計 壁厚 Thick
4、ness 設計 左圖肉厚設計不均勻 右圖為改進後的設計 肉厚設計均勻 成型時不易產生縮水 氣泡 變形等不良現象 Good Good Bad Bad 10 11 99 Page9 DesignofPlasticPart 2 1 塑膠零件結構設計 加強筋 Rib 設計 主體肉厚 T拔模角度D 0 5 1 5 加強筋高度 小於5T 一般為2T 3T加強筋間距 2T 3T連接圓弧半徑 R 0 25 0 4T寬度 W 0 4 0 8T PC ABS小於0 5T ABS為0 5 0 7T 10 11 99 Page10 DesignofPlasticPart 2 1 塑膠零件結構設計 凸台設計 凸台尺寸設
5、計規范主壁厚 T拔模角 d 0 5 1 5 凸台高度 小於5T 一般2 5 3T 過渡圓弧半徑R 0 25T 0 40T凸台厚度 W 0 4T 0 8T 10 11 99 Page11 DesignofPlasticPart 2 1 塑膠零件結構設計 角撐 Gussets 設計 10 11 99 Page12 DesignofPlasticPart 2 1 塑膠零件結構設計 一般圓角設計 10 11 99 Page13 ChoiceofPlasticMaterial 連接器設計選用塑膠原料的原則由於連接器的housing結構特點基本上都是 薄肉 最小的小於0 2mm 多pin孔 細長結構 同時
6、因應IT行業的產品更新換代快 競爭激烈 所以材料的選擇必需遵循一下的原則 流動性好 可成型肉厚較薄的產品 如LCP PPS NAYLON類 高強度 抗沖擊性 耐高溫 SMT焊接制程的需要 優異的電氣性能 高絕緣電阻 低的介電常數 冷卻速度快 縮短成型周期 提高效率 節約成本 在滿足性能的狀況下 盡量選用價格便宜的材料 10 11 99 Page14 10 11 99 Page15 連接器設計常用的塑膠原料特性比較 ChoiceofPlasticMaterial 10 11 99 Page16 ChoiceofPlasticMaterial 10 11 99 Page17 ChoiceofPla
7、sticMaterial 10 11 99 Page18 ChoiceofPlasticMaterial 10 11 99 Page19 ChoiceofPlasticMaterial 10 11 99 Page20 ChoiceofPlasticMaterial 10 11 99 Page21 第二章 端子零件設計 DesignofTerminal 10 11 99 Page22 1 在連接器smt化及小型化的趨勢下 保持力的設計必須非常精準 2 保持力太大 有兩項缺點 1 增加端子插入力 易造成端子變形 2 增加housing內應力 易造成housing變形 3 保持力太小 有兩項缺點 1
8、 正向力不夠 造成電訊接觸品質不良 2 端子易鬆脫 DesignofRetainerForce 保持力的作用 固持端子于Housing中 防止脫落焊接時 提供Connector 整体保持力檢驗端子壓狀況及隔欄強度狀況 耐電壓性能 10 11 99 Page23 保持力設計參數包括 塑膠選用 端子卡榫設計 干涉量設計 smttypeconnectors必須使用耐高溫的塑膠材料 常用的包括 LCP Nylon PCT PPS等 端子卡榫設計大致分為單邊及雙邊兩類 每一邊又可以單層及雙層或三層 干涉量通常設計在0 04mm 0 13mm之間 DesignofRetainerForce 3 1 保持力
9、的影響因素 10 11 99 Page24 DesignofRetainerForce 3 1 保持力的影響因素 塑膠材料的保持力差異性很大 同一種卡榫及干涉量的設計 不同的塑料 保持力會有500gf以上的差別 一般而言 nylon的保持力大於LCP PCT則介於兩者之間 但同樣是LCP 不同廠牌間的差異性非常大 有將近400gf的差異 干涉量的設計最好介於40mm 100mm之間 因為干涉量小於40mm 保持力不穩定 大於100mm 保持力不會增加 干涉量介於兩者之間 保持力呈現性的方式增加 增加的量隨材料及卡榫設計的差異約在30 120 gf 10mm 10 11 99 Page25 De
10、signofRetainerForce 3 1 卡榫的結構設計 雙尖點雙邊卡筍 單尖平面單邊卡筍 單尖雙邊卡筍 單尖單邊卡筍 雙尖點單邊卡筍 單尖平面雙邊卡筍 10 11 99 Page26 DesignofRetainerForce 3 1 卡榫的結構對保持力的影響 1 凸點平面長度和保持力有很大的關係 長度越長 保持力越大 2 單邊卡榫較雙邊的保持力大 3 雙凸點較單凸點的保持力大 但不明顯 可以忽略 4 凸點前的導角角度與保持力無關 5 較薄的板片保持力也相對的較低6 總結而論 端子和塑膠接觸面積越大 保持力越大 而且其效果非常明顯 10 11 99 Page27 DesignofNor
