連接器各構件設計重點總結
發布時間:2009-08-19 來源:整理自互連技術論壇
中心議題:
Housing、Contact、Spacer、Shell、Board lock等deng連lian接jie器qi構gou件jian如ru何he設she計ji,這zhe是shi連lian接jie器qi設she計ji工gong程cheng師shi每mei天tian都dou在zai思si考kao的de問wen題ti,也ye是shi整zheng機ji設she計ji選xuan用yong連lian接jie器qi時shi不bu能neng忽hu略lve的de要yao素su之zhi一yi。本ben文wen正zheng是shi資zi深shen連lian接jie器qi設she計ji工gong程cheng師shi做zuo的de連lian接jie器qi各ge構gou件jian設she計ji重zhong點dian總zong結jie,是shi知zhi識shi和he經jing驗yan的de結jie晶jing。
Housing
它ta是shi整zheng個ge連lian接jie器qi的de主zhu體ti構gou件jian,其qi他ta的de零ling件jian往wang它ta身shen上shang組zu裝zhuang。它ta大da致zhi決jue定ding連lian接jie器qi的de外wai觀guan尺chi寸cun,需xu確que認ren其qi結jie構gou強qiang度du能neng承cheng受shou最zui終zhong使shi用yong者zhe正zheng常chang使shi用yong的de破po壞huai力li或huo是shi客ke戶hu明ming定ding的de測ce試shi規gui格ge(例如:要求施加各方向的力於外接cable,不能看到破壞;或是安裝螺絲時,施加適當的扭力不能造成破壞)。
既然是主體構件,自然肩負各零件定位的責任,因此與其他零件互配部位的尺寸與公差(包括幾何公差)需拿捏適當。重要feature (例如:安裝端子的孔,其抽屜寬度)若是由單一模仁決定其尺寸,而該模仁又可由磨床加工製作,則可設定尺寸公差+/- 0.02 mm,以確保功能。其他如正位度、平麵度、輪廓度等幾何公差也要適當運用,方可確保功能。
端子除了靠housing做空間上的定位,還須靠housing對它的固持力量來產生端子力學行為上的邊界條件(例如懸臂梁式端子的fixed end ),進而在公母座配接時產生適當的正向力,同時避免退pin的情形發生。因此端子與housing的幹涉段尺寸與形狀拿捏必須非常小心。適當的端子倒刺形狀以及幹涉量,才能得到適當的端子保持力,又不至於因幹涉過大造成housing變形或破裂。
在電氣功能方麵,housing肩(jian)負(fu)各(ge)導(dao)體(ti)零(ling)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)絕(jue)緣(yuan)功(gong)能(neng),以(yi)一(yi)般(ban)工(gong)程(cheng)塑(su)膠(jiao)阻(zu)抗(kang)值(zhi)而(er)言(yan),隻(zhi)要(yao)射(she)出(chu)成(cheng)型(xing)做(zuo)得(de)到(dao)的(de)厚(hou)度(du),後(hou)續(xu)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)又(you)沒(mei)有(you)造(zao)成(cheng)結(jie)構(gou)破(po)壞(huai),則(ze)塑(su)膠(jiao)產(chan)生(sheng)的(de)絕(jue)緣(yuan)阻(zu)抗(kang)與(yu)耐(nai)電(dian)壓(ya)效(xiao)果(guo)都(dou)可(ke)符(fu)合(he)規(gui)格(ge)要(yao)求(qiu)。隻(zhi)有(you)在(zai)吸(xi)濕(shi)性(xing)非(fei)常(chang)強(qiang)的(de)材(cai)料(liao)或(huo)是(shi)端(duan)子(zi)壓(ya)入(ru)造(zao)成(cheng)塑(su)膠(jiao)隔(ge)欄(lan)破(po)裂(lie)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)塑(su)膠(jiao)部(bu)分(fen)的(de)絕(jue)緣(yuan)阻(zu)抗(kang)或(huo)耐(nai)電(dian)壓(ya)不(bu)合(he)格(ge)的(de)情(qing)形(xing),否(fou)則(ze)該(gai)擔(dan)心(xin)的(de)多(duo)半(ban)是(shi)裸(luo)露(lu)在(zai)塑(su)膠(jiao)之(zhi)外(wai)的(de)導(dao)體(ti)零(ling)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)絕(jue)緣(yuan)效(xiao)果(guo),因(yin)為(wei)空(kong)氣(qi)的(de)絕(jue)緣(yuan)效(xiao)果(guo)遠(yuan)不(bu)及(ji)工(gong)程(cheng)塑(su)膠(jiao)的(de)好(hao)。
Housing的(de)設(she)計(ji)除(chu)了(le)考(kao)慮(lv)上(shang)述(shu)的(de)功(gong)能(neng)性(xing),也(ye)須(xu)考(kao)慮(lv)射(she)出(chu)成(cheng)型(xing)的(de)製(zhi)造(zao)性(xing),太(tai)厚(hou)或(huo)太(tai)薄(bo)或(huo)是(shi)厚(hou)薄(bo)不(bu)均(jun)都(dou)不(bu)適(shi)合(he),太(tai)厚(hou)則(ze)縮(suo)水(shui)嚴(yan)重(zhong),太(tai)薄(bo)不(bu)易(yi)飽(bao)模(mo),厚(hou)薄(bo)不(bu)均(jun)則(ze)液(ye)態(tai)塑(su)料(liao)充(chong)填(tian)時(shi)流(liu)動(dong)波(bo)前(qian)不(bu)平(ping)衡(heng)易(yi)造(zao)成(cheng)冷(leng)卻(que)翹(qiao)曲(qu)。通(tong)常(chang)製(zhi)工(gong)負(fu)責(ze)畫(hua)好(hao)具(ju)備(bei)零(ling)件(jian)功(gong)能(neng)性(xing)的(de)模(mo)型(xing)交(jiao)給(gei)塑(su)模(mo)模(mo)具(ju)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi),模(mo)具(ju)工(gong)程(cheng)師(shi)會(hui)依(yi)經(jing)驗(yan)判(pan)定(ding)該(gai)在(zai)何(he)處(chu)加(jia)上(shang)什(shen)麼(me)樣(yang)的(de)逃(tao)料(liao)以(yi)改(gai)善(shan)成(cheng)型(xing)性(xing),但(dan)是(shi)若(ruo)原(yuan)始(shi)設(she)計(ji)的(de)肉(rou)厚(hou)實(shi)際(ji)尺(chi)寸(cun)已(yi)經(jing)很(hen)小(xiao)而(er)又(you)有(you)厚(hou)薄(bo)比(bi)例(li)懸(xuan)殊(shu)的(de)情(qing)形(xing),則(ze)模(mo)具(ju)工(gong)程(cheng)師(shi)也(ye)無(wu)法(fa)靠(kao)逃(tao)料(liao)調(tiao)整(zheng),製(zhi)工(gong)應(ying)避(bi)免(mian)此(ci)種(zhong)情(qing)形(xing)發(fa)生(sheng)。模(mo)具(ju)工(gong)程(cheng)師(shi)做(zuo)好(hao)逃(tao)料(liao)的(de)規(gui)劃(hua)後(hou),應(ying)該(gai)與(yu)製(zhi)工(gong)確(que)認(ren)逃(tao)料(liao)後(hou)的(de)結(jie)構(gou)強(qiang)度(du)是(shi)否(fou)仍(reng)符(fu)合(he)功(gong)能(neng)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)(有時在裝配上其他零件之後會有補強結構的功效,應一並考慮,例如:鐵殼剛性夠好,則經過鉚合於housing上,整體剛性便已足夠),確認後再進行模流分析與開模動作。
塑膠材料簡單分為高溫料與低溫料,以材料的熱變形溫度與一般SMT 製程溫度做比較來區分高溫料與低溫料。一般notebook使用的連接器皆須經曆SMT高溫製程,因此必須選用高溫料。有些情形必須在housing上表麵保留足夠的平麵供客戶作自動插件的真空吸取區,因此須避免在該處安排進膠點或是模仁接合線,以免真空吸嘴失效。
