连接器基础知识详解

2025-02-14

连接器这个行业非常之大,其种类也众多,比如有IT主机内部用连接器,主机外设连接器(I/O),设备用连接器,手机用连接器;工业用连接器,汽车连接器,新能源连接器等等;小编通过和连接器前辈的交流及相关市场资讯的收集,和您一起来了解下基础的连接器。


01.连接器起源


连接器的诞生是从战斗机的制造技术中获取到的灵感。战役中的飞机必须在地面加油并修理,但是地面逗留时间越长对战斗机的威胁越大。因此,在第二次世界大战中,美军为使地面维护时间缩短,而将各种控制仪器与机件单元化,然后再由连接器连成一个完整的系统。

战后,AT&T贝尔实验室成功开发了贝尔电话系统。随后,电脑连接器、资讯传送等产业迅速崛起,使得源自于战斗机技术的连接器有了广大的市场。


02.连接器的基础介绍说明


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,都要保证电流顺畅连续和可靠地流。



为什么要用到连接器?

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。


使用连接器的好处

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。


连接器的基本要求

因为其便于维修、改善生产过程、让设计更灵活等特点使得其成为电子设备不可或缺的一部分,当然连接器的品质才是根本,通过对线束连接器进一步的了解,一个线束连接器需要具备的基本要求有以下几点:



连接器的构成

一般的连接器主要由两个部分组成:塑胶和端子


  • 塑胶主要起绝缘和定位端子的作用;

  • 端子是连接器的最核心部分,主要作用是导通;

  • 此外,根据结构和功能上的要求,还有一些连接器有PWB板,弹片,Cover等其他组成部分。


03.连接器的简要分类介绍




1989年在美国国家电子配销商协会(NEDA, 即National Electronic Distributors Association缩写,它是一个工业教育组织 )的支持下,生产连接器的行业大咖制订了一部连接器分类标准和术语。NEDA标准分类, NEDA主持制订的这个标准,称为连接器部件分类等级(Levelsof Packaging)


1、连接器部分分类等级,也称互连的层次。1989年,由美国国家电子配销协会(NEDA)与生产连接器的各大厂商一起制订了一部连接器分类标准和术语。

  • Levels0:晶片封装的内部连接0级,就是积体电路晶片

  • Levels1:IC封装引脚与PCB的连接。

  • Levels2:印制电路与导线或印制板的连接。

  • Levels3:底板与底板的连接

  • Levels4:设备与设备之间的连接。

2、连接器产品类型划分虽然有些混乱,但从技术上看,连接器产品类别只有两种基本的划分方法:

  • 依形状分:。圆形连接器、矩形连接器、直式连接器、弯式连接器等。

  • 依使用频率分:高频连接器、低频连接器、高低频混装连接器等。


其他分类

按环境条件可分类为:

  • 密封连接器、耐幅射连接器、高温连接器、低温连接器等。

按安装方式可分类为:

  • 电缆连接器、面板式连接器、穿墙式连接器等。

按电气要求可分类为:

  • 通用连接器、大功率连接器、高电压连接器、脉冲连接器、低噪声连接器、抗干扰滤波连接器、相调连接器、精密同轴连接器等。

按特殊结构可分类为:

  • 特殊结构连接器有元插拔力连接器、橡胶连接器、旋转式连接器、分离一脱落式连接器以及光纤连接器等。

3、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)


连接器分类:PCB板连接器


连接器分类:I/O(Input/Output )连接器

连接器分类:电池类连接器

连接器分类:扁线或排线用连接器


连接器分类:RF 同轴类连接器


连接器分类:端子台连接器


连接器分类:S/C连接器


04.连接器的组成和应用介绍




导体与连接器:为了理解电子互联组件如何运作,掌握一些关于导体的基础知识是必要的。提及导体在电路中起到连接断开部分的作用时,我们实际上是在说连接器将两个断路端点接合在一起。电路代表了整个电气系统,而导体则是电流实际流动的路径。有时,实际的导体并不显而易见,因为它们被绝缘体或介电物质所包裹。介电物质的存在使得导体能够并排设置而不会彼此产生干扰。以下表格列出了常用的导体类型。



连接器的组成部分及术语

下图所示的连接器为直插式(in-line)连接器;直插式连接器的特性在于导线从连接器的一端接入,并从另一端接出。这两部分分别被命名为插头(公头)和插座(母座)。

连接器的组成部分及术语:连接器坐体(housing)

■ 支撑接触部份(插针、簧片等),牢固正确就位;

防尘、防污和防潮,保护接触部份和导体;

使电路彼此绝缘;


连接器的组成部分及术语:连接器底座(header)

