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
tashizhenggelianjieqidezhutigoujian,qitadelingjianwangtashenshangzuzhuang。tadazhijuedinglianjieqidewaiguanchicun,xuquerenqijiegouqiangdunengchengshouzuizhongshiyongzhezhengchangshiyongdepohuailihuoshikehumingdingdeceshiguige(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dehousing & shell等(deng)零(ling)件(jian)使(shi)公(gong)母(mu)端(duan)子(zi)落(luo)在(zai)正(zheng)確(que)的(de)互(hu)配(pei)位(wei)置(zhi),尚(shang)須(xu)確(que)保(bao)公(gong)母(mu)端(duan)子(zi)間(jian)的(de)接(jie)觸(chu)正(zheng)向(xiang)力(li)足(zu)夠(gou)大(da),足(zu)以(yi)讓(rang)電(dian)訊(xun)順(shun)利(li)通(tong)過(guo)接(jie)觸(chu)麵(mian),若(ruo)是(shi)接(jie)觸(chu)正(zheng)向(xiang)力(li)不(bu)足(zu),則(ze)接(jie)觸(chu)麵(mian)的(de)微(wei)觀(guan)狀(zhuang)況(kuang)便(bian)是(shi)隻(zhi)有(you)細(xi)微(wei)的(de)點(dian)接(jie)觸(chu),單(dan)靠(kao)零(ling)星(xing)的(de)細(xi)微(wei)點(dian)接(jie)觸(chu),其(qi)阻(zu)抗(kang)值(zhi)可(ke)能(neng)大(da)到(dao)幾(ji)個(ge)歐(ou)姆(mu),造(zao)成(cheng)太(tai)大(da)的(de)電(dian)位(wei)降(jiang),使(shi)電(dian)訊(xun)接(jie)收(shou)端(duan)無(wu)法(fa)處(chu)理(li)。通(tong)常(chang)鍍(du)金(jin)表(biao)麵(mian)的(de)硬(ying)度(du)較(jiao)低(di)且(qie)金(jin)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)佳(jia),因(yin)此(ci)接(jie)觸(chu)麵(mian)的(de)正(zheng)向(xiang)力(li)有(you)20 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、qudekunnanyouyouhuanbaodewenti。duanzichicunshejihaozhihou,biankeyijiemianjibianhuaqingxingfengechengshuduan,fenbiegusuanqidaotizukanghouleijiaqilai,zaijiashangshidangdejiechumianzukang,biankegailvegusuanchanpindeLLCR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。
lingyidianqitexingshiedingdianliu,zheyequjueyuduanzidecaizhiyujiemianji,jiemianyudazedanweichangdudezukangyuxiao,tongdianliusuochanshengdereliangyushao,zeduanziwendushangshengfudujiaoxiao,yejiukeyichuandaojiaodadedianliu(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 distance設she定ding值zhi不bu可ke太tai短duan,一yi方fang麵mian是shi為wei了le確que保bao清qing除chu表biao麵mian汙wu物wu的de效xiao果guo,一yi方fang麵mian也ye是shi為wei了le包bao容rong自zi家jia的de製zhi造zao公gong差cha以yi及ji客ke戶hu係xi統tong的de機ji構gou公gong差cha,一yi般ban設she計ji,最zui短duan的de端duan子zi也ye要yao有you1.0 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。
彈dan性xing端duan子zi在zai公gong母mu配pei時shi,內nei部bu應ying力li最zui大da的de地di方fang在zai懸xuan臂bi的de根gen部bu,應ying該gai避bi免mian該gai處chu附fu近jin有you任ren何he應ying力li集ji中zhong的de情qing形xing,折zhe彎wan半ban徑jing太tai小xiao所suo造zao成cheng的de裂lie紋wen是shi嚴yan重zhong的de應ying力li集ji中zhong處chu,應ying避bi免mian在zai彈dan性xing端duan子zi根gen部bu附fu近jin作zuo半ban徑jing太tai小xiao的de折zhe彎wan,若ruo必bi須xu折zhe彎wan則ze建jian議yi取qu該gai材cai料liao最zui小xiaoR/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。
Shell的(de)構(gou)造(zao)分(fen)兩(liang)種(zhong),一(yi)是(shi)以(yi)抽(chou)引(yin)方(fang)式(shi)成(cheng)型(xing),一(yi)是(shi)以(yi)折(zhe)彎(wan)包(bao)覆(fu)方(fang)式(shi)成(cheng)型(xing)。前(qian)者(zhe)的(de)結(jie)構(gou)剛(gang)性(xing)較(jiao)佳(jia),但(dan)是(shi)模(mo)具(ju)技(ji)術(shu)較(jiao)高(gao),材(cai)料(liao)必(bi)須(xu)選(xuan)用(yong)延(yan)展(zhan)性(xing)佳(jia)者(zhe), 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housingshanghuifashenggansheertaobudaodihuoshigongmutiekezaihupeishifashenggansheerpeibudaodi。yincizuihaozaizhelianggedifangyuliujiaodadejianxi,bingqiezaishejishenzhahuiyizhongtebietichuqingchongyadanweizaixipingguquerenkexingxing。