國產微矩形電連接器發展研究

周建新，羅 杰

(上海航天第八零八研究所，上海201109)

1 引言

電連接器是一種在電氣終端之間提供連接與分離功能的元件。由于應用領域十分廣泛，因而在結構上也是千差萬別，種類繁多。軍事、航空航天用電連接器是構成完整的軍事武器裝備、航天型號工程所必須的基礎元件。隨著大批信息化、智能化的新式高性能武器裝備立項研制或投入批產，對為其配套的包括電連接器在內的各類元器件性能提出了新的或更高的要求。同時，隨著空間活動深入發展，信息化戰爭較量的重點從地面轉向外層空間，對外層空間爭奪日益顯現，宇航用各類電子系統發展迅速。這些趨勢一方面對包括電連接器在內的空間用電子元器件的需求量增加，另一方面也提出了更加苛刻的性能要求，如小型化、輕量化、抗輻射加固性能等。因為在空間輻射環境相對穩定的條件下，電連接器體積越小、重量越輕，同時功率越大，抗輻射性能設計就越具挑戰性。

2 國內外微矩形電連接器軍用標準發展

正是在軍事、航天電連接器發展面臨的新形勢下，在矩形電連接器方面，更小、更輕、更高的可靠性主導了其發展趨勢。在MIL標準體系內，微矩形電連接器主要的軍用規范有:

1)MIL－DTL－83513F:CONNECTORS，ELECTRICAL， RECTANGULAR， MICROMINIATURE，POLARIZED SHELL，GENERAL SPECIFICATION FOR(22－MAR－2007)。

2)MIL－DTL－32139A(W/AMENDMENT 2):CONNECTORS， ELECTRICAL， RECTANGULAR，NANOMINIATURE，POLARIZED SHELL，GENERAL SPECIFICATION FOR(13－APR－2011)。

在國內研究中，將MIL－DTL－83513F翻譯為《微小型外殼定位矩形電連接器通用規范》，對應的國軍標是GJB2446A－2011《外殼定位微矩形電連接器通用規范》;將MIL－DTL－32139A翻譯為《納小型外殼定位矩形電連接器通用規范》，對應的國軍標是GJB7425－2011《外殼定位超微矩形電連接器通用規范》。

3 國產微矩形電連接器產品發展現狀

相比國外，將按MIL－DTL－83513F與MIL－DTL－32139A制造的矩形電連接器分別稱為微小型與納小型矩形電連接器，國內通常將其統稱為微矩形電連接器。微小型矩形電連接器的接觸件中心距為0．05 英寸(1．27mm)，納小型則為 0．025 英寸(0．635mm)。國外微小型矩形電連接器的主要型號有ITT公司的MDM系列、Airborn公司的M系列。國內發展較為成熟的有J30(J)系列、MDM系列，已發展出高等級(GJB級、宇航級等)的產品。

圖1 ITT公司的MDM系列電連接器

圖2 853廠的MDM系列電連接器

圖3 Omnetics公司的Nano系列電連接器

圖4 3419廠的J63A系列電連接器

納小型矩形電連接器方面國外則以ITT公司的NDM系列、Airborn公司的N系列及Omnetics公司的Nano系列為代表。國內近些年來發展出的型號有J63A系列、J70A系列。目前，高等級的納小型電連接器還主要依賴進口。

4 微矩形電連接器的結構

要實現電連接器的小型化，就必須減小其接觸件的尺寸，而隨著傳統的電連接器中的彈性插孔尺寸的不斷縮小，其接觸的可靠性顯著降低，無法保證接觸的可靠性要求。因此，有別于普通矩形電連接器采用的彈性插孔－剛性插針的接觸件結構，微矩形電連接器在發展過程中的一大突破就是所謂的“性別顛倒”，即讓插針成為彈性件，并將其置于保護用的絕緣體內，同時將其固定于插合的插孔接觸件的捕獲半徑內。暴露的管狀插孔的牢固性大大高于直徑較小的插合插針。

