一文了解连接器坚固性和可靠性设计

在军事、国防和航空工业中，许多电子系统的设计都是优先考虑最恶劣的应用环境。比如深海电子系统必须承受高压和腐蚀性咸水，而陆地上的系统可能必须忍受战场条件，包括泥土、灰尘、高振动和高温等。航空航天系统也是如此，它们必须经受多次起飞和着陆、持续的飞行振动以及航天器在探索广阔空间时所承受的剧烈温度波动。设计真正及其坚固可靠的电子元件一直是工程师和制造商的不懈追求。

坚固可靠是电子元器件行业常用的术语，常见于在许多电子系统中充当核心部件的连接器特性中。由于没有现成的好的评级系统，所以真正的坚固和可靠性商用等级并不容易确认。因此工程师必须调查市场大量广告推销后的真正特性。毕竟，坚固可靠性主要取决于产品最终的应用和考验。

接触系统在现代微型军用连接器中尤为重要，因为可以在微型连接器上复制和实现大型连接器所具有的相同的坚固性和可靠性。在高端、坚固和可靠的连接器中通常使用的三种接触类型是PIN针和插座、扭针和双曲面连接等.

PIN针和插座接触是针或插座的圆柱形接触，它依靠弹力使咬合进入正确接触位置。这些弹力也会磨损接触表面和保持接触压力。

图1：PIN针和插座连接

扭针连接是由一束有弹力的线焊接在末端，卷曲成一个套筒，并有凸出部，创建了一个弹簧部分。

图2：扭针连接

双曲面接触本质上是扭转针接触的反向方法，因为它们有相似的弹簧单元/网格，但在接触点在插座而不是PIN针。

图3：双曲面连接

这三种接触技术的共同点是，每种技术都能实现多个接触点。如果整个工程界要确定保证坚固和可靠性一个最好的方式，几乎肯定是多个接触点。虽然肯定还有其他重要的方式，比如单一接触点，甚至只有两个接触点等，但在高振动或高重力的情况下，有可能产生针和插座断开或不稳定接触的情况，这种短暂不咬合的状况有时会产生严重的破坏性影响。

其他几个属性也有助于连接器的坚固性和可靠性;第一个属性是接触量。接触量是指PIN针和插座之间接触区域的长度。对于坚固可靠的性能，一般的经验法则是最小接触量为PIN针直径的1.5倍。

图4：接触量(左)和接触法力(右)

另一个关键属性是接触法向力。当连接器的PIN针或插座作为弹簧构件时，弹簧触点的每一次接触在高振动环境下保持连续接触至关重要。接触法向力必须在连接器的使用寿命内得到充分的保证，因此，对于坚固、高可靠性的触头的弹簧构件，采用一种坚固的基材是至关重要的。更大的接触力还可将两个交配面之间的空气间隙最小化。从而降低了电阻。接触形状设计在保持良好的接触力方面也起着重要的作用。两个相互接触的平面将力均匀地分布在表面上，这降低了接触力，而与平面接触的圆形表面将接触力集中到一个较小的区域，从而产生较高的接触法向力。考虑到当今接触系统尺寸的微型化，优化接触几何形状以获得最佳接触法力是一项了不起的研究成果。

接触基材在获得适当的接触法向力方面也起着核心作用，并且在导电和热导率、制造容易程度和材料成本方面也很重要。铍铜(BECU)以其独特的屈服强度和高硬度、成形性、弹簧稳定性和非凡的抗疲劳性能等特点，成为超高可靠性连接器弹簧件触头选用的基础材料，是高耐久性构件特别是循环载荷下的关键部件。荧光粉青铜或黄铜通常是非弹簧接触构件的首选材料，如PIN针。接触电镀，用于在配合面涂覆基材的金属，由于具有高的耐蚀性，有助于保持稳定的导电能力，经典的是黄金材料。50μ的黄金涂层厚度还可以提供一个非常持久的连接。商业级连接器通常将镀金厚度减少到30μ以内或更少。

图5：AirBorn公司的Versi系列开放式引脚连接器有四个冗余接触点的插座，用于增强关键应用的可靠性;符合mil-dtl-83513的要求。

虽然在高要求、高可靠性的应用中使用商业级连接器可以降低成本，但最好使用具有更坚固、高可靠性属性的连接器，包括多个接触点、高接触接合度、高接触法向力和具有优良性能特性的基材。随着微型连接器的日益普及，从受信任的、经验丰富的供应商那里获得坚固可靠的连接器也是很重要的。将关键的坚固性和可靠性因素设计成微型连接器是一项技术奇迹，而这些特性正是真正坚固可靠的连接器和连接器供应商与商业级组件的区别。

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