【導(dǎo)讀】有經(jīng)驗(yàn)的電子工程師都知道，好的設(shè)計(jì)往往不是追求某一方面的極致表現(xiàn)，而是要能夠在諸多彼此制約的技術(shù)因素之間進(jìn)行“折中”，最終找到一個(gè)平衡點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的解決方案。
有經(jīng)驗(yàn)的電子工程師都知道，好的設(shè)計(jì)往往不是追求某一方面的極致表現(xiàn)，而是要能夠在諸多彼此制約的技術(shù)因素之間進(jìn)行“折中”，最終找到一個(gè)平衡點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的解決方案。
換言之，魚和熊掌不能兼得，工程師要做的就是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用所需，進(jìn)行合理的取舍。當(dāng)然，這也意味著有時(shí)工程師在做技術(shù)決策時(shí)會很“糾結(jié)”，比如在設(shè)計(jì)小型化、耐用型互連解決方案時(shí)。
融合小型化和耐用性的方案
眾所周知，在電子系統(tǒng)互連設(shè)計(jì)中，小型化和耐用性是相互矛盾的兩個(gè)設(shè)計(jì)訴求：前者通常意味著精巧的組件、極簡的架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)更為小巧緊湊的外形，因此往往并不那么堅(jiān)固；而后者為了適用于更惡劣的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更高的可靠性和長壽命，則需要增加額外的保護(hù)機(jī)制，這勢必會增加解決方案的體積和重量。因此，既要外形緊湊又要堅(jiān)固耐用的互連解決方案，實(shí)現(xiàn)起來并不容易。 不過，這種“既要又要”的設(shè)計(jì)需求，在現(xiàn)實(shí)中又是實(shí)實(shí)在在存在的。比如在汽車行業(yè)，復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和嚴(yán)苛的安全要求，為想要“上車”的連接器產(chǎn)品樹起了一道很高的“耐用性”門檻；與此同時(shí)，汽車的電氣化和智能化趨勢帶來了越來越多的車載電子電氣設(shè)備，而車輛自身的空間又是有限的，這就使得小型化設(shè)計(jì)也成為了剛需。 而且你會發(fā)現(xiàn)，對于小型化、耐用型連接器的需求，并非汽車應(yīng)用這一個(gè)孤例。隨著市場的發(fā)展，越來越多有類似需求的應(yīng)用正在不斷涌現(xiàn)，諸如工業(yè)自動(dòng)化、航空設(shè)備、醫(yī)療器械、智慧農(nóng)業(yè)、無人機(jī)和eVTOL（電動(dòng)垂直起降飛行器）等等。 隨著市場基礎(chǔ)的不斷擴(kuò)大，對于連接器廠商來講，將小型化和耐用性這兩個(gè)原先相互“獨(dú)立”的世界融合在一起，打造出一個(gè)兼具兩者優(yōu)勢的創(chuàng)新互連解決方案，勢在必行！
圖1：兼具小型化和耐用性的互連應(yīng)用日趨廣泛
（圖源：Molex）
小型化和耐用型連接器面臨的挑戰(zhàn)
然而，正如上文所述，在傳統(tǒng)的連接器產(chǎn)品定義和設(shè)計(jì)時(shí)，小型化和耐用性本就是兩個(gè)相互矛盾、相互制約的要素，想要將兩者“捏合”在一起，并非易事。 我們先來看看，設(shè)計(jì)一款優(yōu)秀的小型化連接器，需要滿足哪些要求。
更小的間距
通常我們將具有2.54mm或更小引腳間距的連接器定義為小型化連接器。想要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不但需要更精巧的設(shè)計(jì)和更高的加工精度，還需要克服由于密集間距布局帶來的信號串?dāng)_、散熱設(shè)計(jì)以及高精度裝配等方面的挑戰(zhàn)。
先進(jìn)的觸點(diǎn)
為了實(shí)現(xiàn)小型化，連接器的觸點(diǎn)不僅需要實(shí)現(xiàn)高性能的電氣互連，還要提供穩(wěn)定的接觸保持力，這就對觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料提出了更高的要求，以制造出具有低接觸電阻、適合精細(xì)加工，且滿足彈性要求的先進(jìn)小型化觸點(diǎn)。
多功能設(shè)計(jì)
將信號、電源等互連功能集成在一個(gè)緊湊的連接單元中，形成多功能端子（MFT），有助于減少系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需連接器的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)更小型化的解決方案。這也是近年來小型化連接器的一個(gè)發(fā)展趨勢。
