连接器端子设计课件.ppt

1、端子設計前言端子設計的重要性決定連接器的電氣穩定性接觸端的接觸幾何接腳的平整度決定連接器使用壽命疲勞可靠度應力鬆弛前言1. 分析(analysis)現有的或計畫中的結構、機件，以預 測其在特定荷重條件下性能。2. 設計(design)新的結構及機件，使其能安全且經濟 的產生特定的功能。機械設計程序 設計流程 工作內容 產生文件 需求評估顧客需求調查概念設計工作規範設計時程安排細部設計加工製造 完成思考可能解決的方式並評估採用何種方案 機構草圖依選用方案座詳細分析決定細部尺寸組合圖 零件圖零件表 製程規劃安排製程進度組裝與試驗成品 工業趨勢連接器需求設計分析材料特性規格確認與評估生產製作設計流程

2、圖設計流程圖(續)設計分析材料特性 彈性模數 尺寸與裕度 降伏強度接觸力設計應力 導電率 應力釋放溫度可靠度 R/T 比 密度成型性價格 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 價格須低材料選用材料選用(續)傳導性最小素材電阻延展性幫助端子之成形降伏強度在彈性範圍內，可擁有大的位移應力鬆弛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減少端子金屬的磨損安全係數 材料性質的變化 在結構或機件的有限壽命內所可能預期的荷重次數 在設計中所預期的荷重形式或可能發生的荷重形式 可能發生的損壞形式 分析法的不可靠性 因維修不良或不

3、可抗拒的天然因素所造成的變質 已知構件對整個完整結構的重要性疲勞彈性疲勞由接觸破壞的撓曲/折彎所引起高壽命週期低應力應力鬆弛長時間曝露在逐漸升溫的環境下施壓而造成彈片力量的喪失可藉由提高可靠度的要求減少應力鬆弛機會發生應力鬆弛相關因素時間溫度硬度方向性成型性 隨著合金強度增加 : 成型性降低 最小的彎曲半徑/厚度 材料沖壓特性 方向與幾何特性連接器機構特性 接觸理論 接觸力（正向力） 接觸幾何 插入與分離力接觸理論接觸幾何接觸力(正向力)彈性模數決定了接觸力與操作應力彈性模數增加接觸力增加操作應力增加A. 收集資料B. 初步評估C. 端子設計E. FEM 分析F. 標註尺寸及出圖D. 討論及評

4、估G. 初步設計完成否是否是專利既有的研究開發成果相關文獻 資料蒐集端子設計決定連接器型式決定端子與塑膠相對位置決定端子型式找出設計因子分析 端子與塑膠相對位置 塑膠與端子端子固定於塑膠的型式塑膠槽寬與端子厚度與端子相接部分截面尺寸 端子設計包括彈片部份和Housing相接的卡筍部份接腳部份本體 大端子 小端子 基準面接腳本體彈片卡筍 端子幾何組合名稱基準面的選擇端子承受正向力的大小考量最大應力-材料的降伏應力 端子設計評估 設計端子之位移量控制因子為槽寬-大小端子各自之位移量固定控制因子為端子-位移量由所能設計出之大小 端子之k值決定 參數定義 端子設計-彈臂設計 參數直交表B1B2B3D4

5、D5R6R7L819024-0. 02-0. 020. 630. 232. 729026000. 650. 253390280. 020. 020. 670. 273. 349044-0. 0200. 650. 273. 35904600. 020. 670. 232. 7690480. 02-0. 020. 630. 253790640-0. 020. 670. 253. 3890660. 0200. 630. 272. 799068-0. 020. 020. 650. 23310100240. 020. 020. 650. 252. 71110026-0. 02-0. 020. 670.

6、2731210028000. 630. 233. 3131004400. 020. 630. 27314100460. 02-0. 020. 650. 233. 31510048-0. 0200. 670. 252. 716100640. 0200. 670. 2331710066-0. 020. 020. 630. 253. 318100680-0. 020. 650. 272. 7端子設計-彈臂設計參數-正向力值關係Norm alForce(g)B1B2B3D4D5R6R7L8Level 174. 752. 895. 462. 572. 060. 290. 996. 8Level 272.

7、 739. 174. 374. 383. 173. 871. 972. 1Level 359. 051. 484. 374. 888. 458. 352. 10.020.040.060.080.0100.0120.0B1B2B3D4D5R6R7L8Normal Force(g)Level1Level2Level3端子設計-彈臂設計參數-最大應力關係M ax.St ressB1B2B3D4D5R6L8544. 4 Level 1509. 2455. 4588. 5441. 0463. 3482. 1586. 8479. 5 Level 2499. 4410. 1486. 5501. 1513.

