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，所有这些都在密集的汽车架构中抢夺空间。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汽车。
因而，制作商需求找到更智能的电子解决方案，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汽车连接器，因为操控单元内的导线尺度和封装空间已经缩小。在某些情况下，所谓的“黑盒”组件包括非汽车微型汽车连接器。它们缺少对汽车恶劣环境的鲁棒性，从而产生了一些模块的质量问题，并在某些情况下导致组件毛病。
汽车OEM需求保证其采购的子体系模块配备真正的汽车级汽车连接器——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正汽车级稳健性的微型汽车连接器，来完成战略性节约空间的方针。具体来说，咱们研讨了TEConnectivity的两个用于汽车运用的小型化互连渠道：NanoMQS和MCON0.50互连体系，审视它们怎么契合职业规范，供给要害技术优势，并节约高达50%的空间。咱们还考虑了其他因素，这些因素有助于完成小型化元件的巩固性，例如小线压接质量，并评论怎么解决高密度PCB引脚衔接上的金属晶须成长所带来的危险。
一、新的ECUS有必要满足更严厉的汽车要求
联网汽车革新正在咱们眼前产生。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全部(V2X)衔接。所有这些新子体系都支持硬件、传感器和软件。但是，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计算体系办法物理地集成到车辆中。
虽然自动驾驶汽车功用正在快速增长，但汽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。
典型的豪华车包括多达80个ECU，每个ECU的杂乱程度都在不断进步。每个ECU包括至少一个印刷电路板(PCB)和安装在PCB上的单个插头。
ECU能够包容多达数百个电线衔接，这些衔接又包括在杂乱的线束体系中。此外，现有运用变得越来越杂乱，在车辆中引入了更多功用和ADAS。例如，新的LED前照灯单元最多可包括60个电路、15个汽车连接器和120个端子。
在将所有这些ECU或模块衔接到车辆布线体系时，汽车制作商遇到技术应战。他们有必要保证它们坚持衔接和功用，以反抗诸如振荡、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，这些都可能中断安全接连操作。
二、微型互连渠道怎么完成创新
这些职业和技术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性能。为保证汽车级的鲁棒性，所有汽车连接器和组件有必要契合全球OEM规范，如LV214和USCAR2。走运的是，这些解决方案已经在市场上出售。
本文探讨了TEConnectivity(TE)解决方案，该解决方案可在车辆电气布线架构中完成空间节约，要点介绍NanoMQS端子和汽车连接器(这是非常成功的MQS系列的较小产品)，以及MCON0.50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、用于微型汽车衔接的TE解决方案
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汽车互连解决方案之一，因其2.54毫米间距的高封装密度和高度稳健的汽车级设计，并且具有两个锁定水准。几乎所有欧洲汽车制作商和全球众多汽车制作商都运用该体系。
多年来，跟着Micro-powerQuadlok(MpQ)和功率Quadlok(pQ)系列的推出，MQS渠道得到了扩展，能够承载更高的电流(图1)。
图1.MQS产品系列
四、NanoMQS端子和汽车连接器
