連接器設計手冊（第五章）—連接器用工程熱塑性材料

工程塑膠由于具有良好的韌性、尺寸穩定性、高阻抗、化學抗蝕力、短期熱穩定性及長期抗老化性之類的關鍵特性，因而逐漸成為許多連接器供應廠商的主要原材料。近年來，連接器的生產及開發技術趨勢極大的改變了市場。隨著高密封裝和微元化趨勢的流行，今天的連接器設計要求在更小的空間里實現更高的性能，因此表現出更薄的壁厚。塑膠原料應能滿足在更長的連接器本體上填充薄壁的設計，并能保持原有的性能，同時也滿足成本與生產工時的需求。 

人們現在正在研制流動性更好的塑膠原料來滿足薄壁的要求，并且允許更快的生產循環時間。今天，在制造周期和隨后的成型生產周期里，塑膠一直被暴露在高溫條件下。例如，在高密度的電路板上安裝更小的元件，已逐漸采用表面粘著技術，可用更低的價格提供一個更可靠的集成電路板。在連接器工業上這種明顯的趨勢要求連接器材料具有更好的高溫性能、更小空間里的耐壓性能，并且具有更低的成本。

由于連接技術不斷地更新，所以連接器設計也不斷地在變化。隨之爾來的是，對連接器用塑膠原料性能的要求也極大地變化著。事實上，對連接器用塑膠，連接器的設計人、制造商和最終用戶都正不斷提出新的特點與更高的特性要求，即在這些關鍵的地方同時具有良好的溫度及物理性能。

連接器本體具有下述的功能：

*兩兩接觸的電絕緣性能。

*提供一定的接觸的機械支持。

*為可分離或永久式連接界面提供機械的/尺寸的穩定性

*在任何使用環境下保持需求的性能

在合理成本潮流下，以上要求應當被滿足，其中每一個問題都將在本章中闡述。連接器制造廠商一直努力以最低廉的成本來提供最好性能的連接器，然而最終用戶卻想以最低的價格買到最好的連接器。

連接器本體的性能，很大程度上依賴于所使用的工程塑膠的物理特性。連接器本體必須具有良好的物理特性和制造性能。聚合物必須提供良好的韌性和尺寸穩定性，同時具有高阻抗和絕緣之類的電氣性能。聚合物也應當滿足最終使用的需求，例如：化學抗蝕力、阻燃性、短期熱穩定性、長期抗老化能力及其它成型性能。而且韌性和沖擊性能之類的性能在一定的環境里會減弱。這樣一些性能是塑膠所固有的，但常常加入添加劑以達到特別的性能水平。典型添加劑包括滑石和玻璃纖維，它們能改善塑膠的物理特性，并能有助于阻燃（參見5.3.1部分）。玻璃纖維添加劑能改善模具薄壁部分的填充能力。云母和滑石提供改進尺寸上的穩定性的功效，尤其在半晶體聚合物，為增加流動與潤滑，還可加入其它一些添加劑。

對連接器原料來說，化學抗蝕力和熱穩定性是關鍵的性能。在過去幾年里，這是千真萬確的。現在，當成型過程和最終使用時，它要達到這樣的水平，即連接器原料應適應不斷被暴露在各種化學環境中的工作要求。

本章的目的是在工程師和設計人員在做原料選擇時，提供使用在電子行業中的絕緣原料的信息，協助它們作出決定。這些信息，在連接器行業顯得尤為重要，因為正在使用塑膠原料的電機和電子工程師，可能需要一些基本的知識關于有實用性的原料、原料特性、適用范圍、強度和弱點，及其各部分之間的相互依存關系。

由于自身的性能特點，人們長期以來一直在各類連接器設計時采用這些工程塑膠。最近的原料簡介更進一步地增加了使用性設計的選擇權。本章也注意到通用性設計的考慮，所以包括了一個附加的破壞性能討論。

自從各種形狀、尺寸、顏色及功用的連接器問世以來，對于零部件原料的要求可能是具有挑戰性的。在決定做連接器本體用的原料上，連接器的最終使用及其在生產階段經歷的成型過程中扮演了重要的角色。

對于制造系統，隨著在更小空間里負載電流要求的與日俱增，在電子行業里的一個主要發展趨勢是不斷朝微元化和更好更多的功能方向發展。不久前，典型的端子觸點間的端子容室在100～156mils之間，而今天，它通常只有50mils，隨之而來的是圍欄厚度減到5～10mils，所以連接器本體的薄壁部分成了關鍵點。對于每一個薄壁圍欄，具有良好的尺寸穩定性，同時保持所需絕緣性的特殊原料很重要。它還要以更快的成型時間去填充模腔各部分，以提高產能。

