低矮化板間互聯(lián)電纜的設(shè)計實現(xiàn)

丁文龍 柯志東

摘 要：針對電子設(shè)備內(nèi)部板間的互聯(lián)技術(shù)，簡述了以導(dǎo)線形式實現(xiàn)連接的電纜設(shè)計和工藝技術(shù)。提出了板間互聯(lián)電纜中連接器、電纜設(shè)計選型時的基本要求。

關(guān)鍵詞：低矮化，連接器，電纜

1 引言

隨著電子信息行業(yè)的發(fā)展，電子產(chǎn)品對小型化和模塊化的要求越來越高，單個模塊內(nèi)往往集合了眾多的電子元器件，其中的電連接器是模塊間信號傳遞的接口。內(nèi)部空間越來越狹小，單個組件內(nèi)部板間距離往往小于20mm，提出了扁平化、低矮化的要求。

低矮化板間互聯(lián)電纜正將直接用于焊接的導(dǎo)線與合適的插針連接，將插針封裝在一個矩形的絕緣體（轉(zhuǎn)接板）內(nèi)，形成一個雙端的互聯(lián)電纜?；ヂ?lián)電纜中轉(zhuǎn)接板上的插針采用波峰焊即可完成，降低了作業(yè)中的難度和風(fēng)險，提高了裝配效率，適用于大規(guī)模的電裝需求。因此對低矮化板間互聯(lián)電纜技術(shù)的研究勢在必行。

2 設(shè)計選型要求

常見的低矮化板間互聯(lián)有以下幾個特點：

（1）板間距離在20mm以內(nèi);

（2）印制板與安裝板之間有一定的彈性;

（3）一旦安裝，板間距離固定不變;

（4）多路平行互聯(lián)，少則4路，多則幾十路;

（5）安裝空間狹小，除低頻互聯(lián)外，還有射頻信號傳輸。

2.1 連接器的設(shè)計選型

（1）外形尺寸

由于板間距離只有20mm不到，連接器的外形尺寸是設(shè)計選型中首先要考慮的，目的是為了保證板間走線有充足的空間，應(yīng)選擇在滿足電訊指標(biāo)的前提下外形尺寸盡量小的連接器，尤其是法蘭盤后的尾端尺寸。板間距離在（15～20）mm之間時，可以選擇高度10.5mm或者高度8.5mm的微矩形電連接器，板間距離在（8～15）mm之間時，可以選擇高度5.34mm的超微矩形電連接器。

（2）安裝形式

固定安裝的連接器安裝形式一般分為板前和板后兩種，對于低矮化板間的互聯(lián)電纜，其裝配過程均是先將轉(zhuǎn)接板插針與印制板焊接后，再將連接器與安裝板鎖緊固定，顯然這種情況下板后安裝更為實用，避免了設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)雜的安裝板，也方便了電裝操作。

實際應(yīng)用中，模塊之間的連接又分為盲插和人工插拔，不同的插拔環(huán)境對互聯(lián)電纜中連接器的安裝要求也不盡相同。

盲插要求插合過程中必須要有導(dǎo)向，將插頭插座的相對位置通過導(dǎo)向結(jié)構(gòu)逐漸校正直至完全對接，連接器之間無需直接鎖緊，鎖緊的是安裝結(jié)構(gòu)。顯然這種插合方式要求插頭或插座有一端必須是能“浮動”的，這種浮動量要依據(jù)于模塊間結(jié)構(gòu)的配合尺寸計算得出，一般情況下，X、Y方向（徑向）的浮動量大于Z方向（軸向）的，設(shè)計的軸向浮動量目的是為了保證徑向浮動。目前對于連接器上浮動結(jié)構(gòu)的設(shè)計分為鉚管式、螺釘螺母式和螺釘式，鉚管式具體還要根據(jù)應(yīng)用場合確定翻鉚是在法蘭前還是法蘭后。

人工插拔中由于是目視著進(jìn)行插合，所以安裝板上的連接器可以完全固定。但這種應(yīng)用中，對接到位后的插頭插座之間必須彼此互鎖，這種互鎖可以采用螺釘?shù)男问?，也可以采用快鎖結(jié)構(gòu)的形式，一般情況下，多采用快鎖結(jié)構(gòu)，方便電裝作業(yè)。

（3）有效插合長度

如前所述，對于應(yīng)用在盲插場合的連接器需設(shè)計板后浮動結(jié)構(gòu)，浮動意味著連接器對接方向上有一定的活動量，在設(shè)計中需要根據(jù)這種活動量準(zhǔn)確的計算插頭插座中針孔的極限有效接觸長度，必須為連接器自身的浮動量和模塊間可能的配合公差留夠充足余量。

