宏致教育训练-连接器基本知识介绍(2).

1、宏致品保宏致品保2022/6/17 Page: 1連接器基本知識介紹 盧昆廷 Michael Lu 清華大學工業工程研究所畢業宏致品保部資深經理初級班2022/6/17 Page: 2主要內容主要內容n一一. . 連接器基本概念連接器基本概念n二二. .連接器的主要功能特性連接器的主要功能特性 n三三. .連接器的主要材料連接器的主要材料n四四. .電腦連接器分層電腦連接器分層n五五. .電腦連接器產品結構電腦連接器產品結構n六六.Process Flow and Quality Control Chartn七七. .連接器生產製程簡介連接器生產製程簡介n八八. .連接器常用業界標準連接器常用

2、業界標準n九九. .連接器常用測試標準連接器常用測試標準n十十. .產品應用出問題時希望客戶配合事項產品應用出問題時希望客戶配合事項n十一十一. . Q & A2022/6/17 Page: 3一一. 連接器基本概念n起源v連接器 (Connector) 的誕生是從戰鬥机的制造技朮中所孕育的. 戰役中的飛机, 必須在地面加油, 修理. 而地面上逗留時間往往決定了一場戰役的勝負. 因此, 第二次世界大戰中美軍當局致力于地面維護時間的縮短, 增加戰鬥机的服勤時間. 他們先將各種控制儀器與机件單元化, 然后再由連接器聯成一個完整的系統. 維修時, 故障的單元迅速更換后, 飛机馬上就能升空.

3、戰后AT&T貝爾實驗室成功地開發了貝爾電話系統, 接著電腦, 資訊傳送等產業的崛起, 使得源自于戰鬥机技朮的連接器有了更多的發展机會, 市場迅速地擴張.2022/6/17 Page: 4電子連接器的定義n電子連接器是一種電子機械的系統電子連接器是一種電子機械的系統, , 此系此系統提供一種可分離的連接方式統提供一種可分離的連接方式, , 在兩線路在兩線路間沒有信號失真或能量損失的情況下間沒有信號失真或能量損失的情況下, , 進進行穩定且長時間的訊號傳輸行穩定且長時間的訊號傳輸. .n基本上基本上, ,其目的是提供一低且穩定的電阻其目的是提供一低且穩定的電阻2022/6/17 Page:

4、 5連接器的基本要求n維持穩定且足夠的正向力維持穩定且足夠的正向力n破壞表面的薄膜破壞表面的薄膜n移除掉污染物移除掉污染物n減少或去除微震動滑擦減少或去除微震動滑擦n防止污染物的侵入防止污染物的侵入n維持端子電鍍層的完整性維持端子電鍍層的完整性2022/6/17 Page: 6連接器的組成連接器的組成nTHE CONNECTOR HOUSINGnTHE CONTACT SPRINGnTHE CONTACT INTERFACEnTHE CONTACT FINISH (PLATING)Terminal2022/6/17 Page: 7目的目的-Normal Forceq 正向力正向力(Normal

5、 Force) 測定接觸系統在正常使用的情況下因為任何程度測定接觸系統在正常使用的情況下因為任何程度的偏斜而造成的正向力大小的偏斜而造成的正向力大小, ,測定永久變形的量和測定永久變形的量和因為應力鬆弛而造成正向力流失的影響因為應力鬆弛而造成正向力流失的影響, ,這方面的這方面的資料還有這些資料與接觸力之間的關係將使得接資料還有這些資料與接觸力之間的關係將使得接觸面的電氣完整性和穩定性做適當的評估觸面的電氣完整性和穩定性做適當的評估, ,這是接這是接觸系統的一個重要性質之一觸系統的一個重要性質之一. .2022/6/17 Page: 8目的目的- -Vibrationq 振動振動(Vibrat

6、ion)(Vibration) 測定在設定的階級下是否發生了電路上的不連續測定在設定的階級下是否發生了電路上的不連續. . 測定當振動的情況發生時測定當振動的情況發生時, ,已經套上元件的連接器已經套上元件的連接器 彼此之間距離的位移量彼此之間距離的位移量. . 建立當有外在機械力作用時建立當有外在機械力作用時, ,連接器系統機械特性連接器系統機械特性 的完整性的完整性. . 評估當因為機械力作用而引起再接觸面上的微小評估當因為機械力作用而引起再接觸面上的微小 變動時變動時, ,對於整個接觸系統的電氣特性穩定度之對於整個接觸系統的電氣特性穩定度之 影響影響. .2022/6/17 Page:

