在空間受限的設計中善用小型佈線系統的優勢

隨著電子系統不斷縮小且功能密度增加，設計人員在確保穩固的互連層面也面臨挑戰。對於工業、醫療和軍事／航太領域來說更是如此。這些地方的連接器不只要緊湊，更要耐受振動、熱循環和其他壓力來源。為了因應這些挑戰，設計人員需要兼顧可靠性與空間效率的緊湊型互連解決方案。

本文將探討這類互連元件的關鍵要求，包括端子密度、穩固的配接機制、熱容差以及訊號和功率容量。接著會介紹 Samtec 的多用途連接器生態系統，然後說明此系統如何符合這些要求。

緊湊佈局的連接器設計和導線佈線

針對空間受限的設計挑選連接器時，有個很好的考量起點就是觸點的間距，稱為觸點間距。較小的間距通常可對應更緊湊的連接器。

可提供多種連接器樣式也非常有價值。例如，單排連接器可能是在狹窄空間內進行導線佈線的最佳選擇，而雙排款式則可提供更高的觸點密度。同樣地，也可將排針座垂直或水平安裝到印刷電路板 (PCB) 上，因此能更容易在狹小的空隙內工作。

在帶狀電纜和離散式電線之間挑選時也要多加考量。雖然每種解決方案各有優點，但離散式電線解決方案可提供更多的佈線選項。對於需要分支互連的應用來說尤其重要，因為單一電纜組件必須將來自裝置內多個位置的導線匯集在一起 (圖 1)。

圖 1：此離散式電線系統可用於簡化導線的匯集，並可在單一組件中使用多種連接器類型。(圖片來源：Samtec)

離散式電線的另一個優點在於，可以在單一組件中使用多種連接器樣式，以配合各種元件和子系統的要求。離散式電線還可以靈活地將電源和訊號導線結合在單一組件中中，並可選擇使用顏色編碼來識別每根導線的用途。

在嚴峻條件下確保連接器的保持力和熱相容性

互連可靠性的主要威脅之一就是在操作過程中意外斷開。在較大的系統中，螺絲、緊固件或螺帽等固定方法皆可在機械應力下避免分離。但在較小的系統中，通常都缺乏空間，因此這些作法並不實用。

在需要頻繁配接的系統中，這些挑戰會更加複雜。無論是出於維護需求、現場升級還是重新配置，要反覆地連接和斷開，就需要安全又容易使用的固定方法。

為了因應這些考量，通常需要緊湊的閉鎖機制。必須可用手就讓連接器穩固配接與斷開，且無需工具或輔助的緊固五金。

材料的挑選也是關鍵的考量因素之一。連接器外殼和電線的絕緣必須配合應用的環境條件，包括預期的工作溫度範圍，以及任何適用的安全或法規要求。

小型化互連元件的電力傳輸和訊號完整性

雖然尺寸對空間受限的設計來說是主要考量因素，但小型化連接器仍須符合電氣要求。即使具有窄觸點間距，互連元件仍要支援優異的訊號品質，並具有足夠的電流和電壓位準，以便傳輸電力。

基於這些考量，觸點和端子的設計更顯重要。在幾何形狀上，應確保有可靠的接觸面，並且材料應耐腐蝕，以便在時間推移下維持訊號完整性。雙葉設計在此時特別有用，因為有助於在寬溫範圍和振動曲線內保持一致的接觸壓力，這對於在嚴峻環境中避免訊號遺失或電力中斷來說至關重要。

適合空間受限系統的高效能互連平台

Samtec 的 Micro Mate 離散式電線系統專為滿足空間受限應用的需求而設計。Micro Mate 平台的特點在於採用 1 mm 觸點間距，因此可在整個產品系列中達到小巧的連接器覆蓋區。此解決方案可用於電纜對板、電纜對電纜，以及電纜對面板的應用，可提供廣泛的設計靈活性。此產品家族的關鍵特點包括：

• 單排或雙排配置，總共有 2 至 40 個觸點，可支援多種訊號和 I/O 密度要求
• 單閂鎖或雙閂鎖機構，可在機械應力環境中達到穩固配接
• 額定電壓高達 250 V_AC 和 353 V_DC，每個觸點的額定電流高達 2.7 A，可支援訊號和中等電力的配送
• 雙葉鍍金觸點系統，可在嚴峻的環境中達到一致的連接性和高訊號品質
• 選配的 Teflon 含氟聚合物外皮可增強化學物質抗性，並可相容於無鹵素或高溫應用

