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汽车连接器设计(5G时代:连接器从材料到设计的新挑战)

时间:2024-10-17 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 汽车连接器 文档下载

汽车电线又称低压电线,它与普通家用电线是不一样的。博威合金认为选材优先考虑导电性、导热性。博威合金提到目前大多数的连接器材料都是使用铜合金,因为铜的导电性和导热性以及可获得性、成本等都非常好,但强度较差,所以使用铜合金。5G时代个人智能消费终端数量以及数据量正在双增长。

汽车线束开发设计有发展吗

汽车线束开发设计是有发展的。

汽车电线又称低压电线,它与普通家用电线是不一样的。普通家用电线是铜质单蕊电线,有一定硬度。

汽车线束简介:

汽车线束是汽车电路的网络主体,没有线束也就不存在汽车电路。线束是指由铜材冲制而成的接触件端子(连接器)与电线电缆压接后,外面再塑压绝缘体或外加金属壳体等,以线束捆扎形成连接电路的组件。

汽车线束对材料的要求也非常严格:

包括其电气性能、材料散发性、耐温性等等,都比一般的线束要求要高,特别是涉及到安全方面的:如方向控制系统、刹车这些重要组件的线束,要求更为严格。

5G时代:连接器从材料到设计的新挑战

  【大比特导读】5G时代的来临,对信号、电力传输提出了“高速、高效”等要求,这对连接器的材质、性能、设计等都提出了挑战,近日在慕尼黑会展举办的连接器创新论坛上,了解了中航光电、博威合金、KMD等连接器行业专家有关5G时代连接器的机遇以及挑战的见解。

  连接器作为电子链路中不可或缺的一个器件,是慕尼黑上海站的重点展示版块之一,吸引了诸如中航光电、广濑电机、住友电工、罗森伯格等国内外强劲的连接器龙头企业。5G时代的来临,对信号、电力传输提出了“高速、高效”等要求,这对连接器的材质、性能、设计等都提出了挑战,近日在慕尼黑会展举办的连接器创新论坛上,了解了中航光电、博威合金、KMD等连接器行业专家有关5G时代连接器的机遇以及挑战的见解。

  博威合金:智慧材料持续为客户创造价值

  博威合金是国内领先的材料行业的先进制造企业,是我国有色合金新材料国家和行业标准主要制定单位,目前拥有的专利有185+,制定的国家标准有17+。论坛上博威合金带来的主题是:智慧材料·为客户持续创造价值,分享了有关连接器材料的选材问题。

  连接器的功能就是在电路中充当桥梁,实现电号、信号的低损耗连接,但连接器本身的接触电阻显著高于其连接的两部分,是整个链路中相对比较薄弱的部分。这是目前连接器发展的一个“瓶颈”。

  5G应用具有“大电流、大电压”的特点,目前的连接器,相当于让电力信号从“快车道”聚集在“过路口”,对传输速度形成了阻碍,为改变这种情况,需要在设计连接器时考虑非常多的因素,博威合金从选材的角度对此进行了分析。

  

  博威合金认为选材优先考虑导电性、导热性。材料的导电性越高,连接器的接触电阻会更小、温升会更低,而材料的导热率越高,连接器的传输热量能力更好、温升更低。

  其次选材要考虑材料的力学性能,连接器需要考虑的力学性能包括屈服强度以及弹性模量,这些因素会影响连接器的保持力。保持力太大会影响连接器的可分离特征,此外插拔会导致连接器额外的磨损;保持力太小又会使得连接器的接触电阻增大,降低其可靠性。

  最后还要考虑选材的耐热性能、耐腐蚀性能、焊接性能、材料成本、加工成型成本等,根据连接器的使用环境尽可能的增大其连接可靠性以及寿命,需要从材料的众多性能中寻找平衡点。

  博威合金提到目前大多数的连接器材料都是使用铜合金,因为铜的导电性和导热性以及可获得性、成本等都非常好,但强度较差,所以使用铜合金。但实际上我们目前所采用的诸如青铜、白铜、黄铜的导电率和强度都不能兼得。

  