安装在印刷电路板上的连接器所使用的座体被称为底座(header),也可称作基座(base)或片座(wafer)。底座与座体的主要区别在于,底座总是与电路引脚组装在一起,而座体则是一个空壳。底座分为两种形式:带护罩的和不带护罩的。这里的护罩指的是围绕连接器插针和插座交合部分,由座体或保护裙边构成的防护罩。此外,还有一种摩擦锁紧型(friction lock style)底座,它属于部分带护罩的底座,但配备了锁紧装置,使得底座与座体的结合更加稳固(参见下图)。底座有多种形状,其中最常见的是直针型(又称垂直型)和直角型。底座的列数也可以有所不同,可以是单列插针,也可以是多列插针(参见下图)。


连接器底座使用的材料:热塑性塑料

座体所采用的塑料材料为热塑性塑料,具备多次熔化和固化的能力。部分制造商还会回收加工过程中的残余塑料,经过粉碎后再次投入使用。接下来,我们将介绍一种专门用于高温环境的塑料,它展现出卓越的耐高温性能。这种塑料是表面贴装技术(SMT, Surface Mount Technology)连接器所必需的。此外,还有一种表面安装兼容(SMC, Surface Mount Compatible)连接器存在。两者之间的区别在于,SMC连接器需要将插针插入过孔后再焊接到印刷电路板(PCB)上,而SMT连接器则是通过焊脚直接贴装并焊接在PCB板表面。由于焊接过程需要高温,因此所使用的塑料必须具备良好的耐高温性能。换言之,用于表面安装的连接器座体,必须能够承受高温环境。

(见下图例)SMT, SMC 和高温塑料:


座体使用的塑料:


接触部份(Contacts

连接器中的接触组件负责将需要连接的两部分导体(或导线)结合在一起。一旦结合,电路就被导通,电流得以通过连接器流动。接触组件主要有两种类型:端子(terminal)和插针(pin),它们的实际形状各异,多种多样。下面展示了这两种组件的图例。端子(或插针)具有两个端点:前端和后端。前端总是作为结合端,与另一个端子相接触形成连接;后端则负责端接功能,或是通过压接或是连接导线(导体)(请参考下图)。

连接器接触部份采用的金属

连接器镀层

对连接器的接触部位进行电镀处理,旨在增强其导电性能、耐腐蚀性和耐磨性,并提升焊接的便利性。那些具备良好机械性能(例如易于成形、富有弹性)的金属,往往并不兼具出色的导电性、耐腐蚀性和耐磨性,以及良好的焊接性。为了提升这些性能,通常会对这些金属材料进行全面或选择性的电镀处理。以下表格简要概述了主要使用的镀层金属及其特性。

定位和键

连接器通常包含多个插针和插座孔,因此确保每个插脚都能准确无误地插入对应孔位至关重要。若操作人员疏忽大意,连接器应避免被错误或反向插入,以防止电路故障的发生。这一问题可通过所谓的定位装置或键控机制来解决,尽管两者在技术实现上存在差异。下面,我们将具体介绍一个塑料座体如何确保唯一正确插接的例子(参见下图)。从技术角度来看,方法1采用的是定位原理,方法2使用的是键控机制,而方法3则是定位与键控的组合,所有这些方法都是为了确保连接器的两部分能够正确对接。接触腔孔的斜角设计确保了仅有一种正确的插入方式。

电路标识

因为连接器总是有许多的电路引脚,必须有办法使用户能够正确认出电路的引脚号码。下图介绍两种常用的电路引脚号码识别方法,左侧的座体用一个三角形指明电路引脚计号起点。此方法非常通用。右侧的座体用标注电路引脚具体编号“1”指明计号起点。


05.主要连接器应用种类图析



06.连接器诞生过程大解剖

第一阶段:冲压

冲压,电子连接器的制造过程一般从冲压插针开始。通过大型高速冲压机,电子连接器(插针)由薄金属带冲压而成。大卷的金属带一端送入冲压机前端,另一端穿过冲压机液压工作台缠入卷带轮,由卷带轮拉出金属带并卷好冲压出成品。

第二阶段:电镀

电镀,连接器插针冲压完成后即应送去电镀工段。在此阶段,连接器的电子接触表面将镀上各种金属涂层。与冲压阶段相似的一类问题,如插针的扭曲、碎裂或变形,也同样会在冲压好的插针送入电镀设备的过程中出现。

第三阶段:注塑

注塑,电子连接器的塑料盒座在注塑阶段制成。通常的工艺是将熔化的塑料注入金属胎膜中,然后快速冷却成形。当熔化塑料未能完全注满胎膜时出现所谓“漏塑”, 这是注塑阶段需要检测的一种典型缺陷。另一些缺陷包括接插孔的填满或部分堵塞(这些接插孔必须保持清洁畅通以便在最后组装时与插针正确接插)。由于使用背光能很方便地识别出盒座漏缺和接插孔堵塞,所以用于注塑完成后质量检测的机器视觉系统相对简单易行。

