随着連接器可(ke)靠性要求越來(lái)越高，連接器的(de)端子作🌈爲決定(dìng)連接器電力和(hé)信号傳輸性能(neng)的關鍵組件，往(wǎng)往是🤩連接器設(shè)計的重中之重(zhòng)。大家一般對連(lian)🛀接器的🔞插拔力(lì)、保持力🔅有所了(le)解，但是正向力(li)作爲連接器的(de)另一個關鍵性(xìng)能指标，往往大(da)多數人不太了(le)解。本文将爲你(ni)詳細💋介紹什麽(me)是“正向力”。

一、正(zheng)向力定義

正向(xiang)力（英文：Normal Force）主要來(lái)自于兩連接器(qi)插接時插座的(de)端子梁🎯因與插(cha)頭配合産生的(de)位移，由該位移(yi)産生的彈性恢(hui)複力就是端子(zǐ)🔴正向力。

圖1：插針(zhen)與插座配合示(shi)意圖（F表示正向(xiàng)力）

圖2：端子受壓(ya)産生位移示意(yi)圖

二、正向力影(yǐng)響因素

正向力(lì)與接觸電阻有(you)什麽關系了？從(cong)圖3我們可以直(zhí)觀看出🔞随着正(zhèng)向力增大，接觸(chu)電阻變小，在100g力(lì)時接觸電阻趨(qū)于穩定，保持在(zai)5mΩ。

圖3：正向力和接(jiē)觸電阻

正向力(li)對于連接器的(de)影響是多個因(yin)素的，包括插拔(bá)力🛀，磨損，接觸彈(dàn)性部上的壓力(li)（彈片應力），連接(jie)器殼體上的壓(ya)力♉（塑膠應力），接(jiē)觸電阻。增加正(zheng)向力對以上前(qian)四項産生不利(lì)影響，而隻對一(yī)項産生緩和因(yīn)素。增加正向力(li)提🌏高了磨擦力(lì)，也增大了插拔(bá)力及磨損率。緩(huǎn)和因素是增加(jiā)磨擦力同樣提(tí)高了端子接觸(chu)部的機🙇🏻械穩定(dìng)性，這是🈲一個有(you)利的因素，因😄爲(wei)它減少了接觸(chu)面的潛在不穩(wěn)定性，降低了它(ta)在端子接觸面(mian)或其附近出現(xian)腐蝕性物質或(huo)污染影響的敏(mǐn)感程度。增加正(zheng)向力使😘得在端(duan)子彈性部上的(de)壓力變大，這樣(yàng)反過來也對連(lián)接器殼體産生(sheng)一個更高的壓(ya)力，在連接器殼(ke)體上的高壓力(lì)導緻殼體更易(yi)發生變形，這樣(yàng)可能影響彈性(xing)部的固持位置(zhì)，進而影響正向(xiang)力。從這一點來(lái)看，顯示出增加(jiā)正向力總的來(lái)講對連接性能(néng)産生不利影響(xiǎng)。

然而增加正向(xiàng)力卻可以抵消(xiao)這些不利影響(xiang)，正如圖3所🛀示，接(jie)觸電阻随着正(zheng)向力增加而減(jiǎn)少。增加的㊙️正向(xiang)力對接觸電阻(zu)大小的必然影(yǐng)響是，接觸面積(jī)增加，則接觸電(diàn)阻減小。另外，接(jie)觸阻力的穩定(ding)性同🐅樣通過兩(liǎng)⛹🏻‍♀️種影響随🧑🏽‍🤝‍🧑🏻着正(zheng)向力的增加而(ér)增加。首先💃🏻，增加(jia)磨擦力提高了(le)接觸面的機械(xie)穩定性，以及随(suí)💃之産生的對抗(kàng)♍端子接觸面不(bu)穩定的阻力。其(qí)次，在端子區域(yù)裏的這種增加(jiā)同樣提高了接(jie)觸面的抗☂️腐蝕(shí)能力。一個連接(jie)器的“最優化”正(zheng)向力來自于較(jiao)高正向力對機(jī)械性能所帶來(lai)的不利影響與(yǔ)端子💚磨擦力有(you)利影響🏃‍♂️間的權(quan)衡。最小正向力(li)☀️必須能夠🥵保證(zheng)氧化膜之破壞(huai)和端🚩子🐆接觸面(miàn)在不同應用環(huán)境下的穩定性(xìng)。

三、材料性能和(hé)正向力

材料性(xìng)能是決定端子(zǐ)正向力的基礎(chu)，假如把端子近(jin)🤟似視爲一懸臂(bì)梁（梁的一端爲(wei)固定支座，另一(yi)端爲自由端），如(rú)圖4，根據懸臂🔴梁(liang)理論，可得到端(duān)子的正向力計(ji)算公式。

（公式1）

圖(tú)4：懸臂梁模型

其(qi)中D=梁位移量,E=材(cái)料彈性系數,W=端(duān)子寬度,T=端子厚(hou)度,L=端子長度

該(gai)等式包括三個(gè)要素﹕梁位移、彈(dan)性系數和端子(zi)的幾何形狀，其(qí)中每個要素都(dou)是獨立的。當材(cai)料選定後，材料(liào)厚😄度T,材料的彈(dàn)性系數E即固定(ding)不變，可以通過(guo)改變端子的幾(jǐ)何形狀來調整(zheng)正向力的大小(xiao)，并進而控制端(duan)子接觸🈲面間的(de)電阻，以确保電(dian)力傳遞及信号(hào)傳遞🌈的穩定性(xing)。

