电连接器的技术性能大致有三类,即电气性能、环境性能、机械性能。由于电连接器的技术性能项目较多,现只将其基本技术性能列表简介。
电气性能 | |||||
序号 | 名称 | 要求 | 备注 | ||
1 | 电压 | 电连接器的工作等级和对应的工作电压值如下: | 1.根据电连接器的工作电压可确定其工作等级,反之亦可根据其工作等级确定其工作电压 2.电连接器的工作电压值为介质耐压值的三分之一来进行绝缘设计 3.电连接器的耐压能力除与介质有关外,还与接触件的载流量大小及接触件之间,接触件与壳体之间的绝缘距离密切相关,还有环境条件的影响 4.为了验证电连接器能否在工作电压下安全可靠地工作,应在高于工作电压值的试验电压值下进行耐压试验 5.绝缘体零件的制造不应有疏松和裂纹 | ||
工作 等级 | 工作电压(V) | ||||
DC | AC(有效值) | ||||
A B C D E M 仪表 Ⅰ Ⅱ | 700 2450 4200 1250 1750 400 250 850 1400 | 500 1750 3000 900 1250 550 200 600 1000 | |||
2 | 电流 | 电连接器中每对接触件应能通以规定的额定电流长期可靠地工作 | 1.标准中对各种规格的接触件的电流额定值均有规定 2.设计接触件时,应使电流额定值等于或大于实际使用的电流值 3.应根据电连接器各自的使用环境条件对其的影响,对设计进行修订。并通过规定的环境条件试验,考核其是否满足规定的使用电流要求 | ||
3 | 接触电阻 | 接触件的接触电阻不应超出规定值 | 1.影响接触电阻的因素有:接触件表面材料的电阻率、接触压力、接触面积、接触件形状、表面条件(相对清洁度粗糙度及硬度)、电流大小、断流时接触处的开路电压、温度及导线的导热率等 2.设计的接触件的接触电阻低于相同于接触件长度的最大规格导线的电阻为最佳 3.采取能使接触件的发热量很快散发的结构 | ||
4 | 耐压 | 在电连接器的接触件之间及接触件与壳体间接规定的时间施加比其工作电压更高的试验电压,以确定绝缘材料、绝缘间距、绝缘结构的正确性,检查零件存在的缺陷,考核电连接器耐受开、关、浪涌及其类似现象所引起的瞬时超电压能力 | 1.试验电压值高于工作电压值而低于击穿电压和电晕电压值 2.影响耐压的因素有:环境温度、湿度及压力、接触件的形状、试验电压的频率、波形、施加电压的速率、电压持续时间及产品试验前的经历等 3.耐压试验虽属在低于击穿电压值下进行,但由于电压高仍可能有损于绝缘或降低电连接器的安全因数,最好不要在同一个产品上反复连续施加试验电压 | ||
5 | 绝缘电阻 | 电连接器中接触件之间及接触件与壳体之间的绝缘电阻不应低于规定的值。它是由介质的绝缘介电能力决定的,绝缘电阻值越大越好 | 1.绝缘电阻低会产生大的漏电流,形成反馈回路,有损于电路的工作性能。超量的泄漏电流产生的热或直流的电解作用能破坏绝缘,使绝缘性能恶化 2.不能把绝缘电阻与耐压等同起来,由于绝缘材料是由不同材料混合或合成的,它们的绝缘电阻自然不同。因此绝缘电阻的量度不能完全代替清洁度或无损程度的量度 3.影响绝缘电阻的因素有:温度、湿度、残存电荷、试验电压、预处理及施加试验电压的持续时间 | ||
6 | 低电平 | 电连接器在低电平小电流状态下(低电平电路)考核接触件的接触电阻特性电连接器在低电平电路接触件的接触电阻是在施加开路试验电压不超过20mV电流在100mA下进行测量的 | 1.低电平电路是电压及贮存能量非常小的一种电路。接触件的接触电阻没有电流流动或转换时产生的电现象的影响 由于电压低、电流小接触件不产生任何物理变化,只有接触件上的机械动作引起的变化可能影响接触件的接触电阻 | ||
7 | 屏蔽 | 电连接器的屏蔽是利用金属障碍层 使电磁干扰(电磁能)降低到规定的要 求 | 1.目前对屏蔽装置如何衰减电磁干扰有两种解释:一种是干扰电磁场在屏蔽物中产生感应电流,从而又形成电磁场,恰好抵消外来的干扰。另一种是把屏蔽过程看作电磁波反射和吸收的综合。当一个电磁波碰到屏蔽物时,它的一部分能量被反射,另一部分能量被吸收,还有一部分能量则穿过了屏蔽物 2.屏蔽设计要考虑屏蔽材料的导磁率、导电率和屏蔽层的厚度 3.电连接器通常采用插头插座的金属壳体相互良好的搭接,且接触电阻、内阻抗越小越好 | ||
