高效节能照明连接器

在本文中，您将了解...

连接器基础知识
电气问题
触点材料
接触电镀
金与锡的配对
外壳
连接器的评级
热考虑因素
连接器中的下一步

正如标准化爱迪生螺纹接头起到广泛采用灯泡的至关重要的作用，其中一路高亮度LED集成到高效节能照明组件将影响其长期可靠性，成本和可用性。

自从LED基本上是点光，他们目前工程师源具有完全不同的一组的集成问题。高功率密度使热管理夹具设计的一个关键部分。并且，需要的电子电路的一些级，以提供恒定的电流流动。除了少数例外，LED不能直接插入一个正常的交流电压源。

正确的连接器可以帮助工程师解决这些问题，并确保他们的LED照明设计是负担得起的，易于使用。

连接器基础知识

电连接器由外壳和触点组成，用于创建可分离的机电接口。此接口可用于线对线、板对板或线对板连接。

连接器的每个元件 - 壳体设计和材料，接触设计和材料，以及接触电镀对其整体功能很重要。

触点的目的是建立一个可靠的、可分离的低电阻连接。需要考虑四个特性:电气、机械、热和环境。

电，接触施加的抵靠线弹簧力一些水平，以确保低电阻连接。在机械方面，该弹簧力必须持续连接器的使用寿命。根据应用的不同，弹簧力必须抵抗振动和其他机械干扰。界面和体积接触的尺寸必须能够保持凉爽对于额定电流值，将携带。为了保持界面电阻低，接触表面必须抵抗非导电膜和腐蚀的形成。

弹簧的特性主要是基底触点材料的函数。基材表面的电镀可以防止腐蚀和其他环境恶化。

电气问题

对于任何连接器的两个最根本的电标准是电压和电流。

传统上，设计有低于10℃的温度上升到处理小于1安培的任何连接器被认为是一个信号连接器。信号触头通常具有一个或两个接触接口和通常结合镀金为尽可能低的界面电阻。由于紧密接触间隔，信号连接器不是很适合于上述48伏由于电压分离要求的应用程序。

虽然信号触头具有固有的低额定电流，更高的电流可以通过这些连接器通过并行地使用多个接触位置进行。然而，制造商应该联系平行时，以获得相应的降额因子的联系人。类似地，更高的额定电压有时被跳过加载接触，也就是说，每一个填充第三或第四接触位置以增加触点之间的距离而获得。

电源触点可携带超过1放大器和处理超过10℃电源连接器的温度上升典型地较大并且具有更少的接触，由于需要充分的接触材料进行无接触体的显著焦耳加热电流。多个接触接口点是理想的，因为它们提供的并行路径，最大限度地减少界面电阻和在界面处降低焦耳加热。因为电力触头可以处理更高的电压，触点必须进一步间隔开，以满足电介质的要求和防止意外短路。

触点材料

触点是使连接器工作的东西。为应用选择合适的材料是在成本、机械性能、电气性能和尺寸限制之间的折衷。正确的材料将确保在接口上施加足够的力以保证连接器的使用寿命。

大多数触点是由铜合金制成的。黄铜是最常见的材料。黄铜触点可以在中音信号和电源应用中找到。黄铜是成本、导电性和机械性能之间的良好平衡。它可以很容易地在不同的强度，以适应许多应用程序。它容易受到环境腐蚀。氨对黄铜的腐蚀作用很大，因此强烈建议在这种环境下进行电镀。

另一种常见的接触材料是磷青铜，其保持优异的长期弹簧性能，并且可以比黄铜处理更高的连续使用温度。磷青铜对于较小的触点优异，可以最好地利用其增强的弹簧性能。可提供多种合金，提供广泛的电导率和机械性能。磷光体青铜触点通常在小型音高信号和中等电源连接器中找到。

第三种常见的接触材料是铍铜。溢价材料，铍铜具有优异的弹簧特性。因此，最好用于军事，航空航天和电信应用，其中最小的尺寸和重量是重要的。它是显著比黄铜和磷青铜更昂贵，但它可以容易地热处理，以增强其弹性性能。

其他材料可用于特殊应用。半奇异的铜合金，如铜-铁或铜-镍-硅，提供卓越的性能，但是优质材料。复合材料是由一种材料粘接在另一种材料上，由于其成本，在最罕见的情况下使用。

电解硬沥青铜，结合单独的弹簧部件由不锈钢或镀钢，提供高导电性。在高温应用中，例如电烤箱加热元件，可以使用钢或钢合金，尽管与铜合金相比，其导电性大大降低。铁接触材料的使用需要连接器设计师和产品工程师仔细的设计考虑。固有的腐蚀问题要求钢接点必须有坚固的镀层。

