汽车连接器节省空间的策略

摘要


因而，许多具有多个印刷电路板的传感器驱动操控单元现在具有数千公里的新布线和指数级数量的新衔接，一切这些都在密布的轿车架构中抢夺空间。与此同时，越来越多的趋势是轻量化部件，以进步燃油功率和更环保的轿车。



因而，制作商需求找到更智能的电子处理方案，以节约空间和减轻分量。工业制作商正在车内广泛选用小型化衔接器，因为操控单元内的导线尺度和封装空间现已缩小。在某些情况下，所谓的“黑盒”组件包含非轿车微型衔接器。它们缺乏对轿车恶劣环境的鲁棒性，然后发生了一些模块的质量问题，并在某些情况下导致组件毛病。



轿车OEM需求保证其收购的子体系模块配备真实的轿车级衔接器——旨在契合LV214(欧洲)和USCAR2(美国)等规范和验证要求。


在本文中，咱们将研讨制作商怎么经过运用供给真实轿车级稳健性的微型衔接器，来完成战略性节约空间的方针。具体来说，咱们研讨了TE Connectivity的两个用于轿车运用的小型化互连渠道：NanoMQS和MCON 0.50互连体系，审视它们怎么契合职业规范，供给要害技能优势，并节约高达50%的空间。咱们还考虑了其他要素，这些要素有助于完成小型化元件的巩固性，例如小线压接质量，并评论怎么处理高密度PCB引脚衔接上的金属晶须成长所带来的危险。



一、新的ECUS有必要满意更严厉的轿车要求



联网轿车革新正在咱们眼前发生。该职业正在迅速发展，动力总成电气化和先进的驾驶辅佐体系(ADAS)的开发供给了更大的舒适性和安全性，以及变得越来越杂乱和强壮的集成的车辆到一切(V2X)衔接。一切这些新子体系都支撑硬件、传感器和软件。可是，它们有必要经过一系列联网的电子操控单元(ECU)或经过新的彻底冗余的核算体系方法物理地集成到车辆中。



尽管主动驾驶轿车功用正在快速增长，但轿车架构是空间受限的环境。制作商要求他们的合作伙伴供给更轻、更小型化的组件，以便在越来越多的ECU中释放急需的电线衔接空间。


典型的豪华车包含多达80个ECU，每个ECU的杂乱程度都在不断进步。每个ECU包含至少一个印刷电路板(PCB)和装置在PCB上的单个插头。



ECU可以包容多达数百个电线衔接，这些衔接又包含在杂乱的线束体系中。此外，现有运用变得越来越杂乱，在车辆中引进了更多功用和ADAS。例如，新的LED前照灯单元最多可包含60个电路、15个衔接器和120个端子。



在将一切这些ECU或模块衔接到车辆布线体系时，轿车制作商遇到技能应战。他们有必要保证它们坚持衔接和功用，以反抗比如振荡、液体进入和车辆线束或不同子体系模块中的极端温度等不利条件，这些都或许中断安全连续操作。



二、微型互连渠道怎么完成创新



这些职业和技能趋势需求下一代小型化互连渠道，以节约空间、坚持燃油功率并保证功用。为保证轿车级的鲁棒性，一切衔接器和组件有必要契合全球OEM规范，如LV214和USCAR2。走运的是，这些处理方案现已在市场上出售。



本文探讨了TE Connectivity(TE)处理方案，该处理方案可在车辆电气布线架构中完成空间节约，要点介绍NanoMQS端子和衔接器(这是十分成功的MQS系列的较小产品)，以及MCON 0.50互连器(对标“净体”产品)。此外，本文还研讨了较小导线的特定压接应战和要求，以及金属晶须在高密度PCB引脚衔接上成长的应战。



三、用于微型轿车衔接的TE处理方案



TE最初的MQS互连体系是在20多年前推出的。它已成为业界最成功的轿车互连处理方案之一，因其2.54毫米间距的高封装密度和高度稳健的轿车级规划，并且具有两个确定水准。几乎一切欧洲轿车制作商和全球众多轿车制作商都运用该体系。



多年来，跟着Micro-power Quadlok(MpQ)和功率Quadlok(pQ)系列的推出，MQS渠道得到了扩展，可以承载更高的电流(图1)。







图1. MQS产品系列



四、NanoMQS端子和衔接器



依据MQS端子规划，NanoMQS互连体系的推出旨在满意制作商对ECU和PCB等电子元件小型化的需求。NanoMQS互连体系选用小型化端子(触点)、衔接器和接头，以处理密布的车辆电子设备问题。