根据MQS端子规划，NanoMQS互连体系的推出旨在满意制造商对ECU和PCB等电子元件小型化的需求。NanoMQS互连体系采用小型化端子(触点)、汽车连接器和接头，以处理密集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%，一起供给高达3安培的额定电流容量。此外，NanoMQS互连体系可以包容小至0.13mm2的导线横截面，使得制造商在需要时可削减线束分量。
密封版NanoMQS体系还具有高达400g的高度抗振功能。
五、汽车级微型端子供给牢靠的功能
NanoMQS互连平台的核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0.13mm2、0.17mm2、0.22mm2到0.35mm2的导线穿插部分。插座触点规划用于0.5x0.4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，因此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增加100次。它还明显降低了金属腐蚀的可能性，延长了触摸寿数和安全气囊体系等安全运用的可用性。
NanoMQS端子和汽车连接器的标称载流量高达3安培。可是，它也可以支持高达标称限值五倍的短峰值。当插拔时，插座触点经过强大的L形弹簧与相应的刀片建立两个电触摸点，该弹簧施加高法向力。
NanoMQS插座触点采用封闭式规划触摸腔，与外壳上相对较大的引入倒角合作运用，保证导向刺进平稳。这防止了刀片在合作期间与插座触摸件磕碰(“短路”)，这可能由于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，一旦端子完全刺进，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，使制造商可以承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锁定机制
图3A：杰出显现NanoMQS确定机制
六、NanoMQS极化确定机制可防止不正确的插入
虽然尺寸小，但端子具有供给极化横截面的触摸腔。这种规划意味着能够有用消除不正确插入的危险，而且能够安全方便地处理NanoMQS体系。与MQS渠道相同，NanoMQS渠道规划具备20个插拔周期。客户能够挑选是通过手动装配还是全自动插入，将端子放入塑料汽车连接器外壳中。
七、高等级热塑性汽车连接器壳体和头部的两种挑选
NanoMQS外壳组件(接头和汽车连接器)由高档热塑性塑料制成。有两种版别，TopLatch(TL)和SideLatch(SL)，它们都能够垂直或平行于PCB。两个版别之间的显著差异是TL版别的确定设备的方位，其位于壳体顶部的中央(图4)。
图4：NanoMQS触摸的极化
NanoMQS外壳——顶部闩锁(TL)版别
TL版别的中央确定装置方位使得更容易并排装置汽车连接器，从而提高了包装灵活性。例如，在开发新类型时，最初能够并排装置三个通用汽车连接器，以建立多达96个引脚的高位互连。然后，制造商能够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，外壳刚度通过2个至32个方位的肋条加强。肋骨的首要作用是添加20个方位以上版别的确定选项。
NanoMQS外壳——旁边面闩锁(SL)版别
在稍微紧凑的SL版别上，确定装置位于外壳的旁边面(图5)。使用SL版别，该设备能够确定在多达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，汽车连接器和头部前端之间的重叠具有楔形形状，以保证在汽车连接器合作期间两个半部的平滑引导。当完全插拔时，重叠导致由两个互相固定的楔形形成的强壮的正衔接。
图5.NanoMQS外壳：顶部锁定和侧面锁定版本
图6：NanoMQS头(左)与MQS头相比较。
八、NanoMQS端子怎么减缩50%的空间
NanoMQS系列端子设计为标称距离，对应于与PCB连接的引脚之间的距离为1.8毫米。因而，与MQS端头需求相比，NanoMQS端头上相同数量的位置仅需求大约一半的空间(图6)。