接触电镀

电镀可以大致分为两类:高贵材料和非高贵材料。

贵金属电镀使用纯金或金合金作为最后的电镀材料。就其性质而言，镀金在信号应用中占据主导地位，因为高贵的材料不腐蚀或氧化，因此，保持非常低的电阻界面。

纯金很软，很少单独使用。它通常与钴或钯合金，以增加表面的硬度。使用金时，接触界面力可以很轻(50克或更少)，这使得它适合于高引脚数连接器，在这种连接器中，匹配和不匹配的组合力可能非常大。

由于价格昂贵，镀金很薄。电镀整个触点的成本太高。选择性镀是一种越来越普遍的做法，在这种镀中，金只被应用于那些有利于其电气性能的区域。另一种方法是双镀，在可分离的界面上使用金，锡用于焊接或压合连接。

镀金几乎总是应用在某种类型的屏障镀上，通常是镍，以减少孔腐蚀。虽然黄金本身不腐蚀，腐蚀通过微孔形成，发生在镀金时，薄薄的应用。当这些气孔延伸到基底接触材料时，镀层表面就会形成腐蚀。然而，当使用镍底板时，镍固有的自钝化特性限制了通过孔隙形成的腐蚀。如果没有镍屏障，则不可避免地会形成腐蚀并使接触界面退化。

正如人们所料，非贵金属镀层——典型的锡、镍和银——容易受到腐蚀。锡和锡合金是主要的非贵金属接触镀层。有了正确的设计，在正确的环境下，镀锡可以形成一个耐用和经济的界面，为大多数应用。

非贵金属镀层在一个较厚的层通常被施加以确保足够的阻隔性能。其结果是，需要更大的力来配合，并通过不导电的不可避免的氧化物，将形成在表面上unmate连接到断裂。

例外是银基电镀。银氧化物是相对导电的，可延展的并且容易移位。可以施加各种抗氧化物涂层以最小化这些氧化物的形成，但它们不能完全消除，因此减轻它们的效果落入连接器设计者的经验。

当氧化物的非贵金属镀层形成，会发生什么？最大的降解机理影响锡和银的摩擦腐蚀。这通过接触界面上微运动和可热或机械诱导。这些微运动引起通过氧化物形成的问题。

要使用医学类比，每个微运动在电镀表面打开一个新的“伤口”。这个伤口最终会结痂，形成一层不导电的氧化物。随着后续的微运动打开新的伤口和重新打开现有的伤口，结痂层形成，而导电区域减少，导致界面电阻增加。

在信号应用中，该电阻最终建立到其中连接器不再传导信号的点。在接通电源时，结果是更加显着。增加接口的接口和接触的增加的焦耳加热电阻的结果。该热最终建立至其退火的接触物质和逐渐减小在界面处施加的力的点。随着降低力来自抗性增加，这进一步增加了在所述界面加热。最终，这种恶性循环将导致接口突然失效。

金与锡的配对

交配镀锡连接器的镀金接头可能听起来像一个好主意，以防止摩擦腐蚀，但事实并非如此。某些锡将在初始配合过程中转移到金的表面上。这个转移锡形成用于上镀金锡氧化物生长的核心。最后，摩擦腐蚀仍尽管支付了镀金半连接器的溢价的可能性。

所有不忧郁，与非贵金属镀层厄运。设计良好的连接器可通过两种机制减轻氧化物的形成。首先，它在配合时通过氧化膜打破提供初始擦拭运动。和第二，它适用至少100克的力，以尽量减少微运动。在制造过程中使用接触的润滑剂和抗氧化化合物也有助于防止微振磨损腐蚀。

大约50年前的Tyco Electronics开发的“TIN诫命”今天仍然是真的：

1.镀锡触点在配对条件下应该是机械稳定的。

2.镀锡触点应至少施加至少100克力。

3.镀锡触点需要润滑。

不建议在高温下连续服务4.锡涂层。

5.镀层，回流，热空气流量或热锡浸涂层的选择不会强烈影响涂有锡或锡合金的触点的电性能。

6.电镀锡层的厚度至少应为100微英寸。

7.不建议使用与金涂层触点的镀锡螺旋接触。

8.建议使用镀锡触点时，在触点接合时进行滑动或擦拭动作。

9.镀锡触点不应用于制造或断开电流。

10.锡涂覆的触点可在干电路或低湿度条件下使用。

外壳

连接器外壳提供很多重要的功能。从根本上说，外壳提供了相邻触点之间以及触点与外部世界之间的电气绝缘。这种绝缘通常表示为连接器的绝缘耐压额定值。

外壳还使连接器一半的触点与配合一半的触点保持正确的关系，以提供无故障的配合和分离。外壳还固定了触点之间的间距，并定义了触点之间的蠕变(表面上的电气跟踪距离)和间隙(线性“视线”距离)。

