想要在PCB之间实现高可靠、高性能的互连,板对板连接器是一个重要的解决方案。但是经验告诉我们,越是这种高密度的互连,连接的界面也就更“娇气”,一旦其电气连接或机械结构受到什么损伤,就很可能会造成性能上的劣化。对于板对板连接器来说,振动和压力就是对互连系统造成损伤的一个很重要的原因,对此需要严防死守。

 

在实际应用中,可能施加在板对板连接器上的振动和压力,主要来自于以下几个方面:

 

首先是外部环境。比如在汽车和工业等应用中,比较复杂和恶劣的工作环境会对连接器造成冲击和振动,这很容易理解。

 

其次是来自于系统内部的振动源,比如工业应用中的电机。而且随着电机应用的扩展,在许多消费类应用中,如洗衣机、洗碗机、搅拌机等,也需要考虑持续振动的影响。

 

再有就是连接器的装配和配接。在这个过程中,公差或PCB板形变等因素,也会对板对板连接器产生应力,成为连接可靠性的隐患。

 

对于振动和压力,标准板对板连接器的应对策略主要是“硬扛”,比如采用优化的机械结构、电气性能、加强的锁定装置等,这样可以在很多场景中确保振动和压力条件下的稳固连接。但是如果是面对连续的振动和压力,由于标准连接器引脚是直接焊接在PCB上,长时间的应力和连续的运动最终会导致触点机械结构的形变或者导体接触面的磨损,进而造成触点表面氧化或接触不良,使得连接器的性能大打折扣。

 

解决这个难题,就需要一种特殊设计的板对板连接器登场了,这就是浮动板对板连接器。

 

认识浮动连接器

浮动连接器与标准板对板连接器关键的差异在于,其内部配备了弹簧机构,当连接器在X轴和Y轴方向上移动时,产生的应力由弹簧来承受,这样就可以有效保护连接器的触点和焊点,确保在不利的条件下也可以实现可靠的配接。

 

有些浮动板对板连接器,除了可以承受X轴和Y轴水平方向上的位移,还允许在Z轴这个垂直方向上的位移,这有利于调节和吸收由于电路板弯曲或安装不当而产生的应力,进一步提升浮动板对板连接器的抗震耐压能力。

 

图1:浮动连接器配接示意图

(图源:Molex)

 

不难想象,采用浮动板对板连接器之后,可以为产品设计带来诸多益处:

 

1、便于装配

由于浮动板对板连接器可以在PCB的装配和维修过程中吸收掉因错位或公差产生的外力冲击,可以防止焊点因应力而发生断裂。这个特性也使其与PCB自动化装配工艺有更佳的兼容性;而且对于在一个PCB上包括多个板对板连接器的情况,由于无需考虑公差补偿,处理起来也会更容易。

 

2、可靠配接

浮动板对板连接器能够减少外部冲击和振动的影响,在具有挑战性的环境下具有更好的可靠性。同时,一定的浮动范围也有助于在盲配的情况下仍然实现正确连接。

 

3、成本优化

正是因为可以支持盲插以及自动化的装配,具有对复杂环境的“耐受性”,使用了浮动板对板连接器就可以避免在设计中采用更高成本的柔性印刷电路板,有利于优化整体的系统成本。

 

图2:浮动连接器有利于批量化的生产

(图源:Molex)

 

SlimStack FSB系列浮动连接器

通过上面的介绍,相信大家对于浮动板对板连接器已经有了深入的了解。不过要知道,板对板连接器本身就是一种在小型化、连接密度、性能等方面有较高追求的互连系统,在这基础上再叠加上一个“可浮动”的特性,这在连接器的设计和制造上都是一个颇具挑战的“技术活”。

 

一个能够被市场和用户广泛认可的浮动板对板连接器是如何打造出来的?下面我们就通过Molex的一款经典产品来做个说明。

 

Molex FSB系列SlimStack板对板连接器包括FSB3和FSB5两个子系列,它们支持高达6Gbps的高速传输速率,同时可以在X、Y和Z轴方向上分别提供±0.30mm(FSB3系列)和±0.50mm(FSB5系列)的浮动范围。这使其可在汽车、工业和消费类行业中获得广泛的应用。

 

图3:SlimStacck FSB3和FSB5系列连接器

(图源:Molex)

 

下面,我们以FSB5为例,深入到FSB系列板对板连接器的内部一探究竟。从图4中,我们可以看到插头侧的端子弹簧部件,这就是支持“浮动”的关键所在。在Z方向,对于接触位置的位移,也会有一定的容差能力来消除未对准造成的影响(图5)。

 

图4:FSB5浮动连接器配接示意图:X和Y方向

(图源:Molex)

 

图5:FSB5浮动连接器配接示意图:Z方向

(图源:Molex)

 

在支持较大浮动范围的同时,FSB系列SlimStack板对板连接器在小型化方面表现也十分抢眼——FSB3和FSB5都具有0.40mm的引脚间距,配接后的高度、长度和宽度这三个数值,在板对板浮动连接器市场都颇具竞争力。

 

图6:FSB3和FSB5浮动连接器外形参数

(图源:Molex)

 

在其他方面,SlimStack FSB系列浮动连接器也是秉承了Molex板对板连接器产品的诸多优异的特性,比如采用镀金工艺、低至80mΩ的接触电阻、支持多达30次插拔、采用低卤素材料等。特别值得一提的是,该连接器支持高达125℃的工作温度,这在要求高可靠性的应用中是一个明显的优势。

 

表1:FSB3和FSB5系列连接器特性比较

(图源:Molex)

 

除了SlimStack FSB系列浮动连接器,Molex提供的0.635mm间距浮动连接器也是一款值得关注的产品。它可以支持在X轴和Y轴上高达0.70mm的浮动范围、6.2Gbps的数据传输速率、50次的插拔……对于那些在水平方向上有更高“浮动”要求的高速、高可靠应用,是一个理想的选择。

图7:0.635mm间距浮动连接器

(图源:Molex)

 

总之,作为板对板连接器中的一个特殊形态的产品,浮动连接器凭借自身出色的配接“容差”特性,在那些需要应对持续振动和压力的应用中发挥着不可替代的作用。需要这种特性的应用,也正逐渐从汽车和工业领域,向更广阔的消费电子领域拓展,这也决定了未来浮动板对板连接器将迎来更大的发展空间!

 

Molex的SlimStack FSB系列浮动连接器正好可以满足这一应用发展大趋势,如需了解更多的产品信息,请访问贸泽电子网站上的产品专页。