图2. NanoMQS端子



这种规划可将PCB占位面积削减约50%，同时供给高达3安培的额定电流容量。此外，NanoMQS互连体系可以包容小至0.13 mm2的导线横截面，使得制作商在需求时可削减线束分量。



密封版NanoMQS体系还具有高达400 g的高度抗振功用。



五、轿车级微型端子供给可靠的功用



NanoMQS互连渠道的中心是单片式压接端子(图2)。



插座触点的规范版别由镀锡铜制成。它有从0.13 mm2、0.17 mm2、0.22 mm2到0.35 mm2的导线穿插部分。插座触点规划用于0.5 x 0.4毫米的触摸刀片。



•带镀锡端子的类型经认证适用于-40°C至130°C的环境温度。



•带镀银端子的类型可在高达170°C的条件下运用，因而适用于发动机舱区域内的运用。



•带镀金端子的类型可使插拔次数添加100次。它还显着下降了金属腐蚀的或许性，延长了触摸寿命和安全气囊体系等安全运用的可用性。



NanoMQS端子和衔接器的标称载流量高达3安培。可是，它也可以支撑高达标称限值五倍的短峰值。当插拔时，插座触点经过强壮的L形绷簧与相应的刀片建立两个电触摸点，该绷簧施加高法向力。



NanoMQS插座触点选用封闭式规划触摸腔，与外壳上相对较大的引进倒角合作运用，保证导向刺进平稳。这避免了刀片在合作期间与插座触摸件碰撞(“短路”)，这或许因为不正确的刺进而变形并损坏触摸枪。



在端子的顶部是一个确定喷枪，一旦端子彻底刺进，该确定喷枪可听见且有形地确定在塑料外壳上。确定矛杆为两级触摸坚持体系供给主确定组织。经过切口可以看到确定孔，使制作商可以确认喷枪是否正确刺进(图3和图3A)。主确定设备的最大刺进力为5N，最小坚持力为25N。第二独立的二级确定设备，其确定在壳体上的底切上，使得坚持力大于50N。





图3：NanoMQS确定机制





图3A：突出显示NanoMQS确定机制



六、NanoMQS极化确定机制可避免不正确的刺进



尽管尺度小，但端子具有供给极化横截面的触摸腔。这种规划意味着可以有效消除不正确刺进的危险，并且可以安全方便地处理NanoMQS体系。与MQS渠道相同，NanoMQS渠道规划具备20个插拔周期。客户可以选择是经过手动装配还是全主动刺进，将端子放入塑料衔接器外壳中。



七、高等级热塑性衔接器壳体和头部的两种选择



NanoMQS外壳组件(接头和衔接器)由高级热塑性塑料制成。有两种版别，Top Latch(TL)和Side Latch(SL)，它们都可以垂直或平行于PCB。两个版别之间的显着差异是TL版别的确定设备的方位，其坐落壳体顶部的中心(图4)。



图4：NanoMQS触摸的极化



NanoMQS外壳——顶部闩锁(TL)版别



TL版别的中心确定设备方位使得更简单并排装置衔接器，然后进步了包装灵活性。例如，在开发新类型时，最初可以并排装置三个通用衔接器，以建立多达96个引脚的高位互连。然后，制作商可以在不改动技能的情况下切换到单个客制化部件。



在TL版别中，外壳刚度经过2个至32个方位的肋条加强。肋骨的主要效果是添加20个方位以上版别的确定选项。



NanoMQS外壳——旁边面闩锁(SL)版别



在略微紧凑的SL版别上，确定设备坐落外壳的旁边面(图5)。运用SL版别，该设备可以确定在多达20个方位，而无需加固肋条。此外，塑料确定和确定型材具有紧凑的几许形状。例如，衔接器和头部前端之间的堆叠具有楔形形状，以保证在衔接器合作期间两个半部的滑润引导。当彻底插拔时，堆叠导致由两个彼此固定的楔形构成的强壮的正衔接。





图5. NanoMQS外壳：顶部确定和旁边面确定版别



图6：NanoMQS头(左)与MQS头比较较。



八、NanoMQS端子怎么减缩50%的空间



NanoMQS系列端子规划为标称间距，对应于与PCB衔接的引脚之间的距离为1.8毫米。因而，与MQS端头需求比较，NanoMQS端头上相同数量的方位仅需求大约一半的空间(图6)。



如图所示，运用NanoMQS体系，MQS渠道的端头占位面积从840 mm2削减到411 mm2。显然，具有显着封装密度的下一代轿车架构将需求高位互连。在发动机ECU中，Nano-MQS端子可以节约60%的ECU占位面积。现在的NanoMQS端子版别最多可包容320个方位。这使得NanoMQS渠道十分合适混合衔接器，因为MQS系列的每个触点都可以作为下一个尺度的倍数集成到网格中(图7)。二级确定设备在一切壳体上处于同一水平面上，使其具有减缩空间的才能。