決定聚合物的另一重要因素是聚合物的分子量（MW）。聚合物由何種方法制成及保管決定了分子量。分子量能影響粘度、物理性能和熱容量性能。分子量的分配，在聚合物內部，決定內鏈的長度范圍，也隨制程的變化，對以上性能產生明顯的影響。

聚合物內鏈分子量決定粘度或原料的流動性。因為分子量影響了內鏈運動和內網，這能極大的改變粘度或原料的流動性。聚合物內鏈必須具有一特定的長度，才能形成內網，從而限制內鏈的相互移動。因此，同樣基體的高分子聚合物較低分子聚合物具有更低的流動性和更高的粘度。

物理性能如延展長度也受分子量的影響。對于低分子聚合物，延展壓制的可能性為零。但隨著分子量的增加，延展長度將會增加，且到一定水平會斷裂，具有一個近似的最大延伸長度。正如在晶體聚合物部分的討論，形成晶體物質的必要條件是一種聚合物必須達到一特定分子量或內鏈長度，從而使內鏈排成直線。依靠化學藥品，高分子聚合物能比低分子聚合物提供更多的機會。晶體延遲了性能的改善，例如充模能力和化學抗蝕力。一般說來，隨著分子量的增加，機械強度和熔融粘度性能會增加，但流動性和制程能力下降；同時隨分子量分配范圍變大，流動充模能力和熔化強度增加；隨著分子量分配范圍變小，抗沖擊強度增加，但warpage流動性和制程能力下降。

總之，分子量的增加會導致機械性能的增強。是以，大多數聚合物的分子量介于一萬到一百萬之間。除非至少可獲得分子量為一萬的聚合物，否則強度性能得不到改善。此外，分子量也能影響制程流動性和聚合物別的一些物理性能，如抗沖擊強度和延展長度。

對于理解關于一特定連接器所使用的塑膠而作出的恰當的選擇，了解聚合物的結構常識是必要的。從一個微觀觀點來考慮，聚合物可畫分為兩類：無定型聚合物和晶質聚合物。

1.1 非晶體聚合物

非晶體聚合物由聚合物內鏈組成，這些內鏈以一個隨機無序的形式排列。在這里把它們看作為一碗意大利面條，如圖1所示。相對晶體聚合物，非晶體聚合物被認為有更寬的熔解范圍、更低的收縮率、更低的warpage和更低的流動性。它們具有良好的延展性、抗沖擊強度及尺寸穩定性。這些原料包括了非晶體聚合物范圍，且它們所擁有的大量物理和機械性能，具有很強的溫度依賴性。低溫時，非晶體聚合物是玻璃質的，堅硬但易碎。隨著溫度的增加，非晶體聚合物超過了自身玻璃質轉換溫度Tg，加熱到該溫度時，聚合物結構轉向橡膠質(在冷卻時，轉化為玻璃質)。在Tg溫度上，聚合物將失去明顯的自身所有的機械性能，如圖5.2所示，in modulus shown 這些性能會急劇下降。因此，當以非晶體聚合物原料來設計連接器時，考慮大致的使用溫度是首要的。關于非晶體聚合物有聚苯乙烯和聚碳酸酯等

1.2 晶體聚合物

通常所說的晶體聚合物指半晶體聚合物并包括晶體、非晶體聚合物范疇，而非晶體聚合物只包括非晶體聚合物。晶體聚合物被推斷以圖5.3所示結構有序的排列。隨著早期的推斷。晶體聚合物被想象成一碗混合了煮熟的和直硬未熟的意大利面條。這種有序通常是由于聚合物內鏈有這樣一個結構，可讓它們排成直線并聚集形成晶體范圍。直線型態由這樣的幾何特征而來，并被在聚合物內鏈間形成的低能量化合物所保持這些低能量化合物如氫合物等。中間鏈的結合依靠內鏈長(即分子量)，這就是為什么分子量是如此重要的塑膠原料參數的原因。塑膠原料里晶體的百分比由聚合物類型(化學組成)所決定，它也影響著內鏈主鏈的柔韌性，和能促進結晶的可能的內鏈反應。例如：尼龍內鏈有能力形成氫合物，因此在聚合物內促進了結晶。聚酯也能形成氫合物，并影響構成聚合物內鏈的化學單元長度，因此促進了結晶。

