电连接器基础知识.docx
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电连接器基础知识
电连接器基础知识
一、概述
连接器是我们电子工程技术人员经常接触的一种部件。
它的作用非常单纯：
在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预定的功能。
连接器是电子设备中不可缺少的部件，顺着电流流通的通路观察，你总会发现有一个或多个连接器。
连接器形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同，有各种不同形式的连接器。
例如，球场上点灯用的连接器和硬盘驱动器的连接器，以及点燃火箭的连接器是大不相同的。
但是无论什么样的连接器，都要保证电流顺畅连续和可靠地流通。
就泛指而言，连接器所接通的不仅仅限于电流，在光电子技术迅猛发展的今天，光纤系统中，传递信号的载体是光，玻璃和塑料代替了普通电路中的导线，但是光信号通路中也使用连接器，它们的作用与电路连接器相同。
设想一下如果没有连接器会是怎样？
这时电路之间要用连续的导体永久性地连接在一起，例如电子装置要连接在电源上，必须把连接导线两端，与电子装置及电源通过某种方法（例如焊接）固定接牢。
这样一来，无论对于生产还是使用，都带来了诸多不便，以汽车电池为例，假定电池电缆被固定焊牢在电池上，汽车生产厂为安装电池就增加了工作量，增加了生产时间和成本。
电池损坏需要更换时，还要将汽车送到维修站，脱焊拆除旧的，再焊上新的，为此要付较多的人工费。
有了连接器就可以免除许多麻烦，从商店买个新电池，断开连接器，拆除旧电池，装上新电池，重新接通连接器就可以了。
这个简单的例子说明了连接器的好处。
它使设计和生产过程更方便、更灵活，降低了生产和维护成本。
连接器属于电子元器件机电组件行业，一般成为接插件，广义的接插件包括了连接器、开关、管座等。
二、什么是连接器
连接器是我们电子工程技术人员经常接触的一种部件。
它的作用非常单纯：
在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预定的功能。
连接器是电子设备中不可缺少的部件，顺着电流流通的通路观察，你总会发现有一个或多个连接器。
连接器形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同，有各种不同形式的连接器。
例如，球场上点灯用的连接器和硬盘驱动器的连接器，以及点燃火箭的连接器是大不相同的。
但是无论什么样的连接器，都要保证电流顺畅连续和可靠地流通。
就泛指而言，连接器所接通的不仅仅限于电流，在光电子技术迅猛发展的今天，光纤系统中，传递信号的载体是光，玻璃和塑料代替了普通电路中的导线，但是光信号通路中也使用连接器，它们的作用与电路连接器相同。
三为什么要使用连接器
设想一下如果没有连接器会是怎样？
这时电路之间要用连续的导体永久性地连接在一起，例如电子装置要连接在电源上，必须把连接导线两端，与电子装置及电源通过某种方法（例如焊接）固定接牢。
这样一来，无论对于生产还是使用，都带来了诸多不便。
以汽车电池为例。
假定电池电缆被固定焊牢在电池上，汽车生产厂为安装电池就增加了工作量，增加了生产时间和成本。
电池损坏需要更换时，还要将汽车送到维修站，脱焊拆除旧的，再焊上新的，为此要付较多的人工费。
有了连接器就可以免除许多麻烦，从商店买个新电池，断开连接器，拆除旧电池，装上新电池，重新接通连接器就可以了。
这个简单的例子说明了连接器的好处。
它使设计和生产过程更方便、更灵活，降低了生产和维护成本。
连接器的好处
改善生产过程
连接器简化电子产品的装配过程。
也简化了批量生产过程
易于维修
如果某电子元部件失效，装有连接器时可以快速更换失效元部件
便于升级
随着技术进步，装有连接器时可以更新元部件，用新的、更完善的元部件代替旧的
提高设计的灵活性
使用连接器使工程师们在设计和集成新产品时，以及用元部件组成系统时，有更大的灵活性。
四、主要的相关理论
（一）电接触理论
电连接器的基本功能是实现电接触，完成电信号的连接。
电接触理论的范围很广，接触的物理—化学过程包括：
接触时的热、电、磁、半导体等各种效应，接触电阻的物理本质及其计算，触头接触点温度场、触点的温差热电势及其对金属迁移的影响，触头金属小桥理论与计算，触点间热量和质量转移的物理过程及其数学模型等。