zhewanbaofushitiekedesheji,yingzhuyijiehechudepingzhengduyujieheqiangdu,yimianyingxianggongmuhupeixingyijinaichabaxing,shenzhiyoukenengzaikehuSMT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GNDzuixianjietong,yimanzumouxiexitongshejidexuqiu。yinweitiekeshizuiqianxian,zuirongyibeishiyongzhechuji,yingyaoqiuquchufenglidexialiaomaotou,yimiangeshangshiyongzhe。tiekededianqigongnengyutiekecaizhidedaodianxingyoumiqieguanxi,yinciyingjinliangxuanzedaodianxingjiaohaodecailiao,xiangbuxiugangjiubushihe,yinweiqidaodianxingbuhao。yinweigongmutiekehupeishibidingyouxianghujiechumoca,yincibiaomianducengyingxuanzeduniecaigouyingnaimo,danshiniedehanxixingbuhao,zuihaozaitiekehanjiaochuxuanduxiqian,ruoquanmianduxizerongyichanshengmosunhenji。
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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。 Nut前qian緣yuan要yao鉚mao開kai,局ju部bu的de應ying變bian非fei常chang大da,一yi不bu小xiao心xin就jiu容rong易yi發fa生sheng鉚mao裂lie的de情qing形xing,一yi般ban采cai用yong表biao麵mian鍍du錫xi處chu理li,比bi較jiao有you延yan展zhan性xing,同tong時shi配pei合he適shi當dang的de管guan壁bi肉rou厚hou以yi及ji鉚mao合he深shen度du,應ying可ke避bi免mian鉚mao裂lie的de情qing形xing。此ci一yi鉚mao合he用yong的denut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. 產chan品pin尺chi寸cun標biao注zhu,以yi客ke戶hu應ying用yong需xu要yao知zhi道dao的de尺chi寸cun為wei主zhu,不bu需xu要yao標biao示shi的de就jiu不bu必bi多duo此ci一yi舉ju,以yi免mian客ke戶hu拿na來lai作zuo為wei檢jian驗yan項xiang目mu,徒tu增zeng困kun擾rao。公gong差cha方fang麵mian,建jian議yi斟zhen酌zhuo廠chang內nei製zhi造zao能neng力li來lai標biao示shi,不bu要yao一yi味wei保bao護hu自zi己ji,標biao一yi些xie大da得de不bu合he理li的de公gong差cha,以yi免mian客ke戶hu比bi對dui尺chi寸cun圖tu與yulayout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
tashizhenggelianjieqidezhutigoujian,qitadelingjianwangtashenshangzuzhuang。tadazhijuedinglianjieqidewaiguanchicun,xuquerenqijiegouqiangdunengchengshouzuizhongshiyongzhezhengchangshiyongdepohuailihuoshikehumingdingdeceshiguige(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dehousing & shell等(deng)零(ling)件(jian)使(shi)公(gong)母(mu)端(duan)子(zi)落(luo)在(zai)正(zheng)確(que)的(de)互(hu)配(pei)位(wei)置(zhi),尚(shang)須(xu)確(que)保(bao)公(gong)母(mu)端(duan)子(zi)間(jian)的(de)接(jie)觸(chu)正(zheng)向(xiang)力(li)足(zu)夠(gou)大(da),足(zu)以(yi)讓(rang)電(dian)訊(xun)順(shun)利(li)通(tong)過(guo)接(jie)觸(chu)麵(mian),若(ruo)是(shi)接(jie)觸(chu)正(zheng)向(xiang)力(li)不(bu)足(zu),則(ze)接(jie)觸(chu)麵(mian)的(de)微(wei)觀(guan)狀(zhuang)況(kuang)便(bian)是(shi)隻(zhi)有(you)細(xi)微(wei)的(de)點(dian)接(jie)觸(chu),單(dan)靠(kao)零(ling)星(xing)的(de)細(xi)微(wei)點(dian)接(jie)觸(chu),其(qi)阻(zu)抗(kang)值(zhi)可(ke)能(neng)大(da)到(dao)幾(ji)個(ge)歐(ou)姆(mu),造(zao)成(cheng)太(tai)大(da)的(de)電(dian)位(wei)降(jiang),使(shi)電(dian)訊(xun)接(jie)收(shou)端(duan)無(wu)法(fa)處(chu)理(li)。通(tong)常(chang)鍍(du)金(jin)表(biao)麵(mian)的(de)硬(ying)度(du)較(jiao)低(di)且(qie)金(jin)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)佳(jia),因(yin)此(ci)接(jie)觸(chu)麵(mian)的(de)正(zheng)向(xiang)力(li)有(you)20 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、qudekunnanyouyouhuanbaodewenti。duanzichicunshejihaozhihou,biankeyijiemianjibianhuaqingxingfengechengshuduan,fenbiegusuanqidaotizukanghouleijiaqilai,zaijiashangshidangdejiechumianzukang,biankegailvegusuanchanpindeLLCR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。
