连接器的技术基础

1什么是连接器？  

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，都要保証电流顺畅连续和可靠地流通。   

就氾指而言，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。

2 为什么要使用连接器？

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瞭连接器的好处。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。

连接器的好处

改善生产过程 连接器简化电子产品的装配过程。也简化了批量生产过程；

易于维修 如果某电子元部件失效，装有连接器时可以快速更换失效元部件；

便于升级 随着技术进步，装有连接器时可以更新元部件，用新的、更完善的元部件代替旧的提高设计的灵活性 使用连接器使工程师们在设计和集成新产品时，以及用元部件组成系统时，有更大的灵活性。

3 连接器的分类

多年来连接器的分类混乱，各个厂家自有其分类方法和标准。1989年在美国国家电子配销商协会（NEDA, 即NationalElectronic Distributors Association缩写，它是一个工业教育组织 ）的支持下，生产连接器的几大厂家会聚在一起，制订了一部连接器分类标准和朮语。Molex公司曾参加了制订过程。

NEDA标准    

NEDA主持制订的这个标准，称为连接器部件分类等级（Levelsof Packaging）。现摘要叙述于下表：

等级描述

0  IC 芯片或芯片到封装的连接器请注意第1个等级是 "0" 级，不是 "1" 级。此级实际上并不涉及连接。 0 级就是集成电路芯片。Molex公司不生产IC 芯片。但是生产把芯片连接到电路板的插座。

1  IC 组件或组件到（电路）板的连接器当IC芯片安装在电路板的插座中时，就是1级连接。

2 （印製）电路板（PCB）到（印製）电路板的连接器 2级连接器用于印製电路板之间的连接。.

3  导线到电路板或分组合到分组合的连接器 3级连接器连接印製电路板和分组合、或是连接两个分组合。分组合是电子产品的组成部分。依Molex公司的习惯, 3级也包括某些导   线到导线连接器。

4  机箱到机箱或输入/输出连接器4级连接器提供功率或信号连接。一般的经验是：当连接 涉及到音频或视频信号时，或是连接网络和计算机时，要使用4级连接器。

关于上述连接器等级，需要注意如下几点：

■ 某些连接器可以不止用于一个等级，例如3级连接器QF50及MX50都可以用于2级或4级。又如标称为4级的Molex输入/输出用插头、插座，也可以用于导线到电路板或板到板连接。

■    实际工作中很少按照上述级别谈及连接器，而是按照连接器的外观形式和连接方式来讨论它，如板到板和线到线等。级别是用于学习和分类连接器的

4 连接器知名厂商

1999年世界排名前10名的连接器供销厂商

Tyco (AMP/Thomas & Betts/Augat)

Molex

FCI/Berg

Foxconn (Hon Hai)

Amphenol

JST

Hirose

3M

ITT Cannon

JAE

连接器的基础知识

连接器的基本结构

连接器的基本结构件有①接触件；②绝缘体；③外壳（视品种而定）；④附件。

1．接触件（contacts） 是连接器完成电连接功能的核心零件。一般由阳性接触件和阴性接触件组成接触对，通过阴、阳接触件的插合完成电连接。

阳性接触件为刚性零件，其形状为圆柱形（圆插针）、方柱形（方插针）或扁平形（插片）。阳性接触件一般由黄铜、磷青铜製成。

阴性接触件即插孔，是接触对的关键零件，它依靠弹性结构在与插针插合时发生弹性变形而产生弹性力与阳性接触件形成紧密接触，完成连接。插孔的结构种类很多，有圆筒型（劈槽、缩口）、音叉型、悬臂梁型（纵向开槽）、折迭型（纵向开槽，9字形）、盒形（方插孔）以及双曲麵线簧插孔等。

2．绝缘体 绝缘体也常称为基座（base）或安装板（insert），它的作用是使接触件按所需要的位置和间距排列，并保証接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能。良好的绝缘电阻、耐电压性能以及易加工性是选择绝缘材料加工成绝缘体的基本要求。

3．壳体 也称外壳（shell），是连接器的外罩，它为内装的绝缘安装板和插针提供机械保护，并提供插头和插座插合时的对准，进而将连接器固定到设备上。[page]

4．附件 附件分结构附件和安装附件。结构附件如卡圈、定位键、定位销、导向销、联接环、电缆夹、密封圈、密封垫等。安装附件如螺钉、螺母、螺杆、弹簧圈等。附件大都有标准件和通用件。

连接器的基本性能

连接器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。

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。

另一个重要的机械性能是连接器的机械寿命。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连接器能否正常完成其连接功能（如接触电阻值）作为评判依据。

连接器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（滑动摩擦係数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。

2．电气性能： 连接器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。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。

② 绝缘电阻 衡量电连接器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 电磁干扰洩漏衰减是评价连接器的电磁干扰屏蔽效果,电磁干扰洩漏衰减是评价连接器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、反射係数、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衝信号，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、振动和衝击等。

① 耐温 目前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器的绝缘性能，并鏽蚀金属零件。恆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 振动和衝击 耐振动和衝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。衝击试验中应规定峰值加速度、持续时间和衝击脉衝波形，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（空气洩漏、液体压力）、液体浸渍（对特定液体的耐恶习化能力）、低气压等。

