許多具有多個印刷電路板的傳感器驅(qū)動操控單元現(xiàn)在具有數(shù)千公里的新布線和指數(shù)級數(shù)量的新聯(lián)接，全部這些都在密集的汽車架構(gòu)中爭奪空間。與此一同，越來越多的趨勢是輕量化部件，以前進燃油功率和更環(huán)保的汽車。
因而，制造商需求找到更智能的電子解決方案，以節(jié)約空間和減輕重量。工業(yè)制造商正在車內(nèi)廣泛選用小型化汽車連接器，因為操控單元內(nèi)的導(dǎo)線標(biāo)準(zhǔn)和封裝空間現(xiàn)已縮小。在某些情況下，所謂的“黑盒”組件包括非汽車微型汽車連接器。它們?nèi)鄙賹?/span>汽車惡劣環(huán)境的魯棒性，然后產(chǎn)生了一些模塊的質(zhì)量問題，并在某些情況下導(dǎo)致組件缺陷。
汽車OEM需求保證其收購的子系統(tǒng)模塊配備實在的汽車級汽車連接器——旨在符合LV214(歐洲)和USCAR2(美國)等標(biāo)準(zhǔn)和驗證要求。
在本文中，咱們將研討制造商怎樣經(jīng)過運用供應(yīng)實在汽車級穩(wěn)健性的微型汽車連接器，來結(jié)束戰(zhàn)略性節(jié)約空間的政策。具體來說，咱們研討了TEConnectivity的兩個用于汽車運用的小型化互連途徑：NanoMQS和MCON0.50互連系統(tǒng)，審視它們怎樣符合作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，供應(yīng)要害技術(shù)優(yōu)勢，并節(jié)約高達50%的空間。咱們還考慮了其他要素，這些要素有助于結(jié)束小型化元件的穩(wěn)固性，例如小線壓接質(zhì)量，并談?wù)撛鯓咏鉀Q高密度PCB引腳聯(lián)接上的金屬晶須生長所帶來的危險。
一、新的ECUS有必要滿足更嚴峻的汽車要求
聯(lián)網(wǎng)汽車改造正在咱們眼前產(chǎn)生。該作業(yè)正在迅速發(fā)展，動力總成電氣化和先進的駕馭輔佐系統(tǒng)(ADAS)的開發(fā)供應(yīng)了更大的舒適性和安全性，以及變得越來越雜亂和健壯的集成的車輛到悉數(shù)(V2X)聯(lián)接。全部這些新子系統(tǒng)都支撐硬件、傳感器和軟件。可是，它們有必要經(jīng)過一系列聯(lián)網(wǎng)的電子操控單元(ECU)或經(jīng)過新的完全冗余的核算系統(tǒng)辦法物理地集成到車輛中。
雖然自動駕馭汽車功用正在快速增長，但汽車架構(gòu)是空間受限的環(huán)境。制造商要求他們的協(xié)作同伴供應(yīng)更輕、更小型化的組件，以便在越來越多的ECU中釋放急需的電線聯(lián)接空間。
典型的豪華車包括多達80個ECU，每個ECU的雜亂程度都在不斷前進。每個ECU包括至少一個印刷電路板(PCB)和設(shè)備在PCB上的單個插頭。
ECU可以包容多達數(shù)百個電線聯(lián)接，這些聯(lián)接又包括在雜亂的線束系統(tǒng)中。此外，現(xiàn)有運用變得越來越雜亂，在車輛中引進了更多功用和ADAS。例如，新的LED前照燈單元最多可包括60個電路、15個汽車連接器和120個端子。