Housing的底麵設計要注意,避免壓到PCB上塗的錫膏,以免造成pad間的短路,因此而有standoff的設計。此外,standoff有另一功能,就是提供SMT type solder tail調整共平麵度的基準,也可借調整各standoff的高度來補償housing的翹曲變形。
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Contact
連(lian)接(jie)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)主(zhu)要(yao)就(jiu)是(shi)靠(kao)端(duan)子(zi)將(jiang)電(dian)訊(xun)從(cong)一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)傳(chuan)到(dao)另(ling)一(yi)電(dian)路(lu)統(tong),因(yin)此(ci)公(gong)母(mu)連(lian)接(jie)器(qi)配(pei)接(jie)之(zhi)後(hou),須(xu)確(que)保(bao)公(gong)母(mu)端(duan)子(zi)有(you)對(dui)號(hao)入(ru)座(zuo)並(bing)產(chan)生(sheng)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)氣(qi)導(dao)通(tong)。除(chu)了(le)靠(kao)公(gong)母(mu)座(zuo)的(de)housing & shelldenglingjianshigongmuduanziluozaizhengquedehupeiweizhi,shangxuquebaogongmuduanzijiandejiechuzhengxianglizugouda,zuyirangdianxunshunlitongguojiechumian,ruoshijiechuzhengxianglibuzu,zejiechumiandeweiguanzhuangkuangbianshizhiyouxiweidedianjiechu,dankaolingxingdexiweidianjiechu,qizukangzhikenengdadaojigeoumu,zaochengtaidadedianweijiang,shidianxunjieshouduanwufachuli。tongchangdujinbiaomiandeyingdujiaodiqiejindedaodianxingjia,yincijiechumiandezhengxiangliyou20 gf便可高枕無憂,但是設計者須有公差的觀念,不可將設計的公稱值定在20 gf,建議設在大約40 gf左右。因為一般I/O連(lian)接(jie)器(qi)的(de)插(cha)拔(ba)壽(shou)命(ming)定(ding)在(zai)數(shu)千(qian)次(ci),這(zhe)代(dai)表(biao)端(duan)子(zi)互(hu)配(pei)時(shi)必(bi)須(xu)是(shi)做(zuo)彈(dan)性(xing)的(de)變(bian)形(xing)才(cai)能(neng)在(zai)耐(nai)插(cha)拔(ba)測(ce)試(shi)結(jie)束(shu)時(shi)仍(reng)保(bao)有(you)適(shi)當(dang)的(de)接(jie)觸(chu)正(zheng)向(xiang)力(li),在(zai)端(duan)子(zi)的(de)選(xuan)材(cai)上(shang),C5210比C5191不易降伏。此外,端子的接觸區鍍金膜厚也必須能承受數千次的磨耗,通常,須耐5000次插拔的docking conn.與module conn.在接觸區鍍金皆為30micro-inch min.。為了使連接器整體插入力不要太大,以免使用不順手甚至造成端子被頂退、頂垮,必須注意端子前端的導引斜麵不可太陡,一般設計在40度角以下。
端子的保持力規格設定,因連接器經過SMT高(gao)溫(wen)後(hou)會(hui)有(you)保(bao)持(chi)力(li)降(jiang)低(di)的(de)情(qing)形(xing),因(yin)此(ci)在(zai)生(sheng)產(chan)線(xian)上(shang)抽(chou)測(ce)保(bao)持(chi)力(li)時(shi),要(yao)求(qiu)的(de)規(gui)格(ge)下(xia)限(xian)就(jiu)比(bi)端(duan)子(zi)互(hu)配(pei)的(de)插(cha)入(ru)力(li)大(da)了(le)許(xu)多(duo),例(li)如(ru)每(mei)一(yi)根(gen)端(duan)子(zi)的(de)互(hu)配(pei)插(cha)入(ru)力(li)為(wei)30 gf,但是保持力定成300gf min.,就是考慮到公差的變異、使用者插拔的惡劣狀況以及SMT高溫的破壞力。
端子的LLCR規格,除了考慮接觸麵的鍍層與正向力所決定的接觸阻抗,尚須考慮端子本身的導體阻抗,這就取決於端子的材料、尺寸。黃銅導電性佳但是機械特性差,隻適合做公端子;磷銅導電性較差但是彈性較好,可用以製作彈性母端子;鈹銅兼具彈性好、導電性佳的特性,但是材料貴、取(qu)得(de)困(kun)難(nan)又(you)有(you)環(huan)保(bao)的(de)問(wen)題(ti)。端(duan)子(zi)尺(chi)寸(cun)設(she)計(ji)好(hao)之(zhi)後(hou),便(bian)可(ke)依(yi)截(jie)麵(mian)積(ji)變(bian)化(hua)情(qing)形(xing)分(fen)割(ge)成(cheng)數(shu)段(duan),分(fen)別(bie)估(gu)算(suan)其(qi)導(dao)體(ti)阻(zu)抗(kang)後(hou)累(lei)加(jia)起(qi)來(lai),再(zai)加(jia)上(shang)適(shi)當(dang)的(de)接(jie)觸(chu)麵(mian)阻(zu)抗(kang),便(bian)可(ke)概(gai)略(lve)估(gu)算(suan)產(chan)品(pin)的(de)LLCR值。若是產品有長短不一的端子,則估算最長端子的阻抗即可。
另(ling)一(yi)電(dian)氣(qi)特(te)性(xing)是(shi)額(e)定(ding)電(dian)流(liu),這(zhe)也(ye)取(qu)決(jue)於(yu)端(duan)子(zi)的(de)材(cai)質(zhi)與(yu)截(jie)麵(mian)積(ji),截(jie)麵(mian)愈(yu)大(da)則(ze)單(dan)位(wei)長(chang)度(du)的(de)阻(zu)抗(kang)愈(yu)小(xiao),通(tong)電(dian)流(liu)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)愈(yu)少(shao),則(ze)端(duan)子(zi)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)幅(fu)度(du)較(jiao)小(xiao),也(ye)就(jiu)可(ke)以(yi)傳(chuan)導(dao)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)流(liu)(額定電流的定義是:端子傳遞該電流時,本身溫度上升幅度不超過攝氏30度)。
公母端子的wiping distanceshedingzhibuketaiduan,yifangmianshiweilequebaoqingchubiaomianwuwudexiaoguo,yifangmianyeshiweilebaorongzijiadezhizaogongchayijikehuxitongdejigougongcha,yibansheji,zuiduandeduanziyeyaoyou1.0 mm的wiping distance才保險。
長短pin的設計,有的是為了降低整體插入力而做成長短pin交錯;有的則是為了讓端子有配接時間差,例如:希望grounding pin先接通,所以有幾支特別長的端子作為grounding pin ,另外可安排幾支最短pin在框口的兩端作為偵測用端子,隻要最短pin全部都接通了,就代表其他的訊號端子都已接通(因此偵測端子須安排在框口兩端)。考慮產品的製造公差,長短pin的尺寸差異要適當,以免在worst case失去時間差的效果,一般0.5mm作為差異量,若一產品有長中短三種端子,各自長度差異為0.5mm,又要確保最短pin的wiping distance足夠,則產品的尺寸會因而變大。長短pin的位置安排,除非客戶因其他電性功能需求而須指定位置,否則應考量廠內組裝的便利性,因為不論是靠連續模直接衝出長短pin或是經過2nd forming得到,總是比長度ㄧ致的端子多耗工時或是電鍍多耗貴金屬,因此應該盡量將長或短pin等較特殊的端子安排在同一排端子料帶上(有些產品例如docking connector是由八排端子料帶安裝而成,則應避免長短端子散布在八排料帶上)。
