1簡介

通過機械動作實現電子電路的接通、斷開或轉換的機電元件。它的主要功能是傳送電信號或電能,有的還具有濾波功能。在複雜的電子設備中,接插元件的用量很大,在電路中起著聯繫各個子系統或電路的作用。它的質量和可靠性直接影響整個電子系統的性能和運轉,其中最突出的是接觸問題。接觸不良不但影響信號或電能的正常傳送,而且也是雜訊的重要來源之一。

2發展概況

20世紀30年代初第一次出現多觸點連接器。30年代末,為了適應快速連接的需要,出現了卡口式連接器,不久又研製成功N型和BNC型高頻同軸連接器,工作頻率從原來的300兆赫提高到11吉赫。N型連接器是美國P.奈爾設計的,後來他又同C.康賽爾曼一起在卡口式連接器基礎上改進設計成 BNC型。以他們的名字命名的這兩種連接器,至今仍被各國廣泛採用。
為了適應半導體、集成電路和計算技術發展的需要,出現了很多小型化、高密度、高精度和高可靠的新型接插元件。50年代末出現了小型壓接可拆卸式接觸體的連接器。60年代出現了小型壓接后松可拆卸式接觸體的連接器,14毫米、7毫米、3.5毫米的精密同軸連接器,工作頻率提高到26.5吉赫。同時出現了一批適用於印製電路板的各種接插元件。70年代末出現小型高可靠連接器,1.75毫米的高精密同軸連接器。工作頻率提高到40吉赫以後,為適應集成電路的需要,人們又研製出刺接式帶狀電纜連接器、微型導電橡膠連接器和各種微型開關等。

3結構

接插元件的結構雖然各不相同,但都由三部分構成,即接觸體、絕緣體和殼體。
接觸體 通過操作能斷開或閉合電路的兩個或多個導體。片狀的單元導體稱接觸片,柱狀的稱插針或插
接插元件結構

