低矮化板間互聯電纜的設計實現

丁文龍 柯志東

摘 要：針對電子設備內部板間的互聯技術，簡述了以導線形式實現連接的電纜設計和工藝技術。提出了板間互聯電纜中連接器、電纜設計選型時的基本要求。

關鍵詞：低矮化，連接器，電纜

1 引言

隨著電子信息行業的發展，電子產品對小型化和模塊化的要求越來越高，單個模塊內往往集合了眾多的電子元器件，其中的電連接器是模塊間信號傳遞的接口。內部空間越來越狹小，單個組件內部板間距離往往小于20mm，提出了扁平化、低矮化的要求。

低矮化板間互聯電纜正將直接用于焊接的導線與合適的插針連接，將插針封裝在一個矩形的絕緣體（轉接板）內，形成一個雙端的互聯電纜。互聯電纜中轉接板上的插針采用波峰焊即可完成，降低了作業中的難度和風險，提高了裝配效率，適用于大規模的電裝需求。因此對低矮化板間互聯電纜技術的研究勢在必行。

2 設計選型要求

常見的低矮化板間互聯有以下幾個特點：

（1）板間距離在20mm以內;

（2）印制板與安裝板之間有一定的彈性;

（3）一旦安裝，板間距離固定不變;

（4）多路平行互聯，少則4路，多則幾十路;

（5）安裝空間狹小，除低頻互聯外，還有射頻信號傳輸。

2.1 連接器的設計選型

（1）外形尺寸

由于板間距離只有20mm不到，連接器的外形尺寸是設計選型中首先要考慮的，目的是為了保證板間走線有充足的空間，應選擇在滿足電訊指標的前提下外形尺寸盡量小的連接器，尤其是法蘭盤后的尾端尺寸。板間距離在（15～20）mm之間時，可以選擇高度10.5mm或者高度8.5mm的微矩形電連接器，板間距離在（8～15）mm之間時，可以選擇高度5.34mm的超微矩形電連接器。

（2）安裝形式

固定安裝的連接器安裝形式一般分為板前和板后兩種，對于低矮化板間的互聯電纜，其裝配過程均是先將轉接板插針與印制板焊接后，再將連接器與安裝板鎖緊固定，顯然這種情況下板后安裝更為實用，避免了設計結構復雜的安裝板，也方便了電裝操作。

實際應用中，模塊之間的連接又分為盲插和人工插拔，不同的插拔環境對互聯電纜中連接器的安裝要求也不盡相同。

盲插要求插合過程中必須要有導向，將插頭插座的相對位置通過導向結構逐漸校正直至完全對接，連接器之間無需直接鎖緊，鎖緊的是安裝結構。顯然這種插合方式要求插頭或插座有一端必須是能“浮動”的，這種浮動量要依據于模塊間結構的配合尺寸計算得出，一般情況下，X、Y方向（徑向）的浮動量大于Z方向（軸向）的，設計的軸向浮動量目的是為了保證徑向浮動。目前對于連接器上浮動結構的設計分為鉚管式、螺釘螺母式和螺釘式，鉚管式具體還要根據應用場合確定翻鉚是在法蘭前還是法蘭后。

人工插拔中由于是目視著進行插合，所以安裝板上的連接器可以完全固定。但這種應用中，對接到位后的插頭插座之間必須彼此互鎖，這種互鎖可以采用螺釘的形式，也可以采用快鎖結構的形式，一般情況下，多采用快鎖結構，方便電裝作業。

（3）有效插合長度

如前所述，對于應用在盲插場合的連接器需設計板后浮動結構，浮動意味著連接器對接方向上有一定的活動量，在設計中需要根據這種活動量準確的計算插頭插座中針孔的極限有效接觸長度，必須為連接器自身的浮動量和模塊間可能的配合公差留夠充足余量。

（4）防轉設計

板間互聯電纜中的板后浮動安裝連接器與安裝板做相對固定時，是使用螺釘從安裝板一側旋擰進連接器浮動結構的內螺紋的，由于板間距離小，無法借助工具對旋擰中的浮動結構防轉，所以必須在連接器的浮動結構上設計防轉結構，如腰型螺釘頭，在安裝板上必須設計防轉槽和觀察窗。

2.2 轉接板的設計

轉接板，顧名思義就是用于將連接器引出的導線通過插針轉接到印制板的部件，故轉接板的設計離不開連接器，但不同于連接器是用于對接插合的，轉接板是插裝在印制板上的，轉接板的設計還要考慮到印制板的相關要求。轉接板設計中需要注意的主要有以下幾點：

（1）插針直徑

轉接板插針承載的電流大小一般和互聯電纜中連接器的相匹配，電流又決定了插針直徑。如，互聯電纜中是1.27間距的微矩型連接器時，其額定電流為3A，則轉接板的插針直徑為φ0.5mm，是0.635mm的超微矩型連接器時，其額定電流為1A，則轉接板的插針直徑為φ0.3mm。

（2）插針高度

根據QJ 3012-98《航天電子電氣產品元器件通孔安裝技術要求》，“元器件引線或導線插裝于支承孔時，引線末端的伸出應不小于0.8mm，不大于1.5mm”，所以轉接板插針的高度（從印制板安裝面到針頭）要依據印制板厚度（嚴格意義上應是通孔深度）確定，實際應用中插針高度一般比印制板厚度大1mm，如印制板厚度3mm時，插針高度為4mm，根據標準，插針的裝配高度誤差應滿足0.8mm～1.5mm要求。