有(you)些(xie)記(ji)憶(yi)卡(ka)的(de)連(lian)接(jie)器(qi),因(yin)為(wei)與(yu)端(duan)子(zi)接(jie)觸(chu)的(de)是(shi)記(ji)憶(yi)卡(ka)上(shang)的(de)金(jin)手(shou)指(zhi),有(you)些(xie)金(jin)手(shou)指(zhi)的(de)鍍(du)金(jin)質(zhi)地(di)較(jiao)軟(ruan),端(duan)子(zi)稍(shao)有(you)不(bu)平(ping)滑(hua),插(cha)拔(ba)三(san)五(wu)次(ci)就(jiu)可(ke)在(zai)金(jin)手(shou)指(zhi)上(shang)看(kan)到(dao)明(ming)顯(xian)刮(gua)痕(hen),因(yin)此(ci)須(xu)將(jiang)端(duan)子(zi)杯(bei)口(kou)coining成球麵以減輕磨耗。否則即使模具設計杯口上表麵為剪切麵沒有毛頭,但是經過折彎成杯口時,該處上表麵兩邊緣便會因為Poisson effect而向上翹,因此在公母互配時就隻有這向上翹起的兩條edge在公端子(或金手指)上滑動,磨耗問題仍然嚴重。
SMT產品的焊腳設計,在水平段最好有一個Z字形折彎以避免焊點上過大的熱應力,另外,真正要吃錫的那一段tail與水平麵的夾角不可太大,否則造成隻有末端或是折彎點處吃錫,都不能通過SMT焊錫的檢驗。端子的電鍍要注意避免鍍錫區直接與鍍金區相連,以免於SMT製程中發生溢錫(solder wicking)的不良情形。當產品pitch很小,端子受housing固持的部分又很短,很難靠裝配方式得到可靠的固持效果與保持力,這時就應考慮insert molding(夾物模壓)的方式。采取此方式在端子方麵要注意兩點:
a. 在塑模內的封料部分的端子寬度尺寸要控製在0.03mm(正負一條半)的變異範圍內(連電鍍層的厚度都要考慮進去),以免過寬遭模具壓壞或是太窄出毛頭。另外封料段應該是平麵段,避免在折彎曲麵上封料。
b. insert molding時,高溫液態塑料流經端子表麵,溫度可能高於攝氏300度,會造成端子表麵的錫鉛熔化而隨塑料向下遊流動,不巧搭接到相鄰端子時,變造成射出成品的short問題。所以必須避免鍍錫鉛區延伸到塑料覆蓋區內。
danxingduanzizaigongmupeishi,neibuyinglizuidadedifangzaixuanbidegenbu,yinggaibimiangaichufujinyourenheyinglijizhongdeqingxing,zhewanbanjingtaixiaosuozaochengdeliewenshiyanzhongdeyinglijizhongchu,yingbimianzaidanxingduanzigenbufujinzuobanjingtaixiaodezhewan,ruobixuzhewanzejianyiqugaicailiaozuixiaoR/T比(bi)的(de)兩(liang)倍(bei)以(yi)上(shang)的(de)折(zhe)彎(wan)半(ban)徑(jing),以(yi)免(mian)發(fa)生(sheng)裂(lie)紋(wen)。有(you)些(xie)端(duan)子(zi)設(she)計(ji)為(wei)電(dian)鍍(du)後(hou)做(zuo)二(er)次(ci)折(zhe)彎(wan)再(zai)進(jin)行(xing)裝(zhuang)配(pei),二(er)次(ci)折(zhe)彎(wan)點(dian)應(ying)該(gai)為(wei)鍍(du)錫(xi)鉛(qian)區(qu)所(suo)涵(han)蓋(gai),因(yin)為(wei)錫(xi)鉛(qian)鍍(du)層(ceng)比(bi)鎳(nie)鍍(du)層(ceng)軟(ruan)而(er)延(yan)展(zhan)性(xing)較(jiao)佳(jia),比(bi)較(jiao)不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)二(er)次(ci)折(zhe)彎(wan)而(er)產(chan)生(sheng)鍍(du)層(ceng)裂(lie)紋(wen),但(dan)是(shi)也(ye)因(yin)為(wei)比(bi)較(jiao)軟(ruan)而(er)較(jiao)容(rong)易(yi)被(bei)折(zhe)彎(wan)治(zhi)具(ju)弄(nong)出(chu)刮(gua)痕(hen)。
端子以壓入方式與housing組合者,常在端子壓到定位後,治具向後退開時又發生端子向後退出一些的情形,因此最好不要設計成端子靠肩(治具推端子的施力點)與housing後表麵切齊,以免無法壓到位。通常靠肩部分是端子裸露在housing之外最寬的地方,也就是相鄰pin間隔著空氣距離最短的地方,要注意此處的耐電壓能力。目前為止聽過客戶能容許的PCB孔緣間距最小為0.15mm,因此如果端子在配接框口中的pitch太小,則tail應該錯開成多排以增加PCB孔間距。
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Spacer
spacer主要是將端子的tail做精確的定位,以方便客戶將connector插件於PCB上。若空間容許,可設計成浮動式的:客戶收到貨時spacer在下死點,端子tail凸出spacer底麵的長度較短,則tail尖端的正位度最準,客戶直接對準PCB孔位插入,插入過程順便將spacer向上推至定位。設計時要注意如何使spacer穩固的定位在下死點,不會脫落、也不會因為震動而自行上抬到上死點,此外,在裝配線上,因為產品檢驗有類似插板的動作,因此也要設計成方便以簡易治工具將spacer自上死點退回到下死點。另外就是考慮spacer如何容易裝配到housing上,要讓端子tail穿過spacer的孔,一般是將spacer孔的上緣做成很大的chamfer,若端子有很多排,則可將spacer做成階梯狀,以便在組裝時分段依序對準各排端子tail而安裝入housing。設計的概念是要靠spacer將端子校正,但是曾經發生歪斜的端子不但沒被校正反而將spacer帶歪了的情形,當時的對策是將spacer中的端子孔形狀修改,讓平直段的長度縮小到0.2~0.3mm,其餘長度都做成上述chamfer的斜麵部分,這樣的形狀使spacer校正端子時的接觸為近似點接觸(隻在那一小段平直段的孔壁上接觸),那麼端子施給spacer的反作用力(也是point force的集合)就不容易造成spacer翻轉歪斜。以docking conn.產品的spacer而言,階梯狀的設計,具有保護端子的功能,因為階梯狀使端子外露於塑膠之外的部分縮小,作業員取放時,比較不容易捏壞端子(此為客戶的使用經驗),但是伴隨而來的影響則是端子散熱的效果較差、產品總重量較重(曾有客戶抱怨我們的產品比AMP的多了6~7克)。 Spacer底麵的standoff設計不可省,否則必定造成壓錫膏的問題。 Standoff的高度至少要0.15mm。
Shell
Shell的功能包括:機構方麵有結構補強、公母座配接框口界定、連接器於PCB的定位、分擔外力等功能。電氣方麵有EMI遮蔽、ESD接地甚至有當作power傳輸的通路。以上功能除了必須確保shell與housing穩固的接合,尚須做好shell與PCB的接地導通。
Shelldegouzaofenliangzhong,yishiyichouyinfangshichengxing,yishiyizhewanbaofufangshichengxing。qianzhedejiegougangxingjiaojia,danshimojujishujiaogao,cailiaobixuxuanyongyanzhanxingjiazhe, 才不會在抽引加工時破裂。例如SPCC、SPCE與黃銅都適合做抽引加工, 但是不鏽鋼就極難做抽引加工。衝壓工程師在抽引模具開發時,初始設計依製工設計的零件R角尺寸製作衝子,但是往往在試模時因為發生材料破裂便自行將衝子的R角加大,最後是順利抽引出鐵殼,但是在法蘭邊與抽引段交界處的R角以及抽引段底部四周的R角可能都比設計尺寸大多,結果就是鐵殼套到housing上(shang)會(hui)發(fa)生(sheng)幹(gan)涉(she)而(er)套(tao)不(bu)到(dao)底(di)或(huo)是(shi)公(gong)母(mu)鐵(tie)殼(ke)在(zai)互(hu)配(pei)時(shi)發(fa)生(sheng)幹(gan)涉(she)而(er)配(pei)不(bu)到(dao)底(di)。