在电接触理论方面，荷尔姆作出了重大贡献，他的巨著《电接触》总结了他数十年的研究心得，为了纪念他，国际上成立了HOLM电接触学会，各主要国均有相应的年会，国内有北京邮电大学、福州大学、贵州大学等电接触方面进行研究。
（二）电弧理论
带电插拔的电连接器涉及到电弧问题，电弧理论包括触头分离时如何引弧和熄弧的理论，气体放电和激励的过程，火花放电、辉光放电和弧光放电的界限和过程，离子平衡和电离消电离的过程，极旁和弧柱理论，剩余电流热积累，电击穿和热击穿的过程，电弧的静态和动态特性，电弧的能量与过电压等等。
（三）电器的发热理论
除了介质损耗是热源外，电器的发热主要是载流导体的电流效应，在大电流和强的交变磁场下，载流体间不仅产生巨大的电动力，而且还产生集肤效应和邻近效应，载流体电流线分布不均匀将直接影响发热和温升。
五、常用术语
电连接器的术语较多，国标GB4210-84（相当于IEC50）对相关的术语进行了描述，本节仅列出了主要的术语，其他可查阅标准。
（1）连接器（Connector）：
一般是指有能使电缆和电缆接线端迅速连接或分离的元件；
（2）接触中心距：
接触件在安装上的中心位置；
（3）接触件（Contacts）：
连接元件的导电零件，用来提供电缆到电缆、电缆到组件或组件到组件的可分离的直通连接；
（4）插孔（SocketContact）：
一种阴性接触件，能与阳性接触件插合，一般接在电路的带电侧；
（5）插针（PinContact）：
一种阳性接触件，通常与插孔插配，一般连接在电路不带电的一侧；
（6）插头（Plug）：
连接器的插合的两半之一，在未连接器到另一半上时可自由活动，一般认为是连接器的阳性部分。
（7）插座（Receptacle）：
通常是两件式多接触件连接器上固定的或不动的那一半，也指通常安装在面板上并带有插孔的那一半连接器；
（8）接触电阻：
在典型的使用条件下，装在连接器上的插针与插孔的最大允许电阻；
（9）绝缘电阻：
任何一对接点之间、导体之间或不同组合形式的接地元件之间的绝缘材料在规定条件下测得的电阻；
（10）接点排列：
（11）互换性：
（12）热插拔：
在电连接器接触件带电状况下进行插合或拔出；
（13）端接：
（14）压接：
（15）绕接：
用专用自动机或手工工具进行紧密缠绕，将实心导线连接到方形、矩形或V形接线端子上的方法；
（16）网格：
印制板上点定位用的两组平行等距的正交网络。
第二节分类
在进行分类以前，我们前来了解连接的对象，电子系统中的连接一般包括了五类：
第一类是元件封装的内部连接，如芯片与金属化基底的连接，芯片与蚀刻或冲制的引线架间的连接，金属化基底与蚀刻或冲制的引线架间的连接（包括引线架之间的连接）；
第二类是元件同印制板或导线的连接，有集成电路封装引脚与印制板的连接，集成电路封装引脚与印制板间和或点到点连接，集成电路金属化基底与印制板的连接，集成电路金属化基底与印制板和或点到点的连接；
第三类印制板与导线或印制板的连接，有印制板与多股线或单股线连接，印制板与印制板连接，印制板与圆导体带缆的连接，印制半与扁导体带缆的连接；
第四类低板同底板之间的连接，有导线与导线之间连接，同轴线、屏蔽线或双绞合线互相连接，多股及单芯线、同轴线及屏蔽线、双绞合线以任意组合互相连接；
第五类设备同设备间的连接，有导线与导线连接（单股或绞合线），同轴线、屏蔽线、双绞合线互相连接，绞合线及单芯线、同轴线或屏蔽线以及双绞合线以任一组合互相连接。
多年来连接器的分类混乱，各个厂家自有其分类方法和标准。
1989年在美国国家电子配销商协会（NEDA,即NationalElectronicDistributorsAssociation缩写，它是一个工业教育组织）的支持下，生产连接器的几大厂家会聚在一起，制订了一部连接器分类标准和术语。
NEDA主持制订的这个标准，称为连接器部件分类等级（LevelsofPackaging）。
现摘要叙述于下表：
等级
描述
0
IC芯片或芯片到封装的连接器
请注意第1个等级是"0"级，不是"1"级。
此级实际上并不涉及连接。
0级就是集成电路芯片。
Molex公司不生产IC芯片。
但是生产把芯片连接到电路板的插座。
1
IC组件或组件到（电路）板的连接器
当IC芯片安装在电路板的插座中时，就是1级连接。
2
（印制）电路板（PCB）到（印制）电路板的连接器
2级连接器用于印制电路板之间的连接。
.