  应对5G应用的发展,连接器材料必然要满足高强度和高导电性能,为此博威合金在不断地研发覆盖高导电、高强度以及兼顾导电和强度的平衡态合金。博威合金目前推出的解决方案有铜铬锆合金boway18150、boway18160、boway18400;铜镍硅合金boway70250、boway70260、boway19010、boway19005;碲铜合金PW14500等,具有更优良的强度、导电性能以及耐高温性能,适用于于 汽车 、5G通信的高速背板连接器等行业。

  KMD:确保5G时代的稳定高效连接

  KMD(凯美龙)是专注于提供连接器板带材料的全球化公司,是通信连接器材料的国际供应商,客户包括华为、安费诺、莫仕、SCI等大企业。KMD带来的主题是如何确保5G时代的稳定高效连接?分享了5G时代带来连接器变化以及制造新要求。

  5G时代是一个高速互连、万物相连的时代,相比4G时代具有了新的特征:高频高速和高稳定性;大数据的存储和传输;传输方式上的多端输入输出等。其中大数据的高速稳定存储和传输成为5G时代越来越关键的技术挑战,这要求连接器拥有更高的导电性和强度,以保证稳定的连接。此外微型号的连接器正在成为时代趋势。

  

  5G时代个人智能消费终端数量以及数据量正在双增长。根据思科等咨询机构的预测,未来的5-10年,数据量将以每年20%的速度递增,其中个人消费终端产生的数据量正逐渐上升,预测其在2030年将达到总数据量的53%。这意味着在未来诸如智能手机、平板电脑、智能穿戴以及VR/AR设备等消费终端产品将得到极大的发展,同时对数据的传输和储存提出了更高的要求。据预测2017-2022年,个人智能终端设备的增长量达到10%,而数据增长量将达到30%。

  同时全球大数据高速处理中心的蓬勃发展将成为必然趋势,预测从2016-2024年大数据中心市场规模将以每年17.2%的复合增长率增长,而其中亚太新兴市场2016-2022年将以24%的比例快速增长,成为全球增长较快的区域。

  面对数据的快速增长,应该如何实现连接器稳定、高速、可靠的传输?KMD从材料的角度进行解答。KMD指出具有高导电、高导热的性能铜合金是最合适的连接器材料,而5G 时代对铜合金带材提出了新要求:高强度/低延伸率/高韧性/较高的导电率;优秀的冲压性能及表面质量;合适插入力。

  KDM以新型的连接器端子鱼眼端子为例,因其不需要焊接同时可以保持稳定连接而广泛应用于通讯连接器领域,但是对原材料的设计、制造工艺提出了更高的要求:1. 由于要求长时间保持正压力、接触稳定因此需要高于700MPa的屈服强度并同时具有极好的抗应力松弛水平(≥80%,120°C/1000h);2.由于在制造过程中需要先将厚度0.23-0.25mm打薄到0.15-0.18mm后再成型,因此需要较高的折弯性能(韧性)(R/T=2,180°);3. 数据传输速度要求更高,因此导电率需要从之前40%IACS提高至45-60%IACS;4. 由于端子小型化,因此未来成型方向可能平行于铜带轧制方向,因此对于材料各向同性要求越来越高。

  

  综合上述,新合金材料要具有更高的强度、韧性以及导电性能特点,同时对于表面要求提出了低粗糙系数/高硬度/低电阻/长久稳定性等特殊要求。KMD带来的解决方案包括高强高导高韧的C7025合金裸带材料及有特殊性能的Sn13(热锡)和Sn28M(SnAg)镀层。

  中航光电:高速互联技术发展研讨

  中航光电是我国连接器的龙头企业,“国家认定企业技术中心”,产品广泛用于航空航天、军用电子、新能源 汽车 、通信与数据中心、轨道交通等。中航光电带来的主题是高速互联技术发展研讨,分享高速互联的发展趋势以及高速连接器的设计工艺。

  根据IT信息咨询公司IDC的预测,2020年全球的数据总量将达到35ZB(1ZB=109TB=1012GB=1015MB),预计2025年将达到173ZB。而高速连接器的需求将以每年20%以上的速度增长。

  高速连接器以往都是被国际连接器巨头企业所垄断,国内2000年开始接触,2010年才真正起步。随着5G通信技术的发展,高速连接器在我国重大工程中使用的比例逐渐提高,比如量子通信和量子计算机、云计算、国家网络空间安全、5G/北斗导航。