晶體聚合物sharper 熔點和玻璃質轉化溫度，比起無定型聚合物具有更高的系數和抗拉強度。盡管它們的抗沖擊性能低于那些非晶體聚合物，但通常認為晶體聚合物具有良好的化學抗蝕力。

在熔融狀態，晶體聚合物也是非晶體的；也就是說，聚合物內鏈以隨機的方向排列。但隨著熔液的冷卻，內鏈開始直線排列并形成晶體聚合物。直線型式可促使先前提到的系數和化學抗蝕力的加強。

通常，原料晶體的性質能對連接器元件的制程和物理性能施加一個可預測的影響。隨著成型過程所使用的成型方法及添加進基體塑膠的化合物的變化，晶體也隨之變化。隨著晶體百分比的增加，機械性能也增強。圖5.4表示了一典型的應力－應變曲線。當晶體增加時，如前敘，隨晶體百分比的增長，屈服點和主要的強度會提高。被作為一種衡量硬度的尺度的彈性的模量(應力對應應的比率)也在增加，但晶體的增長通常會造成原料韌性的下降。而內鏈的直線排列和前述的中間鏈聚合，引起了機械性能的提高。在聚合物的機械性能上，晶體的增長具有明顯的影響。晶體聚合物主要有乙烯聚合物的氯化物（PVC），尼龍和聚酯，例如：聚乙稀、對苯二酸鹽（PET）和聚丁烯（PBF）。

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。

2.1 非晶體聚合物

丙烯晴－丁二烯－苯乙烯（ABS）　ABS由一系列的有時被用于低要求連接器運用場合的配方構成。盡管ABS具有良好的沖擊性能，并且相對比較便宜，但它對有機溶劑幾乎沒有抵抗力，一經暴露在這類環境下，它就會變脆。ABS也不具有長期的熱穩定性。ABS也不具有長期在高溫環境中的使用性能，因此不能適用于一些高要求的連接器運用場合。ABS還具有良好的機械性能、熱和化學的抵抗力、良好的耐久性、高沖擊強度及磨損抵抗力。

聚碳酸鹽酯（PC）　PC是具有良好尺寸穩定性和沖擊強度的非晶體聚合物。當運用上需要時，它的透明也很有價值。PC 也具有相對較高的加熱性能和1500度的熱變形的溫度。但它不具備良好的化學抗蝕力，而且在有機溶劑中可能會被裂解。它具有良好的電性能，本質上是自衰的。PC和其它合成橡膠、熱塑性聚乙烯、ABS磺化聚合物混合的特性是可利用的，并可提供改善的低溫韌性和制程性能。

Polyphenylene（PPO）　由于處理和成型簡單聚合物的困難，PPO典型被用在改變混合形式上。連接器場合上大部分的混合是隨高沖擊強度的聚苯乙烯（HIPS）或尼龍而變化，并是玻璃質增強的。這些混合能阻燃以達到UL 94-VO易燃品表單要求。PPO和它的混合物具有良好的溫度系數和一定的化學抗蝕力（它對酸性和堿性環境具有良好的抵抗力，但會溶解一些芳香醇和氯化溶劑）。在一個大范圍的濕度和溫度條件下，該等聚合物具有低的吸水率和良好的電氣性能。然而，PPO不具有類似聚乙烯的良好的流動性，故無法使用在薄壁連接器上。

聚眠甲烷　市場上有許多價格與性能差異很大的聚眠甲烷。這些原料具有良好的加熱性能尺寸穩定性能，但是對有機溶劑幾乎沒有抵抗力，尤其是對氯化的碳化氫。它們具有高的受熱斜向溫度、良好的尺寸穩定性、良好的爬行阻抗及好的電性連接性能。聚眠甲烷本身具有良好的阻燃性，并具有相對較高的受熱性能。

Polyetherimide(PEI)　PEI是一種高溫非晶體原料。它通常用在需要較高受熱阻抗或尺寸穩定性條件下。它具有符合UL94-VO的阻燃系數。PEI是一種高穩定的聚合物，它可以被研磨及通過復合途徑使用。它具有良好的UV和γ射線阻抗。在沸水中浸泡10，000小時后它還能保持85%的拉伸強度。在不同溫度、濕度、頻率條件下，PEI具有良好的電氣性能。它的散布對于微波是透明的。對于波峰焊和氣焊制程的PEI的阻抗也是通用的，這使它特別在電性運用上引人注意。PEI主要的不利因素在于它的成本很高、制程溫度高、流動性差。