3
导线到电路板或分组合到分组合的连接器
3级连接器连接印制电路板和分组合、或是连接两个分组合。
分组合是电子产品的组成部分。
依Molex公司的习惯,3级也包括某些导线到导线连接器。
4
机箱到机箱或输入/输出连接器4级连接器
提供功率或信号连接。
一般的经验是：
当连接涉及到音频或视频信号时，或是连接网络和计算机时，要使用4级连接器。
实际工作中很少按照上述级别谈及连接器，而是按照连接器的外观形式和连接方式来讨论它，如板到板和线到线等。
级别是用于学习和分类连接器的。
国内连接器规格多，种类繁杂，根据不同的情况，一般可按下列进行分类：
按工作频率分
高频连接器
高频同轴连接器
视频连接器
同轴转换器
阻抗转换器
配合尺寸转换器
性别转换器
微带-同轴转换器
波导-同轴转换器
匹配负载连接器
低频连接器
圆形连接器
矩形连接器
印制板连接器
带状电缆连接器
集成电路连接器
混装连接器
按电气要求分
通用连接器
大功率连接器
高电压连接器
脉冲连接器
低噪声连接器
相调连接器
精密同轴连接器
按环境条件分
密封连接器
高水压密封连接器
高真空密封连接器
三防连接器
耐辐照连接器
高温连接器
低温连接器
按安装位置分
电缆连接器
面板连接器
穿墙式连接器
按外形分
直式连接器
弯式连接器
T形连接器
其他还有按应用领域分等。
家电、通讯、数据传输、手机、接线端子、组合接插件、表面贴装等。
在军工领域，一般将其分为：
微型连接器、圆形连接器、矩形连接器、印制板连接器、射频同轴连接器、特种连接器等。
第三节 结 构
一般来说，构成连接器的主要零件、部件应包括：
接触件、绝缘体（绝缘安装板）、外壳、导向件、定位件、锁紧件、密封件（垫、圈）、安装件、工具等附件。
1、接触件详见第五节
2、绝缘安装板
绝缘安装板在连接器中主要起着固定接触件并实现接触件间的电绝缘的作用，绝缘安装板的性能在很大程度上决定了电连接器的性能，是电连接器中最为关键的零件之一。
1）、绝缘安装板的结构
为满足产品的实际使用需要，人们发明了多种型式的绝缘安装板，根据绝缘安装板固定接触件的方式的不同，绝缘安装板的结构形式大致可分为如下几种：
A、双体可拆分绝缘安装板
插头插座中各有上下两块绝缘安装板，接触件靠这两块绝缘安装板来固定，双体可拆分绝缘安装板的结构示意图如下。
双体可拆分绝缘安装板
采用这种结构绝缘安装板的产品其优点是接触件的固定非常可靠。
B、双体不可拆分绝缘安装板
插头插座中各有上下两块绝缘安装板，接触件的支撑件（如撑簧圈）靠这两块绝缘安装板来固定，两块绝缘安装板靠胶粘接为一个整体，双体不可拆分绝缘安装板的结构示意图如下。
双体不可拆分绝缘安装板
采用这种结构的绝缘安装板的产品其优点是接触件可拆卸。
C、单体绝缘安装板
插头插座中只有一块绝缘安装板，接触件的支撑靠接触件与绝缘安装板的过盈来实现，单体绝缘安装板的结构示意图如下。
单体绝缘安装板
采用这种结构的绝缘安装板的产品其优点是产品成本低。
D、嵌件绝缘安装板
插头插座中只有一块绝缘安装板，接触件直接镶嵌在绝缘安装板中，嵌件绝缘安装板的结构示意图如下。
嵌件绝缘安装板
采用这种结构的绝缘安装板的产品其优点是产品加工成本低，且产品具有一定的密封性。
2）、绝缘安装板的材料
随着科学技术的进步，人们开发出了许许多多可满足各种使用环境的工程塑料，可用于加工绝缘安装板的工程塑料越来越多，
我公司常用的工程塑料有：
FX501、PBT、PSU、PPS、LCP、POM、PA等，其中使用最为广泛的有PBT、PPS、PSU、PA、FX501等，