环境性能 | |||||
序号 | 名称 | 要求 | 备注 | ||
1 | 温度 | 电连接器应具有在规定的高温、低温、高低温交替冲击条件下工作的能力 | 1.高温能使电连接器温度升高,绝缘电阻降低,接触件的电阻增加。当温度超过接触件的最高工作温度时,会导致接触件的弹性和导电镀层的破坏、绝缘击穿、高温遇冷后会在接触件之间形成冷凝水造成短路 2.低温将使电连接器中的金属和非金属零件变脆,并以不同的收缩率发生收缩,极低的温度能使机械装置失灵、非金属零件脆裂和密封的破坏 3.高低温交替冲击大幅度的温度变化,会使电连接器中各种不同材料的界面歪曲和断裂、密封破坏、绝缘体龟裂而侵入杂质造成有害的影响 | ||
2 | 湿度 | 电连接器在规定的湿热条件下应具 有工作的能力 | 1.在湿气(空气中的水分)的作用下,电连接器的性能会发生退化。由于绝缘材料吸收了水气形成水膜,金属件和绝缘体受潮而导致金属材料腐蚀,有机材料的变形和分解、材料成分的浸析和消耗。水在杂质中产生离子导电,则致使电连接器的性能被破坏 2.应尽量选用吸湿量小的非金属材料,金属材料表面应采用有效的涂覆处理 | ||
3 | 低气压 | 电连接器在高空低气压环境中应具有规定的电性能,不应产生电晕和闪络(在规定的电压下) | 1.高真空可以消除电晕。当气压介于标准大气压和高真空之间,诸如36600~39600M高度时电晕效应很快会出现。电连接器的介面接合处、接触件间距、漏电路径应考虑电晕因素的影响 2.随高度的变化电连接器各部位的气隙形成一种泵吸作用,容易吸进湿气和有杂质的空气。电连接器采用间或的弹性密封结构,对消除气隙、防止电晕和提高耐压能力均有明显效果 | ||
4 | 液体 浸渍 | 电连接器应具有耐液体浸渍的能力。在规定的各种液体环境中仍应保持其电性能和机械性能 | 1.航空电连接器的工作环境会与汽油、润滑油、清洗剂等各种工作液体接触,但各种液体不应进入电连接器内部 2.根据电连接器工作环境要求有水压(自来水或盐水)浸渍、各种工作液体浸渍、高空浸渍等试验,同时还要检查其连接扭矩、耐压、绝缘电阻、密封性能等是否满足要求,且绝缘体不应开裂 | ||
5 | 霉菌 | 电连接器应具有规定的抗霉菌能力 | 1.电连接器长霉其材料容易被霉菌分解而遭到破坏。霉菌分泌的代谢物(有机酸)能引起金属腐蚀、玻璃蚀刻、非金属和其基质材料的物理和化学变化。长霉的结果能造成电连接器的绝缘性能彻底破坏,接触件之间、接触件与壳体之间短路、击穿,使电连接器失效 2.电连接器应采用防霉的材料。各零件应保持清洁无污染 | ||
6 | 盐雾 | 电连接器应具有规定的耐盐雾的能力。以检查其金属镀层和非金属保护涂层的均匀性,特别是涂层的厚度和多孔性 | 1.盐雾试验不能认为是一种全面的加速腐蚀试验。即认为如果经得起该试验就证明该金属或涂层在任何腐蚀条件下的耐腐蚀性都是良好的。实际上对盐雾腐蚀的耐受性同对其它介质甚至对所谓“海洋”大气和海水腐蚀的耐受性之间很少有直接关系。如果通过现场使用和实验室盐雾试验积累数据表明的确存在相关关系,则可以通过盐雾试验获得相同金属或涂层的金属构成的试样在海洋及空旷沿海地区使用性能及寿命的一些情况。 | ||
7 | 耐臭氧 | 电连接器应具有规定的耐臭氧的能力 | 1.电连接器暴露在规定的臭氧剂量中及在规定的时间作用下,不应产生零件破裂、橡胶零件的变质、粘接胶的失效和其它损伤 | ||
8 | 耐火 | 某些电连接器应具有规定的耐火能力 | 1.某些电连接器是在极高的温度(特殊情况下甚至必须承受短时间的火焰)环境中工作。此类电连接器应采用耐火材料和采用防火措施进行设计 2.耐火能力的考核可由下述几个方面确定:元件点燃后火焰自行熄灭所需的时间;元件是否能承受猛烈的燃烧;元件暴露于火焰是否会引起爆炸性的燃烧;在较大的元件表面上燃烧蔓延是否能被抑制 | ||
机械性能 | |||||
序号 | 名称 | 要求 | 备注 | ||