如图所示，运用NanoMQS系统，MQS渠道的端头占位面积从840mm2减少到411mm2。显然，具有显著封装密度的下一代汽车架构将需求高位互连。在发动机ECU中，Nano-MQS端子能够节约60%的ECU占位面积。目前的NanoMQS端子版别最多可包容320个位置。这使得NanoMQS渠道十分适合混合汽车连接器，因为MQS系列的每个触点都能够作为下一个尺度的倍数集成到网格中(图7)。二级锁定设备在所有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头相比较。
九、NanoMQS平台如何支持四级高抗振性
车辆内的电气连接必须保持抗振动和抗冲击性。诸如NanoMQS互连系统之类的小型化组件通常部署在子系统模块(称为“黑匣子”)中，在难以接近的严重空间受限的空间中。
在欧洲，德国主要汽车制造商定义了LV214等规格的振动测试等级。NanoMQS系列的标准未密封版本符合LV2144级(镀银触点)，有效加速度约为181m/s2。
这是值得注意的，因为NanoMQS系统满足密封汽车连接器的要求。凭借NanoMQS系统的高接触法向力，带有附加密封的汽车连接器可实现三级振动，可实现近距离安装，并可在发动机直接安装时实现四级振动(图8)。NanoMQS端子和汽车连接器设计坚固，还可满足400g窦振动阻力要求，如喷射阀或其他直接发动机安装应用所规定的那样。
图8.NanoMQS系统，密封版外壳
十、为极端恶劣的汽车环境引入MCON0.50互连系统
MCON0.50互连系统是TEMCON互连产品系列的一部分，该产品系列专为在恶劣的汽车环境中部署而设计。它是一个密封系统，采用特殊设计的硅胶密封圈。这些密封件可防止液体和湿气进入电气接触区域，这对于发动机舱区域中的应用是必需的。
MCON0.50端子和汽车连接器满足LV2143级近距离安装要求和4级直接发动机安装要求。它还实现了IP9级别的防水保护。
与NanoMQS互连系统和MCON系列的其余部分不同，MCON0.50端子设计没有主锁定喷枪，提供所谓的“净体方法”(图9)。
图9.MCON0.50系统“净体设计”
这意味着没有从汽车连接器伸出的法兰将其锁定在壳体内的适当位置，从而形成更清洁的车身轮廓。该设计旨在最小化汽车连接器壳体内部的任何磨损，因为这可能损害湿气密封。密封版本提供最高水密性和防潮性。MCON0.50系统可以浸没在几米深的水中，并从IPX蒸汽喷射器中吸收80巴的力。
表1：NanoMQS和MCON0.50平台的尺寸和性能
十一、工具在自动处理中的作用
小型化汽车级元件的挑战可延伸到电线端接和压接过程。采用更小的电线端子，应用工具在确保高性能连接和真正的汽车抗振性方面发挥着至关重要的作用。
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材料构成，这意味着它们在压接过程中更容易变形或变形。这还意味着闪光的存在或突起形式的卷曲变形变得更加显著，因为它可以形成整个端子轮廓的更大百分比。这是有问题的，因为闪光可能妨碍插入或损坏汽车连接器壳体，特别是其密封部件。小线应用通常需要较小的工具间隙以避免产生明显的闪光。工具间隙是指当两者处于压接高度时压接器和砧座之间的闪光擒纵空间。作为参考，小至0.05mm的加工间隙可以为压接宽度为1.00mm的端子产生明显的闪光。
较小的尺寸还使得在压接过程中将导线准确地定位在端子内更具挑战性。小规格的导线刚性较小，使其易于下垂或弯曲，从而妨碍插入端子。类似地，在压接施加工具内将端子对准砧座更加困难。
压接不对称是低质量压接的另一个特征，可能导致电气和机械性能降低。端子在铁砧上的不精确放置是不对称和闪光的主要原因。这种不准确性可能是由不正确的设置或不合标准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产生准确的结果。
小线和小型端子的应用工具
用于小线压接的TE施加使用高精度气动或伺服进给机构。这些机制使用户能够轻松地设置初始端子对准，并在施加使用时保持一致的对准。
TE在开发阶段早期与合作伙伴合作开发完整的组件和工具解决方案，以满足独特的应用需求。TE根据汽车标准对这些组件和工具解决方案进行预测试，以便最终用户获得他们可以完全依赖的整体认证解决方案。
OCEAN施加2.0如何改善小线压接