3、 外壳
外壳在连接器中主要起着固定绝缘安装板的作用，是电连接器中的关键零件之一，在产品承受盐雾、潮湿环境时，外壳往往是最容易出现质量问题的零件之一。
根据外壳成形方式的不同，外壳可以分为冲压成型外壳、铸造成形外壳、车制成形外壳、铣制成型外壳等，有些外壳的成形还需要多种加工方式结合起来才能完成。
按外壳使用的材料分，可以又分为钢外壳、铝外壳、铜外壳、塑料外壳等。
各种外壳的特点及其对应的代表产品如下：
冲压成型外壳：
零件生产效率高、成本低、适于大批生产。
铸造成形外壳：
零件生产效率高、成本低、适于大批生产，但模具成本高。
车制成形外壳：
零件生产效率不高、产生的废料较多、大批生产相对困难。
铣制成型外壳：
零件生产效率较低、产生的废料较多、大批生产较困难。
4、附件
附件在连接器中主要起着安装插头插座或固定线缆的作用，是电连接器中的重要零件之一。
按使用功能来分，附件可分为安装附件、保护附件两大类，安装附件主要指用于产品安装和固定的零组件，如安装螺钉、螺母、安装支架等；保护附件主要指用于保护产品线束、焊点的零组件，如线夹、尾罩等。
第四节主要标准
美国的电连接器标准目前有3000多个，20%为总规范，其他基本上为详细规范，国内目前关于电连接器的军用总规范已有29个，基本按美军标翻译过来的，一般有等同、等效之分。
国际电工委员会的IEC、德国的DIN等也有很多电连接器标准。
产品标准：
GJB680射频同轴转接器（MIL-C-39012）
GJB681射频同轴连接器
GJB1308滤波连接器
GJB1784连接器附件
GJB1717通用印制板连接器总规范
GJB1920耐环境小型同轴连接器总规范
GJB2905推/拉式圆形连接器总规范
GJB3159机柜面板用矩形连接器总规范
GJB3593螺纹连接圆形连接器总规范
GJB142A外壳定位小型矩形连接器总规范（MIL-C-24308）
GJB177A压接接触件矩形连接器总规范（MIL-C-81659）
GJB2446外壳定位微型连接器总规范（MIL-C-83513）
GIB1438印制板连接器总规范（MIL-C-55302）
GJB598卡口连接圆形连接器总规范（MIL-C-26482）
GJB599A耐环境圆形连接器总规范（MIL-C-38999）
GJB600A耐环境螺纹连接圆形连接器总规范（MIL-C-5015）
GB/T15889SSMA射频同轴连接总规范
GB/T15890SSMB射频同轴连接总规范
GB/T16531射频电缆组件分规范
GJB1659光纤光缆接头总规范
GJB3234耐环境复合材料外壳高密度小圆形电连接器及附件总规范
GJB1212三同轴连接器总规范
GJB3780模块化连接器总规范
MIL-C-3767电源连接器总规范
MIL-C-12520防水连接器总规范
MIL-C-28748机柜连接器总规范
MIL-C-28754模块连接器总规范
MIL-C-83723圆形连接器总规范
MIL-DTL-32139纳小型连接器总规范（2003年）
IEC60603印制电路连接器总规范（3MHz）
IEC61076印制电路连接器总规范
相关标准：
GJB1216电连接器接触件总规范（MIL-C-39029）
QJ450A镀层厚度系列选择
GJB441机载电子设备机箱、面板尺寸
GJB1144战术电台接插件选用要求
GJB1300DJB-823
QJ603电缆制作技术条件
QJ254电连接器型号命名方法
