富誉电子科技（淮安）有限公司 梁允魁

电连接器特别是额定电流高的电连接器，产品设计的难点在于温升。本文先介绍电连接器的温升危害，热量传递的方式，在此基础上，提出了电连接器从端子结构、接触阻抗、塑胶结构及测试规范方面進行温升改善，为后面产品设计者提供一些参考意见。

近些年来，随着电子器件的飞速发展，连接器行业在我国得到了较快的发展，使得快速充电得到了普及，其中大电流的电连接器起到了很大的作用，它作为电能量、讯号传输的桥梁，其广泛应用于移动消费电子产品和工业服务器上。但是如何能满足产品的插拔使用寿命、电流连续性，还要使产品的温升接近于传输线，这是大电流连接器的设计难点。大电流连接器要求过载电流大且温升有严格限制，一般均要求不超过30℃。本文将从温升的危害、温升基知识方面展开，给出产品设计时温升改善比较有代表性的三个方面：端子的结构设计、接触阻抗的设计、实验测试规范。

1 温升基础知识

1.1 温升过高危害

在电连接器设计中，要满足产品的额定电流，它是根据电连接器工作中，产品的热设计来满足额定电流的。在电连接器产品互配通过电流时，因为端子的本体电阻和接触电阻，会导致互配的产品之间发热，热量不断集聚中，当电连接器产品温度过高会导致端子应力松弛，接触稳定性下降，接触力减小会造成更高的接触电阻，削弱了电气信号，最终导致短路。产品高温还会导致端子表面腐蚀加快，缩短寿命周期，高温严重的甚至会导致火灾、爆炸，危害使用者财产及人身安全。

1.2 热量传递方式

热量传递有三种基本方式：热传导、对流、辐射。热传导是同一介质或不同介质间物体直接接触，由于温差所产生的传热现象，产品测试中很多是利用热传导特性来降低温升；对流是指流动的流体与其相接触的固体表面之间，由于不同温度所发生的热交换过程。其中对流换热分为自然对流和强迫对流，自然对流是因为冷热流体的密度差引起的流动，而强迫对流则是由外力迫使流体进行流动，是因压力差引起的流动，产品温升测试中，可利用对流特性中的强迫对流，通过增加强迫风冷的风速降低温升；物体以电磁波形式向外传递能量的过程称为热辐射，物体间的热辐射是相互的，如果存在温度差，则物体间进行辐射换热过程。

2 电连接器温升改善设计要点

一个基本的电连接器产品由塑料本体、接触弹性组件称为端子、接触镀层组成。塑料本体在产品中使各接触弹片相互隔离，不能互相导通，并把接触弹片固定在塑料本体内部，对各接触弹片进行机械、遮蔽保护作用；接触弹性组件，在产品互配时，在接触组件之间提供一条导通电讯的路径；接触镀层是将接触组件一般是铜合金表面覆盖镀层，避免接触组件基部金属被腐蚀并优化接触界面的结构。在对电连接器温升改善中主要是针对产品的三个组成部分进行改善。

2.1 端子结构的设计

（1）材料选择

对于额定电流高的电连接器，端子材料选择上不仅仅只保证材料髙导电性，还要保证产品要达到一定的机械性能需求，一般材料选择上遵循以下原则：

传统电源连接器额定电流低，机械性能高，材料可以选择导电率较低，机械性能好的材料，例如黄铜、磷青铜；对电源连接器LLCR要求较高、额定电流高并且要满足一定的机械性能产品，要选择高导电率并材料也要满足一定机械性能，例如铬锆铜合金；对于额定电流要求特别高并且作为静端子使用的电连接器产品，端子材料可选择导电率几乎100%的材料，例如紫铜。

在端子材料选择上，除了须满足功能，同时成本和采购周期也是考虑重点，在综合性能和成本比较上，选择合适的材料。

（2）端子长度的设定

电连接器产品端子的长度对温升有很大的影响，端子越长越不利于温升，所以在满足产品的机械性能且达到端子接触摩擦距要求时，尽量缩短端子的长度。

（3）端子截面积设计

电连接器产品的温升还与端子的截面积相关，端子截面积越大，可降低产品的温升。所以在满足产品的外形尺寸下，只要满足产品电气特性指标并且对组装无影响，增加端子的截面积，可以大幅降低温升。

