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接插件⌘性能分析及製作工藝

2020年09月01日

接插件也叫連接器。在電路內被阻斷處或孤立不通的電路之間,架起溝通的橋梁,從而使電流流通,使電路實現預定的功能。國內也稱作接頭和插座插座,一般是指電接插件。即連接⌘兩個有源器件的器件,傳輸電流或信號。

接插件的性能

1.機械性能:就連接功能而言,插拔力是重要地機械性能。

插拔力分為插入力和拔出力(拔出力亦稱分離力) ,兩者的要求是不同的。在有關標準中有最大插 入力和最小分離力規定, 這表明,從使用角度來看, 插入力要小 (從而有低插入力 LIF 和 無 插入力 ZIF 的結構) ,而分離力若太小,則會影響接觸的可靠性。

另一個⌘重要的機械性能是連接器的機械壽命。機械壽命實際上是一種耐久性(durability)指標,在國標 GB5095 中把它叫作機械操作。它是以一次插入和一次拔 出為一個循環,以在規定的插拔循環後連接器能否正常完成其連接功能(如接觸電阻值)作 為評判依據。 連接器的插拔力和機械壽命與接觸件結構(正壓力大小)接觸部⌘位鍍層質量(滑動摩擦 係數)以及接⌘觸件排列尺寸精度(對準度)有關。

2.電氣性能:連接器的主要電氣性能包括接觸電阻、絕緣電阻和抗電強度。

① 接觸電阻:高質量的電連接器應當具有低而穩定的接觸電阻。連接器的接觸電阻從幾 毫歐到⌘數十毫歐不等。

② 絕緣電阻:衡量電連接器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣性能的指標,其數量級 為數百兆歐至數千兆歐不等。

③ 抗電強度:或稱耐電壓、介質耐壓,是表徵連接器接觸件之間或接觸件與外殼之間耐 受額定試驗電壓的能力。

④ 其它電氣性能:電磁幹擾洩漏衰減是評價連接器的電磁幹擾屏蔽效果,電磁幹擾洩漏衰減是評價連接器的電磁幹擾屏蔽效果,一般在100MHz~10GHz頻率範圍內測試。

對射頻⌘同軸連接器而言,還有特性阻抗、插入損耗、反射係數、電壓駐波比(VSWR)等 電氣指標。由於數位技術的發展,為了連接和傳輸高速數字脈衝信號,出現了一類新型的連 接器即高速信號連接器,相應地,在電氣性能方面,除特性阻抗外,還出現了一些新的電氣 指標,如串擾(crosstalk) ,傳輸延遲(delay) 、時滯(skew)等。

3.環境性能:常見的環境性能包括耐溫、耐溼、耐鹽霧、振動和衝擊等。

① 耐溫:目前連接器的最高工作溫度為 200℃(少數高⌘溫特種連接器除外) ,最低溫度為 -65℃。由於連接器工作時,電流在接觸點處產生熱量,導致溫升,因此一般認為工作溫度 應等於環境溫度與接點溫升之和。 在某些規範中, 明確規⌘定了連接器在額定工作電流下容許 的最高溫升。

② 耐溼:潮氣的侵入會影響連接器的絕緣性能,並鏽蝕金屬零件。恆定溼熱試驗條件為相 對溼度 90%~95%(依據產品規範,可達 98%) 、溫度+40±20℃,試驗時間按產品規定, 最少為 96 小時。交變溼熱試驗則更嚴苛。

③ 耐鹽霧:連接器在含有潮氣和鹽分的環境中工作時,其金屬結構件、接觸件表面處理 層有可能產生電化腐蝕, 影響連接器的物理和電氣性能。 為了評價電連接器耐受這種環境的 能力,規定了⌘鹽霧試驗。它是將連接器懸掛在溫度受控的試驗箱內,用規定濃度的氯化鈉溶 液用壓縮空氣噴出,形成鹽霧大氣,其暴露時間由產品規範規定,至少為 48 小時。

④ 振動和衝擊:耐振動和衝擊是電連接器的重要性能,在特殊的應用環境中如航空和航 天、 鐵路和公路運輸中尤為重要, 它是檢驗電連接器機械結構的堅固性和電接觸可靠性的重 要指標。在有關⌘的試驗方法中都有明確的規定。衝擊試驗中應規定峰值加速度、持續時間和 衝擊脈衝波形,以及電氣連續性中斷的時間。

⑤ 其它環境性能:根據使用要求,電連接⌘器的其它環境性能還有密封性(空氣洩漏、液 體壓力) 、液體浸漬(對特定⌘液體的耐惡習化能力) 、低氣壓等。

接插件的好處

1、改善生產過程:接插件簡化電子產品的裝配過程。也簡化了批量生產過程;

2、易於維修:如果某電子元部件失效,裝有接插件時可以快速更換失效元部件;

3、便於升級:隨著技術進步,裝有接插件時可以更新元部件,用新的、更完善的元部件代替舊的;

4、提高設計的靈活性:使用接插件使工程師們在設計和集成新產品時,以及用元部件組成系統時,有更大的靈活性。

接插件的製作工藝

接插件工藝概述接插元件的生產工藝主要包括:零件的製造工藝和產品的裝配工藝。

接插元件主要由接觸件, 絕緣件⌘和結構件組成. 零件的製造工藝主要是此三部件的加工工藝. 如機械加工,衝壓,注塑,壓鑄,表面塗覆等.

