连接器设计规范PPT.ppt

1,Page,*,Confidential,Design Guide,1,Page,1,Foxconn,連接器設計手冊,Design Guide for Connector,Revision:A,Prepared:Smark Huo,1,Page,2,大綱,1.,連接器產品基本特征,2.,塑膠零件設計,2-1.,塑膠結構設計,2-2.,塑膠材料選擇,3.,端子五金零件設計,3-1.,保持力設計,3-2.,正向力設計,3-3.,端子應力設計,3-3.,銅材選用,4.,高頻設計,5.,電鍍設計,6.PCB,焊接技術簡介,Outline,1,Page,3,Characteristic of connector,連接器的特性,高速傳輸,(High speed transmission),散熱,(Heat dissipation),電磁波,/,高頻測試,(EMI/RFI),噪音,(Acoustics),電力分配,(Power distribution),結構,(Mechanical design),外觀,(Product styling&Cosmetics),環保,(Environmental protection&Recycling),1,Page,4,Design concept,輕量化,(Low Weight),小型化,小,pitch,化,(Minimum Size),低成本,(Low Cost),高性能,(Height Performance),量產性,(Height Productivity),連接器設計理念,1,Page,5,機械設計程序,Design Process,1,Page,6,Design of Plastic Part,第一章,.,塑膠零件設計,1,Page,7,Design of Plastic Part,2-1.,塑膠零件結構設計,-,壁厚,(Thickness),設計,設計原則,:,1.,壁厚均勻,2.,盡可能小的肉厚,3.,受力處和合膠線處要有足夠的厚度,保證一定的強度,(,圖示,),合膠線,受力面,如果無法避免不均勻的肉厚設計時,應盡量采用逐步過渡的形式,避免突變,否則容易產生變形,不好的設計,好的設計,肉厚過渡部份,1,Page,8,Design of Plastic Part,2-1.,塑膠零件結構設計,-,壁厚,(Thickness),設計,左圖肉厚設計不均勻,右圖為改進後的設計,肉厚設計均勻,成型時不易產生縮水,氣泡,變形等不良現象,Good,Good,Bad,Bad,1,Page,9,Design of Plastic Part,2-1.,塑膠零件結構設計,-,加強筋,(Rib),設計,主體肉厚,:T,拔模角度,D:0.5,-1.5,加強筋高度,:,小於,5T(,一般為,2T,3T,加強筋間距,:2T,3T,連接圓弧半徑,:R=0.25,0.4T,寬度,(W):0.4,0.8T(PC/ABS,小於,0.5T,ABS,為,0.5-0.7T),1,Page,10,Design of Plastic Part,2-1.,塑膠零件結構設計,-,凸台設計,凸台尺寸設計規范,主壁厚,:T,拔模角,(d):0.5,-1.5,凸台高度,:,小於,5T(,一般,2.5,3T),過渡圓弧半徑,R:0.25T,0.40T,凸台厚度,(W):0.4T,0.8T,1,Page,11,Design of Plastic Part,2-1.,塑膠零件結構設計,-,角撐,(Gussets),設計,1,Page,12,Design of Plastic Part,2-1.,塑膠零件結構設計,-,一般圓角設計,1,Page,13,Choice of Plastic Material,連接器設計選用塑膠原料的原則,由於連接器的,housing,結構特點基本上都是,薄肉,(,最小的小於,0.2mm),多,pin,孔,細長結構,同時因應,IT,行業的產品更新換代快,競爭激烈,所以材料的選擇必需遵循一下的原則,:,流動性好,可成型肉厚較薄的產品,(,如,LCP,PPS,NAYLON,類,),高強度,抗沖擊性,耐高溫,(SMT,焊接制程的需要,),優異的電氣性能,(,高絕緣電阻,低的介電常數,),冷卻速度快,(,縮短成型周期,提高效率,節約成本,),在滿足性能的狀況下,盡量選用價格便宜的材料,1,Page,14,1,Page,15,連接器設計常用的塑膠原料特性比較,Choice of Plastic Material,1,Page,16,Choice of Plastic Material,1,Page,17,Choice of Plastic Material,1,Page,18,Choice of Plastic Material,1,Page,19,Choice of Plastic Material,1,Page,20,Choice of Plastic Material,1,Page,21,第二章,.,端子零件設計,Design of Terminal,1,Page,22,1.,在連接器,smt,化及小型化的趨勢下，保持,力的設計必須非常精準。