除了標準電纜組件外，Samtec亦提供客製化佈線用的元件層級解決方案。這些解決方案可支援打造客製化組件，以便在特定應用設計中達到最大化的空間效率和佈線靈活性。

現成組件可簡化整合作業

Micro Mate 電纜對電纜解決方案有個典型範例是 S1SS-08-28-GF-06.00-L1 (圖 2)，屬於 8 腳位、單排組件，可在每一端以矩形插座端接。

圖 2：S1SS-08-28-GF-06.00-L1 採用免工具的確閉閂鎖機制，可確保穩固的連接。(圖片來源：Samtec)

此解決方案有個值得注意的特點在於，連接器外殼內建堅固耐用的免工具確閉閂鎖機制。即使在惡劣的工作條件下，此閂鎖也能確保可靠的連接。更可在日常維護期間手動解耦，無需螺絲或緊固件，這對於在狹窄空間內不易使用工具的情況尤其有利。

電纜組件可配接多種 Micro Mate 排針座，其中含有一個整合式鎖定斜坡，可確保穩固連接。T1M-08-F-SV-L 就是值得注意的範例之一 (圖 3)。這種水平、表面黏著、薄型排針座可支援電路板邊緣安裝，有助於將 PCB 板上垂直高度降至最低。此配置的絕緣高度僅有 5.51 mm，可支援緊密的板對板間距，且無損機械堅固性。

圖 3：T1M-08-F-SV-L 排針座屬於水平、表面黏著解決方案，適用於垂直空間有限的應用。(圖片來源：Samtec)

免工具的面板安裝解決方案

在無法使用安裝螺絲或其他緊固件的情況，面板安裝式互連元件會帶來額外的挑戰。扣入式插片即可解決此問題。

例如 T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 (圖 4) 電纜對面板組件就具有堅固的插座，帶有整合的扣入式插片，能讓連接器自行固定在面板開口，因此無需專用固定五金。可支援的面板厚度介於 0.033 至 0.090 英寸 (in.)。

圖 4：T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 採用扣入式互連設計，可達到快速、免工具的面板安裝。(圖片來源：Samtec)

由於無需緊固件，設計人員可將寶貴的面板空間保留給其他功能元件，如指示燈、按鈕或開關。此組件亦可展示 Micro Mate 平台的多功能性。在此配置中，電纜會採用選配的 Teflon 含氟聚合物護套包住，額定溫度範圍為 -40°C 至 +125°C，可支援高溫或無鹵素應用。

客製化互連元件和工具支援

雖然現成的組件可針對眾多互連需求提供便利的解決方案，但空間受限的設計通常需要客製化配置。舉例而言，應用可能需要分支電纜佈線，或是在單排和雙排引腳佈局之間切換，以發揮最佳化的空間使用。這些技術在複雜的外殼中特別有用，例如手持式診斷工具或無人機子系統，在此情況下，電線必須穿過不規則的空間，並繞過其他機電元件。

為了滿足客製化要求，Samtec提供元件層級解決方案，能讓工程師從頭開始打造 Micro Mate組件，或是修改既有組件，以配合其需求。IDT1-05 (圖 5) 外罩插頭就是一個例子。此雙排解決方案可將觸點密度最大化。

圖 5：IDT1-05 外罩插頭可用於打造具有 10 條導線且採用雙排佈局的客製化組件。(圖片來源：Samtec)

客製化設計採用與工廠組裝產品相同的鍍金雙葉觸點。如同 TC37R-01-GF (圖 6) 觸點所示，可提供較大的配接表面並採用 0.076 μm 鍍金，可達到低電阻和長期可靠性。

圖 6：TC37R-01-GF 觸點採用雙葉鍍金設計，可達到低電阻和可靠性。(圖片來源：Samtec)

為了維持一致的連接品質，適當的工具不可或缺。Micro Mate 系列用的 CAT-HT-309-2830-12 (圖 7) 手動壓接工具有助於技術人員使用 28 或 30 AWG 電線打造客製化組件，並可配合工廠構建之解決方案的機械和電氣完整性。

圖 7：CAT-HT-309-2830-12 手動壓接工具可使用 28 或 30 AWG 電線，可靠地手動組裝 Micro Mate 互連元件。(圖片來源：Samtec)

結論

空間受限的系統需要的互連元件，必須在緊湊性、耐用性和電氣容量之間取得平衡。Micro Mate 離散式電線平台可利用小型化 1 mm 間距解決方案滿足這些需求。無論是要連接內部子系統，還是提供面板介面，此平台皆提供多種選項，可支援靈活、高效能的佈線設計。