MIL-I-81969嵌卸工具总规范
GJB1611GJB599的绝缘安装板接触件孔位排列
GJB1748电连接器附件总规范
GJB2292电连接器附件配合尺寸和要求
GJB2293电连接器接触件配合尺寸和要求
测试标准：
GJB150军用设备环境试验方法
GJB360A电子及电气元件试验方法
GJB1217电连接器试验方法（MIL-STD-1344）
GJB179计数抽样
第五节 接触件
一、概述
就是向两个金属片施加压力，使其机械地接触，使得自由电子能够自由地从一个金属片的原子晶格转移到另一金属片的原子晶格中去的零件。
两金属之间有膜层，膜薄时，其厚度与金属原子的间隔相近，自由电子较容易通过被膜的状态（隧道效应），接触电阻不太高；在被膜厚的场合，电流基本上不流动，呈现出高接触电阻（被膜电阻）的现象。
2接触部的可靠性
压力大，插拔时的摩擦大，磨损就大，插拔寿命就低；
压力小，由于接触压力的失效变化，不能维持正常的使用压力。
为了保证接触的可靠性，必须从接触件的材料、接触部位的形状、接触压力以及接触面是否润滑等因素来考虑。
在墨菲法则中，最坏的接触失效总是在最不利的地方、最不利的时间发生，一般对电路的分为：
低电平：
<0.1A，1.0V
功率连接：
>1.0A，10V
高功率：
>100V 50A
高压：
100V以上。
二、接触件的类型及特点
接触件执行GJB1216总规范，A类最高工作温度为+125℃，
B类最高工作温度为+200℃，按标准的分类见下表：
型别
材料
用途
A
铜合金
一般使用
B
铁合金
气密封
C
镍合金
E型热电偶
K型热电偶
镍铝锰锡合金
K型热电偶
康铜
E型热电偶
J型热电偶
T型热电偶
铁
J型热电偶
铜
T型热电偶
D
铜合金
屏蔽
一般按形状将接触件分为如下几个类别：
（一）弹性孔配刚性针
1）双曲线插孔
法国的FRB公司在50年代发明，国内70年代组织了联合攻关，资料报道，可靠性达到8级。
2）三叉簧片插孔
3）圆筒型针孔接触件
阳接触件和阴接触件的外形均为圆形，分别叫作插针和插孔，固称针孔式接触件。
按开槽的多少分为两槽式、三槽式、多槽式，按限制口分为不限制口式、带限制口式。
接触点在接触件的端部，接触长度可取得较长；
加护管或限制口一是可防止一边橇动一边插入造成永久变形，二是可限制大于限制口尺寸的针或其它零件插入，破坏插孔的弹性件；
按插孔加工分为缩口型和缩口勒光型，孔口采用勒光工艺，则可提高接触部位的长度，提高接触可靠性。
4）外带卡簧式 KC2
5）冠簧式插孔，内带接触圈式
6）音叉形接触件
直接用板材冲制，不进行弯曲等，尺寸精度高，成本低，适合于大批量生产；
接触部位为冲裁面，表面较为粗糙，插拔时易擦伤阳接触件或印制板接触部位；
弹性零件比较硬，为弹性常数大的接触件，弹性差。
7）簧片插片型
8）夹扣形
接触部位所要求的弹性由薄板材料加工的夹扣或弹簧套提供，阴接触件本身呈限制口；一是可防止一边橇动一边插入造成永久变形，二是可限制大于限制口尺寸的针或其它零件插入，破坏插孔的弹性件。
9）触圈式插孔（J71）
A、由铜带经落料、圈圆、冲齿，然后与插孔熔接而得
B、优点：
结构简单，易于批量生产；缺点：
寿命短
10）薄板接触件
冲制卷成中空圆筒形，J18民品，易损坏。
11）斜开槽式插孔（压舌式）
苏里奥公司称为低插拔力式，693厂称为斜开槽式，就是在插孔上开一斜槽，形成一弹性结构。
A、用铜丝经车削成型、割槽、缩口而得，是由园筒型开槽孔演变而来的