1 | 振动 | 电连接器应在规定的频率范围、振幅的振动条件下工作,且产品不应被破坏 | 1.电连接器在振动条件下,应可靠地工作。不应产生物理损伤、电流间断、机械零件疲劳和失效 2.电连接器产生整体或局部谐振时不被破坏 3.对耐强振动的电连接器零件的设计原则是纯机械性的。零件越小重量越轻越好。各零件均应有紧固措施,以防在振动条件下产生相对运动 | ||
2 | 冲击 | 电连接器在航空装备着陆、粗鲁搬运、孢火及空中爆炸的冲击条件下不应被破坏 | 1.对于现场产生的各种冲击运动进行准确的模拟再现是很难的。一般可通过规定等级的冲击试验来考核电连接器是否具有要求的耐冲击能力 2.电连接器耐强冲击性能的设计原则也是纯机械性的 | ||
3 | 加速度 | 电连接器在航空装备加速度或减加 速度运行中应能正常工作 | 1.航空装备在飞行中的拉起、爬升、俯冲、盘旋等均产生加速度的作用力 2.对电连接器的加速度作用的考核,可采用离心试验台所产生的离心加速度进行 | ||
4 | 插拔力 | 电连接器的每一对接触件的插拔力 及插头与插座的插拔力(或连接分离力 矩)应符合规定的要求 | 1.每一对接触件的插拔力是影响接触可靠性的重要因素。插拔力的大小是由设计结构及弹性接触的正压力大小决定的。而正压力的大小直接影响接触件的接触电阻的大小,并影响在振动、冲击等环境中电连接器的接触可靠性。通常正压力大小在实际操作中难以测定,而以测量插拔力(摩擦力)代之 2.每一对接触件插拔力的设计可依据接触件结构尺寸的大小借鉴有关标准规定的数据确定,并通过试验进行验证。插拨力的设计有以下要求:其一是应保证接触件有足够的插拔力(与正压力有关),使其接触电阻较小。其二是保证电连接器在插拔寿命期内,接触件不能过早地磨损,降低接触可靠性。其三是插头与插座的插拔力(或连接分离力矩)不宜过大(除与每对接触件插拔力大小有关外,还受其它机件组合等因素影响),以使操作者可以承受 3.加工接触件时应确保要求的尺寸精确度和表面粗糙度,还应特别注意去掉插孔接触件孔内部的毛刺,对稳定插拔力很有效果 | ||
5 | 插拔寿命 | 电连接器在规定的期限(多少年)内应无故障的工作,并要求电连接器应满足规定的插拔次数,在规定的插拔次数内,应无机械损坏,不应降低电连接器的使用性能。不论规定的期限是多少年或插拔次数是多少次,两个指标均以先达到者为限 | 1.电连接器的寿命主要是指其导电工作的时间。由于使用要求和工作环境的不同则对其寿命的侧重点也不相同。如有的要求在几年之中无故障地工作几百万次循环;有的则要求在极限高温条件下工作,并具有耐火的能力;还有的则长期不工作,而只是一次性使用。而插拔寿命是各种寿命中的一种,即机械寿命 2.加工连接件和接触件应确保要求的尺寸精度和表面粗糙度,接触件应有牢靠的镀层,插孔接触件孔内不应有毛刺,这对提高电连接器的插拨寿命是很有益的 |
铜 导电性能好但强度和耐腐蚀性差。
黄铜 以锌作主要添加元素的铜合金,但机械性能和耐腐蚀性还较差。
锡青铜 的铸造性能、减摩性能好和机械性能好,但耐腐蚀性差,适合於制造轴承、蜗轮、齿轮等。
铝青铜 强度高,耐磨性和耐蚀性好,用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。
铍青铜 弹性极限高,导电性好,适於制造精密弹簧和电接触元件,铍青铜还用来制造煤矿、油库等使用的无火花工具。
白铜 以镍为主要添加元素的铜合金。铝镍黄铜无磁性、受冲击时无火花,铜镍二元合金称普通白铜;加有锰、铁、锌、铝等元素的白铜合金称复杂白铜。工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。结构白铜的特点是机械性能和耐蚀性好,色泽美观。这种白铜广泛用於制造精密机械、化工机械和船舶构件。电工白铜一般有良好的热电性能。
我们的连接器上有视频信号、音频信号、18V直流电源和485通信信号,在湿热环境下工作,当阻抗特性变化大时会产生电反射,对总线信号产生干扰,所以要求接触件导电性能好,耐腐蚀性好,机械强度高导电性能好的的铜合金,按上面的分析应该用铍青铜做接触件。
电子接插件用塑料材料的性能要求