,2.,保持力太大，有兩項缺點：,(1),增加端子插入力，易造成端子變形,(2),增加,housing,內應力，易造成,housing,變形,。,3.,保持力太小，有兩項缺點：,(1),正向力不夠，造成電訊接觸品質不良，,(2),端子易鬆脫,Design of Retainer Force,保持力的作用,:,固持端子于,Housing,中,防止脫落,焊接時,提供,Connector,整体保持力,檢驗端子壓狀況及隔欄強度狀況,(,耐電壓性能,),1,Page,23,保持力設計參數包括：塑膠選用，端子卡榫設計，干涉量設計。,smt type connectors,必須使用耐高溫的塑膠材料，常用的包括：,LCP,，,Nylon,，,PCT,，,PPS,等。,端子卡榫設計大致分為單邊及雙邊兩類，每一邊又可以單層及雙層或三層。,干涉量通常設計在,0.04mm-0.13mm,之間,Design of Retainer Force,3-1.,保持力的影響因素,1,Page,24,Design of Retainer Force,3-1.,保持力的影響因素,塑膠材料的保持力差異性很大，同一種卡榫及干涉量的設計，不同的塑料，保持力會有,500 gf,以上的差別。,一般而言：,nylon,的保持力大於,LCP,，,PCT,則介於兩者之間，但同樣是,LCP,，不同廠牌間的差異性非常大，有將近,400 gf,的差異。,干涉量的設計最好介於,4,0,m,m-100,m,m,之間，因為干涉量小於,4,0,m,m,，保持力不穩定，大於,100,m,m,，保持力不會增加，干涉量介於兩者之間，保持力呈現性的方式增加，增加的量隨材料及卡榫設計的差異約在,30-120(gf/10,m,m),。,1,Page,25,Design of Retainer Force,3-1.,卡榫的結構設計,雙尖點雙邊卡筍,單尖平面單邊卡筍,單尖雙邊卡筍,單尖單邊卡筍,雙尖點單邊卡筍,單尖平面雙邊卡筍,1,Page,26,Design of Retainer Force,3-1.,卡榫的結構對保持力的影響,1.,凸點平面長度和保持力有很大的關係，長度越長，保持力越大。,2.,單邊卡榫較雙邊的保持力大。,3.,雙凸點較單凸點的保持力大，但不明顯，可以忽略。,4.,凸點前的導角角度與保持力無關。,5.,較薄的板片保持力也相對的較低,6.,總結而論：端子和塑膠接觸面積越大，保持力越大，而且其效果非常明顯,。,1,Page,27,Design of Normal Force,3-2.,端子正向力設計,鍍金端子正向力：,50-100 gf,或小於,100 gf,。,鍍錫鉛端子正向力必須大於,150 gf,正向力與產品的可靠性有絕對的關係。,正向力與接觸電阻有密切的關係。,若,PIN,數大於,200,可適度降低正向力。,正向力與,mating/unmating force,有關。,正向力與振動測試時之瞬斷,(intermitance),有密切的關係，增加正向力可改善瞬斷問題。,正向力會嚴重影響電鍍層之耐磨耗性。,1,Page,28,鍍金端子正向力輿接觸阻抗的關係,Design of Normal Force,圖示曲線表明,:,當正向力大於,50gf,後,接觸阻抗幾乎不隨正向力而變化,0.0,10.0,20.0,30.0,40.0,50.0,50,100,150,200,250,0,LLCR(mOhm),Normal Force(gf),1,Page,29,端子正向力的設計必需考慮材料的最大應力,端子理論應力的計算方法如下,:,d:,位移量,(mm),E:,彈性係數,(110 Gpa),s:,最大應力,(M,pa),F:N(50-100gf),*Forming and blanking,端子設計差異及重點,F:,理論正向力,Design of Stress Force,1,Page,30,理論應力,/,材料強度,永久變形,(mm),永久變形輿理論應力的關係,Design of Stress Force,1,Page,31,永久變形輿正向力的關係,Design of Stress Force,1,Page,32,永久變形受,FEM,最大應力值影響，也就是應力集中之影響，因此應力集中會造成永久變形。,永久變形量不會造成端子正向力降低，而是端子彈性係數,(,正向力,/,位移量,),增加。