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技术分享 | 连接器中接触件对铜合金的要求

国工新材

2023-11-18

导读：连接器作为电子信息产业的重要元器件之一，已广泛应用于通信、汽车、消费电子、工业、交通、防务等行业。

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连接器的发展趋势

连接器作为电子信息产业的重要元器件之一，已广泛应用于通信、汽车、消费电子、工业、交通、防务等行业。

我国政府相关部门先后发布《基础电子元器件产业发展行动计划（2021-2023年）》《中国电子元器件行业“十四五”发展规划（2021-2025）》《制造业可靠性提升实施意见》等文件。

伴随连接器的集成技术逐渐成熟，集成化的电连接器需求必将成为未来发展的趋势，集成大功率、小功率及多种信号控制的一体化需求将会逐渐增多。

1）产品尺寸结构向小型化、高密化、低矮化、扁平化、模块化、标准化发展;

2）功能特性方面向智能化、高速化、无线化发展;

3）集成特性方面向多功能、集成化、传感融合化发展;

4）环境耐受方面向耐高温、耐油污、高防水、严密封、抗辐射、抗干扰、抗强振、抗强冲、大功率、大电流发展;

5）产品属性方面向高可靠、精密化、轻质化、低成本发展。

连接器的发展对材料性能提出更高要求

铜合金是连接器的核心功能材料

铜材是制作连接器导电核心零件—接触件的基础材料，其品质是直接影响连接器接触件电接触可靠性的关键因素。在所有影响因素中，接触件铜材合金品质是最根本的，也是最基础的，铜合金品质对连接器端子的主要影响包括：

1）对端子外观和尺寸的影响，绝大多数的端子在冲压成型过程中都是以弯曲为主的变形方式，在弯曲成型过程中，主要存在材料弯曲回弹造成的尺寸超差问题、弯折开裂的外观问题等，铜合金的回弹特性造成了端子外形尺寸超差的品质缺陷，严重时将会影响到后续连接器装配精度。

2）对端子插拔力的影响，连接器端子插拔力的大小与端子材料的厚度、弹性模量、摩擦系数、弹性结构的宽度和位移量成正比，与弹性结构的悬臂长度呈反比，端子插拔力过小易脱落，导致电接触不稳定或失效，插拔力过大造成装配困难。

3）对端子电器性能的影响，接触电阻是连接器端子的主要电气性能，它直接影响各电器设备的信号传输和电气连接的稳定性和可靠性，导体电阻主要取决于端子使用铜合金材料本身的导电性能。

4）对端子环境性能的影响，连接器端子的环境性能主要包括耐温性能和耐腐蚀性能等，端子长时间在高温条件下工作，不可避免地会出现应力松弛现象，最终导致端子接触失效，因此在连接器选材时需要根据端子的实际工作环境温度来选择抗应力松弛特性优异的铜合金材料。

连接器用高性能铜合金特性

具有超高强度高抗应力松弛性能的弹性铜合金材料，包括钛铜、铍铜、铜镍锡、铜镍硅等，抗拉强度900-1450 Mpa，导电率6—45%IACS，弹性模量115—145Gpa，150℃/100h应力松弛率1—8%，可应用于各大功率弹性连接器、精密机械零件、电子器件弹簧片、电位器滑动片、电池端子、压接弹片等。

1）高强度

高强度铜合金板带一般要求屈服强度900MPa以上，导电率20%IACS左右。主要用于信号连接部分，如VCM弹片、耳机弹片、SIM卡连接器等。原选用黄铜、锡磷青铜的机械强度和折弯工艺成形性能难以满足越来越苛严要求，改用锡磷青铜、铜镍锡或钛铜等髙性能铜合金才能满足髙强度、良好的折弯加工性和髙导电等特性要求。

2）高温抗应力松弛

金属应力松弛是指在恒定高温承载状态下，总应变(弹性应变加塑性应变)保持不变，而应力随时间延长逐渐降低的现象称为松弛。松弛和蠕变是一个问题两个方面；材料在恒定高温下工作，当保持应力恒定就产生蠕变，当保持应变恒定就产生松弛。电连接器常因插孔接触件材料应力松弛，造成接触不良或瞬间断电等失效故障。

3）高耐热

用于接触件的铜合金材料，通常用测量在相同温度、长时间加热接触压力变化(应力松弛)来衡量其耐热性。加热150℃持续1000小时后连接器的接触压力和加热前的接触压力进行比对，黄铜只有8%、磷青铜只有50%，都大幅下降，而锡磷青铜合金还有80～90%，钛铜更高可保持98%以上的接触压力。而汽车上所用各种连接器接触件材料耐热性要求比智能手机更高。

超高强度弹性铜合金，国产替代进行时

“填补空白”国产高性能钛铜合金

国工新材通过自主创新并对生产工艺技术改进研发，攻克了制备过程中的难点，最终成功突破众多技术瓶颈，成功研制出“填补空白"（可替代YCuT-FX，C1990,C1990HP,C1990HC,NKT322)的超高强度弹性导电钛铜合金MMC22，屈服强度>1400MPa、抗拉强度>1350MPa、硬度>420HV的超高强度弹性钛铜合金箔材。

“替代进口”国产高性能铍铜合金

国工新材通过自主创新并对生产工艺技术改进研发了可应用在航天航空、新能源汽车可靠连接器弹性接触件的上的“替代进口”（MMC0441（C17410）、MMC0451(C17510)、MMC0420（C17200）、MMC0421（Qbe2.0/1.9））超高强度弹性导电铍铜合金MMC04系列。

国工新材钛铜MMC22产品优势分析

针对连接器所需高性能铜合金，MMC22在维持高强度、高弹性的基础上，依旧具有优异的耐应力松弛性能，以其EH状态为例，其抗拉强度为1000N/mm2，屈服强度为900N/mm2，在150℃高温下连续使用1000小时以上，性能仅下降2%。

MMC22钛铜合金由于其绿色环保性、优异的机械性能和弯曲加工性，可以说是替代铍铜、磷青铜、黄铜等材料的最佳选择。并且随着连接器零部件小型化、轻量化、高可靠性化、低成本化的发展，国产MMC22钛铜合金将会是该领域的首选材料。

(成型性）

(与其他产品对比)

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国工新材

国工新材成立于2018年，公司主营高端特种新材料的研发、生产和销售，在新材料领域拥有深厚的技术积累，解决国内高端材料长期依赖进口，关键技术常被欧美“卡脖子”的局面，立志做强民族新材料品牌。

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国工新材国工新材成立于2018年，公司主营高端特种新材料的研发、生产和销售，在新材料领域拥有深厚的技术积累，解决国内高端材料长期依赖进口，关键技术常被欧美“卡脖子”的局面，立志做强民族新材料品牌。

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