发布时间：2025-02-17 阅读量：1265 来源: 发布人: lina
【导读】有经验的电子工程师都知道，好的设计往往不是追求某一方面的极致表现，而是要能够在诸多彼此制约的技术因素之间进行“折中”，最终找到一个平衡点，以实现更优的解决方案。
有经验的电子工程师都知道，好的设计往往不是追求某一方面的极致表现，而是要能够在诸多彼此制约的技术因素之间进行“折中”，最终找到一个平衡点，以实现更优的解决方案。
换言之，鱼和熊掌不能兼得，工程师要做的就是根据实际应用所需，进行合理的取舍。当然，这也意味着有时工程师在做技术决策时会很“纠结”，比如在设计小型化、耐用型互连解决方案时。
融合小型化和耐用性的方案
众所周知，在电子系统互连设计中，小型化和耐用性是相互矛盾的两个设计诉求：前者通常意味着精巧的组件、极简的架构，以实现更为小巧紧凑的外形，因此往往并不那么坚固；而后者为了适用于更恶劣的环境，实现更高的可靠性和长寿命，则需要增加额外的保护机制，这势必会增加解决方案的体积和重量。因此，既要外形紧凑又要坚固耐用的互连解决方案，实现起来并不容易。
不过，这种“既要又要”的设计需求，在现实中又是实实在在存在的。比如在汽车行业，复杂的应用环境和严苛的安全要求，为想要“上车”的连接器产品树起了一道很高的“耐用性”门槛；与此同时，汽车的电气化和智能化趋势带来了越来越多的车载电子电气设备，而车辆自身的空间又是有限的，这就使得小型化设计也成为了刚需。
而且你会发现，对于小型化、耐用型连接器的需求，并非汽车应用这一个孤例。随着市场的发展，越来越多有类似需求的应用正在不断涌现，诸如工业自动化、航空设备、医疗器械、智慧农业、无人机和eVTOL（电动垂直起降飞行器）等等。
随着市场基础的不断扩大，对于连接器厂商来讲，将小型化和耐用性这两个原先相互“独立”的世界融合在一起，打造出一个兼具两者优势的创新互连解决方案，势在必行！
图1：兼具小型化和耐用性的互连应用日趋广泛
（图源：Molex）
小型化和耐用型连接器面临的挑战
然而，正如上文所述，在传统的连接器产品定义和设计时，小型化和耐用性本就是两个相互矛盾、相互制约的要素，想要将两者“捏合”在一起，并非易事。
我们先来看看，设计一款优秀的小型化连接器，需要满足哪些要求。
更小的间距
通常我们将具有2.54mm或更小引脚间距的连接器定义为小型化连接器。想要实现这一目标，不但需要更精巧的设计和更高的加工精度，还需要克服由于密集间距布局带来的信号串扰、散热设计以及高精度装配等方面的挑战。
先进的触点
为了实现小型化，连接器的触点不仅需要实现高性能的电气互连，还要提供稳定的接触保持力，这就对触点的结构设计和材料提出了更高的要求，以制造出具有低接触电阻、适合精细加工，且满足弹性要求的先进小型化触点。
多功能设计
将信号、电源等互连功能集成在一个紧凑的连接单元中，形成多功能端子（MFT），有助于减少系统设计所需连接器的数量，实现更小型化的解决方案。这也是近年来小型化连接器的一个发展趋势。
柔性连接
以柔性印刷电路（FPC）和柔性扁平电缆（FFC）为代表，它们能够让工程师在空间受限的应用设计中，摆脱刚性连接器和PCB的束缚，在不影响性能的前提下充分利用空间，为小型化设计带来更大的自由度。
分析完小型化互连设计的趋势，让我们再来看看耐用型连接器所面临的挑战。值得注意的是，随着连接器尺寸和质量的减小，这些挑战往往会显得更为严峻。
机械振动
振动是影响连接器电气连接可靠性的一个主要环境因素。为了消除可能的振动风险，连接器在设计时会采用一系列“缓震”措施，包括：端子位置保证（TPA）和连接器位置保证（CPA）等锁定机制、在关键部位的应力释放功能、具有柔性容差特点的浮动触点设计，以及能够提供缓冲作用的灌封与封装等。
密封特性
湿气、灰尘和腐蚀性化学品进入连接器，会破坏电气连接或者加速性能的老化，而且这一挑战会由于连接器的小型化被进一步放大。因此对于耐用型连接器来说，如何强化密封性能是一门必修课。衡量密封特定的IP等级，也就成了汽车等行业可靠性标准中的重要指标，需要在连接器设计时，通过密封组件和增加防护罩等措施去实现。
极端温度
对于连接器来说，高温可能会造成塑料外壳软化、金属膨胀和粘合剂失效，而低温则可能导致材料出现裂纹和断裂，影响互连的可靠性。为了应对这一挑战，需要为连接器选用更具“热弹性”的材料，以抵御极端温度的冲击；另外，也需要采用更优的热管理策略，确保在有限空间中实现良好的散热。
从以上的分析不难看出，整合了小型化和耐用性两大优势的连接器，在提升互连解决方案的可靠性、经济性、灵活性等方面固然能带来诸多好处，但是打造这样的产品也势必要同时面对来自两个方面的挑战，需要在材料的选择和加工、可靠性设计、热管理、信号完整性等方面进行通盘的考虑，进行整体的优化。
