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从微型到毫微型:连接器技术的一场革命

2008年01月14日 09:52:00 中国传动网

由于模拟电路让位于数字电路及电子设备从有线连接转向无线连接,整机设备设计也正从台式转向便携式发展。由于设计向着便携方向发展,系统耐用性变得极为重要。 系统设计工程师已经开始先设计构造预先试验的模块,然后作为一种主要的构建技术将其叠加或盲插。这就需要毫微级的互连器件。医疗工业乃至军事/宇航工业的制造商正推动着系统沿着这一模块化方向发展以满足复杂信号所要求的尺寸、重量及电流的降低。为应对这些挑战,新的连接器设计必须适应增强的电性能及耐久性的综合要求而且还要降低互连系统的尺寸和重量。 尺寸和重量优势 得到改进的机加工、模压设备及材料已经能在结构上进一步减小连接器的尺寸。尽管二者的尺寸和重量满足MIL-PRF-83513,但与等同的微型D形连接器重2.60g相比,21位毫微型连接器仅重0.4g。此外,37位微型D形连接器需要的空间比37位板安装或印制板连接器大4倍。 设计和材料的选择是成功降低尺寸的关键。设计的核心是弹性插针。要形成高接触强度、低接触电阻并在数以千计的插拔中保持性能须采用具有特殊拉伸退火性能的铍铜材料。铍铜厚度与长度及形状的主要规格可确保微小型连接器插针的长寿命和长久性能。 绝缘外壳大部分为注入模压式液晶聚合物,某些老式设计采用聚亚苯基硫。当0.025"间距使得插针间的绝缘体仅10~11密耳时,这类绝缘材料仍具有高的保持性和高的电绝缘强度。高可靠连接器体可以由用于插入式及低振动应用的绝缘材料制成,但大部分高振动及高冲击应用要求金属外壳。 耐久可靠性 耐久性取决于良好的安装设计。力和加速度是在严酷应用中测试连接器强度的关键因素。由于具有合理的安装托架,毫微型连接器可以通过10000Gs以上的振动和冲击,如在起火和发射的条件下。 纳米圆形连接器 与毫微型圆形连接器相比较,微型圆形连接器(0.050"间距)就很大了。当装上间距为0.025"的插针和插孔时,在相同的圆形区域,可使用达4倍多的互连器件。新型电路的电流大多要求小于1A,因为数字处理使得电缆组件内采用更小线规的导线以适应纳米圆形连接器。因此互连系统总重量和直径大大减小。毫微型电缆的一个额外益处是增大了柔性,因为直径更小的电缆更易于在受到严格限制的位置选路。 根据应用,毫微型圆形连接器有很多型式,金属外壳型毫微型圆形连接器是耐久性最高的,具有极佳的应变消除递减及手柄机构。它们为屏蔽电缆配备360密封圈,并采用环境密封以防护浸渍。通常,它们用于将远程探测器、传感器及仪器仪表连接到设备前面板上。毫微型圆形连接器是模压或安装进系统工程师自己的仪器内。这种方法节省了大部分空间并允许设备或探测器拥有自己完整的电机及机械连接器。 其它解决方案 模块在形状上是独特的且在某些情况下连续的移动或旋转。微型机器人、伺服、回转仪系统及石油钻探均要涉及开发程度高的电子元部件。这些模块被装置在电路功能工作区附近以确保最佳的信号性能。 常规电线一般太大,太硬或者说甚至太贵而无法安装。新型计算机自动绘图系统可快速模拟毫微型柔性电路以适应致密的点。高密度、低占空柔性毫微型连接器已成为许多困难设计的重要解决方案。 由于模块功能性的增强,它们操控的导线数量也在不断增长。插针数也在增加。在模块的电缆一端,微型连接器可解决许多尺寸及重量问题。但通常系统的传感器端或板到板接口端要求更高密度的互连。解决的方案是微型-毫微型电缆或柔性系统。高接触,高插拔系统采用的微型连接器最终在另一端被接入高密度0.025"间距毫微型连接器。 结论 小型化、轻重量及严酷应用正在上升。数字电子、高速传输系统及小型机器人均需要增大密度及电路数量。当前毫微型连接器众多的应用中包括军事/宇航工业中的无人驾驶航天器(UAVs),显示器,导弹制导;医疗工业中的磁共振线圈,外科钻孔及数字听诊器;航天应用中的通信卫星、火星探测器及航天飞机的导航。 毫微型连接器已经在军事及宇航应用中得到证明。此外,它们已经服务于医疗及石油工业且正在进入范围广泛的便携式及摇控产品。新型设计使得毫微型连接器正在取代微型连接器,如高密度纳米圆形连接器正在取代许多体形较大的微型圆形连接器。电路和板的设计者将由此扩大视野,毫微型连接器有助于完成目标。

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