柔性連接
以柔性印刷電路（FPC）和柔性扁平電纜（FFC）為代表，它們能夠讓工程師在空間受限的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，擺脫剛性連接器和PCB的束縛，在不影響性能的前提下充分利用空間，為小型化設(shè)計(jì)帶來更大的自由度。
分析完小型化互連設(shè)計(jì)的趨勢，讓我們再來看看耐用型連接器所面臨的挑戰(zhàn)。值得注意的是，隨著連接器尺寸和質(zhì)量的減小，這些挑戰(zhàn)往往會顯得更為嚴(yán)峻。
機(jī)械振動(dòng)
振動(dòng)是影響連接器電氣連接可靠性的一個(gè)主要環(huán)境因素。為了消除可能的振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，連接器在設(shè)計(jì)時(shí)會采用一系列“緩震”措施，包括：端子位置保證（TPA）和連接器位置保證（CPA）等鎖定機(jī)制、在關(guān)鍵部位的應(yīng)力釋放功能、具有柔性容差特點(diǎn)的浮動(dòng)觸點(diǎn)設(shè)計(jì)，以及能夠提供緩沖作用的灌封與封裝等。
密封特性
濕氣、灰塵和腐蝕性化學(xué)品進(jìn)入連接器，會破壞電氣連接或者加速性能的老化，而且這一挑戰(zhàn)會由于連接器的小型化被進(jìn)一步放大。因此對于耐用型連接器來說，如何強(qiáng)化密封性能是一門必修課。衡量密封特定的IP等級，也就成了汽車等行業(yè)可靠性標(biāo)準(zhǔn)中的重要指標(biāo)，需要在連接器設(shè)計(jì)時(shí)，通過密封組件和增加防護(hù)罩等措施去實(shí)現(xiàn)。
極端溫度
對于連接器來說，高溫可能會造成塑料外殼軟化、金屬膨脹和粘合劑失效，而低溫則可能導(dǎo)致材料出現(xiàn)裂紋和斷裂，影響互連的可靠性。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，需要為連接器選用更具“熱彈性”的材料，以抵御極端溫度的沖擊；另外，也需要采用更優(yōu)的熱管理策略，確保在有限空間中實(shí)現(xiàn)良好的散熱。
從以上的分析不難看出，整合了小型化和耐用性兩大優(yōu)勢的連接器，在提升互連解決方案的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性等方面固然能帶來諸多好處，但是打造這樣的產(chǎn)品也勢必要同時(shí)面對來自兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)，需要在材料的選擇和加工、可靠性設(shè)計(jì)、熱管理、信號完整性等方面進(jìn)行通盤的考慮，進(jìn)行整體的優(yōu)化。
盡管這個(gè)過程并不輕松，不過好消息是，Molex在這一領(lǐng)域已經(jīng)深耕多年，開發(fā)出了不少成熟的商用連接器產(chǎn)品。這就使得開發(fā)者在面對“既要緊湊，又要耐用”的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)時(shí)，不用再“顧此失彼”，而能夠做到“兩全其美”。
創(chuàng)新的小型化耐用型互連解決方案
Micro-Lock Plus連接器
在Molex豐富的小型化耐用型連接器產(chǎn)品組合中，Micro-Lock Plus線對板連接器是一個(gè)代表性的產(chǎn)品。該系列連接器提供1.25mm和2mm間距的高密度連接，采用耐高溫設(shè)計(jì)，具有極高的電氣和機(jī)械性能可靠性，可滿足汽車及其他行業(yè)應(yīng)用的要求。其一系列優(yōu)化措施包括： 采用雙觸點(diǎn)端子設(shè)計(jì)，提供可靠的接觸和足夠的端子保持力。 錫鉍端子，有利于防止錫須以獲得干凈且不間斷的信號，提升端子堅(jiān)固性和可靠性。 配有正向鎖，能夠在不影響緊湊性的前提下確保牢固插接，且可發(fā)出咔嗒聲，提供清晰的配接狀態(tài)反饋。 內(nèi)鎖用于雙排型號，外鎖用于單排型號，在確保小型化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更加可靠的連接。 可承受-40℃至+105℃的工作溫度，符合汽車行業(yè)要求，耐受惡劣環(huán)境。 具有堅(jiān)固的金屬焊片，提供牢固的PCB保持力并有助于消除焊接應(yīng)力。 提供2至16位的單排型號（1.25mm和2mm），以及8至42位的雙排型號 （1.25mm），為系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來更大的靈活性。
圖2：Micro-Lock Plus連接器