Polyether ketone(PEK)　PEK是一種相當貴的原料，它被用于高溫場合。該原料由于固有的磨損和疲勞阻抗而具有良好的化學性能和抗腐蝕性能。只有濃縮無水的或是強酸才能對它起作用。酮唯一可溶于酸。它們對于熱水分解具有很高的抵抗力。酮有時也會發生翹曲，這可以被鑄造克服。酮類聚合物具有高達3000度的熔點。它們具有低煙率并在整潔環境里通過了UL的94-VO的測試。酮類聚合物是具有一定韌性、強度、硬度和高沖擊強度和負載承受能力的。酮類聚合物會受UV的影響，但在一個大的溫度范圍里對α、β、γ射線具有高的抵抗力。

2.2　晶體聚合物

Polyoxymethylenes（縮醛）　縮醛是具有良好流動性和類似對有機溶劑的化學抵抗力一樣好的制程性能的半晶體聚合物，但它們當暴露于強酸作用下時，會發生退化。縮醛固有的缺點是不具有阻燃性，因此它們在使用上受到限制。縮醛具有在長時期大范圍里保持良好的機械、化學、電子性能結合的能力。它們對承受負載和疲勞具有良好的抵抗力。對于在2000度高溫下使用，也具有較高的熱抵抗力，并具有很好的水穩定性。這些塑膠是堅硬的、牢固的和具有良好韌性的。

聚乙烯　在電子工業領域，有許多原料是聚合物內鏈的酯結合，因此都屬于工程塑膠的聚乙烯家族。許多標準連接器由聚乙烯組成是因為它能提供良好的流動性、很光滑并具有良好的溶解抵抗力。這些原料主要是PBT、PET和PCT。選擇這些玻璃增強劑的性能被納歸納在表5.1中。簡單的樹脂不同于化學合成的，故也由于該不同而造成具有不同的性能 ，如表5.2中所示。基于用來制造不同聚合物的單體，聚合物的內鏈會被改變。結構的不同會影響到化學性能、熔點(Tm)、晶體百分比和其它一些性能。晶體的變化會在物理性能、化學抵抗力和其它一些原料的重要性能上產生很大的影響。聚乙烯的半晶體原料，很容易在成型時收縮。

Table 5.1  Comparison of 30% Glass Fiber Reinforced Polyester Properties

* Eastman Chemicals reports a avlue between 1 and 2 percent for the GE material.The vaule cited by GE Plastic is not consistent with the trends in other properties.

Source: GE Plastics and Eastman Chemicals product literature.

Table 5.2  Selected Properties of Neat Polyesters

PBT具有良好的化學阻抗性能，此外還具有不受濕度影響的電氣性能。它也不受水、弱酸及其通用有機溶劑的影響。

PET具有高的強度、韌性、尺寸穩定性、化學和熱抵抗力及其一些其它的性能。它PBT對水和制程中的水的百分比更敏感，這會導致成型聚合物的退化。不填充PET的成型收縮率是2%，但當加入30%的纖維添加劑后，收縮率只有0.1%到0.3%。

PCT具有285度的熔點，相對PBT的225度和PET的255度，更高的溫度阻抗使它更易于在表面安裝電子元件。PCT主要的缺點是它的制程窗口由于很小的熔解和退化溫度跨距而很狹窄。但它也有很好的物理、化學、電子、機械和熱性能。

PBT比PET和PCT更牢固。當SMT不成為問題時，良好的流動性和牢固的晶體使PBT聚合物用在很多連接器上。這實質上是允許更快的循環時間，因為它能更快地填充模具并成型。PET是低晶體并因此導致更長的成型時間，這會延長循環周期。PCT具有和PBT大致相當的晶體百分比，但更慢的晶體化過程而導致更慢的循環周期。PET和PCT型由于它們的高熔點而需要更高的成型溫度。這類聚乙烯通常被用作絕緣原料，而且受所需的化學抗蝕力、溫度決定，并且PBT在使用中占很大比重。

Polyphenylene sulfide（PPS）　PPS是具有良好流動性和受熱能力的半晶體聚合物。它具有良好的流動制程性能并能填充復雜連接器設計的薄壁部分。大部分的PPS原料和混合物是下班露出增強劑，這是因為它的簡單構造。它在成型中不易碎并不會閃光。PPS通常用在需要高溫的PCT上。PPS固有阻燃性，但它的價格限制了它的使用。PPS被UL 94-VO評定過。當玻璃纖維增強后，PPS可持續使用在2000度的的溫度等級里。PPS在大的溫度和濕度范圍里也具有很好的電氣性能。