7、9目的目的-Mechanical & Thermal Shockq 機械衝擊機械衝擊(Mechanical & Thermal Shock) ) 檢測連接器的機械和電氣上的完整性檢測連接器的機械和電氣上的完整性. .當連接器裝當連接器裝 置作用於電子設備時可能會在處理置作用於電子設備時可能會在處理, ,運輸等情況下運輸等情況下 受到振動受到振動. .q 冷熱衝擊冷熱衝擊(Thermal Shock) ) 檢測當連接器暴露於極度高溫和低溫時的電阻檢測當連接器暴露於極度高溫和低溫時的電阻, ,和和 貯存貯存, ,運輸運輸, ,使用在這些輪替的最糟情況下的衝擊使用在這些輪替的最糟情況

8、下的衝擊. .2022/6/17 Page: 10一一. 連接器基本概念連接器基本概念n連接器的用途連接器的用途: :v是作為電路間是作為電路間, , 組件間組件間, , 系統間電氣系統間電氣/ /電子傳輸電子傳輸連接部件連接部件, , 使功率或信號電流穩定可靠地流通使功率或信號電流穩定可靠地流通, , 又便于組合及維修又便于組合及維修 v是通訊是通訊, , 電腦電腦, , 家用電器家用電器, , 工業自動化工業自動化, , 汽車汽車, , 電站等電氣電站等電氣/ /電子裝置所不可缺少的重要机電元電子裝置所不可缺少的重要机電元件件 2022/6/17 Page: 11一一. 連接器基本概念連接

9、器基本概念n連接器分類連接器分類v依形狀分依形狀分: :圓形連接器圓形連接器, , 矩形連接器矩形連接器, , 印刷配線板連接器等印刷配線板連接器等v依使用頻率分依使用頻率分: :高頻連接器和低頻連接器高頻連接器和低頻連接器( (3MHZ以下以下) )和高低頻混裝和高低頻混裝連接器等連接器等v依使用條件分依使用條件分: :一般室內連接器一般室內連接器, , 耐濕連接器耐濕連接器, , 防水連接器防水連接器, , 氣密連氣密連接器接器, , 耐火連接器耐火連接器, , 防爆連接器防爆連接器, , 耐輻照連接器等耐輻照連接器等 v依用途分依用途分: :軍用連接器軍用連接器, , 商用連接器商用連接

10、器 2022/6/17 Page: 12二二. . 連接器的主要功能特性連接器的主要功能特性n連接器的主要功能特性包括連接器的主要功能特性包括: :v電氣功能特性電氣功能特性接觸阻抗接觸阻抗n是是導体電阻導体電阻, , 壓縮電阻壓縮電阻, , 皮膜電阻皮膜電阻的總和的總和絕緣阻抗絕緣阻抗n表示阻擋電流流通的難易程度表示阻擋電流流通的難易程度, , 分為分為表面電阻表面電阻和和体積電阻体積電阻介電崩潰電壓介電崩潰電壓 ( (耐電壓耐電壓) )n絕緣材料在失去其絕緣性前能承受之最大電壓絕緣材料在失去其絕緣性前能承受之最大電壓v机械功能特性机械功能特性 整件整件 (Connector) (Conne

11、ctor) 插拔力插拔力端子的插入力端子的插入力/ /拔出力拔出力端子在塑膠絕緣体內的保持力端子在塑膠絕緣体內的保持力耐插拔耐插拔2022/6/17 Page: 13二二. . 連接器的主要功能特性連接器的主要功能特性v可靠性可靠性: : 有耐濕性有耐濕性, , 耐高溫性能耐高溫性能; ; 抗振動抗振動, , 抗衝擊性能抗衝擊性能; ;可焊性等可焊性等v對于高頻連接器除有上述電氣對于高頻連接器除有上述電氣, , 机械性能外机械性能外, , 還有電壓駐波比還有電壓駐波比, , 插入損耗插入損耗, , 泄漏等高頻信號傳輸特性泄漏等高頻信號傳輸特性 2022/6/17 Page: 14連接器的組成連

