连接器手册中文版

1、手册 TOC o 1-5 h z 第一章连接器总述.2第二章接触接口及接触过程20第三章接触镀层32第四章接触弹片材料62第五章连接器用工程热塑性材料85第六章可分离式电连接器102第七章永久性连接概述121第八章电线与线缆125第九章电线与线缆的机械式永久连接138第十章印刷电路板157第十一章至电路板的永久性连接173第十二章连接器的应用187第十三章连接器的类型213第十四章连接器/插座测试234第一章连接器总述这一章包括连接器技术的总述，在后面的章节之中将会提供各独立主题 的详细背景数据。定义一个连接器至少有两种方法：从功能上和从结构上。第一种描述连接器的方法是就其应该达到和必须达到的

2、要求而言的。这 样的定义集中在连接器所应用的功能性和操作的环境。第二种描述连接器的 方法集中在连接器本身，及它的设计方法和制造材料。由于连接器的应用、 操作环境及功能性要求直接影响连接器的设计，本文就从连接器的功能性定 义开始。连接器功能连接器的应用范围十分广泛，本手册的重点将会放在电连接器上，其主 要应用于3 C产品。从这个重点可以提出电连接器的功能性定义是：电连接器是一种电机系统，其可提供可分离的界面用以连接两个次电子 系统，并且对于系统的运作不会产生不可接受的作用。定义中关键词是“电机系统，”可分离的和”不可接受的作用连接器是一种电机系统是因为，它是通过机械方法产生的电性连接。如 将要讨

3、论到的，机械式弹簧的偏向会在配合的两部分间产生一个力量，这就 使得接口配合面之间产生金属性接触。应用连接器在首要地方的原因是配合 接口具有可分离性。可分离性的需要性具有很多的原因。它可以使得独立地 制造部份或子系统而最后装配可在一个主要的地方进行。可分离性也可以使 得零件或子系统的维护或升级不必修改整体个系统。可分离性得以应用的另 一个原因是可携带性和支持外围设备的扩展。另一方面，定义中的可分离性引入了一个额外的子系统间的界面，此界 面不能引入任何”不可接受的作用工尤其是在系统的特性上不能受电讯的影 响，这些影响包括如不可接受的扭曲变形和系统间的信号退化，或者是通过 连接器的电源损失，以毫伏损

4、失计算的电源损失，将会成为功能性的主要设 计标准，因此主机板的电力需求也将增加。可分离性的需求和”不可接受性”的限度要由连接器的应用而定。可分离性包括配合周期的数目，配合周期是指连接器在不影响其性能必须提供的， 以及与另一连接器相配合所必需的作用力。典型的配合周期需求其范围从内 部连接器的几十个周期到外围设备的几千个周期，比如PCMCIA型连接器。由于电路或功能的数量以及连接器互相连接的增加，配合力量的需求变得更 加的重要。为了提供更多的功能性，连接器上端子的位置也必须要增加，这 样就导致了更高的连接器配合力量。由连接器的使用和功能而定，其端子数 从几十到上千不等。可分离性和配合力量需求将会详

5、细地在 1.5.1部分中论述, 同时归类连接器的互相连接的技术水准也将加以描述。现在我们将要考虑的转向第二种定义连接器的方法-结构性的或者说设计/材料上的定义。连接器结构一个基本的连接器包括四个部分：?接触界面?接触涂层?接触弹性组件?连接器塑料本体上述组件已列在图表1.1中。本手册将会在后面的章节中详细介绍上述组件中的每一件，既要从材料 上又要从设计上介绍。从这个意义上，一个概要的各个组件介绍将能提供足 够后述讨论的上下文背景。图1.1为简要的连接器相交剖视图，插图（A）为接触涂层示意图，插图（B） 为接触界面微观结构图。接触界面事实上必须考虑到有两种不同的接触界面：可分离界面和固定（永久性

6、）界面。可分离界面（图1.1,插图A）由于在首要的地方使用连接器而已经被明 确的提到。固定（永久性）界面是当两个子系统相连接时在连接器功能性定义中被提到。这些界面被称为固定（永久性）界面是因为，一般说来它们只制造一次 而固定使用。固定连接的例子包括位于图 1.1左边的卷曲型连接和位于图1.1 右边的压力型。在可分离性界面和固定连接之间存在很多的不同点，包括结 构上和需求上的，它们在基本组件上具有共同之处.在两种情况下，产生和维护金属接触界面需要达到我们所期望的电力要求。止匕外，在两种情况下，金 属性界面的产生是通过机械方法。可分离界面是在每次连接器配合时建立的。界面的结构主要是由接触端 的几何

7、形状、端子之间的作用力以及接触涂层而定。如图 1.1中插图B所示， 可分离界面包括有微小的连接部，位于微观下的粗糙表面在常力的接触之下。 可分离界面形态学将会在第二章中加以详细描述？从这个意义上讲，足以陈述接触界面的形态学将决定三个重要的连接器功能性参数：接触阻力，连接 器配合力以及连接器耐用性（例如：配合周期将仍然支持其性能而不会退化 ）。很多固定式连接分属于两种基本类别：治金式和机械式。治金式如焊接，它要由连接器和子系统之间接触界面的结构而定。低温焊接是主要的治金式 连接，高温焊接同样也被应用，并且在较小的线缆中应用得越来越多。低温 焊接连接在制造印刷线路板装配上尤其重要。而许多零组件要被

8、焊接在印刷 线路板，连接器就是其中最大的零组件之一。两种主要的焊接技术：穿孔焊 接和表面焊接将会在1.4.2部分和第11章中介绍。机械式的固定连接有卷曲型，insulation displacementt压力型，遮蔽型。 机械式的固定连接的图解如图1.2所示。卷曲型和insulation displacement连 接主要用在线缆上，压力型连接主要用于通孔镀金的印刷线路板上，遮蔽型 连接是用在插入式印刷线路板。每一种都将会在后面的章节中详细介绍。接触涂层接触涂层如图1.1中插图A所示，显示了两个重要的功能：.避免接触弹簧基部金属腐蚀.优化接触界面的结构第一个功能非常简单仅仅需要接触弹簧组件一般