Polyamide（PA）　PA最常見的是尼龍，可以有很多種。依靠所使用的單體，原料在性能和成本上有很大的變化。表5.3和表5.4中分別提出了選擇簡單和填充尼龍樹脂的性能 。大部分尼龍是半晶體聚合物。尼龍能夠隨使用的添加劑和混合物的不同而發生很大的原料性能變化。尼龍的流動性也會發生變化，因此能被用在各種需要高強度和系數的場合。但是通常尼龍需要添加添加劑和強度添加劑。尼龍具有良好的韌性和水解穩定性。它們具有長期老化性能但不具有阻燃性。使用尼龍的缺點是收濕性；它所吸收的濕氣會隨溫度和濕度的變化而發生變化，因而會導致聚合物矩陣的延伸。但通過烘干，條件是可逆的。由于這個原因，一些PA不適合應用于要求三維尺寸穩定性的場合中。吸濕性也影響了一些性能，例如它增加了翹曲和沖擊強度但減少了拉伸強度。聚合物的電氣性能對于濕氣和增加了水分后的變質很敏感。尼龍對于烴和芳香族化合物具有很強的化學抵抗力，但受強酸、堿、酚的影響。在一定的持續時間和暴露強度下，提高溫度和超聲波照射(UV)都將使尼龍退化。

Table 5.3  Selected Properties of Various Neat Nylons

Table 5.4  Comparison of V-0 Grade Polyamide Molding Compound Properties

* Dry as molded

Source: DuPont, DSM, Amoco Performance Products trade literature.

液晶聚合物（LCP）  液晶聚合物包括大量的樹脂，樹脂在熔解和固體時其結構均顯示出了很高的硬度，在薄的部分也是這樣。它們同樣顯示了較高的溫度穩定性和化學抵抗性能。用于連接器工業中的液晶聚合物通常為含酯類酸的聚脂類液晶聚合物材料。液晶聚合物具有很好的機械和熱性能同時還具有較好的流動性。因此它們用于薄壁應用中。如果連接器上端子之間的距離很小時就應該考慮使用LCP，因為LCP的流動性比PPS的要好四至五倍。在流動方向上的塑造收縮只有千分之一英吋的大小。LCP可歸為改善的熱塑性塑料一類，在表面安裝的應用中其比PBT在制造薄壁型產品的時候具有更好的性能。

液晶聚合物受基于外來芳香族化合物而導致較高的各向異性的形態的影響。這種化學作用的影響將使材料的價格的升高。為降低成本LCP常與其它一些的低成本的材料相混合使用，如人造樹脂、添加劑以及玻璃纖維。LCP與PPS相混合使用的第一個商業目的是可降低LCP的成本以及減少PPS的閃光。液晶聚合物的性質特征為低溶解粘性，良好的拉伸性，具有壓縮力以及彎曲系數值；以及非常好的化學，輻射，及熱穩定性。圖表5.5中顯示了LCP的選擇性有代表的性能參數值。

Table 5.5  Physical Properties of Representative Grades of LCPs

Table 5.6  Selected Properties of Liquid Crystal Polymers

如圖5.6所示，基于其化學性LCP可分為三類。與熔解溫度特性相應的是其最顯著的特征是HDT。LCP極具竟爭力的一個優點是其快速出模和制造薄壁產品而不留毛邊的性質。此類材料具有經受高溫處理和長時間處于升溫的狀態。

在LCP材料中也存在如下的缺點，它們的各向異性將導致出現橫向應力，并且將導致部分的warpage 。這些問題可通過增加添加劑來改善。結晶同樣會出現在此類材料中，這樣將會減少前端流動熔合的時間。這樣將導致焊接線強度較差，但是這種問題也可通過控制成型過程和加工工具設計來加以控制。由于未充滿的LCP具有各向異性，為了加強其在電子方面的應用，通常在其中加入30%到50%的玻璃纖維。高熔解溫度在300℃范圍內，高系數會對波動，蒸汽階段以及紅外線焊接條件產生影響。LCPs有UL 94-VO的阻燃率，以及在燃燒時不會產生煙霧。其對酸的以及稀釋堿，有機溶劑化學抵抗力非常好。強堿如氫氧化鈉和胺將會使LCPs到一個加高的溫度。

LCPs在連接器市場上能有一席之地是因為有兩個重要的因素：設計上的小型化和在自動生產過程中的高生產率。近年來的趨勢是具有更高生產率的表面粘著技術，其經濟性允許使用高成本的LCP材料。