因(yin)此(ci)最(zui)好(hao)在(zai)這(zhe)兩(liang)個(ge)地(di)方(fang)預(yu)留(liu)較(jiao)大(da)的(de)間(jian)隙(xi),並(bing)且(qie)在(zai)設(she)計(ji)審(shen)查(zha)會(hui)議(yi)中(zhong)特(te)別(bie)提(ti)出(chu)請(qing)衝(chong)壓(ya)單(dan)位(wei)仔(zai)細(xi)評(ping)估(gu)確(que)認(ren)可(ke)行(xing)性(xing)。折(zhe)彎(wan)包(bao)覆(fu)式(shi)鐵(tie)殼(ke)的(de)設(she)計(ji),應(ying)注(zhu)意(yi)接(jie)合(he)處(chu)的(de)平(ping)整(zheng)度(du)與(yu)結(jie)合(he)強(qiang)度(du),以(yi)免(mian)影(ying)響(xiang)公(gong)母(mu)互(hu)配(pei)性(xing)以(yi)及(ji)耐(nai)插(cha)拔(ba)性(xing),甚(shen)至(zhi)有(you)可(ke)能(neng)在(zai)客(ke)戶(hu)SMT製程就無法平貼PCB,造成空焊或掉件。折彎包覆式鐵殼比較容易做鍍後衝的製造方式,也較能夠在鐵殼結構上多做變化,例如:框口前緣可以向外翻出導引斜麵,使blind mating容許的初始偏心量較大;也可以在框口上設計一些彈片以利公母鐵殼互相搭接;另外就是在cable end connector上,鐵殼甚至可以與latch做成一體式。公母鐵殼互配後必須使兩者做電氣導通,使連接器兩端的係統電路接地電壓成等電位,同時也讓鐵殼的EMI遮蔽效果發揮,公母鐵殼間的搭接點愈密則遮蔽效果愈好。但是可能使整體插拔力增加。
至於公母鐵殼各自連接到PCB的grounding layer,則可以自鐵殼本身延伸出插板的焊腳或是經過其他金屬零件連接到PCB,例如經過車件的rivetting nut以及board lock連接到PCB。鐵殼通常是連接器的最前線,可以比端子先一步接收外來的靜電並將它疏通到接地去,發揮其ESD防護功能;或是確保公母配時鐵殼最先搭接,也就使兩個電路係統的GND最zui先xian接jie通tong,以yi滿man足zu某mou些xie係xi統tong設she計ji的de需xu求qiu。因yin為wei鐵tie殼ke是shi最zui前qian線xian,最zui容rong易yi被bei使shi用yong者zhe觸chu及ji,應ying要yao求qiu去qu除chu鋒feng利li的de下xia料liao毛mao頭tou,以yi免mian割ge傷shang使shi用yong者zhe。鐵tie殼ke的de電dian氣qi功gong能neng與yu鐵tie殼ke材cai質zhi的de導dao電dian性xing有you密mi切qie關guan係xi,因yin此ci應ying盡jin量liang選xuan擇ze導dao電dian性xing較jiao好hao的de材cai料liao,像xiang不bu鏽xiu鋼gang就jiu不bu適shi合he,因yin為wei其qi導dao電dian性xing不bu好hao。因yin為wei公gong母mu鐵tie殼ke互hu配pei時shi必bi定ding有you相xiang互hu接jie觸chu摩mo擦ca,因yin此ci表biao麵mian鍍du層ceng應ying選xuan擇ze鍍du鎳nie才cai夠gou硬ying耐nai磨mo,但dan是shi鎳nie的de焊han錫xi性xing不bu好hao,最zui好hao在zai鐵tie殼ke焊han腳jiao處chu選xuan鍍du錫xi鉛qian,若ruo全quan麵mian鍍du錫xi則ze容rong易yi產chan生sheng磨mo損sun痕hen跡ji。
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Board lock
Board lock的功能是確保連接器插板後能平貼PCB,並且在後續係統成品應用中分攤一些外力,有時也肩負鐵殼接地的責任。通常設計時最重要的就是在插板力最小(插板力太大則客戶在SMT製程中無法自動插件)的情況下有適當的抓板力,同時又能包容PCB的孔徑與板厚等尺寸公差。為了共用於兩種板厚尺寸的PCB,AMP有一種設計的專利,它在board lock的兩支腳上各長不隻一個的尖角,尖角可直接壓迫PCB孔內壁以產生足夠的摩擦力,防止退出,切記不可侵犯此專利。因為產品不會多次插板又拔出,因此並不需要將board lock設計成完全彈性變形,但是最好請工程分析幫忙確認設計尺寸對應的插板力與抓板力,以免不停設變。
較常見的board lock有兩種,一是下料式的hook type,另一是折彎式的kink type,一般反應是hook type尺寸較穩定,插板時也比較不容易將整個PCB孔內的錫膏推出掉落,較受客戶歡迎。
Board lock若需分攤應用時的插拔力或其他外力,則其位置就相當重要,設計原則是當外力產生時,board lock能及早分攤大部分的外力,例如當外力作用在housing上,產生一個杠杆效應,支點可能在PCB的前緣,或是在housing的後緣,這時就要考慮清楚,board lock究竟該放在何處,才能分攤掉大部分的外力。當然,board lock與housing間的結合強度要足夠,否則後果就是board lock還牢牢的留在原處,但是housing & contact已經被外力推移到破壞。
Board lock可以是獨立的五金件,也可以是從鐵殼上延伸出來的結構, 若是前者,則常常需要再花心思如何讓鐵殼與board lock導通,以便讓鐵殼接地,發揮隔離EMI或是疏通ESD的功能。在docking conn.的設計上,常用車製的nut穿過board lock,housing,shell然後將前緣鉚開,達到組合固定以及導通橋梁的功能。 Nutqianyuanyaomaokai,jubudeyingbianfeichangda,yibuxiaoxinjiurongyifashengmaoliedeqingxing,yibancaiyongbiaomianduxichuli,bijiaoyouyanzhanxing,tongshipeiheshidangdeguanbirouhouyijimaoheshendu,yingkebimianmaoliedeqingxing。ciyimaoheyongdenut一般又有另一功能,就是提供一個內螺紋供導位用或固定用車件旋轉配入,因此在裝配該車件時,就有可能將扭力傳到nut身上,為避免nut隨之旋轉,housing必須有機構特征來固定nut以防止其旋轉。須確認housing結構夠強,不會被nut的旋轉扭力破壞,或是頂出新的standoff。
客戶圖繪製重點
a. 盡量將尺寸圖、layout、規格與BOM都放在同一張圖麵上。
b. chanpinchicunbiaozhu,yikehuyingyongxuyaozhidaodechicunweizhu,buxuyaobiaoshidejiububiduociyiju,yimiankehunalaizuoweijianyanxiangmu,tuzengkunrao。gongchafangmian,jianyizhenzhuochangneizhizaonenglilaibiaoshi,buyaoyiweibaohuziji,biaoyixiedadebuhelidegongcha,yimiankehubiduichicuntuyulayout圖,一下就發現worst case無法插板之類的問題。
c. SMT type產品的solder pad建議尺寸,應該考慮當tail長度做到上限時,pad仍比tail多出一個端子材厚的尺寸,才能確保客戶看到端子端麵理想的填錫效果,pad寬度尺寸的考量亦然。
d. Through hole端子建議的PCB孔徑,則大約取端子橫斷麵對角線長度再加個0.3mm。孔與孔之間應該要有0.15mm以上的距離,方足以讓trace通過,因此,端子pitch太小則必須在tail處錯成多排,以便將PCB孔距加大。
e. Board to board connector要記得標注板到板的距離,through hole形式的產品要注明適用的板厚範圍。
f. BOM中的材質說明不必明確交代是何種銅合金或何種工程塑膠,以免日後因力學問題或阻抗問題須改材料時又要更新版次。
連接器設計check list
a. 客戶需求尺寸之滿足,包括外觀尺寸、stacking height(or board-to-board distance)、wiping distance、長短pin差異、through hole元件的尺寸。
b. 機械與電氣規格之確認,包括整體插拔力、端子正向力、LLCR、current rating、耐電壓。
c. 產品在PCB上的定位效果。
d. 產品的包裝for auto pick and place。
e. 內部結構可靠度審核,
f. 零件間的組合在六個自由度上的限製是否完備可靠。
g. 零件的裝配性,導角、預裝效果、幹涉量、間隙預留。
h. 公母配的stopper。
i. 母端子的活動空間是否足夠,會不會有簡支梁的問題發生。
j. 母端子前端是否安全的躲在塑膠隔欄內?確認worst case仍不會突出隔欄,以免被頂垮。
- 連接器各構件設計重點
- Housing設計重點
- Contact設計重點
- Spacer設計重點
