小型与高速化的连接器技术发展趋势分析

连接器讲求高速化，连缆线类型的连接器，速度要求也越来越高。刘家任摄

前言：连接器随着电子工业技术发展，型态越来越多样，在电子产品讲求高速化与微型化甚至节能化的趋势下，部分连接器对于性能的要求已经不可同日而语，相对的开发难度也提高许多，但也成为厂商间是否能在业界竞争中存活下来的关键，虽然连接器厂商各有专攻，但洞悉大方向的连接器趋势发展，仍相当重要。

本文：连接器的技术发展趋势并非一个一体均沾性的主题，因为连接器的种类越来越多元，每一种连接器对应的背景技术与该技术的未来发展都不尽相同，不过深入探讨，仍然有一些明显的趋势，可以整理归纳出连接器未来技术发展的方向。

探讨连接器的特性，不能只由连接器产业本身观察，因连接器设计还是必须跟随下游终端产品，换言之下游终端产品的发展趋势，实际上即左右了连接器的技术发展，而能够率先符合甚至领先下游终端厂商需求者，通常能够攫取更多订单的机会。

连接器广泛运用在汽车和电脑周边应用通讯数据应用、工业、军事航太、运输、消费性电子、医疗、仪器、商业设备等，但是深入分析，成长力道最强劲的为汽车应用、通讯设备、消费性电子等，其他如电脑或是仪器设备都呈现饱和的趋势，除非再度出现杀手级应用，否则前述三样应用的趋势实为连接器厂商应当注意的方向。

通讯与消费性产品决定连接器趋势 高速小型还得抗严苛环境

观察汽车、通讯设备、消费性电子三个产业，对于零组件的需求越来越要求小型化、高速化、以及抗干扰(包括高速传输所产生的干扰，以及外在环境越来越严苛对于连接器的物理与化学性的伤害或耗损)，相对的，满足或是对抗这些变因，就是连接器利用新材质或新技术努力的方向。

以小型化方向而论，包括细脚间距以及连接器本身的小型化，以前者而论，一直是连接器发展的方向，例如脚间距从0.5mm发展到0.4甚至0.3mm，整体还必须低背化，例如搭配软性电路板(FPC)或Board to Board化。

在实践小型化的过程中，许多厂商都有自身的相关技术，但是却常忽略了一些变因，例如，很多消费电子设备都需要多颗连接器，以满足应用的所有功能需求。但可考虑在设计中做改良，如手机中需要的连接器有接地夹、天线、扬声器和振动器。使用过多不同类型的连接器会造成弹力不均衡、非标准化、不良触点电阻，以及需要对多种元件作品质检验。如果采用适用于所有功能的单连接器触点设计，就能显着提高可靠性，并尽可能压低成本。

材质或材料的谨慎选择，可以让小型化的设计事半功倍，否则就必须利用设计做强化，例如铍铜合金通常被选作连接器触点，因具有记忆能力与高导电特性性，同时材料的厚度与梁柱长也很关键，会让同样的材料呈现不一样的参数变化。

较小的产品设计，如手机内的连接器，就会直接影响到这些参数，例如设计时将触点侧模弯曲成翼形，可产生一个预加载力，从而在接触表面得到一个牢固的触点，解决冲压产生的极薄材料会在梁柱中产生应力，同时有足够的力(0.3N以上)，这样可以保持最小的触点厚度，并且不会给梁柱增加太大应力。

除了材料以外，例如符合IP66、IP67防水及耐撞击甚至IP69深水规范的密封以及UL等认证也是连接器可靠性的组成部分。作法如为手机电路提供更高的可靠性，即将接触头压配到灌注玻璃的模件内，然后用陶瓷复合物密封触点。

高速连接器设计与测试需了解之方向

高速化当系统走向高频化时，连接器对系统的电气特性、功能影响变大，而不只是满足「导通连接」功能就够了。以电脑周边来看，新一代的连接器都是高速界面，如PCI Express、InfiniBand、SerialATA、Serial SCSI、Express Card、DVI、HDMI、IEEE1394b、CAT6等，甚至移动设备或车用电子要求的连接器传输速度皆越来越高。

连接器的高频设计必须同时考虑机械、电气之间的协调，而在协调中也必须能正确掌握方向，同样地在测试方法上也必须考虑到高频所产生的效应，以能负责反应元件行为。在设计方面技术即涵盖：结构电气参数分析、元件等效电路设计、元件特性测试及测试线路板设计等。

高频连接器开发技术是一门统合机械结构设计、力学分析、高频电气特性分析与量测的综合技术。必须针对影响高频电子连接器信号完整性之各项因子加以分析，搭配实务考量做出价格与效能的取舍，才能全面掌握高频连接器之信号完整性相关议题与对应之解决方案。

在设计考量上，必须考虑的因素很多，例如时域与频域转换、电子元件基本特性与高频响应、传输线基本理论与阻抗匹配设计、串音的生成与防治、损耗的生成与防治、参数与史密斯图分析等。

除了掌握高频测试板设计原则外，设计人员亦需针对常用测试仪器；如时域反射仪 (TDR)与矢量网络分析仪(VNA)，进行了解，除了仪器的基本量测原理外，最好能进一步了解校正理论、方法与注意事项，才能全面掌握高频连接器电气特性量测技术。即阻抗、串音基本特性、高频连接器测试板开发准则、时域反射仪(TDR)基本原理与使用、传输线基本理论、S参数与Smith Chart分析、矢量网络分析仪(VNA)基本原理与校正等。

高速连接器主要需解决的问题相当多，以电磁干扰问题为例，随着所搭载信号频率越来越高，对于信号完整性之影响也越来越大。除针对连接器产业所需之电磁干扰防制技术做全面了解外，例如线缆端，更应了解系统端如PCB常见电磁干扰之成因与解决方案。例如线材与接地之电磁干扰成因与防制、遮蔽原理、遮蔽效率评估与遮蔽元件设计、ESD成因与防制、数码线路之辐射成因与防制、电磁干扰量测时常用之技巧等。