接插件培训教材

接插件基础知识培训资料型式实验中心程才权接插件定义接插件是通过改变其接触对的接触状态来实现其所连接电路之间转换的目的，其在电路中起连接线路的作用。接插件每组接触对都存在固定的对应关系。接插件也被称之为连接器。接插件工作原理一、力学模型接插件接触对工作时就是一个悬臂梁的力学模型二、接触理论Ie=C*FIe:导电指标;F:正向力;C:常数二、接触理论接触对表面在微观上存在一定的粗糙度，因此需要有一定力的作用才能增加更多触点。鍍金端子正向力：80~100g，鍍錫鉛端子正向力必須大於150g接触对不仅要提供一定的正向力，而且要能持续稳定。导电常数C与接触对材质、表面镀层有关接插件分类目前行业分类0级：IC芯片或芯片到封装的连接器。实际上就是集成电路芯片1级：IC组件或组件到（线路）板的连接器。当IC芯片安装在电路板的插座时就是1级连接2级：PCB板到PCB板的连接器3级：导线到电路板或分组合到分组合的连接器4级：机箱到机箱或输入／输出连接器接插件的主要组成部分接触件：接插件中的导电部分，接触结构和端接结构有很多种。信号连接的作用绝缘件：使接触件保持正确地位置排列，并使接触件之间以及接触件与外壳间绝缘壳体：接插件的外罩。为接触件提供精确的对中和保护，也有部分起屏蔽的功能其它辅助机构：定位扣等接插件常用材料一、接触件接触件目前用的都是铜合金，主要有以下三种：黄铜、磷青铜、铍青铜1、黄铜：导电性能良好，多次重复弯曲后容易变形和永久疲劳。通常在便宜的接插件上座接触件使用或充当其它零件适用2、磷青铜：硬度高于黄铜且保持较长时间的弹性。常用的接触件材料。3、铍铜：机械性能远远好于黄铜和磷青铜。在插拔频繁和要求高可靠的应用场合，目前在手机产品的电池连接器以及SIM卡坐等上有使用。二、塑料尼龙：强度高、韧性好，易吸潮造成尺寸不稳定及机械和电气性能降低高温尼龙：高强度、高韧性和优异的延展性，适合SMT。易吸潮造成尺寸不稳定及机械和电气性能降低。成本较尼龙高。聚酯-PBT：尺寸稳定、强度高，不适合SMT。PPS（聚苯硫醚）：尺寸稳定、易碎。强度高、刚性强。接插件电镀知识概述一、使用接触镀层的原因1、保护接触弹片的基体金属不受腐蚀2、优化接触界面的性质，尤其是机械性能电气性能二、对电镀材料的要求低电阻率耐磨性耐腐蚀性与基体金属的附着能力强三、常用镀层种类1、目前应用最广泛的材料是金及其合金；银及其合金；钯、铑、锡、镍等2、通常为了节约贵金属，常选用选择性电镀的方法，只在电接触处镀贵金属，其它部位则镀一般材料接插件常用镀层--金及其合金一、金及其合金特点优点：电阻率低、抗腐蚀、易焊接、与基体材料如铜及其合金、镍等都有良好的附着性。缺点：价格昂贵、电镀层比较薄、微孔问题突出。纯金属硬度低，易粘结磨损，宜用Au -Co合金。二、镀金层微孔问题微孔的形成： 在电镀过程中，溶液中的金还原沉积在基底材料表面时，首先呈核状，然后逐渐扩展，在颗粒之间不可避免地要出现间隙。表现为金镀层通往基底金属的微孔。镀金表面微孔的形貌,见附图微孔对电接触的影响 大气中的腐蚀性潮湿性气体将由微孔的毛细孔作用而进入并接触基底金属而成为沉积在内的电解液。由于金的电极电位高，呈阴极，基底铜的电极电位低呈阳极。因此在金和铜之间形成微电池腐蚀，基底材料铜被腐蚀。腐蚀生成物的体积远大于被腐蚀的金属体积，因此腐蚀物就会沿微孔蔓延至镀层表面，造成接触不良。镀金微孔二、镀金层微孔问题微孔形成的原因电镀工艺：电流、时间、镀层厚度造成的颗粒沉积状态电镀过程中沉积在被镀表面的绝缘颗粒如灰尘、被氧化或腐蚀的金属颗粒、镀液中的绝缘杂质和有机污染物颗粒等，造成金离子无法在其上面取得电子还原成金颗粒而形成孔隙。基底材料粗糙度的影响用微孔率（个/平方厘米）来表明微孔程度。实验表明，微观表面越粗糙，微孔率越高。这是因为表面越粗糙，金离子还原成金颗粒越不均匀，出现孔隙的机会越多。二、镀金层微孔问题镀层厚度、表面粗糙度与微孔率的关系提高基底材料表面光洁度可大大减少微孔率；增加镀层厚度，颗粒之间交错，堵塞孔隙,可使微孔率减少。若镀金层的厚度超过5μm，则基本没有微孔，但由于成本价格等原因，实际上镀金层的厚度一般0.75～1.5微米。图镀金层厚度与微孔率间的关系横坐标：镀金层厚度，单位：微米纵坐标：微孔率，单位：微孔/平方厘米二、镀金层微孔问题解决方法净化环境、隔绝灰尘、清洁处理被镀材料表面(超声振动及溶液去油污处理)、清除镀液杂质（镀液循环过滤）等。提高基底材料表面光洁度可大大减少微孔率，通常可在镀金前先光亮镀铜，以填充基底材料的微观凹凸表面，降低微孔率。在实际的电镀触点中，将镍作为中间镀层A.降低对微孔的敏感性,镀金层中的微孔有钝性和活性之分。当中间镀层为Ni或Sn/Ni时，微孔中形成的氧化物具有保护性，而当中间镀层为Cu，Ag等时，微孔中形成的腐蚀物很快就会蔓延至金表面，使接触不可靠。B.对扩散有阻碍作用,C.对腐蚀物的迁移有阻挡作用,D.硬度高，改善触点寿命。接插件常用镀层—银及其合金一、银的特性：银及其合金也是常用的镀层材料。优点：电阻率低、附着性好、价格低于金、电镀层一般较厚、粘结磨损小、滑动寿命长。缺点：易硫化，在硫化气体中腐蚀严重，易造成接触不良。银的硫化一、银及其合金的硫化1、银非常容易硫化。其化学反应式是：2、Ag2S对电接触的危害：Ag2S是呈高电阻率的黑色物，它柔软易擦掉②具有极化效应。就是当电流从一个方向流过Ag2S膜层表现出的电压-电流特性和电流反向流过时表现出的电压-电流特性是不对称的，造成接触电阻的不稳定性③温度升高后，硫化反应加速，硫化膜层加厚④硫化银蔓延速度很快，若在金下面镀Ag，硫化银可能从金属的微孔中蔓延出来，覆盖到金属层上造成接触不良银的硫化3、解决办法①采用银合金作电镀层，增加合金的含量，可延缓硫化银的发生。但只要有银存在，硫化银膜层的生成就很难避免