OCEAN施加2.0是TE系列施加中的最新产品，具有多项升级设计，可改善小线压接(小于0.35mm2)。一般设计优势包括优化的砧座几何形状，用于防止砧座未对准的钉扎底板，以及新的黑色氮化表面，可显著提高耐磨性(图10)。
图10.TE的OCEAN2.0施加
TE开发了一些功能来辅助小线压接，包括更容易的进给调整和带状导向锁的改进。除了新的优化砧座几何外，OCEAN施加2.0还采用了新的System3端子压紧机制，以确保准确和稳定的端子定位。它还提供坚固的压接高度调节功能，以及锁定机制。
制造商可以通过标准压接监控系统对自动压接过程进行质量控制和验证，这些系统也适用于细线。此外，TECrimpData应用程序使合作伙伴能够对自动压接过程进行有效的无线监控，包括监控循环次数设置报警以进行维护和更换备件。
TE的手动压接工具提供与自动电线端接完全相同的压接连接质量。此外，手动工具的良好人体工程学设计使其可以在狭窄的空间内使用。
十二、抗晶须压接引脚电镀
小型化的趋势也增加了行业对防止金属晶须形成的解决方案的需求。车辆中越来越多的电子产品使得元件制造商将印刷电路板(PCB)连接的压合技术用作焊料解决方案的可靠替代品。电镀适用于压接销，以便于润滑并防止由于氧化和其他原因造成的表面损坏。如今，这些电镀溶液主要由锡(Sn)组成。
图11.从压接销生长的锡须
然而，锡对晶须生长具有高度敏感性。当锡膜受到应力时，例如当它插入PCB时，锡须可以从头发状结构中自发生长。由于锡晶须是金属，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，它们可能会引起电子操作短路。在过去，通过在电镀中加入铅来解决该问题。
铅已经逐步退出制造流程，因为它会损害环境。由于汽车制造商正在减少引脚间并采用主要由锡制成的引脚电镀解决方案，他们正在寻找新的替代品来降低锡须形成的风险。
LITESURF镀层
TE的LITESURF电镀技术是一种用于压接应用的抗晶须电镀。它为汽车电子制造商提供了锡的替代品，几乎没有晶须生长的风险。由于是基于铋(Bi)，它具有环境可持续性，完全无害。
LITESURF电镀技术是经过五年多研究和开发的成果，旨在研究无锡电镀，以减轻晶须引发故障的风险，并适用于压接销连接的高应力条件。LITESURF电镀的开发是为了满足制造商对逐步小型化、减小引脚间距以及在PCB上使用更小的汽车连接器尺寸的需求。
随着TE的LITESURF电镀技术的不断开发，研究了超过12种不同的沉积物组成，研究了晶须形成以及影响生产过程(如熔化温度)的其他行为特征。TE专家创建了所有选项的详细矩阵。TE研究得出结论，电镀的最佳沉积物是电镀的铋基涂层。使用铋具有额外的好处，它使得制造商可以使用遵循典型的电镀线工艺的应用工艺，该工艺与标准锡浴相当。基于铋的LITESURF电镀可以在现有的电镀生产线中实施，而无需任何额外的工艺变化。对超过5,600个多弹簧和动作销以及三种不同类型的PCB技术进行了广泛的LITESURF电镀测试。测试表明，根据检测到的颗粒的数量和大小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降低1,600倍以上。
图12.LITESURF抗晶须电镀组合物
结论
自从卷曲发明以来，TE一直与汽车制造商合作，共同创建领先的连接解决方案，为创新和性能树立行业标准。如今，汽车中电子技术的快速增长以及对小型化技术的需求带来了新的挑战，需要更加技术先进的解决方案和真正的汽车级坚固性。TE在开发过程的早期继续与客户互动，并作为共同创建解决方案的真正合作伙伴，使车辆更智能，更安全。
TE能够为端子、汽车连接器、接头和压接技术以及共同开发的应用工具提供连接解决方案。这些解决方案可以将组件的PCB占用空间减少多达50%，同时作为具有预验证接口的系统的一部分进行无缝互操作。此外，TE的小型互连系统专为恶劣环境应用而设计，满足LV214振动要求和防水等IP9级别。
TE能够在内部支持产品开发的所有方面。TE完全控制产品设计和验证的所有制造阶段;开发，包括冲压、模塑、电镀和组装;以及测试、质量保证、应用和客户支持。这意味着我们可以提供更大的制造量灵活性，在关键流程的每个阶段提供高质量的保证，并保证更快和受控的交货时间。
