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1、10/1199,Page1,Foxconn 連接器設計手冊,Design Guide for Connector,Revision: A Prepared: Smark Huo,10/1199,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,10/1199,Page3,Characteristic of connector,連接器的特性,高速傳輸(High speed transmi
2、ssion) 散熱(Heat dissipation) 電磁波/高頻測試(EMI/RFI) 噪音(Acoustics) 電力分配(Power distribution) 結構(Mechanical design) 外觀(Product styling & Cosmetics) 環保(Environmental protection & Recycling),10/1199,Page4,Design concept,輕量化(Low Weight) 小型化,小pitch化(Minimum Size) 低成本(Low Cost) 高性能(Height Performance) 量產性(Height
3、Productivity),連接器設計理念,10/1199,Page5,機械設計程序,Design Process,10/1199,Page6,Design of Plastic Part,第一章. 塑膠零件設計,10/1199,Page7,Design of Plastic Part,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
4、99,Page8,Design of Plastic Part,2-1.塑膠零件結構設計-壁厚(Thickness)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,10/1199,Page9,Design of Plastic Part,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2T3T 加強筋間距: 2T3T 連接圓弧半徑: R=0.250.4T 寬度(W): 0.40.8T(PC/ABS小於0.5T, ABS為0.5-
5、0.7T),10/1199,Page10,Design of Plastic Part,2-1.塑膠零件結構設計-凸台設計,凸台尺寸設計規范 主壁厚: T 拔模角(d): 0.5 -1.5 凸台高度: 小於5T(一般2.53T) 過渡圓弧半徑R: 0.25T0.40T 凸台厚度(W): 0.4T0.8T,10/1199,Page11,Design of Plastic Part,2-1.塑膠零件結構設計-角撐(Gussets)設計,10/1199,Page12,Design of Plastic Part,2-1.塑膠零件結構設計-一般圓角設計,10/1199,Page13,Choice of
6、 Plastic Material,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,10/1199,Page14,10/1199,Page15,連接器設計常用的塑膠原料特性比較,Choi
7、ce of Plastic Material,10/1199,Page16,Choice of Plastic Material,10/1199,Page17,Choice of Plastic Material,10/1199,Page18,Choice of Plastic Material,10/1199,Page19,Choice of Plastic Material,10/1199,Page20,Choice of Plastic Material,10/1199,Page21,第二章. 端子零件設計,Design of Terminal,10/1199,Page22,1. 在連接
8、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)正向力不夠，造成電訊接觸品質不良， (2)端子易鬆脫,Design of Retainer Force,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),10/1199,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。smt type connecto
9、rs 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,Design of Retainer Force,3-1. 保持力的影響因素,10/1199,Page24,Design of Retainer Force,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500 gf 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
10、近400 gf的差異。 干涉量的設計最好介於40 mm-100 mm 之間，因為干涉量小於40 mm ，保持力不穩定，大於100 mm，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)。,10/1199,Page25,Design of Retainer Force,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,10/1199,Page26,Design of Retainer Force,3-1.卡榫的結構對保持力的影響,1. 凸點平面長度和
11、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。,10/1199,Page27,Design of Normal Force,3-2. 端子正向力設計,鍍金端子正向力：50-100 gf 或小於 100 gf。 鍍錫鉛端子正向力必須大於 150 gf。 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。
12、正向力與 mating/unmating force 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。,10/1199,Page28,鍍金端子正向力輿接觸阻抗的關係,Design of Normal Force,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,10/1199,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 (110 Gpa)s : 最大應力(Mpa)F : N(50-100gf),* Formi
13、ng and blanking 端子設計差異及重點,F:理論正向力,Design of Stress Force,10/1199,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,Design of Stress Force,10/1199,Page31,永久變形輿正向力的關係,Design of Stress Force,10/1199,Page32,永久變形受 FEM 最大應力值影響，也就是應力集中之影響，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
14、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2000 cycles. 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。,Design of Stress Force,永久變形輿應力的關係,10/1199,Page33,Design of Resistance,端子接觸理論,SURFACE1,SURFACE2,P,P,P,P,P,P,10/1199,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,平面對平面接觸,Design of Resistance,10/1199,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(
15、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,Design of Resistance,10/1199,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=17.24110-3,Design of Resistance,(Cf, Rk, Ie取值見附頁),10/1199,Page37,一般材料導電率表,Design of Re
16、sistance,10/1199,Page38,Design of Resistance,10/1199,Page39,Design of Resistance,10/1199,Page40,Choose of Material,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(Yield Strength)在彈性範圍內，可擁有大的位移 應力鬆弛(Stress Relaxation)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:,10/1199,Page41,銅材物性表,10/1199,Page42,Choose of Material,連接器端子常用銅材,