12、接器的組成nTHE CONNECTOR HOUSINGnTHE CONTACT SPRINGnTHE CONTACT INTERFACEnTHE CONTACT FINISH (PLATING)2022/6/17 Page: 15基本選料概論基本選料概論- -端子端子n端子材料的選擇n端子材料的選擇,是基於製造成型性及強度性質上的綜合的考量,必須確保其正向力能維持電器穩定性.基材的選擇與使用的電鍍系統有關,鍍層亦被視為一材料系統.2022/6/17 Page: 16基本選料概論基本選料概論- -端子端子Key content material propertiesKey content mat

13、erial properties1 Yield strengthResistance to permanent set2 ConductivityElectrical resistanceT-RiseCurrent carrying capacity3 Modulus of ElasticitySpring RatePermanent Set4 ElongationCrude Indicator of Formability5 ThermalPermanent SetLoss of Normal Force over Time2022/6/17 Page: 17基本選料概論-端子qSpecif

14、ic test for contacts/materialv Normal Force正向力市連接器最重要的參數之一正向力市連接器最重要的參數之一, ,可利用此數據及其接觸可利用此數據及其接觸壓力的關係壓力的關係, ,評估電器完整性及穩定性評估電器完整性及穩定性v Stress RelaxationLoss of normal force due to overstressing the contact by mechanical means.v Thermal RelaxationLoss of normal force due to thermal environments while i

15、n stressed state.v Probe TestLoss of normal force due to repeated deflection. .2022/6/17 Page: 18基本選料概論-塑料qRecommended Plastic Evaluationv測試應在相同條件下執行測試應在相同條件下執行v測試項目測試項目1)1)耐溶性耐溶性 ( Solvent Resistance, EIA TP-11)( Solvent Resistance, EIA TP-11)2)2)耐蝕性耐蝕性 (Corrosivity(Corrosivity) )3)3)耐焊錫性耐焊錫性 (Resi

16、stance to solder heat, for process EIA (Resistance to solder heat, for process EIA TP-56)TP-56)4)4)耐熱性耐熱性 (Heat, Temperature rating of connector)(Heat, Temperature rating of connector)5)5)耐濕性耐濕性 (Humidity,Cyclic)(Humidity,Cyclic)v測試上述測試上述3)3)至至5)5)項時項時, ,端子應已完成組裝端子應已完成組裝; ; 增列的測試包含增列的測試包含端子的端子的保持力及高

17、濕度測試後經及高濕度測試後經2 2小時風乾之小時風乾之絕緣阻抗測試v補充的評估項目可塑性 (moldability) : 流動比, 填充性組裝性 (assembly considerations) : Staking, Etc.2022/6/17 Page: 19基本選料概論-塑料n耐銲錫性耐銲錫性 (Resistance to Solder Heat)v暴露在和接環境中,藉以判斷連接器的損壞(熔化,變形)敏感性.v焊接過程如同應力的釋放,在射出成型所造成的應力,於釋放的過程中會造成組件的扭曲變形,因此,灌點的位置及連接器的結構設計,更顯重要.在選擇塑料時,應與射出成型技術連同抗化性,抗熱性結

18、合在一起,單只有抗熱性是不夠的.v有的材料可能可以接受波焊接,但可能不允許其他方式的焊接.同樣的,某種尺寸可能接受一種結構設計,但可能不允許其他形式的結構設計.v尺寸檢查彎曲程度 (bow)翹曲程度 (Warpage)Wall collapsev目視檢查熔化 (melting)變形 (distortion)起泡 (blistering)2022/6/17 Page: 20基本選料概論基本選料概論- -電鍍電鍍q端子電鍍端子電鍍, ,基本上適用於保護基材基本上適用於保護基材n選擇適當的電鍍選擇適當的電鍍, ,應視一些相關連的因素而定應視一些相關連的因素而定.v正向力大小正向力大小(normal

19、force)v耐久程度耐久程度(durability levels)v端子幾何形狀端子幾何形狀(contact geometry)v使用環境的考量使用環境的考量(environmental considerations)v熱的情況熱的情況(thermal conditions)v線路的狀況線路的狀況(circuit conditions)v終結的型式終結的型式(termination styles)v成本的因素成本的因素(cost factors)2022/6/17 Page: 21基本選料概論-電鍍qRecommended Plastic Evaluation成分成分 (compositio

