连接器常用之五金材料概论及简介.ppt

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1、連接器常用之五金材料概論及簡介,講師：侯斌元,電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料,一般而言:電子連接器之合金材料,其考量之材料特性大至如下:,抗拉強度,降伏強度與彈性係數.等機器性質;延展性與彎曲疲勞性;熱傳導性與耐熱性(含熱澎脹率);導電率特性;抗氣化性與腐蝕性;精密加工成形性,特別是引線架(Lead Frame);表面平坦度及電鍍性;焊接性(Chip Bonding&Wire Bonding)非磁性(特別是應用於音應蠁產品),除其必須具備足夠之機械強度外，更必須具備良好之導電特性及耐熱性，以必免訊號傳送過程之衰滅；在所有金屬元素中，尤以金屬銅三者之導電物性為最佳；銀（約1.06倍之銅)銅金

2、(約.077倍之銅)但金與銀金屬,一般於電子連接器中只作電鍍材料使用,除降低接觸阻抗外,更可增加抗表面氣化性;而銅之價格低廉且導電性良好,因此電線電纜對採用純銅線作為電力,電信或資訊傳輸導體,同時其亦為電子連接器使用之最佳合金材料.,電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料,電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料,綜觀銅合金:特色:具光澤性,不易腐蝕成形性佳強度適當導電性與導熱性佳價格合理,純銅之導電率雖佳,但其機械強度與耐熱性,不足以因應電子連接器之要求,故必須添加合金元素來提高其機械強度與耐熱特性,但因添加金屬本身均具備有其原子特定尺寸,當加入純銅中時,因原子尺寸之差異而導致銅原子排列被扭曲,而導致

3、電子傳輸過程受阻或衰減產生.一般市場上常見者有:黃銅(Cu-Zn);青銅(Cu-Sn);與洋白(CU-Ni)合金;雖其機械強度與耐熱特性均優於純銅,但其導電率卻下降至40%IACS以下.IACS(International Annealed Copper Standard)為1913年訂定之導電率單位;定義:以純銅(99.9%)經退火後之導電率為基準,其電阻係數為1.69微歐-cm,其它合金之導電率為相對退火後與純銅之比值.另有Cu-Fe,Cu-Cr與Cu-Ag均為低合金銅,屬導電性較佳之銅合金,分別運用到高性能之電子連接器與電極材料,而鈹銅(Cu-Be)與釱銅(Cu-Ti),屬高強度之材料,

4、但其相對之導電率亦偏低.,電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料,銅合金特色：,具光澤性，不易腐蝕成形性佳綜合材料的強度及延展性而言強度適度機械性質：強度及延展性的定義降伏強度抗拉強度延伸率硬 度,銅合金特色：,方向性：平行滾壓方向的機械性質與垂直滾壓方向的性質不同。應力鬆弛（stress relaxation)導電性，導熱性佳以99.9%純銅精煉退火銅為基準International Annealed Copper Standard(%IACS)價格合理使用量為僅次於鋁合金之非鋼鐵金屬材料.,端子之電阻值之概算,純銅素材電阻係數P為:1.69微歐-cm=16.9微歐-mm 電阻公式為:R(阻抗)

5、=P(電阻係數)Xl(長度)/A(截面積),端子之電阻值之概算,端子之電阻值之概算,一般銅材之導電率如下：,由以上之大致可推算出，因材料之變化或長度或截面積之改變，而電阻質大致會改變多少。,CDA:Copper Development Association(美國)C10000-C79999表示加工成形件(wrought alloy)C80000-C9999表示鑄件C10100-C15999 Cu99.3%coppersC16000-C19999 96%Cu99.3%high copper alloys(其中C17XXX 為Cu-Cr 合金,C18XXX為Cu-Be合金,C19XXX 為Cu-

6、Fe合金)C20000-C29999 Cu-Zn合金(黃銅 brasses)C30000-C39999 Cu-Zn-Pb合金(leaded brasses)C40000-C49999 Cu-Zn-Sn合金(tin brasses),C50000-C529999 Cu-Sn合金(磷青銅,phospher bronzes)C53000-C54999 Cu-Sn-Pb合金(leaded phospher bronzes)C55000-C55999 Cu-Ag-P合金C60000-C64699 Cu-A1合金(aluminum bronzes)C64700-C66399 Cu-Si合金(silicon

7、 bronzes)C66400-C69999 Cu-Zn(雜項)合金,C70000-C72999 Cu-Ni合金C73000-C79999 Cu-Ni-Zn合金(nickel silvers)C80000-C97800 銅鑄造合金C98000-C99999 特殊銅合,材料選擇之一般要求:,導電率大:導電電流所產生之焦耳熱會使接觸部份之溫度上升,有時會超過容納Contact之Housing之容許溫度,因此導電率是限制連接器容許電流之一項重要因素.即使導電電流很小,有時因電路之緣故無法忽視連接器之電壓降,因此導電率較大(固定電阻小)較好.,彈性好:金屬彈簧變形量和接觸力在臨界範圍內為比例關係,但超

8、過臨界範圍時將永久變形,接觸力變小.因此,彈性範圍(一般為張力/耐力)較大之材料較好,如此即使連接之contact或PCB尺寸在製造上有差異時,亦不會超過彈性範圍,材料選擇之一般要求:,耐腐蝕較優者:大電流、高電壓之contact有時並不作表面處理就使用,固須使用耐腐蝕較優者.但有時使用貴金屬作處理,仍不可避免pinhole存在之問題,故有用耐腐蝕較優者.加工性較佳者:於經濟之觀點考量,同時亦需考量電鍍加工佳者.其它:壓著型:伸展性較佳者,焊接型:焊接性較佳者.,材料選擇之一般要求:,金屬特性比較,連接器金屬端子之材料選用,種類:黃銅C2600,C2680磷青銅C5190,C5210鎳銅C70

9、25鈹銅C172,C174釱銅C199特性考量:強度導電度/熱傳導率抗應力鬆弛價格,端子材料,一般使用黃銅:俗稱48青銅或青銅磷青銅:俗稱磷銅,彈性佳,韌性強鈹銅:高彈性,高韌性特性比較:,彈性疲勞由接觸破壞的撓曲/折彎所引起高壽命週期低應力,疲勞,應力鬆弛,長時間曝露在逐漸升溫的環境下施壓而造成彈片力量的喪失可藉由提高可靠度的要求減少應力鬆弛機會發生,應力鬆弛相關因素,時間溫度硬度方向性,材料選用,低接觸電阻與素材電阻而滿足迴路需求腐蝕電阻須低確實插入時，須有低摩擦力與良好的導電性適當的彈性特性價格須低,材料選用（續）,傳導性最小素材電阻延展性幫助端子之成形降伏強度在彈性範圍內，可擁有大的位移應力鬆弛端子於長時間受力或使用於高溫時，抗拒負載能力仍能維持硬度減少端子金屬的磨損,2.黃銅料丹銅,3.磷青銅,鈹銅捲片之機械及電氣性質,展料計算,L展開長計算公式:L=L1+L2+aa=1.5708*(r+t/3)註:L1,L2隋內r之大小而變,