許多具有多個(gè)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)量的新銜接，所有這些都在密集的汽車架構(gòu)中搶奪空間。與此同時(shí)，越來越多的趨勢是輕量化部件，以進(jìn)步燃油功率和更環(huán)保的汽車。
因而，制作商需求找到更智能的電子解決方案，以節(jié)約空間和減輕分量。工業(yè)制作商正在車內(nèi)廣泛選用小型化汽車連接器，因?yàn)椴倏貑卧獌?nèi)的導(dǎo)線尺度和封裝空間已經(jīng)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，從而產(chǎn)生了一些模塊的質(zhì)量問題，并在某些情況下導(dǎo)致組件毛病。
汽車OEM需求保證其采購的子體系模塊配備真正的汽車級汽車連接器——旨在契合LV214(歐洲)和USCAR2(美國)等規(guī)范和驗(yàn)證要求。
在本文中，咱們將研討制作商怎么經(jīng)過運(yùn)用供給真正汽車級穩(wěn)健性的微型汽車連接器，來完成戰(zhàn)略性節(jié)約空間的方針。具體來說，咱們研討了TEConnectivity的兩個(gè)用于汽車運(yùn)用的小型化互連渠道：NanoMQS和MCON0.50互連體系，審視它們怎么契合職業(yè)規(guī)范，供給要害技術(shù)優(yōu)勢，并節(jié)約高達(dá)50%的空間。咱們還考慮了其他因素，這些因素有助于完成小型化元件的鞏固性，例如小線壓接質(zhì)量，并評論怎么解決高密度PCB引腳銜接上的金屬晶須成長所帶來的危險(xiǎn)。
一、新的ECUS有必要滿足更嚴(yán)厲的汽車要求
聯(lián)網(wǎng)汽車革新正在咱們眼前產(chǎn)生。該職業(yè)正在迅速發(fā)展，動力總成電氣化和先進(jìn)的駕駛輔佐體系(ADAS)的開發(fā)供給了更大的舒適性和安全性，以及變得越來越雜亂和強(qiáng)壯的集成的車輛到全部(V2X)銜接。所有這些新子體系都支持硬件、傳感器和軟件。但是，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)過新的徹底冗余的計(jì)算體系辦法物理地集成到車輛中。
雖然自動駕駛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。制作商要求他們的合作伙伴供給更輕、更小型化的組件，以便在越來越多的ECU中釋放急需的電線銜接空間。
典型的豪華車包括多達(dá)80個(gè)ECU，每個(gè)ECU的雜亂程度都在不斷進(jìn)步。每個(gè)ECU包括至少一個(gè)印刷電路板(PCB)和安裝在PCB上的單個(gè)插頭。
ECU能夠包容多達(dá)數(shù)百個(gè)電線銜接，這些銜接又包括在雜亂的線束體系中。此外，現(xiàn)有運(yùn)用變得越來越雜亂，在車輛中引入了更多功用和ADAS。例如，新的LED前照燈單元最多可包括60個(gè)電路、15個(gè)汽車連接器和120個(gè)端子。
在將所有這些ECU或模塊銜接到車輛布線體系時(shí)，汽車制作商遇到技術(shù)應(yīng)戰(zhàn)。他們有必要保證它們堅(jiān)持銜接和功用，以反抗諸如振蕩、液體進(jìn)入和車輛線束或不同子體系模塊中的極端溫度等不利條件，這些都可能中斷安全接連操作。
二、微型互連渠道怎么完成創(chuàng)新
這些職業(yè)和技術(shù)趨勢需求下一代小型化互連渠道，以節(jié)約空間、堅(jiān)持燃油功率并保證性能。為保證汽車級的魯棒性，所有汽車連接器和組件有必要契合全球OEM規(guī)范，如LV214和USCAR2。走運(yùn)的是，這些解決方案已經(jīng)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)中完成空間節(jié)約，要點(diǎn)介紹NanoMQS端子和汽車連接器(這是非常成功的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引腳銜接上成長的應(yīng)戰(zhàn)。
三、用于微型汽車銜接的TE解決方案
