聯結器

 

聯結器的定義

連線兩個或兩個以上的電路裝置的統稱。聯結器作為一種機電元件，一般是成對工作的，分為插頭（公），插座（母），插頭的英文plup（或male，essay-header）；插座（母）的英文Receptanle或Socket，jack，female。

它透過一定的機械動作來完成電器的連線和切斷，它的主要功能有：

• 傳輸訊號或傳輸電能

• 接通電路或切斷電路

 

聯結器總體效能引數

1、機械引數

• 插拔力

插拔力是衡量聯結器效能重要的機械效能。插拔力分為插入力和拔出力（或分離力），兩者的要求不同。從使用角度來看，插入力要求越小越好，而拔出力不能太小，否則影響接觸的可靠性。

• 機械壽命

機械壽命實際上是一種耐久性指標，它是以一次插入和一次拔出為一個迴圈，以在規定的插拔迴圈後聯結器能否正常完成其連線功能（如接觸電阻值）作為評判依據。

其與接觸件結構（正壓力大小）、接觸部位鍍層質量（滑動摩擦繫數）以及接觸件排列尺寸精度（對準度）有關。

2、電氣引數

• 接觸電阻

高質量的電聯結器應當具有低而穩定的接觸電阻。聯結器的接觸電阻從幾毫歐到幾十毫歐不等。

• 額定電流

取決於端子的材質與截面積，截面愈大則單位長度的阻抗愈小，通電流所產生的熱量愈少，則端子溫度上升幅度較小，也就可以傳導較大的電流。

• 絕緣強度

衡量電聯結器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣效能的指標，其數量級為數百兆歐至數千兆歐不等。

• 抗電強度

又稱為耐電壓、介質耐壓，是表徵聯結器接觸件之間或接觸件與外殼之間耐受額定試驗電壓的能力。

• 其它電氣引數

電磁幹擾洩漏衰減是評價聯結器的電磁幹擾遮蔽效果，一般在100MHZ～10GHZ頻率範圍內測試。

對於射頻同軸聯結器而言，還有特性阻抗、插入損耗、反射繫數、電壓駐波比等電氣指標。

3、環境引數

•  耐溫

目前聯結器的最高工作溫度為200℃，最低溫度為-65℃。——耐溫實驗、溫度迴圈測試

• 耐濕潮氣

潮氣的侵入會影響聯結器的絕緣效能，並鏽蝕金屬零件。——恆定濕熱試驗、交變濕熱試驗

• 耐鹽霧

聯結器在含有潮氣和鹽份的環境中工作，其金屬結構件、接觸件錶面處理層有可能產生電化腐蝕，影響聯結器的物理和電氣效能。——鹽霧試驗、腐蝕性氣體測試（SO2、H2S）

• 耐振動和衝擊

耐振動和衝擊是電聯結器的重要效能，在特殊的應用環境中如航天航空、鐵路中尤為重要，它是檢驗聯結器機械結構的堅固性和電接觸可靠性的重要指標。——振動試驗、物理衝擊試驗

 

連接器結構介紹

Housing （絕緣體）、Contact（接觸件）、Shell（殼體）、附件

1、Housing （絕緣體）

Housing又稱作底座或安裝板。它是整個聯結器的主體構件，決定聯結器的外觀尺寸及各零件定位。Housing其材質一般為塑膠材質。

• 端子間的電氣絕緣；

• 固定端的幾何位置，利於插入和尺寸穩定；

• 為端子提供機械保護和支撐；

• 將端子從應用環境中隔離開來，較少對腐蝕的敏感。

2、Contact （接觸件）

Contact是聯結器完成電連線功能的核心零件，又被稱作接觸端子。一般由陽接觸件和陰接觸件組成接觸對，透過陰、陽接觸的插合完成電連線。

• 公端子一般採用黃銅材質，其導電性佳但是彈性差；陽接觸件形狀多為圓柱形（圓插針）、方柱形（方插針）或扁片形（插片）；

• 母端子一般採用磷銅材質，導電性較差但是彈性較好。陰接觸件形狀有圓筒形（劈曹、縮口）、音叉型、盒型（方插孔）等。

3、Shell（殼體）

Shell是聯結器的外罩，Shell功能包括：機構方面有結構加強、公母座配接框口界定、聯結器PCB的定位、分擔外力機械保護等功能。電氣方面有EMI遮蔽、ESD接地等功能。

4、附件

附件分為結構附件和安裝附件。

結構附件：卡圈、定位銷、導向銷、連線環、電纜夾、密封圈、密封墊等。安裝附件：螺釘、螺母、彈簧圈、墊片等。

 

