很多人都關注如果去設計一個連接器達到期望的電流承載能力。由于這里面涉及太多的知識以及一些核心機密技術，今天我在這里進行一些方向性地說明。

連接器端子分為單個端子的連接以及多位數的連接器。對于多位連接器，由于其間距不同，加載密度不同（加載密度可以簡單理解為一個連接器中裝入的端子數量） 對整個連接器的承載能力會產生不同的影響。本文也不討論多位連接器的電流承載能力，只討論單個端子的電流承載能力的設計原理。

先談一下連接器端子的電阻組成，連接器端子的電阻由三部分組成：

1）永久性連接的電阻，比如：壓接電阻，IDC連接的電阻，焊接的電阻等，這個電阻的大小是幾十到幾百微歐（uΩ）；

2）可分離接觸界面的電阻，也就是公母端子配合的接觸電阻，在100gf正壓力作用下，為幾個毫歐（mΩ）；

3）材料電阻，這個是由材料的導電率，材料的厚度，材料的幾何長度等因素決定的。

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永久性連接的承載電流能力

永久性連接的電阻是由端子連接設計和應用的電線/PCB以及端接工藝決定的，近幾年很多公司越來越注重壓接的質量。對于一個端子而言，在壓接（端接）質量保證的前提下，永久性連接對電流影響是很小的。當然，一個差的壓接也是燒機的主要原因。這篇文章的分析是以壓接（端接）做得很完美的情況，永久性連接相當于導線或PCB的延長，所以，不單獨討論其電流承載能力。

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可分離界面的電流承載能力

現在這將有助于詳細調查一些使用頻率很高的連接器原料。這些原料將根據它們是否屬于晶體或非晶體聚合物而劃分為兩大類。

1、超溫溫升

對于可分離接觸界面，由下圖可知，接觸界面上實際起作用的都是點接觸。

在電流通過時，這個接觸點（A-spots）會產生溫升，我們稱這些接觸界面上的點所產生的溫升是超溫溫升。由于A-spots體積很小，單個觸點對電流的反應會很迅速。超高溫不能直接測量，但可以通過接觸界面上的電壓降來計算。如下式所示。

這個式子中的Vc就等于接觸界面的電阻與電流的乘積。在Vc確定的情況下，就可以根據接觸電阻（集中電阻）的結果來確定接觸界面可承載的電流。這個接觸電阻是在溫升后的電阻值，溫度是對電阻有影響的，可以根據溫度/電阻的計算公試來折算成室溫時的電阻。例如下面的一種折算方法。

對于強電應用，建議的接觸界面承載電流的設計準則是1.0K 的超溫溫升。1.0K 的超溫溫升是具有一定的安全性的。由于接觸界面的可分離性，在連接器的一生之中，這個接觸界面會受到外在的環境（高溫/振動/濕度/氧化）的影響，所以，在產品壽命終止時，驗收標準是基于10K超溫溫升。對于弱電應用的產品，可以考慮初始時10K的超溫溫升。

把上面等式中的ΔTs用1.0或10代入，就可以求解出Vc的值，對于有經驗的連接器設計人員來說，接觸電阻（集中電阻）的大小是由正壓力決定的，不同的正壓力值可以對應出不同的接觸電阻（集中電阻）。在Vc確定的情況下，可以通過優化接觸電阻（集中電阻）的方法來達到所需要電流要求。下圖是一個正壓力與集中電阻的示例。

需要說明的是，端子材料的正壓力存在一個內部的失效機制------應力松弛的影響，隨著溫度和時間的變化，正壓力會下降。所以，對于集中電阻的要求，要用材料應力松弛后的正壓力值來確定。

2、沖擊電流對接觸界面的影響

連接器在使用過程中會受到沖擊電流的影響，這個沖擊電流一般對端子的體電阻影響不大，因為作用時間短，端子體來不及產生溫升。但是，沖擊電流對接觸界面的影響還是很嚴重的，由于A-spots體積很小，單個觸點對電流的反應會很迅速。過高的超溫溫升會導致單個接觸點的永久失效，會使接觸界面電阻的增加。下表是針對不同的鍍層材料，接觸界面允許的室溫下沖擊電流準則。