  5G相对3/4G来说,传输速率以及传输量提升10倍不止,在5G架构的支持下,未来车联网、物联网、自动驾驶等成为可能。各个技术领域跟随5G的步伐均在往高速化方向发展,原来的高速互联产品已经承受不起如此大的数据量传输。

  

  中航光电将“高速互联”比作“高速公路”,高速公路为提升车流量做出的改变是增加车道数、提升单车行驶速度。类比到高速互联产品,3G-5G的发展就是一个增加通道数的过程,5G基站的布站数是3G的1000倍,4G的10倍;其次5G的数据信号的传输速度更快,单个信号电平承载数据量更多。

  高速连接器的突破是5G持续发展的基础,中航光电指出目前已经实现单通道25Gpbs

  链路,但也遇到了瓶颈:25Gpbs以上的背板面临着链路损耗增大、散热难以及成本高等问题。25Gpb往上发展需要使用更先进高端的板材,材料成本以及加工成本均比较高,同时25Gpb背板散热采用背板打孔的方法,而超过25Gpbs的背板散热将更难。

  论坛上中航光电带来了三个解决方案:

  一、传统背板向正交背板发展

  即减少中间的背板,两主板间进行互联。优点:正交架构大大缩减了业务板卡与交换矩阵板卡之间的高速信号传输距离(减少了一块背板的距离),进而链路传输的衰减会减少,为高速信号稳定传输提供了硬件架构基础。

  

  二、传统的背板向线缆背板转变:

  即用高速线缆替代背板。优点:线缆本身的制造工艺非常成熟、高速线缆本身的损耗比PCB少很多、高速线缆可实现短距离的互联通信,因此这将是一种极具成本效益的高效互联解决方案。缺点:线缆的加工效率低,焊接的效率要远低于抗压效率。

  

  三、传统的背板转向正交线缆背板方案。

  中航光电在上述三个方案都有布局开发56/112Gpbs,其认为第三个方案将是未来的主流。中航光电目前拥有的56Gpbs的高速连接产品有GF5高速背板连接器、GF5Z高速夹层自对插连接器、BGA高速夹层自对插连接器等。正在预研的112Gpbs高速连接产品有GF6系列高速背板连接器、GF6系列高速正交(OD)连接器等。

  

  

  总结

  随着新基建的加速落地,5G赋能各行各业,未来世界必定是智能化、数据化、 科技 化的,每天将产生海量的数据,需要通过连接器进行稳定又高速的传输,这对连接器的材质、性能、整个设计制造过程都提出了挑战。因此连接器产业链上的企业要跟随5G步伐,提前对连接器未来走向进行预测和布局,同时还要意识到未来的产品是以个性化为主的,无论是材料产商或是连接器产商都需要进行数字化的转型,智能化地与客户进行协同合作,从连接器的生产商逐步转变为应用方案的解决商,提供更优质的产品。

FPC连接器的特点

FPC连接器种类多样,可实现薄型化、小型化,高频信号传输,具有高密集成性,柔性优良,灵活可折叠和伸缩的特点。FPC连接器是一种用可以折叠、弯曲的软性材料制作成的连接器,用于PCB连接电路板和FPC柔性印制电路板,使之实现机械和电气上的连接。FPC连接器的应用广泛,主要集中在LCD/LED液晶显示屏、平板电脑、数码相机、手机、笔记本电脑等数码通讯产品上。Blade pin弹片微针模组在FPC连接器测试中,小pitch领域的可取值范围大,小到0.15mm,大到0.4mm往上都能轻松应对,在复杂的测试环境下也能保持性能稳定,表现优越。

