鍍層類型及厚度對連接器端子插拔力的影響

吳文學,吳哲峰

(安波福中央電氣(上海)有限公司，上海 201814)

0 引言

隨著汽車工業向新能源及智能化的快速發展，汽車上的各種功能件及各種零部件都在不斷地向智能化、精細化及可靠性方向發展，同樣對于傳輸信號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、標準化、集成式及模塊式的方向發展，其中隨著高密度及針數量的增加，在連接器的開發過程中就更需要考慮插拔力的設計，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[1]，在實際生產中，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或電流的作用，為了保護端子基材不受腐蝕及優化端子表面的性能，通常會對端子進行表面處理即電鍍，按照應用及環境要求等的不同，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 不同鍍層及厚度對端子插拔力影響對比分析

2.1 樣品準備

公端端子：汽車連接器中常用的同一種0.64 mm規格未電鍍端子，根據需要進行相應的鍍層處理;母端端子：為對比分析，所有母端端子皆使用同一種規格安波福OCS的0.64 mm鍍錫母端。

2.2 插拔力測試方法[2]

測試設備：MTS 5KN拉力機;

測試速度：50 mm/min (USCAR 2 V7)。

測量架設如圖1所示。

圖1 插拔力測試

2.3 數據模型

圖2為數據分析箱線圖模型，圖中最大值、最小值及平均值分別為目標分析數據集中數據的最大值、最小值及平均值，而下、上四分位為全部數據從小到大排列，正好排列在下1/4 位置上的數為下四分位數(25%位置上的數)，排在上1/4位置上的數為上四分位數(75%位置上的數)，四分位距指上四分位值減下四分位值的差值，當四分位距較小也就是上、下四分位之間箱體較窄時說明位于該區間的數據差值較小，數據較穩定。

圖2 數據分析箱線圖模型

2.4 分析結果

2.4.1 不同電鍍類型對比

公端端子樣品狀態：所有端子鎳底層厚度為1.27～2.3 μm，而頂層厚度根據汽車連接器業界常規規格定義為回流亮錫、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為：回流亮錫、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為：錫鉛、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果，由此可看出金的插入力性能較好，錫鉛相對較差。

撥出力比較結果如圖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為：錫鉛、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，錫鉛相對較差。

圖6 拔出力比較

2.4.2 不同的電鍍底層鎳厚度對比

不同電鍍底層鎳厚度對比結果如圖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：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種不同規格進行比較，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系。

2.4.3 不同的電鍍頂層霧錫厚度對比

公端端子樣品狀態：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種不同規格進行比較。不同電鍍頂層霧錫厚度對比結果如圖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 結束語

連接器的插拔力是其機械性能的關鍵指標之一，盡管主要由所選用對配的母端端子及母端連接器的結構所決定，但對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的插拔力性能，如公端殼體接口對配尺寸、端子的材料、厚度尺寸、位置度及電鍍規格等，文中就安波福OCS 064端子的電鍍類型、底頂層厚度對插拔力的影響作了初步分析，分析內容僅供板端公端連接器設計開發時參考。