微型連接器僅僅做到縮小體積是遠遠不夠的,它們還必須堅固,並且滿足與大型連接器相同的性能標準,同時還須具備足夠的強健性,以便在組裝進成品之後,仍能經久耐用。
在微型連接器的品質與耐久性不斷提高的同時,它們可應用的產品範圍也越來越寬廣。包括超小型(Subminiature)、微小型及超微小型連接器在內的微型連接器市場,正由於諸多原因而在不斷地擴大之中。其中一個因素就是商用產品市場的蓬勃發展,其中包括手機和其他手持設備等。
隨著這類產品使用量的增長,市場對尺寸和外形更小的元件的需求也越來越殷切。其他主要市場包括航太與國防以及醫療。由於電子設備的尺寸不斷縮小而且結構變得更複雜,印刷電路板(PCB)上的空間就顯得益加珍貴,因此需要越來越小的連接器。
手持設備關鍵技術為微型連接器
手持設備的市場規模極為龐大,帶動了能夠提供極高資料速率的微型連接器之發展。例如10Gbit/s的板對板連接器已經極為常見,而一些先進的微型板對板連接器更可處理高達20Gbit/s的速率。
在這類應用中所使用的連接器體積極其小巧。目前已有廠商開發出此類連結器,如Molex的板對板連接器的螺距可小至0.35毫米,而柔性印刷電路(Flexible Printed Circuit, FPC)連接器的螺距則可小到0.20毫米。連接器的尺寸取決於具體的應用,例如印刷電路板的生產過程非常重視空間,而連接器越小,則可騰出較大的空間給其他元件,使設計人員的工作變得比較容易一點。
除了保證堅固性外,微型連接器還必須簡單易用。例如,有業者在一些板對板連接器上加了金屬蓋釘(Metal Cover Nail),不但提高了連接器外殼的強度,並降低了裝配過程中發生斷裂的可能性,從而提供進一步的保護。SlimStack Armor板對板連接器的配對高度僅為0.60毫米,所提供的金屬蓋釘在操作電源的同時,還可在裝配過程中為外殼壁提供保護。此外,具有更寬引入對齊(Lead-in Alignment)功能的微型連接器,可幫助裝配人員在插入連接器時找到最有效的插入點。在插入後確保良好的保持力,對於微型連接器尤為重要。另外,可聽到的喀嚓聲以及觸感之類的功能,還可以讓技術人員知道連接器是否已正確插入。
SMP/SMPM連接器助力航太/國防工業應用
在航太與國防工業中,經常會使用羽量級的高頻射頻微型連接器,例如26GHz範圍的超小型推入式(SMP)連接器以及40GHz範圍的超小型推入式微型(SMPM)連接器(比SMP連接器小30%)已經被廣泛地應用在各種板對板和線纜對板應用之中。這類應用包括陸基的(Ground-based)雷達和飛機通訊系統。雖然陸基雷達的設備尺寸不算小,但其中可能含有數十萬個元件,而微型連接器則有助於縮小整體的體積。同樣地,羽量級微型連接器則有助於減輕噴氣式飛機的總重量。此外,射頻連接器在低功率設置下非常有效,同時具有極低的訊號雜訊比,也能夠傳輸複雜的訊號。
醫療器械須符合非磁性特點
對於其他類型的微型連接器來說,醫療已經成為一關鍵性的應用領域,其中連接器一般用於觀察儀器(Scope)和探針之類的設備。醫療器械用的連接器必須是無磁性的,這就需要以無電鍍鎳磷(Electroless Nickel Phosphorous)來取代傳統連接器中使用的鎳鍍層。其他應用包括核磁共振機和電腦斷層掃描器之類的醫療設備,但是這類設備往往會使用體積較大的連接器。
所有微型連接器用戶共同面對的一個挑戰,就是如何開發生產線纜元件。這需要有技術精湛的技術人員來修剪小型線纜,並端接起微型連接器。例如,SMP連接器中一個觸點的外徑只有0.015英寸,而SMPM連接器的觸點外徑則只有0.012英寸。
線纜元件密度提高/體積縮小 實現印刷電路板空間最大化
這樣一來,涉及微型連接器的裝配製程通常就需要一定程度的自動化,例如繞帶捲盤封裝的製程,在這種製程中,元件是由捲盤中的紙帶或塑膠帶供應,而這個捲盤則是安裝在自動化的取放機中,取放機則會把各組件安裝到印刷電路板上。
如上所述,推動微型連接器使用的因素之一,就是為了實現印刷電路板空間最大化的需求。因此,設計人員也要對其所使用的連接器尺寸「妥協」。例如,目前使用螺旋式SMA(超小型A版本連接器)的設計人員可能會轉而採用更加緊湊的SMP,因為下一代模組的尺寸還會再縮小。此外,越來越多用戶開始使用多埠連接器模組(Block),比如4個以上、6個以上和8個以上格式的MPRF。這類連接器模組讓裝配技術人員只要對一個模組進行螺紋加工或將其焊入即可,而毋須分開處理多個獨立的單元。這樣的做法將有助於減少公差的疊加,能夠簡化並加快裝配的流程。
儘管含有微型連接器設備的設計與裝配過程具有諸多挑戰,但裝配領域中一些現成可用的專業知識卻可讓此一流程變得比較簡單一些。在設備體積不斷縮小的同時,設計人員需要進一步深入瞭解現今的微型連接器技術,並且充分利用其中的優點。
(本文作者皆任職於Molex)