2.3 熱固性聚合物

為了更完整的敘述接下來便是熱固性聚合物。熱固性聚合物從熔解狀態到冷卻狀態因此不能被軟化或再加熱以用于其它目的。因此它們只能提供較為有限的機會在再研磨用的過程中。在化學上熱固性樹脂在處理中要經歷一個交叉連接的反應過程，以產生一個固定的分子間的網絡結構。熱固性材料在交叉連接的時通常是收縮的，但是這種收縮是能通過附加如添加劑和加強光纖進行控制。在熱固性狀態下的這些材料的變化可以在室溫和高溫下完成，而樹脂則能在加熱下進行得更為徹底。總的來說熱固性材料比熱塑性材料具有更好的溫度性能。

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：

載荷---附加添加劑的數量將決定一定載荷下硬度、強度以及熱性能的增加。一般情況下50%的載荷常常被用到。

比率---在很多情況下增強效率要由玻璃纖維和添加劑在比率方面(長度/直徑比率)來決定。很多添加劑是易碎且在材料的鑄造和成型時易碎裂和退化。具有低比率的材料經不起太大的損壞。

界面連接—很多礦物質和玻璃基于其化學組成而具有高表面積，其組成占有很高的表面能量。Coupling agent或sizing可用于量度材料增強樹脂矩陣之間的聯接。通常的coupling agent包括silanes，石蠟，titinates和胺。

混合處理----添加劑與聚合物矩陣相聯接的方法將會在其性質上產生想不到的效果。

用得最廣泛的增強和添加劑是阻燃劑、玻璃光學纖維、云母片、wallastonite以及滑石粉。

3.1 阻燃劑（FRs）

很多電子應用上要用到阻燃樹脂。最明顯的原因是防止可燃材料的點燃。有幾種可燃途徑必須注意到，如稀釋物(添加劑)，保護層的成型(磷化物)，以及冷卻物(鋁及從水中產生的氫氧化物)。這種反應通常發生在固體或氣體階段。阻燃劑在使用了鹵素元素之后將會妨礙原子團之間的反應。經過交叉連接反應它們會在材料表面形成一個燒焦或屏障層，這些是可通過磷化物的介入而產生的。

阻燃劑能作為反應劑和填加劑。作為反應劑的時候它們自己通常要進入聚合物的矩陣結構之中，而作為填加劑時它們通常只會物理上與聚合物矩陣結構相配合作用。FRs在工程熱塑膠材料上的應用一般是作為填加劑。其中一些在混合物中起配合劑的作用。這種阻燃劑的選擇是可擴展的，并且其總類和影響對絕緣材料的作用將會被提到。

在工程塑料領域里應用的填充阻燃劑有最基本的兩類：含鹵素和不含鹵素的FRs。有一些材料如PEI和PPS它們自己分子結構內部就有阻燃劑，因此也就不需要附加的阻燃劑。含鹵素的阻燃劑其效率增加的順序為：氟<氯<溴<碘。含鹵素的FRs通常使用溴作為鹵源而有時也使用氯，這是由于鹵素與碳原子相結合時其釋放需要有一定的能量從而能提供給FR。FR的化學活性已經大量的研究了但仍然存在爭議。增加鹵素通常會提高材料的成本同時也使此混合物的密度增加。含溴和含氯的FRs被束于脂肪類和芳香族的聚合物矩陣之中。脂肪類結合的鹵素容易被破壞，所以它們比芳香族結合的鹵素的溫度抵抗性要差。芳香族結合的鹵素在工程塑料中應用得很普遍，例如：tetrabromobisphenol A， 乙烯(tetrabromo-phalimide)，以及poly(dibro-mophenylene)。這些材料的成分從4%到15%不等，這要依FR中的溴的含量以及能提供給阻燃劑的矩陣而定。由于分子和聚合物的不同這些材料所帶有鹵素將會影響絕緣材料的性質。例如很多聚合含鹵分子用于工程塑料之中。

大部分情況下要用到銻基化合物。這樣可以提高鹵素阻燃的效率。配合氧化劑自己并沒有FR的能力，然而它在含鹵化合物中具有很強的配合作用并且還可與廣泛的與鹵素相配合使用。此類反應通常發生在氣體狀態下。