20、n)-(composition)-影響耐蝕性與耐磨耗性影響耐蝕性與耐磨耗性外觀外觀 (appearance)-(appearance)-重要但很主觀重要但很主觀厚度厚度 (thickness)-(thickness)-影響壽命影響壽命, ,耐蝕性與耐磨耗性耐蝕性與耐磨耗性多孔性多孔性 (porosity)-(porosity)-易發生腐蝕易發生腐蝕硬度硬度 (hardness)-(hardness)-影響耐磨耗性與機械力影響耐磨耗性與機械力粘著性粘著性 (adhesive)-(adhesive)-與加工製程有關與加工製程有關延展性延展性 (ductility)-able to be compl

21、iant(ductility)-able to be compliant耐溫性耐溫性 (thermal)-(thermal)-與操作溫度有關與操作溫度有關磨擦力磨擦力 (friction)-(friction)-磨耗磨耗, ,機械力機械力Nobility: Nobility: 耐蝕性耐蝕性2022/6/17 Page: 22基本選料概論基本選料概論- -電鍍電鍍qCLASS A : GOLD CLASS A : GOLD 鍍金鍍金最好最好, ,最有效電鍍最有效電鍍純金很軟純金很軟, ,容易摩擦容易摩擦, ,高插拔力將增加磨耗高插拔力將增加磨耗添加添加鎳鎳及及鈷鈷以增加硬度以增加硬度貴金屬表面不

22、易發生氧化或薄膜產生貴金屬表面不易發生氧化或薄膜產生最為昂貴最為昂貴鍍層薄時易產生多孔現象鍍層薄時易產生多孔現象( (產生孔蝕及產生孔蝕及edge creep)edge creep)低正向力的系統亦能使用低正向力的系統亦能使用(100 grams)(1%,1%,可減少錫鬚可減少錫鬚鍍層迴焊鍍層迴焊2022/6/17 Page: 27基本選料概論基本選料概論- -電鍍不良電鍍不良n孔隙孔隙 (Porosity in plating) (Porosity in plating) v原因原因: : 由於不連續的現象而暴露底材由於不連續的現象而暴露底材, ,係於係於製程及下列因素造成製程及下列因素造成

23、基材表面的缺陷基材表面的缺陷不潔的鍍液不潔的鍍液內應力的沉積內應力的沉積鍍層厚度鍍層厚度製程的變異製程的變異2022/6/17 Page: 28三三. . 連接器的主要材料連接器的主要材料n連接器的主要材料分為連接器的主要材料分為金屬材料金屬材料和和非金屬材料非金屬材料n電接觸點用貴金屬鍍層材料電接觸點用貴金屬鍍層材料材料材料優點優點缺點缺點金金 (Au)(Au)低接觸電阻低接觸電阻, , 耐氧化耐氧化/ /腐蝕性好腐蝕性好硬度硬度, , 溶點低溶點低, , 成本高成本高銀銀 (Ag)(Ag)價格低價格低容易變色容易變色鈀鈀 (Pd)(Pd)不粘附不粘附, , 耐磨性好耐磨性好, , 可防止擴

24、散可防止擴散電鍍技術難電鍍技術難, ,成本高成本高2022/6/17 Page: 29三三. . 連接器的主要材料連接器的主要材料n電鍍用錫鉛電鍍用錫鉛/ /錫銅合金錫銅合金v錫具有較好的抗腐蝕錫具有較好的抗腐蝕, , 抗變色抗變色, , 而且無毒而且無毒, , 可可焊焊, ,柔軟和延展性好等優點柔軟和延展性好等優點, , 很早就被開發利用很早就被開發利用v錫鍍層在特定環境中能生長錫鍍層在特定環境中能生長“錫鬚錫鬚”, , 所以加所以加入少量的鉛與錫進行共沉積電鍍入少量的鉛與錫進行共沉積電鍍, , 然後用加熱然後用加熱方法去除應力方法去除應力, , 這能防止這能防止“錫鬚錫鬚”生長生長v現因為