（4）防轉(zhuǎn)設(shè)計

板間互聯(lián)電纜中的板后浮動安裝連接器與安裝板做相對固定時，是使用螺釘從安裝板一側(cè)旋擰進(jìn)連接器浮動結(jié)構(gòu)的內(nèi)螺紋的，由于板間距離小，無法借助工具對旋擰中的浮動結(jié)構(gòu)防轉(zhuǎn)，所以必須在連接器的浮動結(jié)構(gòu)上設(shè)計防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，如腰型螺釘頭，在安裝板上必須設(shè)計防轉(zhuǎn)槽和觀察窗。

2.2 轉(zhuǎn)接板的設(shè)計

轉(zhuǎn)接板，顧名思義就是用于將連接器引出的導(dǎo)線通過插針轉(zhuǎn)接到印制板的部件，故轉(zhuǎn)接板的設(shè)計離不開連接器，但不同于連接器是用于對接插合的，轉(zhuǎn)接板是插裝在印制板上的，轉(zhuǎn)接板的設(shè)計還要考慮到印制板的相關(guān)要求。轉(zhuǎn)接板設(shè)計中需要注意的主要有以下幾點：

（1）插針直徑

轉(zhuǎn)接板插針承載的電流大小一般和互聯(lián)電纜中連接器的相匹配，電流又決定了插針直徑。如，互聯(lián)電纜中是1.27間距的微矩型連接器時，其額定電流為3A，則轉(zhuǎn)接板的插針直徑為φ0.5mm，是0.635mm的超微矩型連接器時，其額定電流為1A，則轉(zhuǎn)接板的插針直徑為φ0.3mm。

（2）插針高度

根據(jù)QJ 3012-98《航天電子電氣產(chǎn)品元器件通孔安裝技術(shù)要求》，“元器件引線或?qū)Ь€插裝于支承孔時，引線末端的伸出應(yīng)不小于0.8mm，不大于1.5mm”，所以轉(zhuǎn)接板插針的高度（從印制板安裝面到針頭）要依據(jù)印制板厚度（嚴(yán)格意義上應(yīng)是通孔深度）確定，實際應(yīng)用中插針高度一般比印制板厚度大1mm，如印制板厚度3mm時，插針高度為4mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，插針的裝配高度誤差應(yīng)滿足0.8mm～1.5mm要求。

（3）插針封裝尺寸

由于轉(zhuǎn)接板的插針是插裝在印制板焊接通孔中，而焊接通孔表面還有焊盤分布，所以轉(zhuǎn)接板插針的封裝尺寸至少要大于等于連接器的。如選用微矩形連接器，其封裝尺寸一般為1.27mm×1.1mm，則轉(zhuǎn)接板插針分布至少應(yīng)大于等于1.27mm×1.1mm，受限于插針直徑、印制板焊盤大小，一般不建議與連接器封裝一致，常見的封裝為1.5mm×1.27mm、1.5mm×1.5mm、1.27mm×2.54mm;如選用超微矩形連接器，其封裝尺寸為0.635mm×1.016mm，該類轉(zhuǎn)接板插針常見的封裝為1.27mm×1.27mm。

一般情況下，轉(zhuǎn)接板插針的封裝尺寸是參考原連接器直插或彎插式的，但也存在自行定義的情況，但插針間距仍需考慮印制板上的開孔和焊盤大小。對于傳輸大電流或者高電壓的插針，在考慮到開孔和焊盤大小的情況下，排布必須滿足GB 4943-1995《信息技術(shù)設(shè)備（包括電氣事務(wù)設(shè)備）的安全》的相關(guān)規(guī)定，加大距離，避免高壓擊穿或短路。

2.3 導(dǎo)線的選擇和處理

低矮化板間互聯(lián)電纜的設(shè)計中，導(dǎo)線的選擇十分重要。由于安裝空間狹小，且在電裝過程中要求轉(zhuǎn)接板和連接器之間具有一定的彈性，故導(dǎo)線的選擇有如下要求：

（1）導(dǎo)線外徑

電裝中，導(dǎo)線的彎曲半徑不能小于其外徑的6倍，在低矮化的板間，導(dǎo)線勢必會發(fā)生折彎的變形，為了保證彎曲半徑，在相同導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的條件下，應(yīng)選擇絕緣層更薄的導(dǎo)線。如，微矩型連接器的互聯(lián)電纜能同時適配AWG28～26的導(dǎo)線，在充分考慮降額后，應(yīng)優(yōu)選截面更小的導(dǎo)線，截面小也意味著導(dǎo)線外徑的縮小，也能實現(xiàn)更小的彎曲半徑。

（2）導(dǎo)體結(jié)構(gòu)