非鹵素的阻燃劑同樣也在研究之中，但由于其在應用中對一些材料的基本聚合物矩陣將產生損壞性的影響，所以其應用受到了限制。例如磷基化合物用于尼龍材料中而不能用于聚脂之中是因為其與聚脂微晶不兼容。磷化物所起的作用通常是在濃縮階段。其化學組成通常為高含氧成分并用于聚脂中。磷類主要包括有亞磷酸鹽、亞磷酸、磷化物、白磷、紅磷以及磷酸鹽。這些化合物可用于一些明顯的材料并且通常作為燒焦層組分和屏障層組分。作用于表面的FRs可對表面的性能產生一定影響。例如形成燒焦層的材料將影響聚合物表面抵抗力，它們同樣會妨礙鑄造柱形表面過程。

工程塑料中很少有適合FRs的礦物質，因為大多數礦物質的分解溫度比工程塑料形成溫度還要低。含有礦物質的材料，如氫氧化鎂、碳酸鎂、氫氧化鋁及含硼的化合物已經被應用。它們加熱時通常要分解，但不象其它物質那樣蒸發，而是釋放出不燃燒的氣體，如水和一氧化碳等稀釋燃料的混合氣體。同時它們也把聚合物和氧隔離，以免其被氧化。但是這些混合物因為需要高度濃縮以滿足FR的需要而使其在工程材料中的應用受到限制。由于材料中包括了水和更低的物理特性，尤其是流動性和相互沖擊性。許多情況下，這些材料也提供了稀釋的作用，因此那些不燃燒的其它材料對FR的形成具有積極的效果。聚合物中含有許多其它物質，如硅，其表現出有限的分解延緩應用性，但是它們必須考慮成本和性能。

延緩分解性的要求一般是用(Underwriters)實驗來確定的，許多確認延緩分解性的不同實驗被采用，如UL94，DIN4102及NEP92-507等。獲得UL證書需經過嚴格的測試。

當考察FR添加物和分解延緩材料時，應用的特殊性、全部材料的絕緣性能及材料的成本/性能比值都必須考慮。又，聚合物的許多性能可通過向聚合物矩陣添加FRs添加劑而得以改變，這一點也是需要考慮的。

3.2 強化添加劑

玻璃纖維  玻璃纖維是廣泛用作強化劑中的一種。除了強化作用外， 玻璃纖維還可增加分解延緩性和使材料更耐化學和熱作用。玻璃纖維添加劑可大提高材料的物理性能。如，向PBT中加入玻璃纖維添加劑可使其彎曲系數增加250%，拉伸系數增加100%。在其它樹脂中可看到相似的性能的提高。玻璃纖維添加物一般要降低樹脂的流動性并可能引起一些表面缺點。玻璃纖維對選定的聚合物性能的強化作用被列于表5.7和5.8中。

Table 5.7  Effect of Glass Fiber Content on Valox PBT Resin Properties*

* Source: GE Plastics trade literature.

Table 5.8  Influence of Glass Fibers on Ulterm PEI Resin*

* Source: GE Plastics trade literature.

云母  云母也是一種用作提高熱傳導性，溫度阻值及電介質絕緣性能的同時降低熱澎脹的天然材料。它可作為添加劑或強化劑并常與玻璃纖維合用，表5.9說明了這一點。

Table 5.9  Properties of Engineering Plastic Containing Mica and Glass*

* Source: GE Plastic trade literature.

Wallastonite.  Wallastonite也是一種天然的針狀材料。它常與玻璃纖維合用并表現出很好的電絕緣性能和很好的熱變形特性，表5.10對此進行了說明。

Table 5.10  Properties of Engineering Plastics Containing Wollastonite and Glass Fiber*

* Source: GE Plastic trade literature.

聚合物形成連接器絕緣本體的過程(通常是注塑成型)及關于成型過程部分設計的作用對連接器絕緣本體性能有很大的影響。連接器將被使用的應用也將影響聚合物選擇的標準。關于此以后將繼續討論。

4.1  成型過程

某種連接器應用的特殊材料的選擇可能受許多因素的影響。有時一種材料根據其物理特性來選擇。在其它情況下，連接器的使用環境也可能影響樹脂的，這一點也需考慮，并且熱和化學兼容性必須作為主要因素加以考慮。作為首要考慮的因素，合適的熔化和成型溫度必須考慮材料的數據表。高的成型溫度一般導致低的成型壓力，高的成型完整性及易流入較窄部位。為了獲得統一的成型高溫，建議采用噴吐機或熱端子以從核心向外散熱。溫度平衡依賴以下三個因素：模具設計，熔化濕度及循環次數。冷模會引起過度的彎曲和收縮。

