连接器开发要点.doc

基板用连接器(Fine Pitch)的开发要件

前 言
此书是对设计表1上表示的基板用连接器时需要的零件(技术情报、想法及手法)记述基本性的事项的书。随之，实际进行开发时将此书作为参考，能确实反映最新的情报和状况，还有客户要求事项地下功夫。
1、 适用基板用连接器
基板上实装的连接器中包括连接电线和基板的I/O连接器就存在很多种类，但在此书中将
下表中表示的狭间距(细间距)，且小型的连接器作为基本进行说明。
分类
特征、规格
使用形态
主要适用制品
1) Board to Board

2）Compression type

3) FPC connector
●接点间隙：
1.0,0.8,0.6,0.5, (0.3)
●接合形态：
垂直、水平
●排气管高度：
3~12
●实装方式：
SMT

●接点间隙：
1.5,1.0,0.8,0.5
●实装及接合方式：
SMT/排气管
无焊锡／排气管

●接点间隙：
1.0,0.8,0.6,0.5, (0.3)
●接合形态：
水平、垂直
●FPC插入方式：
ZIF,　NON-ZIF
● 以将2张基板接合的目的使用，一般主盘（Mother board）上要装XX盘，最近也有作为选择盘使用

●以将2张平行的基板连接的目的使用，此时使用的连接器是一个。

●连接主基板和其它的装置（device）,和FPC或FFC连接。
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液晶制品
表１：基板连接器的分类

2、 基本要件
连接器是主要将铜合金和树脂加工制作的电子零件。尤其，设计狭间距连接器时，最好收
集很多技术情报和知识以及经验来制作。制作产品上，一个技术人员理解所有后实行是非
常困难。但是，设计新连接器时，重要的是持需要最低限的情报，不足的部份一边补充,
一连进行，以下对基本要件进行说明。
2.1接点间隙(间距)是1mm以下要低背。
连接器是，重要的是设计成轻薄短小。这样一来，狭间距化的端子是从特理性形状维持强
度，满足性能是困难。随之在端子的设计上需要弹片的特性，耐XX(插拔时的直线)等的
强度面中的考虑。还有，Housing也因树脂的厚度变薄，所以需要充分检讨强度维持和树
脂的流动性。
2.2应2表面实装零件(SMD)
连接器也和其它的电子零件(IC、电容器、阻抗等的Chip)一同，通过XX装置被实装。随
之，需要耐高热的树脂材料的迁定和形状等的对应。
2.3应可以3自动实装
可以SMD相同自动实装。随之，连接器是为了用自动机可以供应。要压花胶带或通过托
盘(tray)的包装。
2.4质量要稳定
SMD上要求的是基板实装后，焊锡的端子部在稳定的状态。随之，在质量上最为重视的
是平坦度(coplanar)，设计时也要考虑生产时的检查方法。
2.5要实施与环境对策
近些年，对环境问题也不能勿视。
包括欧美，很多的外国企业打出对环境对策(ISO14000等)，尤其连接器上要求的是端子电
镀的铅自由化成为很大的课题。此环境问题中，铅自由化(电镀，焊钖工艺)，有害特物质
的除外(含在树脂中的磷等)和反复循环化等是头等课题。
3、 制品设计的要点(基本要件2.1项)
3.1Housing(Mold)
Housing等的树脂成形零件是要求选定耐约270度高热的材料。还有，形状方面也尽可
能避免锐角的形状(热集中后导致容易溶解)的进行设计。
以下是主要的项目：
(1) 强度和刚性：端子的保持力，连接器的嵌合强度等上需要的特性。
(2) 伸缩与韧性：同上
Ex:保持力是根据构造和材料但目标是300~500g。
(3) 焊接强度：影响端子压入部和联锁（locking）部等的功能。
(4) 尺寸稳定性：SMD是热膨涨率也是重要特性。
Ex:厚度的均等化等长物是因容易出现弯曲，所以规定0.1以内为目标，0.1以上
就不能维持平坦度。
(5) 流动性：对生产性影响很大还有注意短射出（short shot）
(6) 毛刺对策：和流动性相反，但要求模具的精度进行精密的小型零件的成形时要
求更高的模具精度。其次模具的寿命维护保养性（模具的洗凈增多）也成重要
的因素。还有，作为成形技术需要检讨少量取数的模具，高周期的成形。与此
相伴小型成形机的对应等。
以下介绍主要的树脂材料。（PBT,PA6是比较参考）
　　 材料
特性
LCP
GF30%
PPS
GF40%
PA46
GF30%
SPS
PBT
GF30%
PA6
GF30%
强度•刚性
○
◎
○
○
△
○
伸缩•韧性
╳
△
○
△
○
○
焊接强度
╳
△
△
△
○
○
焊锡耐热性
◎
◎
◎
○
△
△
电气特性
○
○
△
◎
○
○
尺寸稳定性
◎
◎
╳
○
△
╳
流动性
◎
○
○
○
○
○
毛刺发生
◎
╳
○
△
△
○
热稳定性
○
○
△
△
△
△
价格
╳
▲
△
△
○
○
表2：耐热对应树脂的比较
另外，本表是表示材料的比较，实际上使用时从材料厂家索取详细的特性数据。
3.2接点，附件(accessory)press
因连接器轻薄短小，所以接点的弹片设计是对材料特有的特性必须极限值的范围来
进行设计，且不仅是强度面必须是考虑到组装性的形状。还有，为了向基板固定
的盘锁定等的附件是先行很多厂家提出申请。也需要充分进行知识产权(专利)的对
策。
(1) 弹片解析上需要应力分布的确认。
接点变小就维持材料的限界(拉力强度和弹片限界)的设计变成困难的状况。此时，作
为计测弹片能力的手法用有限要素法(三次元或二次元)来确认应力分布，最大应力的
影响对材料的整体看占有多少来可以判断使用可否。
计算接点设计上基本的接触力(如果形状简单就可以用单向毛刺的公式)，可以简单判
断性能(电气性及机械性)上需要的能力是否有没有。
单向毛刺模式