9、为铜合金，完全被涂层 覆盖，并且涂层自身能防腐蚀和能像薄膜一样覆盖在表面。而第二个功能就 要复杂得多。优化接触界面的方法，其实质就是对出现在接触界面上的薄膜的规划管 理。如前所述，一个稳定且较小的接触阻力由一不含薄膜的金属界面产生。两种主要的接触涂层，贵重金属（金，钳以及由它们组成的合金）和非贵重金属 （如锡），它们的不同主要是指在接触界面上的薄膜类型。对贵重金属（尤其是金）来说，接触涂层是惰性的，维护接触界面的完整性需要保护防止外部涂层 的薄膜形成，主要是防止铜的接触弹簧。对锡这种最常用的非贵重金属来说， 存在其表面的氧化问题是主要被考虑的。这些不同的腐蚀过程将被反映到连 接器的设计标准和性

10、能上。接触涂层的性质和选择的标准将会在第3章中加以讨论。我们曾经考虑过可分离式和固定式接触界面。事实上一些不同的涂 层被用于可分离式和固定式连接接触末端。此类接触与双向电镀相关。最普 通的双向接触电镀包括一个金-银合金可分离式界面和镀锡固定式界面。贵金属镀层.贵金属镀层实际上是一个复合层，它是指在前面第1.1图A 中所述的接触弹片基材上覆盖一层银，然后在银的表面上再覆盖一层贵金属。 常见的贵金属表面镀层是纯金，但现在也有用钳或者钳合金代替纯金的，而 且这种做法还在呈上升趋势。在许多情况下，钳或钳合金层与纯金层接合使 用以防止来于比纯金抗腐蚀能力差的镀层被腐蚀的影响。典型的贵金属层是 在1至2.

11、5微米厚的银层上覆盖0.4至0.8微米厚的贵金属层。在钳或钳合金 表面的纯金层只有0.1微米厚。下面两种钳合金最常用：80%的钳与20%的银 和60%的钳与40%的银。镇底层在几个方面提高了接触性能。这几点将在第三章进行详细说明， 下面仅列出来供参考。?减少孔隙腐蚀?提供转移腐蚀对象的覆盖层?限制基材成分的分布?提高镀层的耐久性普通金属镀层.锡是最常用的普通金属镀层，锡镀层的厚度介于2.5到5 微米之间。现在越来越多地用锡作镀层，因为，即使锡被氧化，在插拔过程 中，锡氧化物也会很轻易地脱落，从而不影响导电性能。然而，表面层再氧 化会以磨损的方式降低锡接合面的机械性能。磨损来源于几微米到几十微米

12、 的微小滑移。由于在磨损过程中，部分镇被再次氧化，从而使得镀层的电阻增加。对于用锡作为镀层的连接器来说，预防磨损是最重要的工作。较大的 接触压力和使用合适的润滑济是两种能有效地降低磨损的途径。这一点将在 第三章详述。其它的普通金属镀层，包括银和银，也将在第三章详述。总之，对贵金属镀层来说，保护贵金属层是首要目的；对锡镀层来说， 防止磨损是首要目的。这些考虑方向的不同将直接影响连接器的设计参数。 例如，正常压力大小、接触处几何形状、绝缘本体设计以及诸如插拔力和耐 久性等的结构特性等都将受到影响。这些都将在第三章叙述。接触弹片接触弹片在连接器上具有以下3个作用：?在组件之间提供一条导通电讯的路径?

13、产生形成并维持接触弹片接触面的压力?形成稳固的接触第一个作用，只要使用常用的铜或者铜合金材料就可轻易达到令人满意 的效果。铜合金的导电率虽然不是很低，只有铜导电率的 10%!U 30%,但是, 对大多数连接器来说，这个导电率已经足够了。然而材料的导电率在用作高 电流或能量分配的连接器中的确起着越来越重要的作用，因为，在这种连接 器中，由尔热和微电压降引起的规定温升要求更低的阻抗。其它两个作用就要复杂的多，并且涉及到材料特性和设计参数之间的相 互作用。接触弹片包括两种基本类型：插座弹片，通常是弹性的；插头弹片， 通常是刚性的，它使插座弹片产生弹性变形，从而产生固持力。图 1.3显示 了插头弹片的

14、外形图，图1.4显示了插座弹片的外形图。图1.3显示了带有插 入插座弹片的金手指的打印电路板和导柱/端子插头的几何外形。导柱与端子 的外形不一样，导柱是方的，而端子是圆的。图1.4显示了几种连接器的设计，所有这些都要与接触弹片对接。事实上，所有的这些设计都显示了尤其 与一种称为25方的接触弹片对接，该接触弹片呈正方形，边长为0.025英寸。我们必须综合考虑材料的各种性能，并力求达到均衡。对于可分离式接 触界面，接触弹片弹性的主要功用是提供介于两插接面的对接力。材料特性 指杨氏模数和屈服极限。这些性质严重地影响着弹性偏移性能和弹性偏移量。 屈服极限也很重要，因为它可降低插拔力。然而弹性强度必须与

15、制造和卷曲性能对应。例如，用于提供在对接面产生弹性对接力的机械强度（用屈服极限来衡量）是与成型性能和锻造性能相互对立的。以下各章将陆续对此进行讨 论。连接器本体部分连接器本体部分具有如下作用：?使各接触弹片相互隔离，不能电性导通?固定各接触弹片?对各接触弹片进行机械保护?对各接触弹片进行工作环境遮蔽保护最后一个作用一环境遮蔽，与连接器本体的设计有关，尤其与连接器本 体的封闭程度有关。这种遮蔽效果在恶劣的环境中显得尤其重要。图 1.5显 示了一个有关环境遮蔽的直观例子。该图显示的试件是镀银的，并且是在被 暴露于模拟工业环境的情况下插到图示的连接器的卡边。环境中的硫腐蚀了 金属外表。然而，当试样插