在將全部這些ECU或模塊聯(lián)接到車輛布線系統(tǒng)時，汽車制造商遇到技術(shù)應(yīng)戰(zhàn)。他們有必要保證它們堅持聯(lián)接和功用，以抵御比方振動、液體進入和車輛線束或不同子系統(tǒng)模塊中的極點溫度等不利條件，這些都或許中斷安全接連操作。
二、微型互連途徑怎樣結(jié)束創(chuàng)新
這些作業(yè)和技術(shù)趨勢需求下一代小型化互連途徑，以節(jié)約空間、堅持燃油功率并保證功用。為保證汽車級的魯棒性，全部汽車連接器和組件有必要符合全球OEM標(biāo)準(zhǔn)，如LV214和USCAR2。走運的是，這些解決方案現(xiàn)已在市場上出售。
本文探討了TEConnectivity(TE)解決方案，該解決方案可在車輛電氣布線架構(gòu)中結(jié)束空間節(jié)約，要害介紹NanoMQS端子和汽車連接器(這是十分成功的MQS系列的較小產(chǎn)品)，以及MCON0.50互連器(對標(biāo)“凈體”產(chǎn)品)。此外，本文還研討了較小導(dǎo)線的特定壓接應(yīng)戰(zhàn)和要求，以及金屬晶須在高密度PCB引腳聯(lián)接上生長的應(yīng)戰(zhàn)。
三、用于微型汽車聯(lián)接的TE解決方案
TE開端的MQS互連系統(tǒng)是在20多年前推出的。它已成為業(yè)界最成功的汽車互連解決方案之一，因其2.54毫米間距的高封裝密度和高度穩(wěn)健的汽車級規(guī)劃，而且具有兩個承認水準(zhǔn)。幾乎全部歐洲汽車制造商和全球許多汽車制造商都運用該系統(tǒng)。
多年來，跟著Micro-powerQuadlok(MpQ)和功率Quadlok(pQ)系列的推出，MQS途徑得到了擴展，可以承載更高的電流(圖1)。
圖1.MQS產(chǎn)品系列
四、NanoMQS端子和汽車連接器
依據(jù)MQS端子規(guī)劃，NanoMQS互連系統(tǒng)的推出旨在滿足制造商對ECU和PCB等電子元件小型化的需求。NanoMQS互連系統(tǒng)選用小型化端子(觸點)、汽車連接器和接頭，以處理密集的車輛電子設(shè)備問題。
圖2.NanoMQS端子
這種規(guī)劃可將PCB占位面積減少約50%，一同供應(yīng)高達3安培的額外電流容量。此外，NanoMQS互連系統(tǒng)可以包容小至0.13mm2的導(dǎo)線橫截面，使得制造商在需求時可減少線束重量。
密封版NanoMQS系統(tǒng)還具有高達400g的高度抗振功用。
五、汽車級微型端子供應(yīng)牢靠的功用
NanoMQS互連途徑的中心是單片式壓接端子(圖2)。
插座觸點的標(biāo)準(zhǔn)版別由鍍錫銅制成。它有從0.13mm2、0.17mm2、0.22mm2到0.35mm2的導(dǎo)線穿插部分。插座觸點規(guī)劃用于0.5x0.4毫米的觸摸刀片。
•帶鍍錫端子的類型經(jīng)認證適用于-40°C至130°C的環(huán)境溫度。
•帶鍍銀端子的類型可在高達170°C的條件下運用，因此適用于發(fā)動機艙區(qū)域內(nèi)的運用。
•帶鍍金端子的類型可使插拔次數(shù)添加100次。它還顯著下降了金屬腐蝕的或許性，延長了觸摸壽數(shù)和安全氣囊系統(tǒng)等安全運用的可用性。
NanoMQS端子和汽車連接器的標(biāo)稱載流量高達3安培?？墒?，它也可以支撐高達標(biāo)稱限值五倍的短峰值。當(dāng)插拔時，插座觸點經(jīng)過健壯的L形彈簧與相應(yīng)的刀片樹立兩個電觸摸點，該彈簧施加高法向力。
