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家电插头连接器的发展
作者:MICHAEL DEGENHARDT ET AL.
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高温聚酰胺 - 如今电子学已经日益广泛地应用于家电行业,这一趋势的关键是标准化和模块化。在标准化方面,文中所述的Rast连接器成为有力的突破,面对不同的发展和趋势,Rast连接器的塑料外壳需要满足相当高的技术要求,特别是在生产方面。

2010年国际家电行业—也就是常说的“白色家电”—产值达到了1600亿美元,这无疑是一个巨大的市场,它渗入到千家万户的生活中,也影响了家电平均持有的社会结构。直到2015年,全球家电需求都会以一个不高的年增长率来缓步增加,其主要推动力是发展中国家的市场渗透扩张,以及整个欧洲的创新电子技术和环境及能源方面发展。电子学分支的发展仍会继续,甚至可能深入到非常基础的产品。传感器技术的发展旋律不会改变,也在整个发展趋势中仍然占据重要部分(见图1)。

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连接器实现了家电产品的可拆分连接,内部电路板和传感器的应用,使得现有家电产品转变为真正的智能系统,用户能够在任何时候任何地点都进行便捷的使用或控制。传感器主要使用的是金属连接,配合塑料绝缘装置,并且往往依附在外壳上。家电行业发展的特色趋势影响了连接器的设计,并且推动其规格、形式和材质选择都进一步发展完善。

要求的提升

如今电子学已经日益广泛地应用于家电行业,这一趋势的关键是标准化和模块化。Rast连接器系统在标准化方面大展拳脚,Rast是德语单词Raster Anschluss Steck Technik(定距连接插头技术)的首字母缩写,不仅有着多重技术优势,而且能够实现高模块系统。随着家电产品被赋予的功能与日俱增,实现模块功能与主控连接的连接器数量也相应增加。Rast系统可将多个单装置和连接器进行整合,从而可减少安装时间,并降低人为安装失误的风险,同时,由于使用的元件数量也有所减少,因而降低了PCB占用空间和制造成本。

社会和行业已经越来越多地考虑到环境因素,因而顺应环保潮流的无卤塑料和无铅焊接迅速成为行业标准,这不仅使得建筑师和设计师在建筑上越来越多采用环保新技术,也影响了聚合物材质插头连接器的发展。

产品和技术趋势

可远程操控的智能家电产品不仅带来了创新标准上的进一步提升,例如,可减少水和洗涤剂的消耗,也在能源和消费品使用量降低方面实现了重要飞跃。在未来,用户无须实地操作,便可通过智能手机,便捷地监控家庭能源消耗(见图2)。

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在不远的将来,这样的智能产品势必会巨量增加。智能网络是正在建立中的创新能源网络,将会很快进入各种行业领域,通过智能网络,数据可以在时间计成本的电流进行传输,智能家电产品也能够与之连通,这便能够带来成本缩减的突破,同时减少对环境的影响。家电和电子领域的领先公司,已经形成了联盟来建立智能系统的新产品线,家电产品可连接到在标准能源线或IP网络系统上的主控。

远程维护也极大地推动了家电行业寻求IP网络解决方案,并且已经能够应用到其他行业领域,例如半导体设备行业。远程维护可实现设备常规进行自我诊断,并且在发生轻微失误时,发送情况报告给制造商。这样,不用等到用户自身意识到需要维修服务,设备制造商便可以主动联系用户来确定维修时间。

Rast连接器及其发展

Rast连接器已经应用在林林总总的家电元件中,例如,压力传感器、中继转播设备、泵及旋转开关(见表1)。同时,Rast产品还特别适用于自动控制和开关的印制电路板上的连接。因为连接器有标准结构,经销商和元件供应商便可以采用标准化设计,减少对定制元件的需求。

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Rast连接器名称往往都后缀一个系列值,这个数值代表交叉连接点的连接中心线间距,以毫米为单位,例如,一个Rast 5连接器包括连接器外壳,内里的连接中心线间距是5mm,可适用于标准电线标签/容器,以及卡片裱边版,6到16电流级别都可普遍选择该产品。Rast 2.5产品的体积要小得多,比Rast 5占用的空间小,因此往往应用于更小的电流强度的情况(见图3)。

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Rast标准版是一系列特定连接系数为标致,包括外壳几何直径(上组件[连接器]和下组件[焊罐],以及根据编码或定位的上组件和下组件的规格定义。Rast连接器如今越来越多应用于家电行业,因其充分满足了制造商的要求。Rast连接器安全性高,装配简易,甚至可谓“傻瓜装配”(即,不可能出现连接错误),无须使用色彩编码来进行颜色区别,体积更小,生产周期更短—因为单个特定装置上的所有连接使用一个步骤便可完成。Rast的生产流程实现完全自动化,因而彻底减少了人力需要,并降低了物料管理的复杂性。

