連接器如何以小體形提供高完整性信號鏈路

電線插入到插座外殼中，插座外殼再插入到板安裝針座中，這樣組成的有線連接非常流行。這種連接方式提供了一種簡單、可靠且低成本的解決方案，能在相關(guān)產(chǎn)品的各個印刷電路板之間提供電源和通信路由，例如用于汽車、工業(yè)、照明和電信應(yīng)用的產(chǎn)品。

不過，這些線對板連接確實(shí)存在一些缺點(diǎn)。例如，傳統(tǒng)的連接器體積大且非常厚，因此不適合應(yīng)用于緊湊設(shè)計(jì)中。另外，組裝連接器和電纜可能比較困難，從而減慢了批量生產(chǎn)流程。

現(xiàn)在，隨著超緊湊型連接器的推出，這個問題得以解決。這些連接器的厚度低至 1.4 毫米 (mm)，可兼容自動表面貼裝組件和簡化的電纜結(jié)構(gòu)。盡管這些連接器很小，但能滿足可靠有線連接的機(jī)械和電氣完整性要求，并具有鍍金觸頭、應(yīng)力消除和鎖定機(jī)構(gòu)等功能特征，可在需要時輕松斷開。

本文簡要介紹了有線連接的優(yōu)點(diǎn)，然后展示了新一代緊湊型連接器如何在電子產(chǎn)品中更容易利用這些優(yōu)點(diǎn)。然后，本文使用來自 Molex 的產(chǎn)品示例對這些連接器進(jìn)行剖析，以展示這些連接器如何以如此小的體形提供高完整性的信號鏈路，以及連接器和關(guān)聯(lián)電纜的特征如何使其適合于大批量裝配。

不斷收縮的有線連接

對于單個產(chǎn)品內(nèi)多個印刷電路板 (PCB) 之間的電力和信號傳輸，連接器和電纜有望提供一種簡單、可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。但是，要使這種期望成為現(xiàn)實(shí)，這些連接必須足夠可靠，確保即使在遭受振動、灰塵和高熱的情況下仍具有高信號完整性。連接器制造商 Molex 提供了一種經(jīng)過驗(yàn)證的解決方案，該公司開發(fā)了一種包含插座端子、插座外殼和針座的系統(tǒng)。

Molex 線對板系統(tǒng)的圖解如圖 2 所示。

圖 2：Molex 線對板系統(tǒng)包括電線、插入插座外殼的插座端子，以及與外殼配接的針座組件。（圖片來源：Molex）

這種類型的常規(guī)系統(tǒng)（例如 Molex 的 Mini-Lock 線對板系統(tǒng)）使用 2.5 mm 間距來間隔連接器引腳。盡管這些系統(tǒng)能有效地工作，但相對較寬的間距往往會使插座和針座的整體尺寸普遍較大。例如，板安裝的 0534260610 6 路針座尺寸為 17.4 mm 寬 x 11.5 mm 深 x 6.7 mm 高（體積為 1340 mm3）。配接插座外殼 (0511020600) 尺寸為 15.5 mm 寬 x 9.5 mm 深 x 5.8 mm 高（體積為 850 mm3）。

最近，Molex 推出了間距更窄的線對板系統(tǒng)。此類產(chǎn)品包括 2 安培 (A) 的載流量，1.5 mm (5040500691) 和 1.0 mm (5037630691) 的 Pico-Lock 系統(tǒng)，以及 1.2 mm (0781715006) 的 Pico-EZmate 系統(tǒng)。引腳間距變窄使得連接器的整體尺寸明顯縮?。ū?1）。

表 1：Mini-Lock (0534260610)、Pico-Lock (5040500691 和 5037630691) 以及 Pico-EZmate 系列 (0781715006) 中六路針座的尺寸。（表格來源：Digi-Key Electronics）