16、入本体后，腐蚀便停止了。虽然卡边还有一条卡 边缘梢，但是，遮蔽效果还是相当理想的。更为重要的是，这种影响可以从 暴露于这种环境的连接器的接触弹片阻值变化看出来。图1.6显示了仿真工业环境和暴露时间对接触弹片阻值的影响。实验环 境中包括硫氢化物、氮氧化物和氧化物，浓度为十亿分之几十到几百就足够 了。数据对插接的和未插接的连接器都适用。样品也获得了一些抵抗环境的 性能。在暴露了数十小时后，没有本体的接触弹片，其接触阻值明显地增加 了，有本体的接触弹片，其接触阻值却很少变化，这样的接触弹片在工业环 境中可以使用10年。这些数据说明了绝缘本体的遮蔽效果。上述列举的其它一些连接器本体作用与连接器本体的材

17、料特性有关。电 子特性包括电阻系数和击穿电压。这些特性影响接触弹片在连接器本体的绝 缘性能。重要的机械性能包括弯曲强度和蠕变强度，因为这些性能影响接触 弹片在本体上的牢固程度。与温度有关的特性包括连续使用和加热使聚合体 变形的温度值。使用温度和设计温度是相互关联的。在许多情况下，尤其在 表面组接中，温度起着非常重要的作用。考虑化学和温度对绝缘本体尺寸稳定的影响也是很重要的。维持连接器中心线的间距、直线度、平滑度以及曲度对连接器的装配性能和插接性能都 是很关键的。这些特性，除了与聚合体的基本特性有关外，还与成型过程有 关。接触弹片具有材料单一而设计式样千变万化的特点，而绝缘本体却具有 与之相反的

18、特点。绝缘本体的设计一般都具有许多相同的特征和要求，但其 材料却不尽相同。绝缘本体的材料是由各种需要决定的。绝缘本体的材料不 但要适应使用环境，而且还要和装配相对应。在许多情况下，正是装配过程 决定了使用何种材料。连接器的材料和设计内容将在第五章进行讨论。连接器结构的归纳本节将对连接器结构进行简单的回顾，其目的是提供一些以后将讨论的 有关连接器材料和设计标准等的内容。前面已提及的一些参数，例如：插拔 力、孔数以及绝缘性能等，将在后续章节进行讨论。然而，在结束本节之前， 还要谈谈连接器的又一个重要性能。电连接器阻抗图1.7除了侧重点不一样外基本相似，图1.7突出装入系统内连接器组件 的电阻。包括

19、三种：?可分离可分离接触面电阻?接触弹片电阻?固定连接电阻(1.1)如果测出图1.7中电连接器A,B两端所有的电阻，其阻值大概为10 20 微欧级，可根据下面等式确定：R0=Rpc+Rb+Ri其中,R0:总电阻Rpc：固定连接电阻Rb:接触弹片电阻Ri：可分离可分离接触面电阻对典型信号端子而言，接触弹片电阻占总电阻的绝大部分。与此相反， 固定连接电阻可从几十到几百微欧。 可分离接触面电阻，在100克力作用下, 为微欧级。故该电阻只占总电阻的很小部分。但是后二者的重要性在于，它们的电阻是可变的。当电连接器电阻变化时，可能是因为一个或二个可分离 接触面电阻的增加。这就是电连接器设计/原料的标准围绕

20、为确保这些接触 稳定而变化的原因。固定连接介质前面已经指出固定连接是与被连接电路直接连接，有两种主要通过这些 电连接器连接起来的媒体：（a）导线或线缆与（b）印制电路板（PWBS）c线与线缆本节将对导线和线缆作简要概述，而在第八章作详细讨论。导线由一个 导体或，如果有的话，若干导体及其绝缘体组成。绝缘体有两个功能：它使电导体绝缘并保护其不受机械损伤。哪种功能 更为重要一些，依靠导线所用何处，根据导线的运用（尤其是导线上将要承 受的温度和电压）和运用环境的机械强度来决定。聚氯乙烯（PVC）,聚乙烯, 以及聚丙烯是其中为通常运用目的而采用的最普通的绝缘材料，硅树脂橡胶 和其它的抗磨性聚合体在有机械

21、环境要求时常用作被覆材料。铜是最普通的导电材料，不管其是否镀锡或镀银。选择电镀是基于它的 运用，锡是通常运用的电镀金属而在高频率运用中则要求镀银。导线通常可 分为两种：实心与多芯。实心导线由单一导体构成，而多芯导线由若干导体 构成。多芯导线在芯线数及其位置或缠绕方式上有所不同，实心导线在导电 能力上较有利，但多芯导线对振荡有重要的适应性及抵抗性。线缆存在于各种各样的构造中，以满足一定运用范围的需要，其与单纯 导线倍加在一有被覆的导线不同，可提供机械保护，同时可减少为确保在高 频传输中隔离防护处理的必要性电阻。导线/线缆结构对机械固定式连接最重要的影响是： 单股/多股电连接器的 不同及导线/线缆

22、结束制程去除或处理屏蔽层或绝缘体的必要性。印制电路板PWB技术已经从5 0层单面板发展到带接地平面的复合式的神经网络 板与可控阻抗网络板。PWB制造工艺及运用要求将在第十章讨论。本节仅讨论有关固定连接本身。运用在PWB上比较成熟的机械连接技术为压印，及更优的适应性压印连 接。在该技术中与压印相关的端子脚插入 PWB中的通孔。其连接的稳定性依 赖于插入时形成的相应完全接触面残余的弹性力。 PWB通孔电镀材料采用铜 或锡/铜合金。在PWB应用程序中比较流行的治金技术是焊接。 有两种焊接方式常被运 用，穿孔技术（THT）与表面粘贴技术（SMT）。穿孔技术（THT）利用穿孔 及波峰焊程序。而表面粘接技

