SMT連接器使用Nylon 6T與LCP塑料比較

之前公司產品在引進【掀蓋式軟板聯接器(Flip Lock connector)】的時候,發生掀蓋/活動片(Actuator)斷裂的品質問題。

有些是活動蓋的樞軸(pivot)斷裂,比較嚴重的還有整片活動掀蓋破裂的情形。有的則是連接器機殼(housing)本身承受活動蓋樞軸的地方斷裂。後來連接器廠商雖然把塑膠材質從原本的Nylon 6T改為LCP,因為這是最簡單的做法,也不需要花太多錢,不良率雖然有獲得改善,可是卻沒有完全解決。但這至少說明LCP材質的確比尼龍6T強壯,尤其是在無鉛的回焊高溫條件下。

不過我們今天要談的不是如何解決連接器(Connector)斷裂的問題,而是要談談目前較多廠商採用的尼龍6T與LCP工程塑膠材質於SMT連接器的比較與適用性,尤其使用於掀蓋式或是板對板的連接器。

如果你想瞭解之前工作熊如何解決掀蓋式連接器斷裂的品質問題,請參考:掀蓋式軟板聯接器(Flip lock connector & right angle connector)







Nylon 6T (尼龍6T)

改性的 Nylon6T (以下簡稱尼龍6T)的熔點通常落在310~320°C左右。如此範圍的熔點使其易於使用射出機來加工而不致於產生劣解(degrade),而且仍具有優異的耐溫性。有些尼龍6T的HDT(熱變形溫度)可以達到290~300°C,相當適用於SMT連接器的材料使用。

尼龍6T的主要特性為耐溫性高、強度高、耐蠕變性佳、尺寸安定性優,加工成型時不易出毛邊,且可以調整其組成(改性)來適應所需的性能。

尼龍6T的缺點是它會吸收少許的水份,吸水後就會影響高溫時尺寸的安定性,所以應盡量避免暴露於大氣中吸收過多水份。

另外,尼龍6T本身的耐燃性也不佳,欲使其通過UL94V-0等級,必須添加阻燃劑,因為大部分的阻燃劑都會產生腐蝕性物質,因此加工設備的材質必須能夠防蝕,射出模具也必須定時做防鏽處理。 整體來說,若能適當的選擇等級,尼龍6T可說是優良的SMT連接器用材料。尼龍6T間加工溫度高(320-330°C)。


LCP(Liquid Crystal Polymer,液晶聚合物)

一般來說,LCP材料具有良好的機械特性,即使在不添加玻璃纖維(GF,Glass Fiber)的情況下也能表現出相當於一般工程塑膠添加玻璃纖維後的機械強度。如果添加了GF則強度就更勝一般工程塑膠。

LCP的機械特性還有個優點,就是耐熱,即使在高溫的情況下也能表現出良好的機械強度,依不同等級的HDT能力,LCP可以在230~300°C以下的溫度持續使用而不減損其特性。

LCP也具有良好的耐化學性及耐候性,而且耐輻射,更具有優異的阻燃性,能自動熄滅火焰不續燃也不自燃。LCP也具有優秀的絕緣特性,其介電強度(dielectric)比一般的工程塑膠要高出許多。

其分子定向雖然可以使LCP的強度提高,但也形成了異向性,也就是說在不同方向的塑膠會有不同的物性,有些地方還會因此形成弱點(weak points) ,對於精密的SMT連接器成品是相當不利的因素。然而,在添加玻璃纖維(GF)後,LCP的成型異向性就可降低,如果可以在模具設計上稍加注意改進,即可克服形成弱點的地方。

另外LCP的熔合強度(Welding Strength)低,在設計模具時必須特別注意,不要讓融合線(Welding line)出現在受應力處。

若純粹就材料特性來說,不考慮價格的話,LCP可說是相當優良的SMT連接器材料,而且對需要更高耐熱溫度以經過Reflow的RoHS零件來說,LCP可以在高溫下保持其安定性而且沒有 Nylon 6T 吸濕後尺寸不穩定的問題。

下面工作熊比較了一家塑膠粒公司的 Nylon 6T +GF20 與 LCP+GF20 的材料特性給大家參考:

  LCP LT, GF20 LCP HT, GF20 Nylon 6T, CF20 Nylon 6T, GF20
Mold Shrinkage rate (%)
成形收縮率
0.1~0.2 0.4 0.02~0.1 0.2~0.4
Water absorption (24H at 23C) 吸水率
Dielectric strength (kV/mm) 介電強度
熱變形溫度 (Heat Deflection) ASTM D648 at 1.82 MPa 221 304
比重(g/m3
ASTM D792
1.54 1.52 1.22 1.27
Tensile Strength 拉伸強度(MPa) ASTM D638 165 117 172 131
Tensile Elongation
拉伸伸長率(%) ASTM D638
3 1.2 2~3 3~4
Flexural Strength
彎曲強度(MPa) ASTM D790
217 165 262 193
Flexural Modulus
彎曲彈性率(MPa) ASTM D790
11032 14480 11032 6206
Impact Strength (Notched Izod)
耐衝擊強度(J/m) ASTM D256
133 117 69 64
洛氏強度(R,M)
ASTM D785
105R

 

最後,工作熊在網路上發現一篇很不錯的相關文章,真的很值得參考【SMT連接器用工程塑膠】由蔡宏斌(國立宜蘭技術學院化工系教授)、邱敏雄共同發表。


延伸閱讀:
強化板對板連接器信賴度的設計
聯接器上SMT專用帽蓋(Connector cap)造成接觸不良
掀蓋式連接器的活動片設計注意事項(right angle connector)

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