- Shell設計重點
- Board lock設計重點
- 客戶圖繪製重點和連接器設計check list
Housing、Contact、Spacer、Shell、Board lock等deng連lian接jie器qi構gou件jian如ru何he設she計ji,這zhe是shi連lian接jie器qi設she計ji工gong程cheng師shi每mei天tian都dou在zai思si考kao的de問wen題ti,也ye是shi整zheng機ji設she計ji選xuan用yong連lian接jie器qi時shi不bu能neng忽hu略lve的de要yao素su之zhi一yi。本ben文wen正zheng是shi資zi深shen連lian接jie器qi設she計ji工gong程cheng師shi做zuo的de連lian接jie器qi各ge構gou件jian設she計ji重zhong點dian總zong結jie,是shi知zhi識shi和he經jing驗yan的de結jie晶jing。
Housing
它ta是shi整zheng個ge連lian接jie器qi的de主zhu體ti構gou件jian,其qi他ta的de零ling件jian往wang它ta身shen上shang組zu裝zhuang。它ta大da致zhi決jue定ding連lian接jie器qi的de外wai觀guan尺chi寸cun,需xu確que認ren其qi結jie構gou強qiang度du能neng承cheng受shou最zui終zhong使shi用yong者zhe正zheng常chang使shi用yong的de破po壞huai力li或huo是shi客ke戶hu明ming定ding的de測ce試shi規gui格ge(例如:要求施加各方向的力於外接cable,不能看到破壞;或是安裝螺絲時,施加適當的扭力不能造成破壞)。
既然是主體構件,自然肩負各零件定位的責任,因此與其他零件互配部位的尺寸與公差(包括幾何公差)需拿捏適當。重要feature (例如:安裝端子的孔,其抽屜寬度)若是由單一模仁決定其尺寸,而該模仁又可由磨床加工製作,則可設定尺寸公差+/- 0.02 mm,以確保功能。其他如正位度、平麵度、輪廓度等幾何公差也要適當運用,方可確保功能。
端子除了靠housing做空間上的定位,還須靠housing對它的固持力量來產生端子力學行為上的邊界條件(例如懸臂梁式端子的fixed end ),進而在公母座配接時產生適當的正向力,同時避免退pin的情形發生。因此端子與housing的幹涉段尺寸與形狀拿捏必須非常小心。適當的端子倒刺形狀以及幹涉量,才能得到適當的端子保持力,又不至於因幹涉過大造成housing變形或破裂。
在電氣功能方麵,housing肩(jian)負(fu)各(ge)導(dao)體(ti)零(ling)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)絕(jue)緣(yuan)功(gong)能(neng),以(yi)一(yi)般(ban)工(gong)程(cheng)塑(su)膠(jiao)阻(zu)抗(kang)值(zhi)而(er)言(yan),隻(zhi)要(yao)射(she)出(chu)成(cheng)型(xing)做(zuo)得(de)到(dao)的(de)厚(hou)度(du),後(hou)續(xu)加(jia)工(gong)過(guo)程(cheng)又(you)沒(mei)有(you)造(zao)成(cheng)結(jie)構(gou)破(po)壞(huai),則(ze)塑(su)膠(jiao)產(chan)生(sheng)的(de)絕(jue)緣(yuan)阻(zu)抗(kang)與(yu)耐(nai)電(dian)壓(ya)效(xiao)果(guo)都(dou)可(ke)符(fu)合(he)規(gui)格(ge)要(yao)求(qiu)。隻(zhi)有(you)在(zai)吸(xi)濕(shi)性(xing)非(fei)常(chang)強(qiang)的(de)材(cai)料(liao)或(huo)是(shi)端(duan)子(zi)壓(ya)入(ru)造(zao)成(cheng)塑(su)膠(jiao)隔(ge)欄(lan)破(po)裂(lie)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),可(ke)能(neng)發(fa)生(sheng)塑(su)膠(jiao)部(bu)分(fen)的(de)絕(jue)緣(yuan)阻(zu)抗(kang)或(huo)耐(nai)電(dian)壓(ya)不(bu)合(he)格(ge)的(de)情(qing)形(xing),否(fou)則(ze)該(gai)擔(dan)心(xin)的(de)多(duo)半(ban)是(shi)裸(luo)露(lu)在(zai)塑(su)膠(jiao)之(zhi)外(wai)的(de)導(dao)體(ti)零(ling)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)絕(jue)緣(yuan)效(xiao)果(guo),因(yin)為(wei)空(kong)氣(qi)的(de)絕(jue)緣(yuan)效(xiao)果(guo)遠(yuan)不(bu)及(ji)工(gong)程(cheng)塑(su)膠(jiao)的(de)好(hao)。
Housing的(de)設(she)計(ji)除(chu)了(le)考(kao)慮(lv)上(shang)述(shu)的(de)功(gong)能(neng)性(xing),也(ye)須(xu)考(kao)慮(lv)射(she)出(chu)成(cheng)型(xing)的(de)製(zhi)造(zao)性(xing),太(tai)厚(hou)或(huo)太(tai)薄(bo)或(huo)是(shi)厚(hou)薄(bo)不(bu)均(jun)都(dou)不(bu)適(shi)合(he),太(tai)厚(hou)則(ze)縮(suo)水(shui)嚴(yan)重(zhong),太(tai)薄(bo)不(bu)易(yi)飽(bao)模(mo),厚(hou)薄(bo)不(bu)均(jun)則(ze)液(ye)態(tai)塑(su)料(liao)充(chong)填(tian)時(shi)流(liu)動(dong)波(bo)前(qian)不(bu)平(ping)衡(heng)易(yi)造(zao)成(cheng)冷(leng)卻(que)翹(qiao)曲(qu)。通(tong)常(chang)製(zhi)工(gong)負(fu)責(ze)畫(hua)好(hao)具(ju)備(bei)零(ling)件(jian)功(gong)能(neng)性(xing)的(de)模(mo)型(xing)交(jiao)給(gei)塑(su)模(mo)模(mo)具(ju)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi),模(mo)具(ju)工(gong)程(cheng)師(shi)會(hui)依(yi)經(jing)驗(yan)判(pan)定(ding)該(gai)在(zai)何(he)處(chu)加(jia)上(shang)什(shen)麼(me)樣(yang)的(de)逃(tao)料(liao)以(yi)改(gai)善(shan)成(cheng)型(xing)性(xing),但(dan)是(shi)若(ruo)原(yuan)始(shi)設(she)計(ji)的(de)肉(rou)厚(hou)實(shi)際(ji)尺(chi)寸(cun)已(yi)經(jing)很(hen)小(xiao)而(er)又(you)有(you)厚(hou)薄(bo)比(bi)例(li)懸(xuan)殊(shu)的(de)情(qing)形(xing),則(ze)模(mo)具(ju)工(gong)程(cheng)師(shi)也(ye)無(wu)法(fa)靠(kao)逃(tao)料(liao)調(tiao)整(zheng),製(zhi)工(gong)應(ying)避(bi)免(mian)此(ci)種(zhong)情(qing)形(xing)發(fa)生(sheng)。模(mo)具(ju)工(gong)程(cheng)師(shi)做(zuo)好(hao)逃(tao)料(liao)的(de)規(gui)劃(hua)後(hou),應(ying)該(gai)與(yu)製(zhi)工(gong)確(que)認(ren)逃(tao)料(liao)後(hou)的(de)結(jie)構(gou)強(qiang)度(du)是(shi)否(fou)仍(reng)符(fu)合(he)功(gong)能(neng)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)(有時在裝配上其他零件之後會有補強結構的功效,應一並考慮,例如:鐵殼剛性夠好,則經過鉚合於housing上,整體剛性便已足夠),確認後再進行模流分析與開模動作。
塑膠材料簡單分為高溫料與低溫料,以材料的熱變形溫度與一般SMT 製程溫度做比較來區分高溫料與低溫料。一般notebook使用的連接器皆須經曆SMT高溫製程,因此必須選用高溫料。有些情形必須在housing上表麵保留足夠的平麵供客戶作自動插件的真空吸取區,因此須避免在該處安排進膠點或是模仁接合線,以免真空吸嘴失效。