25、環保的趨勢現因為環保的趨勢, , 業界已逐漸改用錫銅合金業界已逐漸改用錫銅合金取代取代n在基體材料是黃銅時在基體材料是黃銅時, , 應先鍍鎳或銅作底鍍層。應先鍍鎳或銅作底鍍層。 2022/6/17 Page: 30三三. . 連接器的主要材料連接器的主要材料n端子用彈性材料端子用彈性材料材料材料優點優點缺點缺點錫磷青銅錫磷青銅 (Phosphor (Phosphor Bronze) Bronze) 良好導電性能和抗腐蝕性能良好導電性能和抗腐蝕性能, , 容容易加工成形易加工成形價格較貴價格較貴 黃銅黃銅 (Brass)(Brass)導電性好導電性好, , 價格低價格低彈性差彈性差鈹青銅鈹青銅

26、(Beryllium (Beryllium Bronze)Bronze)有很高的機械性能有很高的機械性能, , 良好的導電良好的導電性能、耐熱性能、耐磨性能和抗性能、耐熱性能、耐磨性能和抗腐蝕性能腐蝕性能 鈹元素毒性較大鈹元素毒性較大, , 冶煉冶煉過程給環境造成嚴重污過程給環境造成嚴重污染染. . 價格最貴價格最貴鎳銅鎳銅有很好的機械性能有很好的機械性能, , 良好的導電良好的導電性能、耐熱性能、耐磨性能和抗性能、耐熱性能、耐磨性能和抗腐蝕性能腐蝕性能價格高於錫磷青銅價格高於錫磷青銅 2022/6/17 Page: 31三三. . 連接器的主要材料連接器的主要材料n非金屬材料非金屬材料 工程

27、塑料工程塑料v能用來替代金屬的塑膠材料能用來替代金屬的塑膠材料v能適用於結構及機器零件材料能適用於結構及機器零件材料v耐溫均超過耐溫均超過 100 100 n熱塑性工程塑膠具有良好的電氣性能、機械性能、抗化學熱塑性工程塑膠具有良好的電氣性能、機械性能、抗化學性能性能, , 以及良好的加工性能以及良好的加工性能, , 是電子連接器製造商的主要是電子連接器製造商的主要原料原料n連接器主要用材如下連接器主要用材如下: :2022/6/17 Page: 32三三. . 連接器的主要材料連接器的主要材料簡稱簡稱全稱全稱Tm/Tg LCP液晶類工程塑膠液晶類工程塑膠279PA9T尼龍尼龍9T265PA6T

28、尼龍尼龍6T280PCT聚對苯二甲酸環乙烷二甲酯聚對苯二甲酸環乙烷二甲酯280PPS聚苯硫醚聚苯硫醚275PA66尼龍尼龍66260PBT聚對苯二甲酸丁二脂聚對苯二甲酸丁二脂2202022/6/17 Page: 33三三. . 連接器的主要材料連接器的主要材料n其他附屬材料其他附屬材料v鋼鐵金屬鋼鐵金屬DSUBDSUB外殼外殼(Shell), (Shell), 墊片墊片(Washer), (Washer), 鎖緊扣鎖緊扣(Bail (Bail Lock), Lock), 鉤環鉤環(Bail Strip) (Bail Strip) 等等. .v不鏽鋼不鏽鋼接地彈片接地彈片v銅合金棒銅合金棒螺絲螺

29、絲(Screw), Nut (Screw), Nut 等等. .v鋅合金鋅合金Bracket, Nut Bracket, Nut 等等. . 2022/6/17 Page: 34四四. . 電腦連接器分層電腦連接器分層n依使用用途分為6層v第第1-21-2層層: : 電路封裝至電路封裝至PCPC板板v第第 3 3 層層: PC: PC板至板至PCPC板板v第第 4 4 層層: : 次系統至次系統次系統至次系統v第第 5 5 層層: PC: PC板至埠板至埠v第第 6 6 層層: : 系統至系統系統至系統 第第1-2層層第第 3 層層第第 4 層層第第 5 層層第第 6 層層2022/6/17

30、Page: 35PC Interconnection Levels 2022/6/17 Page: 36Level 2vLevel 2: Package To Board (電路封裝對電路封裝對PC板板)CPU Socket2022/6/17 Page: 37Level 3vLevel 3: Board To Board (PC板至板至PC板板)Memory Card To Motherboard: SIMM, DIMM, DDR Socket2022/6/17 Page: 38Memory Socket 產品結構產品結構2022/6/17 Page: 39Memory Socket 產品結構