lingyidianqitexingshiedingdianliu,zheyequjueyuduanzidecaizhiyujiemianji,jiemianyudazedanweichangdudezukangyuxiao,tongdianliusuochanshengdereliangyushao,zeduanziwendushangshengfudujiaoxiao,yejiukeyichuandaojiaodadedianliu(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 distance設she定ding值zhi不bu可ke太tai短duan,一yi方fang麵mian是shi為wei了le確que保bao清qing除chu表biao麵mian汙wu物wu的de效xiao果guo,一yi方fang麵mian也ye是shi為wei了le包bao容rong自zi家jia的de製zhi造zao公gong差cha以yi及ji客ke戶hu係xi統tong的de機ji構gou公gong差cha,一yi般ban設she計ji,最zui短duan的de端duan子zi也ye要yao有you1.0 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。
彈dan性xing端duan子zi在zai公gong母mu配pei時shi,內nei部bu應ying力li最zui大da的de地di方fang在zai懸xuan臂bi的de根gen部bu,應ying該gai避bi免mian該gai處chu附fu近jin有you任ren何he應ying力li集ji中zhong的de情qing形xing,折zhe彎wan半ban徑jing太tai小xiao所suo造zao成cheng的de裂lie紋wen是shi嚴yan重zhong的de應ying力li集ji中zhong處chu,應ying避bi免mian在zai彈dan性xing端duan子zi根gen部bu附fu近jin作zuo半ban徑jing太tai小xiao的de折zhe彎wan,若ruo必bi須xu折zhe彎wan則ze建jian議yi取qu該gai材cai料liao最zui小xiaoR/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。
Shell的(de)構(gou)造(zao)分(fen)兩(liang)種(zhong),一(yi)是(shi)以(yi)抽(chou)引(yin)方(fang)式(shi)成(cheng)型(xing),一(yi)是(shi)以(yi)折(zhe)彎(wan)包(bao)覆(fu)方(fang)式(shi)成(cheng)型(xing)。前(qian)者(zhe)的(de)結(jie)構(gou)剛(gang)性(xing)較(jiao)佳(jia),但(dan)是(shi)模(mo)具(ju)技(ji)術(shu)較(jiao)高(gao),材(cai)料(liao)必(bi)須(xu)選(xuan)用(yong)延(yan)展(zhan)性(xing)佳(jia)者(zhe), 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housingshanghuifashenggansheertaobudaodihuoshigongmutiekezaihupeishifashenggansheerpeibudaodi。yincizuihaozaizhelianggedifangyuliujiaodadejianxi,bingqiezaishejishenzhahuiyizhongtebietichuqingchongyadanweizaixipingguquerenkexingxing。zhewanbaofushitiekedesheji,yingzhuyijiehechudepingzhengduyujieheqiangdu,yimianyingxianggongmuhupeixingyijinaichabaxing,shenzhiyoukenengzaikehuSMT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GNDzuixianjietong,yimanzumouxiexitongshejidexuqiu。yinweitiekeshizuiqianxian,zuirongyibeishiyongzhechuji,yingyaoqiuquchufenglidexialiaomaotou,yimiangeshangshiyongzhe。tiekededianqigongnengyutiekecaizhidedaodianxingyoumiqieguanxi,yinciyingjinliangxuanzedaodianxingjiaohaodecailiao,xiangbuxiugangjiubushihe,yinweiqidaodianxingbuhao。yinweigongmutiekehupeishibidingyouxianghujiechumoca,yincibiaomianducengyingxuanzeduniecaigouyingnaimo,danshiniedehanxixingbuhao,zuihaozaitiekehanjiaochuxuanduxiqian,ruoquanmianduxizerongyichanshengmosunhenji。
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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。 Nut前qian緣yuan要yao鉚mao開kai,局ju部bu的de應ying變bian非fei常chang大da,一yi不bu小xiao心xin就jiu容rong易yi發fa生sheng鉚mao裂lie的de情qing形xing,一yi般ban采cai用yong表biao麵mian鍍du錫xi處chu理li,比bi較jiao有you延yan展zhan性xing,同tong時shi配pei合he適shi當dang的de管guan壁bi肉rou厚hou以yi及ji鉚mao合he深shen度du,應ying可ke避bi免mian鉚mao裂lie的de情qing形xing。此ci一yi鉚mao合he用yong的denut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. 產chan品pin尺chi寸cun標biao注zhu,以yi客ke戶hu應ying用yong需xu要yao知zhi道dao的de尺chi寸cun為wei主zhu,不bu需xu要yao標biao示shi的de就jiu不bu必bi多duo此ci一yi舉ju,以yi免mian客ke戶hu拿na來lai作zuo為wei檢jian驗yan項xiang目mu,徒tu增zeng困kun擾rao。公gong差cha方fang麵mian,建jian議yi斟zhen酌zhuo廠chang內nei製zhi造zao能neng力li來lai標biao示shi,不bu要yao一yi味wei保bao護hu自zi己ji,標biao一yi些xie大da得de不bu合he理li的de公gong差cha,以yi免mian客ke戶hu比bi對dui尺chi寸cun圖tu與yulayout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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