摘要

汽車(chē)制造商已經(jīng)將更多的電子技術(shù)構(gòu)建到具有動(dòng)力總成電氣化的車(chē)輛中，并且越來(lái)越復(fù)雜的駕駛輔助系統(tǒng)加速了這一趨勢(shì)。因此，許多具有多個(gè)印刷電路板的傳感器驅(qū)動(dòng)控制單元現(xiàn)在具有數(shù)千公里的新布線和指數(shù)級(jí)數(shù)量的新連接，所有這些都在密集的汽車(chē)架構(gòu)中爭(zhēng)奪空間。與此同時(shí)，越來(lái)越多的趨勢(shì)是輕量化部件，以提高燃油效率和更環(huán)保的汽車(chē)。

因此，制造商需要找到更智能的電子解決方案，以節(jié)省空間和減輕重量。工業(yè)制造商正在車(chē)內(nèi)廣泛采用小型化連接器，因?yàn)榭刂茊卧獌?nèi)的導(dǎo)線尺寸和封裝空間已經(jīng)縮小。在某些情況下，所謂的“黑盒”組件包括非汽車(chē)微型連接器。它們?nèi)狈?duì)汽車(chē)惡劣環(huán)境的魯棒性，從而產(chǎn)生了一些模塊的質(zhì)量問(wèn)題，并在某些情況下導(dǎo)致組件故障。

汽車(chē)OEM需要確保其采購(gòu)的子系統(tǒng)模塊配備真正的汽車(chē)級(jí)連接器——旨在符合LV214(歐洲)和USCAR2(美國(guó))等規(guī)范和驗(yàn)證要求。

在本文中，我們將研究制造商如何通過(guò)使用提供真正汽車(chē)級(jí)穩(wěn)健性的微型連接器，來(lái)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略性節(jié)省空間的目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，我們研究了TE Connectivity的兩個(gè)用于汽車(chē)應(yīng)用的小型化互連平臺(tái)：NanoMQS和MCON 0.50互連系統(tǒng)，審視它們?nèi)绾畏闲袠I(yè)規(guī)范，提供關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并節(jié)省高達(dá)50%的空間。我們還考慮了其他因素，這些因素有助于實(shí)現(xiàn)小型化元件的堅(jiān)固性，例如小線壓接質(zhì)量，并討論如何解決高密度PCB引腳連接上的金屬晶須生長(zhǎng)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

一、新的ECUS必須滿足更嚴(yán)格的汽車(chē)要求

聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)變革正在我們眼前發(fā)生。該行業(yè)正在迅速發(fā)展，動(dòng)力總成電氣化和先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的開(kāi)發(fā)提供了更大的舒適性和安全性，以及變得越來(lái)越復(fù)雜和強(qiáng)大的集成的車(chē)輛到一切(V2X)連接。所有這些新子系統(tǒng)都支持硬件、傳感器和軟件。但是，它們必須通過(guò)一系列聯(lián)網(wǎng)的電子控制單元(ECU)或通過(guò)新的完全冗余的計(jì)算系統(tǒng)方法物理地集成到車(chē)輛中。

雖然自動(dòng)駕駛汽車(chē)功能正在快速增長(zhǎng)，但汽車(chē)架構(gòu)是空間受限的環(huán)境。制造商要求他們的合作伙伴提供更輕、更小型化的組件，以便在越來(lái)越多的ECU中釋放急需的電線連接空間。

典型的豪華車(chē)包含多達(dá)80個(gè)ECU，每個(gè)ECU的復(fù)雜程度都在不斷提高。每個(gè)ECU包含至少一個(gè)印刷電路板(PCB)和安裝在PCB上的單個(gè)插頭。

ECU可以容納多達(dá)數(shù)百個(gè)電線連接，這些連接又包含在復(fù)雜的線束系統(tǒng)中。此外，現(xiàn)有應(yīng)用變得越來(lái)越復(fù)雜，在車(chē)輛中引入了更多功能和ADAS。例如，新的LED前照燈單元最多可包含60個(gè)電路、15個(gè)連接器和120個(gè)端子。

在將所有這些ECU或模塊連接到車(chē)輛布線系統(tǒng)時(shí)，汽車(chē)制造商遇到技術(shù)挑戰(zhàn)。他們必須確保它們保持連接和功能，以抵抗諸如振動(dòng)、液體進(jìn)入和車(chē)輛線束或不同子系統(tǒng)模塊中的極端溫度等不利條件，這些都可能中斷安全連續(xù)操作。

二、微型互連平臺(tái)如何實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新

這些行業(yè)和技術(shù)趨勢(shì)需要下一代小型化互連平臺(tái)，以節(jié)省空間、保持燃油效率并確保性能。為確保汽車(chē)級(jí)的魯棒性，所有連接器和組件必須符合全球OEM規(guī)范，如LV214和USCAR2。幸運(yùn)的是，這些解決方案已經(jīng)在市場(chǎng)上出售。

