电连接器零件设计重点

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1、电连接器零件设计重点连接器各零件设计重点1. Housing连接器的主结构。 其它各零件靠它决定空间定位。 导体零件间的绝缘功能。 尺寸规划须兼顾成型性。 选材料须顾虑客户的制程条件。 因应用段需求而须限制模具进胶口者，须注明于图面上。 它是整个连接器的主体构件，其它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 不能造成破坏）。既然是主体构件，自然肩负各零件定位的责任，因 此与其它零件互配部位的尺寸与公差（包括几何公差）需拿捏适当

2、。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。其它如正位度、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 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

3、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，以一般工程塑料阻抗值而言，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，则塑料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 料隔栏破裂的情况下，可能发生塑料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料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料的好。 Housing 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

4、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 （有时在装配上其它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，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。塑料材料简单分为高温料与低温 料，以材料的热变形温

5、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stan doff 的设计。此外， standoff 有另一功能，就是提供 SMT type sol der tail 调整共平面度的基准，也可藉调整各 standoff 的高度来补偿 housing 的翘曲变形。2. Contact

6、电讯传递的桥梁，可做signal or power的传递，也 可藉后缩短端子做 detection 以确认公母座是否配接完全。 须确认其力学行为，提供适当的正向力、公母配的插拔力、保持 力、并且保持在弹性变形范围内。 为确保电气功能，尚须注意端子的尺寸、铜材与电镀规格。 有长短 pin 安排时，须考虑生产组装的便利性。 公母端子互配的 wiping distance 要足够。 公母接触区以及 SMT 焊接区须避免下料毛头，必要时 coining 成球面以免刮伤接触表面。 SMT tail 的形状与尺寸安排恰当。 fine pitch insert molding 的产品，要避免塑料包覆到端子的

7、镀 锡铅区，以免发生熔锡短路的情形。 弹性端子在悬臂根部附近应避免大角度、小半径之折弯，以免因 折弯产生的裂纹影响端子的寿命。 through hole type 端子焊脚的 pitch 不可太小，否则客户的 PC B 制作或 lay 线会有问题。 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，

8、单靠零星的细微点接触，其阻抗值可能大 到几个奥姆，造成太大的电位降，使电讯接收端无法处理。 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2 0 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, C52 10 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 mo dule conn.在接触

9、区镀金皆为30micro-inch min.。为了使连接器整 体插入力不要太大,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。端 子的保持力规格设定，因连接器经过SMT高温后会有保持力降低的 情形,因此在生产在线抽测保持力时,要求的规格下限就比端子互配 的插入力大了许多，例如每一根端子的互配插入力为30 gf，但是保 持力定成300gf min.,就是考虑到公差的变异、使用者插拔的恶劣状 况以及 SMT 高温的破坏力。端子的 LLCR 规格，除了考虑接触面的 镀层与正向力所决定的接触阻抗，尚须考虑端子本身的导体阻抗，这 就取决于端子的材

10、料、尺寸。黄铜导电性佳但是机械特性差，只适合 做公端子；磷铜导电性较差但是弹性较好，可用以制作弹性母端子； 铍铜兼具弹性好、导电性佳的特性，但是材料贵、取得困难又有环保 的问题。端子尺寸设计好之后，便可依截面积变化情形分割成数段， 分别估算其导体阻抗后累加起来，再加上适当的接触面阻抗，便可概 略估算产品的 LLCR 值。若是产品有长短不一的端子，则估算最长 端子的阻抗即可。另一电气特性是额定电流，这也取决于端子的材质与截面积，截面愈 大则单位长度的阻抗愈小，通电流所产生的热量愈少，则端子温度上 升幅度较小，也就可以传导较大的电流（额定电流的定义是:端子传递 该电流时，本身温度上升幅度不超过摄氏

11、 30 度）。公母端子的 wiping distance 设定值不可太短，一方面是为了确保清 除表面污物的效果，一方面也是为了包容自家的制造公差以及客户系 统的机构公差，一般设计，最短的端子也要有 1.0mm 的 wiping dist ance 才保险。长短 pin 的设计，有的是为了降低整体插入力而做成 长短 pin 交错；有的则是为了让端子有配接时间差，例如:希望 grou nding pin先接通，所以有几支特别长的端子作为grounding pin,另 外可安排几支最短 pin 在框口的两端作为侦测用端子，只要最短 pin 全部都接通了,就代表其它的讯号端子都已接通（因此侦测端子须安

