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1、连接器基础知识介绍

连接器的英文定义是connector,国内也称之为接插件。连接器是通过机械动作,实现电子电路的连通,断开或转换的机电元件,是电子设备中不可缺少的电子原件。连接器在电子行业属于无源电子产品,但其却是有源电子产品正常工作的前提条件,连接器连接两个或多个有源电子元器件,在其中间传输信号或者电流,而在光通信发展纯熟的今天,连接器的应用领域也随之拓展,不仅仅是电信号,同时也包括光信号。

在连接器没有发明之前,电子行业中盛行的电路连接方法是使用焊接技术,直接将需要导通的有源连接器之间直接或者间接的通过电线焊接在一起,这种连接的方法虽然也能够实现电路的导通,但是却存在诸多的问题,连接器的产生正好解决了这些问题。传统的焊接方法效率低下,在连接集群数量不断增加的今天,简单的焊接己经无法满足多管脚电路的连接,而连接器的产生以及其特性决定了其可以通过自动压接的方法来实现电路连接,不但提高自身生产能力,也提高了用户在使用时的组装能力,通过使用不同管脚数量的连接器可以在瞬间完成多达上百组通路的电路和信号连接。焊接电路方式的一个致命的弱点是,当电路一旦焊接完成,在整个电器产品的生命周期内很难进行维修,当电路发生问题的时候,必须进行解焊操作,而这个操作在有些情况下对电路存在不可逆的破坏性,同时这种解焊操作比相反的焊接操作更加的费时费力,大大提高了产品维护的成本并降低了产品的生命周期,而使用连接器进行电路连接就完美的避免了这种缺陷。连接器在设计的时候就设定了耐久性指标,其中就包括反复插拔的次数,这可以保证理论上在最终成品电器的整个寿命周期内可以多次反复的根据需要对电路进行导通与断开,为方便电器维修提供了保障。现阶段的电子产品发展迅速,尤其是汽车和消费电子产品领域,产品的更新换代发展迅速,这种更新换代在为消费者提供了应接不暇的电子产品体验的同时也对电子产品生产厂家的可扩展设计提出了更高的要求,在整个最终产品的生命周期内,对某些发展迅速的电子元器件,比如存储芯片等需要不断的进行更新,而如果采用焊接方法,这种可扩展的需求将无法实现,此时就必须通过连接器作为一个媒介来在需要扩展的元器件和母体之间建立一种间接的而不是直接的联系,当需要更换更加先进的一代产品的时候,只需要将原来的产品与连接器分离后再将新的元器件重新插入导通即可实现。最后,连接器的使用也为工程人员的产品设计提供了更大的发展空间,尤其是当大规模集成电路发展到今天的时候,不同类型,容量的产品之间的多元化集成也需要连接器作为沟通的桥梁来实现。综上所述,虽然在电子行业作为无源电子产品元器件的连接器没有有源电子产品,比如芯片等那么耀眼,但是我们可以自豪地说,正是连接器的不断发展推动了电子产品向更高,更快,更稳定,更强大的方向发展。

2、连接器的组成

标准的连接器一般由塑壳(housing),端子(contact)和定位键以及一些电路标识组成。

塑壳是由热塑性塑料材料注塑而成的,用以支撑插针簧片等接触部分的,并使其在接触时能够牢固准确就位的组件。其具有防污,防尘,防潮以及保护接触部分和导通的功能。同时塑壳也起着在多路电路之间绝缘的作用。

端子,该术语源自口语端子(f} h, })其英文表述为contact。顾名思义,其作用在于通过相互接触达到电路连接的作用的部件,端子都是黄铜,磷青铜,被铜等导电性好的铜基材质,经过冲压(stamping)成形后,再根据未来使用环境等因素对其进行镀金,镀镍,镀锡等流程而成的。

电子连接器一般都是多孔多pin位的多组电路并行产品,因此需要保证各插脚对号入座,如果这种对应关系出错可能会导致断路或者短路等情况,极端时甚至会造成电路事故,影响巨大,因此连接器在设计之初就需要保证操作员不会误操作,也就是说只有当对号入座的针脚互插才能插入,否则产品无法插入。这些都是通过定位键来完成的。

电路标识是在连接器拥有多路引脚的情况下方便用户正确识别引脚号码的数字或图形符号,该符号是在塑壳设计之初就拥有,并在注塑模具建造的时候预留的,是一个安全有效的连接器产品所必须的标识。下图1是一个标准连接器的范例。

3、连接器基本性能

连接器的基本性能可分为三大类,即机械性能、电气性能和环境性能。另一个重要的性能是连接器的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性

(Durability)指标,在国标GB5095中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环,以在规定的插拔循环后连接器能否正常完成其连接功能(如接触电阻值)作为评判依据。

1)机械性能,就连接器的连接功能而言,插拔力是重要的机械性能之一。

插拔力又分为插入力和拔出力,两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定,这表明,从使用角度来看,插入力要小(从而有低插入力和无插入力的结构),而分离力若太小,则会影响接触的可靠性。连接器的插拔力和机械寿命与接触件结构,接触部位镀层质量以及接触件排列尺寸精度等有关。