图1：变位—货重曲线
另外，用图１的单向毛刺来算出最大垂度（变位）时运用如下公式（这是基本性的
计算式，实际上变成复杂的形状）
垂度(δ)=PL/3E
E=纵弹性系数
断面二次力矩（I）=1/12•wt
弹片定数=P/δ

以下介绍主要铜合金材料的特性。

特性
材料
拉力强度
N/Kgmm2
伸缩
%
弹片限界值
N/Kgmm2
黄铜(C2600)
410~540

弹片用磷青铜
590~685
8以上

弹片用磷青铜
590~705
20以上
390以上
弹片用洋白
630~735
4以上
480以上
铍铜
910~1110
6以上
635以上
***
不锈钢
520以上
40以上

表3:铜合金的材料特性

注记:另外,最近材料厂家自行生产对应小型化的高特性材料,所以收集情报也很重要。
Ex:三菱电机MEDECS公司生产出带有非常接近铍铜特性的弹片用磷青铜C5240。

(3)附件需要窍门

为了基板上固定的盘锁定零件中已经提出申请很多知识产权(专利和实用新案)所以调查是必不可少,进行新的设计时概念(idea)的要点是以下项目为眷眼点。

* 与Mold的组装及固定方法。
* 向基板的保持方法(DIP时,SMT时)。
* 焊锡面的剥离强度提高法。

还有,最近是与接地零件的组合来下功夫,也有,调查市场的需要也很重要。

3.3接点,附件(电镀)

最近的连接器是和环境问题有密切的关系,尤其对电镀是铅自由化很大发展,需要尽快对应。以下,说明主要使用的电镀的种类和特征。
(1) 镀金
* 耐食性良好,但价格非常高。
* 接触力虽小,也可以得到稳定的接触性能。
* 薄电镀厚度是存在气泡(PinHole)。(从底金属的腐食问题)。
* 镀金的厚度是按如下:
Ÿ 耐腐食性良好:0.8um(30u”)以上
Ÿ 耐食性普通:0.2~0.5um(7~18u”)
Ÿ 薄镀:0.04um(1u”)以上

(2) 镀镍
* 外观上不变色,但表面形成硬的氧化皮膜。
低价格及硬质良好,所以插拔耐久性良好。
* 作为底层电镀,广泛使用。
* 镀镍的厚度是1.27um(50u”)。

