21世纪信息终端连接器技术的发展 |
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| 随着信息技术的发展和在各行各业中的渗透和应用,例如家电业,正在经历着一场深刻的信息化**,家电产品已经不再只是彩电、冰箱和收录机等传统的电子产品,而融计算机、网络通信和消费类电子产品为一体的信息化家电终端,如PC多媒体、个人数字助理PDA、个人移动通讯终端以及DVD、机顶盒STB、MP3播放机和数码摄像机等等将逐渐成为家电业的主流。信息化电家终端的形成和蓬勃发展为信息化家电连接器创造了极大的发展空间。 |
| 信息终端连接器的发展及趋势 |
| 标准化、模块化、小型化、数字化高速传输是未来信息化终端产品发展的主要趋势,因为标准化的模块设计是解决日益复杂的电路结构和多功能复合的*简单、*有效的方法,面对这种趋势和需求,未来信息化家电连接器将会逐步发展成两大类主流产品,一是机内(或模块内)表面贴装的微型连接器;二是机外(或模块外)高速传输的小型接口连接器,并能电磁兼容。 |
| 1.机内微型化的表面贴装连接器 |
随着小型化和高速自动化组装技术的发展,使各种表面贴装形式的元器件迅速发展起来,并正在各个领域逐渐取代穿孔式插装元件,而作为电子信号传输枢纽的电连接器,与诸如表面贴装的阻容片式元件、集成块等静态元器件不同,由于其机械插拔的动态特性和实时操作性使其集成化、微型化的难度相对较大,因此,电连接器的表面贴装和微型化发展一直落后于其他电子元件的微型化,至今仍没有形成一个统一的国际标准。但近几年在移动通信终端和手机电脑等便携式产品市场巨大的需求刺激下,表面贴装微型连接器得到了迅猛发展,良好的市场前景吸引了众多的厂商涉足这一领域,国外各大连接器厂商纷纷推出了自己的表面贴装(SMC)微型连接器,其接触件间距由(2.00mm)、1.27mm发展到0.8mm、0.5mm,甚至目前已有厂商推出了0.3mm的柔性印制板FPC连接器,而安装高度也由10mm发展到现在的2mm。*近,日本JAE公司已开发出了安装高度仅1.5mm的板-板连接器。由于表面安装微型连接器接触件引脚短,且印制板无须开孔,与传统的穿孔安装式连接器相比,更能满足信号的高速传输,同时微小的尺寸更易于实现高密度的互连,其应用范围因此在不断扩大,目前在手机、DVD、MP3播放机、数码相机等信息化家电产品中已开始大量使用,未来将有望成为信息化家电产品机内的主流连接器,其发展空间十分巨大。
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| 2.机外小型化、高速传输电磁兼容的接口连接器 |
新型接口连接器是面向新一代信息化家电产品的I/O连接器,随着数字电子技术的迅猛发展,电子信号的频率越来越高,传输速度越来越快,而连接器是数字传输系统中的一个瓶颈,传统的接口连接器要**解决由于高频信号的高速传输带来的串扰、衰减、阻抗匹配和电磁兼容等问题非常困难,无论是从数据传输还是从小型化方面均无法满足新一代信息化家电产品的需要,取而代之的将是超薄型小间距的IEC61076-3-100/101接口连接器、多功能复合的高速接口连接器以及满足串行传输USB和IEEE1394接口的USB连接器和IEEE1394连接器等。尽管在未来若干年内鉴于前后兼容和过渡等方面的原因,传统的接口连接器还将被作为低成本互连的主要解决方案,但其市场需求和价格将逐渐下降,其发展空间有限。
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目前D型连接器的技术已经成熟,几乎每一个连接器厂都能生产,激烈的价格竞争和需求的下降,使各大制造厂商均将开发的重点转向小尺寸的D型连接和功能型的D型连接器,如满足PC99标准的彩色标码D型连接器等等,但由于结构上的限制,其传输特性仍然难以提高。因此,近年来,国外推出了符合IEC61076-3-100和IEC61076-3-101的1.27mm小间距超薄型接口连接器,这种连接器具有较小的外形尺寸,良好的电磁兼容性和传输特性,因而在许多便携式小型化产品中得到广泛应用,并逐渐向其他领域如医疗电子设备、工业测试等渗透,其市场前景十分乐观。
