低矮化板间互联电缆的设计实现

丁文龙 柯志东

摘 要：针对电子设备内部板间的互联技术，简述了以导线形式实现连接的电缆设计和工艺技术。提出了板间互联电缆中连接器、电缆设计选型时的基本要求。

关键词：低矮化，连接器，电缆

1 引言

随着电子信息行业的发展，电子产品对小型化和模块化的要求越来越高，单个模块内往往集合了众多的电子元器件，其中的电连接器是模块间信号传递的接口。内部空间越来越狭小，单个组件内部板间距离往往小于20mm，提出了扁平化、低矮化的要求。

低矮化板间互联电缆正将直接用于焊接的导线与合适的插针连接，将插针封装在一个矩形的绝缘体（转接板）内，形成一个双端的互联电缆。互联电缆中转接板上的插针采用波峰焊即可完成，降低了作业中的难度和风险，提高了装配效率，适用于大规模的电装需求。因此对低矮化板间互联电缆技术的研究势在必行。

2 设计选型要求

常见的低矮化板间互联有以下几个特点：

（1）板间距离在20mm以内;

（2）印制板与安装板之间有一定的弹性;

（3）一旦安装，板间距离固定不变;

（4）多路平行互联，少则4路，多则几十路;

（5）安装空间狭小，除低频互联外，还有射频信号传输。

2.1 连接器的设计选型

（1）外形尺寸

由于板间距离只有20mm不到，连接器的外形尺寸是设计选型中首先要考虑的，目的是为了保证板间走线有充足的空间，应选择在满足电讯指标的前提下外形尺寸尽量小的连接器，尤其是法兰盘后的尾端尺寸。板间距离在（15～20）mm之间时，可以选择高度10.5mm或者高度8.5mm的微矩形电连接器，板间距离在（8～15）mm之间时，可以选择高度5.34mm的超微矩形电连接器。

（2）安装形式

固定安装的连接器安装形式一般分为板前和板后两种，对于低矮化板间的互联电缆，其装配过程均是先将转接板插针与印制板焊接后，再将连接器与安装板锁紧固定，显然这种情况下板后安装更为实用，避免了设计结构复杂的安装板，也方便了电装操作。

实际应用中，模块之间的连接又分为盲插和人工插拔，不同的插拔环境对互联电缆中连接器的安装要求也不尽相同。

盲插要求插合过程中必须要有导向，将插头插座的相对位置通过导向结构逐渐校正直至完全对接，连接器之间无需直接锁紧，锁紧的是安装结构。显然这种插合方式要求插头或插座有一端必须是能“浮动”的，这种浮動量要依据于模块间结构的配合尺寸计算得出，一般情况下，X、Y方向（径向）的浮动量大于Z方向（轴向）的，设计的轴向浮动量目的是为了保证径向浮动。目前对于连接器上浮动结构的设计分为铆管式、螺钉螺母式和螺钉式，铆管式具体还要根据应用场合确定翻铆是在法兰前还是法兰后。

人工插拔中由于是目视着进行插合，所以安装板上的连接器可以完全固定。但这种应用中，对接到位后的插头插座之间必须彼此互锁，这种互锁可以采用螺钉的形式，也可以采用快锁结构的形式，一般情况下，多采用快锁结构，方便电装作业。

（3）有效插合长度

如前所述，对于应用在盲插场合的连接器需设计板后浮动结构，浮动意味着连接器对接方向上有一定的活动量，在设计中需要根据这种活动量准确的计算插头插座中针孔的极限有效接触长度，必须为连接器自身的浮动量和模块间可能的配合公差留够充足余量。

（4）防转设计

板间互联电缆中的板后浮动安装连接器与安装板做相对固定时，是使用螺钉从安装板一侧旋拧进连接器浮动结构的内螺纹的，由于板间距离小，无法借助工具对旋拧中的浮动结构防转，所以必须在连接器的浮动结构上设计防转结构，如腰型螺钉头，在安装板上必须设计防转槽和观察窗。

2.2 转接板的设计

转接板，顾名思义就是用于将连接器引出的导线通过插针转接到印制板的部件，故转接板的设计离不开连接器，但不同于连接器是用于对接插合的，转接板是插装在印制板上的，转接板的设计还要考虑到印制板的相关要求。转接板设计中需要注意的主要有以下几点：

（1）插针直径

转接板插针承载的电流大小一般和互联电缆中连接器的相匹配，电流又决定了插针直径。如，互联电缆中是1.27间距的微矩型连接器时，其额定电流为3A，则转接板的插针直径为φ0.5mm，是0.635mm的超微矩型连接器时，其额定电流为1A，则转接板的插针直径为φ0.3mm。

（2）插针高度

根据QJ 3012-98《航天电子电气产品元器件通孔安装技术要求》，“元器件引线或导线插装于支承孔时，引线末端的伸出应不小于0.8mm，不大于1.5mm”，所以转接板插针的高度（从印制板安装面到针头）要依据印制板厚度（严格意义上应是通孔深度）确定，实际应用中插针高度一般比印制板厚度大1mm，如印制板厚度3mm时，插针高度为4mm，根据标准，插针的装配高度误差应满足0.8mm～1.5mm要求。