現在使用最為普遍的彈性插針接觸件結構是絞線插針(Twist pin)，將其固定在絕緣體孔內，插孔采用剛性插孔。絞線插針俗稱麻花針，上世紀六十年代初由德籍美國科學家迪爾· 菲利普發明。絞線插針是一種結構獨特的高可靠接觸件，它的尺寸可以做得很小而可靠性依然很高，實現更高的接點密度，很好地克服了小型化與高可靠這一矛盾。絞線插針體積小，接觸可靠，可以使產品體積更小、更可靠。

絞線插針由三根銅線作內圈，七根彈性銅線作外圈。內外圈反向絞合，兩端熔焊，插針中部凸起。產品對接時，插頭外殼先進入插座外殼內，使插針和插孔初步對正，然后插孔進入插頭絕緣體孔內，隨著插合長度的增加，插針進入插孔內，由于絞線插針凸起部分外切圓直徑大于插孔內徑，工作時受力產生壓縮變形和軸向旋轉伸長，外圈的七根銅線與插孔形成七線接觸(如圖5)，七根彈性銅線構成并聯系統，大大提高了接觸的可靠性。最后，外殼插合到位，完成對接。它和圓孔開槽類插孔比較，具有尺寸小、可靠性高、抗振動、耐沖擊、接觸電阻小、插拔力小而且柔和等特點。

圖5 絞線插針結構示意圖

從普通矩形電連接器發展至微矩形電連接器，不僅電連接器對接面的尺寸在減小，接觸件的插合長度也在隨之減小，進一步降低了接觸件插合時受到的力矩。在軸線嚴重不重合的情況下，絞線插針－插孔也可實現對接。

5 國內外微矩形電連接器主要性能比較

5．1 微小型矩形電連接器

國外產品以ITT公司的MDM系列、Airborn公司的M系列為例，國內則以3419廠與158廠的J30J系列為例，再輔以MIL－DTL－83513F的要求進行對比。

表1 國內外微小型矩形電連接器主要性能比較

通過比較，我們可以發現，國內的微小型矩形電連接器產品主要技術性能已經能夠達到或優于國外同行水平，完全能替代相應的進口產品。

5．2 納小型矩形電連接器

國外產品以ITT公司的NDM系列、Airborn公司的N系列為例，國內則以3419廠的J63A系列、853廠的 NDM系列為例，再輔以 MIL－DTL－32139A的要求進行對比。

表2 國內外納小型矩形電連接器主要性能比較

通過比較我們可以發現，國內的微小型矩形電連接器產品主要技術性能已經基本能夠達到國外同行水平，部分廠家的產品技術指標上相比進口產品還稍顯不足，存在一定差距。

6 國產微矩形電連接器產品發展歷程

國內在微矩形電連接器方面處于領先水平的廠家主要是3419廠、158廠及853廠。以下簡單的介紹下各生產廠歷年來在微矩形電連接器方面的發展情況。

6．1 3419廠(貴州航天電器股份有限公司)

3419廠在微矩形連接器方面主要為絞線插針產品，有著近30年的研究歷史，在技術水平、品種的多樣化、產品的市場占有率上占據國內領先地位。公司的矩形絞線插針電連接器系列化的產品主要有 J30、J30J、J24、J40、J63A 等系列，按接點間距離分，絞線插針產品的接觸件中心距有1．96、1．7、1．27、0．635mm 等幾種。

3419廠的 J30和 J30J系列產品均執行GJB2446標準，接觸件中心距為1．27mm。其中，J30系列為塑料外殼麻花針產品，J30J系列為金屬外殼麻花針產品。1983年公司開始按ITT公司MDM系列樣機和MIL－C－83513開始研制，90年代初開始進行系列化擴展和各種可靠性試驗，2003年通過電子四所確認的可靠性增長工程規范Q/LK20032－2003《J30系列微型矩形電連接器詳細規范》的試驗驗證，完成可靠性增長并開始用于載人航天工程，2004年按照ZZR－Q/Lk20054－2004《J30型微型矩形電連接器詳細規范》的要求完成貫軍標(GJB2446)認證工作，進入QPL目錄，產品取得軍標生產線資格。

