LED照明连接器设计如何创新？KYOCERA AVX的秘诀都藏在细节里……

KOYUELEC光与电子 2023-03-01 1014

描述

任何产品只要是拿到市场上去销售，就要有能够打动人心的“卖点”。对于电子元器件，“创新”是一个非常讨人喜欢的卖点，有了这个标签就意味着产品在某些方面有过人的特性，能够为用户带来额外的价值。不过，如何做产品的创新，也就是如何选择创新的突破口，里面很有学问。对于连接器这种在传统意义上更新迭代比较慢的产品，找到这种创新的突破口似乎更难。

如果让你去设计一款连接器，你会如何选择创新的切入点呢？

一种最直接的想法可能就是，围绕着一个或者几个关键的性能指标做优化，将其做到极致，比如信号传输速度、额定电流、插芯密度、IP防护等级、工作温度、外形尺寸等。如果这些数字作为硬指标写在Datasheet上，可圈可点，肯定很抢眼。

不过，这种追求极致的方法并非是创新的唯一路径，还有一个创新的思路就是从实际的应用需求入手做文章，通过一些巧妙的优化，解决实际应用中可制造性、可靠性和安全性等难题，这种创新与那些“硬指标”相比可能没有那么醒目，但能够为用户带来的获得感却更为实在，而且这种创新同样需要颠覆传统的洞察力和技术实力。

创新的一件式线对板互连

具体到我们今天要重点讨论的LED智能照明和家用电器中的线对板互连，在设计开发一款创新的连接器时，除了常规的电气和机械特性，通常还需要从应用层面考虑下面这些因素：

物料成本

也就是实现互连所需的成本，其中既包括物料的硬件成本，也包括与物料相关的供应链管理成本。

可重复性

这主要是指在连接器装配过程中，是否可以获得一致稳定的互连品质。可重复性差，往往会带来不可控的额外成本。

可靠性

这很好理解，就是要在多样化的环境以及整个产品生命周期中，确保稳定可靠的电气连接特性。

可维修性

在现场维修过程中，是否可以方便地完成连接器装配和配接操作，减少对于专业工具和操作人员技能的依赖，也是一个不能忽视的因素。

小型化

尽可能紧凑的外形，这是LED照明和家电应用乃至更广泛的领域中普遍的追求。

以往实现LED照明应用互连，常见的方案有两种：一是手工焊接，二是使用两件式的连接器。

手工焊接方式由于不需要额外的硬件组件，因此在物料成本上的优势非常明显，占板面积也很小，但与此同时，手工焊接操作在可重复性、可维修性、可靠性等方面会存在很多不可控的因素，因此并不是一个优选方案。

两件式的连接器，顾名思义，就是将连接器的插头和插座通过焊接或压接等工艺装配在PCB和线缆上，然后通过两者的配接实现电气互连。与手工焊接这种硬连线的方式相比，其在灵活性和配接的可重复性上提升了一大步，但成本也更高，同时由于连接器装配所需的焊接或压接工艺仍然是一个“技术活儿”，公、母接头之间也难免存在潜在的配接不稳定的问题（比如受外力影响），因此在可维修性和可靠性方面，显然也不是最优解。而且，由于互连中要使用相互配套的两个连接组件（插头和插座），这在供应链和库存管理方面也会造成额外的负担。

既然上述两种传统解决方案都不完美，这就为创新提供了空间。KYOCERA AVX在传统方案基础上通过优化，推出了创新的一件式互连解决方案。这种方案的特别之处在于，只需要一个安装在PCB上的连接器接头，而导线则是直接与其配接。显而易见，这样的互连架构更简单高效、更经济，也更可靠。

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图1：线对板互连方案特性比较

（图源：KYOCERA AVX）

从图1可以看出，KYOCERA AVX推出的一件式线对板互连解决方案包括两种：Poke-Home连接器和IDC连接器，接下来我们将从几款具体的产品入手，让大家通过详细的介绍，深入了解一下这些创新连接器的玄妙之处。

Poke-Home：经济便捷的互连

Poke-Home连接器为少量、分立的导线与PCB互连提供了一种高度可靠的解决方案。其配接方式很简单：首先将线缆端头的绝缘层剥掉，然后直接将裸露的导线插入安装在PCB上的连接器即可。Poke-Home连接器导线导管和末端的止动器可确保导线正确插入和定位；铍青铜材料的双梁式触点能够提供足够的保持压力以及极低的接触电阻，最大限度地确保安全可靠、高性能的电气连接。

