连接器弹性接触件设计与材料

连接器第四章接触弹片材料:特殊合金性质--连接常用铜合金特点和对比(黄铜锡青铜铍铜镍铜等等)4.3.1 稀释铜合金(Dilute Copper Alloys)稀释铜合金又称高铜合金，指合金元素含量低于4%的铜合金。

作为一组，这些铜合金在所有铜合金中具有最高的导电率和极佳的在一般压力和高压力下的耐腐蚀能力。

在足够的成形能力下的拉伸强度被限制在低于大约500Mpa拉伸强度，因为其拉伸强度主要由冷卷(请回忆前面提过的主要用于降低成型性能的冷作硬化)。

该合金组在相对零温度到80摄氏度(华氏176度)之间提供了很好的对压力松驰的抵抗能力。

表4.8总述了合金元素含量低的铜合金的典型特性。

按合金中合金元素含量的比率来计算，上述铜合金的相对导电率有所下降。

合金元素自己也极大地影响了传导性能，这是其内部电子结构因素的结果。

C151是一种也具有最低的合金含量(含0.1%左右的锆)和最高的导电率的二元合金。

该合金通过铜锆的易扩散以与冷作硬化结合而生成第二阶段颗粒而使其强度提高。

留有固体溶解物里的锆元素含量不超过0.02%。

C151的最重要的性能是在高温下仍具有很高的抵抗压力释放的能力，尽管其合金元素含量很低。

该合金由于在高温下具有比其它高铜合金，包括凝结强化合金，明显的优良性能，因些该合金等级较高。

C151在150摄氏度的高温下保温3000小时后仍具有其初使87%的压力；然而强度比凝结合金要低得多。

镁和磷在C155中要反应生成磷化物。

这些颗粒在通过从溶液中除去镁和硫而达到高导电率的同时增加了冷作硬化的效应。

该合金也需要加入微量的银以在低温回火时提高防止软化的能力。

C155应力松弛阻抗在高铜合金中是适度的。

低级别的锑和锡(含于低氧铜或磷再氧化的铜) 也能增加软化抗力，如C1443和C145。

控制残留的氧对避免生成防止锑元素提高软化阻力的锑氧化物藉非常重要的。

这些合金的导电率是很高的，因为留在溶解合金里的合金添加物的含量是很小的。

连接器材料知识连接器材料指的是用于连接电子设备中各个部分的器件，它们起到了一个重要的作用，使电子设备能够正常地工作。

连接器材料主要包括连接器壳体、接触件、封装材料和导电材料等。

下面将分别介绍这些材料的特点和应用。

1. 连接器壳体连接器壳体是连接器的主体部分，它用于保护连接器的内部结构，防止雨水、尘土等外部物质进入连接器内部，从而导致电子设备工作异常或损坏。

连接器壳体的材料包括金属、塑料和陶瓷等，其中塑料是最为常见的连接器壳体材料。

塑料具有良好的绝缘性能、机械强度和化学稳定性，而且成本低廉，适用于各类连接器的生产。

2. 接触件接触件是连接器的重要组成部分，它是用来传递电子信号的，具有良好的导电性能和机械强度。

接触件一般采用金属材料制成，如铜合金、磷青铜和不锈钢等。

铜合金具有良好的导电性和可塑性，适用于大多数低压和低频连接器；磷青铜具有高弹性和磨损性能，适用于高频和高压连接器；不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和机械强度，适用于在恶劣环境下工作的连接器。

3. 封装材料封装材料用于封装连接器内部的电子元件，起到了保护作用，防止电子元件受到机械冲击和化学物质侵蚀。

封装材料的种类很多，主要有环氧树脂、硅橡胶和聚四氟乙烯等。

环氧树脂具有良好的机械强度、耐热性和耐化学侵蚀性，广泛应用于各类连接器的封装；硅橡胶具有良好的耐高温和耐腐蚀性能，适用于在高温环境下工作的连接器；聚四氟乙烯具有良好的耐腐蚀性和绝缘性能，适用于各类电子设备的封装。

