如何在超緊湊型設計中利用線對板連接器的優點

有線連接是指電線插入插座外罩中，再插入板式安裝的排針座中，這種連接相當普遍。這是簡單、耐用且低成本的佈線解決方案，能在多種產品的各個 PC 板之間進行電源和通訊的佈線，包括汽車、工業、照明和電信應用的產品。

不過，這些線對板連接也有一些缺點。舉例來說，傳統的連接器體積大且比較厚，無法實際用於緊湊型設計。此外，連接器和纜線的組裝作業繁複，會拖慢量產流程。

隨著薄至 1.4 mm 超緊湊型連接器的推出，這個問題如今得以解決。此產品相容於自動化的表面黏著式組件以及簡化的纜線構造。這些連接器雖然很小，但符合機械與電氣完整性要求，可達到可靠的有線連結，並具有鍍金觸點、防拉能力與鎖定機構等功能，需要時能輕易斷開。

本文先簡單探討有線連接的優點，接著說明新一代的緊湊型連接器如何在電子產品中更輕鬆利用這些優勢。接著會以 Molex 的產品為例，探討這些連接器的構造，以說明這些連接器如何在小巧的外形下提供高完整性的訊號連結，以及這些連接器和相關纜線如何運用其特點以因應大量組裝作業。

不斷縮窄的有線連接

對於單一產品內多個印刷電路板 (PCB) 之間的電源與訊號傳輸，連接器與纜線可望提供簡單可靠且經濟實惠的解決方案。但要實現這一點，這些連接必須足夠耐用，確保即使暴露於振動、塵土和高溫中，也能達到較高的訊號完整性。連接器製造商 Molex 開發出一款經過驗證的解決方案。此系統包含插座端子、插座外罩和排針座 (圖 1)。

圖 1：線對板系統提供簡單、耐用且高完整性的連接解決方案。(圖片來源：Molex)

圖 2 顯示 Molex 線對板系統的圖解。

圖 2：Molex 線對板系統包含電線、插入插座外罩的插座端子，以及與外罩配接的排針座組件。(圖片來源：Molex)

這種傳統的系統 (如 Molex 的 Mini-Lock 線對板系統)，採用 2.5 mm 的連接器引腳間距。雖然這些系統運作良好，但相對較寬的間距往往會讓插座和排針座的整體尺寸變更大。例如，板式安裝的 0534260610 6 腳位排針座，尺寸為 17.4 mm 寬 x 11.5 mm 深 x 6.7 mm 高 (體積 1340 mm³)。配接插座外罩 (0511020600) 的尺寸為 15.5 mm 寬 x 9.5 mm 深 x 5.8 mm 高 (體積 850 mm³)。

Molex 最近推出間距更窄的線對板系統，如電流容量為 2 A 的 1.5 mm (5040500691) 和 1.0 mm (5037630691) Pico-Lock 系統，以及 1.2 mm (0781715006) Pico-EZmate 系統。引腳間距變窄所帶來的影響是，連接器的整體尺寸明顯縮小 (表 1)。

表 1：Mini-Lock (0534260610)、Pico-Lock (5040500691 和 5037630691)，以及 Pico-EZmate 系列 (0781715006) 的六腳位排針座尺寸。(表格來源：Digi-Key Electronics)

由於連接器系統佔用的板面積很小，而且外型很薄 (圖 3)，因此工程師可在過去太小而無法採用線對板連接技術的產品中，享受可靠且成本低廉的線對板連接優勢。

圖 3：表面黏著式 Pico-Lock 排針座的厚度僅有 1.5 mm，因此可用於緊湊型最終產品中。(圖片來源：Molex)

線對板連接器的關鍵要素

Molex 連接器系統相當簡約，其關鍵要素為插座端子。此元件首先會壓接到電線末端，然後再插入插座外罩。Molex 提供多種插座端子，包括鍍金端子 5040520098，可搭配 24 – 28 AWG 電線和 Pico-Lock 連接器使用；以及端子 0781720411，可搭配 28 - 30 AWG 電線和 Pico-EZmate 系統使用。壓接作業可使用 0638275700 壓接器等手工具或自動化壓接系統完成。

以壓接插座端子構建的連接 (圖 4)，包含以下幾個主要部分：

• 鐘形口：這是在導線壓接邊緣形成的喇叭口，當作線股的漏斗使用。此部分很重要，能降低插座端子尖銳邊緣割斷或劃破線股的機率。
• 導線壓接：這是最重要的連接元素，由端子圍繞電線導線再經過機械壓縮而成，即可形成一條具有低電阻和高載流能力的通用電氣路徑，無需進行額外的焊接作業。
• 導線刷：這是指超出端子觸點側壓接部分 (但未侵入壓接連接配接區) 的線股。此延伸非常重要，可確保在壓接過程中施加的機械壓縮能作用在電線導線的最大面積上。
• 絕緣壓接：此端子部分可提供電線支撐，協助插入外罩並達到防拉。此部分必須盡可能緊緊固定住電線，且不可貫穿導線。