连接器的分类与结构

由于连接器的结构日益多样化，新的结构和应用领域不断出现，试图用一种固定的模式来解决分类和命名问题，已显得难以适应。儘管如此，一些基本的分类仍然是有效的。

1． 互连的层次 根据电子设备内外连接的功能，互连（interconnection）可分为五个层次。

① 芯片封装的内部连接

② IC封装引脚与PCB的连接。典型连接器IC插座。

③ 印製电路与导线或印製板的连接。典型连接器为印製电路连接器。

④ 底板与底板的连接。典型连接器为机柜式连接器。

⑤ 设备与设备之间的连接。典型产品为圆形连接器。

第③和④层次有某些重迭。在五个层次的连接器中，市场额最高的是第③和第⑤层次的产品，而目前增长最快的是第③层次的产品。

2． 连接器规格的层次。按照国际电工委员会（IEC）的分类，连接器属于电子设备用机电元件，其规格层次为：

门类（family）例：连接器

分门类（sub-family）例：圆形连接器

类型（type）例：YB型圆形连接器

品种（style）例：YB3470

规格（variant）

3． 在我国的行业管理中，把连接器与开关、键盘等统称为电接插元件，而电接插元件与继电器则统称机电组件。

4． 连接器的产品类别。连接器产品类型的划分虽然有些混乱，但从技术上看，连接器产品类别只有两种基本的划分办法：

① 按外形结构：圆形和矩形（横截面）

② 按工作频率：低频和高频（以3MHz为界）

按照上述划分，同轴连接器属于圆形，印製电路连接器属于矩形（从曆史上看，印製电路连接器确实是从矩形连接器中分离出来自成一类的），而目前流行的矩形连接器其截面为梯形，近似于矩形。以3MHz为界划分低频和高频与无线电波的频率划分也是基本一致的。[page]

至于其它按用途、安装方式、特殊结构、特殊性能等还可以划分出许多不同的类型，并常常出现在刊物和製造商的宣传品中，但一般只是为了突出某一特征和用途，基本分类仍然没有超出上述的划分原则。

考虑到连接器的技术发展和实际情况，从其通用性和相关的技术标准，连接器可划分以下几种类别（分门类）：

① 低频圆形连接器；②矩形连接器；③印製电路连接器；④射频连接器；⑤光纤连接器。

5． 连接器的型号命名。连接器的型号命名是客户採购和製造商组织生产的依据。在国内外连接器行业中，产品型号命名有两种思路：一种是用字母代号加数字的办法，力求在型号命名中反映产品的主要结构特点。这种方式的好处是易于识别，但排列太长，过于複杂，随着连接器的小型化，给打印带来很多困难。目前国内仍流行这种方式，并在某些行业标准甚至国标中作出了规定，如SJ2298-83（印製电路连接器）、SJ2297-83（矩形连接器）、SJ2459-84（带状电缆连接器）、GB9538-88（带状电缆连接器）等。由于连接器结构的日益多样化，在实践中用一种命名规则复盖某一类连接器越来越困难。另一种思路是用阿拉伯数字组合。这种方式的好处是简洁，便于计算机管理和小型产品的标志打印。国际上主要的连接器製造商目前均採用这种方式。可以预计由各製造商制订反映自身特色的命名办法将会逐渐取代在计划经济体制下由全行业统一规定某种命名规则的办法。

连接器的基本性能

连接器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。

1．机械性能主要包括耐振动和衝击、锁紧方式、机械寿命、定位键、插拔力等。 耐振动和衝击是重要的机械性能，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，特别随着飞机或导弹飞行速度的增加，振动和衝击加剧，易引起绝缘安装板裂纹、线和接触件连接处断裂，甚至引起插合件分离，尤其在谐振是更为剧烈，使连接器失效。衝击试验中应规定峰值加速度、持续时间和衝击脉衝波形，以及电气连续性中断的时间。

锁紧方式是为防止振动引起连接器的分离而採用的安全可靠的连接方式，如螺纹连接时加安全保险线。 机械寿命是另一个重要的机械性能。机械寿命实际上是一种耐久性指标，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连接器能否正常完成其连接功能（如接触电阻值）作为评判依据。

定位键是为防止连接器错插合而选用的键结构形式。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，而分离力若太小，则会影响接触的可靠性。 连接器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（滑动摩擦係数）以及接触件排列尺寸精度（对准度）有关。

2．电气性能主要包括接触电阻、绝缘电阻、电流和抗电强度。

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。连接器的接触电阻从几毫欧到数十毫欧不等。

② 绝缘电阻：衡量电连接器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：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，取决于电路间的间隙（即接触件间

距合爬电距离）及连接器中所採用的绝缘材料。

④电流：受电连接器及其端接的导线所限制。 其它电气性能还有电磁干扰洩漏衰减是评价连接器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、反射係数、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衝信号，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、耐盐雾腐蚀等。

① 耐温：目前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器绝缘性能，并鏽蚀金属零件。恆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 耐盐雾腐蚀：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。 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（空气洩漏、液体压力）、液体浸渍（对特定液体的耐恶习化能力）、低气压等。