Housing的底麵設計要注意,避免壓到PCB上塗的錫膏,以免造成pad間的短路,因此而有standoff的設計。此外,standoff有另一功能,就是提供SMT type solder tail調整共平麵度的基準,也可借調整各standoff的高度來補償housing的翹曲變形。
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Contact
連(lian)接(jie)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)主(zhu)要(yao)就(jiu)是(shi)靠(kao)端(duan)子(zi)將(jiang)電(dian)訊(xun)從(cong)一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)傳(chuan)到(dao)另(ling)一(yi)電(dian)路(lu)統(tong),因(yin)此(ci)公(gong)母(mu)連(lian)接(jie)器(qi)配(pei)接(jie)之(zhi)後(hou),須(xu)確(que)保(bao)公(gong)母(mu)端(duan)子(zi)有(you)對(dui)號(hao)入(ru)座(zuo)並(bing)產(chan)生(sheng)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)氣(qi)導(dao)通(tong)。除(chu)了(le)靠(kao)公(gong)母(mu)座(zuo)的(de)housing & shelldenglingjianshigongmuduanziluozaizhengquedehupeiweizhi,shangxuquebaogongmuduanzijiandejiechuzhengxianglizugouda,zuyirangdianxunshunlitongguojiechumian,ruoshijiechuzhengxianglibuzu,zejiechumiandeweiguanzhuangkuangbianshizhiyouxiweidedianjiechu,dankaolingxingdexiweidianjiechu,qizukangzhikenengdadaojigeoumu,zaochengtaidadedianweijiang,shidianxunjieshouduanwufachuli。tongchangdujinbiaomiandeyingdujiaodiqiejindedaodianxingjia,yincijiechumiandezhengxiangliyou20 gf便可高枕無憂,但是設計者須有公差的觀念,不可將設計的公稱值定在20 gf,建議設在大約40 gf左右。因為一般I/O連(lian)接(jie)器(qi)的(de)插(cha)拔(ba)壽(shou)命(ming)定(ding)在(zai)數(shu)千(qian)次(ci),這(zhe)代(dai)表(biao)端(duan)子(zi)互(hu)配(pei)時(shi)必(bi)須(xu)是(shi)做(zuo)彈(dan)性(xing)的(de)變(bian)形(xing)才(cai)能(neng)在(zai)耐(nai)插(cha)拔(ba)測(ce)試(shi)結(jie)束(shu)時(shi)仍(reng)保(bao)有(you)適(shi)當(dang)的(de)接(jie)觸(chu)正(zheng)向(xiang)力(li),在(zai)端(duan)子(zi)的(de)選(xuan)材(cai)上(shang),C5210比C5191不易降伏。此外,端子的接觸區鍍金膜厚也必須能承受數千次的磨耗,通常,須耐5000次插拔的docking conn.與module conn.在接觸區鍍金皆為30micro-inch min.。為了使連接器整體插入力不要太大,以免使用不順手甚至造成端子被頂退、頂垮,必須注意端子前端的導引斜麵不可太陡,一般設計在40度角以下。
端子的保持力規格設定,因連接器經過SMT高(gao)溫(wen)後(hou)會(hui)有(you)保(bao)持(chi)力(li)降(jiang)低(di)的(de)情(qing)形(xing),因(yin)此(ci)在(zai)生(sheng)產(chan)線(xian)上(shang)抽(chou)測(ce)保(bao)持(chi)力(li)時(shi),要(yao)求(qiu)的(de)規(gui)格(ge)下(xia)限(xian)就(jiu)比(bi)端(duan)子(zi)互(hu)配(pei)的(de)插(cha)入(ru)力(li)大(da)了(le)許(xu)多(duo),例(li)如(ru)每(mei)一(yi)根(gen)端(duan)子(zi)的(de)互(hu)配(pei)插(cha)入(ru)力(li)為(wei)30 gf,但是保持力定成300gf min.,就是考慮到公差的變異、使用者插拔的惡劣狀況以及SMT高溫的破壞力。
端子的LLCR規格,除了考慮接觸麵的鍍層與正向力所決定的接觸阻抗,尚須考慮端子本身的導體阻抗,這就取決於端子的材料、尺寸。黃銅導電性佳但是機械特性差,隻適合做公端子;磷銅導電性較差但是彈性較好,可用以製作彈性母端子;鈹銅兼具彈性好、導電性佳的特性,但是材料貴、取(qu)得(de)困(kun)難(nan)又(you)有(you)環(huan)保(bao)的(de)問(wen)題(ti)。端(duan)子(zi)尺(chi)寸(cun)設(she)計(ji)好(hao)之(zhi)後(hou),便(bian)可(ke)依(yi)截(jie)麵(mian)積(ji)變(bian)化(hua)情(qing)形(xing)分(fen)割(ge)成(cheng)數(shu)段(duan),分(fen)別(bie)估(gu)算(suan)其(qi)導(dao)體(ti)阻(zu)抗(kang)後(hou)累(lei)加(jia)起(qi)來(lai),再(zai)加(jia)上(shang)適(shi)當(dang)的(de)接(jie)觸(chu)麵(mian)阻(zu)抗(kang),便(bian)可(ke)概(gai)略(lve)估(gu)算(suan)產(chan)品(pin)的(de)LLCR值。若是產品有長短不一的端子,則估算最長端子的阻抗即可。
另(ling)一(yi)電(dian)氣(qi)特(te)性(xing)是(shi)額(e)定(ding)電(dian)流(liu),這(zhe)也(ye)取(qu)決(jue)於(yu)端(duan)子(zi)的(de)材(cai)質(zhi)與(yu)截(jie)麵(mian)積(ji),截(jie)麵(mian)愈(yu)大(da)則(ze)單(dan)位(wei)長(chang)度(du)的(de)阻(zu)抗(kang)愈(yu)小(xiao),通(tong)電(dian)流(liu)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)愈(yu)少(shao),則(ze)端(duan)子(zi)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)幅(fu)度(du)較(jiao)小(xiao),也(ye)就(jiu)可(ke)以(yi)傳(chuan)導(dao)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)流(liu)(額定電流的定義是:端子傳遞該電流時,本身溫度上升幅度不超過攝氏30度)。
公母端子的wiping distanceshedingzhibuketaiduan,yifangmianshiweilequebaoqingchubiaomianwuwudexiaoguo,yifangmianyeshiweilebaorongzijiadezhizaogongchayijikehuxitongdejigougongcha,yibansheji,zuiduandeduanziyeyaoyou1.0 mm的wiping distance才保險。
長短pin的設計,有的是為了降低整體插入力而做成長短pin交錯;有的則是為了讓端子有配接時間差,例如:希望grounding pin先接通,所以有幾支特別長的端子作為grounding pin ,另外可安排幾支最短pin在框口的兩端作為偵測用端子,隻要最短pin全部都接通了,就代表其他的訊號端子都已接通(因此偵測端子須安排在框口兩端)。考慮產品的製造公差,長短pin的尺寸差異要適當,以免在worst case失去時間差的效果,一般0.5mm作為差異量,若一產品有長中短三種端子,各自長度差異為0.5mm,又要確保最短pin的wiping distance足夠,則產品的尺寸會因而變大。長短pin的位置安排,除非客戶因其他電性功能需求而須指定位置,否則應考量廠內組裝的便利性,因為不論是靠連續模直接衝出長短pin或是經過2nd forming得到,總是比長度ㄧ致的端子多耗工時或是電鍍多耗貴金屬,因此應該盡量將長或短pin等較特殊的端子安排在同一排端子料帶上(有些產品例如docking connector是由八排端子料帶安裝而成,則應避免長短端子散布在八排料帶上)。
