如何打造高可靠性连接器

在电子系统中，连接器虽然无处不在，但与那些决定系统重要功能的核心元器件相比，很多时候它们更像是默默无闻的“小透明”，很少被特别提及。不过，在一些特定的严苛环境的应用中，比如航空、航天、无人机、医疗、户外作业等，连接器的重要性往往会凸显出来，因为它们互连的可靠性和稳定性会成为电子系统能否安全、可靠运行的关键所在。

这时，如何为严苛环境应用选择“靠谱”的连接器，就成为了一个充满挑战性的工作。由此，也催生出了为应对这一需求而专门优化的“高可靠性连接器”。

如何打造高可靠性连接器？

所谓高可靠性连接器，是指采用特殊的优化设计和提升可靠性的举措，以确保连接器在严苛的环境中不会失效，稳定而长效地运行。在涉及设备和操作人员安全的场景下，这种高可靠性会显得更为重要。

这就要求在打造高可靠性连接器时，需要考虑振动和冲击、工作温度、物理撞击、插拔寿命、电缆应力释放、释气率等关键因素。下面我们就来一一解析。

1振动和冲击

不论是持续不断的振动，还是突发性的冲击，都是严苛环境下经常会发生的外部影响，也是造成连接器电气连接不连续或失效的主要诱因之一。

为了有效抵御振动和冲击的影响，高可靠性的触点设计是关键一环，通常的做法是增加连接器触点簧片数量，形成一个360°环形接触区域，更大限度地增加接触面积，并确保无论振动发生在哪个方向，至少有一个簧片能保持电气连接。

2工作温度

严苛环境应用难免会面对极端温度的考验，普通商用连接器工作温度范围 （通常在-25℃至+85℃）显然满足不了要求，这时就需要温度范围宽至-55℃/-65℃到+125℃/+175℃的高可靠连接器来应对挑战。

而应对这种极端温度的挑战，需要特殊材料的支撑，例如在触点上采用更高级别的磷青铜或铍铜材料，塑料外壳材料也需要确保在高低温下不开裂或变形。

3物理撞击

这与上文提到的“冲击”引发的电气连接中断有所不同，物理撞击主要是指对连接器本身机械结构造成的损害，包括外力的碰撞，或者是插配、维修时的误操作（如错误地强行插接）对连接器的损坏。

为了避免这些风险，高可靠性连接器在设计时会特别考虑材料与结构的稳固性、增加锁定装置，以及采用极化、键控等防误配的措施。

4插拔寿命

高可靠性连接器通常需要达到500次或1,000次的插拔次数，这要求其触点有更出色的“耐磨性”，以确保生命周期内都能提供出色的电气连接特性。这需要在触点材料和镀层等方面做精心地考虑。

5应力释放

在电缆连接中，连接器会承受更多的压力和应力，这主要来自于用户拉扯电缆、连接器附近其他区域的弯曲和形变，以及振动下电缆重量对连接器的牵拉，它们都会导致连接性能的下降甚至失效。

应力释放的办法包括采用锁紧螺丝或卡扣锁、使用电缆夹以及在外壳上增加尾盖等应力消除装置，或者是通过灌封、注塑等工艺对电缆进行固定。这些都是高可靠性连接器优化时的技术选项。

6释气率

所有材料都会吸附、溶解一些气体，在特定的条件下这些气体会被释放出来，释气率就是指材料在特定环境中（比如真空或高温条件下）释放气体的速率，是评估材料在高洁净度、真空或密闭环境中适用性的关键指标，因为材料释放的气体会对设备性能产生不利影响。为了满足此类应用场景（如太空）所需，就要在连接器设计时特别考虑采用具有低释气率的材料，并满足相应的行业标准。

值得注意的是，想要打造出一款理想的高可靠性连接器，除了上述要素需要考虑之外，还需要考虑连接器的小型化、轻量化以及成本控制等要求，而这些往往与一部分高可靠性设计理念“相互矛盾”。这些现实的因素进一步让这项开发充满挑战，不仅需要专业的积累更要创新的思路。

然而，对于有实力的厂商而言，挑战亦是机遇。Harwin公司在高可靠性连接器领域深耕多年，针对各个行业、多样化的应用场景，开发出了品类丰富的解决方案。下面我们就以Harwin的三款明星产品为例，详细解读它们的优势特性，以及可以为哪些高可靠性应用赋能。

Datamate连接器高可靠互连的多面手

Datamate连接器系列是Harwin高可靠产品家族中的经典款，也是在各种严苛环境中“久经考验”的实力选手。

2mm间距的Datamate连接器采用Harwin的高可靠性四指铍铜触点技术，确保其即使在极其恶劣的条件下，也能实现连接的完整性，不会丢失数据。这些连接器具有100G抗冲击、40G抗碰撞和10G抗振动能力，并能在-55°C至+125°C的极端温度下工作，支持500次配接。

