使用直接插入的絕緣置換連接器，可簡化組裝操作並縮減物料清單

工程師經常針對多腳位互連，選擇使用絕緣置換連接器 (IDC) 及相關的帶狀纜線，這是因為這些元件具有高觸點密度及單步驟大量端接，而且無需剝線。IDC 使用者一般會認為，這些元件是由一個兩件式連接器配置構成，並有兩半配接的公引腳與母座。這些 IDC 有多種樣式 (例如板式安裝或自由懸掛式)，具有 8 到 50 個腳位 (一般)，並與多芯扁平帶狀纜線搭配使用。

儘管 IDC 有許多優點，但設計人員總是尋求降低直接零件成本、縮減物料清單 (BOM)、簡化購買和採買流程，以及簡化生產環境中的組裝流程。只要使用單個 IDC 連接器來端接扁平纜線，同時不需要搭配輔助式配接連接器，就能達成這些目標。

這一創新打破了有關 IDC 連接器的「傳統思維」，並被 Würth Elektronik 用於 WR-WST REDFIT IDC SKEDD 扁平纜線 IDC 連接器中。此產品使用 PC 板作為配接觸點，因此能降低成本及簡化組裝，並縮減物料清單，而這一切完全不影響效能。本文首先將探討此類 IDC 連接器創新背後的推手，然後再介紹 WR-WST 連接器，以及如何善用此元件。

什麼是 IDC？為何需要這些元件？

IDC 能輕易快速地端接許多訊號線和電源線，也能輕易快速地連接和斷開連接路徑，藉此解決多種問題 (圖 1)。IDC 型纜線組件廣泛用於許多應用中，例如鄰近的 PC 板之間，或製程 PC 與相對較遠的使用者顯示器／小鍵盤組件之間。在某些設計中，扁平纜線甚至會用作撓性「匯流排」，不僅支援纜線端連接，也能支援沿撓性纜線放置連接器，進而讓其他 PC 板能連接至共用的路徑。

圖 1：IDC 纜線組件採用大量端接的壓接式公母配接連接器，以及此款 16 線組件等多線扁平帶狀纜線；除了此彩虹色範例，帶狀纜線也可以是單色纜線。(圖片來源：eBay)

50 多年前就已經開發出 IDC 技術。此技術從採用至今，已廣泛使用且衍生出各種可用版本，不但觸點密度更高、單個連接器的觸點更多，更有其他方面的改進。顧名思義，IDC 技術的原理是置換 (即推開) 纜線導線 (電線) 四周的一些絕緣體，讓電氣直接連接至銅體 (圖 2)。此技術無需剝除電線的絕緣體，因為觸點尖銳的金屬邊緣會刺穿絕緣體，形成氣密連接。

圖 2 (上)

圖 2 (下)

圖 2：在 IDC 連接器中，連接器頂部向下壓，可同時壓接觸點並刺穿纜線中所有電線的絕緣體 (上)。檢視已移除連接器頂部的連接器組件 (下)，可看到觸點伸出電線絕緣體。(圖片來源：Jaycar Electronics 參考規格書)

絕緣材料可乾淨俐落地劈開又不會讓裂口超出穿刺區，這一技術開發是 IDC 能被大量實際採用的眾多技術進展之一。由於在扁平帶狀配置中有許多電線，能同時進行許多此類端接，因此 IDC 纜線有時候也稱作「大量端接」連接器。為了確保可靠連接，初代的 IDC 必須使用實心線，不過隨著技術進步，IDC 很快也同樣適用於絞線。

目前有許多標準的公母配接對版本可用，包括焊接在 PC 板上的連接器，以及將纜線端進行端接的自由懸掛式連接器。這樣，IDC 纜線組件便能連接至板式安裝連接器，或其他 IDC 纜線。

例如，Würth 的 61201023021 是一款雙排、10 腳位、間距 2.54 mm 的矩形 IDC 插座 (母端) 連接器，且壓接在纜線上 (圖 3)。反之，如果纜線需要公引腳連接器，可使用輔助性的 Würth 61201025821 IDC 排針座連接器 (圖 4)。針對公連接器或母連接器，均有對應的連接器安裝於 PC 板上，以完成線對板路徑。請注意，雖然這些是 10 腳位式連接器，但 Würth 的 WR-BHD 簡易牛角和 IDC 連接器系列可擴展至 60 腳位連接器。

圖 3：Würth Elektronik 的 61201023021 IDC 是一款雙排、10 腳位、間距 2.54 mm 的矩形插座 (母端) 連接器。此產品是設計壓接在自由懸掛式扁平帶狀纜線上。(圖片來源：Würth Elektronik)

圖 4：含有公引腳的 Würth 61201025821 IDC 排針座連接器，是 Wurth 61201023021 IDC 的補充元件。(圖片來源：Würth Elektronik)