,當端子之理論應力值大過材料強度時，其反覆耐壓之次數及無法達到,1,萬次，應力愈高次數愈少，但應力超過最大值之,1.8,倍時尚有,2000 cycles.,若產品設計應力高出材料強度很高時很容易產生跪針現象。,Design of Stress Force,永久變形輿應力的關係,1,Page,33,Design of Resistance,端子接觸理論,A-spots,Apparent,contact,area,Effective,contact area,SURFACE1,SURFACE2,P,P,P,P,P,P,1,Page,34,幾何接觸形態,球對平面接觸,圓柱對圓柱接觸,圓柱對平面接觸,平面對平面接觸,Design of Resistance,1,Page,35,電流流過端子接觸區域時的總電阻值,(,R,T,),是為,体積電阻值,(,R,B,),擠縮電阻值,(,R,C,),和簿膜電阻值,(,R,f,),的總和,Rc,Rf,R +,1,1,1,+,+,.,CR=,bulk,R,R,c,f,SURFACE1,SURFACE2,P,P,P,P,P,P,Design of Resistance,1,Page,36,接觸阻抗,實際阻抗,實際阻抗值,=,素材阻抗接觸阻抗,素材體積阻抗,L:,端子導電長度,(mm),A:,端子截面積,(mm2),:,導電率,(%),純銅之電阻係數,=17.241,10,-3,Design of Resistance,(C,f,R,k,I,e,取值見附頁,),1,Page,37,一般材料導電率表,Design of Resistance,1,Page,38,Design of Resistance,1,Page,39,Design of Resistance,1,Page,40,Choose of Material,低接觸電阻與素材電阻而滿足迴路需求,腐蝕電阻須低,確實插入時，須有低摩擦力與良好的導電性,適當的彈性特性,價格須低,傳導性,(Conductivity),最小素材電阻,延展性,(Ductility),幫助端子之成形,降伏強度,(Yield Strength),在彈性範圍內，可擁有大的位移,應力鬆弛,(Stress Relaxation),端子於長時間受力或使用於高溫時,抗拒負載能力仍能維持,硬度,(Hardness),減少端子金屬的磨損,銅材選擇基本要求,:,1,Page,41,銅材物性表,1,Page,42,Choose of Material,連接器端子常用銅材,黃銅,(Brass),-,價格低,導電性佳,機械強度差,磷青銅,(Phosphor Bronz),-,價格中等,導電,性略差,機械強度佳,.,鈹銅,(Beryllium Copper),-,價格高,導電性及,機械強度均佳,.,1,Page,43,隨著合金強度增加,:,成型性降低,最小的彎曲半徑,:,內,R=1,倍銅板材料厚度,材料沖壓特性,方向與幾何特性,Choose of Material,端子材料成型性特點,1,Page,44,Choose of Material,端子彈臂結構形狀,Reflex Spring,Rolling Leaf Spring,Double Reflex Spring,Pre-loaded Contact Spring,1Page,45,Design of Height Frequency,第三章,.,連接器高頻設計,1,Page,46,Height Speed Connector Design Guide,高頻連接器的基本參數,:,串音,:,信號在導體內傳輸時受外部電磁波干擾的現象,阻抗匹配,:,高頻信號傳輸時連接器是阻抗不匹配的可能發生點,電感,(L):,傳輸導體的電感,電容,(C):,端子之間的雜散電容,爬升時間,(Tr):,信號的爬升時間短,-,高頻,爬升時間短阻抗匹配困難,1,Page,47,Height Speed Connector Design Guide,1,Page,48,Height Speed Connector Design Guide,1,Page,49,Height Speed Connector Design Guide,1,Page,50,Height Speed Connector Design Guide,1,Page,51,連接器在高頻工作時,信號的傳輸類似波的行為,傳輸過程中會發生以下現象,:,散射,:,信號可能會在空間散布,影響到臨近的端子,或受外來電磁波的影響,即所謂的串音或電磁干擾,(EMI),電磁波的能量形式通常用電感,L,電容,C,來表示,L,和,C,越大,干擾越大,阻力,:,電磁波經不同的環境會有不同的傳輸行為,具體來說,類似直流電的電阻,稱為阻抗,(Impedance),阻抗是,L,和,C,的組合效應,:Z,0,=,L/C,只有當所有傳輸路徑的阻抗差不多時,傳輸才會順利,否則會發生反射,即阻抗不匹配,(Impedance