注塑壓力值是成型過程的另一重要因素。較窄的部分成型尤其困難。它們需要大量的排氣孔，熱模及額外快速填充。注塑成型壓力值依賴于局部幾何形狀、模型設計、成型材料及熔化溫度。總的來說，連接器最常用的材料趁向于具有低粘性和易流動性。在連接器絕緣本體注塑成型時，使用低壓注射是很重要的，這樣可降低沖擊，成型壓力及模具小核心的疲勞度。如果采用過高的注塑壓力，由于模具鋼的移位或其它對模具的損害都可能引起注件尺寸的改變。

這樣的影響在連接器的局部角落顯得尤其突出，因為注塑件的外部比其內部冷卻速度要快得多。降低角落處的彎曲程度的關鍵是使連接器兩邊的冷卻率相等。達到這一點的典型做法是使角落處的內部比外部溫度低。另一種做法是使角落處的內部升溫。使核心部比外部洞穴降低到更低溫度值的能力在許多連接器工具中是很重要的。

4.2　應用

表面粘結技術(SMT)將作為一個聚合物/應用干擾的例子。SMT允許向電路板密集地安裝元件。SMT的主要優點是在裝配時可降低成本，減小尺寸及減輕重量。許多電路板的制造商都編入采用各種SMT技術的制造設計技術(DFM)。制造商發現up-front、受控的放置規劃、焊劑、修理維護及測試可顯著地提高生產率和可靠性。考慮的重要設計是使用的SMT類型，電路板條件及可靠性和成本因素。

現在有兩種基本的用于SMT的接觸方式：波峰焊和流動焊。在波峰焊中，裝置和接觸面直接暴露于熔化的錫合金。流動焊依賴于傳遞的熱以熔化置放的焊劑合金(主要用作錫/導引/熔化粘著更重要的安置裝置)。波峰焊常用于穿孔插接(PTH)方式和在焊接過程中被收容于基樹脂的低輪廓裝置。流動焊則僅用作粘結以保持該裝置。

流動焊是用于SMT裝配方式，尤其是需要使用更新的、更好的樹脂混合物的先進的焊接方法。當幾種方法存在以有效地流動焊接粘結時，常采用紅外線來加熱。激光、熱氣、熱棒及局部集中的紅外線在流動焊接中也常用的。

波峰焊或流動焊是一種適合使用SMT技術的制造的共同方法。波峰焊是一個過程，在該過程中，許多連接部與流動的焊劑波接觸一小段時間，同時連接部被焊接。

除了焊接以外，粘劑和樹脂也可以用于向組裝表面安裝組成物。粘著技術可用手操作機械的注射器而達成，或使用高速輸出、可編程的機械分配手在需要組裝其它元件的位置點上粘劑。

上面的關鍵點是SMT向電路板和連接器環境傳熱和化學物質的過程。注意SMT應用的材料挑選以材料在焊接端子的SMT過程中暴露的時間和溫度為基礎是相當重要的。這些絕緣材料在490華氏度(255攝氏度)的高溫下可以停留30秒到幾分鐘。

電連接器材料可能暴露在熱及化學環境中。此時，材料的選擇更加嚴格。故設計者必須確定電連接器絕緣本體的材料選擇在經過長時間的不良環境以后仍能保持其性能。

選擇電連接器絕緣本體材料還有其它長期因素需要設計者加以考慮。其中之一考慮是如果部件在板清洗過程中暴露于碳化氫時對抗化學腐蝕力的要求。例如，postassembly 環境也是很重要的。例如，長期熱及化學抵抗力在覆蓋應用時（under--the--hood）應加以考慮。

高密度及小型化在電連接器市場上將會繼續發展。可以預測未來之設計將要求在更少的空間有更高的性能。因而對設計者而言，在材料領域的變及表面粘接技術上處于變化的前列更為重要。

表5.11列舉了不同材料的優點及缺點。同時表5.12包含了與電連接器應用最相關的選擇的工程聚合物的一些聚合物性能總結。

表5.11電連接器應用所選擇的工程聚合物的優點與缺點

附：PEI=polyetherimide；PES=polyethersulfone；PC=polycarbonate；PBT=polybutylene terephthalate；PCT=polycyclohexylene terephthalate；PPS=polyphenylene sulfide；PA=polyamide；LCP=liquid crystal polymer；其中：PC不含有玻璃，PPS含有40%玻璃，其它材料不含玻璃。

Table 5.12  Characteristic Properties of Selected Thermoplastics*