NanoMQS插座觸點選用封閉式規(guī)劃觸摸腔，與外殼上相對較大的引進倒角協(xié)作運用，保證導(dǎo)向刺進平穩(wěn)。這防止了刀片在協(xié)作期間與插座觸摸件磕碰(“短路”)，這或許因為不正確的刺然后變形并損壞觸摸槍。
在端子的頂部是一個承認噴槍，一旦端子完全刺進，該承認噴槍可聽見且有形地承認在塑料外殼上。承認矛桿為兩級觸摸堅持系統(tǒng)供應(yīng)主承認安排。經(jīng)過堵截可以看到承認孔，使制造商可以招認噴槍是否正確刺進(圖3和圖3A)。主承認設(shè)備的最大刺進力為5N，最小堅持力為25N。第二獨立的二級承認設(shè)備，其承認在殼體上的底切上，使得堅持力大于50N。
圖3：NanoMQS承認機制
圖3A：超卓閃現(xiàn)NanoMQS承認機制
六、NanoMQS極化承認機制可防止不正確的刺進
雖然標(biāo)準(zhǔn)小，但端子具有供應(yīng)極化橫截面的觸摸腔。這種規(guī)劃意味著可以有用消除不正確刺進的危險，而且可以安全方便地處理NanoMQS系統(tǒng)。與MQS途徑相同，NanoMQS途徑規(guī)劃具有20個插拔周期?？蛻艨梢赃x擇是經(jīng)過手動設(shè)備仍是全自動刺進，將端子放入塑料汽車連接器外殼中。
七、高等級熱塑性汽車連接器殼體和頭部的兩種選擇
NanoMQS外殼組件(接頭和汽車連接器)由高檔熱塑性塑料制成。有兩種版別，TopLatch(TL)和SideLatch(SL)，它們都可以垂直或平行于PCB。兩個版別之間的顯著差異是TL版其他承認設(shè)備的方位，其坐落殼體頂部的中心(圖4)。
圖4：NanoMQS觸摸的極化
NanoMQS外殼——頂部閂鎖(TL)版別
TL版其他中心承認設(shè)備方位使得更簡略并排設(shè)備汽車連接器，然后前進了包裝靈活性。例如，在開發(fā)新類型時，開端可以并排設(shè)備三個通用汽車連接器，以樹立多達96個引腳的高位互連。然后，制造商可以在不改動技術(shù)的情況下切換到單個客制化部件。
在TL版別中，外殼剛度經(jīng)過2個至32個方位的肋條加強。肋骨的首要作用是添加20個方位以上版其他承認選項。
NanoMQS外殼——周圍面閂鎖(SL)版別
在略微緊湊的SL版別上，承認設(shè)備坐落外殼的周圍面(圖5)。運用SL版別，該設(shè)備可以承認在多達20個方位，而無需加固肋條。此外，塑料承認和承認型材具有緊湊的幾何形狀。例如，汽車連接器和頭部前端之間的堆疊具有楔形形狀，以保證在汽車連接器協(xié)作期間兩個半部的滑潤引導(dǎo)。當(dāng)完全插拔時，堆疊導(dǎo)致由兩個彼此固定的楔形構(gòu)成的健壯的正聯(lián)接。
圖5.NanoMQS外殼：頂部承認和旁邊面承認版別
圖6：NanoMQS頭(左)與MQS頭比較較。
八、NanoMQS端子怎樣減縮50%的空間
NanoMQS系列端子規(guī)劃為標(biāo)稱距離，對應(yīng)于與PCB聯(lián)接的引腳之間的距離為1.8毫米。因而，與MQS端頭需求比較，NanoMQS端頭上相同數(shù)量的方位僅需求大約一半的空間(圖6)。
