连接器的作用是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。
在我们的日常生活中经常使用的连接器可以分为以下的几类:
1、条形/压按式连接器
2、圆形连接器
3、矩形/重载连接器
4、射频同轴连接器
6、线对线连接器
7、FFC/FPC/薄膜电缆连接器
8、扁平电缆连接器
9、电脑设备连接器
10、视频/音频信号连接器
11、手机连接器
12、电源连接器
13、高压连接器
14、车用连接器
15、航空连接器
16、高速信号链接器
17、光纤连接器
18、微波连接器
19、防水连接器
20、耐高温连接器
随着消费电子、汽车电子、通信终端市场的快速增长以及全球连接器生产能力不断向亚洲及中国转移,亚洲已成为连接器市场最有发展潜力的地方,而中国将成为全球连接器增长最快和容量最大的市场。据估计,未来中国连接器市场的成长速度将继续超过全球平均水平,未来5年内,中国连接器的市场规模年均增速将达到15%,到2010年,中国的连接器市场容量将达257亿元。
电连接器的主要配套领域有交通、通信、网络、IT、医疗、家电等,配套领域产品技术水平的快速发展及其市场的快速增长,强有力地牵引着连接器技术的发展。到目前为止,连接器已发展成为产品种类齐全、品种规格丰富、结构型式多样、专业方向细分、行业特征明显、标准体系规范的系列化和专业化的产品。
总体上看,连接器技术的发展呈现出如下特点:信号传输的高速化和数字化、各类信号传输的集成化、产品体积的小型化微型化、产品的低成本化、接触件端接方式表贴化、模块组合化、插拔的便捷化等等。以上技术代表了连接器技术的发展方向,但需要说明的是:以上技术并不是所有连接器都必需的,不同配套领域和不同使用环境的连接器,对以上技术的需求点是完全不一样的。
连接器的发展应向小型化(由于很多产品面对更小和轻便的发展,针对间距和外观大小,高度都有一定的要求,这对产品的要求就会更加精密,如线对板的最良好选择小间距0.6mm和0.8mm)、高密度、高速传输、高频方向发展。小型化是指连接器中心间距更小,高密度是实现大芯数化。高密度PCB(印制电路板)连接器有效接触件总数达600芯,专用器件最多可达5000芯。高速传输是指现代计算机、信息技术及网络化技术要求信号传输的时标速率达兆赫频段,脉冲时间达到亚毫秒,因此要求有高速传输连接器。高频化是为适应毫米波技术发展,射频同轴连接器均已进入毫米波工作频段。
根据 Global Industry 预测,受中国以及亚洲、东欧、拉丁美洲地区的经济推动,连接器市场将迎接下一个 5 年的巨大增长期,2012 年全球连接器的需求将达600 亿美元。据 Global Industry 报告显示,亚洲连接器市场在 2010 年达到 64亿美元,中国 2015 年市场增速将达到 20%。
· 工研院估计 2010 年全球连接器市场规模将达到 498 亿美元,创历史新高
· 工研院预估,2011 年全球车用连接器市场规模将达 134 亿美元
· 2011 年全球计算机及外围连接器市场规模将达 125 亿美元
· 2011 年全球电信数据连接器市场规模将达 100 亿美元
· 消费性连接器在数字家庭、游戏机等热潮带动下也将持续成长
调研显示连接器市场在消费性电子产品游戏机、MP3、手机、LCD TV、数码相机等需求畅旺带动下,业绩持续上升。In-Stat指出,2014 年全球电视机顶盒市场价值将达 13 亿美金。根据 DisplaySearch 调查报告显示,2010 年全球电视出货将超过 2.42 亿台,同比增长 15%,预计到 2014 年将超过 2 亿 6 千万台。
我国连接器行业为充分实现市场化竞争,各企业面向市场自主经营。国际市场上,连接器全球前十大厂商一直为美国、日本、法国、台湾四个国家和地区的厂商所占据,从竞争格局来看,泰科电子、安费诺、莫仕等3家外资企业占据了中国移动通信终端和数码产品微小型精密连接器近80%的市场空间。
在中国大陆地区,连接器制造厂商有1,000余家,其中外商投资企业约为300家,本土制造厂家700余家,主要分布于长江三角洲和珠江三角洲地区。国内本土连接器厂商普遍规模不大,实力较弱;部分军工企业技术研发具有优势,但产品应用领域多集中军工产品,大批量生产能力不足,与公司针对的细分市场不同,不构成实质性的竞争。