（3）插针封装尺寸

由于转接板的插针是插装在印制板焊接通孔中，而焊接通孔表面还有焊盘分布，所以转接板插针的封装尺寸至少要大于等于连接器的。如选用微矩形连接器，其封装尺寸一般为1.27mm×1.1mm，则转接板插针分布至少应大于等于1.27mm×1.1mm，受限于插针直径、印制板焊盘大小，一般不建议与连接器封装一致，常见的封装为1.5mm×1.27mm、1.5mm×1.5mm、1.27mm×2.54mm;如选用超微矩形连接器，其封装尺寸为0.635mm×1.016mm，该类转接板插针常见的封装为1.27mm×1.27mm。

一般情况下，转接板插针的封装尺寸是参考原连接器直插或弯插式的，但也存在自行定义的情况，但插针间距仍需考虑印制板上的开孔和焊盘大小。对于传输大电流或者高电压的插针，在考虑到开孔和焊盘大小的情况下，排布必须满足GB 4943-1995《信息技术设备（包括电气事务设备）的安全》的相关规定，加大距离，避免高压击穿或短路。

2.3 导线的选择和处理

低矮化板间互联电缆的设计中，导线的选择十分重要。由于安装空间狭小，且在电装过程中要求转接板和连接器之间具有一定的弹性，故导线的选择有如下要求：

（1）导线外径

电装中，导线的弯曲半径不能小于其外径的6倍，在低矮化的板间，导线势必会发生折弯的变形，为了保证弯曲半径，在相同导体结构的条件下，应选择绝缘层更薄的导线。如，微矩型连接器的互联电缆能同时适配AWG28～26的导线，在充分考虑降额后，应优选截面更小的导线，截面小也意味着导线外径的缩小，也能实现更小的弯曲半径。

（2）导体结构

同一截面的導线往往有多种规格，如AWG26的导线有30/0.08的，还有19/0.10的，AWG28mm2的导线有14/0.08的，还有7/0.10的。更多更细导体的导线其柔软性更好，在低矮化的空间内安装成型更为容易，所以设计中应优选导体结果为多股丝的超柔导线。

（3）导线绝缘

常见的导线绝缘有挤塑和绕包两种形式，挤塑绝缘是整体包裹在导体外的，绕包绝缘是使用聚四氟乙烯薄膜缠绕包裹在导体外的，由于这种加工方式的不同，绕包导线要比同规格挤塑导线更为柔软。所以设计中应优选绕包绝缘的导线。

（4）导线的处理

低矮化板间互联电缆在选择了超柔导线后，还需要考虑在狭小空间内的排布。板间距离20mm以内的情况下，如果按照常规方式设计电缆外形，导线拉直理顺直连，既存在互联电缆装配的困难，在安装中还需要对电缆尺寸的精确控制，否则就可能导致安装不上或安装后导线受力。为此对互联电缆的导线进行成型处理，有以下几种方式：

a>圆弧式成型

互联电缆长度应略高于板间距离，然后将分组导线，规律地弯曲为弧形，以达到安装高度的要求，装配时导线具有一定弹性，既可以压缩又可以拉伸，避免了导线受力。实际应用中，既能在连接器宽窄（±X）方向将导线均分两组弯曲成弧形，也可以沿法兰盘（±Y）方向将导线均分两组弯曲成弧形，均分可避免连接器和转接板中心过分偏离，但这种成型需根据板间空间内其它器件的位置确定。

b）三角式成型

三角式成型不同于圆弧式成型的是，成型时将宽（窄）面的导线统一向法兰+Y方向弯曲，将窄（宽）面的导线统一向法兰-Y方向弯曲，每根弯曲的导线与上下连接点的直线构成了三角形。为了保证连接器和转接板对正，宽窄两边导线成型方向需反向成型，对于上下封装形式相同或接近较为适用，导线不会占用额外的板间空间。

c）U字和Z字成型

不用于以上成型方式，U字和Z字成型对连接器和接线板需要进行改型处理，将导线出线方向改为与插合方向成90°，当连接器和转接板90°出线方向一致时，采用U字成型，当90°度出线方向不一致时，采用Z字成型。两种都需要占据部分板间空间，可以适用于有较粗导线的互联电缆。

3 展望

随着雷达等电子装配的集成化程度越来越高，低矮化板间的互联电缆应用必定会越来越多，对于电缆的种类、结构形式、安装形式会提出更多要求，大小电流混装、高低频混装、高低压混装甚至光电混装的产品都有可能出现，将是一种发展趋势。

4 总结

低矮化板间互联电缆是伴随着电子装配小型化的趋势替代了带线连接器焊接印制板的产品，该类产品从设计选型之初，就应彻底了解需求，对连接器、导线、转接板做出合理的设计，既要保证在满足使用需求的同时，兼顾到电装的可操作性，应以设计为本。依据相应的设计，互联电缆在工艺上实现难度较高，必须采取尽可能降低风险的方法，避免缺陷和故障。

参考文献

[1]GB 4943-1995.信息技术设备（包括电气事务设备）的安全.

[2]QJ 3012-98.航天电子电气产品元器件通孔安装技术要求.

[3]QJ603A-2006. 电缆组装件制作通用技术要求.