如圖所示，運用NanoMQS系統(tǒng)，MQS途徑的端頭占位面積從840mm2減少到411mm2。顯著，具有顯著封裝密度的下一代汽車架構(gòu)將需求高位互連。在發(fā)動機ECU中，Nano-MQS端子可以節(jié)約60%的ECU占位面積。目前的NanoMQS端子版別最多可包容320個方位。這使得NanoMQS途徑十分適宜混合汽車連接器，因為MQS系列的每個觸點都可以作為下一個標(biāo)準(zhǔn)的倍數(shù)集成到網(wǎng)格中(圖7)。二級承認設(shè)備在全部殼體上處于同一水平面上，使其具有減縮空間的才華。
圖7：NanoMQS頭(左)與MQS頭比較較。
九、NanoMQS途徑怎樣支撐四級高抗振性
車輛內(nèi)的電氣聯(lián)接有必要保持抗振動和抗沖擊性。比方NanoMQS互連系統(tǒng)之類的小型化組件一般布置在子系統(tǒng)模塊(稱為“黑匣子”)中，在難以接近的嚴重空間受限的空間中。
在歐洲，德國首要汽車制造商界說了LV214等標(biāo)準(zhǔn)的振動檢驗等級。NanoMQS系列的標(biāo)準(zhǔn)未密封版別符合LV2144級(鍍銀觸點)，有用加速度約為181m/s2。
這是值得注意的，因為NanoMQS系統(tǒng)滿足密封汽車連接器的要求。憑仗NanoMQS系統(tǒng)的高觸摸法向力，帶有附加密封的汽車連接器可完結(jié)三級振動，可完結(jié)近距離設(shè)備，并可在發(fā)動機直接設(shè)備時完結(jié)四級振動(圖8)。NanoMQS端子和汽車連接器規(guī)劃穩(wěn)固，還可滿足400g竇振動阻力要求，如噴射閥或其他直接發(fā)動機設(shè)備運用所規(guī)則的那樣。
圖8.NanoMQS系統(tǒng)，密封版外殼
十、為極點惡劣的汽車環(huán)境引進MCON0.50互連系統(tǒng)
MCON0.50互連系統(tǒng)是TEMCON互連產(chǎn)品系列的一部分，該產(chǎn)品系列專為在惡劣的汽車環(huán)境中布置而規(guī)劃。它是一個密封系統(tǒng)，選用特別規(guī)劃的硅膠密封圈。這些密封件可防止液體和濕氣進入電氣觸摸區(qū)域，這關(guān)于發(fā)動機艙區(qū)域中的運用是必需的。
MCON0.50端子和汽車連接器滿足LV2143級近距離設(shè)備要求和4級直接發(fā)動機設(shè)備要求。它還完結(jié)了IP9級其他防水維護。
與NanoMQS互連系統(tǒng)和MCON系列的其余部分不同，MCON0.50端子規(guī)劃沒有主承認噴槍，供應(yīng)所謂的“凈體辦法”(圖9)。
圖9.MCON0.50系統(tǒng)“凈體規(guī)劃”
這意味著沒有從汽車連接器伸出的法蘭將其承認在殼體內(nèi)的恰當(dāng)方位，然后構(gòu)成更清潔的車身概括。該規(guī)劃旨在最小化汽車連接器殼體內(nèi)部的任何磨損，因為這或許損害濕氣密封。密封版別供應(yīng)最高水密性和防潮性。MCON0.50系統(tǒng)可以浸沒在幾米深的水中，并從IPX蒸汽噴射器中吸收80巴的力。
表1：NanoMQS和MCON0.50途徑的標(biāo)準(zhǔn)和功用
十一、東西在自動處理中的作用
小型化汽車級元件的挑戰(zhàn)可延伸到電線端接和壓接進程。選用更小的電線端子，運用東西在保證高功用聯(lián)接和實在的汽車抗振性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
為什么較小的線路更難以壓接?