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图2：Poke-Home水平连接器示例

（图源：KYOCERA AVX）

KYOCERAAVX的9296-400系列水平Poke-Home连接器，就是这种快速、可靠线对板连接的典范：该产品采用紧凑的SMT封装，间距4mm，高度3mm，提供1至6线位配置，支持24AWG至18AWG的实心线和绞线或跳线引脚；其双弹簧梁盒式触点，可最大限度地提高机械稳定性和电线保持力，可选的可视窗口使得操作人员可以对导线是否完全插入进行视觉验证。9296-400系列还通过了UL认证，可以说为LED照明应用提供了一种经济高效的互连解决方案。

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图3：水平Poke-Home连接器

（图源：KYOCERA AVX）

与两件式的方案相比，Poke-Home水平连接器本身已经具有了更为紧凑的外形。如果在实际应用设计中，当PCB的空间更为局促，则可以考虑使用KYOCERA AVX的00-9296标准垂直顶部插入连接器。该连接器提供1至6线位的配置，其核心是经过业界验证的双齿、3mm高弹簧力盒式触点，18AWG至26AWG线规的导线可直接从PCB顶部垂直插入到连接器中实现配接；如果想要移除或更换导线，只需扭转/拧松线缆。

总之，KYOCERA AVX的水平Poke-Home连接器产品实现了更低的成本、更小的外形；无需压接操作，使用更便捷；可以支持各种线规的导线；并提供了符合业界标准的可靠性，因此与传统的方案相比确实更具新意，也更适合LED智能照明和其他家用电器应用的要求。

IDC连接器：实现可靠的气密连接

在KYOCERA AVX的一件式连接器方案中，如果说Poke-Home连接器在经济性、易用性上独树一帜，那么IDC连接器则在可靠性上更胜一筹。

IDC是“绝缘位移连接器”的简称，这种互连方法是通过将绝缘导线插入锐化金属梁的槽中进行连接，在这个过程中梁的锐边刺破绝缘层，在导线和梁之间形成刚性金属接触。也就是说，使用IDC连接器，无需配接、焊接或压接等操作，即可实现可靠的气密连接，而且与压接工艺相比，在规模化的布线和端接方面也更具效率和成本优势。

从另一个方面看，铜线是一种软金属，当焊接等装配操作不当时，很容易出现应力裂纹或断裂，越细越薄的导线对于这种应力也越敏感。而IDC连接恰好也能消除这种可靠性风险。

KYOCERAAVX的9176-800薄型IDC连接器是这类创新型互连方案的代表作。第一眼看到这款连接器，突出的感觉就是“薄”，其将Z轴高度在现有标准版本IDC连接器的基础上降低了1.0mm，总体积减少了50％，可以在空间敏感性应用中支持22AWG至26AWG分立式线缆的连接，并提供1至4线位配置。

9176-800薄型IDC连接器采用高导电率的磷青铜材料作为触点；可以对IDC连接器进行灌胶或注塑成型，以封装电子模块并提供更好的IP防护；此外，KYOCERA AVX还提供符合行业标准颜色的适用于单根线缆连接的1p版本，以便实现无错误的线缆端接。上述这些特性，使得这款IDC连接器能够在可靠性和易用性上为用户带来更多的价值，除了适合于单个的线对板连接，也适合于将多块PCB通过菊花链互连成一个整体。

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图5：9176-800薄型IDC连接器

（图源：KYOCERA AVX）

“裸露”的连接器：更小尺寸，更低成本

看了上面这几款KYOCERA AVX的一件式线对板连接器，你一定对其综合的优势印象深刻。不过，KYOCERA AVX的创新并未止步于此。

尽管Poke-Home和IDC连接器在“压缩”外形和降低成本方面已经做了不少优化，但是对于一些特殊应用来说这还不够。比如在LED照明应用中，连接器的外轮廓（特别是其高度）还是会在照明范围内造成一定程度的阴影，要避免这种情况就需要连接器的尺寸尽可能小。

