在幾乎任何一種包含電子元件的產(chǎn)品中,小型化已經(jīng)成為工程師們的永恒話題。汽車、移動設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、國防系統(tǒng)、消費類電子產(chǎn)品、家用電器等設(shè)備都有一個共同點,即為了滿足市場需求的變化,體積在不斷縮小。
市場競爭、消費者和工業(yè)企業(yè)的偏好以及市場需求等因素,促使設(shè)計人員尋找縮小電子器件、組件、線束和外殼尺寸的方法。同時需要不斷添加功能來支持最新發(fā)展的技術(shù),但要滿足所有上述需求,業(yè)界面臨重大挑戰(zhàn)。例如,消費者不希望移動設(shè)備變大。汽車制造商需要不斷縮小整車尺寸和重量,以便提高傳統(tǒng)燃油汽車、卡車和電動汽車的續(xù)航里程。而在醫(yī)療領(lǐng)域,可穿戴式醫(yī)療設(shè)備必須變得更小更輕,以提高患者的便利性。
電子連接器在設(shè)計中發(fā)揮著重要作用:線對板、線對線、板對板、柔性扁平電纜(FFC)、柔性印刷電路(FPC)、輸入/輸出(I/O)、電源和射頻(RF)連接器是電循環(huán)的一部分,連接器在整個設(shè)備中連接電源和信號,并將所有單獨的部件捆綁在一起,以便它們能夠成功互動。隨著產(chǎn)品整體尺寸的縮小,無論是為了簡化設(shè)備,還是為了給其它關(guān)鍵部件騰出空間,連接器的體積也必須縮小。這對設(shè)計師來說是一個真正的挑戰(zhàn)。
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應(yīng)用場合的需要推動連接器小型化
預(yù)計移動設(shè)備將保持便攜尺寸,隨著技術(shù)的發(fā)展,消費者越發(fā)希望實現(xiàn)更多的電子功能。以5G為例。制造商正在添加新的天線陣列以支持5G的高級功能。同樣,半導(dǎo)體內(nèi)置了額外的功能,并增加了I/O需求。但是,滿足功率要求或延長工作時間所需的更大電池也給設(shè)計人員提出了重大挑戰(zhàn)。
同樣的挑戰(zhàn)也出現(xiàn)在汽車領(lǐng)域,數(shù)字駕駛艙和傳感功能等電子裝備已經(jīng)激增,以至于整個線束成為最重和最昂貴的部件之一。
醫(yī)療患者也希望使用更小、更舒適的可穿戴設(shè)備。無論是在消費電子還是醫(yī)療設(shè)備中,工業(yè)控制設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)都增加了更多功能,成為獨立的邊緣設(shè)備,可以處理和存儲數(shù)據(jù),直到它們可以將數(shù)據(jù)傳回云處理器。
在這些關(guān)鍵應(yīng)用設(shè)備中,連接器經(jīng)常成為縮小機械尺寸的主要限制因素之一。連接器端子間距尺寸(即,相鄰的兩個觸點中心之間的距離)必須縮小以適應(yīng)更小的電路板和更高的引腳密度,以支持所需的I/O擴展。
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創(chuàng)新的需要
縮小尺寸以滿足用戶和行業(yè)的需求是一項挑戰(zhàn)。但是,還存在其它設(shè)計限制和要求。
連接器在設(shè)備中通常不僅執(zhí)行單一任務(wù),還承載著高頻信號傳輸,如5G或其它蜂窩和Wi-Fi通信,以及其它形式的信號甚至電源。屏蔽裝置變得復(fù)雜,引腳之間需要隔離,而且連接器還需要加裝外殼。
小尺寸的引腳和觸點留下更少的材料來建立指定連接,從而對它們可以承載的信號量甚至功率施加更嚴(yán)格的限制。較小的幾何形狀會產(chǎn)生額外的熱量,較小尺寸的連接會產(chǎn)生更大的電阻,因此必須散熱。組件布局更緊湊,周圍的空間更小,這也意味著,用于引導(dǎo)空氣來冷卻組件和連接器的空間減少。
較小的連接器導(dǎo)致信號傳輸量降低,并可能增加信號損失。選擇正確的連接器類型,并將其設(shè)計到印刷電路板上的適當(dāng)位置,會對其外形尺寸和整體信噪比性能產(chǎn)生重大積極影響。
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制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)
如果說電氣方面的設(shè)計需要創(chuàng)造性思維,那么制造工程方面也是如此。小型化連接器存在許多障礙,制造商必須學(xué)會清除這些障礙。
連接器可能非常小,這使得人們很難組裝它們,特別是當(dāng)連接器可能只有一粒米那么大時。這些較小的連接器也更脆弱,如果處理不當(dāng)很容易斷裂。這就會使裝配工作變得更加復(fù)雜和耗時,無論是用機器還是人來完成都是如此。在工廠的生產(chǎn)線上稍微用力過大,不僅會破壞連接器,還會破壞整個裝置,從而使運營成本大增。當(dāng)工廠生產(chǎn)線上的工人經(jīng)常需要在每天處理數(shù)千個連接器時,這些挑戰(zhàn)就會呈指數(shù)級增長。
制造商在使用它們進行設(shè)計時,除了面臨小型化連接器的脆弱特性外,還有許多其它考慮因素。其中包括了解如何修復(fù)損壞的連接器,采用正確的插配力,以及根據(jù)組件或設(shè)備的布局考慮所需的幾何形狀。所有這些制造挑戰(zhàn)使得選擇合適的連接器合作伙伴成為設(shè)計過程中必不可少的一步。
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小型化連接器專家
用如此小的連接器制造電子設(shè)備不僅是一項挑戰(zhàn),而且制造該連接器器件本身也是一項挑戰(zhàn)。對于許多設(shè)計師來說,連接器可能不是預(yù)先考慮的東西。的確,在一個充斥著最新時髦設(shè)備的帶有令人興奮細(xì)節(jié)的世界里,連接器可能會被忽視,但它們的重要性不容低估。
Molex莫仕開發(fā)了全系列微型連接器,以支持尺寸不斷縮小的電子應(yīng)用設(shè)備的需求。Molex莫仕提供各種線對板、刀片狀端子、帶狀、線對線、微型網(wǎng)格式、微型端子固位架、板端、板對板、柔性電路板、軟排線、板對柔性電路板、IEEE1386、USB和HDMI連接器,擁有一系列現(xiàn)成產(chǎn)品和專業(yè)技能,可幫助企業(yè)開發(fā)滿足其連接器需求的獨特解決方案。
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