本文探討了TE Connectivity(TE)解決方案，該解決方案可在車(chē)輛電氣布線架構(gòu)中實(shí)現(xiàn)空間節(jié)省，重點(diǎn)介紹NanoMQS端子和連接器(這是非常成功的MQS系列的較小產(chǎn)品)，以及MCON 0.50互連器(對(duì)標(biāo)“凈體”產(chǎn)品)。此外，本文還研究了較小導(dǎo)線的特定壓接挑戰(zhàn)和要求，以及金屬晶須在高密度PCB引腳連接上生長(zhǎng)的挑戰(zhàn)。

三、用于微型汽車(chē)連接的TE解決方案

TE最初的MQS互連系統(tǒng)是在20多年前推出的。它已成為業(yè)界最成功的汽車(chē)互連解決方案之一，因其2.54毫米間距的高封裝密度和高度穩(wěn)健的汽車(chē)級(jí)設(shè)計(jì)，并且具有兩個(gè)鎖定水準(zhǔn)。幾乎所有歐洲汽車(chē)制造商和全球眾多汽車(chē)制造商都使用該系統(tǒng)。

多年來(lái)，隨著Micro-power Quadlok(MpQ)和功率Quadlok(pQ)系列的推出，MQS平臺(tái)得到了擴(kuò)展，可以承載更高的電流(圖1)。

圖1. MQS產(chǎn)品系列

四、NanoMQS端子和連接器

基于MQS端子設(shè)計(jì)，NanoMQS互連系統(tǒng)的推出旨在滿足制造商對(duì)ECU和PCB等電子元件小型化的需求。NanoMQS互連系統(tǒng)采用小型化端子(觸點(diǎn))、連接器和接頭，以解決密集的車(chē)輛電子設(shè)備問(wèn)題。

圖2. NanoMQS端子

這種設(shè)計(jì)可將PCB占位面積減少約50%，同時(shí)提供高達(dá)3安培的額定電流容量。此外，NanoMQS互連系統(tǒng)可以容納小至0.13 mm2的導(dǎo)線橫截面，使得制造商在需要時(shí)可減少線束重量。

密封版NanoMQS系統(tǒng)還具有高達(dá)400 g的高度抗振性能。

五、汽車(chē)級(jí)微型端子提供可靠的性能

NanoMQS互連平臺(tái)的核心是單片式壓接端子(圖2)。

插座觸點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)版本由鍍錫銅制成。它有從0.13 mm2、0.17 mm2、0.22 mm2到0.35 mm2的導(dǎo)線交叉部分。插座觸點(diǎn)設(shè)計(jì)用于0.5 x 0.4毫米的接觸刀片。

•帶鍍錫端子的型號(hào)經(jīng)認(rèn)證適用于-40°C至130°C的環(huán)境溫度。

•帶鍍銀端子的型號(hào)可在高達(dá)170°C的條件下使用，因此適用于發(fā)動(dòng)機(jī)艙區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用。

•帶鍍金端子的型號(hào)可使插拔次數(shù)增加100次。它還顯著降低了金屬腐蝕的可能性，延長(zhǎng)了接觸壽命和安全氣囊系統(tǒng)等安全應(yīng)用的可用性。

NanoMQS端子和連接器的標(biāo)稱載流量高達(dá)3安培。但是，它也可以支持高達(dá)標(biāo)稱限值五倍的短峰值。當(dāng)插拔時(shí)，插座觸點(diǎn)通過(guò)強(qiáng)大的L形彈簧與相應(yīng)的刀片建立兩個(gè)電接觸點(diǎn)，該彈簧施加高法向力。

NanoMQS插座觸點(diǎn)采用封閉式設(shè)計(jì)接觸腔，與外殼上相對(duì)較大的引入倒角配合使用，確保導(dǎo)向插入平穩(wěn)。這防止了刀片在配合期間與插座接觸件碰撞(“短路”)，這可能由于不正確的插入而變形并損壞接觸槍。

在端子的頂部是一個(gè)鎖定噴槍，一旦端子完全插入，該鎖定噴槍可聽(tīng)見(jiàn)且有形地鎖定在塑料外殼上。鎖定矛桿為兩級(jí)接觸保持系統(tǒng)提供主鎖定機(jī)構(gòu)。通過(guò)切口可以看到鎖定孔，使制造商能夠確認(rèn)噴槍是否正確插入(圖3和圖3A)。主鎖定裝置的最大插入力為5N，最小保持力為25N。第二獨(dú)立的二級(jí)鎖定裝置，其鎖定在殼體上的底切上，使得保持力大于50N。