圖 4：以 Molex 插座端子和工具構建的壓接連接組成部分。(圖片來源：Molex)

製作良好的壓接連接具有下列特性 (圖 5)：

• 絕緣壓接會壓縮但不會刺穿絕緣體
• 導線刷突出導線壓接部分的前端，伸出的長度至少為電線導線的直徑
• 在絕緣體和導線壓接部分之間的區域可以看到絕緣體和導線
• 導線壓接部分的前後端都呈現鐘形口形狀
• 過渡與配接部分未受到壓接過程影響

圖 5：製作良好的壓接連接，其特性包括絕緣壓接會壓縮但不會刺穿絕緣體，而且可以看見鐘形口。(圖片來源：Molex)

透過壓接高度的測量，即可用非破壞性的方式，快速確認圍繞電線導線經由機械壓縮進行壓接的情況。根據定義，壓接高度是指從成形壓接頂部表面到底部徑向表面所測得的距離。沖頭和砧座工具之間的間隙，會在導線壓接底部形成擠壓成型 (又稱小型喇叭口)，可藉此進一步目視檢查壓接的品質。如果砧座磨損或端子壓接過度，則會導致過度擠壓。如果沖頭和砧座沒有對齊或饋送調整錯誤，則可能會導致擠壓不均勻。

壓接的插座端子在組裝後也必須機械對齊；壓接部分和配接部分若因扭轉或彎曲而錯位，插槽連接器則無法插入到連接器排針座中。

順利成型後，壓接的插座端子便會插入插座外罩中。如果壓接的插座端子已機械對齊，這應該不難做到，但要確保端子隨後會正確與排針座接合。外罩通常包含鎖定機構，可避免端子在固定到位後因拉扯相關電線而斷開。例如，Molex 針對 Pico-Lock 系列端子開發的 5037640601 6 腳位插座外罩，即在外罩上設有一個模製叉戢，此叉戢可與插座端子上的金屬叉戢扣合，防止插座從外罩中拉出 (圖 6)。

圖 6：在 Molex 的 Pico-Lock 系列中，插座端子上的叉戢可與插座外罩上的模製叉戢配接，將插座固定到位。(圖片來源：Molex)

插座端子插入插座外罩後，即可將完整的纜線組件插入板式安裝的排針座中。連接器系統的設計再次促成此操作簡便性，但前提是外罩和排針座必須機械對齊 (由於連接器非常小，需要特別細心)。與插座端子鎖入插座外罩以防鬆脫一樣，外罩和排針座也含有相應的機構，可確保排針座在插入後不會輕易斷開。例如，Pico-Lock 系列的 6 腳位插座外罩就含有一個摩擦鎖和兩個確閉鎖，當外罩插入排針座後，兩者即會接合 (圖 7)。

圖 7：Pico-Lock 排針座含有一個摩擦鎖和兩個確閉鎖，可確保穩固接合。(圖片來源：Molex)

專為自動化組裝而打造

線對板系統對於大量產品製造商來說可能是個挑戰，原因在於傳統的排針座外型古怪，且通常以通孔連接方式安裝在 PC 板上。(例如 Molex 的 Mini-Lock 0534260610 便採用通孔式技術)。礙於這些特點，因此無法使用自動置放設備在板件上組裝連接器，迫使製造商在生產線上增加人工作業，而拖慢生產速度。

為了克服此難題，Molex 推出專為表面黏著而設計的 Pico-EZMate 和 Pico-Lock (板式安裝) 排針座。這些元件採用焊墊而非通孔式連接，且能直接封裝到自動置放機器所用的捲帶中。此外，這些排針座還設有扁平表面，有助於用置放機器真空管嘴拾取 (圖 8、9 和 10)。

圖 8：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 連接器專為表面黏著而設計。此處顯示 Pico-Lock 排針座的焊墊配置。(圖片來源：Molex)

圖 9：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 連接器能以適合自動置放機器的捲帶形式供貨。此處顯示 Pico-Lock 排針座的捲帶包裝。(圖片來源：Molex)

圖 10：Molex 的 Pico-Lock 和 Pico-EZmate 連接器設有大型扁平表面，以便自動置放機器真空拾取工具操作。此處顯示 Pico-Lock 排針座的拾取表面。在 6 腳位排針座中，尺寸「A」為 9.8 mm。(圖片來源：Molex)

結論

線對板連接器系統是經過實證且成本低廉的佈線方法，能在汽車、工業、照明和電信產品的 PC 板之間提供電源和訊號路徑。然而，傳統設計礙於龐大尺寸，因此無法用於較為緊湊的最終產品。

現在，新一代的緊湊型線對板系統可讓工程師將這些產品的優點延伸到尺寸更小的裝置。只要按照製造商的規格來組裝產品，這些連接器系統即可長期可靠地工作，即使是引腳間距最小的連接器，也可達到高達 2 A 的載流量。

此外，這些系統中的板式安裝排針座，可與大量組裝環境中常見的自動置放機器搭配使用。