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连接器技术之1.5

電連接器的運用可以從兩方面來考慮：電連接器用在何處，例如它裝在
設備上的位置，以及如何運用，例如電連接器的功能是信號傳輸還是配電，
其中電連接器用在何處應優先考慮。
1.5.1 相互連接的層次
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通常描述電連接器用在何處的方法是根據電連接器的連接層次（LOI）。
許多描述採用這種方式，而本手冊通常採用Granitz 所述方法。LOI 是指兩個
連接的電路板，而非指相互連接的程序及其種類。大量連接程序與連接/連接
器種類可用在給定層次的連接上。圖1•10 說明了與電子底板連接的連接層
次。
第1 級•第1 級連接是芯片外部的熱壓焊襯墊與其外殼或所安裝主電路
板間的連接。導線粘接及各種不同的焊接技術基本上屬於第1 級連接，這些
連接方式大多傾向於固定連接。
第2 級•第2 級連接是外殼與印制電路板（PWB）的連接。DIP 與PGA
插座是第2 級連接的兩個基本例子。然多晶片模塊（MCMS）使該定義有點
複雜，但，通常，為了本論題討論（MCM）可被看作一外殼，第2 級連接為
典型的固定連接，但為了修復與升級的目的，插座是由可插入的若幹零部件
組成。
第3 級•第3 級連接是PWB 之間的連接。插座（第2 級）已經包含了電
連接器的基本元件，正是在第3 級將會出現更多電連接器的慣用概念。有兩
種基本的PWB 電連接器：卡邊緣式電連接器與兩件式電連接器。正如其名稱
所暗示的，卡邊緣式電連接器的一半（即插頭或插座）為PWB 的邊緣。而兩
件式電連接器，其插頭及插座構成金屬接觸。隨PWB 尺寸及安裝接腳需求的
增加，為縮小容許公差量及減少幾何形狀的限制，兩件式電連接器的運用比
邊緣式電連接器占有優勢。
第４級•第4 級連接是系統組件間的連接。系統組件可能是單個的PWB
或分離的單元例如硬盤驅動器或電源。典型的第4 級連接根據連接組件的種
類，可包括兩件式電連接器與線纜裝配。
第5 級•第5 級連接是系統組件與系統輸入/輸出間的連接。系統組件與
系統輸入/輸出間的連接可以是直接安裝在板上的電連接器或通過一線纜。
第6 級•第6 級連接是系統與周邊設備或系統間的連接。這些連接典型
的是線纜裝配。
附：上述幾節對電連接器電阻的構成、導線及線纜的區別、電連接器與
PWB 的兩種連結技術及電連接器的連接層次作了簡要的介紹。電連接器的總
電阻由固定連接電阻、接觸彈片電阻、可分離接觸面電阻三部分組成，其中
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接觸彈片電阻占總電阻的絕大部分。線纜與導線除了結構有所不同外，更主
要是在其應用及抗幹擾功能上的不同。電連接器與PWB 有穿孔技術及SMT
技術，穿孔技術穿孔技術（THT）利用在PWB 上穿孔及波峰焊程序，SMT 已
有介紹。電連接器的連接可基本分為六級層次，即：芯片與外殼或主電路板，
外殼與PWB，PWB 之間，系統組件間，系統組件與輸入/輸出，系統間或系
統與其外設間。關於級別六，是有關系統與外圍設備或者系統與系統之間的
相互連接，*典型的便是用相連裝配方式來連接。
在與連接器的設計、選用方面，目前所用的連接器其相互連接的級別是
從以下几點考慮：
1.可分離性及耐久性的需要（可提供方便的插拔效果）
2.標準性（具有通用的標準，可互換）
可分離性及耐久性：
早期規定，級別1 和級別2 所定的相互接合專指持久性。級別3 是*先
將相互連接的可分離性作為考慮因素而提出的，尤其是對於那些插拔次數較
多的連接器，對其持久性的考慮將不是擺在*重要的位置，而對插拔力大小
的考慮，隨著端子數的增多而顯出越來越重要的地位。低插入力和零插入力
連接器是目前人們致力開發的對象。當然，隨著芯片和MCMs 上的端子數的
增多，該等低插入力連接器或者零插入力連接器在設計時也會注重其端子耐
久性的考慮以滿足連接級別2 的要求。級別4 和級別5 著重強調連接器要滿
足其不斷增加的插拔次數的需要。按這樣的標準製出的連接器其端子插拔力
較為適當，實際上，該等連接器即使其端子數為几十乃至几百，其插拔力仍
會小於級別3 連接器的插拔力。級別6 所提供的連接器在保持原有插拔力不
變的基礎上，使端子有效插拔次數大幅度提高。某些與外圍設備相連的諸如
電子卡連接器的端子連接，其要求插拔次數不低於數千次，這就需要在可分
離之界面嚴格地控制其設計及選材等各種因素，尤其要提高小型化連接器之