2006年開始，公司在J30J貫軍標產品的基礎上，對產品進行改進，以適應宇航要求，稱為J30JYH產品。經分析與對比驗證試驗，J30JYH產品能完全替代Airborn公司M系列電連接器。

J63A系列產品是3419廠自主開發的以絞線式彈性毫微插針(Nano Pin，俗稱毫微麻花針)為基礎的微矩形電連接器，對應AirBorn公司的N系列產品。2001年開始“十五”預先研究;2003年正式開發，研制的產品主稱代號為J63系列，產品于2006年4月完成鑒定試驗，2006年6月設計定型;產品定型后的批生產過程中，由于零部件微小加工效率較低，不能滿足產品大批量生產需求，因此對結構進行改進。為與J63系列產品區別開來，改進后的產品主稱代號變更為J63A(A為改型代號)，J63A系列為J63基本系列的擴展。2007年后開始J63A系列擴展;2008年開始總裝型譜的開發;2011年，公司參與了GJB 7425－2011《外殼定位超微矩形電連接器通用規范》的編制。

6．2 158廠(中航光電科技股份有限公司)

158廠微矩形電連接器項目于2001年初立項，最早開發的是φ0．7規格的絞線插針。該規格接觸件主要應用于J24系列電連接器，產品接點間距1．7mm，現已開發了J24全系列產品。

2002年3月，上海航天八部在研制某導彈系統時，委托158廠為其開發J30－15、37、51芯電連接器，由此衍生了J30全系列產品。2002年6月，公司為南京14所開發了J30J系列的25芯、37芯產品，由此衍生了J30J全系列產品，J30與J30J產品接點間距為 1．27mm，芯數包括 9、15、21、25、31、37、51、66、74、100、144 等，端接形式包括壓接形式、焊接形式、彎式印制板形式、直式印制板形式、垂直表面貼裝形式等。

2007年11月，公司為014中心研制了J70A－21芯產品，2008年J70A系列產品作為總裝型譜項目開始系列研制，該系列產品于2010年3月通過了總裝鑒定并于2011年9月通過了合同驗收。該產品接點間距為0．635mm，相同芯數的產品體積是J30J產品的約 1/8，型譜接點包括 9、15、21、25、31、37、51、65、69、85 等。現已完成了 J70A 系列壓接形式、彎式印制板形式、直式印制板形式、垂直表面貼裝形式等產品的研制，并大量在航空、航天、電子、兵器、艦船等系統應用。

6．3 853廠 (陜西華達科技股份有限公司)

1974年在我國航天、航空進口的電子設備中發現裝有ITT公司生產的微矩形電連接器，為了滿足當時進口電子設配的配套要求，853廠從1976年開始率先研制微矩形電連接器，是國內最早研制、生產微矩形電連接器的專業生產廠家。

由于當時無法取得更詳細的技術資料，研制只能是對從引進的電子設備中拆下的樣品進行測繪、分析，853廠研制組全體成員從消化國外樣品和相關資料入手，以絞線插針的設計及加工工藝為突破口，先后攻克了絞線插針的繞制、切斷、熔焊、鐓粗等一系列技術難關。1980年首批產品通過驗收并應用于某重點工程，滿足了當時國家重點工程的配套需要。當時的代表產品有CDbF、CDb、CDbA系列產品等。

到了八十年代末期，國產微矩形電連接器步入快速發展階段，從進口設備的配套需求轉向國內電子設備配套研制生產方向，電連接器品種規格及需求量迅速增加。為了盡快走上國際通用化的道路，公司先后起草了微矩形電連接器總規范GJB2446－1995和行軍標SJ52446/1－1999詳細規范。公司微矩形電連接器生產線在“八五”期間被列為貫徹國軍標生產線，“九五”期間順利通過中國軍用電子元器件質量認證委員會審核。

