高性能銅合金的應(yīng)用覆蓋了全部電氣電子連接器及互連器件。連接器必須在電子系統(tǒng)的兩個(gè)部件之間提供可靠的機(jī)械與電氣連接，且不得引起不可接受的信號(hào)失真或功率損耗。針對(duì)特定應(yīng)用的不同需求，性能或制造方面的考量可能居于主導(dǎo)地位。然而，最終決定合金選型的是其綜合性能的整體表現(xiàn)。
連接器要求可分為六個(gè)明確類別：機(jī)械、電氣、系統(tǒng)、材料、工藝、環(huán)境。
1.機(jī)械性能
接觸理論
為理解連接器系統(tǒng)的機(jī)械要求，必須首先了解接觸是如何形成的。接觸理論指出，真實(shí)表面并非完全光滑，而是由凸起區(qū)域（粗糙峰）和凹陷區(qū)域構(gòu)成。當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)電表面在足夠載荷下配合時(shí)，會(huì)在局部區(qū)域形成金屬對(duì)金屬接觸。這些接觸區(qū)域即兩個(gè)表面的粗糙峰相互接觸之處，亦稱A點(diǎn)（圖1）。A點(diǎn)的數(shù)量、密度及尺寸各不相同，其特性取決于所施加的載荷、表面硬度、表面幾何形狀以及表面所存在的氧化膜或污染膜等物理特性。所有A點(diǎn)接觸區(qū)域面積之和即為有效接觸面積。
接觸力（法向力）
接觸力P是指使兩個(gè)表面保持接觸所需的載荷。該力垂直于兩個(gè)接觸表面，因此又稱為法向力。維持恒定的法向力是接觸件能否保持電氣完整性的直接指標(biāo)。完整性。足夠大的彈簧力（法向力）可在接觸表面之間形成氣密界面，從而防止腐蝕性污染物滲入或在界面間生成，避免造成電氣性能不穩(wěn)定。
接觸幾何構(gòu)型
高接觸應(yīng)力幾何構(gòu)型有助于在給定載荷條件下最大化有效接觸面積。該接觸應(yīng)力即赫茲應(yīng)力。計(jì)算赫茲應(yīng)力時(shí)，請(qǐng)采用以下假設(shè)。
1. 接觸表面光滑；若為點(diǎn)接觸，則會(huì)產(chǎn)生無窮大的應(yīng)力
2. 接觸面積相對(duì)于接觸表面而言較小
3. 彈性變形
4. 無摩擦
按赫茲（Hertz）接觸應(yīng)力由高到低排序，優(yōu)選的接觸幾何構(gòu)型依次為：球面-平面、交叉圓柱體、圓柱體-平面，最后是平面-平面（圖2）。
圖2：接觸幾何構(gòu)型
插合力與拔出力
這些是插合與拔出兩個(gè)連接器所需的力。請(qǐng)勿將這些力與接觸力混淆。插合力與拔出力摩擦力與正向力及摩擦系數(shù)成正比。磨損顧慮、接觸力、觸點(diǎn)數(shù)量、摩擦系數(shù)、插合件導(dǎo)入角及設(shè)計(jì)要求共同決定了允許的插拔次數(shù)。插合與裝配過程中的符合人體工學(xué)的要求決定了總插合力。當(dāng)連接器插合力超過15磅（66.6牛）時(shí)，通常需借助機(jī)械輔助裝置。潤(rùn)滑可降低插入力，并抑制氧化與腐蝕。必須使用不含硫的潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑劑的高溫穩(wěn)定性亦需考量。
2.電氣性能
2.1 連接器電阻
可分離或不可分離界面的接觸電阻，以及觸點(diǎn)簧片的體電阻，共同構(gòu)成連接器總電阻。
2.1.1 接觸電阻
接觸電阻是指兩個(gè)接觸表面界面處的電氣電阻。它受正向力、幾何形狀及接觸表面物理特性的影響。接觸電阻進(jìn)一步分解為收縮電阻與薄膜電阻（見圖3）。
接觸電阻與觸點(diǎn)尺寸無關(guān)，主要由微小區(qū)域（即A點(diǎn)）的收縮電阻主導(dǎo)。薄膜電阻則源于觸點(diǎn)之間極?。ǖ椭?0埃）的絕緣層，該絕緣層由觸點(diǎn)材料氧化或其他污染所致。這些極薄的薄膜通過隧穿效應(yīng)傳導(dǎo)電子。收縮電阻與薄膜電阻均取決于正向力及接觸材料的硬度。
圖3：接觸電阻