IDC 及其扁平帶狀纜線提供各種腳位和選項，包括引腳間距 0.050 in (1.27 mm) 或 0.10 in (2.54 mm)，以及引腳數量。電流容量額定值上限通常為 1 A 至 3 A，線規介於 30 AWG 薄線和較大的 22 AWG 規格。此外，針對曾經廣泛使用的 DB-25、DB-15 及 DB-9 尺寸 (常搭配 RS-232 介面)，也提供了用於 DB-xx 連接的 IDC。

某些工業領域建立了特定的 IDC 類型，以便能將不同製造商的連接元件互換。例如，個人電腦領域有以下的共通標準：

• 3.5 in IDE 桌上型電腦硬碟：間距 2.54 mm、40 支引腳、2 × 20 (2 排各 20 個引腳)
• 2.5 in IDE 桌上型電腦硬碟：間距 2.00 mm、44 支引腳、2 × 22
• SCSI 8 位元：間距 2.54 mm、50 支引腳、2 × 25
• SCSI 16 位元：間距 1.27 mm、68 支引腳、2 × 34

對於上述所有連接器，電腦製造商通常會在帶狀纜線一端，附掛母 IDC 連接器，同時在電腦主機板上裝有匹配的公簡易牛角或排針。此外，在電話接線的「壓線」盒中，也有搭配單芯電線使用的單觸點配置。在現場接線時，技術人員可以用特殊工具，將絕緣電線推入目標單觸點位置的尖叉端子之間。

演進至單件式 IDC 配接

多觸點 IDC 纜線組件需要配接連接器，這似乎是個顯而易見、甚至無法避免的情況，而且由來已久。不過，有個較新的方法是將 PC 板作為配接連接器，取代母端 (插座) 配接部分 (圖 5)。

圖 5：Würth Elektronik 的 REDFIT IDC SKEDD 連接器扁平纜線 IDC 系列，可直接插入 PC 板上大小適當的電鍍通孔，這樣就不需要匹配的母端 IDC。(圖片來源：Würth Elektronik)

這就是 Würth Elektronik 的 REDFIT IDC SKEDD 連接器扁平纜線 IDC 系列的原理。如同所有 IDC 纜線，此連接器先連接至扁平帶狀纜線，但接著直接插入 PC 板上大小適當的電鍍孔或通孔 (與「垂直互連接入」同義)。結果能藉由減少的觸點和組裝步驟，以較低的成本進行可靠的連接。

這是一種免焊的手動插拔式可逆連接器，表示此連接器無需特殊工具即能拔除，而不像某些壓式或扣入式連接器，必須使用特殊工具或進行扭轉才能拔除 (圖 6)。此連接器採 1.27 mm 間距 (通常稱作「半間距」)，每個連接器提供 4 至 20 (偶數) 個觸點；Würth 10 腳位的 490107671012 連接器具有代表性規格。

圖 6：REDFIT IDC SKEDD 連接器是個免焊的手插拔式可逆 IDC，表示此元件無需特殊工具即可插拔。(圖片來源：Würth Elektronik)

REDFIT IDC SKEDD 連接器鎖定的應用，包括消費性電子產品、太陽能電源系統安裝、工業電子裝置，以及需要接線的機械工程專案等。廠商保證，在現場可提供至少 10 次插拔，在原型台 (環境條件更好) 則可達 25 次。

對許多除了進行一次性修理或升級而不會拆裝的產品來說，這樣的額定值非常合適。整個系統的接觸電阻規定為 10 mΩ，電流容量上限和電壓額定值則分別為 1 A 及 100 V。如果需要，可在場外或工廠中製作 28 AWG (1.27 mm) 纜線。

材料科學實現需求

為了能實現初次插拔和多次插拔，REDFIT IDC SKEDD 的觸點對必須適應彼此，使得金屬不會像某些觸點設計中一樣，發生塑性形變。相較之下，SKEDD 觸點包含兩個連接於頂點的連接臂；甚至在插入並連接後，撓性叉型連接臂仍保持彈性狀態，確保形成可逆連接 (圖 7)。

圖 7：在插入期間和插入後，SKEDD 觸點的兩個連接臂將保持彈性狀態；這是此元件能維持接觸力、也能拔除及再插入的關鍵因素。(圖片來源：Würth Elektronik)

在插入過程結束時，撓性 SKEDD 觸點的彈簧硬度達到最高值。在此狀態下，觸點有足夠高的法向力，能確保訊號不會因為機械壓力而中斷超過 1 µs。

壓合技術使用已久，SKEDD 觸點和技術也許看起來只是個精密度更高的壓合技術，但事實並非如此。壓合方法會將實心的引腳壓入電鍍通孔中。引腳與通孔間的摩擦力很高，足以在表面間形成同質冷焊，確保電氣和機械完整性。但是電鍍通孔也會在此壓合過程中變形，移除實心引腳時，此連接也會斷開。

