连接器如何以小体形提供高完整性信号链路

电线插入到插座外壳中，插座外壳再插入到板安装针座中，这样组成的有线连接非常流行。这种连接方式提供了一种简单、可靠且低成本的解决方案，能在相关产品的各个印刷电路板之间提供电源和通信路由，例如用于汽车、工业、照明和电信应用的产品。

不过，这些线对板连接确实存在一些缺点。例如，传统的连接器体积大且非常厚，因此不适合应用于紧凑设计中。另外，组装连接器和电缆可能比较困难，从而减慢了批量生产流程。

现在，随着超紧凑型连接器的推出，这个问题得以解决。这些连接器的厚度低至 1.4 毫米 (mm)，可兼容自动表面贴装组件和简化的电缆结构。尽管这些连接器很小，但能满足可靠有线连接的机械和电气完整性要求，并具有镀金触头、应力消除和锁定机构等功能特征，可在需要时轻松断开。

本文简要介绍了有线连接的优点，然后展示了新一代紧凑型连接器如何在电子产品中更容易利用这些优点。然后，本文使用来自 Molex 的产品示例对这些连接器进行剖析，以展示这些连接器如何以如此小的体形提供高完整性的信号链路，以及连接器和关联电缆的特征如何使其适合于大批量装配。

不断收缩的有线连接

对于单个产品内多个印刷电路板 (PCB) 之间的电力和信号传输，连接器和电缆有望提供一种简单、可靠且经济实惠的解决方案。但是，要使这种期望成为现实，这些连接必须足够可靠，确保即使在遭受振动、灰尘和高热的情况下仍具有高信号完整性。连接器制造商 Molex 提供了一种经过验证的解决方案，该公司开发了一种包含插座端子、插座外壳和针座的系统。

Molex 线对板系统的图解如图 2 所示。

图 2：Molex 线对板系统包括电线、插入插座外壳的插座端子，以及与外壳配接的针座组件。（图片来源：Molex）

这种类型的常规系统（例如 Molex 的 Mini-Lock 线对板系统）使用 2.5 mm 间距来间隔连接器引脚。尽管这些系统能有效地工作，但相对较宽的间距往往会使插座和针座的整体尺寸普遍较大。例如，板安装的 0534260610 6 路针座尺寸为 17.4 mm 宽 x 11.5 mm 深 x 6.7 mm 高（体积为 1340 mm3）。配接插座外壳 (0511020600) 尺寸为 15.5 mm 宽 x 9.5 mm 深 x 5.8 mm 高（体积为 850 mm3）。

最近，Molex 推出了间距更窄的线对板系统。此类产品包括 2 安培 (A) 的载流量，1.5 mm (5040500691) 和 1.0 mm (5037630691) 的 Pico-Lock 系统，以及 1.2 mm (0781715006) 的 Pico-EZmate 系统。引脚间距变窄使得连接器的整体尺寸明显缩小（表 1）。

表 1：Mini-Lock (0534260610)、Pico-Lock (5040500691 和 5037630691) 以及 Pico-EZmate 系列 (0781715006) 中六路针座的尺寸。（表格来源：Digi-Key Electronics）

由于连接器系统占用的电路板面积很小并且厚度非常薄（图 3），因此在先前因太小而无法采用线对板连接技术的产品中，工程师可利用可靠且经济实惠的线对板连接。

图 3：表面贴装的 Pico-Lock 针座具有 1.5 mm 的厚度，因此可用于紧凑型最终产品。（图片来源：Molex）

线对板连接器的关键元件

插座端子是使 Molex 连接器系统如此简单的关键元件。该元件首先压接到电线末端，然后插入到插座外壳中。Molex 提供各种插座端子，包括用于 24 – 28 AWG 电线及其 Pico-Lock 连接器的镀金端子 (5040520098)，以及用于 28 - 30 AWG 电线及 Pico-EZmate 系统的 0781720411。压接连接使用 0638275700 压接器等手动工具或自动压接系统来完成。

由压接的插座端子形成的连接（图 4）包括几个关键部分，如下所述：

• 喇叭口：这是在导体压接部位边缘上形成的喇叭口，用作穿入线束的漏斗。这个部分很重要，因为它可以降低插座端子上锐利的边缘割断或划破线束的可能性。
• 导线压接部位：这是连接中最重要的部分，通过端子围绕电线导线经机械压缩而形成，这会形成一条具有低电阻和高载流能力的通用电气路径，而无需进行额外的焊接操作。
• 导线刷：这是指在端子的接触侧延伸超过压接部位的线束（但不会侵入压接连接的配接区域）。此延伸很重要，因为它可以确保在压接过程中施加的机械压缩作用在电线导线的最大面积上。
• 绝缘层压接部位：这是端子的一部分，可提供电线支撑以插入外壳并消除应力。它需要尽可能牢固地固定住电线，而又不会切断导线。