23、术（SMT）更依赖于表面衬垫，或平台，及不 同的焊接过程。与通过波峰焊的 THT技术相对的是，表面粘接技术（SMT） 是一个回流过程，在该程序前必须先通过大量技术处理贴好焊剂。SMT程序包括波峰，汽洗，红外加热，对流，及这些程序的组合。SMT因为零部件的高密度与PWB所含功能其应用迅速提高。SMT允许减小平台间隔以提高零 部件密度，同时通过消减穿孔数目提高板的配线路径。与可分连接的两个例子一样，图1.9提供了几种PWB固定连接的图示说 明：卡边缘式电连接器及两件式电连接器。二者的具体运用将在第十三章讨 论。小结关于电连接器的材料/设计及连接媒体的讨论已经涉及到许多电连接器 具体特性的要求，因此

24、，接下来本文将对电连接器作简要的说明。电连接器应用电连接器的运用可以从两方面来考虑：电连接器用在何处，例如它装在 设备上的位置，以及如何运用，例如电连接器的功能是信号传输还是配电， 其中电连接器用在何处应优先考虑。相互连接的层次通常描述电连接器用在何处的方法是根据电连接器的连接层次（ LOI）。 许多描述采用这种方式，而本手册通常采用 Granitz所述方法。LOI是指两个 连接的电路板，而非指相互连接的程序及其种类。大量连接程序与连接 /连接 器种类可用在给定层次的连接上。图 1? 10说明了与电子底板连接的连接层 次。第1级？第1级连接是芯片外部的热压焊衬垫与其外壳或所安装主电路 板间的连

25、接。导线粘接及各种不同的焊接技术基本上属于第1级连接，这些连接方式大多倾向于固定连接。第2级？第2级连接是外壳与印制电路板（PWB）的连接。DIP与PGA 插座是第2级连接的两个基本例子。然多芯片模块（MCMS）使该定义有点 复杂，但，通常，为了本论题讨论（MCM）可被看作一外壳，第2级连接为 典型的固定连接，但为了修复与升级的目的，插座是由可插入的若干零部件 组成。第3级？第3级连接是PWB之间的连接。插座（第2级）已经包含了电 连接器的基本组件，正是在第 3级将会出现更多电连接器的惯用概念。有两 种基本的PWB电连接器：卡边缘式电连接器与两件式电连接器。 正如其名称 所暗示的，卡边缘式电连

26、接器的一半（即插头或插座）为 PWB的边缘。而两 件式电连接器，具插头及插座构成金属接触。随PWB尺寸及安装接脚需求的 增加，为缩小容许公差量及减少几何形状的限制，两件式电连接器的运用比 边缘式电连接器占有优势。第4级？第4级连接是系统组件间的连接。系统组件可能是单个的 PWB 或分离的单元例如硬盘驱动器或电源。典型的第 4级连接根据连接组件的种 类，可包括两件式电连接器与线缆装配。第5级？第5级连接是系统组件与系统输入/输出间的连接。系统组件与 系统输入/输出间的连接可以是直接安装在板上的电连接器或通过一线缆。第6级？第6级连接是系统与接口设备或系统间的连接。这些连接典型 的是线缆装配。附：

27、上述几节对电连接器电阻的构成、导线及线缆的区别、电连接器与 PWB的两种连结技术及电连接器的连接层次作了简要的介绍。电连接器的总电阻由固定连接电阻、接触弹片电阻、可分离接触面电阻三部分组成，其中 接触弹片电阻占总电阻的绝大部分。线缆与导线除了结构有所不同外，更主 要是在其应用及抗干扰功能上的不同。电连接器与 PWB有穿孔技术及SMT技术，穿孔技术穿孔技术（THT）利用在PWB上穿孔及波峰焊程序，SMT已 有介绍。电连接器的连接可基本分为六级层次， 即：芯片与外壳或主电路板， 外壳与PWB, PWB之间，系统组件间，系统组件与输入酶出，系统间或系 统与其外设间。关于级别六，是有关系统与外围设备或

28、者系统与系统之间的 相互连接，最典型的便是用相连装配方式来连接。在与连接器的设计、选用方面，目前所用的连接器具相互连接的级别是 从以下几点考虑：.可分离性及耐久性的需要（可提供方便的插拔效果）.标准性（具有通用的标准，可互换） 可分离性及耐久性：早期规定，级别1和级别2所定的相互接合专指持久性。级别 3是最先 将相互连接的可分离性作为考虑因素而提出的，尤其是对于那些插拔次数较 多的连接器，对其持久性的考虑将不是摆在最重要的位置，而对插拔力大小 的考虑，随着端子数的增多而显出越来越重要的地位。低插入力和零插入力 连接器是目前人们致力开发的对象。当然，随着芯片和MCMs上的端子数的增多，该等低插入

29、力连接器或者零插入力连接器在设计时也会注重其端子耐 久性的考虑以满足连接级别2的要求。级别4和级别5着重强调连接器要满 足其不断增加的插拔次数的需要。按这样的标准制出的连接器具端子插拔力 较为适当，实际上，该等连接器即使其端子数为几十乃至几百，其插拔力仍 会小于级别3连接器的插拔力。级别6所提供的连接器在保持原有插拔力不 变的基础上，使端子有效插拔次数大幅度提高。某些与外围设备相连的诸如 电子卡连接器的端子连接，其要求插拔次数不低于数千次，这就需要在可分 离之界面严格地控制其设计及选材等各种因素，尤其要提高小型化连接器之 结构紧密度。标准性：标准性是指各种不同的连接方式之间具有通用的标准，级别

30、1和级别2所指的连接器具包装和插装的标准是很重要的。具生产和组装过程会涉及到 一部分该标准性以满足第3、第4级别之要求，而第5、第6级别的连接器具 相干性及兼容性则显得更加重要。这一观点主要是针对各种级别的连接步骤作出简要说明，指出各级别连 接方式之间具有相互交迭性，而且同一连接器或连接器类型可用在不同的连接级别当中。了解该等相互交迭性质，将会有助于了解以后所介绍的各类连 接器的功能，以作为对各种连接级别的补充说明。连接器分类这一章里，连接器将被特殊地看作是固定连接介质而不当作是连接系统 来分类。按这种分类方案连接器将有三类最基本的类型即线对线、线对板及 板对板。图1.11所示为三种类型连接器