B、优点：
集护管与插孔功能于一体、结构简单、易于加工；缺点：
分离力调整困难
（二）刚性孔配弹性针
1）绞线式弹性插针（麻花针接触件）
2）包簧式弹性插针
3）开槽式弹性插针
由插针沿轴线均匀剖分成若干等份而成
（三）弹性孔配弹性针（阴阳同形接触件）
波形接触件是将板材弯曲成形状复杂的接触件，其特点为：
（1）弹性长度较长，作为弹性常数小的接触件可得到稳定的接触；
（2）一般接触面积大，插拔寿命长；
（3）不耐耐振动、不耐冲击，易脱落。
插拔力较大，易磨损，寿命不高。
另外，按接触件的材料型材类别可分为：
用丝材加工的接触件、用线材加工的接触件、用带材加工的接触件等。
带材加工的簧片形接触件具有下列特点：
（1）弹性由单悬臂所产生；
（2）形状简单，较容易实现局部电镀；
（3）可用板材或矩形材料，节约原材料；
（4）与绝缘体的接触面大，易使绝缘体发热；
（5）耐振动、耐冲击性差。
（四）发展方向
低、无插拔力；
高接触可靠性。
三、接触件的材料
（一）基体材料
接触件和衬套材料应是导电的材料，护套应由不锈钢制造；不相容金属在互相接触使用时，应采取合适的防电解腐蚀保护措施。
导电性好：
电阻率低，降低电流通过时的温升；
弹性好：
金属弹簧的位移量和接触压力在弹性极限以内成比例关系，如果位移量超过弹性极限将会造成永久变形，与初始弹性特性相比，接触压力将变小。
耐腐蚀性好：
有时大电流、高电压用接触件不进行表面处理，因此必须具有良好的耐腐蚀性，而镀的贵金属层，也不可避免地存在着镀层孔隙，基体金属将通过孔隙被腐蚀。
加工性能好：
降低成本。
其它方面：
压接型的压铆性（材料的延伸率好），焊接型的可焊性，应力腐蚀破裂，季裂现象等。
（二）镀层
接触件表面镀银层厚度应大于5um，在底层上的镀金层厚度最小1um（产品军标一般要求1.27um），含金量至少99.0%，努氏硬度130—200，银不得做底镀层。
当采用局部镀时，镀贵金属的长度应等于最大摩擦电接触长度至少加0.5mm，非接触部位镀锡铅合金，含锡50—90%，厚度至少为2.5um。
四、接触件的端接方式
（一）分类
端接方式分为可分离连接和永久连接两大类：
可分离连接：
有弹簧施加直接接触压力、螺钉产生直接接触压力、契块产生的接触压力等三种方式，存在接触点摩擦问题。
典型的如螺钉固定的接线端子和插合式接线端子；
永久连接：
方法很多，有用热和化学方法实现的永久性电气连接，如锡焊、铜焊、点焊、导电胶粘结等；有用机械方法实现的永久性电气连接，如压接、绕接、冷焊、铆接等。
（二）常用的端接方式
（1）焊接，一般包括导线与接触件的焊接、接触件与印制板焊接两种，常用手工和波峰等锡焊连接，原理是焊锡“湿润”其它金属的表面并且构成锡焊结合，其中存在着复杂的物理、化学及冶金学的各种力和效应的交织。
牢固结合的关键因素有控制焊接温度、控制焊接时间、焊接表面的洁净等。
需用助焊剂和焊料等，可能由于各种不当的操作在焊点的微观结构中存在隐患；
（2）压接，压接可靠性高、操作方便、速度快、人员素质要求不高、能避免化学污染和热污染，压接的形式有多种，军品上多用筒形压接，分为可拆卸可更换或不可拆卸可能更换。
最重要的是导线、端子和操作工具三者之间的正确配合，另外剥线时不能伤导线，导线的插入深度要适当。
压接工具有手动的压接钳、自动或半自动的压接机等。
（3）绕接，是导线在受到张力的
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