图 4：Molex 插座端子和工具形成的压接连接的组成部分。（图片来源：Molex）

制作精良的压接连接具有以下特征（图 5）：

• 绝缘层压接部位可压缩而不会刺穿绝缘层
• 导线刷从导线压接部分前端伸出的长度至少等于导线的直径
• 在绝缘层和导线压接部分之间的区域可见绝缘层和导线
• 导线压接部分在前端和后端显示出喇叭口形状
• 过渡和配接部分不受压接过程干扰

图 5：结构良好的压接连接的特征包括：可压缩而不刺穿绝缘层的绝缘层压接部分，以及可见的喇叭口。（图片来源： Molex）

测量压接高度是一种非破坏性方法，能快速验证围绕电线导线经机械压缩的压接情况。压接高度定义为从所形成压接的顶部表面到底部径向表面测得的距离。由于冲头和铁钻工具之间的间隙，而在导线压接部位底部形成的挤压件（或小喇叭口），可进一步以可视方式指示压接质量。如果铁钻磨损或端子压接过度，则会导致过度挤压。如果冲头和铁钻未对齐或馈入调整不正确，也可能会导致挤压不均匀。

压接插座端子在组装后的机械对准也很重要；如果压接部分和配接部分由于扭曲或弯曲而未对准，则会无法将插座连接器插入连接器针座中。

成功成型后，压接插座端子将插入插座外壳中。如果压接插座端子已机械对准，这应该不难做到，但之后务必确保端子与针座正确接合。外壳通常包括锁定机构，用于防止端子在夹紧到位后因关联电线受到拉扯而断开。例如，Molex 针对 Pico-Lock 系列端子推出的 5037640601 6 路插座外壳具有一个模制矛杆，可与插座端子上的金属矛杆接合，以防止插座从外壳中拉出（图 6）。

图 6：在 Molex 的 Pico-Lock 系列中，插座端子上的矛杆与插座外壳上的模制矛杆配接，以将插座固定在位。（图片来源：Molex）

插座端子插入插座外壳后，即可将完整的电缆组件插入板安装针座。同样，该连接器系统的设计使这一点相对简单，前提是外壳和针座机械对准（由于连接器非常小，这确实需要小心谨慎）。与将插座端子锁定到插座外壳中以防止松脱的方式相同，外壳和针座也包括确保插入针座后不会轻易断开的机构。例如，Pico-Lock 系列的 6 路插座外壳包括一个摩擦锁和两个正向锁，外壳插入到针座中后，它们即会接合（图 7）。

图 7：Pico-Lock 针座包括一个摩擦锁和两个正向锁，以确保牢固接合。（图片来源：Molex）

专为自动化装配而打造

对于大批量产品的制造商而言，线对板系统可能会成为一个挑战，因为传统针座具有笨重的外形，并且通常采用通孔连接来安装到印刷电路板。（例如，Molex 的 Mini-Lock 0534260610 采用通孔技术。）此类特征使得无法使用自动贴片设备将连接器装配到板上，从而迫使制造商在生产线上增加人工工序，导致生产速度减慢。

为了克服这个问题，Molex 的 Pico-EZMate 和 Pico-Lock（板安装）针座采用了表面贴装设计。这些器件采用焊盘而不是通孔连接，并且可用于直接封装到自动贴片机所使用的卷盘中。此外，针座具有平坦的表面，有助于从贴片机真空喷嘴中拾取（图 8、9 和 10）。

图 8：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 连接器采用表面贴装设计。此处所示为 Pico-Lock 针座的焊盘型式。（图片来源：Molex）

图 9：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 连接器可以适用于自动贴片机的卷盘形式供货。此处所示为 Pico-Lock 针座的卷盘包装。（图片来源：Molex）

图 10：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 连接器具有大平坦表面，适用于自动贴装机的真空拾取工具。此处所示为 Pico-Lock 针座的拾取表面。6 路针座的尺寸“A”为 9.8 mm。（图片来源：Molex）

总结

线对板连接器系统提供了一种经过验证且低成本的解决方案，能在汽车、工业、照明和电信产品中的印刷电路板之间提供电源和信号路由。但是，传统设计相对较大的尺寸使其无法在更紧凑的最终产品中使用。

现在，新一代紧凑型线对板系统使工程师能够将这些产品的优点扩展到更小的装置中。只要按照制造商的规格装配产品，这些连接器系统就能够长期可靠地工作，即使具有最细引脚间距的连接器，也可以承载高达 2 A 的电流。

不仅如此，构成这些系统一部分的板安装针座设计可与大批量装配环境中常见的自动贴片机配合使用。