90年代末期，為了行業標準化，853廠也研發了J30、J30J系列產品，可以與3419廠的互換。隨著微矩形電連接器的市場不斷擴張，853廠微矩形電連接器產品不斷發展，J30、J30J系列微矩形電連接器的印制板產品不符合美軍標。2005年，為了滿足市場的需求，853廠研發生產了國內唯一完全符合美軍標的彎式焊印制板及直式焊印制板產品，進而開發了MDM系列連接器，后來開發了MDC系列連接器，其體積只有J30J、MDM的40%。為了更加小型化，853廠還開發了MDC1和MDM1系列連接器。這兩種1mm間距的電連接器體積只有J30J、MDM的1/5。此外，公司還開發了更小的0．635mm間距的NDM系列電連接器。

7 國產微矩形電連接器產品存在的不足

1．制造工藝仍存在不足，大量依賴手工加工，產品質量一致性與國外存在差距。

目前，國內廠家生產的微矩形電連接器在八院元器件可靠性中心檢測過程中仍常有發現各種情況的質量問題，比較典型的有插針縮針、偏心、外殼鍍層質量不佳、絕緣體開裂、有多余物、灌膠問題、毛刺等。

在引進國外生產加工保障設備的基礎上，國內廠家需自主研發自動化生產、加工設備，在保證產品質量一致性的同時，提升批生產能力，創造經濟效益。

2．產品系列仍有待完善。

與國外同型號產品相比，國內廠家在產品的系列化上仍需繼續發展，盡快實現全面覆蓋或超越國外廠家產品。

3．自主創新稍顯遜色，新品研發需加快追趕國外同行。

通過“仿研”國外先進產品，國內廠家已經積累了一定的開發經驗和先進技術。生產廠需結合自身優勢，不斷自主創新，開發具有自主知識產權的產品，為實現國產信息化產品打破壁壘，為走出國門打下堅定基礎。

8 微矩形電連接器未來發展趨勢

當接觸件中心距低于0．3mm時，將逼近傳統沖壓技術的極限。這意味著微矩形電連接器的進一步小型化、微型化還有物理空間，納小型矩形電連接器雖不是最小的電連接器，但卻是迄今最小的(0．635mm)電連接器平臺，之所以稱之為平臺是因為在0．635mm接觸件中心距的層面上擴展了多個品種和結構，有單獨的MIL通用規范。目前，納小型矩形電連接器存在巨大的市場需求，發展蒸蒸日上，未來前景可預期。

此外，商用微矩形電連接器用作軍用也是未來的一個發展趨勢，兩者之間的界限將趨于模糊。早在1994年簽訂的佩里備忘錄中，軍用標準將僅用作“適當放棄的最后手段”，即只要商用產品滿足軍用要求的就優先選用，軍標只是最后的選擇。其目的首先是為了降低成本并縮短軍品研制時間，其次為了減輕對軍用規范的依靠。隨著商用微矩形電連接器的發展，當其產品質量穩定可靠，達到軍用要求時，軍用設備也該選用此類產品。

［1］山勝利．外殼定位微矩形電連接器概述［A］．連接器與開關第十一屆學術會議論文集．

［2］劉寶糧，吳世湘．面向宇航/軍事應用的納小型連接器透視［A］．2006年中國電子學會第十四屆電子元件學術年會論文集．

［3］MIL － DTL － 83513F．CONNECTORS，ELECTRICAL，RECTANGULAR， MICROMINIATURE， POLARIZED SHELL，GENERAL SPECIFICATION FOR［S］．

［4］MIL－DTL－32139A(W/AMENDMENT 2)．CONNECTORS，ELECTRICAL，RECTANGULAR，NANOMINIATURE，POLARIZED SHELL，GENERAL SPECIFICATION FOR［S］．