四、正向力的損(sǔn)失

對于連接器(qì)的失效，正向力(lì)的損失，會造成(chéng)端子接觸界面(mian)的機械穩定性(xing)降低。正向力損(sǔn)失主要有兩個(ge)方面：永久變💚形(xing)和應力松弛。

永(yong)久變形是指端(duan)子梁由于塑性(xing)變形而偏離原(yuan)始位置✌️，查看公(gōng)☁️式1，永久變形造(zào)成梁偏移D減少(shao)，因此正向力降(jiang)低。

對于偏移，有(you)一種是設計偏(pian)移的塑性變形(xíng)産生的，還有一(yi)種是插拔過程(chéng)中的過應力，通(tong)常是因爲不正(zhèng)确的插拔引🌏起(qǐ)的。

應力松弛的(de)結果是應力的(de)減少，導緻正向(xiang)力的減少。端子(zi)在正向力作用(yong)下會發生彈性(xìng)變形，産生内㊙️應(ying)力。懸臂梁上的(de)正向力F與應力(li)σ間的計算公式(shì)如下：

（公式2）

公式(shi)表明了任何的(de)應力減少都會(hui)導緻正向力的(de)減少☔。就連接器(qi)而言，我們可以(yǐ)定義爲在連接(jiē)器使用期間，随(suí)😄着時間的延續(xù)，正向力會以一(yī)持續的偏差而(ér)削⭐減。換句話說(shuo)，僅🏃‍♀️僅是由🏃‍♀️于端(duān)子懸臂梁受到(dào)了因其配合偏(pian)移而産生的應(ying)👌力，而其所受正(zheng)向力的削減可(kě)看作是時間和(hé)溫度雙重作用(yong)的結果。當🔱連接(jie)器的工作溫度(du)升高，此時🤩應力(li)松弛就更爲明(ming)顯了。圖5論證了(le)其關系。當懸臂(bi)梁位于其最大(dà)偏差0.005 英💋寸時，在(zài)96小時内，正向力(li)會随着溫度的(de)升高而減小。

應(yīng)力松弛是不可(ke)避免的，隻能控(kong)制，應力松弛的(de)速度與設計🤞選(xuǎn)擇的材料和施(shī)加的應力以及(ji)應用的環境溫(wēn)度♊相關，應力松(song)弛依賴于時間(jiān)和溫度。

圖5：溫度(dù)與正向力關系(xi)

五、正向力測試(shì)介紹

正向力測(cè)試參照标準EIA-364-04（Normal Force Test Procedure for Electrical Connectors）。

常(chang)用測試設備：連(lian)接器插拔力試(shi)驗機。

目的：測試(shì)連接器母端彈(dan)片的位移-力對(duì)應值，就是連接(jie)器母端彈片下(xià)壓多少毫米對(dui)應的力值。

圖6：連(lian)接器插拔力試(shi)驗機

注意就連(lian)接器組成的情(qíng)形而言，若測試(shi)方向受塑膠本(běn)體💋屏蔽阻礙，則(ze)須破壞連接器(qì)塑膠本體，但是(shì)不要動端子原(yuán)始夾持固定性(xing)能爲原則。

圖7：剖(pou)開的連接器

圖(tu)8:根據設計位移(yi)執行測試

圖9：繪(hui)制位移-力曲線(xian)圖

六.總結

綜述(shù)連接器正向力(li)是連接器的重(zhong)要參數之一，我(wǒ)們㊙️在設計選型(xíng)的時候要關注(zhù)。連接器使用時(shi)其接觸可靠性(xing)與正向力成正(zhèng)比，提高正向力(lì)可以減小接觸(chu)電阻，可以改善(shan)連接器振動時(shi)信号瞬斷問題(ti)，但是正向力過(guò)大，将使連接器(qi)📞插拔力變🙇‍♀️大，端(duān)子變形産生的(de)内應力對其疲(pí)✨勞壽命也将産(chan)生不利影響。最(zui)優正向力取決(jué)于受影響因素(su)的平衡。隻要能(néng)保證接觸電阻(zǔ)和界面穩定的(de)要求，正向力越(yue)小越好。根據業(ye)界常用設😍計标(biao)準，鍍金接觸區(qū)設計值建議在(zai)50~100gf 。鍍錫表面作可(kě)分離界面爲了(le)減少磨損腐蝕(shi)，會加大正向力(lì)，設計值一👅般要(yào)求高于150gf。選✂️擇合(hé)适的材料和幾(jǐ)何形狀是基礎(chu)🚶，設計時不斷調(diào)整參數，結合測(cè)試驗證，取的最(zui)優正向力。

壯壯(zhuàng)優選目前已積(jī)累了大量連接(jiē)器DPA（物理破壞性(xìng)物理分析）分析(xī)經驗，通過各種(zhong)技術手段，來識(shí)物料的固有可(kě)靠性隐患和使(shǐ)用風險，對物料(liao)的物理可靠性(xing)進行整體評估(gu)，如📞果您有♉連接(jie)器👣的認證需求(qiu)，壯壯優選可幫(bang)助您進行專業(ye)可靠的分析。

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