同一截面的導(dǎo)線往往有多種規(guī)格，如AWG26的導(dǎo)線有30/0.08的，還有19/0.10的，AWG28mm2的導(dǎo)線有14/0.08的，還有7/0.10的。更多更細(xì)導(dǎo)體的導(dǎo)線其柔軟性更好，在低矮化的空間內(nèi)安裝成型更為容易，所以設(shè)計中應(yīng)優(yōu)選導(dǎo)體結(jié)果為多股絲的超柔導(dǎo)線。

（3）導(dǎo)線絕緣

常見的導(dǎo)線絕緣有擠塑和繞包兩種形式，擠塑絕緣是整體包裹在導(dǎo)體外的，繞包絕緣是使用聚四氟乙烯薄膜纏繞包裹在導(dǎo)體外的，由于這種加工方式的不同，繞包導(dǎo)線要比同規(guī)格擠塑導(dǎo)線更為柔軟。所以設(shè)計中應(yīng)優(yōu)選繞包絕緣的導(dǎo)線。

（4）導(dǎo)線的處理

低矮化板間互聯(lián)電纜在選擇了超柔導(dǎo)線后，還需要考慮在狹小空間內(nèi)的排布。板間距離20mm以內(nèi)的情況下，如果按照常規(guī)方式設(shè)計電纜外形，導(dǎo)線拉直理順直連，既存在互聯(lián)電纜裝配的困難，在安裝中還需要對電纜尺寸的精確控制，否則就可能導(dǎo)致安裝不上或安裝后導(dǎo)線受力。為此對互聯(lián)電纜的導(dǎo)線進(jìn)行成型處理，有以下幾種方式：

a>圓弧式成型

互聯(lián)電纜長度應(yīng)略高于板間距離，然后將分組導(dǎo)線，規(guī)律地彎曲為弧形，以達(dá)到安裝高度的要求，裝配時導(dǎo)線具有一定彈性，既可以壓縮又可以拉伸，避免了導(dǎo)線受力。實際應(yīng)用中，既能在連接器寬窄（±X）方向?qū)?dǎo)線均分兩組彎曲成弧形，也可以沿法蘭盤（±Y）方向?qū)?dǎo)線均分兩組彎曲成弧形，均分可避免連接器和轉(zhuǎn)接板中心過分偏離，但這種成型需根據(jù)板間空間內(nèi)其它器件的位置確定。

b）三角式成型

三角式成型不同于圓弧式成型的是，成型時將寬（窄）面的導(dǎo)線統(tǒng)一向法蘭+Y方向彎曲，將窄（寬）面的導(dǎo)線統(tǒng)一向法蘭-Y方向彎曲，每根彎曲的導(dǎo)線與上下連接點的直線構(gòu)成了三角形。為了保證連接器和轉(zhuǎn)接板對正，寬窄兩邊導(dǎo)線成型方向需反向成型，對于上下封裝形式相同或接近較為適用，導(dǎo)線不會占用額外的板間空間。

c）U字和Z字成型

不用于以上成型方式，U字和Z字成型對連接器和接線板需要進(jìn)行改型處理，將導(dǎo)線出線方向改為與插合方向成90°，當(dāng)連接器和轉(zhuǎn)接板90°出線方向一致時，采用U字成型，當(dāng)90°度出線方向不一致時，采用Z字成型。兩種都需要占據(jù)部分板間空間，可以適用于有較粗導(dǎo)線的互聯(lián)電纜。

3 展望

隨著雷達(dá)等電子裝配的集成化程度越來越高，低矮化板間的互聯(lián)電纜應(yīng)用必定會越來越多，對于電纜的種類、結(jié)構(gòu)形式、安裝形式會提出更多要求，大小電流混裝、高低頻混裝、高低壓混裝甚至光電混裝的產(chǎn)品都有可能出現(xiàn)，將是一種發(fā)展趨勢。

4 總結(jié)

低矮化板間互聯(lián)電纜是伴隨著電子裝配小型化的趨勢替代了帶線連接器焊接印制板的產(chǎn)品，該類產(chǎn)品從設(shè)計選型之初，就應(yīng)徹底了解需求，對連接器、導(dǎo)線、轉(zhuǎn)接板做出合理的設(shè)計，既要保證在滿足使用需求的同時，兼顧到電裝的可操作性，應(yīng)以設(shè)計為本。依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計，互聯(lián)電纜在工藝上實現(xiàn)難度較高，必須采取盡可能降低風(fēng)險的方法，避免缺陷和故障。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 4943-1995.信息技術(shù)設(shè)備（包括電氣事務(wù)設(shè)備）的安全.

[2]QJ 3012-98.航天電子電氣產(chǎn)品元器件通孔安裝技術(shù)要求.

[3]QJ603A-2006. 電纜組裝件制作通用技術(shù)要求.