有(you)些(xie)記(ji)憶(yi)卡(ka)的(de)連(lian)接(jie)器(qi),因(yin)為(wei)與(yu)端(duan)子(zi)接(jie)觸(chu)的(de)是(shi)記(ji)憶(yi)卡(ka)上(shang)的(de)金(jin)手(shou)指(zhi),有(you)些(xie)金(jin)手(shou)指(zhi)的(de)鍍(du)金(jin)質(zhi)地(di)較(jiao)軟(ruan),端(duan)子(zi)稍(shao)有(you)不(bu)平(ping)滑(hua),插(cha)拔(ba)三(san)五(wu)次(ci)就(jiu)可(ke)在(zai)金(jin)手(shou)指(zhi)上(shang)看(kan)到(dao)明(ming)顯(xian)刮(gua)痕(hen),因(yin)此(ci)須(xu)將(jiang)端(duan)子(zi)杯(bei)口(kou)coining成球麵以減輕磨耗。否則即使模具設計杯口上表麵為剪切麵沒有毛頭,但是經過折彎成杯口時,該處上表麵兩邊緣便會因為Poisson effect而向上翹,因此在公母互配時就隻有這向上翹起的兩條edge在公端子(或金手指)上滑動,磨耗問題仍然嚴重。
SMT產品的焊腳設計,在水平段最好有一個Z字形折彎以避免焊點上過大的熱應力,另外,真正要吃錫的那一段tail與水平麵的夾角不可太大,否則造成隻有末端或是折彎點處吃錫,都不能通過SMT焊錫的檢驗。端子的電鍍要注意避免鍍錫區直接與鍍金區相連,以免於SMT製程中發生溢錫(solder wicking)的不良情形。當產品pitch很小,端子受housing固持的部分又很短,很難靠裝配方式得到可靠的固持效果與保持力,這時就應考慮insert molding(夾物模壓)的方式。采取此方式在端子方麵要注意兩點:
a. 在塑模內的封料部分的端子寬度尺寸要控製在0.03mm(正負一條半)的變異範圍內(連電鍍層的厚度都要考慮進去),以免過寬遭模具壓壞或是太窄出毛頭。另外封料段應該是平麵段,避免在折彎曲麵上封料。
b. insert molding時,高溫液態塑料流經端子表麵,溫度可能高於攝氏300度,會造成端子表麵的錫鉛熔化而隨塑料向下遊流動,不巧搭接到相鄰端子時,變造成射出成品的short問題。所以必須避免鍍錫鉛區延伸到塑料覆蓋區內。
danxingduanzizaigongmupeishi,neibuyinglizuidadedifangzaixuanbidegenbu,yinggaibimiangaichufujinyourenheyinglijizhongdeqingxing,zhewanbanjingtaixiaosuozaochengdeliewenshiyanzhongdeyinglijizhongchu,yingbimianzaidanxingduanzigenbufujinzuobanjingtaixiaodezhewan,ruobixuzhewanzejianyiqugaicailiaozuixiaoR/T比(bi)的(de)兩(liang)倍(bei)以(yi)上(shang)的(de)折(zhe)彎(wan)半(ban)徑(jing),以(yi)免(mian)發(fa)生(sheng)裂(lie)紋(wen)。有(you)些(xie)端(duan)子(zi)設(she)計(ji)為(wei)電(dian)鍍(du)後(hou)做(zuo)二(er)次(ci)折(zhe)彎(wan)再(zai)進(jin)行(xing)裝(zhuang)配(pei),二(er)次(ci)折(zhe)彎(wan)點(dian)應(ying)該(gai)為(wei)鍍(du)錫(xi)鉛(qian)區(qu)所(suo)涵(han)蓋(gai),因(yin)為(wei)錫(xi)鉛(qian)鍍(du)層(ceng)比(bi)鎳(nie)鍍(du)層(ceng)軟(ruan)而(er)延(yan)展(zhan)性(xing)較(jiao)佳(jia),比(bi)較(jiao)不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)二(er)次(ci)折(zhe)彎(wan)而(er)產(chan)生(sheng)鍍(du)層(ceng)裂(lie)紋(wen),但(dan)是(shi)也(ye)因(yin)為(wei)比(bi)較(jiao)軟(ruan)而(er)較(jiao)容(rong)易(yi)被(bei)折(zhe)彎(wan)治(zhi)具(ju)弄(nong)出(chu)刮(gua)痕(hen)。
端子以壓入方式與housing組合者,常在端子壓到定位後,治具向後退開時又發生端子向後退出一些的情形,因此最好不要設計成端子靠肩(治具推端子的施力點)與housing後表麵切齊,以免無法壓到位。通常靠肩部分是端子裸露在housing之外最寬的地方,也就是相鄰pin間隔著空氣距離最短的地方,要注意此處的耐電壓能力。目前為止聽過客戶能容許的PCB孔緣間距最小為0.15mm,因此如果端子在配接框口中的pitch太小,則tail應該錯開成多排以增加PCB孔間距。
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Spacer
spacer主要是將端子的tail做精確的定位,以方便客戶將connector插件於PCB上。若空間容許,可設計成浮動式的:客戶收到貨時spacer在下死點,端子tail凸出spacer底麵的長度較短,則tail尖端的正位度最準,客戶直接對準PCB孔位插入,插入過程順便將spacer向上推至定位。設計時要注意如何使spacer穩固的定位在下死點,不會脫落、也不會因為震動而自行上抬到上死點,此外,在裝配線上,因為產品檢驗有類似插板的動作,因此也要設計成方便以簡易治工具將spacer自上死點退回到下死點。另外就是考慮spacer如何容易裝配到housing上,要讓端子tail穿過spacer的孔,一般是將spacer孔的上緣做成很大的chamfer,若端子有很多排,則可將spacer做成階梯狀,以便在組裝時分段依序對準各排端子tail而安裝入housing。設計的概念是要靠spacer將端子校正,但是曾經發生歪斜的端子不但沒被校正反而將spacer帶歪了的情形,當時的對策是將spacer中的端子孔形狀修改,讓平直段的長度縮小到0.2~0.3mm,其餘長度都做成上述chamfer的斜麵部分,這樣的形狀使spacer校正端子時的接觸為近似點接觸(隻在那一小段平直段的孔壁上接觸),那麼端子施給spacer的反作用力(也是point force的集合)就不容易造成spacer翻轉歪斜。以docking conn.產品的spacer而言,階梯狀的設計,具有保護端子的功能,因為階梯狀使端子外露於塑膠之外的部分縮小,作業員取放時,比較不容易捏壞端子(此為客戶的使用經驗),但是伴隨而來的影響則是端子散熱的效果較差、產品總重量較重(曾有客戶抱怨我們的產品比AMP的多了6~7克)。 Spacer底麵的standoff設計不可省,否則必定造成壓錫膏的問題。 Standoff的高度至少要0.15mm。
Shell
Shell的功能包括:機構方麵有結構補強、公母座配接框口界定、連接器於PCB的定位、分擔外力等功能。電氣方麵有EMI遮蔽、ESD接地甚至有當作power傳輸的通路。以上功能除了必須確保shell與housing穩固的接合,尚須做好shell與PCB的接地導通。
Shelldegouzaofenliangzhong,yishiyichouyinfangshichengxing,yishiyizhewanbaofufangshichengxing。qianzhedejiegougangxingjiaojia,danshimojujishujiaogao,cailiaobixuxuanyongyanzhanxingjiazhe, 才不會在抽引加工時破裂。例如SPCC、SPCE與黃銅都適合做抽引加工, 但是不鏽鋼就極難做抽引加工。衝壓工程師在抽引模具開發時,初始設計依製工設計的零件R角尺寸製作衝子,但是往往在試模時因為發生材料破裂便自行將衝子的R角加大,最後是順利抽引出鐵殼,但是在法蘭邊與抽引段交界處的R角以及抽引段底部四周的R角可能都比設計尺寸大多,結果就是鐵殼套到housing上(shang)會(hui)發(fa)生(sheng)幹(gan)涉(she)而(er)套(tao)不(bu)到(dao)底(di)或(huo)是(shi)公(gong)母(mu)鐵(tie)殼(ke)在(zai)互(hu)配(pei)時(shi)發(fa)生(sheng)幹(gan)涉(she)而(er)配(pei)不(bu)到(dao)底(di)。