（3）插針封裝尺寸

由于轉接板的插針是插裝在印制板焊接通孔中，而焊接通孔表面還有焊盤分布，所以轉接板插針的封裝尺寸至少要大于等于連接器的。如選用微矩形連接器，其封裝尺寸一般為1.27mm×1.1mm，則轉接板插針分布至少應大于等于1.27mm×1.1mm，受限于插針直徑、印制板焊盤大小，一般不建議與連接器封裝一致，常見的封裝為1.5mm×1.27mm、1.5mm×1.5mm、1.27mm×2.54mm;如選用超微矩形連接器，其封裝尺寸為0.635mm×1.016mm，該類轉接板插針常見的封裝為1.27mm×1.27mm。

一般情況下，轉接板插針的封裝尺寸是參考原連接器直插或彎插式的，但也存在自行定義的情況，但插針間距仍需考慮印制板上的開孔和焊盤大小。對于傳輸大電流或者高電壓的插針，在考慮到開孔和焊盤大小的情況下，排布必須滿足GB 4943-1995《信息技術設備（包括電氣事務設備）的安全》的相關規定，加大距離，避免高壓擊穿或短路。

2.3 導線的選擇和處理

低矮化板間互聯電纜的設計中，導線的選擇十分重要。由于安裝空間狹小，且在電裝過程中要求轉接板和連接器之間具有一定的彈性，故導線的選擇有如下要求：

（1）導線外徑

電裝中，導線的彎曲半徑不能小于其外徑的6倍，在低矮化的板間，導線勢必會發生折彎的變形，為了保證彎曲半徑，在相同導體結構的條件下，應選擇絕緣層更薄的導線。如，微矩型連接器的互聯電纜能同時適配AWG28～26的導線，在充分考慮降額后，應優選截面更小的導線，截面小也意味著導線外徑的縮小，也能實現更小的彎曲半徑。

（2）導體結構

同一截面的導線往往有多種規格，如AWG26的導線有30/0.08的，還有19/0.10的，AWG28mm2的導線有14/0.08的，還有7/0.10的。更多更細導體的導線其柔軟性更好，在低矮化的空間內安裝成型更為容易，所以設計中應優選導體結果為多股絲的超柔導線。

（3）導線絕緣

常見的導線絕緣有擠塑和繞包兩種形式，擠塑絕緣是整體包裹在導體外的，繞包絕緣是使用聚四氟乙烯薄膜纏繞包裹在導體外的，由于這種加工方式的不同，繞包導線要比同規格擠塑導線更為柔軟。所以設計中應優選繞包絕緣的導線。

（4）導線的處理

低矮化板間互聯電纜在選擇了超柔導線后，還需要考慮在狹小空間內的排布。板間距離20mm以內的情況下，如果按照常規方式設計電纜外形，導線拉直理順直連，既存在互聯電纜裝配的困難，在安裝中還需要對電纜尺寸的精確控制，否則就可能導致安裝不上或安裝后導線受力。為此對互聯電纜的導線進行成型處理，有以下幾種方式：

a>圓弧式成型

互聯電纜長度應略高于板間距離，然后將分組導線，規律地彎曲為弧形，以達到安裝高度的要求，裝配時導線具有一定彈性，既可以壓縮又可以拉伸，避免了導線受力。實際應用中，既能在連接器寬窄（±X）方向將導線均分兩組彎曲成弧形，也可以沿法蘭盤（±Y）方向將導線均分兩組彎曲成弧形，均分可避免連接器和轉接板中心過分偏離，但這種成型需根據板間空間內其它器件的位置確定。

b）三角式成型

三角式成型不同于圓弧式成型的是，成型時將寬（窄）面的導線統一向法蘭+Y方向彎曲，將窄（寬）面的導線統一向法蘭-Y方向彎曲，每根彎曲的導線與上下連接點的直線構成了三角形。為了保證連接器和轉接板對正，寬窄兩邊導線成型方向需反向成型，對于上下封裝形式相同或接近較為適用，導線不會占用額外的板間空間。

c）U字和Z字成型

不用于以上成型方式，U字和Z字成型對連接器和接線板需要進行改型處理，將導線出線方向改為與插合方向成90°，當連接器和轉接板90°出線方向一致時，采用U字成型，當90°度出線方向不一致時，采用Z字成型。兩種都需要占據部分板間空間，可以適用于有較粗導線的互聯電纜。

3 展望

隨著雷達等電子裝配的集成化程度越來越高，低矮化板間的互聯電纜應用必定會越來越多，對于電纜的種類、結構形式、安裝形式會提出更多要求，大小電流混裝、高低頻混裝、高低壓混裝甚至光電混裝的產品都有可能出現，將是一種發展趨勢。

4 總結

低矮化板間互聯電纜是伴隨著電子裝配小型化的趨勢替代了帶線連接器焊接印制板的產品，該類產品從設計選型之初，就應徹底了解需求，對連接器、導線、轉接板做出合理的設計，既要保證在滿足使用需求的同時，兼顧到電裝的可操作性，應以設計為本。依據相應的設計，互聯電纜在工藝上實現難度較高，必須采取盡可能降低風險的方法，避免缺陷和故障。

參考文獻

[1]GB 4943-1995.信息技術設備（包括電氣事務設備）的安全.

[2]QJ 3012-98.航天電子電氣產品元器件通孔安裝技術要求.

[3]QJ603A-2006. 電纜組裝件制作通用技術要求.