电连接器设计手册.doc

1、1目录第一章 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 1022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

2、 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 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

3、 器 的 功 能 性 定 义 开 始 。1.1 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 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

4、 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 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

5、 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 ”， 尤 其 是 在 系 统 的 特3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

6、 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 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 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

7、 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 。

8、可 分 离 性 和 配 合 力 量 需 求 将 会 详 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 。1.2 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

9、 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 。1.2.1 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 )界 面 。 可 分 离 界 面 (图

10、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

11、 ， 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 。 此 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 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

12、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4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

13、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 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.

14、2 部 分 和 第 11 章 中 介 绍 。机 械 式 的 固 定 连 接 有 卷 曲 型 ，insulation displacement， 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 型 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 。1.2.2 接触涂层接 触 涂

15、 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 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 ，

16、 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 ， 钯 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

17、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 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-镍 合

18、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 镍 ， 然 后 在 镍 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 钯 或 者 钯 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 ， 钯 或 钯 合 金 层 与 纯 金 层 接 合 使 用 以 防 止 来 于 比

19、 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 2.5 微 米 厚的 镍 层 上 覆 盖 0.4 至 0.8 微 米 厚 的 贵 金 属 层 。 在 钯 或 钯 合 金 表 面 的 纯 金 层 只 有0.1 微 米 厚 。 下 面 两 种钯 合 金 最 常 用 ： 80%的 钯 与 20%的 镍和 60%的 钯 与 40%的 银 。镍 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5提 供 转

20、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

21、微 米 的 微 小 滑 移 。 由 于 在 磨 损 过 程 中 ， 部 分 镍 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 镍 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

22、 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 。1.2.3 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 径产 生 形 成 并 维 持 接 触 弹 片 接 触

23、 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%到 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

24、 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 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

25、 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

26、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 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

27、 对 立 的 。 以 下 各 章 将 陆 续 对 此 进 行 讨 论 。61.2.4 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 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

28、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 入 本 体 后 ， 腐 蚀 便 停 止 了 。 虽 然卡 边 还 有 一 条 卡 边 缘 槽 ， 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

29、 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

30、 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 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

31、 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

32、 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 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

33、器 的 材 料 和 设 计 内 容 将 在 第 五 章 进 行 讨 论 。1.2.5 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 。1.3 电 连 接 器 阻 抗图 1.

34、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 三 种 ：7 可 分 离 可 分 离 接 触 面 电 阻 接 触 弹 片 电 阻 固 定 连 接 电 阻如 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 （ 1.1）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

35、 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

36、 标准 围 绕 为 确 保 这 些 接 触 稳 定 而 变化 的 原 因 。1.4 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 ： （ ） 导 线 或线 缆 与（ ） 印 制 电 路 板 （PWBS） 。1.4.1 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

37、 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 环 境 要 求 时 常 用 作 被 覆 材

38、 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

39、 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 结 束 制 程 去 除 或 处 理 屏 蔽 层 或 绝缘 体的 必 要 性 。81.4.2 印 制 电

40、路 板PWB 技 术 已 经 从 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

41、 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 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

42、 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

43、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 。1.4.3 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 ， 接 下 来 本 文 将 对 电连 接 器 作 简要 的 说 明 。1.5 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

44、 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 。1.5.1 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 1

45、0 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 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

46、 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9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

47、 两 件 式 电 连 接 器 。 正 如 其 名 称 所 暗 示 的 ， 卡 边 缘 式 电连 接 器 的 一 半（ 即 插 头 或 插 座 ） 为 PWB 的 边 缘 。 而 两 件 式 电 连 接 器 ， 其 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 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

48、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 ： 上 述

49、 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/输 出