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另一个趋势是小型化的多功能高速接口连接器,它可以将低频触点、高频同轴口和具有不同截止频率的滤波组件复合于一体,满足不同频段信号的不同传输技术要求。二十一世纪将是信息爆炸的时代,信息的产生、传递、接收、处理和储存都都需求依赖电磁波作为载体,各种信息化电子产品的普及、应用,使得有限空间内的电磁环境受到严重污染。就一个系统而言,各种电磁干扰EMI在接口处*为严重,它是EMI进出的“窗口”。众所周知,电磁干扰以两种方式存在,即辐射型干扰和传导型干扰,对辐射型EMI,可以采用屏蔽的方式来防护,而对传导型的EMI,滤波则是*有效的防护手段,因此具有滤波功能接口连接器*能满足电子产品的电磁兼容性。继美国、德国、日本、韩国等之后,我国也于2000年1月1日起开始强制执行EMC标准,达不到EMC标准的电子产品包括家用电器已不准再生产和销售,电磁兼容性已成为产品质量不可缺少的目标。由于成本和制造等方面的原因,滤波连接器目前还主要用于**领域,但随着滤波性能日趋完善,成本不断降低和可靠性的提高,未来滤波连接器和具有滤波功能的接口连接器将完全有望在信息化家电中得到普及和应用,其发展潜力巨大。
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另一类具有电磁兼容特性的同轴连接器主要用于射频段的信号传输,其发展趋势是精密化、高频化,目前正在研制110G高性能精密同轴连接器未来也有望在信息终端中实用化。
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在多媒体计算机领域中,高速串行驱动器的适用性及并行总线的限制是导致机箱内外并行方式向串行方式转移的重要原因。随着PC接口从并行向串行的转变,通用串行接口USB以其高速的数据传输特性而被越来越多的PC厂家所采纳,并有望逐步取代目前机箱后部众多的串/并口,到目前为止,USB已经在PC机的多种多媒体外设上得到了应用,包括数码相机、数码摄像机、音频系统、显示器等等,支持USB的PC及外设越来越多,在软件上USB也已成为windows98的一个关键部件,并在windows2000中得到支持,这极大程度刺激了USB接口连接器的研制和开发,使众多的厂商涉足到这一领域。目前商用型USB连接器已开始使用,国外有的公司已开发出符合USB2.0并向前兼容USB1.1的0.8mm间距超小型USB连接器,其体积仅有现有USB连接器的1/4。它主要面向便携式和手持结构的电脑、移动电话和PDA等小型信息化家电。
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| 另一个高速串行总线IEEE1394接口由于技术含量高,投入大,目前还主要用于如MP3播放机、DVD播放机、机顶盒STB、数码摄像机等信息家电和外部存储这样高宽度、大容量的设备中,多数的PC厂商还没有采纳这种接口标准,但IEEE1394在高传输和节点的对等连接等方面较USB具有更高的优越性,因此,其发展前景仍然十分看好。 |
| 未来信息终端的连接器技术 |
| 无论是对机内微型化的表面贴装连接器,还是机外高频高速传输的电磁兼容接口连接器,发展趋势都是小型化高密度、贴装化、高速化和标准化。面对这种需求,连接器的技术必须有实质性的改变,这种变化主要体现在以下几个方面: |
| 1.设计技术 |
| 传统连接器的设计技术已经较为成熟,由于系统对传统连接器的性能特别是电气特性方面的要求并不高,更多的是侧重于其实现可分离的电路连接,这种设计需要考虑的因素不多,设计技术相对容易,但随着传输信号的高频化和高速化,系统对连接器的要求特别是电气性能方面的要求越来越高,而且越来越苛刻,设计变量增加很多,而且很多是基于系统的变量,而不仅仅是连接器本身的变量,因而未来连接器的设计理念将发生变化,不再是孤立的单个连接器元件设计,而是基于互连系统的整体性设计,连接器的设计将变成整个互连系统的设计,系统的观念将被引入到连接器的设计中,并贯穿于整个设计过程。 |