汽车连接器的介绍

汽车连接器的四大基本结构组件
一,接触件,是汽车连接器完成电连接功能的核心零件。一般由阳性接触件和阴性接触件组成接触对,通过阴、阳接触件的插合完成电连接。
阳性接触件为刚性零件,其形状为圆柱形(圆插针)、方柱形(方插针)或扁平形(插片)。阳性接触件一般由黄铜、磷青铜制成。阴性接触件即插孔,是接触对的关键零件,它依靠弹性结构在与插针插合时发生弹性变形而产生弹性力与阳性接触件形成紧密接触,完成连接。插孔的结构种类很多,有圆筒型(劈槽、缩口)、音叉型、悬臂梁型(纵向开槽)、折迭型(纵向开槽,9字形)、盒形(方插孔)以及双曲面线簧插孔等。
二,壳体,也称外壳(shell),是汽车连接器的外罩,它为内装的绝缘安装板和插针提供机械保护,并提供插头和插座插合时的对准,进而将连接器固定到设备上。
三,绝缘体,绝缘体也常称之为汽车连接器基座(base)或安装板(insert),它的作用是使接触件按所需要的位置和间距排列,并保证接触件之间和接触件与外壳之间的绝缘性能。良好的绝缘电阻、耐电压性能以及易加工性是选择绝缘材料加工成绝缘体的基本要求。
四,附件,附件分结构附件和安装附件。结构附件如卡圈、定位键、定位销、导向销、联接环、电缆夹、密封圈、密封垫等。安装附件如螺钉、螺母、螺杆、弹簧圈等。附件大都有标准件和通用件。
正是这四大基本结构组件使汽车连接器能够充当桥梁作用,稳定运行。 随着汽车工业的快速发展,汽车上的各种功能件及各种零部件都在不断地向智能化、精细化及可靠性方向发展,对汽车连接器结构设计、外观设计及材料也提出了更高的要求。
汽车连接器必需符合USCAR—20的标准,这是汽车电气连接器系统的性能标准,规定汽车连接器在整个使用周期内电气连接器接触面要始终可靠,包括以下几个因素:
一、连接器触头的材料稳定、可靠
二、正向力稳定
三、电路的电压和电流稳定
四、温度要求在规定的范围之内,包括周围的温度和自身的温升
五、较好的鲁棒性
六、必需与高速长距离通信计算机用的连接器相同,汽车连接器必需能在恶劣的条件下可靠地工作
七、连接器插入力:20.5kg以下;
八、连接器保持力:2.5kg以上;
九、耐热性:—40~120℃ 目前全球汽车连接器约占连结器产业15%左右,未来可望在汽车电子产品的带动下,占有较大的比例。 以产品成本结构而言,中国现在每辆汽车平均用到的连接器成本只有几百元,与国外每辆车的连接器成本大约在125美元~150美元来看,中国汽车连接器市场还有很大的发展潜力。未来每辆汽车将使用到600-1,000个电子连接器,远远大于现今所使用的数量。
中国未来将可望成为未来全球汽车连接器重要的生产基地。除了现有一线知名国际大厂外,其他尚未前往中国设厂的厂商将因为当地需求不断提高,本土化采购,成本优势等因素影响下,逐渐在中国建立起生产据点供应当地汽车零组件厂商所需。
因此,未来中国汽车连接器产业,将是外资企业和中国本土企业竞争非常激烈的市场!中国也将在外资企业和本土企业的发展下,成为汽车连结器的重要生产国家之一。未来的本土企业、外资企业、三资企业的谁将成为中国汽车连接器的霸主将拭目以待!、 服务意识、市场意识比较淡薄,亟待加强
在国产连接器与国外公司产品的差别比较时,技术水准低、质量差距大是客观事实。但同时,国内企业的服务意识、市场意识也令人担忧。有些企业连一个健全的网站都没有,找寻起来非常困难。有些有网站的企业发一封电子邮件后犹如石沉大海,看不到回音。有些企业在电话咨询购买产品时服务态度好一点,而听到暂时还不决定购买时态度马上变样。还有一些企业对客户要求很高,小订单不愿接。国内一些民营股份制企业还好一些,接触一些国有企业,对服务和市场的淡薄意识有时让人很吃惊。
缺少参与整车设计,产品没有知识产权
由于国内整车厂大多以“洋”装的形式出现,导致我国汽车连接器生产企业很难参与整车电气线路的设计、开发,与整车厂沟通的机会很少,国内企业的产品就很难获得自己的知识产权。在国产化和整车成本价格下降的驱动下,国内企业参与配套时采取仿造是一种迫不得已的行为,被动配套是国内汽车连接器厂普遍存在的一个现象。