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連接器常用之 五金材料 概論及簡介

連接器常用之 五金材料 概論及簡介. 講師：侯斌元 2000.10.17. 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). 電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料.

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連接器常用之 五金材料 概論及簡介

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Presentation Transcript

  1. 連接器常用之五金材料概論及簡介 講師：侯斌元2000.10.17

  2. 電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料

  3. 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: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(LeadFrame); • 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)

  4. 電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料 • 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(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.

  5. 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

  6. 電子連接器接觸傳輸常使用之金屬材料 • 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,但其相對之導電率亦偏低.

  7. 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

  8. 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.

  9. 端子之電阻值之概算

  10. 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)=P(電阻係數)Xl(長度)/A(截面積)

  11. 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。

  12. CDA:Copper Development Association(美國) C10000-C79999表示加工成形件(wroughtalloy) C80000-C9999表示鑄件 C10100-C15999 Cu>99.3% coppers C16000-C19999 96%<Cu<99.3% highcopper alloys (其中C17XXX 為Cu-Cr 合金,C18XXX為Cu-Be合金, C19XXX 為Cu-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)

  13. C50000-C529999 Cu-Sn合金(磷青銅, phospher bronzes) C53000-C54999 Cu-Sn-Pb合金(leadedphospher bronzes) C55000-C55999 Cu-Ag-P合金 C60000-C64699 Cu-A1合金(aluminum bronzes) C64700-C66399 Cu-Si合金(silicon bronzes) C66400-C69999 Cu-Zn(雜項)合金

  14. 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

  15. 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.

  16. 材料選擇之一般要求: • 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

  17. 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.

  18. 金屬特性比較

  19. 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 C7025 • 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

  20. 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:

  21. 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

  22. 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

  23. 應力鬆弛相關因素 • 時間 • 溫度 • 硬度 • 方向性

  24. 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

  25. 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

  26. 2. 黃銅料•丹銅

  27. 3.磷青銅

  28. 鈹銅捲片之機械及電氣性質

  29. 展料計算 L展開長計算公式: L=L1+L2+a a=1.5708*(r+t/3) 註:L1,L2隋內r之大小而變

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