J18连接器基础知识解析

J18连接器基础知识解析

张坤

苏州事业部民品质量部

【摘 要】 本文指出J18型（D-sub系列）小型矩形电连接器参照IEC60807及美军标MIL-C-24308等许多军用和工业用标准要求进行研制生产；连接器应用广泛，主要用于通讯设备、电子计算机及工业电子仪器等；产品有焊接式、压接式、压配式、直插印制板、弯插印制板等型式之基础知识介绍。

【主题词】连接器 技术特性 命名说明 接触电阻 应力释放 温升 保持力

1．引言

J18连接器是指（D系列）小型矩形电连接器参照IEC60807及美军标MIL—C—24308C等许多军用和工业用标准要求进行研制生产的一系列连接器。

2．J18连接器命名及结构组成

2.1.背景

随着我国航空航天事业的崛起，连接器被广泛的运用到通讯设备、电子计算机及工业电子仪器等；广泛应用于航空导航设备、机载数据获取设备、显示屏、仪表 及航天弹上、地面电源系统、信号数据线、控制系统等多个领域，其中J18该系列连接器具有体积小、重量轻、接触可靠等特点成为制造行业的领头羊。

2.2.J18连接器的命名

2.2.1 J18混装连接器分为：

1、不含低频接触件的J18混装连接器

2、含低频接触件的J18混装连接器

其余代码同不含低频接触件的产品命名方式

2.2.2 J18产品的一般结构：J18产品一般由外壳、基座、接触件及附件组成，附件包括螺钉、螺母、绝缘体、簧片、套筒、音叉等小零件

2.2.3．J18产品按外壳规格可分为5类，A、B、C、D、E型

2.2.4接触件类型

冲制（stamping） 车制（Machine）

接触件形式：主要有焊接式、直（弯）插印制板式、压配式

H W L I（1） P

H——表示大电流，另外有同轴、高压等类型；

W——表示尾端形式为弯插印制板结构，尾端端接与印制板焊接；缺省时，尾端为普通焊接结构，尾端为直接焊接电缆；“Y”表示压配式，即尾端端接与印制板压配安装；N表示直插印制板结构，尾端端接与印制板焊接。

L——表示接触件结构为配套滤波产品用，缺省时表示产品不具备滤波性能，为普通产品

I（1）——表示第2种某规格类型的接触件，比如：HWIP，表示第二种弯插印制板式大电流插针；当为压配和弯插印制板结构时，用罗马数字I、II、III、IV……标识；当为普通焊接式和直插印制板式时，则用阿拉伯数字1、2、3……标识；缺省时，表示某规格类型的第一种接触件。

P——表示插针（Pin）；S表示插孔 （Socket）

3. J18产品的防水系列

3.1技术应用背景：抵抗室外恶劣环境，水汽、灰尘 ，IP67等级D-sub防水连接器应严格依据IP防护等级的要求，许多仪器的产品铭牌上都能看到IP等级，IP代表了入口保护，以不同等级表示一个仪器能防止杂质侵入的程度，国际电工委员会制定的IP等级系统纳入了IEC标准529，用于对仪器的保护问题提供指导，而且还能在购买时提供更多仪器信息以进行参考，确保一个测试仪器是否能在标定的范围内正常工作，IP等级术语及详细介绍请参考IP防护等级的详细介绍。