31、的结构。我们再次强调，这三种类型 的连接方式并非截然不同。以下两个原因可说明这样的类型交迭状况。首先，同一种连接器的设计方案只需经过在连接方式上稍作改变后再重新定义，即 变成可适用于另一种类型连接方式的新的设计方案；其次，一条线缆在装配 时可于其一端装上线对线连接器而于另一端装上线对板连接器，例如：I/O连接器5级产品的外形便是其中最常见的例子。若避开这种连接形式的类别模 糊性而不谈，该等连接形式正好提供了连接器分类的有效依据。.线对线连接.线对线连接同样也包括了线对线缆或者线缆对线缆的形式，其定义特征 是两根单线个体或者是两条线缆中的对应导线相互永久性连接。该等永久性 连接更多地常见于固定连

32、接中线对线连接以及 IDC连接。卷曲连接常见于不 连续的线连接器中，IDC因其在与导线相关及线束末端处理上具有优越性而 常用于支配线缆连接器，线对线连接器具有各种各样几何形状的塑料支撑件 如直角和圆形聚合形体的塑料件，还有许多不同形体之组合形状的塑料件及 金属屏蔽壳体，主要在军事上得以应用。.板对板连接.前面已提到过两种类型的板对板连接器，如插图 1.12所示，一种是单片 连接器或成为卡缘，另一种是双片连接器。第一种板对板连接器设置于电路 板边缘故称卡缘，其发展至最终将会变成双片连接器，因为印刷电路板技术 性能及其尺寸在不断增长，当板的尺寸增加，其结果将导致连接器的容量增 大，从而端子数增多，

33、连接器插拔力增大，电路板印刷电路的容量增大将导 致线路密度过大，单片连接器很难满足其要求，所以，其最终将发展成双片 连接器。.线或线缆对板连接.在线对板连接中，有一半连接器是与线或线缆相连，也有与印刷电路板 相连，与前述线连接一样，板连接亦是如此，只不过需要压入或焊接两片连 接器，许多卡缘式的连接器依然在应用，其端子配合界面适合可分离的连接 性，线对线连接器也是大同小异，它们均是出自同一家制造厂。线对板连接 器还具有很多其它的用途，其发展方向是线缆对板连接器，或是利用前述IDC 的优越性进行线缆装配。.总结.这种形式当然不是给连接器分类的唯一方法，但这种方法确实能很好地 实现比较各种连接器的目

34、的。每一类型的连接器将在第13章里作细致地讨论，在这一章里还将讨论一些附加类型的连接器如：同轴连接器、遮蔽连接 器、过泸连接器及可控阻抗连接器等。连接器的功能应用随着连接器应用范围的不断扩展，它们可根据其两大基本功能而分成： 信号传输及电传输两类。在电子应用领域这两类连接器的显著特点在于其端 子上一定带有电流，在其它的应用当中，端子所提供的电压将同样作为很重 要的考虑对象，虽然同一种端子的设计可同时作为信号和电量传输两种功用， 但在多种相类似的接触方式的应用上来看，许多电传输连接器在端子设计时 仅仅把电量传输的需要作为唯一目的。.信号传送.信号传送可分为两类：仿真信号传送及数字信号传送。这种分

35、类是基于 很多共同特征来描述的，在这部分的介绍当中我们对其并不作详尽的讨论， 数据信号以及与其相关的连接器将在第 12章中讨论。不论仿真或数字信号连接器，其所需功能主要应能保护所传送的电压脉 冲信号的完整性，该完整性应包括脉冲信号的波形以及其振幅。数据信号在 脉冲频率上与仿真信号有所区别，其脉冲传递速度决定了所保护的脉冲的最 大频率，数据脉冲的传递速度比一些典型的仿真信号要快得多，有的脉冲在 连接器中的传递速度已接近千亿分之一秒的范围， 在当今微电子技术领域中， 通常把连接器当作一导线看待，因为与增长如此之快的频率相关的波长能比 得上连接器的尺寸。当连接器或是一互相连络系统诸如一线缆装配被运用

36、于高速数据信号传 输中，相应的对连接器性能的描述也就改变了。代替了电阻的特征阻抗以及 互相连络系统中的串音变得尤为重要。控制连接器的特征阻抗成为一大意识 潮流，在线缆中便是对串音进行控制。特征阻抗在连接器中之所以具有如此 重要的地位，是因为电阻的几何外形很难做到完全统一，加之连接器尺寸又 很小，必须将串音的可能性最小化。在线缆中，几何形状的控制较易实现， 其特征阻抗也易控制，但是线缆的长度将有可能引起潜在的串音。在连接器中控制特征阻抗是围绕这个理由而进行的，在典型的开放式端子区域，连接器阻抗（和串音）是通过控制端子以合理的分布方式而达到的。 于 此类信号而言，接地比率是这种分布的一种反映，接地

37、比率减少了。当然， 这样的结果就会减少可用于传送信号的端子数目。与信号端子相关的理由位 置是很重要的考虑因素。为了避免接地端子的减少，具有整体的接地平面的 连接器系统已经得到了中发展。前文中已经介绍过了微条和条线的几何形状。 整体的接地平面允许用于传递信号端子的使用，且能提高连接器所有传递信 号的密度。图1.13展示了一个开放端子区域和接地平面连接器的结构。.电力应用.如前所述，在上下文提到的电连接器是必须传递电力的。通常其电压很 低。通常用到的是如下两种电力传递方法：（1）专用于高水平的当前电力接触 传递（2）和并行多透信号接触。它们每一种方法都有优有劣。电力传输与信号传输相比有两点不同之处