此外，Datamate连接器还提供坚固和全防护的外壳设计，以及防错配的极化功能，更大限度地保障触点等核心部件的安全，让连接更可靠。

特别值得一提的是，经过多年的发展，Datamate连接器系列已经形成了一个完整的产品家族，涵盖信号、电源、同轴、混合连接等不同应用场景，成为可靠互连的多面手，可以满足航空、航天、赛车、医疗和工业等广泛领域的设计需求。

产品类别	主要特性
Datamate L-Tek	原始的卡扣锁紧2mm间距连接器
Datamate J-Tek	带锁紧螺丝和更高引脚数的2mm间距连接器
Datamate Power	带锁紧螺丝的4mm间距连接器，每触点载流高达40A
Datamate Coax	4mm间距多端口复合型50Ω、6GHz同轴连接器
Datamate Mix-Tek	结合2mm和4mm间距，在同一连接器中实现信号、电源和同轴连接

表1：Datamate连接器类别及特性（资料来源：Harwin）

Datamate连接器的一个典型的应用是飞机客舱中的乘客服务单元，该应用既需要连接器具有出色的防振动和冲击特性，也需要长期耐用性和可靠性，还要考虑性价比，带有螺丝锁定功能的Datamate J-Tek连接器，连接稳固，组装便捷，正是此类应用的理想之选。

Gecko 1.25mm连接器兼具小型化和高可靠

Harwin的Gecko连接器提供了一种薄型的双排互连解决方案，非常适合在PCB空间有限的场景中应用，可提供多达50个触点，并有多种配置可供选择。

Gecko连接器在高可靠性设计方面考虑得非常全面：

每个触点可承载2A信号电流（均带有电负载；个别触点电流2.8A），Gecko-MT可提供高达10A的选项

四指触点设计，可在高振动和冲击下保持电气接触

铍铜触点，支持-65°C至+150°C的宽温度范围

耐用性强，支持1000次配接

锁前进行对接或锁扣，连接快速便捷

低释气率：0.68% TML、0.01% CVCM、0.26 WVR（回收水蒸气）

此外，Gecko在小型化和轻量化上做了特殊的优化，采用1.25mm更紧凑的引脚间距，每个连接器可容纳多达50个触点。与Micro-D等其他高性能连接器相比，Gecko连接器可节省高达45%的空间以及75%的重量。

图：26触点带闩锁的Gecko连接器（深灰部分）与25触点的Micro-D（浅灰部分）外形比较（图源：Harwin）

Gecko连接器既有紧凑的尺寸和极轻的重量（Gecko-SL连接器附带锁紧螺丝的平均重量仅为1克），又有出色的性能和可靠性，使其成为功能丰富、高集成度应用的优选方案，加上它还具有低释气率的特性，更使其成为卫星等太空应用的不二之选。

Kona 8.5mm电源连接器实现可靠的大功率传输

让我们将目光转向电源连接器。随着电气化的发展和系统复杂性的增加，新一代电子产品在支持更高功率和可靠性方面，对于电源连接器提出了更高的要求。应对这一趋势，Harwin推出了Kona 8.5mm间距高可靠性电源连接器，其能够在极端条件下提供出色的电力传输性能。

Kona 8.5mm电源连接器每触点可承载60A的连续电流，具备250次插拔的耐用性，工作电压为1500V，8.5mm间距可实现3,000V无闪络。

该电源连接器出色的载流能力和稳定可靠的连接特性，得益于连接器公头采用了6指形铍铜镀金触点，可满足严苛条件下的电力连接要求。同时，连接器在公头和母头上分别设置了独立护套，有效防止物理损坏和意外触碰。此外，其坚固的线对板设计也有利于在强烈振动和冲击环境下保持稳定的电气连接。

Kona电源连接器还采用了创新的“先插后锁”机制，确保触点在完全插配后再进行锁定，从而避免锁定过程中可能造成的损坏。母头连接器外壳配备有不锈钢拇指螺丝，无需工具即可安装，让接插和维修工作更简便。

Kona 8.5mm高可靠性电源连接器提供线对板2、3、4触点配置，公头PCB连接器支持4.5mm通板端接，可在+150°C高温下工作，还具有低释气特性，因此非常适合于电动汽车、电源控制系统、机器人驱动器、伺服控制器以及航天等应用。

除了传统应用，在无人机等新兴应用中，Kona电源连接器也可一显身手。如今的无人机平台，配备有摄像头、传感器、飞行控制、导航等丰富的功能，既需要更大的电力和功率支撑，又需要小型化和轻量化设计以实现更长的续航。Kona 2触点母线连接器与公PCB连接器接合，可在无人机上实现高可靠性的60A连接，PCB连接器位于电池一侧，方便拆卸和更换电池，非常便利。

本文小结

“我用的连接器可靠吗？”——这是开发者在面对严苛环境应用时，必须面对的一个“灵魂拷问”。为此，高可靠性连接器的选型也就成了一项必须经历的挑战。

Harwin开发的一系列高可靠性连接器，不仅在防振动和冲击、工作温度、耐用性、释气性能等方面出类拔萃，还能够在小型化、轻量化、性价比等方面满足特定应用所需，助你事半功倍，快速找到“靠谱”的连接器！