采用Rast可避免多数不牢固连接,因而显著提升了生产质量,同时,相比采用其他连接,采用Rast的整个供应链成本都会低廉许多。

从20世纪70年代的“卷曲-咬合”型连接器,到如今的绝缘移置连接(IDC)系统,Rast系统在欧洲的演变发展已经横贯数年。起初,标准卷曲-咬合连接器采用开放电线管结构卷曲进线路导引器,然后将其咬合进外壳,这一结构显露些许Rast特性。欧洲随后开发了一个IDC版本来通过自动化获得额外成本节约,IDC版本有连接预载入外壳,高速装置制造设备会将外壳和电线自动截断。

标准化和全球化也极大推动了家电行业中连接器的应用发展。标准Rast IDC连接器在欧洲市场已经纵横20余载,现如今正在逐步打入美国市场。与传统小型号线路适用的卷曲连接器相比,Rast IDC从本质上是更胜一筹的终端设备,完美地匹配高产量自动化生产,从而节约了生产成本。

亚洲和美国的连接器过渡发展到Rast的步伐有所减缓,主要因其现有设备基础中大多数是卷曲终端设备,并且Rast IDC系统的初始投资比较高昂。但直面落后于欧洲的局面,美国家电行业现在已经开始奋起直追。

可持续环保焊接

回流焊接有其独特的优势,不仅逐渐在家电行业中崭露头角,也促使越来越多的制造商舍弃了目前普遍使用的波动焊接。通孔回流焊接技术可以适用于特定技术,因而可以使用在基本引脚插入型(PTH)连接器设计(见表2,图4)。

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并不只是不使用被政府规定禁止的原材料,就叫电子产品环保设计,环保概念应该贯穿于产品的整个生命周期,如危险材料(REACH, ROHS)、碳排放、能源和水的消耗、再循环、稀土金属和矿物的使用,以及更多方面,都应得到关注。对整个供应链的相互作用与配合而言,其中用到的衡量标准很重要,并且如何使其互相匹配。制造商对产品的环保责任已经逐渐发展成“从摇篮到坟墓”,可再循环性设计意味着可分解设计,这将要求对整个价值链中设计和制造流程的主动控制。新安全标准也对电子设备和组件的设计及生产起到了影响作用,新IEC 60335-1欧洲安全标准给塑料行业带来重大影响,抛出了终端产品、连接器的灼热丝温度(GWT)达750℃的大挑战(见图5)。

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连接器外壳材质

呈上所述在家电连接器行业出现的种种发展趋势(无铅焊接,焊接技术从PTH到SMT技术的飞跃,可持续性,新安全标准),塑料连接器材料方面也面临更高的要求。

从波动焊接到回流焊接类型的发展,意味着连接器材料需要能够抵抗显著增高的温度,因而材料的加热变形温度 (HDT) 需要高于250℃。为此,如PA6和PBT这样被普遍采用的材质已经不再能满足这些需求,这一空缺亟待耐高温材料来填补。

不止如此,随着对可持续性的关注与日俱增,生产所用的耐高温材料还需要不含卤素阻燃剂。用高分子材料替代含卤素阻燃剂的尝试现在正在进行,但适用于耐高温材料的无卤素解决方案并非一蹴而就,还需要高处理温度以及无卤素阻燃剂的高温稳定性。大部分现在可行的解决方案都具有重大缺陷,例如低机械性能,低流动性,过高的除气作用和腐蚀,同时,阻燃剂本身无卤素,如液晶聚合物(LCP)等材质,呈现低焊缝强度和低相对温度指数(CTI)。

IEC 60335-1中的新欧洲安全标准,要求终端产品的灼热丝性能至少达到750℃。这对于含卤素系统基本上比较容易,而结果表明,无卤素系统在灼热丝性能方面稍嫌逊色,因此,许多无卤素材料很难达到GWT 750℃的要求。对于耐高温材料而言,由于无卤素解决方案的选择本身就很有限,这一障碍更显得难以跨越。

横空出世的新连接器材料解决方案,打破了这一僵局,这一新材料是最新研发的DSM Stanyl For-Tii高温聚酰胺,聚酰胺4T(见表3),能够充分满足上述新要求。

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该材质创新性地结合了高熔点,高HDT值和为数不多的无卤素阻燃剂系统的高度适用性,同时无须显著牺牲流动性和机械性能,完美地匹配上文提到的种种市场趋势。Stanyl ForTii (产品编号F11),是无卤素耐高温塑料,含有高达30 %的玻璃纤维增强,现在被用于德国伍珀塔尔Stocko-Contact有限责任公司出品的多种Rast解决方案中。F11是现在已取得VDE认证的无卤素耐高温塑料之一。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/24/2012)
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