TE最初的MQS互連體系是在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)健的汽車級設(shè)計(jì)，并且具有兩個(gè)鎖定水準(zhǔn)。幾乎所有歐洲汽車制作商和全球眾多汽車制作商都運(yùn)用該體系。
多年來，跟著Micro-powerQuadlok(MpQ)和功率Quadlok(pQ)系列的推出，MQS渠道得到了擴(kuò)展，能夠承載更高的電流(圖1)。
圖1.MQS產(chǎn)品系列
四、NanoMQS端子和汽車連接器
根據(jù)MQS端子規(guī)劃，NanoMQS互連體系的推出旨在滿意制造商對ECU和PCB等電子元件小型化的需求。NanoMQS互連體系采用小型化端子(觸點(diǎn))、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占位面積削減約50%，一起供給高達(dá)3安培的額定電流容量。此外，NanoMQS互連體系可以包容小至0.13mm2的導(dǎo)線橫截面，使得制造商在需要時(shí)可削減線束分量。
密封版NanoMQS體系還具有高達(dá)400g的高度抗振功能。
五、汽車級微型端子供給牢靠的功能
NanoMQS互連平臺的核心是單片式壓接端子(圖2)。
插座觸點(diǎn)的規(guī)范版別由鍍錫銅制成。它有從0.13mm2、0.17mm2、0.22mm2到0.35mm2的導(dǎo)線穿插部分。插座觸點(diǎn)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(rèn)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(dá)170°C的條件下運(yùn)用，因此適用于發(fā)動機(jī)艙區(qū)域內(nèi)的運(yùn)用。
•帶鍍金端子的類型可使插拔次數(shù)增加100次。它還明顯降低了金屬腐蝕的可能性，延長了觸摸壽數(shù)和安全氣囊體系等安全運(yùn)用的可用性。
NanoMQS端子和汽車連接器的標(biāo)稱載流量高達(dá)3安培?？墒?，它也可以支持高達(dá)標(biāo)稱限值五倍的短峰值。當(dāng)插拔時(shí)，插座觸點(diǎn)經(jīng)過強(qiáng)大的L形彈簧與相應(yīng)的刀片建立兩個(gè)電觸摸點(diǎn)，該彈簧施加高法向力。
NanoMQS插座觸點(diǎn)采用封閉式規(guī)劃觸摸腔，與外殼上相對較大的引入倒角合作運(yùn)用，保證導(dǎo)向刺進(jìn)平穩(wěn)。這防止了刀片在合作期間與插座觸摸件磕碰(“短路”)，這可能由于不正確的刺進(jìn)而變形并損壞觸摸槍。
在端子的頂部是一個(gè)確定噴槍，一旦端子完全刺進(jìn)，該確定噴槍可聽見且有形地確定在塑料外殼上。確定矛桿為兩級觸摸堅(jiān)持體系供給主確定組織。經(jīng)過切口可以看到確定孔，使制造商可以承認(rèn)噴槍是否正確刺進(jìn)(圖3和圖3A)。主確定設(shè)備的最大刺進(jìn)力為5N，最小堅(jiān)持力為25N。第二獨(dú)立的二級確定設(shè)備，其確定在殼體上的底切上，使得堅(jiān)持力大于50N。
圖3：NanoMQS鎖定機(jī)制
圖3A：杰出顯現(xiàn)NanoMQS確定機(jī)制
六、NanoMQS極化確定機(jī)制可防止不正確的插入
雖然尺寸小，但端子具有供給極化橫截面的觸摸腔。這種規(guī)劃意味著能夠有用消除不正確插入的危險(xiǎn)，而且能夠安全方便地處理NanoMQS體系。與MQS渠道相同，NanoMQS渠道規(guī)劃具備20個(gè)插拔周期。客戶能夠挑選是通過手動裝配還是全自動插入，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挑選
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)，它們都能夠垂直或平行于PCB。兩個(gè)版別之間的顯著差異是TL版別的確定設(shè)備的方位，其位于殼體頂部的中央(圖4)。
圖4：NanoMQS觸摸的極化
NanoMQS外殼——頂部閂鎖(TL)版別
TL版別的中央確定裝置方位使得更容易并排裝置汽車連接器，從而提高了包裝靈活性。例如，在開發(fā)新類型時(shí)，最初能夠并排裝置三個(gè)通用汽車連接器，以建立多達(dá)96個(gè)引腳的高位互連。然后，制造商能夠在不改動技能的情況下切換到單個(gè)客制化部件。