38、。第一点，也是最明显的，是 用于传递较高电流。信号传递的电流通常不超过1安培，最多也不会超过几安培，而电力传输的电流可达到几十乃至几百安培。第二点是由于电流导致 的焦耳热而产生的温度升高。信号接触过程产生的焦耳热与周围的温度相差 不多。相反地，电力传输的比率又是基于温度的升高，温度的升高，又产生 相应的比率电流。一次30度的温度的升高通常作为一个电流比率的标准。因此，为满足电流额定值及性能的稳定性要求，控制焦耳热是很有必要 的，这就需要在设计当中考虑信号传递的同时也要考虑电量的传输。尤其对 电阻大的端子，焦耳热是一重要因素，必须将其减小到最低程度，而且，接触面的电阻也必须减小到最低程度，使其产

39、生的热量最小化。从选材的角度 来说，当然是选择高导电率或是横截面积较大的端子以减小电阻，另外，增 高传输电压或增加接触面积亦可减小接触部分的电阻。图1.13关于开放端子领域（a图）和接地平面连接器（b图）的例子。（AMP 公司许可）更高的交叉部分、多余的接触端子，都暗示提高接触压力下连接器的尺 寸。也就是说，实际上，有一个限制在贡献电接触上，包括接触媒体和接触 的尺寸。在使用贡献电接触上，电力线缆的路径，线缆大电力接触的终点及 电接触的尺寸会成为限制因素。随着在连接器设计上提倡附加的限制，并行多讯号接触允许更多传统的 连接器被用来分配电能。这些限制首先直接针对保证通过接触的电流的分配， 同时，

40、它们的热环境尽可能一致。其中以下三个因素是主要的：.电路应是平行的电子流；也就是说，如果可能的话，经过所有的接 触电压降应该是相同的。如果不同的电压降对用途来说是根本性的，则这些 电路将被区别对待。.如果可能的话，接触时的热效应会被减至最低，尤其指一大束的电 流接触将被避免。.接触的阻抗或是在全部讯号分配里一起计算的任意偏差必须相同。 例如，依靠在接触时存在的排列方式，在适当角度连接器独立接触的巨大阻 抗会有差异。在设计分配的接触时，这些差异应当被考虑。认识到所有考虑的结果是一个明确的关于接触的电流的影响能力的讨论。降低到50%可能会被意识到。换句话说，为分配 100A的讯号到PWB, 如以1

41、A的电流接触速率，那么合适的接触应当是接近 200A而不是100A,这 表明，大量接触是相当依赖于单位接触电流速率。.概述.大体上，由于受终点、路线和尺寸考虑的限制，电流分配经由贡献高电 流能力是明显的。考虑到大范围接触和连接器的用途，多数电流分配的讯号 接触的用途需要更多的详细分析，这些分析关于连接器要求和它们在本体中 位置的接触分配。连接器测试讨论到这个程度，也就牵涉到自身在连接器设计及材料、用途的考虑。 现在把注意力转向如何测试性能；也就是说，连接器测试可从两个方面来评 估：即做什么和如何做，为什么测试。连接器测试的类型首先考虑做什么测试和如何做测试。在本书中的一些叙述中，一项连接 器测

42、试包括露天条件和设定条件的操作，由此也将定义这类操作，接下来是 测试手段。例如，暴露在腐蚀性环境下的接触阻抗测试一般被认为是一种环 境测试。以上这些牵涉到做什么和如何做， 这表明选择和如何定义这些条件, 测试哪些性能和如何做测试。至少有三类测试和测试手段：环境测试、机械 性能测试、电气性能测试。实例见表 1.1。通过介绍测试术语，接下来考虑测试原因。连接器测试的原因连接器测试的基本原因是鉴定连接器性能。除设计鉴定测试外，原型或 试验型产品做测试可使连接器设计有充分依据，大部分连接器测试被引入每 一个特定或合格测试程序用来鉴定产品性能。对于本次讨论目标，特定的或 合格测试不同于那种特殊的由连接器

43、生产厂商定义的作为每一个检测项目的 测试。就条件测试而言，它是由消费者、产业界、国家的、国际标准来共同 定义每一测试程序。在每个例子里，测试程序将包括大量测试项目：环境测 试、机械性能测试、电气性能测试。测试项目和测试手段及认可的判断标准 都与连接器设计必须满足的使用或市场要求有关。通常，这种露天条件和测 试手段判断标准是有一些一般代表性，在种意义上覆盖了一个市场或一个使 用范围而不是针对某一个特殊使用。当一项特别使用成为测试程序项目时，测试可能被指定为性能鉴定测试。 在这样的一个例子里，暴露条件常常是更特别的。根据环境和暴露时间 表1.1连接器测试类型类型暴露条件测试手段环境测试混合的流动性

44、气体渗水性温度/湿度温度升高热老化性潮气吸收机械性能热振动抗拉强度测试振动摩擦系数耐久周期适配力电气性能过载电流接触阻抗测试电流循环转换阻抗长度可更适当地反映对条件及特殊使用的需求。这同样是一个真实的测试手 段及认可的判断标准。这样的测试是一个介于条件与性能测试的中间环节。可靠性测试伴随着一个相似于用在别的合格或性能测试上的测试表。然 而有两个主要区别。首先，可靠性测试要求在暴露测试和操作环境间存在一 个比合格测试更严格的已知的联系，换句话说，测试可靠性必须在测试与使 用上有一个加速因素是已知的。这也就是说，暴露在测试 A中X天要等同于 在使用B中Y年。这种要求通常无法满足，并限制了做可靠性测

45、试的。第二 点不同在重要程度和统计处理上的认可判断标准。条件测试认可判断标准， 例如暴露条件中阻抗的最大变化是一般性的，所以它们的价值在于，通过广 泛使用，提供可接受的性能。考虑到使用，可靠性认可判断标准将反映特殊 要求，这将在很多案例中明显超过合格价值。但可靠性认可判断标准还将被 运用去满足更严格的统计要求 一任特定的相同尺寸和数据分析 一匍过那些 用在合格测试程序中的要求。结论本节叙述的目的是介绍术语，并对于每个将在以下章节所提到的更详尽 的主题讨论提供一个上下文背景。第二章接触界面及接触过程在第一章已说过，接触界面的微观结构决定了电连接器的电子性能和机 械性能。例如，可分离接触界面和永久