結構緊密度。
標準性：
標準性是指各種不同的連接方式之間具有通用的標準，級別1 和級別2
所指的連接器其包裝和插裝的標準是很重要的。其生產和組裝過程會涉及到
一部分該標準性以滿足第3、第4 級別之要求，而第5、第6 級別的連接器其
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相干性及兼容性則顯得更加重要。
這一觀點主要是針對各種級別的連接步驟作出簡要說明，指出各級別連
接方式之間具有相互交疊性，而且同一連接器或連接器類型可用在不同的連
接級別當中。了解該等相互交疊性質，將會有助於了解以後所介紹的各類連
接器的功能，以作為對各種連接級別的補充說明。
1.5.2 連接器分類
這一章里，連接器將被特殊地看作是固定連接介質而不當作是連接系統
來分類。按這種分類方案連接器將有三類*基本的類型即線對線、線對板及
板對板。圖1.11 所示為三種類型連接器的結構。我們再次強調，這三種類型
的連接方式並非截然不同。以下兩個原因可說明這樣的類型交疊狀況。首先，
同一種連接器的設計方案只需經過在連接方式上稍作改變後再重新定義，即
變成可適用於另一種類型連接方式的新的設計方案；其次，一條線纜在裝配
時可於其一端裝上線對線連接器而於另一端裝上線對板連接器，例如：I/O 連
接器5 級產品的外形便是其中*常見的例子。若避開這種連接形式的類別模
糊性而不談，該等連接形式正好提供了連接器分類的有效依據。
．線對線連接．
線對線連接同樣也包括了線對線纜或者線纜對線纜的形式，其定義特征
是兩根單線個體或者是兩條線纜中的對應導線相互长久性連接。該等长久性
連接更多地常見於固定連接中線對線連接以及IDC 連接。捲曲連接常見於不
連續的線連接器中，IDC 因其在與導線相關及線束末端處理上具有優越性而
常用於支配線纜連接器，線對線連接器具有各種各樣幾何形狀的塑膠支撐件
如直角和圓形聚合形體的塑膠件，還有許多不同形體之組合形狀的塑膠件及
金屬屏蔽殼體，主要在軍事上得以應用。
．板對板連接．
前面已提到過兩種類型的板對板連接器，如插圖1.12 所示，一種是單片
連接器或成為卡緣，另一種是雙片連接器。**種板對板連接器設置於電路
板邊緣故稱卡緣，其發展至*終將會變成雙片連接器，因為印刷電路板技術
性能及其尺寸在不斷增長，當板的尺寸增加，其結果將導致連接器的容量增
大，從而端子數增多，連接器插拔力增大，電路板印刷電路的容量增大將導
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致線路密度過大，單片連接器很難滿足其要求，所以，其*終將發展成雙片
連接器。
．線或線纜對板連接．
在線對板連接中，有一半連接器是與線或線纜相連，也有與印刷電路板
相連，與前述線連接一樣，板連接亦是如此，只不過需要壓入或焊接兩片連
接器，許多卡緣式的連接器依然在應用，其端子配合界面適合可分離的連接
性，線對線連接器也是大同小異，它們均是出自同一家製造廠。線對板連接
器還具有很多其他的用途，其發展方向是線纜對板連接器，或是利用前述IDC
的優越性進行線纜裝配。
．總結．
這種形式當然不是給連接器分類的**方法，但這種方法確實能很好地
實現比較各種連接器的目的。每一類型的連接器將在第13 章里作細緻地討
論，在這一章里還將討論一些附加類型的連接器如：同軸連接器、遮蔽連接
器、過瀘連接器及可控阻抗連接器等。
1.5.3 連接器的功能應用
隨著連接器應用範圍的不斷擴展，它們可根據其兩大基本功能而分成：
信號傳輸及電傳輸兩類。在電子應用領域這兩類連接器的顯著特點在於其端
子上一定帶有電流，在其他的應用當中，端子所提供的電壓將同樣作為很重
要的考慮對象，雖然同一種端子的設計可同時作為信號和電量傳輸兩種功
用，但在多種相類似的接觸方式的應用上來看，許多電傳輸連接器在端子設
計時僅僅把電量傳輸的需要作為**目的。
．信號傳送．
信號傳送可分為兩類：模擬信號傳送及數字信號傳送。這種分類是基於
很多共同特征來描述的，在這部分的介紹當中我們對其並不作詳盡的討論，
數據信號以及與其相關的連接器將在第12 章中討論。
不論模擬或數字信號連接器，其所需功能主要應能保護所傳送的電壓脈
衝信號的完整性，該完整性應包括脈衝信號的波形以及其振幅。數據信號在
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脈衝頻率上與模擬信號有所區別，其脈衝傳遞速度決定了所保護的脈衝的*
大頻率，數據脈衝的傳遞速度比一些典型的模擬信號要快得多，有的脈衝在