2.2 接触阻抗的设计

接触电阻包括压缩电阻和皮膜电阻，接触电阻越小对温升越有利，不考虑材料性能情况下，影响接触电阻因素如下：

端子接触时的正向力，在一定范围内增大正向力，降低接触电阻；接触面设计，接触点数量、多面积增加，电阻降低有利于温升；镀层设计，端子的接触区一般选择镀金，镀金膜厚有利于温升，但是要考虑到成本，镀金膜厚要根据实际需求决定；端子氧化层，镀层中金和镍都是不活泼金属，铜容易跟空气中的氧气、水蒸气、二氧化硫等反应生成氧化物.氧化层会减少有效接触点，导致温升上升。

2.3 塑胶散热结构设计

在塑胶件设计中，塑料结构在满足端子固持和互配情况下时，要在端子接触区域产生温度高点的位置对应的塑料表面开通风孔，利用对流可以有效地将大量热能快速散热出去，可以降低此处的温升。同理在产品的塑料其它地方，利用逃料开孔也可以有利于产品的散热。

2.4 实验规范设计

产品设计到产品实物组装完成，产品的开发并没有结束，只是完成产品开发的一半，产品测试符合规格，才是最终的完成。其中温升测试是电源连接器中测试最关键的一个测试，很多产品因为测试不规范导致产品误判不符合，所以产品测试规范设计也很重要，主要有如下几个方面：

（1）初始温度的选择

温升测试中，测试结果是根据产品前后温度的差值是否小于30℃来判定产品是否符合要求，所以产品测试前测初始温度选择上同样重要，因为在测试规范中一般没有对环境的初始温度有具体的要求，很多工厂内部的实验室不具备恒温的条件，采用同样的产品，同一个人，同一台机测试验证，测量的温升也有很大差异，所以一般测试的时候，要求实验室选在25℃的初始温度测量。

（2）热电偶的选择

在目前的测试规范中仅定义了测试导线的线径大小，但对热电偶线径的大小没有具体的定义，分别采用不同线径的热电偶，对同样的样品测试，温升相差很大。所以在温升测试的时候，选用大线径的热电偶，可以保证测量结果的稳定性。

（3）测试PCB结构设计

在温升测试失败的案件中，通过热成像发现，温度发热高点在测试PCB上，这对产品温升测试有很大的影响，为降低测试PCB板对产品温升测试影响，PCB设计的时候，可以从两方面进行改善：（1）要增加铜箔厚度、铜箔层数，这样不仅减小铜箔的电阻而且增加了铜箔的散热；（2）增加铜箔的面积，通过trace把热量带到PCB板上，降低温升。

（4）测试条件影响

目前很多产品在整机测试中，增加风扇进行风冷，在大电流电源连接器温升测试中，是否有增加风冷，这对产品的测试结果又有很大的影响。同一产品在其它测试条件相同下，有无增加风冷，测试的结果相差很大。目前很多终端客户，明确在测试中增加风冷测试，在我们产品设计前期FEA分析中要加入分冷的条件进行分析，才能真实的反映出产品测试时真实状况。

总结：目前市场上对电源连接器的额定电流要求越来越高，产品的性能、质量要求也逐渐提高，在提高产品质量的同时，也要考虑成品的成本，产品开发时，要开发出适用的大电流连接器。在大电流连接器设计主要从以下两大方面考虑：尽可能减小端子件的导体电阻及接触阻抗，并使温度最高点处于有利通风位置，利用对流散热。温升测试中是否增加风冷，对结果影响非常大，目前很多客户均有此要规格要求。在塑胶设计中巧妙运用产品逃料，使产品内部有充分的空气流动，要绝对避免发热处死角，热量累积对温升影响巨大。