在TL版別中，外殼剛度通過2個(gè)至32個(gè)方位的肋條加強(qiáng)。肋骨的首要作用是添加20個(gè)方位以上版別的確定選項(xiàng)。
NanoMQS外殼——旁邊面閂鎖(SL)版別
在稍微緊湊的SL版別上，確定裝置位于外殼的旁邊面(圖5)。使用SL版別，該設(shè)備能夠確定在多達(dá)20個(gè)方位，而無需加固肋條。此外，塑料確定和確定型材具有緊湊的幾許形狀。例如，汽車連接器和頭部前端之間的重疊具有楔形形狀，以保證在汽車連接器合作期間兩個(gè)半部的平滑引導(dǎo)。當(dāng)完全插拔時(shí)，重疊導(dǎo)致由兩個(gè)互相固定的楔形形成的強(qiáng)壯的正銜接。
圖5.NanoMQS外殼：頂部鎖定和側(cè)面鎖定版本
圖6：NanoMQS頭(左)與MQS頭相比較。
八、NanoMQS端子怎么減縮50%的空間
NanoMQS系列端子設(shè)計(jì)為標(biāo)稱距離，對應(yīng)于與PCB連接的引腳之間的距離為1.8毫米。因而，與MQS端頭需求相比，NanoMQS端頭上相同數(shù)量的位置僅需求大約一半的空間(圖6)。
如圖所示，運(yùn)用NanoMQS系統(tǒng)，MQS渠道的端頭占位面積從840mm2減少到411mm2。顯然，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(jī)ECU中，Nano-MQS端子能夠節(jié)約60%的ECU占位面積。目前的NanoMQS端子版別最多可包容320個(gè)位置。這使得NanoMQS渠道十分適合混合汽車連接器，因?yàn)?/span>MQS系列的每個(gè)觸點(diǎn)都能夠作為下一個(gè)尺度的倍數(shù)集成到網(wǎng)格中(圖7)。二級鎖定設(shè)備在所有殼體上處于同一水平面上，使其具有減縮空間的才能。
圖7：NanoMQS頭(左)與MQS頭相比較。
九、NanoMQS平臺如何支持四級高抗振性
車輛內(nèi)的電氣連接必須保持抗振動和抗沖擊性。諸如NanoMQS互連系統(tǒng)之類的小型化組件通常部署在子系統(tǒng)模塊(稱為“黑匣子”)中，在難以接近的嚴(yán)重空間受限的空間中。
在歐洲，德國主要汽車制造商定義了LV214等規(guī)格的振動測試等級。NanoMQS系列的標(biāo)準(zhǔn)未密封版本符合LV2144級(鍍銀觸點(diǎn))，有效加速度約為181m/s2。
這是值得注意的，因?yàn)?/span>NanoMQS系統(tǒng)滿足密封汽車連接器的要求。憑借NanoMQS系統(tǒng)的高接觸法向力，帶有附加密封的汽車連接器可實(shí)現(xiàn)三級振動，可實(shí)現(xiàn)近距離安裝，并可在發(fā)動機(jī)直接安裝時(shí)實(shí)現(xiàn)四級振動(圖8)。NanoMQS端子和汽車連接器設(shè)計(jì)堅(jiān)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(jī)安裝應(yīng)用所規(guī)定的那樣。
圖8.NanoMQS系統(tǒng)，密封版外殼
十、為極端惡劣的汽車環(huán)境引入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)境中部署而設(shè)計(jì)。它是一個(gè)密封系統(tǒng)，采用特殊設(shè)計(jì)的硅膠密封圈。這些密封件可防止液體和濕氣進(jìn)入電氣接觸區(qū)域，這對于發(fā)動機(jī)艙區(qū)域中的應(yīng)用是必需的。
MCON0.50端子和汽車連接器滿足LV2143級近距離安裝要求和4級直接發(fā)動機(jī)安裝要求。它還實(shí)現(xiàn)了IP9級別的防水保護(hù)。
與NanoMQS互連系統(tǒng)和MCON系列的其余部分不同，MCON0.50端子設(shè)計(jì)沒有主鎖定噴槍，提供所謂的“凈體方法”(圖9)。
圖9.MCON0.50系統(tǒng)“凈體設(shè)計(jì)”
這意味著沒有從汽車連接器伸出的法蘭將其鎖定在殼體內(nèi)的適當(dāng)位置，從而形成更清潔的車身輪廓。該設(shè)計(jì)旨在最小化汽車連接器殼體內(nèi)部的任何磨損，因?yàn)檫@可能損害濕氣密封。密封版本提供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平臺的尺寸和性能