聯結器材料介紹

1、接觸件材料介紹

2、絕緣材料介紹

一般分為兩種熱塑性塑膠和熱固化塑膠。熱塑性塑膠分子結構呈線狀，能夠進行液態和固態的可逆性反應，可重覆回收使用。熱固性塑膠結構呈網狀，不能發生可逆反應。

3、鍍層材料

常用聯結器分類

一、D型聯結器

D-SUB屬於線纜聯結器（線對板），主要實現線纜與印製板之間的連線功能。D-SUB為D-subminiature的簡稱，又叫D型聯結器。它一種模擬訊號介面聯結器，命名的由來為其連線介面呈字母D型。

1、分類

普通型：9芯、15芯、25芯、37芯

高密度型：15芯、26芯、44芯、62芯、78芯

功率型：電源應用（2V2—36W4型）

帶濾波器型：電容濾波、電感濾波、護套濾波

安裝方式：直式、彎式、（板端）；壓線、焊杯（線端）

2、適用標準

• DIN 41652(德國標準 Φ1mm的圓形觸點、梯形機櫃聯結器通用安裝結構和尺寸、構造形式綜述)

• CECC 75301-802(歐洲標準 頻率低於3MHz的矩形聯結器，具有梯形外殼和圓形接觸件，直徑為1mm帶捲鉤的焊接和壓入式終端的聯結器)

• IEC 600807(國際電工委員會標準 頻率低於3MHz的矩形聯結器 第3部分:具有梯形金屬外殼和圓形接觸件的系列聯結器詳細規範)

3、D-SUB的特性

a）耐電壓

    Contact—Contact：1000 Vr.m.s

    Contact—test panel：1200 Vr.m.s

b）工作電流

普通型最大工作電流7.5A，高密度型工作電流一般為2A。另外ID端接方式的工作電流最大為2A。

c）接觸電阻

     標準密度型10mΩmax；高密度型20mΩmax。

d）絕緣電阻

      5GΩmin 。

f）機械操作

最大速度：10mm/s，間隔時間30s（不插合）

4、應用

D-SUB作為一個串、並行輸入輸出聯結器，它適用於RS232、RS48等通訊協議，另外也常用於連線訊號線。

5、選型原則

1、選型時優選標準密度型。

2、組合前，帶電模組應使用孔（母）座，不帶電模組使用的D-SUB應選用針（公）座。

3、選用固定端D-SUB時，優選後鉚魚叉鎖螺絲。連線螺紋優選UNC4-40。

4、不經常插拔的情況下使用，選鍍1u“半金錫鍍層即可。

二、RJ45

RJ45屬於線纜聯結器（線對板），其名來源於RJ45網路埠協議，主要用於網路系統中網線與PCB板的連線或高頻資料訊號線與PCB板之間的連線。

1、分類

• 按照安裝方式分類

90度安裝（側端出線）；180度安裝（頂端出線）。

• 外殼分類

遮蔽外殼、非遮蔽外殼。

• 按照功能分類

帶指示燈（一般為黃綠燈）、不帶指示燈； 

• 接地方式

PCB板接地及面板接地方式。

2、適用標準

IEC 60603-7

3、RJ45的特性

a）耐電壓

Contact—Contact：1000
Vd.c or a.c.peak

Contact—test panel：1500
Vd.c or a.c.peak

b）耐電流

c) 絕緣電阻

  測試電壓：100Vd.c

  接觸件之間、接觸件對殼：500MΩmin

d)傳輸特性

  插入損耗、回滯損耗、傳播延時、耦合衰減

三、扁平線纜聯結器

適用於連線扁平電纜的直式和彎式的牛角插座、簡易牛角插座及與之配合使用的壓接頭。主要由三部分實現連線，分別為針座，壓接頭及線纜。

其主要針間距有2.54mm，2.00mm，1.27mm；雙排形式。其中插頭上的凸臺及針座上的定位槽有防誤插作用。

1、線纜的選用

線纜的截面尺寸、韌性和撓性應能提供足夠安全的電流負載能力和強度，一般情況下不宜用過細的導線。

2、選型原則

• 牛角型扁平線纜聯結器帶有牛角，佔用空間較大，電流使用等級一般為小於2A，選用時應充分考慮結構上的要求。

• 簡易牛角由於沒有卡扣連線容易鬆動，佔用空間較小，但在震動環境應用時，不建議使用。

• 建議選擇帶防插錯裝置的針座和插頭。

四、歐式聯結器（DIN41612）

指符合DIN41612標準的聯結器。器件型別有兩排結構的彎公、直母配的B型、2 B型；直公、彎母配的Q型、2 Q型；三排結構的彎公、直母配的C型，2C型；直公、彎母配的R型、2 R型；彎公、直母配的M型；彎針、直母配的D型（DIN Power）等。 X與2X的區別為接觸件排列存在區別，其中2X較X尺寸小。