对此，KYOCERA AVX开发出了一种独特的“无外壳Stript”连接器。具体来讲，这种连接器移除了传统连接器的外壳，只留下了“裸露”的触点，但仍然能够提供完整的电气连接功能，并支持高可靠性和UL认证。与带有导体和绝缘体的常规连接器相比，这些“裸露”的连接器在缩小尺寸、优化成本、提供更好的散热性能等方面，显然又向前迈了一大步！

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图6：“裸露”的IDC连接器实现菊花链互连的案例

（图源：KYOCERA AVX）

在KYOCERA AVX开发的“裸露”触点连接器产品线中，70-9296 Vertical系列是基于Poke-Home连接的单一垂直解决方案，其具有顶部和底部插入触点，支持24AWG至18AWG的实心和绞合线缆，额定电流高达12A。由于采用了双梁式触点，该连接器可提供出色的机械稳定性和线缆保持力，可为FR4和金属基板PCB威廉希尔官方网站板提供经济、紧凑的顶部和底部线对板连接。

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图7：70-9296单一垂直Poke-Home触点

（图源：KYOCERA AVX）

在IDC连接方面，KYOCERA AVX也有相应的产品线布局，比如9176-500气密式分立线缆IDC连接器。该产品可支持24AWG至18AWG线缆，绝缘直径范围为1.1mm至2.1mm；由于其采用双梁式触点，可支持10A额定电流；较大的SMT焊接底座，可在PCB上为连接器提供更佳的稳定性。此外，9176-500系列还配有可选的锁定式绝缘帽，以应对剧烈振动应用中的挑战，提供更高的可靠性，非常适合于汽车照明应用。

而且，上述这些KYOCERA AVX无外壳的触点连接器，都采用卷带包装，可用于自动SMT贴装工艺，这就为规模化应用和装配带来了便利性。

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图8：9176-500气密式分立线缆IDC连接器

（图源：KYOCERA AVX）

创新的扩展：优化的板对板连接器

值得一提的是，KYOCERA AVX在LED照明和家用电器线对板互连方案领域的创新，也扩展到了其他产品组合中，比如板对板连接器。如果仔细观察，无论在设计思路还是在具体的技术实现上，我们都能在KYOCERA AVX丰富的板对板连接器身上找到创新带来的惊喜。

比如，针对LED固态照明市场，KYOCERAAVX开发出了9159系列IDC连接器（如图9）——包括14-9159插头线束和24-9159插座线束——提供便捷而可靠的共面板对板互连，以创建LED照明模块之间端到端的堆叠连接，即使暴露于恶劣的应用环境中也能够确保可靠的电气互连。该系列IDC连接器支持22AWG至24AWG的线缆，每个铍青铜触点能够承载高达5A的电流；此外，该连接器还可提供2至6线位的多种配置，外壳可提供直通式（菊花链应用）和线头端接选项，以满足不同应用所需。

除了共面板对板连接，KYOCERA AVX还专门开发出了00-9159垂直卡缘板对板连接器（如图10），这是一种一体式的板对板连接器，可以将小型的垂直子卡（厚度0.8mm或1.6mm）从主板顶侧垂直插入连接器实现互连，以替代传统上使用的更昂贵的两件式连接器方案。镀金的触点、每触点2A的额定电流、出色的可靠性和信号完整性等设计，确保了00-9159优秀的电气连接性能。这种互连方案非常适合于LED照明模块中电源子板的接入，以及其他设计功能的扩展。

从上面两款KYOCERA AVX板对板连接器产品身上，我们可以看到它们的一些共性——无论是适用于垂直、平行和共面哪种应用，这些连接器都是通过设计上的创新去弥补应用上的“空白”，尽可能让每一个应用场景都有合适的互连方案与之对应。

本文小结

相较于其他电子元器件，连接器的技术迭代速度并不快，而越是这样的产品，锁定其创新的着力点越不容易。而从KYOCERA AVX的一系列连接器产品中，我们可以看到，从实际的应用出发，围绕着解决应用痛点去创新，是一个不错的途径。

正是通过这样的创新之路，KYOCERA AVX在我们面前呈现出了众多专为LED照明和家用电器应用而打造的连接器产品，不断地打破传统方案的束缚，探索出独特的解决之道。细细观察这些连接器产品，你也能从中领悟出更多的技术诀窍。