31、產品結構2022/6/17 Page: 40Level 3vLevel 3: Board To Board (PC板至板至PC板板)Add On Card To Motherboard: AGP, PCI, ISA, MCA, EISA, AMR, CNR Edgecard2022/6/17 Page: 41AGP 產品結構產品結構2022/6/17 Page: 42PCI 產品結構產品結構2022/6/17 Page: 43Level 4vLevel 4: Subsystem To Subsystem (次系統至次系統次系統至次系統)Power Supply Connection: Powe

32、r Header, Socket FDD, HDD, CD-ROM, DVD Connection Header, SocketHeader & Socket2022/6/17 Page: 44PCB Header and Socket2022/6/17 Page: 45Level 5vLevel 5: Board To Port (PC板至板至PORT)DSUB Audio Jack DVI USB Mini Din IEEE 1394 DC Power Jack POF Mini USB Memory Card Conn2022/6/17 Page: 46Level 5 I/O P

33、ort2022/6/17 Page: 47Level 5 I/O Port2022/6/17 Page: 48DSUB 9 Pin Male 產品結構產品結構2022/6/17 Page: 49Stack Mini Din 產品結構產品結構2022/6/17 Page: 50Stack USB 產品結構產品結構2022/6/17 Page: 51Triple Audio Jack 產品結構產品結構2022/6/17 Page: 52六六. Process Flow and Quality Control ChartSupplier.RAW MATL.COMPONENTS, etc.IQCSTA

34、MPINGMOLDINGAUTO-LATHEPLATINGPLATINGCONN. ASSYW,HPLATINGIPQCIPQCIPQCIPQCIPQCShipping Audit (OQC)CUSTOMERW,HCABLE ASSYIPQC FQCCABLECOMPONENTCONN.DIECASTINGFQCFQCCOMPONENTShipping Audit (OQC)IPQCFQCIPQCIPQCFQCIPQCFQC2022/6/17 Page: 53七七. . 連接器生產製程簡介連接器生產製程簡介n端子沖壓端子沖壓v材料投入材料投入 開機開機 架模調試架模調試 送料送料 調機調機 (

35、 (首件檢驗首件檢驗) ) 量產量產 ( (自主檢驗自主檢驗) ) 包包裝作業裝作業 ( (入庫檢驗入庫檢驗) ) 入庫入庫n膠體成型膠體成型v材料投入材料投入 材料乾燥材料乾燥 開機開機 架模架模 調機調機 ( (首件檢驗首件檢驗) ) 量產量產 ( (自主檢驗自主檢驗) ) 包包裝作業裝作業 ( (入庫檢驗入庫檢驗) ) 入庫入庫2022/6/17 Page: 54七七. . 連接器生產製程簡介連接器生產製程簡介n連續端子電鍍連續端子電鍍v放料放料 前處理前處理 ( (電解脫酯電解脫酯, , 酸洗酸洗) ) 水洗水洗 鍍鎳鍍鎳 ( (首件檢驗首件檢驗, , 自主檢驗自主檢驗) ) 回收回收

36、 水洗水洗 鍍金鍍金 ( (首件檢驗首件檢驗, , 自主檢驗自主檢驗) ) 回收回收 水洗水洗 鍍錫合金鍍錫合金 ( (首件檢驗首件檢驗, , 自主檢驗自主檢驗) ) 水洗水洗 烘乾烘乾 收料收料n五金滾鍍作業五金滾鍍作業v上料上料 前處理前處理 ( (熱脫酯熱脫酯, , 電解脫酯電解脫酯, , 酸洗酸洗) ) 水洗水洗 鍍鎳鍍鎳 ( (首件檢驗首件檢驗, , 自主檢驗自主檢驗) ) 回回收收 水洗水洗 鍍錫合金鍍錫合金 ( (首件檢驗首件檢驗, , 自主檢驗自主檢驗) ) 水洗水洗 烘乾烘乾 收料收料2022/6/17 Page: 55七七. . 連接器生產製程簡介連接器生產製程簡介n成品組裝成品組裝v材料投入材料投入 調機調機 ( (首件檢驗首件檢驗) ) 量產量產 ( (自主自主檢驗檢驗) ) 包裝作業包裝作業 ( (入庫檢驗入庫檢驗) ) 入庫入庫2022/6/17 Page: 56八