從微型到毫微型：連接器技術(shù)的一場革命

摘要：  由于模擬電路讓位于數(shù)字電路及電子設(shè)備從有線連接轉(zhuǎn)向無線連接，整機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)也正從臺(tái)式轉(zhuǎn)向便攜式發(fā)展。由于設(shè)計(jì)向著便攜方向發(fā)展，系統(tǒng)耐用性變得極為重要。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師已經(jīng)開始先設(shè)計(jì)構(gòu)造預(yù)先試驗(yàn)的模塊，然后作為一種主要的構(gòu)建技術(shù)將其疊加或盲插。這就需要毫微級(jí)的$互連器件。醫(yī)療工業(yè)乃至軍事/宇航工業(yè)的制造商正推動(dòng)著系統(tǒng)沿著這一模塊化方向發(fā)展以滿足復(fù)雜信號(hào)所要求的尺寸、重量及電流的降低。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，新的連接器設(shè)計(jì)必須適應(yīng)增強(qiáng)的電性能及耐久性的綜合要求而且還要降低互連系統(tǒng)的尺寸和重量。

尺寸和重量優(yōu)勢

得到改進(jìn)的機(jī)加工、模壓設(shè)備及材料已經(jīng)能在結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步減小連接器的尺寸。盡管二者的尺寸和重量滿足MIL-PRF-83513，但與等同的微型 D形連接器重2.60g相比，21位毫微型連接器僅重0.4g。此外，37位微型D形連接器需要的空間比37位板安裝或印制板連接器大4倍。

設(shè)計(jì)和材料的選擇是成功降低尺寸的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)的核心是彈性插針。要形成高接觸強(qiáng)度、低接觸電阻并在數(shù)以千計(jì)的插拔中保持性能須采用具有特殊拉伸退火性能的鈹銅材料。鈹銅厚度與長度及形狀的主要規(guī)格可確保微小型連接器插針的長壽命和長久性能。

絕緣外殼大部分為注入模壓式液晶聚合物，某些老式設(shè)計(jì)采用聚亞苯基硫。當(dāng)0.025"間距使得插針間的絕緣體僅10~11密耳時(shí)，這類絕緣材料仍具有高的保持性和高的電絕緣強(qiáng)度。高可靠連接器體可以由用于插入式及低振動(dòng)應(yīng)用的絕緣材料制成，但大部分高振動(dòng)及高沖擊應(yīng)用要求金屬外殼。

耐久可靠性

耐久性取決于良好的安裝設(shè)計(jì)。力和加速度是在嚴(yán)酷應(yīng)用中測試連接器強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。由于具有合理的安裝托架，毫微型連接器可以通過10000Gs 以上的振動(dòng)和沖擊，如在起火和發(fā)射的條件下。

納米圓形連接器

與毫微型圓形連接器相比較，微型圓形連接器(0.050"間距)就很大了。當(dāng)裝上間距為0.025"的插針和插孔時(shí)，在相同的圓形區(qū)域，可使用達(dá) 4倍多的互連器件。新型電路的電流大多要求小于1A，因?yàn)閿?shù)字處理使得電纜組件內(nèi)采用更小線規(guī)的導(dǎo)線以適應(yīng)納米圓形連接器。因此互連系統(tǒng)總重量和直徑大大減小。毫微型電纜的一個(gè)額外益處是增大了柔性，因?yàn)橹睆礁〉碾娎|更易于在受到嚴(yán)格限制的位置選路。

根據(jù)應(yīng)用，毫微型圓形連接器有很多型式，金屬外殼型毫微型圓形連接器是耐久性最高的，具有極佳的應(yīng)變消除遞減及手柄機(jī)構(gòu)。它們?yōu)槠帘坞娎|配備 360密封圈，并采用環(huán)境密封以防護(hù)浸漬。通常，它們用于將遠(yuǎn)程探測器、傳感器及儀器儀表連接到設(shè)備前面板上。毫微型圓形連接器是模壓或安裝進(jìn)系統(tǒng)工程師自己的儀器內(nèi)。這種方法節(jié)省了大部分空間并允許設(shè)備或探測器擁有自己完整的電機(jī)及機(jī)械連接器。

其它解決方案

模塊在形狀上是獨(dú)特的且在某些情況下連續(xù)的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。微型機(jī)器人、伺服、回轉(zhuǎn)儀系統(tǒng)及石油鉆探均要涉及開發(fā)程度高的電子元部件。這些模塊被裝置在電路功能工作區(qū)附近以確保最佳的信號(hào)性能。

常規(guī)電線一般太大，太硬或者說甚至太貴而無法安裝。新型計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖系統(tǒng)可快速模擬毫微型柔性電路以適應(yīng)致密的點(diǎn)。高密度、低占空柔性毫微型連接器已成為許多困難設(shè)計(jì)的重要解決方案。

由于模塊功能性的增強(qiáng)，它們操控的導(dǎo)線數(shù)量也在不斷增長。插針數(shù)也在增加。在模塊的電纜一端，微型連接器可解決許多尺寸及重量問題。但通常系統(tǒng)的傳感器端或板到板接口端要求更高密度的互連。解決的方案是微型-毫微型電纜或柔性系統(tǒng)。高接觸，高插拔系統(tǒng)采用的微型連接器最終在另一端被接入高密度0.025"間距毫微型連接器。

結(jié)論:

小型化、輕重量及嚴(yán)酷應(yīng)用正在上升。數(shù)字電子、$高速傳輸系統(tǒng)及小型機(jī)器人均需要增大密度及電路數(shù)量。當(dāng)前毫微型連接器眾多的應(yīng)用中包括軍事/宇航工業(yè)中的無人駕駛航天器(UAVs)，顯示器，導(dǎo)彈制導(dǎo);醫(yī)療工業(yè)中的磁共振線圈，外科鉆孔及數(shù)字聽診器;航天應(yīng)用中的通信衛(wèi)星、火星探測器及航天飛機(jī)的導(dǎo)航。

毫微型連接器已經(jīng)在軍事及宇航應(yīng)用中得到證明。此外，它們已經(jīng)服務(wù)于醫(yī)療及石油工業(yè)且正在進(jìn)入范圍廣泛的便攜式及搖控產(chǎn)品。新型設(shè)計(jì)使得毫微型連接器正在取代微型連接器，如高密度納米圓形連接器正在取代許多體形較大的微型圓形連接器。電路和板的設(shè)計(jì)者將由此擴(kuò)大視野，毫微型連接器有助于完成目標(biāo)。