選擇合適的電源連接器

統設計日趨小型化，然而電源供應需求卻在增長，這給設計工程師帶來巨大的挑戰。這意味著電源連接器必須同時容納兩個相互矛盾的必要條件，也就是在增加電源之余設計也必須更為緊湊，在篩選市場上琳瑯滿目的電源連接器時，更不知如何著手。就以重點特征——額定電流為例，其中就蘊藏著許多學問。
額定電流，是促使母端子特定升溫的電流量，一般為20℃或30℃。要正確使用這數據，除了須了解其測試方法，也須留意其測試環境。例如：有些單純測試一對相接卻沒有安裝在外殼內的母端子及公針。眾所周知，影響連接器的升溫的因素，包括接觸電阻、電流量及散熱渠道。在實際應用時，公針母端子是安裝在外殼內的。因此，散熱渠道劇減。再加上一般同時使用多個接觸對，更不能以額定電流峰值設置為連接器的工作電流。

從制作角度來看，傳統型的電源連接器大多車床加工。基于日漸成熟的沖壓技術，從而衍生了新一代沖壓成型的電源連接器。相比之下，車床加工制程較簡單，磨具設置時間短，屬較靈活的生產技術。沖壓成型制程雖較昂貴，但在投入量產下，其成本與車床加工不相上下，特別是沖壓成型技術容許局部性電鍍，是車床加工不能提供的選項。從質量角度考量，在長期量產的狀況下，沖壓成型確保一定的質量穩定性，這是車床加工無法相提并論的。

從裝配角度來探討，電路板裝配的方法有壓接、表貼或焊接；電纜裝配的方法則有螺釘連接、焊接、繞線、碾接及IDC（通稱刺破連接或絕緣位移連接）。要選擇合適的連接器，不僅要考慮連接器的價格，更為重要的因素是合適的裝配技術。焊接連接器自然比表貼及壓接連接器便宜，因為不需耐高溫塑料外殼，也不需引腳有特別的壓接區。可是，若單板上都是表面貼裝元件，選擇表貼性的電源連接器還是較合算的決定。接線方面，螺釘連接、焊接及繞線必須手工裝配，碾接及IDC則可選用市場上的組裝設備以快速、精準地組裝連接器及電纜。IDC與碾接相比之下，IDC對電纜的尺寸要求較為嚴格，電纜導體、絕緣層的尺寸及軟硬度須符合相關IDC連接器的規格，以免損壞連接器，并確保電纜及連接器之間理想的電氣連接。若應用在高振動的工作環境下，則該選用碾接的線纜連接器。其他需加以考慮的因素還包括工作環境溫度而牽涉到是否該使用耐高溫電纜的考量等。

圖1 ERmet電源模塊電流降額曲線

其實，連接器最關鍵的設計在于母端子及公針形成的觸點。不良的設計、制程及不適的基材料、電鍍層，都可以導致不理想的接觸甚至無法形成觸點。反之，過大的夾持正向力則會導致連接器的表鍍層過度磨損而減短其機械壽命，即插拔次數。觸點的設計有車床圓形針及端子，如歐式DIN41612及ERmet 2mm M型的電源端子等、沖壓成型的雙桿端子及針如2mm HM電源模塊、SMC連接器等、公母同體雙桿端子如：MicroStac等。表鍍層的材料有金、鈀、鎳、銀、錫、等。銀的導電性高，可是容易變色，特別是在含硫的環境中。輕微則僅影響外觀，嚴重則降低導電性能。鈀鎳的硬度高及空隙率少，所以其耐蝕性良好。金的化學穩定性高，硬度低，成本高。相比之下，各有其利弊。

圖2 沖壓成型的雙桿端子

從構型來看，共有兩種不同的電源連接器。合成連接器上的信號端子普遍上占多數，電源端子則占少數。至于單純的電源連接器或電源模塊，端子皆為高電流端子。傳統上，電源連接器大多獨家設計，每個品牌都不一樣。有鑒于電源連接器的需求日益苛刻，各標準逐漸將電源連接器列入其中，衍生了標準電源連接器，如：D-Sub的多個類型、歐式DIN41612中的D、E、F、H及M型連接器、2mm HM的M型連接器及電源模塊、ATCA電源連接器。這其中典型的合成連接器例子有：M型歐式連接器、2mm HM的M型連接器以及D-Sub連接器。舉個例子，ERmet 2mm M型彎角母連接器提供55針（5排x11行針），并備有三個特殊針腔供放置電源端子或同軸端子。這類連接器可以被單獨使用，也可以與2mm其他類型如A、B、C、L或N型組合。相對的，ERmet M型垂直公連接器有多達77針（7排x11行針）,其中兩行外排（22針）將與母連接器的屏蔽板連接。相應的，公連接器也有三個特殊針腔供放置電源端子或同軸端子。單純的電源模塊例子包括2mmHM電源模塊、MicroSpeed電源模塊以及ATCA電源連接器。除此之外，還有板到線的電源連接——MiniBridge及MaxiBridge。

圖3 公母同體雙桿端子

為了讓電源連接器能夠提供更高的額定電流，各連接器廠商們不停在改善電源連接器的設計，包括選用導電性能更強的新銅合金基材料、創新母端子及公針觸點的設計及提升連接器的散熱性能。配合各種工作環境條件，連接器廠商們也研發了各種適合高振動系統、防塵防水、帶鎖扣的電源連接器供特殊用途，甚至有不同顏色意味著機械上不同編碼的連接器，以防操作人員誤插。有鑒于PCB裝配工藝日趨自動化，卷帶包裝及預安裝抓取墊也日漸普遍。

隨著電子科技迅猛發展大趨勢，估計將來的電源連接器設計會有更多、更大的突破。只要選用合適的電源連接器，加上良好的PCB設計，系統設計工程師肯定能推出更優質產品。