連接器中的傳遞速度已接近千億分之一秒的範圍，在當今微電子技術領域
中，通常把連接器當作一導線看待，因為與增長如此之快的頻率相關的波長
能比得上連接器的尺寸。
當連接器或是一互相連絡系統諸如一線纜裝配被運用於高速數據信號傳
輸中，相應的對連接器性能的描述也就改變了。代替了電阻的特征阻抗以及
互相連絡系統中的串音變得尤為重要。控制連接器的特征阻抗成為一大意識
潮流，在線纜中便是對串音進行控制。特征阻抗在連接器中之所以具有如此
重要的地位，是因為電阻的幾何外形很難做到完全統一，加之連接器尺寸又
很小，必須將串音的可能性*小化。在線纜中，幾何形狀的控制較易實現，
其特征阻抗也易控制，但是線纜的長度將有可能引起潛在的串音。
在連接器中控制特徵阻抗是圍繞這個理由而進行的，在典型的開放式端
子區域，連接器阻抗(和串音)是通過控制端子以合理的分佈方式而達到的。於
此類信號而言，接地比率是這種分布的一種反映，接地比率減少了。當然，
這樣的結果就會減少可用于傳送信號的端子數目。與信號端子相關的理由位
置是很重要的考慮因素。為了避免接地端子的減少，具有整體的接地平面的
連接器系統已經得到了中發展。前文中已經介紹過了微條和條線的幾何形
狀。整體的接地平面允許用於傳遞信號端子的使用，且能提高連接器所有傳
遞信號的密度。圖1.13 展示了一個開放端子區域和接地平面連接器的結構。
．電力應用．
如前所述，在上下文提到的電連接器是必須傳遞電力的。通常其電壓很
低。通常用到的是如下兩種電力傳遞方法：(1)專用於高水準的當前電力接觸
傳遞(2)和並行多籩信號接觸。它們每一種方法都有優有劣。
電力傳輸與信號傳輸相比有兩點不同之處。**點，也是*明顯的，是
用於傳遞較高電流。信號傳遞的電流通常不超過1 安培，*多也不會超過幾
安培，而電力傳輸的電流可達到几十乃至几百安培。**點是由於電流導致
的焦耳熱而產生的溫度升高。信號接觸過程產生的焦耳熱與周圍的溫度相差
不多。相反地，電力傳輸的比率又是基於溫度的升高，溫度的升高，又產生
相應的比率電流。一次30 度的溫度的升高通常作為一個電流比率的標準。
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因此，為滿足電流額定值及性能的穩定性要求，控制焦耳熱是很有必要
的，這就需要在設計當中考慮信號傳遞的同時也要考慮電量的傳輸。尤其對
電阻大的端子，焦耳熱是一重要因素，必須將其減小到*低程度，而且，接
觸面的電阻也必須減小到*低程度，使其產生的熱量*小化。從選材的角度
來說，當然是選擇高導電率或是橫截面積較大的端子以減小電阻，另外，增
高傳輸電壓或增加接觸面積亦可減小接觸部分的電阻。
圖1.13 關於開放端子領域（a 圖）和接地平面連接器（b 圖）的例子。（AMP
公司許可)
更高的交叉部分、多余的接觸端子，都暗示提高接觸壓力下連接器的尺
寸。也就是說，實際上，有一個限製在貢獻電接觸上，包括接觸媒體和接觸
的尺寸。在使用貢獻電接觸上，電力線纜的路徑，線纜大電力接觸的終點及
電接觸的尺寸會成為限製因素。
隨著在連接器設計上提倡附加的限製，並行多訊號接觸允許更多傳統的
連接器被用來分配電能。這些限製首先直接針對保證通過接觸的電流的分
配，同時，它們的熱環境盡可能一致。其中以下三個因素是主要的﹕
1．電路應是平行的電子流；也就是說，如果可能的話，經過所有的接
觸電壓降應該是相同的。如果不同的電壓降對用途來說是根本性的，則這些
電路將被區別對待。
2．如果可能的話，接觸時的熱效應會被減至*低，尤其指一大束的電
流接觸將被避免。
3．接觸的阻抗或是在全部訊號分配裡一起計算的任意偏差必須相同。
例如，依靠在接觸時存在的排列方式，在適當角度連接器獨立接觸的巨大阻
抗會有差異。在設計分配的接觸時，這些差異應當被考慮。
認識到所有考慮的結果是一個明確的關於接觸的電流的影響能力的討
論。降低到50%可能會被意識到。換句話說，為分配100A 的訊號到PWB，
如以1A 的電流接觸速率，那麼合適的接觸應當是接近200A 而不是100A，這
表明，大量接觸是相當依賴於單位接觸電流速率。
．概述．
大體上，由於受終點、路線和尺寸考慮的限製，電流分配經由貢獻高電
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流能力是明顯的。考慮到大範圍接觸和連接器的用途，多數電流分配的訊號
接觸的用途需要更多的詳細分析，這些分析關於連接器要求和它們在本體中
位置的接觸分配。

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