因(yin)此(ci)最(zui)好(hao)在(zai)這(zhe)兩(liang)個(ge)地(di)方(fang)預(yu)留(liu)較(jiao)大(da)的(de)間(jian)隙(xi),並(bing)且(qie)在(zai)設(she)計(ji)審(shen)查(zha)會(hui)議(yi)中(zhong)特(te)別(bie)提(ti)出(chu)請(qing)衝(chong)壓(ya)單(dan)位(wei)仔(zai)細(xi)評(ping)估(gu)確(que)認(ren)可(ke)行(xing)性(xing)。折(zhe)彎(wan)包(bao)覆(fu)式(shi)鐵(tie)殼(ke)的(de)設(she)計(ji),應(ying)注(zhu)意(yi)接(jie)合(he)處(chu)的(de)平(ping)整(zheng)度(du)與(yu)結(jie)合(he)強(qiang)度(du),以(yi)免(mian)影(ying)響(xiang)公(gong)母(mu)互(hu)配(pei)性(xing)以(yi)及(ji)耐(nai)插(cha)拔(ba)性(xing),甚(shen)至(zhi)有(you)可(ke)能(neng)在(zai)客(ke)戶(hu)SMT製程就無法平貼PCB,造成空焊或掉件。折彎包覆式鐵殼比較容易做鍍後衝的製造方式,也較能夠在鐵殼結構上多做變化,例如:框口前緣可以向外翻出導引斜麵,使blind mating容許的初始偏心量較大;也可以在框口上設計一些彈片以利公母鐵殼互相搭接;另外就是在cable end connector上,鐵殼甚至可以與latch做成一體式。公母鐵殼互配後必須使兩者做電氣導通,使連接器兩端的係統電路接地電壓成等電位,同時也讓鐵殼的EMI遮蔽效果發揮,公母鐵殼間的搭接點愈密則遮蔽效果愈好。但是可能使整體插拔力增加。
至於公母鐵殼各自連接到PCB的grounding layer,則可以自鐵殼本身延伸出插板的焊腳或是經過其他金屬零件連接到PCB,例如經過車件的rivetting nut以及board lock連接到PCB。鐵殼通常是連接器的最前線,可以比端子先一步接收外來的靜電並將它疏通到接地去,發揮其ESD防護功能;或是確保公母配時鐵殼最先搭接,也就使兩個電路係統的GND最zui先xian接jie通tong,以yi滿man足zu某mou些xie係xi統tong設she計ji的de需xu求qiu。因yin為wei鐵tie殼ke是shi最zui前qian線xian,最zui容rong易yi被bei使shi用yong者zhe觸chu及ji,應ying要yao求qiu去qu除chu鋒feng利li的de下xia料liao毛mao頭tou,以yi免mian割ge傷shang使shi用yong者zhe。鐵tie殼ke的de電dian氣qi功gong能neng與yu鐵tie殼ke材cai質zhi的de導dao電dian性xing有you密mi切qie關guan係xi,因yin此ci應ying盡jin量liang選xuan擇ze導dao電dian性xing較jiao好hao的de材cai料liao,像xiang不bu鏽xiu鋼gang就jiu不bu適shi合he,因yin為wei其qi導dao電dian性xing不bu好hao。因yin為wei公gong母mu鐵tie殼ke互hu配pei時shi必bi定ding有you相xiang互hu接jie觸chu摩mo擦ca,因yin此ci表biao麵mian鍍du層ceng應ying選xuan擇ze鍍du鎳nie才cai夠gou硬ying耐nai磨mo,但dan是shi鎳nie的de焊han錫xi性xing不bu好hao,最zui好hao在zai鐵tie殼ke焊han腳jiao處chu選xuan鍍du錫xi鉛qian,若ruo全quan麵mian鍍du錫xi則ze容rong易yi產chan生sheng磨mo損sun痕hen跡ji。
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Board lock
Board lock的功能是確保連接器插板後能平貼PCB,並且在後續係統成品應用中分攤一些外力,有時也肩負鐵殼接地的責任。通常設計時最重要的就是在插板力最小(插板力太大則客戶在SMT製程中無法自動插件)的情況下有適當的抓板力,同時又能包容PCB的孔徑與板厚等尺寸公差。為了共用於兩種板厚尺寸的PCB,AMP有一種設計的專利,它在board lock的兩支腳上各長不隻一個的尖角,尖角可直接壓迫PCB孔內壁以產生足夠的摩擦力,防止退出,切記不可侵犯此專利。因為產品不會多次插板又拔出,因此並不需要將board lock設計成完全彈性變形,但是最好請工程分析幫忙確認設計尺寸對應的插板力與抓板力,以免不停設變。
較常見的board lock有兩種,一是下料式的hook type,另一是折彎式的kink type,一般反應是hook type尺寸較穩定,插板時也比較不容易將整個PCB孔內的錫膏推出掉落,較受客戶歡迎。
Board lock若需分攤應用時的插拔力或其他外力,則其位置就相當重要,設計原則是當外力產生時,board lock能及早分攤大部分的外力,例如當外力作用在housing上,產生一個杠杆效應,支點可能在PCB的前緣,或是在housing的後緣,這時就要考慮清楚,board lock究竟該放在何處,才能分攤掉大部分的外力。當然,board lock與housing間的結合強度要足夠,否則後果就是board lock還牢牢的留在原處,但是housing & contact已經被外力推移到破壞。
Board lock可以是獨立的五金件,也可以是從鐵殼上延伸出來的結構, 若是前者,則常常需要再花心思如何讓鐵殼與board lock導通,以便讓鐵殼接地,發揮隔離EMI或是疏通ESD的功能。在docking conn.的設計上,常用車製的nut穿過board lock,housing,shell然後將前緣鉚開,達到組合固定以及導通橋梁的功能。 Nutqianyuanyaomaokai,jubudeyingbianfeichangda,yibuxiaoxinjiurongyifashengmaoliedeqingxing,yibancaiyongbiaomianduxichuli,bijiaoyouyanzhanxing,tongshipeiheshidangdeguanbirouhouyijimaoheshendu,yingkebimianmaoliedeqingxing。ciyimaoheyongdenut一般又有另一功能,就是提供一個內螺紋供導位用或固定用車件旋轉配入,因此在裝配該車件時,就有可能將扭力傳到nut身上,為避免nut隨之旋轉,housing必須有機構特征來固定nut以防止其旋轉。須確認housing結構夠強,不會被nut的旋轉扭力破壞,或是頂出新的standoff。
客戶圖繪製重點
a. 盡量將尺寸圖、layout、規格與BOM都放在同一張圖麵上。
b. chanpinchicunbiaozhu,yikehuyingyongxuyaozhidaodechicunweizhu,buxuyaobiaoshidejiububiduociyiju,yimiankehunalaizuoweijianyanxiangmu,tuzengkunrao。gongchafangmian,jianyizhenzhuochangneizhizaonenglilaibiaoshi,buyaoyiweibaohuziji,biaoyixiedadebuhelidegongcha,yimiankehubiduichicuntuyulayout圖,一下就發現worst case無法插板之類的問題。
c. SMT type產品的solder pad建議尺寸,應該考慮當tail長度做到上限時,pad仍比tail多出一個端子材厚的尺寸,才能確保客戶看到端子端麵理想的填錫效果,pad寬度尺寸的考量亦然。
d. Through hole端子建議的PCB孔徑,則大約取端子橫斷麵對角線長度再加個0.3mm。孔與孔之間應該要有0.15mm以上的距離,方足以讓trace通過,因此,端子pitch太小則必須在tail處錯成多排,以便將PCB孔距加大。
e. Board to board connector要記得標注板到板的距離,through hole形式的產品要注明適用的板厚範圍。
f. BOM中的材質說明不必明確交代是何種銅合金或何種工程塑膠,以免日後因力學問題或阻抗問題須改材料時又要更新版次。
連接器設計check list
a. 客戶需求尺寸之滿足,包括外觀尺寸、stacking height(or board-to-board distance)、wiping distance、長短pin差異、through hole元件的尺寸。
b. 機械與電氣規格之確認,包括整體插拔力、端子正向力、LLCR、current rating、耐電壓。
c. 產品在PCB上的定位效果。
d. 產品的包裝for auto pick and place。
e. 內部結構可靠度審核,
f. 零件間的組合在六個自由度上的限製是否完備可靠。
g. 零件的裝配性,導角、預裝效果、幹涉量、間隙預留。
h. 公母配的stopper。
i. 母端子的活動空間是否足夠,會不會有簡支梁的問題發生。
j. 母端子前端是否安全的躲在塑膠隔欄內?確認worst case仍不會突出隔欄,以免被頂垮。
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