mismatch).,爬升時間越短,阻抗匹配越困難,Height Speed Connector Design Guide,1,Page,52,因連接器之目的即為傳輸信號,而傳輸線的電容,電感取決於導體的几何形狀和介質特性,電容,:C=,Height Speed Connector Design Guide,A,D,若是設計不良,則會導致信號傳輸延遲,訊號扭曲及阻抗不匹配的現象,信號傳輸的路徑越長,L,越大,材料輿,housing,材質有關,),的介電常數越大,C,越大,所以高頻連接器的設計必需考慮端子的形狀和材料的選擇,1,Page,53,第四章,.,連接器電鍍的功能和目的,Design of Plating,1,Page,54,Design of Plating,CONTACT,的功用,CONTACT,的要求,電鍍的目的功用,鍍鎳,素材打底,保持力,平整底材,避免形成界面混合物,提高硬度,隔離金和銅,五金零件外觀,外觀,保証外觀,鍍金,連接,接觸阻抗小,提高導電性能,價值高,壽命長,a.,防止腐蝕,b.,提高表面硬度和耐磨性能,鍍錫鉛,固定焊接,焊接性能好,提高焊錫性能,五金零件外觀,外觀,保証外觀,連接器電鍍的功能和目的,1,Page,55,第五章,.PCB,焊接技術簡介,Welding Between Connector,And Printed Circuit Board,1,Page,56,一,.,分類說明,:,按與母板,(P.C.B),焊接方式,不同,PC,連接器可分為,鍍層穿孔,(Plated Through Hole),和,表面粘著,(Surface,Mount),兩種,.,1.,鍍層穿孔,(,簡稱,T/H).,T/H,是把圓形,矩形,四方插腳,(Solder Tail),插在,P.C.B,的通,孔里,過波峰焊,(Wave Solding),焊在,P.C.B,上的技術T/H,的特點是,:,結構簡單,操作方便,對材料要求不,高,成本較低,因而應用廣泛,.,缺點是,:,需要穿孔,故,P.C.B,只能單層安裝元件,.,PCB,組裝的分類,Welding Between Connector,And Printed Circuit Board,1,Page,57,2.,表面貼裝,(,簡稱,SMT),SMT,是在,P.C.B,上使用焊錫墊,(Solder Pad),使其高溫融化與連接器管腳焊在一起的技朮,.,它的優點是,:,可以雙面安裝,增加,P.C.B,使用面積層數,使其,布線更合理,更緊湊,.,它的缺點是,:,安裝定位要求高,需要耐高溫材料,如,(PA6T.PPS.LCP,等,),成本較高,.,Welding Between Connector,And Printed Circuit Board,1,Page,58,印刷電路板,電阻,積體電咯,IC,焊點,焊墊,(a),傳統零件之焊點結構,印刷電路板,焊點,焊墊,電阻,(b)SMT,零件之焊點結構,Welding Between Connector,And Printed Circuit Board,1,Page,59,對於,T/H,焊接,一般焊錫腳輿,PCB,板孔的間隙在,0.2,0.4mm,之間最為合適,推薦使用的焊錫腳大小見附表,;,端子腳露出,PCB,的長度,:,一般要保證良好的焊接效果端子腳長度需高出,PCB,板,0.8mm,以上,Welding Between Connector,And Printed Circuit Board,1,Page,60,SMT,之優點,1,可使封裝密度提高,50%-70%;,2,可將多個零件合並於一個,SMA,相,;,3,可用更高腳數之各種零件,;,4,提高傳輸速率,;,5,組裝前無須任何準備工作,;,6,具有更多且快速之自動化生產能力,;,7,減少零件貯存空間,;,8,節省製造廠房,且總成本降低,.,Welding Between Connector,And Printed Circuit Board,1,Page,61,發料,Parts Issue,基板烘烤,Barc Board Baking,錫膏印刷,Solder Paste Printing,泛用機貼片,Multi Function,Chips Mounring,迴焊前目檢,Visual Insp.b/f Reflow,熱風爐迴焊,Hot Air Solder Reflow,修理,Rework/Repair,迴焊后目檢,測試,品管,入庫,Stock,修理,Rework/Repair,點固定膠,Glue Dispensing,高速機貼片,Hi-Speed