12、 排在框口两端）。考虑产品的制造公差，长短 pin 的尺寸差异要适当，以免在 worst c ase 失去时间差的效果，一般 0.5mm 作为差异量，若一产品有长中 短三种端子，各自长度差异为0.5mm,又要确保最短pin的wiping distance 足够，则产品的尺寸会因而变大。长短 pin 的位置安排， 除非客户因其它电性功能需求而须指定位置，否则应考虑厂内组装的 便利性，因为不论是靠连续模直接冲出长短 pin 或是经过 2nd formi ng得到，总是比长度丨致的端子多耗工时或是电镀多耗贵金属，因 此应该尽量将长或短 pin 等较特殊的端子安排在同一排端子料带上 （有些产品例如 d

13、ocking connector 是由八排端子料带安装而成，则 应避免长短端子散布在八排料带上）。有些记忆卡的连接器，因为与 端子接触的是记忆卡上的金手指，有些金手指的镀金质地较软，端子 稍有不平滑，插拔三五次就可在金手指上看到明显刮痕，因此须将端 子杯口 coining 成球面以减轻磨耗。否则即使模具设计杯口上表面为 剪切面没有毛头，但是经过折弯成杯口时，该处上表面两边缘便会因 为 Poisson effect 而向上翘，因此在公母互配时就只有这向上翘起的 两条edge在公端子（或金手指）上滑动，磨耗问题仍然严重。SMT产 品的焊脚设计，在水平段最好有一个 Z 字形折弯以避免焊点上过大的 热

14、应力，另外，真正要吃锡的那一段 tail 与水平面的夹角不可太大， 否则造成只有末端或是折弯点处吃锡，都不能通过 SMT 焊锡的检验。 端子的电镀要注意避免镀锡区直接与镀金区相连，以免于 SMT 制程 中发生溢锡（solder wicking）的不良情形。当产品 pitch 很小，端子受 housing 固持的部分又很短，很难靠装配 方式得到可靠的固持效果与保持力，这时就应考虑insert molding（夹 物模压）的方式。采取此方式在端子方面要注意两点:（1）.在塑模内的封料部分的端子宽度尺寸要控制在0.03m m（正负一条 半）的变异范围内（连电镀层的厚度都要考虑进去），以免过宽遭模具压

15、 坏或是太窄出毛头。另外封料段应该是平面段，避免在折弯曲面上封 料。（2）. insert molding 时，高温液态塑料流经端子表面，温度可能高于 摄氏 300 度，会造成端子表面的锡铅熔化而随塑料向下游流动，不 巧搭接到相邻端子时，变造成射出成品的 short 问题。所以必须避免 镀锡铅区延伸到塑料覆盖区内。（这样的问题对于小 pitch 的，如 0.4 pitch 的端子来讲，就是一个常识）弹性端子在公母配时，内部应力最大的地方在悬臂的根部，应该避免 该处附近有任何应力集中的情形，折弯半径太小所造成的裂纹是严重 的应力集中处，应避免在弹性端子根部附近作半径太小的折弯，若必 须折弯则建议

16、取该材料最小 R/T 比的两倍以上的折弯半径，以免发 生裂纹。有些端子设计为电镀后做二次折弯再进行装配，二次折弯点 应该为镀锡铅区所涵盖，因为锡铅镀层比镍镀层软而延展性较佳，比 较不会因为二次折弯而产生镀层裂纹，但是也因为比较软而较容易被 折弯治具弄出刮痕。端子以压入方式与 housing 组合者，常在端子压 到定位后，治具向后退开时又发生端子向后退出一些的情形，因此最 好不要设计成端子靠肩（治具推端子的施力点）与 housing 后表面切 齐，以免无法压到位。通常靠肩部分是端子裸露在 housing 之外最宽 的地方，也就是相邻pin间隔着空气距离最短的地方，要注意此处的 耐电压能力。目前为止听过客户能容许的PCB孔缘间距最小为0.15 mm，因此如果端子在配接框口中的pitch太小，则tail应该错开成多 排以增加 PCB 孔间距。 3. Spacerspacer 主要是将端子的 tail 做精 确的定位，以方便客户将connector插件于P