对电子接插件的最大性能要求为满足组装电子器件用新型表面安装技术(SMT)的要求,此技术已占电子器件组装市场的50%左右。它采用高温下自动化操作完成组装,要求材料具有更高的耐热性和尺寸稳定性。表面安装技术采用气相焊和红外线再流焊,需要在250℃温度下工作5秒,除要求材料耐热外,还要求耐清洗溶剂的侵蚀。
综合起来,对接插件的具体性能要求如下:
●良好的介电性能 对低频电子接插件,要求绝缘电阻高和介电强度高,一般接点间、接点间与接地间的绝缘电阻应大于1Ω;在0.44MPa的低压下,试验电压为500V时,不应产生电弧和击穿现象。对高频电子接插件,除满足上述要求外,好要求高频介电损耗小,介电常数小。
●耐热温度高 一般热变形温度要在200℃以上,以抵抗在表面安装技术或焊接时的高温,并可耐平时接插件本身的发热温度。
●耐电弧性好 保证可抵抗在接插安装过程中产生的电弧对塑料的破坏。
●阻燃性好 防止在短路等非正常情况下火灾的发生,为避免有毒气体对人体的危害,最好采用无卤阻燃材料。
●有足够的力学性能 韧性好,以防冲断;弯曲强度高,以防止受力变形;具体试验条件为在一定的振动冲击条件下(振频20~60Hz,加速度5g),插拔500次塑料件不出现机械损伤和裂缝现象。
●适用于安放嵌件 线胀系数要小,以温度变化后与嵌件连结仍然牢固。
●尺寸稳定性高 在具体使用过程中,受力后蠕变小、不翘曲,升温后、膨胀小。一般要求接触件间孔距的尺寸精度要保持为6级。
●加工流动性要好 符合电子接插件越来越小型化的要求。
●良好的耐溶剂性能 塑料件在受到溶剂作用时,不应受到腐蚀和开裂。
●不产生腐蚀性气体 塑料件在使用过程中,不应产生对镀银层有腐蚀性的气体,以防止影响接触件的导电性能。
电子接插件用绝缘塑料材料的选用
可用热固性塑料 — 酚醛树脂(PF)、聚邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP)、环氧树脂(EP)及不饱和聚酯(UP)等。
可用热塑性塑料 — 玻璃纤维增强PET、PBT、PCT(聚对苯二甲酸环己基乙二酯)、PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)、PA6、PA66、PA6T、PA9T、PA46、PA612、PPS、LCP、PSF(聚砜)、PEI(聚醚酰亚胺)、PES(聚醚砜)、PASF(聚芳砜)、PAE(聚芳醚)等。
德国赫斯特公司生产了一种改性PPS,商品名为Fortron 1140L7,专用于表面安装技术接插件材料。改性PPS比一般PPS的流动性提高50%,成型周期缩短50%,成型压力降低40%,可添加40%的玻璃纤维进行增强。另外,该公司还开发出新型LCP,商品名为Vectra E130,加工温度可降低50℃,成型压力可降低50%,成型周期可大大缩短,可成型很薄、小、复杂形状的电子接插件。
对于不同的应用场合,具体选用材料的侧重点不同。
对低频电子接插件,过去主要为矿物填充酚醛塑料,因生产效率低等原因,现已被新型热塑性塑料代替,具体为PA、PC、增强PC和聚砜等。
对湿热条件下应用的电子接插件,选用DAP聚邻苯二甲酸二烯丙酯材料。
对密封性要求高的电子接插件,如海底电缆接插件,选用介电性能好的无硫或低硫橡胶,具体如含硅的丁腈橡胶或氟橡胶。
对高频电子接插件,选用最多的材料为GFPA类,其原料成本低、加工流动性好、可生产薄壁制品。如特别强调制品的尺寸稳定性和耐热温度时,一般选用GFPBT材料。如对耐热要求很高,只能选择PPS和LCP。对于1.27mm螺距的IC接插件,所选材料为PES或PEI,可满足尺寸精度和加工性的要求。表面装饰用接插件,由于表面装饰时要耐热250℃停留时间5秒,应选用玻璃纤维增强的PA46、PA6T、PA9T、PPA、PPS、LCP等高耐热材料。
可视对讲接插件为高频、潮湿、温度50度左右、盐雾、腐蚀机械强度高的连接器,插座是焊到元件板上的,所以要耐高温,应选用玻璃纤维增强的PA46、PA6T、PA9T、PPA、PPS、LCP等高耐热材料。插头对高温要求不高,其塑封材料可选用GFPBT材料。
综上所述我们的接插件应选用铍青铜合金做金属接触件,插座用玻璃纤维增强的PA46、PA6T、PA9T、PPA、PPS、LC等塑封,插头用GFPBT材料塑封。