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这些年来,各类输入/输出应用互连解决方案层出不穷,商家们纷纷推出了包括USB、火线（Firewire）、模块插座、InfiniBand、高清晰度多媒体接口（HDMI）等各种解决方案。D-Sub连接器则是其中最早的一种解决方案,也是应用最多样化且使用最广泛的一种输入/输出连接器系统。在过去的30多年中,D-Sub连接器几乎一成不变,而如今正在上演一场D-Sub连接器的革新。
D-Sub连接器系列的扩展主要有两种趋势,其一是制造商生产出更紧凑、更高密度的版本以刺激需求并保持竞争力。针数更多、更小的D-Sub连接器是主要针对个人电脑、通信器材和工业应用而推出的。标准的D-Sub连接器端子间距为2.75mm,为了适应个人电脑和便携式设备的需求,新型的D-Sub连接器的端子间距更多为0.5mm和0.8mm。同样的,标准的D-Sub连接器针数为9、15、25、37或50,而高密度类型的针数可达到78。
另一个发展趋势则是保持标准接口,但大大提高连接器的性能和可靠度,同时降低原材料和模具的成本。这涵盖了最复杂的元器件和最基本的、往往被忽略的地方。然而,通常是在这些被人们忽略之处可以改进性能并降低成本。
输入/输出连接器的一个关键要求就是可以承受极大的插接力,并有很坚固的端子可以承受装配电路板前后的误操作,因为在操作中,连接器不仅缺乏足够的保护,而且常常被误用。对于表面贴装输入/输出连接器来说,这并不容易做到,而对于弯角的表面贴装连接器,这更是难上加难了。
弯角连接器的传统设计是通过冲压过程中的至少两次弯曲以形成端子,如图1所示。这样的设计给控制连接器每个端子引脚共面性带来了很大的挑战,同时也造成端子的强度不够,处理稍有不当就会变形。要让连接器的表面贴装引脚全部处于同一平面是不现实的,但是所有引脚的高度差应该控制在±0.05mm之内。否则,有些引脚就无法接触到电路板上的焊膏,没有焊好而形成开路。
图1 传统弯角SMT D-Sub连接器
重新设计所有D-Sub连接器的目的是为不论在操作或是在电路板装配时都提供可靠但经济的输入/输出解决方案。
重新设计的第一个焦点是改变传统直角端子的设计,以解决共面性的问题。实现方法之一就是从扁平的铜合金长条上一步冲压出弯角端子,如图2所示。这样生产出的端子强度很高,并且可以将误差降低。因此,共面性就完全依赖于相对容易控制的外壳尺寸,避免引脚没有焊接到电路板上的情况。
图2 冲压成形的连接器端子
传统的D-Sub连接器不同的端接方式需要不同的冲压模。而将冲压方法应用在表面贴装的连接器后,模块化概念的模具设计可将此方法延展到压接式和通孔回流连接器上,用同样一套冲模和三个不同的引脚模块可以冲压出三种不同引脚的端子。这能够确保不同端接方式端子设计的连贯性,同时减少开发模具的时间和成本。
D-Sub连接器的重新设计除了要降低成本,也要着重提高连接器的可靠性。对于表面贴装元器件,无须额外设备及任何人工参与而能够全自动组装上电路板是极其重要的。此外,还需考虑元器件的准确定位和增加元器件在电路板上的保持力。因此,要使D-Sub连接器留有给吸盘取放连接器的区域。
除了提高连接器的机械性能,传统的D-Sub的电器性能也能提高,一些具体改进方案和效果如表1所示。
例如,专利设计的双杆叶型端子可取代盒状端子将材料体积变化减到最小,减少阻抗、电容和电感的不连贯性,从而提高了D-Sub电器性能。此外,全金属的外壳可以增强结构并使接地更有效,为电磁干扰/射频干扰的应用提供绝佳的屏蔽,且无需使用接地带。对于适用于电源传输的高电流D-Sub连接器来说,电源端子可通过冲压、焊接成形,而非传统的车削成形,这不仅节省了材料和人工成本,同时也实现了选择性电镀。
传统D-Sub连接器 改进的方法
改进的效果 弯角端子通过两次弯曲成形 弯角端子通过一次冲压成形 a 端子非常牢固,不怕误操作
确保共面性的严格控制、避免引脚没有焊接到电路板上 不同的端接方式需要不同的冲压模 采用模块化概念,三种不同的端接方式只需要一个主冲模配上三个引脚区的模具模块 a 确保不同端接方式端子设计的连贯性
减少开发模具的时间和成本 由端子间距决定的线性端子布局 端子的布局充分利用了原材料 降低成本 使用材料体积变化很大的盒状端子 采用了特别设计的双杆叶型端子将材料体积变化减到最小 减少阻抗、电容和电感的不连贯性从而提高电气性能 锁定附件紧固在圆形空洞 锁定附件紧固在正方形空洞 保护锁定附件在紧固过程中不旋转 缺乏给吸盘取放连接器的区域 取放区域整合在外壳中 可以实现全自动电路板装配 电源端子通过车床车削成形 电源端子通过冲压、焊接成形 a 节省材料和人工成本
可以实现选择性电镀