使用壓合技術時，如果以撓性引腳取代實心引腳，雖然電鍍的通孔能保持完好，但引腳材料本身會變形。撓性引腳由於機械連接強度不像實心引腳般強勁，因此仍能移除，但引腳本身會受損而不堪使用。

相較之下，SKEDD 方法採用彈性配接，觸點和電鍍通孔都不會生塑性形變，因此能確保配接對不會劣化，可重新連接，而四向接觸可強化可靠度 (圖 8)。

圖 8：如果使用壓合技術，實心引腳或撓性引腳在插入時會使通孔或是引腳變形，但 SKEDD 觸點本身不會變形，也不會使通孔變形；如果想確保能重新插入連接器和觸點，這種性質非常重要。(圖片來源：Würth Elektronik)

互連的優勢與商機

在傳統 IDC 纜線的典型應用中，纜線兩端具有連接器，會和相對應的板式安裝連接器配接，以連結相鄰的 PC 板。藉由使用 REDFIT IDC SKEDD 連接器，設計人員可獲得多項好處：

• 不需要配接板連接器；如果兩端均接上 REDFIT IDC SKEDD 連接器，就能省下兩個零件。
• 由於 REDFIT IDC SKEDD 連接器可插入電路板的頂部或底部，因此在扁平帶狀纜線佈線和相對的板間距與方向上，就會更有彈性，而且能進行更短的直接連接 (圖 9)。
• 最後則是，可減輕重量和節省材料。在某些設計中，這或許不重要，但在許多設計中是很重要的因素。

圖 9：REDFIT IDC SKEDD 連接器能插入到 PC 板的任何一側，因此在進行纜線佈線和放置連接板時，能提供更多選項。(圖片來源：Würth Elektronik)

REDFIT IDC SKEDD 連接器的塑膠外罩，是高連接器效能的重要元素。此外罩有兩個導引銷，兩者在對角的直徑略為不同，並確保配接方向正確，並避免在組裝時出現反轉極性錯誤 (圖 10)。外罩採用抗高溫的塑膠材料，額定值介於 -25⁰C 至 +105⁰C，符合 UL94 V-0 可燃性標準，且具備絕佳的化學抗性，加上熱膨脹係數低，可將熱循環導致的故障減至最少。

圖 10：導引銷在連接器外罩對角的直徑略為不同，能預防反向插入連接器。(圖片來源：Würth Elektronik)

為預防因振動導致的斷續接觸，除了每個引腳有四個觸點，每個塑膠板導軌上還有兩個小摩擦鎖，作為被動鎖定系統。結果形成一個免工具端接，能在插入時自行鎖定，而且能持續連線到手動斷接為止。

電路板製造規格已完整定義，輕易就能滿足要求

正確製造 PC 板通孔，是成功有效運用 REDFIT IDC SKEDD 連接器的必要條件。不過，這不成問題，因為關鍵性條件與現今的標準 PC 板規格相稱。製造通孔不需要特殊步驟，亦不需要超過一般要求的 PC 板容差精確度。

尺寸圖標註出整個連接器的 PC 板佈局和鑽孔尺寸，以及生產板中成品通孔的相關容差 (圖 11)。請注意，如果是經常要求更多插入／拔除循環次數的原型測試和除錯，則會提供容差更大的鑽孔配置。

圖 11：為了讓生產 PC 板孔洞佈局和大小設計，能接受 REDFIT IDC SKEDD 連接器及容差，指定的尺寸和容差與現代 PC 板製造標準相稱 (左)；針對除錯應用修改的鑽孔配置，已經稍微放寬容差，並允許更多的插入／拔除循環次數 (右)。(圖片來源：Würth Elektronik)

結論

兩件式 IDC 纜線組件和系統已沿用多年，經證明是有價值且廣泛使用的多線互連方法。現在，Würth Elektronik 的單件式 REDFIT IDC SKEDD 連接器扁平纜線 IDC 系列，提供了一種不需要配接母 IDC 插座的替代方法。此系列改用可徒手插入／拔除的公引腳連接器插頭，可直接插入 PC 板中。這麼做能降低成本、縮減物料清單、避免因其他來源而發生潛在的間歇性接觸錯誤，並為纜線佈線和電路板配置提供更多選項。

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Würth Elektronik 的 REDFIT IDC SKEDD 連接器解決方案

Würth Elektronik 的 Würth Elektronik eiSos 的 REDFIT IDC–SKEDD 連接器

參考資料

1. “Jaycar Electronics Reference Data Sheet” (Internet Archive Wayback Machine)
2. “Insulation-displacement connector” (Wikipedia)