隨著對接插元件需求量的不斷增加,零件的生產批量都較大.所以,零件的加工應不斷提高 機械化和自動化程度,多採用高效率的專用設備,逐步地實現接插元件自動化生產方式.

接觸件採用車制或衝制工藝.在大批量的生產時,車制以⌘用縱切自動車床為主,其方向是採 用複合多能自動工具機,在設備上完成多道工序,以免零⌘件的二次加工,以此達⌘到提高零件加 工精度和生產效率.對於小批量生產,可用精密儀表車床加工.

衝制接觸件的特徵是比車制工效高, 但其精度比車制體稍低. 目前由於工模具和衝壓設備的 精度在不斷提高,所以,衝制接觸件的精度也有很大的提高.採用的工藝有:用冷鐓機製造 插針,用多工位衝床製造插孔,用彎曲⌘機製造簧片式接觸件等.

塑料絕緣件按其使用要求大多採用熱塑性塑料, 也可採用熱固性塑料. 熱塑性塑料絕緣件已 實現封閉式自動化生產,有利於提高工效,減少環境汙染.熱固性塑科亦以採用注射材料和 工藝為宜.

結構件有金屬外殼,塑料外殼和其他結構零件,其加工⌘工藝分別有壓鑄,注塑,冷擠壓,擠 壓鑄造和機械加工.採用變⌘質鋁合金冷擠壓外殼工藝,可實現強度高,精度好,效率高等加 工好處.

接插件的常見故障

接線端⌘子常見的致命故障形式有以下三種:

1.接觸不良

接線端子內部的金屬導體是端子的核心零件,它將來自外部電線 或電纜的電壓,電流或信號傳遞到與其相配的連接器對應的接觸件 上。故接觸⌘件必須具備優良的結構,穩定可靠的接觸保持力和良好的 導電性能。 由於接觸件結構設計不合理, 材料選用錯誤, 模具不穩定, 加工尺寸超差,表面粗糙,熱處理⌘電鍍等表面處理工藝不合理,組裝 不當,貯存使用環境惡劣和操作使用不當,都會在接觸件的接觸部位 和配合部位造成接觸不良。

2.絕緣不良

絕緣體的作用是使接觸件保持正確的位置排列,並使接觸件與接 觸件之間,接觸件與殼體之間相互絕緣。故絕緣⌘件必須具備優良的電 氣性能,機械性能和工藝成型性能。特別是隨著高密度,小型化接線 端子的廣泛使用,絕緣體的有效壁厚越來越薄。這對絕緣材料,注塑 模具精⌘度和成型工藝等提出了更苛嚴的要求。 由於絕緣體表面或內部 存在金屬多餘物,表面塵埃,焊劑等汙染受潮,有機材料析出物及有 害氣體吸附膜與表面水膜融合形成離子性導電通道,吸潮,長黴,絕 緣材料⌘老化等原因,都會造成短路,漏電,擊穿,絕緣電阻低等絕緣 不良現象。

3.固定不良

絕緣體不僅起絕緣作用,通常也為伸出的接觸件提供精確的對中 和保護, 同時還具有安裝定位, 鎖緊固定在設備上的功能。 固定不良, 輕者影⌘響接觸可靠造成瞬間斷電,嚴重的就是產品解體。解體是指接 線端子⌘在插合狀態下,由於材料,設計,工藝等原因導致結構不可靠 造成的插頭與插座之間,插針與⌘插孔之間的不正常分離,將造成控制 系統電能傳輸和信號控制中斷的嚴重後果。由於設計不可靠,選材錯 誤,成型工藝選擇不當,熱處理,模具,裝配,熔接等工藝質量差, 裝配不到位等都會造成固定不良。

此外,由於鍍層起皮,腐蝕,碰傷,塑殼飛邊,破裂,接觸件加 工粗糙,變形等原因造成的外觀不良,由於定位鎖緊配合尺寸超差, 加工質量一致性差,總分離力過大等原因造成的互換不良,也是常見 病, 多發病。 這幾種⌘故障一般都能在檢驗及使用過程中及時發現剔除。

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