尽管这个过程并不轻松，不过好消息是，Molex在这一领域已经深耕多年，开发出了不少成熟的商用连接器产品。这就使得开发者在面对“既要紧凑，又要耐用”的设计挑战时，不用再“顾此失彼”，而能够做到“两全其美”。
创新的小型化耐用型互连解决方案
Micro-Lock Plus连接器
在Molex丰富的小型化耐用型连接器产品组合中，Micro-Lock Plus线对板连接器是一个代表性的产品。该系列连接器提供1.25mm和2mm间距的高密度连接，采用耐高温设计，具有极高的电气和机械性能可靠性，可满足汽车及其他行业应用的要求。其一系列优化措施包括：
采用双触点端子设计，提供可靠的接触和足够的端子保持力。
锡铋端子，有利于防止锡须以获得干净且不间断的信号，提升端子坚固性和可靠性。
配有正向锁，能够在不影响紧凑性的前提下确保牢固插接，且可发出咔嗒声，提供清晰的配接状态反馈。
内锁用于双排型号，外锁用于单排型号，在确保小型化的同时实现更加可靠的连接。
可承受-40℃至+105℃的工作温度，符合汽车行业要求，耐受恶劣环境。
具有坚固的金属焊片，提供牢固的PCB保持力并有助于消除焊接应力。
提供2至16位的单排型号（1.25mm和2mm），以及8至42位的双排型号 （1.25mm），为系统设计带来更大的灵活性。
图2：Micro-Lock Plus连接器
（图源：Molex）
DuraClik线对板连接器
DuraClik线对板连接器是另一个值得推荐的Molex小型化耐用型连接器，其具有2.00mm的细小间距，能够提供更高的空间利用率，同时在耐振动和耐高温方面表现出众，具有出色的电气连接可靠性。
图3：DuraClik线对板连接器
（图源：Molex）
根据不同的应用场景，DuraClik线对板连接器提供标准、ISL（独立二次锁）和TPA（端子位置保证）等不同的版本，其中TPA端子固定器版本的产品提供高达20N的端子固定力，而ISL版本的产品提供的端子固定力更是高达50N，可满足更为严格的汽车应用要求。
图4：不同版本DuraClik连接器性能比较
（图源：Molex）
DuraClik线对板连接器其他值得关注的特性还包括：
内部自锁定设计：确保牢固插接，可节省更多空间，同时防止由于电缆缠绕导致的闭锁破损。
插接时发出“咔嗒”声：通过声音反馈，确保牢固插接。
宽焊垫设计：实现牢固的PCB固定，可承受100N的向上拉力，符合SAE汽车振动标准。
闭合式触点设计：防止触点受到灰尘和碎屑影响，避免线束装配过程中发生缠绕。
工作温度范围-40°C至+125°C（ISL和TPA产品），适合汽车应用。
惯性锁（TPA产品）：在插配过程的前段需要更大的插入力，有助于确保连接牢固。
提供镀金端子选项：进一步提升耐用性，支持更多插接次数。
提供便于拾放的开放区域：支持自动化电路板装配工艺，无需使用聚酰亚胺胶带。
Premo-Flex FFC跳线
除了以上“刚性”的连接器，Molex也提供小型化耐用型的“柔性”互连解决方案，比如Premo-Flex扁平柔性电缆（FFC）跳线。
该产品将Premo-Flex FFC电缆与Easy-on连接器相结合，提供了一个完整的扁平柔性连接解决方案，在两个PCB之间或PCB与显示单元之间提供可靠、耐用和灵活的连接，有助于开发者更好地利用PCB空间，在降低组件成本的同时，提供可靠的板对板连接。
一方面，Premo-Flex微型化互连解决方案可在更小的封装尺寸内实现精细间距、支持更高的电路数量，并提供不同电缆长度、电路数和锁拴功能等选项，以满足不同行业小型化应用设计的要求。对于特殊的应用，还可以通过定制实现更优的空间布局。
另一方面，Premo-Flex FFC跳线为适应高振动环境和提供更佳的信号完整性也做了优化——其具有正面拴锁以保持恒定的连接，同时提供屏蔽功能以增强信号完整性，防止数据损坏或信号丢失。
Premo-Flex高速LVDS解决方案使用差分信号对来消除共模噪声并增强信号完整性。FFC 的USB连接阻抗为90Ω，HDMI连接阻抗为100Ω，可支持视频显示器和摄像头等高速数字接口。
总之，Premo-Flex FFC跳线可以提供更小的尺寸、更好的信号完整性、更大的灵活性和坚固的耐用性，是适用性非常广泛的互连解决方案。
图5：Premo-Flex FFC跳线
（图源：Molex）
本文小结
随着应用的发展，小型化耐用型连接器市场正在稳步增长。根据Verified market Report的预测，该市场的复合年增长率将超过6%。
由市场增长拉动的相关技术和方案的定义和开发，使得工程师现在能够利用单一连接器产品，同时满足小型化和耐用型这两个原先彼此矛盾的设计诉求，同时得到“鱼和熊掌”。
在这一创新的产品领域，Molex可以提供全面的解决方案，为更多互连应用提供更多的可能性。
文章来源：贸泽电子
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