2)电气性能。连接器的电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。

①接触电阻。高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。

②绝缘电阻是衡量连接器接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标,其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。

③抗电强度或称耐电压、介质耐压,是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。

④其它电气性能。电磁干扰泄漏衰减是用来评价连接器的电磁干扰屏蔽效

果的,一般在100MHz~10GHz频率范围内测试。对射频同轴连接器而言,还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比(VSWR)等电气指标。由于数字技术的发展,为了连接和传输高速数字脉冲信号,出现了一类新型的连接器即高速信号连接器,相应地,在电气性能方面,除特性阻抗外,还出现了一些新的电气指标,如串扰(crosstalk),传输延迟(delay)、时滞(skew)等。

3)环境性能。常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。

①耐温,目前广义连接器的最高工作温度可达200°C.最低温度为-65°C.

由于连接器工作时,电流在接触点处产生热量,导致温升,因此工作温度应表述为环境温度与接点温升的和。在实际使用中工厂己明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高温升。

②耐湿潮气,潮湿气体的侵入会影响连接器的绝缘性能,也会锈蚀连接器

种的金属零件。工厂一般通过湿热试验来检验和评定连接器的耐湿潮气性能,一般恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%,温度+40士20°C,试验时间按产品规定,最少为96小时。

③耐盐雾,连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时,其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀,影响连接器的物理和电气性能。盐雾试验则是为了评价电连接器耐受这种环境的能力的方法。实验中将连接器悬挂在温度受控的试验箱内,用规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出,形成盐雾气氛,其暴露的时间由产品规范规定,至少为48小时。

④振动和冲击,耐振动和冲击也是连接器的重要性能之一,在特殊的应用环境中,比如汽车,铁路和公路运输,航空和航天,军工等中尤为重要,其是检验连接器的机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。冲击试验中应规定有包括峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形,以及电气连续性中断的时间等详细参数。

⑤其它环境性能,根据使用要求,电连接器的其它环境性能还有密封性、液体浸渍、低气压等等。

4、连接器的分类方法

从以上对连接器性能的分析来看,一个好的连接器的诞生对生产厂家的生产能力和品质保证能力是一个非常大的考验,因此国际上大的连接器厂商在对自己产品的品牌树立上都不遗余力,正是希望通过自己的品牌来彰显其在该领域的技术和产品优势。

那么诸如TE这样每年生产大约30万种连接器的公司来说应该怎样定义和分类自己的产品呢?由于连接器的结构口益多样化,新的结构和应用领域不断出现,试图用一种固定的模式来解决其分类和命名问题,己显得难以适应。

国际上目前比较认可也是接受最为广泛的一种分类方法是1989年在VEDA (National Electronics Distributors Association)美国国家电子经销商协会的带领下由世界几大连接器厂商按照互联的六个层次来进行分类的连接器部件分类等级,这六个层次分别为①芯片封装的内部连接②IC封装引脚与PCB的连接。典型连接器IC插座。③印刷电路与导线或印制板的连接。典型连接器为印刷电路连接器。④底板与底板的连接。典型连接器为机柜式连接器。⑤内部设备与系统I/0接口的连接⑥设备与设备之间的连接。典型产品为圆形连接器。其中第③和④层次有某些重叠。在六个层次的连接器中,市场额最高的是第③和第⑥层次的产品,而目前增长最快的是第③层次的产品。下图2显示的就是连接器的六层次分类模型。

除了上述的连接器部件分类等级之外,实际使用中还可以根据使用用途和连接器的外观进行分类。

按照使用用途也可以将连接器分为五类,它们分别是:线对板连接器,板对板连接器,线对线连接器,插座和输入/输出连接器。线对板连接器是电路板上的组件与线路之间的连接,比如柔性电路板连接以及一般线束连接器;板对板连接器泛指各种印刷电路板之间的连接,典型的板对板连接器比如card edge连接器等;线对线连接器在国内也称作空中插头,一般的英文描述为Relay,口本连接器行业称之为中继连接器;插头(Header)则是半导体组件与印刷电路板之间的连接器,这一类在电脑领域比较常见,比如DIP, SIMM, SIP, ZIP, BGA, LGA, SOCKET等连接器;最后一种输入/输出连接器,我们也可以称之为I/0连接器,他是各个系统之间以及系统与外围设备间的连接器形态,典型的连接器包括D-sub,电话接头,RJ45网络接口,同轴电缆,光纤连接器等都属于这一类连接器。

而在另一个连接器生产强国口本,连接器同行喜欢根据连接器的形态来对连接器行业进行分类。在根据外观分类的同时搭配连接器的使用用途一并分类,在这种分类的方法下,连接器可以分为圆形连接器,角形连接器,印刷电路板用连接器,同轴连接器和光连接器五个种类。其中后三种印刷电路板用连接器,同轴连接器和光连接器与欧美国家的分法相类似,而从字面上也能够对其有所了解。而圆形连接器主要则多用于电源类机械的连接,角形连接器则应用于高频高速多功能化的产品上。

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