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接插件性能分析及制作工藝

2019年09月20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后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?。┙佑|部位鍍層質量(滑動摩擦 系數)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,是表征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:電磁干擾泄漏衰減是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果,電磁干擾泄漏衰減是評價連接器的電磁干擾屏蔽效果,一般在100MHz~10GHz頻率范圍內測試。

對射頻同軸連接器而言,還有特性阻抗、插入損耗、反射系數、電壓駐波比(VSWR)等 電氣指標。由于數字技術的發展,為了連接和傳輸高速數字脈沖信號,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、耐濕、耐鹽霧、振動和沖擊等。

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℃。由于連接器工作時,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 應等于環境溫度與接點溫升之和。 在某些規范中, 明確規定了連接器在額定工作電流下容許 的最高溫升。

② 耐濕:潮氣的侵入會影響連接器的絕緣性能,并銹蝕金屬零件。恒定濕熱試驗條件為相 對濕度 90%~95%(依據產品規范,可達 98%) 、溫度+40±20℃,試驗時間按產品規定, 最少為 96 小時。交變濕熱試驗則更嚴苛。

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范規定,至少為 48 小時。

④ 振動和沖擊:耐振動和沖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。沖擊試驗中應規定峰值加速度、持續時間和 沖擊脈沖波形,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(空氣泄漏、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、易于維修: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、便于升級: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。

接插件的制作工藝

接插件工藝概述接插元件的生產工藝主要包括:零件的制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. 零件的制造工藝主要是此三部件的加工工藝. 如機械加工,沖壓,注塑,壓鑄,表面涂覆等.

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,多采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.

接觸件采用車制或沖制工藝.在大批量的生產時,車制以用縱切自動車床為主,其方向是采 用復合多能自動機床,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.對于小批量生產,可用精密儀表車床加工.

沖制接觸件的特征是比車制工效高, 但其精度比車制體稍低. 目前由于工模具和沖壓設備的 精度在不斷提高,所以,沖制接觸件的精度也有很大的提高.采用的工藝有:用冷鐓機制造 插針,用多工位沖床制造插孔,用彎曲機制造簧片式接觸件等.

塑料絕緣件按其使用要求大多采用熱塑性塑料, 也可采用熱固性塑料. 熱塑性塑料絕緣件已 實現封閉式自動化生產,有利于提高工效,減少環境污染.熱固性塑科亦以采用注射材料和 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.采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。 由于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,并使接觸件與接 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。 由于絕緣體表面或內部 存在金屬多余物,表面塵埃,焊劑等污染受潮,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,長霉,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,由于材料,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后果。由于設計不可靠,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,由于鍍層起皮,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,由于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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