4. 导电材料导电材料用于连接器内部的电子元件之间的导电，主要有导电胶、导电银浆和导电晶体等。

导电胶是一种采用高分子材料和银粉混合制成的导电材料，具有良好的导电性和机械强度，适用于连接器内部电子元件之间的导电。

导电银浆则是一种采用纯银粒子和有机溶剂混合制成的导电材料，适用于制作微型电子元件；导电晶体是一种采用半导体材料制成的导电材料，适用于高速和高频连接器。

综上所述，连接器材料在电子设备中发挥着至关重要的作用，其品质的优劣直接影响到电子设备的安全和性能。

接触件的类型及特点接触件（contact）电连接器完成电连接功能的核心部件。

一般由阳性接触件（male）和阴性接触件（female）组成接触对，通过阴、阳接触件的插合完成电连接。

接触件可以是几种合金中的任何一种材料制成，具体选择要根据接触件的类型，插拔的频度以及连接器所工作的电气条件和环境条件而定。

其特点如下：一、圆筒形接触件这种类型接触件的阳接触件通常为刚性插针，阴接触件通常采用圆孔劈槽后套上不锈钢外套，这种插孔称为开槽套管组合插孔。

还有一种较常用的是闭口簧片式插孔，在圆筒上开一个凹槽，在凹槽内部装有弹性金属片实现接触，在插孔的前端有闭口式圆孔，以防止大直径插针插入破坏簧片结构。

圆筒形接触件具有工艺简单、生产效率高、使用范围广等优点。

如小航的J599I、II和III系列圆形电连接器就是采用圆筒形接触件。

二、单叶回转双曲面线簧插孔接触件该插孔由内套、金属丝、外套三部分组成。

内套负责支撑金属丝，若干根金属丝沿内套纵轴向成一定夹角并拉直，其两端弯曲沟住内套管两端，就形成了两端大而中间小的单叶回转双曲面线簧插孔，该插孔中均匀分布数根弹性金属丝，所以相当于好几对接触件并联使用，使可靠性大大提高。

因此，插针与插孔是多线并联接触系统。

该插孔接触可靠性高，插拔力稳定，接触电阻小，在各类插孔中失效率最低。

如小航开发的LRM系列矩形电连接器，A950系列圆形电连接器就是采用线簧孔接触件。

三、绞线（麻花）插针接触件该插针与线簧孔刚好向反，它的插针为柔性的。

绞线插针由内圈三根外圈七根铜丝采用不同螺距反向绞合，两端焊接，插针中部凸起，凸起部分外切圆直径大于插孔内径，工作时，插针凸起部分受力产生压缩变形和轴向旋转伸长，并与插孔形成七点紧密接触。

具有良好的弹性和接触性能，插拔柔和，耐振动，抗冲击。

该接触件的最大特点是易实现高密度，目前最小间距为0.635mm。

如小航开发的J70系列矩形电连接器就是采用绞线插针接触件。

四、簧片式接触件簧片式接触件采用级进模冲压成型，易于实现自动化，零件加工精度高。

连接器常用材质及性能介绍1、连接器绝缘体常用材质通常有：PBT、NYLON、ABS、PC、LCP等材料，但原则上采用耐燃性较佳之材质。

ａ.PBT料：一般常用PBT料加20-30%玻璃纤维，具有抗裂防冲击、防电能力，其耐磨性好，磨擦系数较低，自身润滑效果好，耐油耐化学药品性好。

在高温高湿下伋有很好的介电强度。

其缩水率0.6%-3.0%之间，其耐温为230℃左右。

成型性好，具耐燃性。

其为连接器产品常用胶料。

ｂ.NYLON66、NYLON6T、PC、LCP料：其缩水率1.0%-0.3%，耐温比PBT高，常用NYLON66耐温260℃--280℃，NYLON6T 耐温280℃--300℃，LCP耐温290℃--320℃。

但其吸水性较大，一般用于耐高温与PITCH 较少的产品（如SMD、HOUSING、PLCC等产品）C．ABS料：具有良好抗冲击韧性、耐油性、耐磨性、容易成型、硬质性好、刚性好，耐温100℃左右，一般用于连接器中辅助产品上。

2、注塑成形常见之缺陷及其原因常见成型缺陷有以下几种：塑件有黑斑或黑液、表面不光洁、溢料、塑料成形不完整、气泡或烧焦、瘪形、拼缝线或塑件紧缩在模具内等等缺陷。

其主要原因分三部分：注塑机之因素、模具之因素、胶料之因素。

3、连接器接触件组成及性能接合体材质：插头用金属接合体材质，一般原则上以黄铜为主，但特别要求插拔次数极高，且长寿命期限时磷青铜，铍铜等弈可采用。

以下对目前行业上铜材种类及性作介绍1.黄铜---铜及锌之合金，共颜色因锌之含量而异。

a.黄铜-----含锌25~35%者，最适常温加工。

b.黄铜-----含锡35%~45%者，最适常温加工，市面上贩卖之铜板，铜棒均属之。

2.青铜----铜及锡之合金，其颜色因锡之含量而异。

一般广义之称呼除黄铜以外之铜合金称为青铜。

磷青铜-----在青铜中加以磷，耐摩性有之，但磷过多，则铸造困难，其成分为锡8~12%，磷0.5~1.5%.接触件材料选用接触件可用几种合金中的任何一种材料制成，具体选择则要根据接触件的类型，插拔的频度以及连接器所工作的电气条件和环境条件而定。