研究机构 BCC Research 调查报告指出,全球家用医疗设备市场规模至 2012年增长到 204 亿美元,年增长率将达 6.8%。医疗电子将成为连接器应用新的增长点。市场预测到 2011 年,医疗领域的连接器市场将达到 16.3 亿美元。
连接器是手机中最重要的器件之一,平均来看,每部手机需要的连接器数量达到 8 个。根据 Coda Research 报告显示,2010 至 2015 年期间,全球智能型手机出货量将达 25 亿支,年复合增长率为 24%。数据显示,2010年第一季度中国 3G 手机销量达 611.3 万部,环比增加高达 65.97%。随着手机市场发展的持续向好。手机连接器市场必将继续顺势上行。
· 手机所使用的连接器产品种类分为内部的 FPC 连接器与板对板连接器;外部连接的 I/O 连接器,以及电池、SIM 卡连接器和 Camera Socket 等。
· 受 3G 手机和智能手机需求市场影响,手机连接器当前发展方向为:低高度,小 pitch,多功能,良好的电磁兼容性,标准化和定制化并存。
汽车连接器市场是最大的连接器细分市场,一辆典型轻型汽车大约有 1,500 个连接点。根据 Bishop & Associate 统计,预计汽车连接器市场将持续成长,至2011 年将达到 134 亿美元市场规模。
市场调研公司 In-Stat 的报告显示,到 2014 年全球包括平板电脑、上网本、智能本和笔记本电脑的移动计算设备出货将保持 19.1% 的年复合增长率。全球笔记本电脑出货在 2014 年将达到 2.91 亿台。连接器在电脑中的应用约为5-12 套每台,电脑市场的稳步发展推动了连接器需求的持续增长。
接插件的基本性能可分为三大类:即机械性能、电气性能和环境性能。 另一个重要的机械性能是接插件的机械寿命。机械寿命实际上是一种耐久性(durability)指标,在国标GB5095中把它叫作机械操作。它是以一次插入和一次拔出为一个循环,以在规定的插拔循环后接插件能否正常完成其连接功能(如接触电阻值)作为评判依据。
1.机械性能就连接功能而言,插拔力是重要地机械性能。插拔力分为插入力和拔出力(拔出力亦称分离力),两者的要求是不同的。在有关标准中有最大插入力和最小分离力规定,这表明,从使用角度来看,插入力要小(从而有低插入力LIF和无插入力ZIF的结构),而分离力若太小,则会影响接触的可靠性。 接插件的插拔力和机械寿命与接触件结构(正压力大小)接触部位镀层质量(滑动摩擦系数)以及接触件排列尺寸精度(对准度)有关。
2.电气性能接插件的主要电气性能包括接触电阻、绝缘电阻和抗电强度。
①接触电阻高质量的电连接器应当具有低而稳定的接触电阻。接插件的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。
②绝缘电阻衡量电接插件接触件之间和接触件与外壳之间绝缘性能的指标,其数量级为数百兆欧至数千兆欧不等。
③抗电强度或称耐电压、介质耐压,是表征连接器接触件之间或接触件与外壳之间耐受额定试验电压的能力。
④其它电气性能。电磁干扰泄漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,电磁干扰泄漏衰减是评价接插件的电磁干扰屏蔽效果,一般在100MHz~10GHz频率范围内测试。对射频同轴连接器而言,还有特性阻抗、插入损耗、反射系数、电压驻波比(VSWR)等电气指标。由于数字技术的发展,为了连接和传输高速数字脉冲信号,出现了一类新型的连接器即高速信号连接器,相应地,在电气性能方面,除特性阻抗外,还出现了一些新的电气指标,如串扰(crosstalk),传输延迟(delay)、时滞(skew)等。
3.环境性能常见的环境性能包括耐温、耐湿、耐盐雾、振动和冲击等。
①耐温连接器的最高工作温度为200℃(少数高温特种连接器除外),最低温度为-65℃。由于连接器工作时,电流在接触点处产生热量,导致温升,因此一般认为工作温度应等于环境温度与接点温升之和。在某些规范中,明确规定了连接器在额定工作电流下容许的最高温升。
