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谈谈连接器电接触可靠性设计

连接器电接触可靠性设计重点是以下参数的设计:接触电阻、插拔力、接触正压力。

接触电阻设计

依据电接触理论,接触电阻R= RC + Rf + Rp,式中:

Rp—为导体电阻,它是端子和引出线的奥姆电阻之和,其大小决定于端子和引出线所选 用的材料、截面形状及长度尺寸。

RC—集中电阻,当两个端子彼此接触时,其表面不可能完整地接触,微观上是点与点 的接触。当电流由一个接触件流向另一个接触件时,电流线就受到收缩而产生阻力,因而产生的电阻就称为收缩电阻。

Rf—膜层电阻,它是接触件表面上的粘着膜、表面晦暗膜及薄膜所产生的电阻。

接触电阻的影响因素:材料本身的特性,接触压力、生产工艺能力等。

谈谈连接器电接触可靠性设计

端子材料选用

下表为典型金属的电阻率

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下表为铜合金的性能

谈谈连接器电接触可靠性设计

选用高导电率或低电阻率的端子材料(黄铜的导电率约为 13﹪,磷青铜导电率约为 26﹪,铍铜可大达 40﹪),是降低接触电阻最有效的方法。

端子材料选择的基本要求:

  • 导电性-高导电率、低电阻率,降低接触电阻;
  • 延展性-有助于端子成型;
  • 硬度-提高机械 磨损能力及增大接触面积,减小接触电阻;
  • 降伏強度-屈服强度,在机械与材料科学的定义是材料开始产生塑性变形(永久变形)的应力值,在弹性范围内有大的位移;
  • 弹性模数-较高的弹性模数表面膜容易破坏,有利于降低表面膜接触电阻,较低的弹性模数则可增大弹性变形的接触面积;
  • 应力松弛-端子长时间受力或高温,抗拒负载能力仍能维持;
  • 硬度(Hardness)-減少端子金属的磨損。

接触件插拔力设计

在影响接触电阻的因素中,接触压力的影响最大,但接触压力一般是无法测量的。

接触件在插入和拔出时为克服弹性接触产生的阻力所需要的力,称为接触件插入力和 拔出力,根据胡克定律,当接触压力越大,为克服弹性接触产生的阻力所需要的力也 越大,也就是插拔力越大,因此从某种意义上来说插拔力就是在弹性接触件正压力作 用下,接触件间产生的摩擦力。

谈谈连接器电接触可靠性设计

插拔力在一定区间变化时,接触电阻的变化较明显,除此之外的区域,接触电阻的 变化相对钝化,即使插拔力增加很多,接触电阻也并未明显减小 。从经济性角度考虑, 超过一定限度,再要求通过增大插拔力来减小接触电阻,没有实际意义 。所以,为减小接触电阻,不应仅从插拔力去考虑。

接触件的接触压力

接触压力是彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力,影响着电接触性能,由于机械或环境应力而使正压力减少,会引起接触电阻的增加,若超出规定值将引起电路失效。

在连接器 smart化的趋势下,接触压力的设计必須非常精准。

保持力太大的缺点:

(1)增加端子插入力,易造成端子变形;

(2)增加housing 內应力,易造成housing 变形。

保持力太小的缺点:

(1)接触压力不夠,造成接触电阻大,接触不良;

(2)端子易松脱。

下图为接触压力与接触电阻的变化分析

谈谈连接器电接触可靠性设计

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