（圖源：Molex）
DuraClik線對板連接器
DuraClik線對板連接器是另一個(gè)值得推薦的Molex小型化耐用型連接器，其具有2.00mm的細(xì)小間距，能夠提供更高的空間利用率，同時(shí)在耐振動(dòng)和耐高溫方面表現(xiàn)出眾，具有出色的電氣連接可靠性。
圖3：DuraClik線對板連接器 （圖源：Molex）
根據(jù)不同的應(yīng)用場景，DuraClik線對板連接器提供標(biāo)準(zhǔn)、ISL（獨(dú)立二次鎖）和TPA（端子位置保證）等不同的版本，其中TPA端子固定器版本的產(chǎn)品提供高達(dá)20N的端子固定力，而ISL版本的產(chǎn)品提供的端子固定力更是高達(dá)50N，可滿足更為嚴(yán)格的汽車應(yīng)用要求。
圖4：不同版本DuraClik連接器性能比較
（圖源：Molex）
DuraClik線對板連接器其他值得關(guān)注的特性還包括： 內(nèi)部自鎖定設(shè)計(jì)：確保牢固插接，可節(jié)省更多空間，同時(shí)防止由于電纜纏繞導(dǎo)致的閉鎖破損。 插接時(shí)發(fā)出“咔嗒”聲：通過聲音反饋，確保牢固插接。 寬焊墊設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)牢固的PCB固定，可承受100N的向上拉力，符合SAE汽車振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。 閉合式觸點(diǎn)設(shè)計(jì)：防止觸點(diǎn)受到灰塵和碎屑影響，避免線束裝配過程中發(fā)生纏繞。 工作溫度范圍-40°C至+125°C（ISL和TPA產(chǎn)品），適合汽車應(yīng)用。 慣性鎖（TPA產(chǎn)品）：在插配過程的前段需要更大的插入力，有助于確保連接牢固。 提供鍍金端子選項(xiàng)：進(jìn)一步提升耐用性，支持更多插接次數(shù)。 提供便于拾放的開放區(qū)域：支持自動(dòng)化電路板裝配工藝，無需使用聚酰亞胺膠帶。
Premo-Flex FFC跳線
除了以上“剛性”的連接器，Molex也提供小型化耐用型的“柔性”互連解決方案，比如Premo-Flex扁平柔性電纜（FFC）跳線。 該產(chǎn)品將Premo-Flex FFC電纜與Easy-on連接器相結(jié)合，提供了一個(gè)完整的扁平柔性連接解決方案，在兩個(gè)PCB之間或PCB與顯示單元之間提供可靠、耐用和靈活的連接，有助于開發(fā)者更好地利用PCB空間，在降低組件成本的同時(shí)，提供可靠的板對板連接。 一方面，Premo-Flex微型化互連解決方案可在更小的封裝尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)精細(xì)間距、支持更高的電路數(shù)量，并提供不同電纜長度、電路數(shù)和鎖拴功能等選項(xiàng)，以滿足不同行業(yè)小型化應(yīng)用設(shè)計(jì)的要求。對于特殊的應(yīng)用，還可以通過定制實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的空間布局。 另一方面，Premo-Flex FFC跳線為適應(yīng)高振動(dòng)環(huán)境和提供更佳的信號完整性也做了優(yōu)化——其具有正面拴鎖以保持恒定的連接，同時(shí)提供屏蔽功能以增強(qiáng)信號完整性，防止數(shù)據(jù)損壞或信號丟失。 Premo-Flex高速LVDS解決方案使用差分信號對來消除共模噪聲并增強(qiáng)信號完整性。FFC 的USB連接阻抗為90Ω，HDMI連接阻抗為100Ω，可支持視頻顯示器和攝像頭等高速數(shù)字接口。 總之，Premo-Flex FFC跳線可以提供更小的尺寸、更好的信號完整性、更大的靈活性和堅(jiān)固的耐用性，是適用性非常廣泛的互連解決方案。
圖5：Premo-Flex FFC跳線
（圖源：Molex）
本文小結(jié)
隨著應(yīng)用的發(fā)展，小型化耐用型連接器市場正在穩(wěn)步增長。根據(jù)Verified market Report的預(yù)測，該市場的復(fù)合年增長率將超過6%。 由市場增長拉動(dòng)的相關(guān)技術(shù)和方案的定義和開發(fā)，使得工程師現(xiàn)在能夠利用單一連接器產(chǎn)品，同時(shí)滿足小型化和耐用型這兩個(gè)原先彼此矛盾的設(shè)計(jì)訴求，同時(shí)得到“魚和熊掌”。 在這一創(chuàng)新的產(chǎn)品領(lǐng)域，Molex可以提供全面的解決方案，為更多互連應(yīng)用提供更多的可能性。 文章來源：貿(mào)澤電子
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