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文章正文
浮动式板对板连接器性能优势及前景分析
作者:    发布于:2021-12-10 08:15:52    文字:【】【】【

随着终端的设备往高性能化方向发展,对于重要零部件的电子控制需求也在迅速增加,对连接器的可靠性要求也进一步提高。

其中,板对板连接器分为两种类型:“刚性”和“浮动”。“刚性”连接器之间的连接是固定的,在不具有浮动功能的刚性连接器情况下,如果在安装过程中发生错位,这样会导致连接器嵌合时出现损坏;即使嵌合成功,在焊接部施加应力的情况下产生的振动,冲击或加热则可能导致焊料开裂并造成导通故障。

面对这些连接难题,浮动式板对板连接器应运而生。

“浮动连接器”(FloatingConnector)是具有在基板上实装时,吸收、矫正±X、±Y方向误差(公差)功能的板对板连接器。

 

浮动式板对板连接器有什么优势?

1、消除错位,便于PCB组装连接器

连接器在组装各种组件于PCB上时,所有安装位置都必须准确无误,而浮动式板对板连接器在PCB组装时,可以消除基板实装错位以及嵌合时的位置偏移,使得其与PCB自动化装配工艺更加具有兼容性。传统的板对板连接器可能需要人工进行组装,而浮动连接器可实现高效的自动化PCB组装。

“浮动式板对板连接器特殊的优势性能以及可全自动化组装,可助力企业实现智能制造、无人工厂。因此原有的设计方案很多都会改用成为浮动式板对板连接器。”厦门广泓工贸有限公司总经理陈炳水说到。

2、设计灵活,单个PCB可容纳多个板对板连接器

在实际应用中,PCB的连接有时会涉及到多个连接点,若使用传统板对板连接器,想要准确的对齐非常困难,而浮动式板对板连接器能够轻松消除公差的性能优势使单个PCB可轻松容纳多个板对板连接器,提高布局、布线的自由度,增加设计的灵活性。

 

3、减少应力,实现可靠配接

在传统板对板连接器上,外部的冲击和振动容易导致连接器错位而产生应力,累积的应力可能会传递到PCB以及其他连接器和焊点上,导致主机发生故障。而浮动式板对板连接器在内部配备了弹簧机构,吸收基板实装错位以及嵌合时的位置偏移,而此期间产生的应力都将由弹簧承受,能够减少有效减少因错位带来的应力,防止焊点断裂,实现可靠配接。

 

可在多领域替代传统板对板连接器

基于上述特性,浮动式板对板连接器相比于传统板对板连接器优势也更加明显,具体体现在各种车载、工控及消费电子等领域的应用中。

1、工业应用:PLC,CNC,工业PC,传感器单元和控制器等。

“工业设备的工作环境都是高震动的,浮动连接器就十分适合应用在工业设备中。”广泓工贸陈炳水说到。

换言之,浮动式板对板连接器的抗振耐压性能可调节和吸收由于持续振动产生的形变或磨损。因此,工业设备成为了浮动式板对板连接器主要的应用领域之一。

2、汽车应用:无线模块、发动机ECU、车载导航系统、影音系统、雷达系统以及电池管理系统等。

目前汽车市场正专注于研究ADAS和无人驾驶系统,这需要安装更多高性能的车载ECU以确保汽车的安全性能。在这种高性能的ECU内部需要进行更多的信息处理,由于其内部使用了多个PCB板,所以对于板对板连接器的需求也随之增加。

而车子在行驶过程中的震动频率较高,浮动板对板连接器其中软性的弹簧结构可能够减少汽车在行驶过程中产生的震动,吸收应力防止开裂,保证产品的高可靠性。

此外,格康电子科技(深圳)有限公司市场经理谢英吉还表示,新能源车型(车载导航)的PCB板上所使用的连接器数量会越来越多。“如果我们仍然使用传统连接器的话,在规格上要求特别严格。而浮动板对板连接器的位移功能消除公差之后在规格上的要求就可以放宽一些,同时还可以确保其信号传输的稳定性。”

3、消费电子:LED显示屏

由于LED显示屏是由小块显示屏拼凑而成,传统的连接方式无法一步到位,较难满足其装配需求,而浮动式板对板连接器可以轻松对位,调整LED显示屏拼接过程中的间隙,保证整个屏幕可以完整拼接。

据格康电子谢英吉介绍,一个130寸LED显示屏会用到大约100套浮动式板对板连接器,浮动式板对板连接器的特性使其在LED显示屏行业得以广泛应用。

未来发展趋势:小型化、多功能集成

随着产品小型化趋势的逐步推进,这也推动了对连接器小尺寸的需求。同时,大多现有的连接器无法同时达到大电流、高速率,需要用很多颗不同的连接器来传输信号、电流。而浮动式板对板连接器正慢慢地集这些性能于一身。