图7：NanoMQS头(左)与MQS头比较较。



九、NanoMQS渠道怎么支撑四级高抗振性



车辆内的电气衔接有必要坚持抗振荡和抗冲击性。比如NanoMQS互连体系之类的小型化组件通常布置在子体系模块(称为“黑匣子”)中，在难以接近的严峻空间受限的空间中。



在欧洲，德国主要轿车制作商定义了LV 214等规范的振荡测验等级。NanoMQS系列的规范未密封版别契合LV214 4级(镀银触点)，有效加速度约为181 m / s2。



这是值得注意的，因为NanoMQS体系满意密封衔接器的要求。凭仗NanoMQS体系的高触摸法向力，带有附加密封的衔接器可完成三级振荡，可完成近距离装置，并可在发动机直接装置时完成四级振荡(图8)。NanoMQS端子和衔接器规划巩固，还可满意400 g窦振荡阻力要求，如喷发阀或其他直接发动机装置运用所规定的那样。





图8. NanoMQS体系，密封版外壳



十、为极端恶劣的轿车环境引进MCON 0.50互连体系



MCON 0.50互连体系是TE MCON互连产品系列的一部分，该产品系列专为在恶劣的轿车环境中布置而规划。它是一个密封体系，选用特殊规划的硅胶密封圈。这些密封件可避免液体和湿气进入电气触摸区域，这对于发动机舱区域中的运用是必需的。



MCON 0.50端子和衔接器满意LV214 3级近距离装置要求和4级直接发动机装置要求。它还完成了IP9等级的防水保护。



与NanoMQS互连体系和MCON系列的其余部分不同，MCON 0.50端子规划没有主确定喷枪，供给所谓的“净体方法”(图9)。





图9. MCON 0.50体系“净体规划”



这意味着没有从衔接器伸出的法兰将其确定在壳体内的恰当方位，然后构成更清洁的车身轮廓。该规划旨在最小化衔接器壳体内部的任何磨损，因为这或许危害湿气密封。密封版别供给最高水密性和防潮性。MCON 0.50体系可以浸没在几米深的水中，并从IPX蒸汽喷发器中吸收80巴的力。



表1：NanoMQS和MCON 0.50渠道的尺度和功用







十一、东西在主动处理中的效果



小型化轿车级元件的应战可延伸到电线端接和压接进程。选用更小的电线端子，运用东西在保证高功用衔接和真实的轿车抗振性方面发挥着至关重要的效果。



为什么较小的线路更难以压接?



本质上，小型化的端子由较薄的资料构成，这意味着它们在压接进程中更简单变形或变形。这还意味着亮光的存在或突起方式的曲折变形变得愈加显着，因为它可以构成整个端子轮廓的更大百分比。这是有问题的，因为亮光或许妨碍刺进或损坏衔接器壳体，特别是其密封部件。小线运用通常需求较小的东西空隙以避免发生显着的亮光。东西空隙是指当两者处于压接高度时压接器和砧座之间的亮光擒纵空间。作为参阅，小至0.05 mm的加工空隙可以为压接宽度为1.00 mm的端子发生显着的亮光。



较小的尺度还使得在压接进程中将导线精确地定位在端子内更具应战性。小规范的导线刚性较小，使其易于下垂或曲折，然后妨碍刺进端子。类似地，在压接施加东西内将端子对准砧座愈加困难。



压接不对称是低质量压接的另一个特征，或许导致电气和机械功用下降。端子在铁砧上的不精确放置是不对称和亮光的主要原因。这种不精确性或许是由不正确的设置或不合规范的端子馈送机制引起的。通常，高质量的气动进料施加比机械或低质量的气动进料施加更能发生精确的结果。



小线和小型端子的运用东西



用于小线压接的TE施加运用高精度气动或伺服进给组织。这些机制运用户可以轻松地设置初始端子对准，并在施加运用时坚持一致的对准。



TE在开发阶段前期与合作伙伴合作开发完好的组件和东西处理方案，以满意独特的运用需求。TE依据轿车规范对这些组件和东西处理方案进行预测验，以便最终用户获得他们可以彻底依赖的整体认证处理方案。



OCEAN施加2.0怎么改进小线压接



OCEAN施加2.0是TE系列施加中的最新产品，具有多项升级规划，可改进小线压接(小于0.35 mm2)。一般规划优势包含优化的砧座几许形状，用于避免砧座未对准的钉扎底板，以及新的黑色氮化外表，可显着进步耐磨性(图10)。