由于連接器系統(tǒng)占用的電路板面積很小并且厚度非常?。▓D 3），因此在先前因太小而無法采用線對板連接技術(shù)的產(chǎn)品中，工程師可利用可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的線對板連接。

圖 3：表面貼裝的 Pico-Lock 針座具有 1.5 mm 的厚度，因此可用于緊湊型最終產(chǎn)品。（圖片來源：Molex）

線對板連接器的關(guān)鍵元件

插座端子是使 Molex 連接器系統(tǒng)如此簡單的關(guān)鍵元件。該元件首先壓接到電線末端，然后插入到插座外殼中。Molex 提供各種插座端子，包括用于 24 – 28 AWG 電線及其 Pico-Lock 連接器的鍍金端子 (5040520098)，以及用于 28 - 30 AWG 電線及 Pico-EZmate 系統(tǒng)的 0781720411。壓接連接使用 0638275700 壓接器等手動工具或自動壓接系統(tǒng)來完成。

由壓接的插座端子形成的連接（圖 4）包括幾個關(guān)鍵部分，如下所述：

• 喇叭口：這是在導(dǎo)體壓接部位邊緣上形成的喇叭口，用作穿入線束的漏斗。這個部分很重要，因?yàn)樗梢越档筒遄俗由箱J利的邊緣割斷或劃破線束的可能性。
• 導(dǎo)線壓接部位：這是連接中最重要的部分，通過端子圍繞電線導(dǎo)線經(jīng)機(jī)械壓縮而形成，這會形成一條具有低電阻和高載流能力的通用電氣路徑，而無需進(jìn)行額外的焊接操作。
• 導(dǎo)線刷：這是指在端子的接觸側(cè)延伸超過壓接部位的線束（但不會侵入壓接連接的配接區(qū)域）。此延伸很重要，因?yàn)樗梢源_保在壓接過程中施加的機(jī)械壓縮作用在電線導(dǎo)線的最大面積上。
• 絕緣層壓接部位：這是端子的一部分，可提供電線支撐以插入外殼并消除應(yīng)力。它需要盡可能牢固地固定住電線，而又不會切斷導(dǎo)線。

圖 4：Molex 插座端子和工具形成的壓接連接的組成部分。（圖片來源：Molex）

制作精良的壓接連接具有以下特征（圖 5）：

• 絕緣層壓接部位可壓縮而不會刺穿絕緣層
• 導(dǎo)線刷從導(dǎo)線壓接部分前端伸出的長度至少等于導(dǎo)線的直徑
• 在絕緣層和導(dǎo)線壓接部分之間的區(qū)域可見絕緣層和導(dǎo)線
• 導(dǎo)線壓接部分在前端和后端顯示出喇叭口形狀
• 過渡和配接部分不受壓接過程干擾

圖 5：結(jié)構(gòu)良好的壓接連接的特征包括：可壓縮而不刺穿絕緣層的絕緣層壓接部分，以及可見的喇叭口。（圖片來源： Molex）

測量壓接高度是一種非破壞性方法，能快速驗(yàn)證圍繞電線導(dǎo)線經(jīng)機(jī)械壓縮的壓接情況。壓接高度定義為從所形成壓接的頂部表面到底部徑向表面測得的距離。由于沖頭和鐵鉆工具之間的間隙，而在導(dǎo)線壓接部位底部形成的擠壓件（或小喇叭口），可進(jìn)一步以可視方式指示壓接質(zhì)量。如果鐵鉆磨損或端子壓接過度，則會導(dǎo)致過度擠壓。如果沖頭和鐵鉆未對齊或饋入調(diào)整不正確，也可能會導(dǎo)致擠壓不均勻。