格康电子谢英吉说,目前的浮动式板对板连接器更多的是传输信号为主,未来要同时具备信号及大电流传输的功能,集成后可有效节省整个PCB的空间,在未来产品小型化的趋势下可用一个浮动式板对板连接器满足多个功能。

小型化、集成化既是方向也是挑战。

安费诺奥罗拉科技(惠州)有限公司设计总监韩奇表示,浮动板对板连接器也因为其特殊的浮动式结构,要小型化存在一定的局限性,因此往更小的间距(如:0.3mm、0.4mm)、更低的高度做到浮动,这是一大难点。

广泓工贸陈炳水补充到,浮动式板对板连接器在多功能集成、可靠性高的前提下,体积也会比普通的板对板连接器更大,但是这也就意味着会在很多应用场景中有所限制。因此浮动式板对板连接器的下一个挑战就是,在可浮动、高可靠的前提下进行小型化以适应更多场景。

如何保证产品品质?

在浮动式板对板连接器进一步扩大市场应用的同时,仍需继续提高其产品品质。从前期的模具设计、原材料选择、仿真模拟再到后期测试都有所讲究,保证产品精度、结构性能和电气性能等符合客户以及行业的要求。

格康电子谢英吉总结了以下几点:浮动板对板连接器在前期的结构设计时要尽量满足其生产制造时可以实现自动化生产。其次在材料的选择上,为保证连接器端子的弹性功能和屈服强度,通过选择高品质磷铜保证连接器在浮动过程中达到最好的状态。同时,为兼顾回流焊和波峰焊两种焊接方式,格康电子选材时选择LCP材料。在产品的接触端则采用更厚的镀金以确保产品接触的可靠性。

同时,产品精细度还取决于材料和模具。

“模具和材料的精度会直接反应在连接器零部件上”奥罗拉韩奇说,比如在铜材的选择上,铜材的杂质多会导致产品性能不稳定,对零部件的精度产生很大的影响。

韩奇认为这是一个磨合的过程,从模具的供应商到模具材料的选择,再到下游厂商对于结构设计的要求,每个阶段都需要磨合。

广泓工贸从仿真设计到材料的选择上会选择国内外的大厂来确保产品的制造质量,再到后期成品导入第三方的测试机构来测试产品的性能和可靠性。

“我们公司一直以来都有跟ABB、松下、飞利浦、GE等国际大企进行合作,在前期设计、生产运营的管控等方面都有着很高的标准和要求,每年对工厂进行验厂时,我们都可以达标。”广泓工贸陈炳水补充到。

面对蓝海市场 企业如何布局?

据了解,在浮动板对板连接器这一领域较具有代表性的企业有意力速、广濑、KEL、JAE等,它们在浮动连接器版块涉入早、规格全且掌握着核心技术,因此以往浮动连接器也大多依赖进口。

而现在越来越多的国内外企业瞄准这一领域进行布局。值得一提的是,部分中国本土企业,也通过研发已经慢慢的掌握核心技术,具备较为成熟的工艺且可以实现量产了。

“根据我们跟客户的调研,浮动式板对板连接器的市场的确是会越来越大,同时我们优势肯定也会比外商更大。”格康电子谢英吉说。

格康电子接下来将继续扩大布局LED、车载以及工控市场,将现有的产品更新迭代,同时进一步降低成本。“如果未来浮动式板对板连接器的成本降得和普通板对板连接器差不多,我相信会有更多的客户选择浮动式板对板连接器。”谢英吉说到。

广泓工贸也在持续加大对浮动板对板连接器的投入,通过扩大东莞工厂的生产规模、新增专门的浮动式板对板连接器制造车间、增购设备来持续扩产,同时还将在美国设立办事处。此外,还不断的在对产品进行优化,在模具的精度、产品的结构设计等方面做改善和提高。

奥罗拉则将在未来继续在车载影像等板块持续推广浮动板对板连接器,“希望在未来我们的浮动式板对板连接器可以在中国乃至世界做到前端。”奥罗拉韩奇说。

奥罗拉始终紧跟龙头客户的需求在做产品开发,“在研发的时候至少要比市面上通用的连接器再高1-2个等级,这样客户的产品在更新迭代的时候,就可以继续沿用我们的连接器。同时还要完善连接器不同的嵌合高度、将电流传输能力做到5A、10A、数据传输能力研发至10G以上。”

结语

《国际线缆与连接》通过与行业专业人士探讨浮动式板对板连接器在市场应用中的优势及前景,了解到这一类连接器将会得到更广泛的普及。而国内本土企业在交期和就近服务客户的优势明显,国产替代空间广阔。接下来,如何将产品更加精细化、突破小型化的技术难点、降本增效,更好的发挥浮动式板对板连接器的优势也是连接器厂商亟需解决的问题。


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