本質(zhì)上，小型化的端子由較薄的材料構(gòu)成，這意味著它們在壓接進程中更簡略變形或變形。這還意味著亮光的存在或突起方式的曲折變形變得愈加顯著，因為它可以構(gòu)成整個端子概括的更大百分比。這是有問題的，因為亮光或許阻止刺進或損壞汽車連接器殼體，特別是其密封部件。小線運用一般需求較小的東西空地以防止產(chǎn)生顯著的亮光。東西空地是指當(dāng)兩者處于壓接高度時壓接器和砧座之間的亮光擒縱空間。作為參閱，小至0.05mm的加工空地可以為壓接寬度為1.00mm的端子產(chǎn)生顯著的亮光。
較小的標(biāo)準(zhǔn)還使得在壓接進程中將導(dǎo)線精確地定位在端子內(nèi)更具挑戰(zhàn)性。小標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)線剛性較小，使其易于下垂或曲折，然后阻止刺進端子。類似地，在壓接施加?xùn)|西內(nèi)將端子對準(zhǔn)砧座愈加困難。
壓接不對稱是低質(zhì)量壓接的另一個特征，或許導(dǎo)致電氣和機械功用下降。端子在鐵砧上的不精確放置是不對稱和亮光的首要原因。這種不精確性或許是由不正確的設(shè)置或不合標(biāo)準(zhǔn)的端子饋送機制引起的。一般，高質(zhì)量的氣動進料施加比機械或低質(zhì)量的氣動進料施加更能產(chǎn)生精確的結(jié)果。
小線和小型端子的運用東西
用于小線壓接的TE施加運用高精度氣動或伺服進給安排。這些機制運用戶可以輕松地設(shè)置初始端子對準(zhǔn)，并在施加運用時保持一致的對準(zhǔn)。
TE在開發(fā)階段早期與協(xié)作同伴協(xié)作開發(fā)無缺的組件和東西解決方案，以滿足獨特的運用需求。TE依據(jù)汽車標(biāo)準(zhǔn)對這些組件和東西解決方案進行預(yù)檢驗，以便最終用戶獲得他們可以完全依靠的全體認證解決方案。
OCEAN施加2.0怎樣改進小線壓接
OCEAN施加2.0是TE系列施加中的最新產(chǎn)品，具有多項升級規(guī)劃，可改進小線壓接(小于0.35mm2)。一般規(guī)劃優(yōu)勢包括優(yōu)化的砧座幾何形狀，用于防止砧座未對準(zhǔn)的釘扎底板，以及新的黑色氮化外表，可顯著前進耐磨性(圖10)。
圖10.TE的OCEAN2.0施加
TE開發(fā)了一些功用來輔佐小線壓接，包括更簡略的進給調(diào)整和帶狀導(dǎo)向鎖的改進。除了新的優(yōu)化砧座幾何外，OCEAN施加2.0還選用了新的System3端子壓緊機制，以保證精確和穩(wěn)定的端子定位。它還供應(yīng)穩(wěn)固的壓接高度調(diào)節(jié)功用，以及承認機制。
制造商可以經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)壓接監(jiān)控系統(tǒng)對自動壓接進程進行質(zhì)量操控和驗證，這些系統(tǒng)也適用于細線。此外，TECrimpData運用程序使協(xié)作同伴可以對自動壓接進程進行有用的無線監(jiān)控，包括監(jiān)控循環(huán)次數(shù)設(shè)置報警以進行維護和更換備件。
TE的手動壓接?xùn)|西供應(yīng)與自動電線端接完全相同的壓接連接質(zhì)量。此外，手動?xùn)|西的良好人體工程學(xué)規(guī)劃使其可以在狹隘的空間內(nèi)運用。
十二、抗晶須壓接引腳電鍍
小型化的趨勢也添加了行業(yè)對防止金屬晶須構(gòu)成的解決方案的需求。車輛中越來越多的電子產(chǎn)品使得元件制造商將印刷電路板(PCB)聯(lián)接的壓合技術(shù)用作焊料解決方案的牢靠替代品。電鍍適用于壓接銷，以便于潤滑并防止因為氧化和其他原因構(gòu)成的外表損壞?，F(xiàn)在，這些電鍍?nèi)芤菏滓慑a(Sn)組成。