壓接插座端子在組裝后的機(jī)械對準(zhǔn)也很重要；如果壓接部分和配接部分由于扭曲或彎曲而未對準(zhǔn)，則會無法將插座連接器插入連接器針座中。

成功成型后，壓接插座端子將插入插座外殼中。如果壓接插座端子已機(jī)械對準(zhǔn)，這應(yīng)該不難做到，但之后務(wù)必確保端子與針座正確接合。外殼通常包括鎖定機(jī)構(gòu)，用于防止端子在夾緊到位后因關(guān)聯(lián)電線受到拉扯而斷開。例如，Molex 針對 Pico-Lock 系列端子推出的 5037640601 6 路插座外殼具有一個模制矛桿，可與插座端子上的金屬矛桿接合，以防止插座從外殼中拉出（圖 6）。

圖 6：在 Molex 的 Pico-Lock 系列中，插座端子上的矛桿與插座外殼上的模制矛桿配接，以將插座固定在位。（圖片來源：Molex）

插座端子插入插座外殼后，即可將完整的電纜組件插入板安裝針座。同樣，該連接器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使這一點(diǎn)相對簡單，前提是外殼和針座機(jī)械對準(zhǔn)（由于連接器非常小，這確實(shí)需要小心謹(jǐn)慎）。與將插座端子鎖定到插座外殼中以防止松脫的方式相同，外殼和針座也包括確保插入針座后不會輕易斷開的機(jī)構(gòu)。例如，Pico-Lock 系列的 6 路插座外殼包括一個摩擦鎖和兩個正向鎖，外殼插入到針座中后，它們即會接合（圖 7）。

圖 7：Pico-Lock 針座包括一個摩擦鎖和兩個正向鎖，以確保牢固接合。（圖片來源：Molex）

專為自動化裝配而打造

對于大批量產(chǎn)品的制造商而言，線對板系統(tǒng)可能會成為一個挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)針座具有笨重的外形，并且通常采用通孔連接來安裝到印刷電路板。（例如，Molex 的 Mini-Lock 0534260610 采用通孔技術(shù)。）此類特征使得無法使用自動貼片設(shè)備將連接器裝配到板上，從而迫使制造商在生產(chǎn)線上增加人工工序，導(dǎo)致生產(chǎn)速度減慢。

為了克服這個問題，Molex 的 Pico-EZMate 和 Pico-Lock（板安裝）針座采用了表面貼裝設(shè)計(jì)。這些器件采用焊盤而不是通孔連接，并且可用于直接封裝到自動貼片機(jī)所使用的卷盤中。此外，針座具有平坦的表面，有助于從貼片機(jī)真空噴嘴中拾?。▓D 8、9 和 10）。

圖 8：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 連接器采用表面貼裝設(shè)計(jì)。此處所示為 Pico-Lock 針座的焊盤型式。（圖片來源：Molex）

圖 9：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 連接器可以適用于自動貼片機(jī)的卷盤形式供貨。此處所示為 Pico-Lock 針座的卷盤包裝。（圖片來源：Molex）

圖 10：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 連接器具有大平坦表面，適用于自動貼裝機(jī)的真空拾取工具。此處所示為 Pico-Lock 針座的拾取表面。6 路針座的尺寸“A”為 9.8 mm。（圖片來源：Molex）

總結(jié)

線對板連接器系統(tǒng)提供了一種經(jīng)過驗(yàn)證且低成本的解決方案，能在汽車、工業(yè)、照明和電信產(chǎn)品中的印刷電路板之間提供電源和信號路由。但是，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相對較大的尺寸使其無法在更緊湊的最終產(chǎn)品中使用。

現(xiàn)在，新一代緊湊型線對板系統(tǒng)使工程師能夠?qū)⑦@些產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展到更小的裝置中。只要按照制造商的規(guī)格裝配產(chǎn)品，這些連接器系統(tǒng)就能夠長期可靠地工作，即使具有最細(xì)引腳間距的連接器，也可以承載高達(dá) 2 A 的電流。

不僅如此，構(gòu)成這些系統(tǒng)一部分的板安裝針座設(shè)計(jì)可與大批量裝配環(huán)境中常見的自動貼片機(jī)配合使用。