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做连接器的设计需要具备什么能力?

作者: XYCO 轩业连接器 编辑: 萱萱 来源: http://www.xyco.com.cn 发布日期: 2019.06.19
信息摘要:
连接器设计内容和连接器设计应具备什么能力呢?连接器首先是机电产品,故连接其设计离不开机械和电气电子的基础知识,如抗拉强度,屈服强度,应力应变…


连接器设计内容和连接器设计应具备什么能力呢?

连接器首先是机电产品, 故连接其设计离不开机械和电气电子的基础知识, 如抗拉强度, 屈服强度, 应力应变, 摩擦磨损等基本概念; 再如电阻,电流,电压,电容, 电感,特征阻抗, 传输线,串扰,损耗等基本电气电子概念. 


连接器是一种工业产品, 故产品设计的基本手段也必不可少, 如机械制图的知识, 制图工具(2D, 3D), 公差分析,形位公差;产品设计要精准掌控产品在应用中/工作中的状况, 故无法避免要对产品进行分析计算, 很多工程技术问题的计算是很复杂的, 用传统的方式几乎无法解决, 有限元分析/仿真技术具有强大的计算能力, 在现代的产品设计中几乎是必须的工具. 连接器设计中常用的分析有应力应变分析(这是机械设计最基本的分析之一),模流分析, 电磁场分析, 电流分布分析,散热分析等. 我们不妨将连接器设计分成如下内容 – 其实在连接器设计中这些内容是相互影响, 相互制约, 无法分割的, 下面就从全方位进行阐述分析:

做连接器的设计需要具备什么能力?

1.连接器的界面设计. 这牵涉到连接器的工作原理,我们要清楚金属界面的微观结构特点, 接触电阻的本质是什么, 接触电阻是如何产生的,有哪些失效机理,如何避免失效, 在不同正向力下是如何变化的. 我们要掌握摩擦与磨损的本质, 摩擦系数受哪些因素影响,如何变化,磨损有哪些方式和特点,如何降低磨损(提高连接器寿命)


2.连接器电镀与涂层的设计. 我们要掌握连接器电镀的作用及其作用原理(不同镀层作用原理不一样), 各种镀层的失效机理, 各种镀层的对正向力的要求及如何选择镀种,电镀厚度, 电镀规格.


3.连接器的弹片(端子)设计. 首先我们要明白弹片的作用,才能提出弹片的要求,要实现弹片的要求要了解各种弹片材料的性能: 机械性能,加工性能,电气性能,物理性能(热性能).我们应当懂得如何应用有限元分析工具得到满足机械性能(如弹片的寿命), 电气性能(如弹片的载流能力),散热性能, 高频性能(如弹片结构如何影响连接器的传输性能).


4.连接器塑胶外壳的设计 我们要掌握连接器的塑胶外壳的作用及要求,熟悉各种连接器塑胶外壳的材料特性以满足连接器对焊板性能的要求. 应用应力分析工具和模流分析工具得到满足机械强度要求, 注塑性能要求, 结构合理的塑胶外壳.


5.连接器失效机理. 我们要清楚连接器存在的各种失效机理(如腐蚀引起的各种失效, 应力松弛引起的失效, 永久变形引起的失效, 磨损引起的失效) 及其各种预防措施或抵御措施,才能实现以尽可能低的成本有效避免失效的出现. 


6.连接器与电线电缆连接的设计 我们首先要明白连接器与电线电缆连接的基本要求, 如机械强度的要求, 电气性能要求(如载流能力), 要了解各种电线电缆的结构, 性能(如是否阻抗受控电缆),功能, 我们要掌握连接器与电线电缆的连接方式(如crimp和IDC)及各种连接方式的优缺点及如何设计连接方式,如IDC端子的材料如何选择,料厚如何选择, 槽宽如何选择.


7.连接器与PCB的连接设计 我们要清楚PCB的制造工艺, PCB的结构特点, PCB的性能要求,连接器与PCB的机械连接方式, 如何设计连接器端子与PCB的连接(如compliant pin的设计); 连接器与PCB的焊接方式及特点. 我们要掌握如何设计连接器端子的结构,如何决定焊盘尺寸,如何计算焊锡用量及焊点的失效机理和预防措施.


8.高频连接器的设计 我们要掌握什么情况下要进行高频信号分析或多高的频率需注意信号的传输问题,连接器常用材料的电磁特征,电磁波的传播特点, 传输线理论,连接器和PCB经常采用哪些传输线结构,这些结构的传输性能如何,为了提高连接器的传输性能应注意什么事项及采用哪些方法, 有哪些指标衡量连接器的传输性能. 


9.电源连接器的设计 我们要掌握如何准确区分信号端子还是电源端子, 如何进行电源连接器的温升测试,如何计算连接器的各项电阻,电源端子的设计依据,如何确定电源端子的载流能力,如何确定界面所需的正向力,如何选择电源端子的镀层. 电源分配方式对如何影响端子的设计.


10.连接器的测试与可靠性 我们应该清楚连接器的测试种类,每种测试的目的,测试原理- 失效机理是什么, 应用环境如何及连接器的性能要求如何/允许的性能退化程度. 什么是鉴定测试,鉴定测试如何分组,什么是可靠性测试,可靠性测试如何分组,如何进行可靠性测试,可如用何靠性测试数据评估连接器的可靠性. 连接器有哪些常见的失效模式, 产生这些失效模式的原因是什么,如何降低连接器的失效.

至此大家可能会说,是否将连接器设计的难度夸大,其实不然,连接器设计本来就是一个纷繁庞杂的系统,需要大量的资源。


国内的连接器企业可能见的更多的是连接器延伸设计,连接器的改良设计或仿制,在这种情况自然简单得多,因为产品已经被分析,评估,验证完了,对市场来说,已经不是“新产品”,不是我们这里讨论的真正意义上的产品设计。正因为产品设计的高度复杂性(和高风险),很多企业不愿涉足。中国一直倡导创新,但研发设计的比例不见改善,可见产品设计之艰辛。但经济社会告诉我们企业要做强民族要强大就必须有自己的核心技术,设计创新能力。这需要长期的积累和努力。


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