3.2结构和措施

产品结构

连接器

防水线夹

防水盖

防水措施

硅橡胶密封圈

密封垫

3.3产品种类

专利号：2005200064705

低频系列（9、15、25、37芯）

混装（2V2、2W2、3V3、3W3等）

中等密度（15、26、44芯等）

高频系列

3.4主要技术指标

符合美军标MIL-C-24308

防水等级：IP67

环境温度：-55℃～+125 ℃

绝缘电阻≥5000MΩ@500V

耐电压：800Vr.m.s

机械寿命：500次

振动：10～2000Hz 200m/s2

冲击：500m/s2 11ms

3.5产品应用 ：

温度

有机溶剂

4.电连接器设计

4.1设计要件

a正向力设计（Normal Force）

b保持力设计（Retention Force）

c接触电阻设计（Contact Resistance）

d温升（Temperature Rise）

e应力释放设计（Strain Relaxation ）

f金属材料选用

4.1.1正向力设计（Normal Force）

镀金端子正向力：100 gf 或小于 100 gf。

镀锡铅端子正向力必须大于 150 gf。

正向力与产品的可靠性有绝对的关系。

正向力与接触电阻有密切的关系。

若 PIN 数大于 200 可适度降低正向力。

正向力与 mating/unmating force 有关。

正向力与振动测试时之瞬断(intermitance)有密切的关系，增加正向力可改善瞬断问题。正向力会严重影响电镀层之耐磨耗性

4.1.2保持力设计

在连接器 smt 化及小型化的趋势下，保持力的设计必须非常精准。

保持力太大，有两项缺点：

(1)增加端子插入力，易造成端子变形

(2)增加housing 内应力，易造成housing 变形。

保持力太小，有两项缺点：

(1)正向力不够，造成电讯接触质量不良，

(2)端子易松脱

4.1.3保持力设计参数

保持力设计参数包括：塑料选用，端子卡榫设计，干涉量设计。

SMT type Connectors 必须使用耐高温的塑料材料，常用的包括：LCP，Nylon，PCT，PPS等。

端子卡榫设计大致分为单边及双边两类，每一边又可以单层及双层或三层。

干涉量通常设计在40 mm-130 mm 之间

4.1.4保持力设计准则

塑料材料的保持力差异性很大，同一种卡榫及干涉量的设计，不同的塑料，保持力会有500 gf 以上的差别。

干涉量的设计最好介于40 mm-100 mm 之间，因为干涉量小于40 mm ，保持力不稳定，大于100 mm，保持力不会增加，干涉量介于两者之间，保持力呈线性的方式增加，增加的量随材料及卡榫设计的差异约在30-120 (gf/10mm)。

4.2接触电阻Contact resistance

实际接触面可分为两部分；一是真正金属与金属直接接触部分，即金属间无过渡电阻的接触微点，它是由接触压力或热作用破坏界面膜后形成的。二是通过接触界面污染薄膜后相互接触的部分，如金属氧化物和混合气体试验腐蚀物形成的界面膜，因此真正接触电阻应由以下几部分组成；

1) 集中电阻

电流通过实际接触面时，由于电流线收缩（或称集中）显示出来的电阻。将其称为集中电阻或收缩电阻。

2) 膜层电阻

由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻。从接触表面状态分析；表面污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的杂质污染层。故确切地说，也可把膜层电阻称为界面电阻。

3) 导体电阻

实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻。

4.2.1低电平接触电阻与接触电阻

低电平接触电阻目的是评定接触件在加上不改变物理的接触表面或不改变可能存在的不导电氧化薄膜的电压和电流条件下的接触电阻特性

开路试验电压不超过20mV，试验电流应限制在100mA

接触电阻试验方法目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻。通常采用这一试验方法施加的规定电流要比前一种试验方法大得多

我们所测的接触电阻是指低电平接触电阻，这里需要区分及注意

4.2.2接触电阻的影响因素

1、接触件材料；

2、正压力；正压力越大，接触微点的面积越大，集中电阻会逐渐减小，最终接触电阻降低 ，正压力主要取决于接触件的几何形状和材料性能

3、表面状态；主要防止表面污染，污染后会使膜层电阻加大

4、使用电压；使用电压达到一定阀值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降

5、使用电流；当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热作用而使金属软化或熔化，会对集中电阻产生影响，随之降低接触电阻

4.3接触电阻设计

接触电阻主要包含端子材料电阻和接触点电阻两项和。

一般连接器设计使用100gf 的正向力设计，接触端电阻可设定为 6.5 m-ohm，再加上端子材料电阻即是接触电阻。

高导电率材料选用对降低接触电阻效果最显着，增加正向力对降低接触电阻没有效果。

接触端的半径对接触电阻值没有显着影响。

高电流连接器设计之重点在降低接触电阻，降低接触电阻的主要方法为 1.选择高导电率的端子材料，2. 增加端子截面积。

4.3.1电子连接器接触电阻设计一般包括两部分：端子材料电阻和接触端电阻

4.3.2材料电阻计算

例如：磷青铜(C5191, 5210)的导电率约为13%，黄铜(C2600)导电率约26%，BeCu and C7025 则可达到40%，因此选择端子材料是降低接触电阻最有效的方法，可降为原来的1/2-1/3。

4.4温升Temperature rise

大电流连接器必须考虑温度上升效应，通常设计在 30℃ 的范围内

4.5电导率，导热系数

电导率electric conductivity (%IACS)

电导率是物质传送电流的能力，是电阻率的倒数

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率

导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,℃），在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米•度（W/m•K，此处为K可用℃代替）

4.6应力释放设计

应力释放：当材料在受应力及温度环境下，长时间所造成的正向力下降的现象，称为应力释放，通常以原受力的百分比表示。

温度越高，受力时间越长，应力释放的越大

4.7连接器常用塑料，连接器设计过程中通常选用以下塑料,其中灌胶产品的支撑板还有强度断裂测试要求PA (nylon 66) 、PBT 、 PE 、 PS 、 LCP 、 PVC 、 PC 。

5.结束语

目前连接器制造加工业正处于竞争激烈，利润微薄的时代，随着华为5G项目的拓展，连接器的研制及生产、质量控制需要提升一个新的水准，才能应对市场需求，通过本文对J18小型连接器的基础知识解析，从连接器的命名、结构、功能、应用背景、材料选用需要各位参与连接器研制、生产、质量管控人员能对连接器有新的认知，并通过这些基础知识的介绍能被各位有效吸收运用，把我们日常工作做到极致，为公司的发展及自身的定位持续做出贡献。

参考文献

[1] IEC60807

[2]美军标MIL-C-24308军用和工业用标准要求

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