在某些情况下，外壳提供不同的腔结构，以允许混合信号和电源触点。在其他应用中，连接器外壳与更大的电路外壳集成，为客户提供了额外的价值。最后，外壳为电触点提供了一定程度的环境保护。

房屋所提供的环境保护水平由国际公认的进入保护(IP)等级体系定义。每个电连接器都有两位数的IP额定值。第一个数字是指对物理物体的保护;第二个是关于湿度的。大多数非密封连接器的固有额定值为IP20。

防止电触点的物理触摸也是壳体的关键功能，并且在高压应用中尤其重要。在最小的情况下，壳体防止处理触点本身的损坏，这可能发生在装配或安装成品期间。在处理电压升高时，安全标准需要设计功能，以防止意外接触电接触。最常见的是，触点被凹陷并覆盖为机械屏障接触。

外壳必须足够强大，以处理应用程序的环境条件。连接器必须承受应用温度范围和加工温度，例如回流焊接期间经历的温度。如果预计户外使用，外壳应抵抗紫外线辐射。如果连接器将受到机械冲击和冲击，则应应从坚硬的聚合物或甚至金属壳制成。

如果需要有源闩锁，指定的聚合物，它允许闩锁的灵活性，同时仍然满足其它机械和电气要求。即使化学品暴露应该加以考虑。例如，如果连接器将在汽油泵一起使用，壳体必须承受继续暴露于挥发性烃不会变脆。

连接器的评级

在选择应用程序的最佳连接器时，必须考虑基本电气，机械和环境性能要求。

在电气方面，连接器必须与应用程序的电流水平和电压兼容。应该考虑连续的电压和电流，以及在产品使用寿命中可能出现的瞬态和浪涌条件。

机械方面的考虑可以覆盖一系列特征。与所有电子产品一样，目前的趋势是小型化，因此连接器在更小的区域内封装更多的触点。因此，需要考虑连接器相对于应用程序的物理大小。配合方向和钢丝敷设也需要考虑。

交配后连接器如何将连接在一起也会影响选择过程。一些连接器依赖于有源机械闩锁，其他连接器使用小棘爪，有些依赖于摩擦将它们保持在一起。除了明显的外形问题之外，必须评估连接器，以获得它可以承受的机械滥用程度，如振动和震动。

尽管这通常不是在照明应用中的问题，从电磁噪声屏蔽可能是必要的。大多数连接器供应商提供相同的连接器都屏蔽和非屏蔽版本。连接器必须是专门为了终止电缆的屏蔽层，因为它几乎是不可能的非屏蔽连接器转换为屏蔽一个。到可靠的，有效的屏蔽的关键是要提供一个360度的终止通过所述连接器连接到地面保持从电缆的低阻抗路径。

热考虑因素

信号应用通常不需要热管理。电源应用程序。电源触点具有电流额定值，表示接触可以连续携带的最大电流。该评级通常基于接触的30℃温度升高，并且基于单个接触的测量值。当在壳体中使用多个电源触点时，可允许允许电流以允许散热。在评估连接器时，请咨询其规格以确定合适的电流降价因子。

在高强度LED的应用中，LED本身产生足够的热量以需要热量管理全部由自己。这通常是通过一散热器来实现，有时强制空气冷却。

LED的在较低温度下操作时更好地履行。热管理集成到照明设计的挑战就是为什么工程师们必须在设计过程的早期考虑互连一个很好的例子。热管理带来了独特的封装挑战，因为大多数高强度LED是小的和作为表面安装器件制造。集成连接器之间在所述LED，电路板，光学和热装置如果留待设计过程的最后是相当有挑战性的。在设计过程的早期考虑连接器提供了更紧密集成，优化的解决方案，可以使组装与维修更为有效。

除了常规的机电方面，连接器还必须满足固态照明的特殊需求。这包括更高的操作温度和提供特定颜色外壳的能力，以便连接器融入照明设计师的灯具的可见部分。此外，通常需要使用边缘软化的板安装连接器，以减少阴影和遮挡低轮廓、表面安装led的光输出的可能性。