(3)镀锡、镀铅

* 低价格
* 接触压需要100g以上。
* 因为柔软,所以通过插拔,得出新的金属表面。
* 插拔次数是少数次。
* 经时性地电镀表面出现金属须品。
* 作为金属须品对策,有**处理或含铅5%以上镀锡。
目前,铅自由对应的电底材料是Sn-Bi及Sn-Ag在熔析性,强度及价格等方面领导(lead)其它的材料。

3．4组装

组装连接器上,有以下表示,用机器进行所有组装程序全自动化,只是端子的组装方面使用的半自动化,还有人手来组装的手动操作等方法。用哪种方法来进行需要明确下记的(条件的项目),综合性地进行判断,根据组装方法,也有制品的设计阶段要考虑的,也出现设计上差错。

条件的项目
* 生产数量(少量,多量)
* 生产期间(短期,长期)
* 质量水平(低,高)
* 开发期间(短,长)
* 销售价格(低,高)
* 有无竞争(有,无)

(1) 组装程序

例如,将Board to Board连接器以手动操作来组装就以下表示的程序有若干相差也必要,如何效率更高,维持质量状况下组装是,在成本方面也非常重要。
1. 将端子定寸切断
2. Housing A列中端子假插入
3. A列端子真插入
4. 载体(Carrier)切断
5. Housing B列中端子假插入
6. B列端子真插入
7. 盘锁定切断
8. Housing两则上假插入
9. 盘锁定真插入
10. 平坦度检查
11. 外观检查
12. ***
13. 外观包装

(2) 端子保持的方法

作为连接器组装时,作为Mold上固定端子的方法,主要有以下表示2种。
* 压入法:设定Mold的孔尺寸和端子的轴尺寸要干涉(静配合)的尺寸,但是将干涉量做多大是根据Mold材料不同,但目标的保持力是300~500g为适当。
* 一体成形法:Mold模具中装入端子后,以流入树脂的insert Mold来可以确实地固定端子。但是,模具中装入端子的方法等需要与模具设计技术人员的充分检讨。

4、表面实装零件(SMD)上要求,(基本零件2.2项)

在表面实装技术上通过将零件实装基板上,可以容易进行基板实装的自动化,可以谋求成本,质量及交货期上的很大改善。
表示主要通过SMD化的好处是:
(1) 可以将零件的实装面积做小。
(2) 可以缩短回路的配线长度。
(3) 可以容易零件的自动实装。
当然,连接器也希望SMD化,但比IC等Chip零件落后,其理由是连接器是通过插拔的负荷很大,还有尺寸大,所以设计上有很多要检讨的,关于那些检讨事项,以下进行说明:

4.1 连接器的设计

在表面实装中因高温的条件下进行焊锡实装,所以连接器加以很大的热**,随之如何满足以下表示的条件成为要点。
(1) 根据端子和Housing的热膨胀数不同的焊锡破裂对策。
(2) 根据基板的扭曲,弯曲的可靠提高的对策。
(3) 共面(Coplanar)的维护要求0.1以下。

4.2 焊锡方法和质量

在表面实装中,几乎都是以全体加热法式来实施眷,但是此焊锡实装后的质量是在焊锡的条件下出现不同,随之以下表示条件。
(1) 全面加热法焊锡之前的确认
* 全面加热法中的断面推存温度是,连接器的表面或端子附近的基板上设定探头后进行测定。
* 膏焊锡的印刷是Screen印刷方式为最好。
* 膏焊锡的印刷是按打印基板推荐加工图进行。

(2) 膏(Cream)焊锡印刷时的筛子(Screen)的厚度

连接器间距
推荐Screen厚度
1.25/1.27mm
0.2~0.3mm
1.0mm
0.2mm
0.8mm
0.2mm
0.5~0.55mm
0.15mm
*掩膜(mask)材料:聚酯(Polyester),不锈钢

(3) 全面加热法焊锡的条件

通过红外线**的焊锡是,最好图2上表示的温度断面条件下实施,另外,铅自由中最高温度有时达到260。C左右。
全面加热法温度断面(Profile)

图2:全面加热法温度断面(Profile)

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