鍍層類型及厚度對(duì)連接器端子插拔力的影響

吳文學(xué),吳哲峰

(安波福中央電氣(上海)有限公司，上海 201814)

0 引言

隨著汽車工業(yè)向新能源及智能化的快速發(fā)展，汽車上的各種功能件及各種零部件都在不斷地向智能化、精細(xì)化及可靠性方向發(fā)展，同樣對(duì)于傳輸信號(hào)及電流的汽車連接器來說正逐步朝著高可靠、高密度、小型化、高速化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成式及模塊式的方向發(fā)展，其中隨著高密度及針數(shù)量的增加，在連接器的開發(fā)過程中就更需要考慮插拔力的設(shè)計(jì)，插拔力不僅影響連接器裝拆的難易而且還與連接器的電性能相關(guān)[1]，在實(shí)際生產(chǎn)中，影響插拔力的因素很多，本文作者就汽車連接器公端端子的插拔力與鍍層類型及厚度關(guān)系作一探討。

1 連接器端子常用鍍層種類

在連接器中以銅合金制作的端子起著傳遞信號(hào)或電流的作用，為了保護(hù)端子基材不受腐蝕及優(yōu)化端子表面的性能，通常會(huì)對(duì)端子進(jìn)行表面處理即電鍍，按照應(yīng)用及環(huán)境要求等的不同，通常有霧錫、回流亮錫、錫鉛、銀、金和鈀鎳閃金等不同鍍層種類。

2 不同鍍層及厚度對(duì)端子插拔力影響對(duì)比分析

2.1 樣品準(zhǔn)備

公端端子：汽車連接器中常用的同一種0.64 mm規(guī)格未電鍍端子，根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的鍍層處理;母端端子：為對(duì)比分析，所有母端端子皆使用同一種規(guī)格安波福OCS的0.64 mm鍍錫母端。

2.2 插拔力測(cè)試方法[2]

測(cè)試設(shè)備：MTS 5KN拉力機(jī);

測(cè)試速度：50 mm/min (USCAR 2 V7)。

測(cè)量架設(shè)如圖1所示。

圖1 插拔力測(cè)試

2.3 數(shù)據(jù)模型

圖2為數(shù)據(jù)分析箱線圖模型，圖中最大值、最小值及平均值分別為目標(biāo)分析數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的最大值、最小值及平均值，而下、上四分位為全部數(shù)據(jù)從小到大排列，正好排列在下1/4 位置上的數(shù)為下四分位數(shù)(25%位置上的數(shù))，排在上1/4位置上的數(shù)為上四分位數(shù)(75%位置上的數(shù))，四分位距指上四分位值減下四分位值的差值，當(dāng)四分位距較小也就是上、下四分位之間箱體較窄時(shí)說明位于該區(qū)間的數(shù)據(jù)差值較小，數(shù)據(jù)較穩(wěn)定。

圖2 數(shù)據(jù)分析箱線圖模型

2.4 分析結(jié)果

2.4.1 不同電鍍類型對(duì)比

公端端子樣品狀態(tài)：所有端子鎳底層厚度為1.27～2.3 μm，而頂層厚度根據(jù)汽車連接器業(yè)界常規(guī)規(guī)格定義為回流亮錫、霧錫、錫鉛及銀的厚度為2～4 μm，而金的厚度是0.5～0.8 μm、鈀鎳閃金是鈀鎳0.5～0.8 μm再加上閃金0.076～0.150 μm。

硬度比較結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，由于金的硬度高，所以電鍍金與鈀鎳閃金后端子表面變硬，其他電鍍類型變軟，錫鉛最軟。

圖3 硬度比較

表面粗糙度比較結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，不同電鍍類型的表面粗糙度由小到大順序?yàn)椋夯亓髁铃a、錫鉛、電鍍前、鈀鎳閃金、金、霧錫、銀(平均值)。

圖4 表面粗糙度比較

插入力比較結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，不同電鍍類型的端子插入力由大到小順序?yàn)椋哄a鉛、銀、鈀鎳閃金、霧錫、電鍍前、回流亮錫、金(平均值)，這是表面硬度與表面粗糙度的綜合結(jié)果，由此可看出金的插入力性能較好，錫鉛相對(duì)較差。

撥出力比較結(jié)果如圖6所示，由圖6可知，不同電鍍類型的端子拔出力由大到小順序?yàn)椋哄a鉛、霧錫、回流亮錫、銀、電鍍前、金、鈀鎳閃金(平均值)，由此可看出金的拔出力性能較好，錫鉛相對(duì)較差。

圖6 拔出力比較

2.4.2 不同的電鍍底層鎳厚度對(duì)比

不同電鍍底層鎳厚度對(duì)比結(jié)果如圖7—11所示。

圖7 底層鎳厚度

圖8 硬度比較

圖9 表面粗糙度比較

圖10 插入力比較

圖11 拔出力比較

公端端子樣品狀態(tài)：端子鎳底層厚度分為1.27～2.3 μm、2.3～3.3 μm及3.3～4.3 μm 3種不同規(guī)格進(jìn)行比較，而頂層厚度皆為霧錫2～4 μm。

由圖可知，在鎳底外層鍍霧錫的情況下，鍍后鍍層表面硬度比鍍前軟，且底層鎳越厚硬度越硬;鍍后插入力比鍍前大，由于尺寸及粗糙度的關(guān)系，底層鎳越厚插入力越大;鍍后拔出力比鍍前大，但鍍后的拔出力與底層鎳厚度沒有必然的關(guān)系。

2.4.3 不同的電鍍頂層霧錫厚度對(duì)比

公端端子樣品狀態(tài)：端子鎳底層厚度為1.27～2.3 μm，而頂層霧錫厚度分1～2 μm、2～4 μm及4～6 μm 3種不同規(guī)格進(jìn)行比較。不同電鍍頂層霧錫厚度對(duì)比結(jié)果如圖12—16所示。

由圖可知，在鎳底外層鍍霧錫的情況下，鍍后鍍層表面硬度比鍍前軟，且頂層霧錫越厚硬度越硬；鍍后比鍍前粗糙，但頂層霧錫越厚表面越光滑；鍍后插入力比鍍前大，且頂層霧錫越厚插入力越大；鍍后拔出力比鍍前大，但頂層霧錫越厚拔出力反而越小。

圖12 頂層霧錫厚度

圖13 硬度比較

圖14 表面粗糙度比較

圖15 插入力比較

圖16 拔出力比較

3 結(jié)束語(yǔ)

連接器的插拔力是其機(jī)械性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，盡管主要由所選用對(duì)配的母端端子及母端連接器的結(jié)構(gòu)所決定，但對(duì)于板端公端連接器制造商來說，在母端連接器選定的情況下只能通過改善公端連接器本身來提高連接器系統(tǒng)的插拔力性能，如公端殼體接口對(duì)配尺寸、端子的材料、厚度尺寸、位置度及電鍍規(guī)格等，文中就安波福OCS 064端子的電鍍類型、底頂層厚度對(duì)插拔力的影響作了初步分析，分析內(nèi)容僅供板端公端連接器設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)參考。