圖11.從壓接銷生長的錫須
但是，錫對晶須生長具有高度敏感性。當(dāng)錫膜遭到應(yīng)力時，例如當(dāng)它刺進PCB時，錫須可以從頭發(fā)狀結(jié)構(gòu)中自產(chǎn)生長。因為錫晶須是金屬，它們是導(dǎo)電的而且可以長到足以橋接到其他金屬部件。在極點情況下，它們或許會引起電子操作短路。在曩昔，經(jīng)過在電鍍中參與鉛來解決該問題。
鉛現(xiàn)已逐步退出制造流程，因為它會損害環(huán)境。因為汽車制造商正在減少引腳間并選用首要由錫制成的引腳電鍍解決方案，他們正在尋找新的替代品來下降錫須構(gòu)成的危險。
LITESURF鍍層
TE的LITESURF電鍍技術(shù)是一種用于壓接運用的抗晶須電鍍。它為汽車電子制造商供應(yīng)了錫的替代品，幾乎沒有晶須生長的危險。由所以根據(jù)鉍(Bi)，它具有環(huán)境可繼續(xù)性，完全無害。
LITESURF電鍍技術(shù)是經(jīng)過五年多研討和開發(fā)的效果，旨在研討無錫電鍍，以減輕晶須引發(fā)毛病的危險，并適用于壓接銷聯(lián)接的高應(yīng)力條件。LITESURF電鍍的開發(fā)是為了滿足制造商對逐步小型化、減小引腳間距以及在PCB上運用更小的汽車連接器標(biāo)準(zhǔn)的需求。
跟著TE的LITESURF電鍍技術(shù)的不斷開發(fā)，研討了逾越12種不同的沉積物組成，研討了晶須構(gòu)成以及影響出產(chǎn)進程(如熔化溫度)的其他行為特征。TE專家創(chuàng)建了全部選項的具體矩陣。TE研討得出結(jié)論，電鍍的最佳沉積物是電鍍的鉍基涂層。運用鉍具有額外的優(yōu)點，它使得制造商可以運用遵循典型的電鍍線工藝的運用工藝，該工藝與標(biāo)準(zhǔn)錫浴適當(dāng)。根據(jù)鉍的LITESURF電鍍可以在現(xiàn)有的電鍍出產(chǎn)線中施行，而無需任何額外的工藝改變。對逾越5,600個多彈簧和動作銷以及三種不同類型的PCB技術(shù)進行了廣泛的LITESURF電鍍檢驗。檢驗標(biāo)明，依據(jù)檢測到的顆粒的數(shù)量和巨細以及鉍的較低電導(dǎo)率(比錫的電導(dǎo)率低90%)，LITESURF電鍍可以將晶須產(chǎn)生率下降1,600倍以上。
圖12.LITESURF抗晶須電鍍組合物
結(jié)論
自從曲折發(fā)明以來，TE一向與汽車制造商協(xié)作，一同創(chuàng)建搶先的聯(lián)接解決方案，為創(chuàng)新和功用樹立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，汽車中電子技術(shù)的快速增長以及對小型化技術(shù)的需求帶來了新的挑戰(zhàn)，需求愈加技術(shù)先進的解決方案和實在的汽車級穩(wěn)固性。TE在開發(fā)進程的早期繼續(xù)與客戶互動，并作為一同創(chuàng)建解決方案的實在協(xié)作同伴，使車輛更智能，更安全。
TE可以為端子、汽車連接器、接頭和壓接技術(shù)以及一同開發(fā)的運用東西供應(yīng)聯(lián)接解決方案。這些解決方案可以將組件的PCB占用空間減少多達50%，一同作為具有預(yù)驗證接口的系統(tǒng)的一部分進行無縫互操作。此外，TE的小型互連系統(tǒng)專為惡劣環(huán)境運用而規(guī)劃，滿足LV214振動要求和防水等IP9等級。
TE可以在內(nèi)部支撐產(chǎn)品開發(fā)的全部方面。TE完全操控產(chǎn)品規(guī)劃和驗證的全部制造階段;開發(fā)，包括沖壓、模塑、電鍍和組裝;以及檢驗、質(zhì)量保證、運用和客戶支撐。這意味著咱們可以供應(yīng)更大的制造量靈活性，在要害流程的每個階段供應(yīng)高質(zhì)量的保證，并保證更快和受控的交貨時間。