通过技术和设计革新,应用了几十年的D-Sub连接器被完全改造。在连接器进行诸多改进的时候,值得注意的是,其接口尺寸如果与传统D-Sub连接器完全一致,就无需改变电路板设计和电路板布局。新的连接器设计能够提供更经济更可靠的解决方案,更注重细节的设计也带来更多的选择和更多样化的应用。
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D-Sub连接器系列的扩展主要有两种趋势,其一是制造商生产出更紧凑、更高密度的版本以刺激需求并保持竞争力。针数更多、更小的D-Sub连接器是主要针对个人电脑、通信器材和工业应用而推出的。标准的D-Sub连接器端子间距为2.75mm,为了适应个人电脑和便携式设备的需求,新型的D-Sub连接器的端子间距更多为0.5mm和0.8mm。同样的,标准的D-Sub连接器针数为9、15、25、37或50,而高密度类型的针数可达到78。
另一个发展趋势则是保持标准接口,但大大提高连接器的性能和可靠度,同时降低原材料和模具的成本。这涵盖了最复杂的元器件和最基本的、往往被忽略的地方。然而,通常是在这些被人们忽略之处可以改进性能并降低成本。
输入/输出连接器的一个关键要求就是可以承受极大的插接力,并有很坚固的端子可以承受装配电路板前后的误操作,因为在操作中,连接器不仅缺乏足够的保护,而且常常被误用。对于表面贴装输入/输出连接器来说,这并不容易做到,而对于弯角的表面贴装连接器,这更是难上加难了。
弯角连接器的传统设计是通过冲压过程中的至少两次弯曲以形成端子,如图1所示。这样的设计给控制连接器每个端子引脚共面性带来了很大的挑战,同时也造成端子的强度不够,处理稍有不当就会变形。要让连接器的表面贴装引脚全部处于同一平面是不现实的,但是所有引脚的高度差应该控制在±0.05mm之内。否则,有些引脚就无法接触到电路板上的焊膏,没有焊好而形成开路。
图1 传统弯角SMT D-Sub连接器
重新设计所有D-Sub连接器的目的是为不论在操作或是在电路板装配时都提供可靠但经济的输入/输出解决方案。
重新设计的第一个焦点是改变传统直角端子的设计,以解决共面性的问题。实现方法之一就是从扁平的铜合金长条上一步冲压出弯角端子,如图2所示。这样生产出的端子强度很高,并且可以将误差降低。因此,共面性就完全依赖于相对容易控制的外壳尺寸,避免引脚没有焊接到电路板上的情况。
图2 冲压成形的连接器端子
传统的D-Sub连接器不同的端接方式需要不同的冲压模。而将冲压方法应用在表面贴装的连接器后,模块化概念的模具设计可将此方法延展到压接式和通孔回流连接器上,用同样一套冲模和三个不同的引脚模块可以冲压出三种不同引脚的端子。这能够确保不同端接方式端子设计的连贯性,同时减少开发模具的时间和成本。
D-Sub连接器的重新设计除了要降低成本,也要着重提高连接器的可靠性。对于表面贴装元器件,无须额外设备及任何人工参与而能够全自动组装上电路板是极其重要的。此外,还需考虑元器件的准确定位和增加元器件在电路板上的保持力。因此,要使D-Sub连接器留有给吸盘取放连接器的区域。
除了提高连接器的机械性能,传统的D-Sub的电器性能也能提高,一些具体改进方案和效果如表1所示。
例如,专利设计的双杆叶型端子可取代盒状端子将材料体积变化减到最小,减少阻抗、电容和电感的不连贯性,从而提高了D-Sub电器性能。此外,全金属的外壳可以增强结构并使接地更有效,为电磁干扰/射频干扰的应用提供绝佳的屏蔽,且无需使用接地带。对于适用于电源传输的高电流D-Sub连接器来说,电源端子可通过冲压、焊接成形,而非传统的车削成形,这不仅节省了材料和人工成本,同时也实现了选择性电镀。
传统D-Sub连接器 改进的方法
改进的效果 弯角端子通过两次弯曲成形 弯角端子通过一次冲压成形 a 端子非常牢固,不怕误操作
确保共面性的严格控制、避免引脚没有焊接到电路板上 不同的端接方式需要不同的冲压模 采用模块化概念,三种不同的端接方式只需要一个主冲模配上三个引脚区的模具模块 a 确保不同端接方式端子设计的连贯性
减少开发模具的时间和成本 由端子间距决定的线性端子布局 端子的布局充分利用了原材料 降低成本 使用材料体积变化很大的盒状端子 采用了特别设计的双杆叶型端子将材料体积变化减到最小 减少阻抗、电容和电感的不连贯性从而提高电气性能 锁定附件紧固在圆形空洞 锁定附件紧固在正方形空洞 保护锁定附件在紧固过程中不旋转 缺乏给吸盘取放连接器的区域 取放区域整合在外壳中 可以实现全自动电路板装配 电源端子通过车床车削成形 电源端子通过冲压、焊接成形 a 节省材料和人工成本
可以实现选择性电镀
通过技术和设计革新,应用了几十年的D-Sub连接器被完全改造。在连接器进行诸多改进的时候,值得注意的是,其接口尺寸如果与传统D-Sub连接器完全一致,就无需改变电路板设计和电路板布局。新的连接器设计能够提供更经济更可靠的解决方案,更注重细节的设计也带来更多的选择和更多样化的应用。