  接插元件結構

孔;能斷開或閉合電路的一組動、靜觸點稱觸點組。接觸體是接插元件的核心部分,它不但起電傳導的作用,而且對使用中可能遇到的各種機械和環境應力應有足夠的抵抗能力。多數接觸體都有陰、陽之分。插針、接觸片稱陽性接觸體,插孔、音叉式簧片稱陰性接觸體。分辨不出陰和陽的稱為中性接觸體。
接觸體的型式很多,圖中為常見的幾種。通常採用切削加工或無切削加工的方法成形。圓柱形插針、插孔結構簡單、接觸可靠、容易加工出各種規格,因而得到廣泛應用。 接插元件
製作接觸體的材料應具有良好的導電性能、機械性能、無磁性和良好的機械加工性能。銅合金(如黃銅、磷青銅和鈹青銅等)用得最多,尤以鈹青銅的性能為最佳,工作溫度達14攝氏度時仍保持良好的彈性。溫度超過14攝氏度時,為了防止應力鬆弛常採用鎳基合金(如鈹鎳合金)製作接觸體。
為了改善接觸體導電性能和防止配合表面受機械或化學作用的損害,通常都在其表面鍍上一層其他金屬,如銀、金、錫鉛合金、銀-金,鎳-金等。在低電平、弱電流的情況下一般都選用鍍金層:陰性接觸體鍍硬金,陽性接觸體鍍軟金。這樣軟硬搭配可以提高耐磨性能,減小接觸電阻。
絕緣體 固定接觸體的絕緣構件,除保證多個接觸體之間的相互電絕緣外,還起導向、定位、密封等作用。絕緣體的材料和結構直接影響接插元件的電氣和機械性能。按材料軟硬程度不同有彈性、半硬和硬絕緣體之分。常用材料有橡膠、塑料、陶瓷和玻璃等。
殼體 固定和保護絕緣體和接觸體的構體。殼體上有定位、導向和鎖緊機構,以確保接插件能正確地工作。殼體有時還起密封、防水、防火和電場屏蔽等作用。圓形連接器的殼體有螺紋、卡口和直插自鎖等鎖緊型式,在多接點和插拔力較大的情況下連接方便。採用細牙配合螺紋的連接器,在極端惡劣的環境條件下也能保持較高的可靠性。殼體常用材料有鋁合金、黃銅、青銅、鋼和不鏽鋼以及塑料等。金屬殼體表面都要有塗覆層以提高防腐能力。常用方法有陽極氧化,鍍金屬(如鋅、鎘、鎳、銀、金)和油漆等。
主要性能參數  接插元件應有良好的電氣性能、機械性能和抗環境性能。電氣性能主要取決於採用的機械結構,任何外界機械力都會引起接插元件電氣性能的改變。接插元件的主要性能有接觸電阻、額定電流、絕緣電阻、試驗絕緣電壓接觸壓力、插拔力和抗環境性能等。
接觸電阻 當一對插合(即閉合)接觸體通過規定的電流時,在接觸對兩端指定位置測得的電阻稱接觸電阻。它包括測量點之間導體的體電阻、接觸部分的收縮電阻和膜層電阻。其中起決定作用的是收縮電阻和膜層電阻,它們隨接觸壓力、接觸體形狀、材料特性、表面污染的程度和電路中電壓等因素的不同而變化。為了保證可靠地工作,接觸電阻應當穩定。通常在100毫安電流下接觸電阻值應小於0.01歐。
額定電流 在規定條件下保證接插元件正常工作的電流值。電流過載時,接觸處的溫度可能升高到使金屬軟化甚至熔融的程度,這會引起彈性材料退火而失去彈性,導致接觸不良,同時絕緣材料過熱也會使電氣性能降低。在實際使用中,由於接觸體的數目和使用環境條件不同,還要考慮降額使用這一指標。
絕緣電阻 在額定條件下,用絕緣材料隔開的兩個導體之間的電阻。它是絕緣材料的體電阻和表面電阻並聯的結果。通常施加500伏測試電壓,絕緣電阻值至少應在100兆歐以上。接插元件應有較高的絕緣電阻,否則不但增加功率損耗,而且還會造成串音干擾。
試驗絕緣電壓 作介質耐壓試驗時,用絕緣材料隔開的兩個導體之間按規定施加的電壓(試驗時不應產生電擊穿現象)。試驗電壓值通常是根據接插元件的工作電壓來決定的。當工作電壓小於或等於1000伏時,試驗電壓值為工作電壓的三倍,但最低值為500伏。為了使產品有足夠的安全係數,所規定的試驗電壓值又不應超過最低擊穿電壓的四分之三。
接觸壓力 接觸體的彈性部分施加於接觸表面的正向壓力。接觸壓力大,可降低接觸電阻使其趨於穩定;在滑動過程中又能拭去接觸體表面的污垢,以保持接觸面的清潔。但壓力過大,會使滑動表面金屬層磨損加劇。一般鍍銀層接觸壓力宜在0.7~2牛,鍍金層宜在0.5~1.5牛之間。
插拔力接觸體相對插入或拔出時所施加的外力,它等於接觸壓力和摩擦係數之積的摩擦力。由於接觸壓力在生產中難以測量,一般只規定插入力和拔出力。由於接觸體導向角的影響,插入力總是大於拔出力。
耐惡劣環境性能 影響接插元件質量和可靠性的主要環境因素有溫度、濕熱、鹽霧、工業氣體、低氣壓等。這些環境因素容易造成彈性材料變質、金屬零件鏽蝕、加速絕緣材料老化,導致接觸電阻增大、絕緣性能下降、高壓擊穿和高頻傳輸性能超值等現象。此外,機械振動容易造成焊點脫落、機械結構鬆脫、接觸電阻不穩定等失效形式。為此,在相應的技術規範中,一般都規定各種模擬環境條件以及電氣、機械性能的試驗方法,作為鑒定、評價和檢測接插元件的質量和可靠性的依據。
種類  接插元件包括連接器、開關、管座三大類。
連接器 通常由兩個或多個相對應的電極(接觸體)單元組成,一個稱插頭,另一個稱插座。因此,連接器也稱插頭、插座。複雜的連接器的頭和座兩半都有定位和鎖緊機構,以保證接觸體能方便、準確而可靠地連接或分開。連接器按用途分,有電源和信號連接器;按工作頻率分,有低頻和高頻連接器(採用同軸結構,也稱同軸連接器);按外形特徵分,有圓形、矩形連接器等。帶狀電纜連接器,具有占空小、布線方便、不易混淆和重量輕等優點,在高密度組裝中使用。
印製電路連接器有直接式(單件式)、間接式(雙件式)和分立接點式三種。直接式用印製電路板的一邊作插頭,插座是在絕緣基座中裝入金屬彈性簧片作接觸體。間接式連接器由多觸點的插頭和插座兩部分組成。通常插頭是由陽性接觸體組成,安裝在印製電路板上,插座由陰性接觸體組成,安裝在互連母板或走線板上。分立觸點式連接器是由單個的插針和插孔組成,根據需要垂直地安裝在印製電路板上。
連接器中接觸體同導線的連接方法(即端接方式)很多,常用的有焊接和無焊連接兩類。焊接操作簡便,是應用較久的一種方法。無焊連接如壓接、繞接和刺接等,不需要加熱,靠專用工具來保證質量,一致性好;不會出現焊接中的虛焊現象,連接可靠性高,在高密度組裝中得到廣泛應用。
開關 通常由許多獨立的電極單元構成,用同一機構操縱使它們同時工作。電極的多少取決於電子電路的結構。開關的類型常根據電極的數目來命名,如單極或雙極開關;有時也按每個電極能接通或斷開的接點數來命名,如單擲或雙擲開關。按用途分則有電源開關和信號開關。常見的電源開關有鈕子開關和按鈕開關。電源開關在額定負荷下閉合時不應發生過熱現象,而在斷開狀態下對電路又有足夠的電絕緣性能。在高電壓場合使用的開關,為確保人身安全通常有附加接地裝置。用在大電流情況下的開關,在結構上還要考慮防止電弧對觸點的損傷。
信號開關在電子設備中常用於檢測、控制和功能選擇,也有的只起信號傳遞作用。常見的有微動、鍵盤和指輪開關。信號開關的特點是功率小、操作次數多,因而要求機械壽命長、通斷速度快、可靠性高,並要防止各種污染和塵埃對開關工作的影響,通常加外殼或密封。
管座 有電子管座、晶體管座、集成電路插座、信號燈座和保險絲座等。管座通常固定安裝在設備的基板或面板上,一面插上相應的元件和器件,另一面接觸體的輸出端同電路連接。信號燈座為了適應各種指示的需要常配有各種顏色的燈罩。管座除保證接觸可靠外,插拔力還應方便插拔或更換元件、器件。
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