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連接器設(shè)計內(nèi)容和連接器設(shè)計應(yīng)具備什么能力呢?
連接器首先是機電產(chǎn)品, 故連接其設(shè)計離不開機械和電氣電子的基礎(chǔ)知識, 如抗拉強度, 屈服強度, 應(yīng)力應(yīng)變, 摩擦磨損等基本概念; 再如電阻,電流,電壓,電容, 電感,特征阻抗, 傳輸線,串?dāng)_,損耗等基本電氣電子概念.
連接器是一種工業(yè)產(chǎn)品, 故產(chǎn)品設(shè)計的基本手段也必不可少, 如機械制圖的知識, 制圖工具(2D, 3D), 公差分析,形位公差;產(chǎn)品設(shè)計要精準(zhǔn)掌控產(chǎn)品在應(yīng)用中/工作中的狀況, 故無法避免要對產(chǎn)品進(jìn)行分析計算, 很多工程技術(shù)問題的計算是很復(fù)雜的, 用傳統(tǒng)的方式幾乎無法解決, 有限元分析/仿真技術(shù)具有強大的計算能力, 在現(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計中幾乎是必須的工具. 連接器設(shè)計中常用的分析有應(yīng)力應(yīng)變分析(這是機械設(shè)計最基本的分析之一),模流分析, 電磁場分析, 電流分布分析,散熱分析等. 我們不妨將連接器設(shè)計分成如下內(nèi)容 – 其實在連接器設(shè)計中這些內(nèi)容是相互影響, 相互制約, 無法分割的, 下面就從全方位進(jìn)行闡述分析:
1.連接器的界面設(shè)計. 這牽涉到連接器的工作原理,我們要清楚金屬界面的微觀結(jié)構(gòu)特點, 接觸電阻的本質(zhì)是什么, 接觸電阻是如何產(chǎn)生的,有哪些失效機理,如何避免失效, 在不同正向力下是如何變化的. 我們要掌握摩擦與磨損的本質(zhì), 摩擦系數(shù)受哪些因素影響,如何變化,磨損有哪些方式和特點,如何降低磨損(提高連接器壽命)
2.連接器電鍍與涂層的設(shè)計. 我們要掌握連接器電鍍的作用及其作用原理(不同鍍層作用原理不一樣), 各種鍍層的失效機理, 各種鍍層的對正向力的要求及如何選擇鍍種,電鍍厚度, 電鍍規(guī)格.
3.連接器的彈片(端子)設(shè)計. 首先我們要明白彈片的作用,才能提出彈片的要求,要實現(xiàn)彈片的要求要了解各種彈片材料的性能: 機械性能,加工性能,電氣性能,物理性能(熱性能).我們應(yīng)當(dāng)懂得如何應(yīng)用有限元分析工具得到滿足機械性能(如彈片的壽命), 電氣性能(如彈片的載流能力),散熱性能, 高頻性能(如彈片結(jié)構(gòu)如何影響連接器的傳輸性能).
4.連接器塑膠外殼的設(shè)計 我們要掌握連接器的塑膠外殼的作用及要求,熟悉各種連接器塑膠外殼的材料特性以滿足連接器對焊板性能的要求. 應(yīng)用應(yīng)力分析工具和模流分析工具得到滿足機械強度要求, 注塑性能要求, 結(jié)構(gòu)合理的塑膠外殼.
5.連接器失效機理. 我們要清楚連接器存在的各種失效機理(如腐蝕引起的各種失效, 應(yīng)力松弛引起的失效, 永久變形引起的失效, 磨損引起的失效) 及其各種預(yù)防措施或抵御措施,才能實現(xiàn)以盡可能低的成本有效避免失效的出現(xiàn).
6.連接器與電線電纜連接的設(shè)計 我們首先要明白連接器與電線電纜連接的基本要求, 如機械強度的要求, 電氣性能要求(如載流能力), 要了解各種電線電纜的結(jié)構(gòu), 性能(如是否阻抗受控電纜),功能, 我們要掌握連接器與電線電纜的連接方式(如crimp和IDC)及各種連接方式的優(yōu)缺點及如何設(shè)計連接方式,如IDC端子的材料如何選擇,料厚如何選擇, 槽寬如何選擇.
7.連接器與PCB的連接設(shè)計 我們要清楚PCB的制造工藝, PCB的結(jié)構(gòu)特點, PCB的性能要求,連接器與PCB的機械連接方式, 如何設(shè)計連接器端子與PCB的連接(如compliant pin的設(shè)計); 連接器與PCB的焊接方式及特點. 我們要掌握如何設(shè)計連接器端子的結(jié)構(gòu),如何決定焊盤尺寸,如何計算焊錫用量及焊點的失效機理和預(yù)防措施.
8.高頻連接器的設(shè)計 我們要掌握什么情況下要進(jìn)行高頻信號分析或多高的頻率需注意信號的傳輸問題,連接器常用材料的電磁特征,電磁波的傳播特點, 傳輸線理論,連接器和PCB經(jīng)常采用哪些傳輸線結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)的傳輸性能如何,為了提高連接器的傳輸性能應(yīng)注意什么事項及采用哪些方法, 有哪些指標(biāo)衡量連接器的傳輸性能.
9.電源連接器的設(shè)計 我們要掌握如何準(zhǔn)確區(qū)分信號端子還是電源端子, 如何進(jìn)行電源連接器的溫升測試,如何計算連接器的各項電阻,電源端子的設(shè)計依據(jù),如何確定電源端子的載流能力,如何確定界面所需的正向力,如何選擇電源端子的鍍層. 電源分配方式對如何影響端子的設(shè)計.
10.連接器的測試與可靠性 我們應(yīng)該清楚連接器的測試種類,每種測試的目的,測試原理- 失效機理是什么, 應(yīng)用環(huán)境如何及連接器的性能要求如何/允許的性能退化程度. 什么是鑒定測試,鑒定測試如何分組,什么是可靠性測試,可靠性測試如何分組,如何進(jìn)行可靠性測試,可如用何靠性測試數(shù)據(jù)評估連接器的可靠性. 連接器有哪些常見的失效模式, 產(chǎn)生這些失效模式的原因是什么,如何降低連接器的失效.
至此大家可能會說,是否將連接器設(shè)計的難度夸大,其實不然,連接器設(shè)計本來就是一個紛繁龐雜的系統(tǒng),需要大量的資源。
國內(nèi)的連接器企業(yè)可能見的更多的是連接器延伸設(shè)計,連接器的改良設(shè)計或仿制,在這種情況自然簡單得多,因為產(chǎn)品已經(jīng)被分析,評估,驗證完了,對市場來說,已經(jīng)不是“新產(chǎn)品”,不是我們這里討論的真正意義上的產(chǎn)品設(shè)計。正因為產(chǎn)品設(shè)計的高度復(fù)雜性(和高風(fēng)險),很多企業(yè)不愿涉足。中國一直倡導(dǎo)創(chuàng)新,但研發(fā)設(shè)計的比例不見改善,可見產(chǎn)品設(shè)計之艱辛。但經(jīng)濟社會告訴我們企業(yè)要做強民族要強大就必須有自己的核心技術(shù),設(shè)計創(chuàng)新能力。這需要長期的積累和努力。