例：为显著减少银的污染，贵金属如Au、Pd含量必须在40%以上，Ag25-Au69-Pt6合金已使用多年。并可认为它不会形成高电阻的污染膜。但研究数据表明在半暴露条件下，这种合金仍会形成明显的污染膜②加大接触压力使磨损增加，但有助于擦掉膜层，减少接触电阻。一般地，镀银触点的接触压力在80g－150g左右。接插件常用镀层—锡及其合金一、锡及其合金的特点

一般用在可靠性要求较低的场合代替价格昂贵的金合金。优点：价格低廉，易于覆盖（对基底的附着力强），易焊接，在压力大时表面的钝化膜层被压破形成金属间的直接接触。缺点：易氧化，在微动下形成微动腐蚀而造成接触故障。由于锡和锡－铅合金很软，使用寿命不长。它们的插拔次数很少，一般只有1次或2次，最多不会超过10次。它们的粘结磨损率是硬金镀层的100倍。它们也很容易发生擦伤磨损。插拔寿命不高。二、锡的氧化膜锡易在空气中生成氧化锡氧化锡绝缘，质地硬而脆。但锡质地很软。接触特点加压于氧化锡上后，氧化锡易破裂，犹如施力于水上的薄冰一样，锡从裂缝中被挤出，造成金属的直接接触。因此用锡及其合金作为接触材料，压力应大于150g以上。压力过小无法压破氧化锡，也就无法产生良好的电接触。由于锡触头所需的接触压力很大，因而插拔力也很大，通常插拔寿命不高（几十次）。三、锡的微动失效1、微动过程中，接触头离开原来的氧化锡压碎部分时，使这部分金属暴露于空气中很快被重新氧化，经多次往复移动造成氧化层加厚而导致接触不良。2、因此设计锡接触点应尽量避免微扰振动，尽可能采用热膨胀系数相同材料，限制其往复移动。微动失效过程示意图微动失效解决办法1、加润滑剂：但对制程控制的要求高，润滑剂的用量、涂的位置，随着时间的延长效果会降低且会带来其它的问题2、加大正向力：对结构设计、材料的要求高，成本增加，动作力则随之增大，会增加磨损。3、增加弹性机构：将工作过程中的振动消化掉。

四、锡须锡须的产生纯锡容易产生锡须，即生长出很多细丝。结果是使导体之间短路这种现象是由于镀锡的压缩应力、基材的内应力、腐蚀处。避免锡须的办法是加入少量的铅(<4%Pb)，使之成为锡铅合金。镀层热处理Sn-Pb合金镀层的厚度一般在2.5～5μm，其中间层金属一般选用Ni或Cu；接触压力不小于100gm，因为必须要破裂或除表面的氧化剂而得到低的接触电阻。

图锡须Wisker五、不同材料接触对锡及其合金为表面镀层的插头在使用时应注意不要插入镀金插座内，因为二者电极电位相差很大，在潮湿环境下，Sn将成为阳极而受到腐蚀，生成的腐蚀物会造成接触不良。接插件主要性能－机械性能动作力、寿命：连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构（正压力大小）接触部位镀层质量（滑动摩擦系数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。PIN针保持力：塑胶壁对金属PIN针的