Chips Mounting,修理,Rework/Repair,SMT,技術組裝流程圖,Surface Mounting Technology Process Flow Chart,1,Page,62,Slope:Keep the slope low to minimize motherboard warping during preheat.,Peak temp,215+/-5deg C,Slops 3deg-C/sec,Time liquidus 45-90 seconds,Slop 3deg-C/sec,Hold at 130-160 deg C for approx.2 minutes,183 C,Board Temp,(,升溫區),(,恆溫區),(,溶解區),(,冷卻區),Time,130-160C range:Extended period allows board temperature to stabilize(warp)and allows flux to finish cleaning prior to reflow.,Also help minimize thermal of reflow.,SMT Process,1,Page,63,250,200,150,100,50,0,0,32,64,96,128,160,192,224,256,288,320,352,384,焊接曲線,Rcflow profile,s,1,Page,64,1.,平面度要求,:,平面度是,SMT,連接器最重要的參數之一,.,如果,變形大,就會在,P.C.B,上,虛焊,漏焊,.,它一般受,TAIL,本身平面度,.,焊錫墊平面度及塑膠本体之變形等影響,.,在檢測方面有,CCD,2.TAIL,真直度要求,:,因為客戶,P.C.B,上焊錫墊的寬度及位置是固定的,.,如果,TAIL,之真直度不符規格,則會造成,錯焊,.,斜焊,等嚴重不良,.,3.,導通要求,:,連接器,最基本功能,是,導通,SMT,連接器因其,PITCH,小,端子強度較弱,故導通測試實驗上較難掌握,治具檢測方法不當,即會造成,TAIL,和,BELLOW,變形,.,4.,塑膠耐焊錫熱變形要求,:,SMT,連接器的,焊接,一般要經過,兩次高溫,其不良主要表現在過焊錫后,變形,超過規格及,塑膠本身起泡,而影響焊接品質,克服,此不良主要從,材料,成型條件,成型机台,方面考慮,.,SMT,對連接器功能的要求,1,Page,65,5.,其它要求,:,比如,金屬絲,.,因為,SMT,連接器的,PITCH,小,如果金屬絲的長度超過,PITCH,則可能,錯接造成短路,.,一般,金屬絲,是由于,折,CARRY,造成,解決方法有把打,V-CUT,結構,折,CARRY,方式,改為,切,CARRY,方式或者盡量減少,V-CUT,處,寬度,使其金屬絲減至最短及杜絕,.,SMT,對連接器功能的要求,1,Page,66,第六章,.,錫膏輿助焊劑,1,Page,67,Soldering Tin Paste And Flux,焊膏的分類,合金熔點,:,1.,高溫焊錫膏,2.,一般焊錫膏,3.,低溫焊錫膏,根據焊接溫度不同,可選擇不同溶點的焊錫膏,.,對表面貼裝,來說,焊膏的熔點一般為,179-183,助焊劑活性,:,無活性,(R);,中等活性,(RMA);,活性,(RA);,超活性,(R),焊膏的粘性,:,根據工藝手段的不同來選擇,清洗方式,:,溶劑清洗,水清洗和免清洗,免清洗是當今電子行業發展,的方向,.,1,Page,68,銲錫膏的種類,Soldering Tin Paste And Flux,1,Page,69,1.,溶劑,將助焊劑之所有組成溶解成一均勻狀之溶液進而得到一,活性均勻之助焊劑,2.,活性劑,1),消除焊接面之氧化物,降低表面張力,2),活性劑之種類,A.,有機酸類,B.,有機氨類,C.,有機酸鹼酸鹽,3.,抗捶流劑,1),防止錫粉與錫膏助焊劑分離,2),防止錫塌,錫膏助焊劑成份,Soldering Tin Paste And Flux,1,Page,70,助焊劑的分類,(,依成份,),Soldering Tin Paste And Flux,1,Page,71,Introduction To Lead-free Soldering,無鉛制程常用焊材合金,無鉛焊材的熔點普遍高於傳統的錫鉛系焊材,這對於連接器來說,要求,housing,要能夠承受更高的錫溫,故為了在設計,SMT,型連接器時,要選擇能夠承受更高的錫溫的塑膠材料,目前有客戶的無鉛制程要求塑膠材料能夠在,265,保持,10,秒不產生變異,針對有無鉛要求的客戶,我們的材質要重新評估,.,1,Page,72,理 論 指 導 實 際,實 踐 檢 驗 真 理,結束語,