1、分類

• 按照工作電流分類

    普通型（2A），大電流型（6A），功率型（15A）。

• 按端接形式分類

    焊接型、壓接性、壓線端子型、IDC刺破絕緣型。

2、適用標準

• IEC 60603-2-1995：印製板用頻率低於3MHz的聯結器 第2部分:有質量評定和具有通用普通安裝特性、基本網格為2.54 mm (0.1 in)的印製板用兩件式聯結器詳細規範

•  DIN41612標準已經被IEC 60603-2所取代。

3、選型原則

• 歐式聯結器一般用於3MHZ以下的訊號或電源連線，不適合10MHZ以上的訊號連線；用作3~10MHZ訊號連線時，要求使用隔離法，用接地插針插在各訊號針之間，避免兩相鄰訊號相互影響，產生較大的串擾。

• 對於普通型歐式聯結器，在工作溫度為25℃時，在設計使用時，建議分配給每對針孔的電流在1A以下，可採用接兩對或幾對插針、插孔過較大電流。

• 選型時優選底座用直孔座，子板用彎針座。

• 優選B、C型別，功率型優選D型（32針）、E型（48針）、H型（15針）。

• 安裝固定方式有兩種，一種為魚叉固定方式，該種方式在焊接時固定針會被焊死，不利於維修拆卸。另一種為螺釘固定方式，這種方式需用螺絲、螺母、平墊、墊片配套使用，工藝操作較為複雜，優點是便於拆卸。當工藝水平達到較高水平時，建議用魚叉，現階段建議螺釘固定方式。

• 當歐式聯結器有絕緣要求時，需考慮電氣間隙和爬電距離的選擇。

 

五、條列式插針、插座

條列式聯結器一般實現印製板與印製板連線、與插座配合完成板和線纜的連線（燒錄程式）、與斷路器配合完成板上跳線功能。

1、分類

•  按照間距分類

 2.54mm、2.00mm、1.27mm等。

• 按照端接形式分類

通孔（THT），表貼（SMT）、直針、彎針

• 按照外形分類

單層型，雙層堆疊型、穿牆型。

2、選型註意事項

• 非接觸件部分（引腳、過渡區）鍍錫，接觸部分鍍金。

• 接觸件鍍金厚度選擇：普通應用優選鍍層厚度0.25um，插拔較頻繁的應用優選0.76um。

• 推薦選用2.54mm間距，對空間有嚴格要求時選2.00mm間距。

• 此類聯結器建議每對針孔工作電流不超過3A。

• 選型時註意孔座的插入深度，保證配合可靠（插入塑體三分之二以上深度）。

• 根據產品結構高度要求，選擇相應配合高度的針座、孔座。當板間距離11mm以下時，選用普通插針、插座；11mm以上選堆疊的針座搭配普通孔座使用（最高板間距可達34mm）。

• 2.00mm及以下間距推薦表貼形式。

• 針座優選40針。

六、其它型別聯結器

• IC插座

IC插座實現IC與PCB板的連線功能，有DIP、PLCC、PGA等多種形式。

對於雙列直插式封裝的IC插座，其兩排引腳寬度為7.62mm，10.16mm，15.24mm等幾種。對於微處理器、EPROM等晶片必須使用插座時，一般使用寬15.24mm的IC插座。

IC插座一般與插裝晶片配套使用，今後隨公司器件的表貼化，將逐步被淘汰。

2、Soft-shell
connects

 Soft-shell connects屬於線纜聯結器（板對線），一般用於低頻訊號或電源的連線。適用於小型化，輕型，低價位聯結器的需求，每根端子所容納的電流可有多個級別，最多可到7A。

這種端子通常配置成pin/socket結構，由黃銅和磷青銅製成，有一些型別的端子直徑是1.6mm（0.063in），2.28mm(0.084in)，3.56mm(0.140in)，這些端子能夠與10到30AWG的線纜壓接。此種聯結器多用白色尼龍做絕緣體材料，在殼體上做了一些鎖扣，導向保護。

3、柔性印製板聯結器

這種連線方式的成本和靈活性不如線纜連線方式。一般用於LED背光燈、觸控式螢幕、液晶顯示螢幕連線。柔性印製板的厚度為0.13～0.38mm。

此類聯結器的優點為尺寸小，質量輕，可用於高速訊號應用；但其價格較高，對於普通產品，尤其是大批次產品，不推薦使用。並且插拔次數為有限（一般為25次），壽命有限。

4、USB(Universal
Serial BUS  通用序列匯流排)