十一、工具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過程。采用更小的電線端子，應(yīng)用工具在確保高性能連接和真正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過程中更容易變形或變形。這還意味著閃光的存在或突起形式的卷曲變形變得更加顯著，因?yàn)樗梢孕纬烧麄€(gè)端子輪廓的更大百分比。這是有問題的，因?yàn)殚W光可能妨礙插入或損壞汽車連接器殼體，特別是其密封部件。小線應(yīng)用通常需要較小的工具間隙以避免產(chǎn)生明顯的閃光。工具間隙是指當(dāng)兩者處于壓接高度時(shí)壓接器和砧座之間的閃光擒縱空間。作為參考，小至0.05mm的加工間隙可以為壓接寬度為1.00mm的端子產(chǎn)生明顯的閃光。
較小的尺寸還使得在壓接過程中將導(dǎo)線準(zhǔn)確地定位在端子內(nèi)更具挑戰(zhàn)性。小規(guī)格的導(dǎo)線剛性較小，使其易于下垂或彎曲，從而妨礙插入端子。類似地，在壓接施加工具內(nèi)將端子對準(zhǔn)砧座更加困難。
壓接不對稱是低質(zhì)量壓接的另一個(gè)特征，可能導(dǎo)致電氣和機(jī)械性能降低。端子在鐵砧上的不精確放置是不對稱和閃光的主要原因。這種不準(zhǔn)確性可能是由不正確的設(shè)置或不合標(biāo)準(zhǔn)的端子饋送機(jī)制引起的。通常，高質(zhì)量的氣動進(jìn)料施加比機(jī)械或低質(zhì)量的氣動進(jìn)料施加更能產(chǎn)生準(zhǔn)確的結(jié)果。
小線和小型端子的應(yīng)用工具
用于小線壓接的TE施加使用高精度氣動或伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)。這些機(jī)制使用戶能夠輕松地設(shè)置初始端子對準(zhǔn)，并在施加使用時(shí)保持一致的對準(zhǔn)。
TE在開發(fā)階段早期與合作伙伴合作開發(fā)完整的組件和工具解決方案，以滿足獨(dú)特的應(yīng)用需求。TE根據(jù)汽車標(biāo)準(zhǔn)對這些組件和工具解決方案進(jìn)行預(yù)測試，以便最終用戶獲得他們可以完全依賴的整體認(rèn)證解決方案。
OCEAN施加2.0如何改善小線壓接
OCEAN施加2.0是TE系列施加中的最新產(chǎn)品，具有多項(xiàng)升級設(shè)計(jì)，可改善小線壓接(小于0.35mm2)。一般設(shè)計(jì)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，以及新的黑色氮化表面，可顯著提高耐磨性(圖10)。
圖10.TE的OCEAN2.0施加
TE開發(fā)了一些功能來輔助小線壓接，包括更容易的進(jìn)給調(diào)整和帶狀導(dǎo)向鎖的改進(jìn)。除了新的優(yōu)化砧座幾何外，OCEAN施加2.0還采用了新的System3端子壓緊機(jī)制，以確保準(zhǔn)確和穩(wěn)定的端子定位。它還提供堅(jiān)固的壓接高度調(diào)節(jié)功能，以及鎖定機(jī)制。
制造商可以通過標(biāo)準(zhǔn)壓接監(jiān)控系統(tǒng)對自動壓接過程進(jìn)行質(zhì)量控制和驗(yàn)證，這些系統(tǒng)也適用于細(xì)線。此外，TECrimpData應(yīng)用程序使合作伙伴能夠?qū)ψ詣訅航舆^程進(jìn)行有效的無線監(jiān)控，包括監(jiān)控循環(huán)次數(shù)設(shè)置報(bào)警以進(jìn)行維護(hù)和更換備件。
TE的手動壓接工具提供與自動電線端接完全相同的壓接連接質(zhì)量。此外，手動工具的良好人體工程學(xué)設(shè)計(jì)使其可以在狹窄的空間內(nèi)使用。
十二、抗晶須壓接引腳電鍍
小型化的趨勢也增加了行業(yè)對防止金屬晶須形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)連接的壓合技術(shù)用作焊料解決方案的可靠替代品。電鍍適用于壓接銷，以便于潤滑并防止由于氧化和其他原因造成的表面損壞。如今，這些電鍍?nèi)芤褐饕慑a(Sn)組成。