电连接器常用接触件设计概要摘要：通过对目前电连接器中常用的五种结构接触件的设计结构和制造工艺进行分析和探讨，介绍了提高各种接触件的使用可靠性的设计方法和工艺上应注意的事项，提出了接触件适用的连接器类型，并提供了不同接触件的材料选择及接触压力和受力分析参考。

关键词：电连接器；接触件；电连接器的接触件把信号从电连接器的输入端传送到输出端的。

其接触性能的可靠与否，直接影响信号的传输。

电子产品会因其失效而引发故障，甚至造成特别严重的后果。

因此，对其插针、插孑进行研究，并且有针对性地对其加以优化，从而提高电连接器的可靠性。

一、各种电连接器中的常见接触件类型电连接器中使用的接触件大多数均为弹性件与刚性件之间的弹性接触实现接触连接。

根据国内外常用连接器领域的接触结构情况，在连接器领域中应用最广泛的接触件类型主要有以下五种结构类型：ａ.刚性插针与悬臂式插孔接触型；ｂ.刚性插针与线簧式插孔接触型；ｃ.刚性插针与冠簧式插孔接触型；ｄ.刚性插针与爪簧式插孔接触型；e.刚性插孔与绞线插针接触型。

据统计目前采用此四种结构的产品大约占有国内连接器的70％以上，故本文主要针对该五种结构进行研究。

1.刚性插针从不同类型接触件使用的刚性差异分析，其零件结构形式不复杂，设计中要考虑的问题是插针插合引导端结构，希望让插合力不高，同时还要保证可靠的插合性，就要求插针的接触段表面有小的粗糙度，尺寸精度≤0.03mm，保证插针插合端是直接圆角或者是锥形圆角，见图1。

这两种不同的结构也适合使用在不同类型接触件上，接触端直径≥2 mm使用直接圆角，小于该值，一般建议用锥形圆角。

刚性插针应使用精密自动形式的机械加工，才能保证尺寸精度和表面粗糙度满足要求。

5.爪簧式插孔设计要点爪簧式插孔的特点包括较多接触点、柔和的插拔性、较高机械寿命，机械接触寿命一般≥1000次，广泛应用于中小型的连接器，该种类型接触件如果用于矩形电连接器，应用标准是插合直径在3 mm到0.40 mm之间。

接触弹片材料(一)铜合金在电气和电连接器上得到了很广泛的应用，其原因是由于它具有良好的传导性能、强度、成型性以及抗腐蚀性能。

在本章中将从连接器使用者的观点，来对商业上可加以利用且其性能适合于运用在连接器上的合金进行其性能的对比。

然而与连接器制造相关的重要性能也没有被忽略，因为它们同样也影响合金材料的选择。

除了一些对连接器来说独特重要的方面，一般的关于铜合金的信息读者都可从参考目录1-4中得到指导。

如表4.1中所总结的，当选择合金材料时连接器产品的功能性需求如设计因素和材料性能之间的相互关系将会共同作用。

合金的种类能满足产品的功能性需求以及其所分布的功能和如 4.1部分中所总结的它们在碾磨过程中的总的方面。

铜合金将会在4.2部分中由一般术语进行回顾，更专业的将会在4.3部分中的合金中另以叙述。

4.1主要的铜连接器合金4.1.1铜合金的制造铜合金材料在运用于连接器的加工过程中，先是被加工成为薄片状的板材，然后切成条带形状以适应后面的冲压过程的需要。

线材同样应用于连接器中，但是在端子组件和其它类型的连接器中这样的材料应用得很少。

图4.1描述了一个典型的薄板和条带铜合金的制造流程。

此外在参考书目3中可以得到更详细的描述。

合金线材以同样的方式制造但具有几个显著的特点：热挤压，轧制，和通过冲模的拉拔以改变热轧制和冷轧制在板材中的应用，以及退火处理过程经常用于这种产品。

溶炼和铸造铜合金是最先用于可回收的商业应用的金属之一，这是因为工业上能用经济的办法将铜合金中的杂质维持在一个较低的水平。

溶炼常用于电溶炉之中而少见于铜合金在真空和惰性气体下的溶炼和铸造过程中。

碳层能提供一足够的保护。

此外，利用真空或特殊的空气环境将会很大的增加合金制造的成本。

氢、氧和碳的污染影响由溶炼过程和热力学方法来平衡其溶炼层进行控制，其中氢能溶解于铜，氧能与铜和一些合金元素形成氧化物，而碳能与有碳化物组分的合金起反应。

溶炼控制包括纯电解阴极铜和有选择的兼容合金碎屑。

连接器弹性接触件设计与材料苏州接插元件研究所邓志奎沈鑫万庆葛粉兆尹秋《国际线缆与连接》应用版—2002年4月刊摘要：文章就弹性件设计与材料之间的内在关系，通过公式推导，并通过电接触原理的介绍加以论述，以便使设计人员在设计连接器弹性元件时，为合理选择材料，提供一种可行的方法。