圖4展示了接觸力與接觸電阻之間的關(guān)系?？煞蛛x接觸界面電阻量級(jí)為幾毫歐。
2.1.2 體積電阻
觸點(diǎn)簧片體電阻取決于基材的導(dǎo)電性（電阻率）及其幾何形狀。簧片體電阻量級(jí)為幾毫歐至幾十毫歐。
2.2 功率特性
電流承載能力——指在特定溫升條件下允許通過的最大電流。導(dǎo)電性更高的基材可在較低溫升下承載更大電流。連接器的電流承載能力取決于觸點(diǎn)材料、幾何形狀及正向力。
2.3 信號(hào)特性
連接器的一項(xiàng)功能是在不造成不可接受的信號(hào)失真前提下維持電氣接觸。對(duì)于小電流信號(hào)，信號(hào)特性尤為重要。以下列出若干信號(hào)特性。
信號(hào)與地引腳比——連接器中信號(hào)引腳數(shù)與接地引腳數(shù)之比。該比值有助于評(píng)估連接器的噪聲水平。
電容——兩帶電物體間電場(chǎng)中所儲(chǔ)存的能量。它是信號(hào)導(dǎo)體之間，或信號(hào)與地之間的耦合方式。兩個(gè)部件之間電壓（電位）的變化會(huì)在受害線路中感應(yīng)出電流，從而產(chǎn)生電氣噪聲。
阻抗——沿電路元件傳播的電信號(hào)之電壓與電流的比值。它包括電阻造成的能量損耗，以及電容和電感所儲(chǔ)存的能量。
電感——電流流經(jīng)電路時(shí)在其周圍磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量。該電流的變化會(huì)在鄰近導(dǎo)體中感應(yīng)出電壓，從而產(chǎn)生電氣噪聲。
延遲——由連接器電容或傳播延遲引起的信號(hào)延遲?？s短連接器長(zhǎng)度可降低傳播延遲。
串?dāng)_（耦合噪聲）——由于電容耦合、電感耦合或二者兼有，導(dǎo)致某一線路信號(hào)泄漏至另一導(dǎo)體。
絕緣電阻——指在施加電位時(shí)，絕緣體對(duì)電流流動(dòng)的阻礙能力。該測(cè)得電阻值以兆歐為單位，適用于外殼材料或?qū)Ь€絕緣層。
介電強(qiáng)度（耐受電壓）——指厚度確定的絕緣材料在規(guī)定時(shí)間內(nèi)所能承受的最高電位差（電壓），而不發(fā)生貫穿其本體的電氣擊穿。該測(cè)量電壓值適用于外殼材料及導(dǎo)線絕緣層。
3.系統(tǒng)
可靠性
系統(tǒng)可靠性取決于其各組件的失效率?？煽啃钥赏ㄟ^某一群體中未失效器件所占比例來衡量，也可通過器件自零時(shí)刻起在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無失效運(yùn)行的概率來衡量。失效率定義了可靠性。失效率是指來自某一群體的器件在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的速率。給定群體中器件（或已被發(fā)現(xiàn)）隨時(shí)間發(fā)生失效的比例（例如，每1000小時(shí)運(yùn)行時(shí)間的失效百分比）。連接器可能因插頭相關(guān)機(jī)理、耗損機(jī)理或腐蝕機(jī)理而失效。
此處失效定義為測(cè)試樣本中超出該限值的比例規(guī)定的接觸電阻變化值（通常為10毫歐）。整個(gè)系統(tǒng)壽命或加電工作時(shí)間（POH），以及開關(guān)循環(huán)次數(shù)（即產(chǎn)品通斷電次數(shù)）是決定系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。多觸點(diǎn)擦拭動(dòng)作可提升連接器的可靠性。擦拭是插入過程中擊穿氧化膜并驅(qū)除污染物所必需的動(dòng)作。冗余設(shè)計(jì)可降低污染物同時(shí)影響所有觸點(diǎn)的概率。應(yīng)力（環(huán)境）測(cè)試可預(yù)測(cè)產(chǎn)品在預(yù)期運(yùn)行條件下現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的性能表現(xiàn)。