②耐湿潮气的侵入会影响连接h绝缘性能,并锈蚀金属零件。恒定湿热试验条件为相对湿度90%~95%(依据产品规范,可达98%)、温度+40±20℃,试验时间按产品规定,最少为96小时。交变湿热试验则更严苛。
③耐盐雾连接器在含有潮气和盐分的环境中工作时,其金属结构件、接触件表面处理层有可能产生电化腐蚀,影响连接器的物理和电气性能。为了评价电连接器耐受这种环境的能力,规定了盐雾试验。 它是将连接器悬挂在温度受控的试验箱内,用规定浓度的氯化钠溶液用压缩空气喷出,形成盐雾大气,其暴露时间由产品规范规定,至少为48小时。
④振动和冲击耐振动和冲击是电连接器的重要性能,在特殊的应用环境中如航空和航天、铁路和公路运输中尤为重要,它是检验电连接器机械结构的坚固性和电接触可靠性的重要指标。在有关的试验方法中都有明确的规定。冲击试验中应规定峰值加速度、持续时间和冲击脉冲波形,以及电气连续性中断的时间。
⑤其它环境性能根据使用要求,电连接器的其它环境性能还有密封性(空气泄漏、液体压力)、液体浸渍(对特定液体的耐恶习化能力)、低气压等。
连接器的工艺流程是一个复杂而精细的过程,涉及多个环节,主要包括材料准备、成型、加工、电镀、注塑、组装、测试以及包装等。以下是对连接器工艺流程的详细解析:
连接器的制造首先需要准备各种原材料,这些材料通常包括金属材料(如铜、铝、钢等)、绝缘材料(如塑料、橡胶等)以及导电材料(如金属粉末、电极合金等)。原材料的选择和准备对最终产品的质量和性能至关重要。金属材料用于制造连接器的插针、壳体等金属部件;绝缘材料用于制造连接器的绝缘体部分,如塑料盒座等;导电材料用于提高连接器的导电性能。
成型是连接器制造过程中的一个重要环节,主要通过不同的工艺方法将原材料加工成所需的形状和尺寸。常见的成型方法包括冲压成型和注塑成型。
冲压成型:利用大型高速冲压机将金属板材冲压成连接器的插针等金属部件。冲压过程中需要严格控制模具的精度和稳定性,以确保产品的精度和一致性。
注塑成型:将熔融的塑料注入金属模具中,然后快速冷却成型,以制造连接器的绝缘部件(如塑料盒座)。注塑过程中需要控制塑料的熔融温度、注射压力和冷却时间等参数,以确保产品的质量和尺寸精度。
加工环节主要是对成型后的连接器部件进行进一步的精细加工和修整,以满足设计要求。金属加工包括铣削、钻孔、锉削等工艺,用于对连接器的金属部件进行精细加工,以达到设计要求的形状和尺寸。绝缘加工主要是对绝缘部件进行切割、打孔、清洁等工艺处理,以确保其绝缘性能和外观质量。
电镀是连接器制造过程中的一个重要步骤,主要用于在连接器的电子接触表面镀上各种金属涂层(如镀镍、镀锡、镀金等),以提高其抗腐蚀性和导电性。电镀工艺包括预处理(如除油、除锈等)、电镀(将连接器部件浸入电镀液中并施加电流以沉积金属涂层)和后处理(如清洗、干燥等)等步骤。在电镀过程中需要严格控制电镀液的成分、温度、电流密度等参数,以确保镀层的均匀性和质量。
组装是连接器制造的最后阶段,将电镀好的插针与注塑盒座接插组装。组装方式有两种:单独对插和组合对插。单独对插是指每次接插一个插针;组合对插则是一次将多个插针同时与盒座接插。无论采取哪种方式,都需要确保插针没有缺漏且定位正确。
测试是连接器制造过程中的关键环节之一,用于验证连接器的质量和性能是否符合设计要求。测试内容包括外观检查(如表面缺陷、划痕或变形等)、电气性能测试(如电阻、接触电阻、绝缘电阻等)和机械性能测试(如插拔力、耐久性等)。测试过程中需要使用各种专业的测试设备,如万用表、示波器、插拔力测试仪等。这些设备能够精确地测量连接器的各项性能指标,为质量控制提供可靠的数据支持。
包装是连接器制造过程的最后一步,用于保护连接器免受损坏和腐蚀,并便于运输和存储。包装方式包括盒装、袋装、托盘装等。包装过程中需要确保连接器在运输和存储过程中不会受到挤压、碰撞等损伤。同时,包装上还需要注明产品型号、批次号、生产日期等相关信息,以便用户识别和追溯。
综上所述,连接器的工艺流程涉及多个环节,每个环节都需要严格控制质量和技术参数,以确保最终产品的质量和性能符合设计要求。通过不断优化工艺流程和提高技术水平,可以进一步提高连接器的生产效率和产品质量,满足市场需求。