根據上述超溫溫升準則和沖擊電流準則，就可以設計不同的接觸電阻（集中電阻）來達到所期望的應用電流和沖擊電流。

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材料體電阻的承載電流能力

在連接器領域應用的大多數樹脂可以通過添加劑的方式來提高其性能。這些添加劑的范圍從阻燃劑到惰性添加劑以及加強料。很多用作絕緣的材料可通過增強處理和添加劑的方式來提高其性能。增強處理通常用來提高材料的強度、硬度、尺寸穩定性以及熱和機械性能。其通常能減小熱膨脹系數（CTE） 并且在薄片結構中它們能減小卷曲和收縮。添加劑通常能增強硬度、尺寸穩定性、和熱機械性能。它們有時會影響強度和工作性能。添加劑通常便宜且能降低材料的成本。在很多情況下增強劑和添加劑聯合與玻璃纖維使用以平衡成本與性能之間的關系。這里有一些因素能控制附加添加劑的使用：

端子材料體電阻的承載電流能力的方法是依據等效傳導理論。這個理論就是把端子的材料（導電率/導熱率）和幾何尺寸（截面積&長度） 等效成一個在長度不變的純銅電線的截面積。再依據等效的電線面積來確定其能承載的電流。

由于涉及到設計核心技術，這里就不再具體講述如何進行面積的等效，我只會告訴大家涉及到的幾個參數：端子材料的導電率、導熱率、平均截面積；純銅材料的導電率、導熱率、截面積。這個等效方法，有興趣的人員可以自行查閱關于材料溫升、熱傳導方面的書籍。

建議的體電阻溫升值準則是18℃。這并不是禁止設計人員選擇其他溫升值，如果特定的設計需要，可以設定其他的溫升值。然而，應考慮可靠性研究的證據“當電流引起的體電阻溫升大于20℃ 時，產品的失效率呈顯著上升”。

在我之前的知乎文章中有列出了電線在溫升18度時的承載電流計算公試，再次放在這里如下。

在體電阻溫升值確定的情況下，純銅材料的截面積就是確定的了，在這種情況下，通過等效傳導理論進行換算，就可以得到所設計的端子的截面積，如果達不到要求，可能就需要更換更高導電率的材料和更厚的材料。

這里用一個簡單的例子說明一下。

0.64x0.64的方針（截面積為0.41mm^2，不考慮倒角），黃銅UNS C26000材料。等效成純銅的截面積為0.12mm^2。把0.12代入到上面的I（18）的等式中，可以得到 I=3.2A 。這個差不多就是單個0.64黃銅方針在溫升18度時可以承載的電流。前面也有提到，多位數的情況電流會不同。

對于母端子，也可以用類式的方法進行平均截面積的計算。對于與電線壓接的端子，需要額外說明的是，一般電線的承載額定電流值是高于連接器的額定電流值，例如，16AWG的電線，可以承載的電流是14A（也是溫升18度），但是其與端子相連后，承載的電流值就是10A。此時，電線會起到一個散熱器的作用。簡單一點講就是如果假設一個設計好的端子在10A時的溫升是22度，而16AWG電線在10A時的溫升可能只有12度，那么電線會把端子上的溫升散掉，起到散熱器的作用，在這種情況下，端子與電線相連后的總溫升可能也不會超過18度。這也就是我們平時看到很多端子在材料厚度沒有變更的情況下，只更換了壓線腳設計也能達到應用要求。

這里列一下常用電線的承載電流能力與UL 定義的與電線相連后的連接器額定電流值。

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總結

單個端子的承載電流能力要關注三個內容：

1）壓接設計和壓接質量；

2）接觸界面的超溫溫升準則和沖擊電流準則；

3）材料體電阻的等效傳導理論和溫升準則。

可以看出，對于強電應用來說，初始的接觸界面溫升是1度，材料體電阻溫升是18度，在壓接良好的情況下，初始電阻不會超過20度。而達到壽命終止時，接觸界面的溫升是10度（主要是外部環境高溫/振動/濕度/氧化的影響），材料體電阻的溫升仍是18度，在壓接沒有被破壞的情況下，總的溫升會低于30度。這就是端子承載電流能力的設計方法和思路。需要額外說明的是，在與電線相連時，電線會起到散熱器的作用，從而使端子的初始溫升更低。對于板端的應用，PCB的銅箔設計也要符合承載電流的要求。對于高頻應用的連接器，由于存在肌膚效應，不適用于本文的方法。
責編AJX