前言连接器产品一般依据连接器的使用范围和功能要求来考虑其结构尺寸。

如果材料选择不当，或结构尺寸参数不合适，将不会设计出一个好品质的连接器产品；同样弹性元件的材料选择不恰当，也不会设计出一个好的连接器产品。

即使对一个工作多年的设计师来说，面对几十，上百种可供选择的材料，要能选择一种合理的材料也是很困难的。

设计人员在设计连接器时，必须考虑诸多因素，特别是要将结构尺寸设计和弹性材料的选择加以综合考虑。

随着材料科学的发展，现在市场上可供选择的弹性材料种类越来越多，这就给设计人员选择时带来了一定的困难。

一般而言，针对具体的元件结构尺寸，首先是选择弹性性能能满足要求的材料，而在几种可供选择的材料中，又要选择一种价格相对便宜、工艺简单（工艺成本低）的材料，这种材料是最佳的选择对象。

为了选好一种材料，本文首先从连接器的核心部分-接触对的电接触理论加以简单的介绍。

1 产品性能对连接器弹性接触对的要求电连接器接触性之好坏与连接器接触对间的接触电阻大小有关。

一般要求接触电阻小一点为好，这样可减少接触电阻造成的功能损耗。

并且也可减少接点发热，接点发热太高反而增加了接触电阻值。

另外，过高的热量如散发不好就会使金属软化，加快了金属表面的氧化和磨损，使连接器的品质下降，严重的会使连接器塑壳软化变形，老化等。

因此，接触电阻一般仍以偏小以好。

同时，对数字电路用的连接器来说，要求连接器在工作时，其接触电阻不仅要小，数值也要求较为稳定为好。

如工作中阻值变化太大，容易形成脉冲，从而使整机不能正常工作。

我们在试制中曾用一只开关代替施密特电路给一数字电路发脉冲信号，发现由于弹性元件多次弹跳，开关每次开合击发引起计数紊乱。

弹性接触件选用和可靠性研究杨奋为;房大慧【摘要】弹性接触件是影响电连接器电接触性能的关键零件. 本文在阐述各种结构形式弹性接触件性能特征和选用基础上, 重点介绍瑞士PRECI-DIP技术集成创新的冠簧式 (鹰爪) 插孔接触件, 并论述了电连接器弹性接触件质量控制和可靠性保证要点.【期刊名称】《机电元件》【年(卷),期】2015(035)006【总页数】7页(P50-56)【关键词】弹性接触件;选用;可靠性【作者】杨奋为;房大慧【作者单位】上海航天技术研究院808研究所;关西电子进出口 (苏州) 有限公司【正文语种】中文【中图分类】TN784弹性接触件分为弹性插孔和弹性插针两类。

弹性插孔对应于刚性插针，反之，弹性插针对应于刚性插孔。

弹性插孔有片簧式、冠簧式和线簧式等三种型式。

其中，片簧式包括圆形侧开槽、圆形直开槽和方形等型式。

而弹性插针主要有绞线式和片簧式两种型式。

1.1 弹性插孔接触件1 ) 片簧式片簧式插孔结构简单、成本较低，在接触电阻和电流负载方面提供相对好的性能，但插拔次数和插拔力有所限制，插拔次数≧200次、失效概率10-2～10-3。

目前，70%的电连接器选用片簧式插孔。

(1)圆形圆形接触件分为直开槽和侧开槽两种型式。

直开槽可多开几个直槽，开槽一定要中心对称，为满足收口均匀性和簧片变形的一致性，应尽可能采用专用工装收口。

由于在无护套情况下，易受较大插针损伤，使簧片向外发生塑性变形会导致插孔松弛接触不良失效，故目前军用电连接器都采用带有不锈钢护套的直开槽接触件，见图1所示。

侧开槽前端保留一段整圆，只开一个侧槽和直槽，直槽位置不一定要在插孔中心，可根据插孔壁厚、簧片长度和接触压力要求而定。

由于前端存在整圆，可很好防止较粗插针对簧片损伤，见图2。

(2)方形方形接触件内簧片与插孔紧密接触产生正压力，保证低而稳定的接触电阻，外簧片卡在绝缘体台阶上，起固定接触件在绝缘体内位置的作用，见图3。

方形接触件一般具有止档结构，限止簧片产生塑性变形而使弹性失效。