图10. TE的OCEAN 2.0施加



TE开发了一些功用来辅佐小线压接，包含更简单的进给调整和带状导向锁的改进。除了新的优化砧座几许外，OCEAN施加2.0还选用了新的System 3端子压紧机制，以保证精确和安稳的端子定位。它还供给巩固的压接高度调节功用，以及确定机制。



制作商可以经过规范压接监控体系对主动压接进程进行质量操控和验证，这些体系也适用于细线。此外，TE CrimpData运用程序使合作伙伴可以对主动压接进程进行有效的无线监控，包含监控循环次数设置报警以进行保护和更换备件。



TE的手动压接东西供给与主动电线端接彻底相同的压接衔接质量。此外，手动东西的良好人体工程学规划使其可以在狭隘的空间内运用。



十二、抗晶须压接引脚电镀



小型化的趋势也添加了职业对避免金属晶须构成的处理方案的需求。车辆中越来越多的电子产品使得元件制作商将印刷电路板(PCB)衔接的压合技能用作焊料处理方案的可靠替代品。电镀适用于压接销，以便于润滑并避免因为氧化和其他原因造成的外表损坏。现在，这些电镀溶液主要由锡(Sn)组成。





图11.从压接销成长的锡须



但是，锡对晶须成长具有高度敏感性。当锡膜受到应力时，例如当它刺进PCB时，锡须可以从头发状结构中自发成长。因为锡晶须是金属，它们是导电的并且可以长到足以桥接到其他金属部件。在极端情况下，它们或许会引起电子操作短路。在曩昔，经过在电镀中参加铅来处理该问题。



铅现已逐步退出制作流程，因为它会危害环境。因为轿车制作商正在削减引脚间并选用主要由锡制成的引脚电镀处理方案，他们正在寻觅新的替代品来下降锡须构成的危险。



LITESURF镀层



TE的LITESURF电镀技能是一种用于压接运用的抗晶须电镀。它为轿车电子制作商供给了锡的替代品，几乎没有晶须成长的危险。因为是依据铋(Bi)，它具有环境可持续性，彻底无害。



LITESURF电镀技能是经过五年多研讨和开发的效果，旨在研讨无锡电镀，以减轻晶须引发毛病的危险，并适用于压接销衔接的高应力条件。LITESURF电镀的开发是为了满意制作商对逐步小型化、减小引脚间距以及在PCB上运用更小的衔接器尺度的需求。



跟着TE的LITESURF电镀技能的不断开发，研讨了超越12种不同的沉积物组成，研讨了晶须构成以及影响生产进程(如熔化温度)的其他行为特征。TE专家创立了一切选项的详细矩阵。TE研讨得出结论，电镀的最佳沉积物是电镀的铋基涂层。运用铋具有额定的好处，它使得制作商可以运用遵从典型的电镀线工艺的运用工艺，该工艺与规范锡浴相当。依据铋的LITESURF电镀可以在现有的电镀生产线中施行，而无需任何额定的工艺变化。对超越5,600个多绷簧和动作销以及三种不同类型的PCB技能进行了广泛的LITESURF电镀测验。测验表明，依据检测到的颗粒的数量和巨细以及铋的较低电导率(比锡的电导率低90%)，LITESURF电镀可以将晶须发生率下降1,600倍以上。





图12.LITESURF抗晶须电镀组合物



结论



自从曲折发明以来，TE一直与轿车制作商合作，共同创立领先的衔接处理方案，为创新和功用树立职业规范。现在，轿车中电子技能的快速增长以及对小型化技能的需求带来了新的应战，需求愈加技能先进的处理方案和真实的轿车级巩固性。TE在开发进程的前期继续与客户互动，并作为共同创立处理方案的真实合作伙伴，使车辆更智能，更安全。



TE可以为端子、衔接器、接头和压接技能以及共同开发的运用东西供给衔接处理方案。这些处理方案可以将组件的PCB占用空间削减多达50%，同时作为具有预验证接口的体系的一部分进行无缝互操作。此外，TE的小型互连体系专为恶劣环境运用而规划，满意LV214振荡要求和防水等IP9等级。



TE可以在内部支撑产品开发的一切方面。TE彻底操控产品规划和验证的一切制作阶段;开发，包含冲压、模塑、电镀和组装;以及测验、质量保证、运用和客户支撑。这意味着咱们可以供给更大的制作量灵活性，在要害流程的每个阶段供给高质量的保证，并保证更快和受控的交货时间。