第四阶段:组装

组装,电子连接器制造的最后阶段是成品组装。将电镀好的插针与注塑盒座接插的方式有两种:单独对插或组合对插。单独对插是指每次接插一个插针;组合对插则一次将多个插针同时与盒座接插。不论采取哪种接插方式,制造商都要求在组装阶段检测所有的插针是否有缺漏和定位正确;另外一类常规性的检测任务则与连接器配合面上间距的测量有关。和冲压阶段一样,连接器的组装也对自动检测系统提出了在检测速度上的挑战。尽管大多数组装线节拍为每秒一到两件,但对于每个通过摄像头的连接器,视觉系统通常都需完成多个不同的检测项目。因而检测速度再次成为一个重要的系统性能指标。


07.连接器的四大功能

一、实现信号传输

电子产品的核心在于对各种信号的处理与传递,以达成特定的功能。连接器就如同一条条无形信息高速公路上的 “出入口匝道”。例如在手机中,主板与摄像头模块、显示屏、扬声器等众多部件需要协同工作。摄像头捕捉到的图像信号,要通过精密的微型连接器传送到主板的图像处理器进行优化、编码等一系列运算;而用户听到的铃声、通话声音,也是借助连接器让音频信号在音频芯片与扬声器之间畅通无阻。没有连接器精准、高速的信号传输能力,手机瞬间就会沦为一堆互不关联的废铁,无法实现拍照、播放视频、通讯等任何基本功能。

在高速发展的数据中心领域,服务器内部的线路板间连接器更是肩负重任。海量的数据在存储硬盘、中央处理器、内存等组件间穿梭,每秒传输的数据量高达数 GB 甚至数十 GB,要求连接器具备超低的信号衰减、极高的传输速率稳定性,才能保障整个数据中心稳定运行,为互联网的顺畅访问、云端服务的及时响应提供支撑。

二、机动车检验标志电子化

电子产品的生产制造是一个复杂的流程,涉及成百上千个零部件的整合。连接器的存在极大地简化了组装工序,让生产线能够高效运转。以电脑主板为例,工人无需耗费大量时间去焊接每一根细微的导线来连接显卡、网卡、硬盘等扩展卡与主板,只需将带有连接器的对应配件插入对应的插槽,便能快速完成连接,大幅缩短生产周期,降低人工成本,提高产品合格率。

当电子产品出现故障时,连接器的优势再次凸显。维修人员可以迅速定位故障部件,通过拔插连接器更换损坏的模块,像笔记本电脑的键盘失灵,很多时候只需断开并重新连接键盘与主板间的连接器,或者直接更换一个新的外接键盘,通过 USB 连接器接入就能解决问题,避免了对整个产品进行大拆大卸,既节省维修时间,又降低维修难度,减少因维修对产品造成的二次损坏风险,延长产品使用寿命。

三、满足模块化设计需求

现代电子产品为追求多功能、个性化以及快速迭代升级,广泛采用模块化设计理念。例如智能手表,其心率监测模块、运动传感器模块、NFC 支付模块等各自独立研发、生产,最后通过标准化的连接器集成到手表主体中。不同厂商可以专注于自己擅长的模块领域,提高研发效率、降低研发成本,再借助连接器灵活组合,快速推出满足不同消费者需求的产品。

汽车电子系统同样如此,发动机控制模块、车身稳定系统模块、车载娱乐系统模块等,各个模块作为独立单元,通过可靠的汽车专用连接器连接到整车电子架构中。当汽车需要升级某项功能,如换装更高清的倒车影像系统,只需断开旧模块连接器,接入新模块,无需对整车线路进行重新布线,为汽车智能化升级提供便捷途径,适应瞬息万变的市场需求。

四、适应空间限制

随着电子产品不断向轻薄短小方向发展,内部空间愈发局促。连接器通过精巧的结构设计,在极小的空间内实现多引脚连接,满足高密度布线需求。如手机 SIM 卡连接器,在指甲盖大小的区域内,要确保 SIM 卡与主板电路稳定接触,既能精准读取卡片信息,又要耐受日常插拔磨损,同时不能占用过多宝贵的手机内部空间,让手机在有限体积下集成更多功能组件。

连接器是信号传输的桥梁、组装维修的利器、模块化设计的纽带以及适应小型化趋势的保障,为电子产品的创新、普及与持续发展注入源源不断的动力,不断重塑着我们数字化生活的无限可能。

08.连接器的电气性能


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。

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。

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。

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。

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连接器的电磁干扰屏蔽效果,一般在100MHz~10GHz频率范围内测试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。


09.连接器的物理性能


常见的环境性能包括低温、恒定湿热、交变湿热、盐雾试验、二氧化硫试验、硫化氢试验。

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。

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。

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。

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。

其他环境性能

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。


10.连接器产业链全景图

连接器行业的上游为各种金属材料、塑胶材料和其它材料的制造业;下游为计算机与周边设备、汽车、通讯、航天和军工、消费电子、医疗等行业。

连接器产品的上游产业主要为制造连接器所需的各项原辅材料,包括金属材料、塑胶材料、电镀材料等。金属材料所占成本比重最大,塑胶材料次之,电镀材料较小。其中,金属材料主要用于制作连接器端子。



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