8、0475. 9482. 9570. 2 Level 3473. 4437. 9570. 9536. 6562. 6443. 20.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0B1B2B3D4D5R6R7L8Max. Stress(MPa)Level1Level2Level3端子設計-彈臂設計有限元素分析1. 幾何建立二維或三維幾何。2. 材料特性描素楊氏係數，蒲松比。3. 分割元素型態，元素大小。4. 邊界條件拘束狀況。5. 負荷加載。6. 電腦分析。7. 後處理-應力分佈圖，位移分佈圖。分析 負載 :外加負荷, 誘發負荷 固定條件 : 自由拘束,滑動拘束,簡單拘束

9、,完全拘束 簡化與假設 : (1)受力之下，簡化結構成為一個或多個單一結構。 (2)分析過程中假設材料為線性、均質和等向性材料。 (3)無殘留應力。邊界條件分割有限元素分析真實位移與正向力計算由FEM分析，可找出大、小端子之K值，故於分析之初始位移上，先行給予一定值，求出大、小端子之正向力值與K值，在反求真正位移量。bbbFK ， sssFK其中 bK、sK ：大、小端子之K值 bF、sF：大、小端子之正向力 b、s：大、小端子之位移量上式可求得bK、sK，則大、小端子之真正位移量為： sbstbtKKK sbbtstKKK stsbtbtKKF 其中 mmstbtt32. 0 ：大、小端子總

10、位移量 bt、st：大、小端子之真實位移量 tF：為真實位移量下之正向力端子電阻值計算接觸阻抗kefRICR 素材阻抗純銅之電阻係數=17.241 R(阻抗)= (電阻係數) L(長度)/A(面積) 實際阻抗實際阻抗值=素材阻抗接觸阻抗接觸型態與導電指標接觸型態 球對平面 圓柱對平面圓柱對圓柱圓柱對圓槽圓柱對圓柱正交eI1.499F1.274F1.274F1.274F1.503F 種類編號導電率黃銅C268026%磷青銅C519113%磷青銅C521012%磷青銅C702538%鈹銅C17445%一般材料導電率表 fC值 取用表 鍍金厚度曲率半徑1in5in10in20in0.05mm202.

11、138237.953141.756181.7040.1mm263.528236.605235.847275.0270.3mm275.12289.318317.686326.8030.5mm-290.92270.020.75mm262.096290.085308.48427.851.0mm160.118332.8309.343- kR值 取用表 鍍金厚度曲率半徑1in5in10in20in0.05mm4.5214.7525.0644.5930.1mm3.8134.1544.3333.8280.3mm3.0812.9683.222.7890.5mm-2.672.650.75mm3.1283.011

12、2.992.3561.0mm3.2722.5452.721-端子接觸端設計實驗結果 ( t = 0.15,Au = 20 )lR = 0.05R = 0.10050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.10 Au:20Sample 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 5050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.05 Au:20Sam

13、ple 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 5端子接觸端設計實驗結果 ( t = 0.15,Au = 20 )lR = 0.30R = 0.50050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.50 Au:20Sample 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 5050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.30 A

14、u:20Sample 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 5端子接觸端設計050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:1.00 Au:20Sample 1Sample 2Sample 3Sample 4Sample 5050100150200250Normal Force ( gf )0.010.020.030.040.050.0LLCR ( mOhm )T:0.15 R:0.75 Au:20Sample 1Sample 2Sample 3Sample

15、4實驗結果 ( t = 0.15,Au = 20 )lR = 0.75R = 1.00 卡筍設計連接器型式端子/塑膠組合方向與連接器/母版組合型式干涉量卡筍型式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 卡筍設計 接腳設計連接器接腳部分的平整度平整度與連接器電氣品質相關，一般接腳的設計，主要在於接腳與母板聯結時錫膏與接腳之接觸面積接觸面積的大小，接觸面積愈大一方面使連接器固定於母板愈牢固，另一方面電氣品質的可靠度也較佳。端子力臂應取得適當之長度，力求端子之間可以得到相近之正向力值及相近的應力值，使所有端子使用壽命盡可能的接近。子板插槽寬度可控制調整，可作為端子最大位移的控制，並達到保護端子的作用。端子與子板接觸位置與端子位移量建議於設計前決定，可幫助後階段的設計分析，並可決定端子材料的選用。應盡速決定零件供應商，可在設計過程中參考與討論。端子與塑膠結合最好有明顯之基準面，可幫助端子與塑膠組合後平整度的控制，接觸點也易控制。設計務求簡單、明確，問題點追查也易於控制。端子設計注意事項