圖11.從壓接銷生長的錫須
然而，錫對晶須生長具有高度敏感性。當(dāng)錫膜受到應(yīng)力時(shí)，例如當(dāng)它插入PCB時(shí)，錫須可以從頭發(fā)狀結(jié)構(gòu)中自發(fā)生長。由于錫晶須是金屬，它們是導(dǎo)電的并且可以長到足以橋接到其他金屬部件。在極端情況下，它們可能會引起電子操作短路。在過去，通過在電鍍中加入鉛來解決該問題。
鉛已經(jīng)逐步退出制造流程，因?yàn)樗鼤p害環(huán)境。由于汽車制造商正在減少引腳間并采用主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降低錫須形成的風(fēng)險(xiǎn)。
LITESURF鍍層
TE的LITESURF電鍍技術(shù)是一種用于壓接應(yīng)用的抗晶須電鍍。它為汽車電子制造商提供了錫的替代品，幾乎沒有晶須生長的風(fēng)險(xiǎn)。由于是基于鉍(Bi)，它具有環(huán)境可持續(xù)性，完全無害。
LITESURF電鍍技術(shù)是經(jīng)過五年多研究和開發(fā)的成果，旨在研究無錫電鍍，以減輕晶須引發(fā)故障的風(fēng)險(xiǎn)，并適用于壓接銷連接的高應(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上使用更小的汽車連接器尺寸的需求。
隨著TE的LITESURF電鍍技術(shù)的不斷開發(fā)，研究了超過12種不同的沉積物組成，研究了晶須形成以及影響生產(chǎn)過程(如熔化溫度)的其他行為特征。TE專家創(chuàng)建了所有選項(xiàng)的詳細(xì)矩陣。TE研究得出結(jié)論，電鍍的最佳沉積物是電鍍的鉍基涂層。使用鉍具有額外的好處，它使得制造商可以使用遵循典型的電鍍線工藝的應(yīng)用工藝，該工藝與標(biāo)準(zhǔn)錫浴相當(dāng)?；阢G的LITESURF電鍍可以在現(xiàn)有的電鍍生產(chǎn)線中實(shí)施，而無需任何額外的工藝變化。對超過5,600個(gè)多彈簧和動作銷以及三種不同類型的PCB技術(shù)進(jìn)行了廣泛的LITESURF電鍍測試。測試表明，根據(jù)檢測到的顆粒的數(shù)量和大小以及鉍的較低電導(dǎo)率(比錫的電導(dǎo)率低90%)，LITESURF電鍍可以將晶須發(fā)生率降低1,600倍以上。
圖12.LITESURF抗晶須電鍍組合物
結(jié)論
自從卷曲發(fā)明以來，TE一直與汽車制造商合作，共同創(chuàng)建領(lǐng)先的連接解決方案，為創(chuàng)新和性能樹立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如今，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)，需要更加技術(shù)先進(jìn)的解決方案和真正的汽車級堅(jiān)固性。TE在開發(fā)過程的早期繼續(xù)與客戶互動，并作為共同創(chuàng)建解決方案的真正合作伙伴，使車輛更智能，更安全。
TE能夠?yàn)槎俗印?/span>汽車連接器、接頭和壓接技術(shù)以及共同開發(fā)的應(yīng)用工具提供連接解決方案。這些解決方案可以將組件的PCB占用空間減少多達(dá)50%，同時(shí)作為具有預(yù)驗(yàn)證接口的系統(tǒng)的一部分進(jìn)行無縫互操作。此外，TE的小型互連系統(tǒng)專為惡劣環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，滿足LV214振動要求和防水等IP9級別。
TE能夠在內(nèi)部支持產(chǎn)品開發(fā)的所有方面。TE完全控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的所有制造階段;開發(fā)，包括沖壓、模塑、電鍍和組裝;以及測試、質(zhì)量保證、應(yīng)用和客戶支持。這意味著我們可以提供更大的制造量靈活性，在關(guān)鍵流程的每個(gè)階段提供高質(zhì)量的保證，并保證更快和受控的交貨時(shí)間。