46、性接触界面的电阻值和插接力以及耐 久性都依赖于接触界面的微观结构。因些，有关接触界面的的基本结构和接 触界面形成的过程的知识对了解接触界面对连接器的一些重要性能特征的影 响是很必要的。这些知识，反过来，又会帮助理解界面的设计和制造界面的 材料对创造和维护确实可靠的连接器特性的影响。下面的讨论将主要针对可 分离接触界面，但是，这些相似的讨论也与永久性机械接触界面有关。接触界面的形状如前所述，当把插头插入插座孔时，接触界面就产生了。威廉先生提供 了 一份说明界面产生过程的详细数据。有时候，根据连接器和地球外表的相似点，使连接器接触点 （a-spot演体 化是很有益的。事实上，乡村确实提供了一种非常

47、有用的典型连接器接触界 面的拓朴模型。山丘高度与山丘间距离的比例和连接器接触表面的微观拓朴 模型是相当相似的。两者之差异大约在1%至10%之间。根据轮廓测定法（profilometric沐口语义学（SEM）原理绘出的详细的连接器表面图与普通的地球轮 廓图是相当相似的，而且把两个导体压在一起，就象把美国的佛蒙特州翻过 来盖在英国的汉普夏郡，比例是 1: 3, 000, 0000这个模拟例子阐述了关于接触界面构形的凸凹面的重要性，并且介绍了 微观接触界面的形状，图2.1描绘了这种微观接触界面的形状。实际上，只 有接触界面的高点，即微观凸面，能够相互接触。这些微观凸面被称为接触 点。虽然它还受其它因

48、素的影响，但是接触点的数量取决于接触面的粗糙度， 这一点以后将详述。由于尺寸太小（微米数量级）；即使在“板对板”阶段，在 一克力的作用下，这些接触点也会因发生塑性变形而被破坏。这个破坏要持 续到一个足够承受施加负荷的接触表面形成时。威廉和格林针对这一问题作 了详细的讨论。从应用的角度看，上述讨论暗指实际接触界面的大小仅取决于施加的负 荷。对于一个连接器来说，该负荷对应于接触正压力。对于典型的连接器， 接触界面仅有一小部分（1 %左右）是接触的。接触正压力决定接触面积，但如何分配这些接触区域则取决于接触界面 的几何形状。如图2所示，球面接触将形成无数个圆形接触点。因些，接触界面的构形依赖于接触界

49、面的粗糙度，该接触界面的粗糙度 又影响接触点的数量、施加的负荷（该负荷影响接触面积）和接触界面的几何形 状（该几何开关又影响接触点的分布）。接触点的数量与接触界面的依赖关系是合理的，下面将作进一步说明。按照威廉和格林的观点，初始表面粗糙度决定接触点的数量，但是有多少接 触点能接触却依赖于施加的负荷。连接器表面开始接触时，只有最高的接触 点能接触导通。这些一开始就接触的接触点的变形使得接触界面越来越相互 靠近，这样，其它比一开始就接触的接触点稍低的接触点也逐渐实现接触导 通。随着负荷的增加，这样的接触点将依次变形。当足够数量的接触点变形 到某一程度，即，当所有接触点面积之和足够支承施加的负荷时，

50、这种变形 便停止了。如果引用一个硬度的概念，那么，对这个过程就可进行直观的描 述了。材料的硬度是用力和单位面积比来定义的，例如克力每平方厘米。也 就是说，如果某材料的硬度是10克力每平方厘米，那么一个10克力的负荷 或力将产生1平方厘米的接触面积。那么，接触点的数量就依赖于表面接触 点和施加的负荷。接触界面的宏观几何外形（例如球面与平面平面接触）决定了机械接触面 积在整个接触面积中的分配方式。图 2.3描述了影响的过程，该图用实例说 明了当外载荷增加时，接触点的尺寸和数量也相应地变化。摘自Green Woo由勺图2.4提供了一个上述观点的实验依据，该实验显示， 当一个钢球分别用两种不同的载荷，

51、如 20克力和80克力去挤压一平面时， 两者的接触界面就产生了。该实验表明，在载荷作用下，接触点的数量、单 个接触点的尺寸，以及由无数接触点组成的宏观接触区域面积都将相应地增 加，这一结果与上面的论述完全相符。接触界面的粗糙度或接触点模型可以描述如下：接触界面是由分布于宏观接触区域上的接触点组成的。宏观接触区域的大小 取决于接触界面的几何外形。接触点的数量和大小处决于表面粗糙度和负荷。 负荷也决定了接触界面的光洁度。这种模型描述了接触界面上的机械构形，但是它仅仅从微观上描述了接 触界面的外形。然而，考虑精炼炉的细微表面，甚至其表面的原子或分子结 构都是非常重要的。所有的金属表面都覆盖着一层原子

52、数量级的薄膜。图2.5 简要地表达了几种可能覆盖于金属表面的薄膜。在金属表面的最外层可能是 大量的化合物薄膜。氧化物是最常见的一种，其它物质 （如：硫化物、氯化物 以及复合膜）也可能存在，这是由金属材料和金属暴露环境条件决定的。不同 金属的热力学性能和运动学性能差异很大，热力学性能决定生成何种薄膜， 运动学性能则影响薄膜的生成快慢。如果考虑接触界面镀层的话（这一点将在第三章论述），那么上述薄膜对连 接器性能的影响就显得相当明显了。事实上，如第一章所述，接触界面的镀 层可以分为贵重元素（不易发生化学反应的元素，如，金）和非贵重元素（如， 锡，该元素表面通常有一层薄薄的氧化物层）。因此，可以认为：

53、生成化学膜 的类型以及生成速度都依赖于基材金属和环境中的化学物质。除了化学物质 以外，环境温度和湿度也在薄膜生成时扮演了重要的角色。除了上述化学膜以外，其它复合膜（特别是含水量、组织以及各种各样的 其它污染物和微粒）也可能存在于金属外表。这些复合膜也可能对连接器的机 械和导电性能产生很大的影响，这一点将在以后阐述。接触界面和机械性质本部分主要讨论点接触模式决定的接触界面的机械特性，尤其是对摩擦 和磨损的影响。从连接器性能的角度来看，摩擦的重要性在于它对于连接器 配合力的和接触界面的机械稳定性的作用。在连接器性能显然退化之前，磨 损过程将影响连接器能经历的配合周期次数。点接触模式对摩擦和磨损的作