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| 其次是连接器设计方式的变化,连接器的设计将不再是单纯的结构和机械性设计,而是考虑传输信号完整性的电气性能设计,传统的电接触性、绝缘耐压等电气性能设计并不是问题,性能设计的难点和关键在于如何通过整体结构方案的设计去解决由于高频信号高速传输带来的分布电容和电感等而发生的干扰、串音;阻抗不匹配造成的衰减、反射以及传输延迟,信号失真和误码等问题,比如在结构上采用缩减传输路径、填隙、平衡、接地、屏蔽、微带以及使各芯长度相等、减少断点、优化电接点、减小线间电容等等,在材料上,接触件选用高弹性、抗蠕变、耐疲劳的高导电率材料;绝缘体选用高介电常数、耐回流焊、热膨胀匹配、没有离子杂质、高流动性,更易薄壁成型的材料。目前能满足电性能和成型工艺的*小壁厚是0.2mm,将来可能会达到0.1mm,甚至更小,随着连接器设计技术和材料工业的日新月异,绝缘材料结构、铜结构及互连设计结构将**它所能达到的更高电路运行速度的极限。 |
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| “系统”的引入,设计变量的增加将使连接器的设计变得越来越复杂,越来越困难,这对连接器的设计是一个巨大的挑战,因为性能变量不同于机械结构变量,它是抽象的;另一方面这些抽象的性能变量之间以及它们与结构变量之间关系的分析、计算、处理不是普通的二维、三维设计技术所能解决的。因此,未来信息化家电连接器的设计手段将会更加先进,并不断革新,采用动态仿真、性能分析、预测与三维造型等先进软件的集成,通过结构模型、解析表达式和电性能模型的分析、计算与预测、仿真,使各种变量达到*佳的状态,从而**解决由于高频信号高速传输起的一系列问题,而日益先进的计算机技术也将为未来信息终端连接器的设计提供*强有力的支持。 |
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| 2、制造技术 |
| 就信息终端而言，它对于品质、低成本、大批量方面的要求较其他类的电子产品更加强烈，因而“零件生产模具化、产品组装自动化”将是未来信息终端连接器件的主生产方式。上等的产品需要精密的制造，要达到小尺寸、微公差、高性能，连接器的制造技术需要不断改进。模具的精密制造技术、高速精密冲压成型技术、连续复合精密电镀技术、程控精密微量注塑技术以及带有性能反馈和自动监测的自动化精密组装技术将构成未来信息化家电连接器制造的关键技术。而制造业的不断发展将会为连接器的精密制造提供有力保证。 |
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| 另一方面，随着信息化家电电路模块和接口的标准化，各种非标准的专用连接器将大大减小，因此，“标准连接器的系列化制造”将是未来连接器制造的一个主要内容，能够适应整个标准系列产品生产，能够进行快速调节适应市场变化的具有较强应变能力的一种“柔性”制造体系将产生并成为各制造商的努力方向，对于规模化生产来讲，要建立这样一种具有快速反应能力的“柔性”制造体系可能是一种真正的挑战。 |
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| 3、测试技术 |
| 由于新一代信息终端电赋予了连接器新的性能、新的要求，测试内容将不再仅局限于一些像绝缘耐压、分离力、冲击、振动、高低温等基本的电气、机械和环境性能，连接器将被放入系统中作为整个传输线路上不可分割的一个元素,去测试其诸如串扰率、传输速率衰减、反射系数、阻抗等电气性能。这些参数是连接器在系统中的性能指标，是通过给系统一定的输入条件后测得的，单就连接器而言，考核这些指标并无太大意义，因而连接器的测试依然要引入“系统”的观念和“系统”的方法，同时，为了适应标准化连接器的系列化生产，各种在线检测技术将越来越受到重视。 |
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| 4、连接器制造行业将重新排序 |
| 新一代信息终端的蓬勃发展，将给连接器制造业带来无限的机遇，随之而来的也将是激烈的竞争，谁能抓住机遇，尽快调整产品结构，谁就能在未来的信息终端连接器市场占据主动。信息终端连接器需要高的技术、大的投入，没有技术实力和资金实力的企业将逐渐退出或被兼并，连接器行业将重新定位，重新排序。可以说信息终端推动了连接器技术的发展和连接器行业的变化。 |