11、malForce 3 2 端子正向力設計 鍍金端子正向力 50 100gf或小於100gf 鍍錫鉛端子正向力必須大於150gf 正向力與產品的可靠性有絕對的關係 正向力與接觸電阻有密切的關係 若PIN數大於200可適度降低正向力 正向力與mating unmatingforce有關 正向力與振動測試時之瞬斷 intermitance 有密切的關係 增加正向力可改善瞬斷問題 正向力會嚴重影響電鍍層之耐磨耗性 10 11 99 Page28 鍍金端子正向力輿接觸阻抗的關係 DesignofNormalForce 圖示曲線表明 當正向力大於50gf後 接觸阻抗幾乎不隨正向力而變化 10 11 99
12、Page29 端子正向力的設計必需考慮材料的最大應力 端子理論應力的計算方法如下 d 位移量 mm E 彈性係數 110Gpa s 最大應力 Mpa F N 50 100gf Formingandblanking端子設計差異及重點 F 理論正向力 DesignofStressForce 10 11 99 Page30 理論應力 材料強度 永久變形 mm 永久變形輿理論應力的關係 DesignofStressForce 10 11 99 Page31 永久變形輿正向力的關係 DesignofStressForce 10 11 99 Page32 永久變形受FEM最大應力值影響 也就是應力集中之影
13、響 因此應力集中會造成永久變形 永久變形量不會造成端子正向力降低 而是端子彈性係數 正向力 位移量 增加 當端子之理論應力值大過材料強度時 其反覆耐壓之次數及無法達到1萬次 應力愈高次數愈少 但應力超過最大值之1 8倍時尚有2000cycles 若產品設計應力高出材料強度很高時很容易產生跪針現象 DesignofStressForce 永久變形輿應力的關係 10 11 99 Page33 DesignofResistance 端子接觸理論 SURFACE1 SURFACE2 P P P P P P 10 11 99 Page34 幾何接觸形態 球對平面接觸 圓柱對圓柱接觸 圓柱對平面接觸 平面
14、對平面接觸 DesignofResistance 10 11 99 Page35 電流流過端子接觸區域時的總電阻值 RT 是為体積電阻值 RB 擠縮電阻值 RC 和簿膜電阻值 Rf 的總和 Rc Rf R 1 1 1 CR bulk R R c f SURFACE1 SURFACE2 P P P P P P DesignofResistance 10 11 99 Page36 接觸阻抗 實際阻抗實際阻抗值 素材阻抗 接觸阻抗 素材體積阻抗 L 端子導電長度 mm A 端子截面積 mm2 導電率 純銅之電阻係數 17 241 10 3 DesignofResistance Cf Rk Ie取值見
15、附頁 10 11 99 Page37 一般材料導電率表 DesignofResistance 10 11 99 Page38 DesignofResistance 10 11 99 Page39 DesignofResistance 10 11 99 Page40 ChooseofMaterial 低接觸電阻與素材電阻而滿足迴路需求腐蝕電阻須低確實插入時 須有低摩擦力與良好的導電性適當的彈性特性價格須低傳導性 Conductivity 最小素材電阻延展性 Ductility 幫助端子之成形降伏強度 YieldStrength 在彈性範圍內 可擁有大的位移應力鬆弛 StressRelaxatio
16、n 端子於長時間受力或使用於高溫時抗拒負載能力仍能維持硬度 Hardness 減少端子金屬的磨損 銅材選擇基本要求 10 11 99 Page41 銅材物性表 10 11 99 Page42 ChooseofMaterial 連接器端子常用銅材 黃銅 Brass 價格低 導電性佳 機械強度差磷青銅 PhosphorBronz 價格中等 導電性略差 機械強度佳 鈹銅 BerylliumCopper 價格高 導電性及機械強度均佳 10 11 99 Page43 隨著合金強度增加 成型性降低最小的彎曲半徑 內R 1倍銅板材料厚度材料沖壓特性方向與幾何特性 ChooseofMaterial 端子材料成型性特點 10 11 99 Page44 ChooseofMaterial 端子彈臂結構形狀 ReflexSpring RollingLeafSpring DoubleReflexSpring Pre loadedContactSpring 10 11 99 Page45 DesignofHeightFrequency 第三章 連接器高頻設計 10 11 99 Page46 HeightSpeed