54、 用可以由图2.6中得到解释。在图例中展示了两种点接触方式，其中a区接触 时间比b区接触时间更长且经历的变形量更大。如 2.2.2部分中所述，在这些 条件下a区的接触面积将大于b区，也就是说a区的连接将会更比b区稳固。 此时a区的剪切力（或剪切强度）也比b区大。这种变化将会影响点接触的摩擦 和磨损。为预测将会遇到的问题，摩擦和磨损是两种不同的方法，来描述点接触 界面在受到压力之下的分离。接下来的讨论仅仅涉及到单一点接触模型。当 然接触界面的性能将会影响多个的点接触结构以及由各个独立的点接触性能 总和表现出来。此时将首先考虑摩擦作用的影响。摩擦摩擦表现为一个力量，其作用是阻止两个接触表面之间在受

55、到剪切力的作用下沿相对的方向移动。摩擦力可以由公式2.1来确定：Ff=pFn（2.1）其中，Ff=摩擦力W =摩擦系数Fn=S持两表面接触的力-对连接器而言是接触正压力由Rabinow边的理论，摩擦力可看作是分离两表面间连接的必需力量。摩擦力可以从下面公式中，由接触界面强度而进行简单的估计： TOC o 1-5 h z Ff=r s Ac（2.2）其中， ps= 剪切强度系数Ac =点接触面积接触区域与硬度，H（接触高度），以及由等式（2.1）中的力Fn有关：Ac = k H/Fn（2.3）比例常数K由很多参数而定，例如表面镀层的作用，润滑的状况，表面粗糙 度，接触正压力以及变形的种类（弹性理

56、性变形），由此，我们将公式（2.1）与 公式（2.3冶并后可得到： = k r s/ H（2.4）如Rabinowitz所提出的，剪切强度和硬度同样要由材料的性质来决定，因此公式（2.4）中的系数可以被看作为1的常数。在实践中，摩擦系数是从0.05到1不等，与理论上的偏差仅仅反映的了 假设的简化模式的限制，尤其是接触总面积是金属以及表面的分离产生在原 来的接触界面上。低的摩擦系数值表明接触表面是由镀层覆盖的，其中有化学联接层（如氧 化物），吸收层（如水或有机物），以及趋向于应用的润滑剂层。这些涂层对于 减少这两种机械接触表面的剪切强度都是非常重要。位于接触端的氧化层可减少金属接触面积。氧化层能

57、支持但并不能促进 机械式的金属接触。减少金属接触面积将导致剪切力的降低，其最终的结果 是摩擦系数的减少。有机涂层尤其是润滑剂，提供了在两表面间具有更低的剪切力的接触表面和inhabit金属接触层，尤其是两表面之间具有相对运动。高的摩擦系数表明，点接触的塑性变形作用和金属性连接的产生，将会 导致比基础金属材料更高的剪切强度。应用到接触界面上的剪切力将会导致 在接触界面上一定距离内接触碎片的产生，此时将会导致更大的碎片接触表 面积同时也将导致更的摩擦系数。使连接的碎片从原来接触表面中分离出来 的可能性提供一种磨损过程的模式。磨损过程正如Bowden以及Tabor所提到的，摩擦和磨损过程要由接触表面

58、的分布 位置而定。如前现所提到的，点接触塑性变形将会由于加工时的变硬而导致 接触强度的增加。除了加工变硬之外另外一机理同样很重要：也就是冷焊。 冷焊与经过接触界面联接的产生有关，而此接触界面是出现在两金属表面将 成为intimate接触时。在此条件下，相同的联接机理将对金属的粘着力量起 到作用。事实上冷焊界面的强度高于基础金属，这是因为变形时产生加工硬 化。这种可能性对在受到剪切力作用下的接触将会产生很大的影响，也同样 要对磨损机理产生影响。现在回到图 2.6中的a-区域，考虑一下当给定冷焊 接触界面的模式时接触界面的分离怎样出现。在剪切力的作用下假定a-区经过了冷焊，将会从原来的接触表面中分

59、离出去， 导致磨损碎片的和金属转移， 此时情况如图2.6中的下部所示。b -区部分具有较低的变形，因此也具有较 低的冷焊时的加工硬化，也将会在原来接触表面的附近产生微小的分离，也 就是说基本上没有磨损和金属转移。前述提到的磨损过程中，a区为粘着磨损而b区为光滑磨损。粘着磨损的 特性是高的摩擦系数和在两界面间出现金属转移，而光滑磨损过程是低的摩 擦系数和极少的金属转移。应当注意到磨损是一个动态的作用过程，它只是 当两接触表面间有相对的运动时才会产生。在此运动过程中，连接增长和prow 成形将会随着大量的接触界面的形成和分离而出现，此时的结果将是磨损过 程分布在其滑动的轨迹上。粘着磨损和光滑磨损轨

60、迹上表面分别是粗糙和光 滑的，此时可从相对的金属转移量而定。同样应当注意的是，如果 a-区分离产生的转移磨损部分，将会在接触界 面上产生如研磨一样的作用，这是由于它将产生的加工硬化，这里也就提到了第三个磨损机理：研磨磨损，如 Antler所提到的，研磨磨损将会导致接触 界面的磨损率的增加。表面薄膜的摩擦和磨损表面膜对摩擦力及磨损的影响可通过分析图 7加于讨论，图7大致显示 了摩擦力系数的变化，以作为随负载变化的函数。负载变化开始及其存在的 范围依赖于表面膜，构造或化学接合和表面润滑状况。摩擦系统数随负载的 变化能从小于0.1到大于1.0。据等式(2.5)显示，磨损系数k ,有相同的变 化趋势，