端子设计

电子连接器之端子设计（精品）

摘要
电子连接器為一种电子机械装置，广泛使用於电子设备中，并且应用於电脑及其週边设备中。
此装置提供一可分离的连接方式，於两电子线路间无讯号失真及能量损失的情形下，进行稳定且长时间的讯号传输。
电子设备所需之接触电流及讯号透过端子来传输，所以端子的设计即成為连接器设计的重要议题。

电子连接器之端子设计
典型的连接器端子包括接触之弹片部分、端子本体、端子与绝缘塑胶连接的卡笋部分及与母板焊接的接脚部分。由於电脑及其週边设备趋向於微小化的需求，必须发展更小之连结器，且具有更為贴近母板之低背设计，成為目前连接器开发之主要趋势。

端子设计的良窳成為连接器品质及可靠度的重要关键。本文将说明连接器端子之功能、需求及设计流程。并且运用应力分析，提出合理的修改方向、以减少实验次数并缩短设计週期，使端子性能可以达到所须之电器特性。关键字：连接器、端子、端子弹片

1. 前言
连接器(connector)被广泛的使用於电子装置中、电脑及其週边设备领域中。典型的连接器端子(contact)包括接触之弹片部分、端子本体、端子与绝缘塑胶(housing)、连接的卡笋部分及与母板焊接的接脚部分。由於电脑及其週边设备趋向於微小化的需求，以及笔记型电脑或较小的桌上型电脑於市场上的需求量逐渐增加。為了达到小型化目标，以减少使用空间，必须发展出更小之连结器，并且需要具有更為贴近母板之低背设计，成為目前连接器开发之主要趋势与需求。

连接器的主要机构在端子，而端子设计必须相互配合，其设计过程中考虑大、小端子位置的配置、弹臂的刚性、以及应力值差是否过大。其中位置的配置相关於子板的厚度与子板插入时端子所受到的预力的大小相关。弹臂的刚性决定了端子对子板的挟持力与端子间相互位移的关係。

电子连接器主要由连接器本体、端子弹臂、端子接合面组合而成。而设计连接器需考虑因素如下：
(1) 连接器本体作用部分：
绝缘端子、尺寸的控制、机械结构的支持、环境的屏障、视觉上的美观要求。
(2)端子的弹臂作用部分：
传导电能或讯号、提供可分离面的正向力、提供永久/半永久的终端。
(3)连接器接合部分：
提供一低且稳定的阻抗、耐久性、插/拔力、擦拭的效应。
(4)端子的接合面部分：
接合面的型态、接触阻抗、摩擦耐久性。

2. 连接器之设计
2.1设计目标：
连接器的设计目标应符合所需的功能性、结构完整性及材料特性。
在功能性方面：需

达到功率及讯号之传导功能。其重要特
性包括:
(1) 接触电阻:
(2) 阻抗匹配:
(3) 串音(Cross talk):
(4) 接触应力：

(1) 接触电阻:
需能保持DC电流顺利传输，减少能量损失
(2)阻抗匹配:
保持AC电流顺利传输，减少能量损失、反射
(3)串音(Cross talk):
可降低互感电容及电感所造成之讯号干扰
(4)接触应力：
应维持接触面能够有效导电

在维持连接器结构完整性方面，需考虑弯矩应力、接触力及接触应力。弯矩应力：应避免发生材料永久变形或疲劳与应力鬆弛而造成永久变形，且弯矩应力必须低於降服强度。接触应力：需避免造成接触面之过度磨耗。
材料特性方面：
金属材料需考虑其导电性、疲劳性、耐磨耗性、可电镀性。塑胶材料需考虑其耐热性、吸湿性、流动性。

2.2 连接器之导电接触性：
根据物理性质得知导电性与接触面积成正比，而接触面之表面粗糙度直接影响接触面积大小。端子与弹片间的接触表面是由许多圆形突出的平面颗粒来构成导电通路。这些表面较為粗糙的颗粒形成的导电面称之為A-spot，如图二所示。通常以较大的接触压力来维持适当的导电度。

实际上端子之接触面并非完全是一个平滑的面接触，当端子之间受力时其接触的范围，只局限於A-spots上，这些A-spots的数量，密度和大小，将影响电讯品质。它们诸多特性也因端子所受之负荷，表面硬度，表面几何形状特性及表面油膜厚薄不同而异。然而实际的接触面积等於个别A-spots之总面积。

2.3 连接器接触电阻：
决定电子传讯品质的主要因素為接触电阻，而连接器之接触电阻包括两部分： (1) 端子材料电阻。 (2) 接触端电阻。

常用端子材料有：磷青铜、黄铜、鈹青铜 (Beryllium Bronze)。
1.磷青铜的导电率约為13%，
2.黄铜导电率约26%，
3.鈹青铜為铜加入2 3% Be形成之时效硬化性合金。鈹青铜导电率高达到40%，因其疲劳限很大，极适合作為高级弹簧。

因此选择端子材料才是降低接触电阻最有效的方法，可降為原来的1/2-1/3。

另一方面，端子长度及截面积受电子连接器外型及pitch而决定，其可变更设计的范围受到限制。