4.成本
成本分析用于確定連接器相對(duì)于替代方案的總體成本，或采用不同基材的連接器的成本。連接器成本分析還會(huì)評(píng)估不同基材與其性能表現(xiàn)之間的關(guān)系。
封裝包絡(luò)尺寸
系統(tǒng)決定了封裝內(nèi)連接器允許的整體尺寸（長(zhǎng)、寬、高）。隨著連接器可用空間的減小，每英寸網(wǎng)格或觸點(diǎn)間距隨之減小，這要求材料更薄且強(qiáng)度更高。連接器所需的公差也更為嚴(yán)格。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可防止插合過程中觸點(diǎn)錯(cuò)位及過載。正向鎖緊結(jié)構(gòu)可防止意外脫開，而非僅依賴觸點(diǎn)提供全部鎖緊力。
標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范
客戶及行業(yè)主導(dǎo)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)決定了諸多連接器的功能性要求。此外，它們還規(guī)定了連接器資格認(rèn)證所需進(jìn)行的應(yīng)力測(cè)試。
5.材料
連接器材料應(yīng)具備多種理想特性：
— 接觸電阻與體電阻低，以滿足電路要求
— 具有耐腐蝕性
— 插拔反復(fù)可靠時(shí)，摩擦力低且耐磨性好
— 具備足夠的彈簧特性
— 成本低廉
為滿足上述要求，接觸表面采用多層金屬結(jié)構(gòu)：銅合金基體金屬表面依次鍍覆鎳底層及貴金屬（Au、Pd）或非貴金屬（Sn）表層。
5.1 基體金屬
此類材料通常為高性能銅合金，兼具優(yōu)良的導(dǎo)電性及優(yōu)異的機(jī)械彈簧性能與成形性能。
基體材料的合理選擇需考慮以下因素：
— 導(dǎo)電性——最小化體電阻
— 延展性——輔助接觸件成形
— 屈服強(qiáng)度——在彈性范圍內(nèi)最大化簧片撓度
— 應(yīng)力松弛——在恒定應(yīng)變及高溫條件下，抵抗隨時(shí)間推移而發(fā)生的載荷衰減
— 硬度——降低接觸金屬化層的磨損
本指南后續(xù)章節(jié)將詳細(xì)闡述這些考量因素。
5.2 連接器界面材料
界面材料的主要用途是保護(hù)銅合金基體金屬免受腐蝕。此類材料的選擇依據(jù)包括：貴金屬性（抵抗環(huán)境侵蝕及有機(jī)分子吸附能力）、硬度（耐磨性）和延展性（以最大化接觸面積并防止開裂或剝落）。金、鈀及其合金、錫及其合金是常見的表層鍍覆選項(xiàng)；鎳則是最常見的底層材料。
金（Au）
硬金（鈷或鎳強(qiáng)化型）是最常見的貴金屬表層鍍覆材料。金鍍層由酸性氰化物鍍液獲得，鍍層硬度范圍涵蓋從軟金到硬金，光亮鍍層具備優(yōu)異的耐腐蝕性與良好的電學(xué)性能。軟金為24K金，最低純度達(dá)99.99%。軟金易于焊接，但耐磨性極差。工業(yè)用硬金含金量為99–99.8%，以鈷或鎳作為硬化劑，具有優(yōu)異的耐用性且鍍層具延展性。10–30微英寸（0.25–0.8微米）的金表層鍍厚可提供良好的耐磨性、摩擦性能、電學(xué)性能及耐腐蝕性能。金的兩個(gè)主要缺點(diǎn)是：硬金可焊性下降，且金成本高昂。
鈀（Pd）及其合金
鈀及其合金（如鈀-鎳、鈀-鈷）通常在其表面再鍍一層極薄的軟金閃鍍層（＜10微英寸，即＜0.25微米）。這些合金在耐腐蝕性和接觸電阻方面與金相當(dāng)。鈀及其合金的硬度和耐用性評(píng)級(jí)高于金合金；但其對(duì)普遍性腐蝕的敏感性高于金。
錫（Sn）及其合金
該合金體系既可通過電鍍也可通過熱浸鍍實(shí)現(xiàn)鍍層。熱浸鍍錫有兩種方式：適用于鍍層厚度為30–80微英寸（0.8–2.0微米）的機(jī)械刮擦式熱浸鍍，以及適用于厚度超過60微英寸（1.5微米）錫鍍層的氣刀整平式熱浸鍍。電鍍錫層的厚度范圍為40–120微英寸（1–3微米）?；亓麇a是指電鍍錫層在鍍覆完成后于爐中加熱重熔，以使鍍層表面平整并增大晶粒尺寸。熱浸鍍錫的主要優(yōu)勢(shì)在于可改善可焊性、增強(qiáng)與金屬帶材的附著力、提升彎曲性能并降低生產(chǎn)成本。純錫鍍層易產(chǎn)生錫須，可能導(dǎo)致電氣短路。為避免錫須，需添加至少7%（質(zhì)量百分比）的鉛（Pb），或在鍍覆后進(jìn)行回流處理。
鎳（Ni）
鎳底層具有多重作用：
— 鎳可阻止銅向金層擴(kuò)散，從而允許使用更薄的金層。鎳底層可降低至銅合金基體金屬的孔隙率，維持無腐蝕的表面。
— 鎳比金更硬，因此作為硬質(zhì)基底可提高金層的耐用性，改善其耐磨性能。
— 貴金屬鍍液酸性或堿性足夠強(qiáng)，可在鍍覆啟動(dòng)前溶解少量銅；而鎳鍍液則無此現(xiàn)象，因而貴金屬鍍液壽命更長(zhǎng)。
電鍍鎳的性能差異較大。其硬度、延展性、內(nèi)應(yīng)力及抗拉強(qiáng)度取決于鍍液成分。
三種典型的鎳鍍液分別為氨基磺酸鹽型、氟硼酸鹽型和焦磷酸鹽型。典型鎳底層厚度為50–100微英寸（1.25–2.5微米）。
鍍層孔隙率
孔隙是指鍍層中存在的微小孔洞（針孔）?？紫堵适苠儗雍穸取⒐に噮?shù)及基體缺陷影響。孔隙可能成為腐蝕發(fā)生的起始位置。腐蝕產(chǎn)物或膜層源于鍍層中非貴金屬部分與環(huán)境之間的相互作用。接觸件與環(huán)境之間，經(jīng)貴金屬鍍層中的孔隙。
鍍覆工藝
最常見的鍍覆工藝包括電鍍、化學(xué)鍍、熱浸鍍和覆層。
電鍍是將導(dǎo)電工件置于含金屬鍍鹽溶液的電解液槽中，在其表面沉積一層附著牢固的金屬鍍層。以端子作為陽(yáng)極，通入直流（DC）電流，使金屬離子從電解液中遷移并沉積到陰極鍍覆表面。電鍍技術(shù)可實(shí)現(xiàn)僅在所需功能區(qū)域選擇性地施鍍。
化學(xué)鍍是一種通常在水溶液介質(zhì)中進(jìn)行的金屬沉積工藝，其原理是溶液中金屬絡(luò)合物與待鍍金屬之間發(fā)生置換反應(yīng)。該反應(yīng)具有自催化特性，無需外加電流。
熱浸鍍是歷史最悠久的金屬涂覆方法。該工藝將工件浸入熔融金屬中。僅當(dāng)待鍍金屬能與鍍層金屬形成金屬間化合物時(shí)，才適用此法。此外，鍍層金屬的熔點(diǎn)必須顯著低于待鍍金屬的熔點(diǎn)，例如銅上鍍錫。須確保接觸表面為純錫，而非錫的金屬間化合物。熱浸鍍的優(yōu)點(diǎn)在于工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高；缺點(diǎn)在于難以精確控制鍍層厚度。熱浸鍍錫層不易產(chǎn)生錫須。
覆層是一種通過加熱與軋制（見圖5）等方式機(jī)械結(jié)合于基體金屬表面的薄金屬層。覆層分為兩類：嵌條式覆層與覆蓋式覆層。嵌條式覆層是將一條或多條貴金屬嵌入基體金屬中。
基體金屬。嵌條的頂面與基體金屬表面齊平。兩種材料在高壓下經(jīng)軋制永久結(jié)合。在軋制機(jī)中實(shí)現(xiàn)的溫度條件。覆蓋式覆層是在金屬表面形成一層或一條涂層。將焊料覆層至金屬基體可通過壓力（軋合）方式，或通過將熔融焊料重熔后涂覆至基體金屬表面來實(shí)現(xiàn)。由于嵌條金屬為鍛制材料，因此覆層不會(huì)出現(xiàn)孔隙。在同一金屬帶材上同時(shí)采用貴金屬與錫或焊料覆層，可能帶來制造優(yōu)勢(shì)。
5.3 外殼材料
基于聚合物的熱塑性材料可對(duì)接觸件進(jìn)行絕緣、定位與支撐，提升對(duì)準(zhǔn)精度，并為連接器提供環(huán)境防護(hù)。所選材料應(yīng)與連接器加工工藝（如焊接）相容。熱塑性材料在焊接過程中的關(guān)鍵性能指標(biāo)為熱變形溫度。其他理想性能包括尺寸穩(wěn)定性、低翹曲度、耐濕性以及在薄截面中注塑成型的能力。
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