摘要

汽車制造商已經將更多的電子技術構建到具有動力總成電氣化的車輛中，并且越來越復雜的駕駛輔助系統加速了這一趨勢。因此，許多具有多個印刷電路板的傳感器驅動控制單元現在具有數千公里的新布線和指數級數量的新連接，所有這些都在密集的汽車架構中爭奪空間。與此同時，越來越多的趨勢是輕量化部件，以提高燃油效率和更環保的汽車。

因此，制造商需要找到更智能的電子解決方案，以節省空間和減輕重量。工業制造商正在車內廣泛采用小型化連接器，因為控制單元內的導線尺寸和封裝空間已經縮小。在某些情況下，所謂的“黑盒”組件包括非汽車微型連接器。它們缺乏對汽車惡劣環境的魯棒性，從而產生了一些模塊的質量問題，并在某些情況下導致組件故障。

汽車OEM需要確保其采購的子系統模塊配備真正的汽車級連接器——旨在符合LV214(歐洲)和USCAR2(美國)等規范和驗證要求。

在本文中，我們將研究制造商如何通過使用提供真正汽車級穩健性的微型連接器，來實現戰略性節省空間的目標。具體來說，我們研究了TE Connectivity的兩個用于汽車應用的小型化互連平臺：NanoMQS和MCON 0.50互連系統，審視它們如何符合行業規范，提供關鍵技術優勢，并節省高達50%的空間。我們還考慮了其他因素，這些因素有助于實現小型化元件的堅固性，例如小線壓接質量，并討論如何解決高密度PCB引腳連接上的金屬晶須生長所帶來的風險。

一、新的ECUS必須滿足更嚴格的汽車要求

聯網汽車變革正在我們眼前發生。該行業正在迅速發展，動力總成電氣化和先進的駕駛輔助系統(ADAS)的開發提供了更大的舒適性和安全性，以及變得越來越復雜和強大的集成的車輛到一切(V2X)連接。所有這些新子系統都支持硬件、傳感器和軟件。但是，它們必須通過一系列聯網的電子控制單元(ECU)或通過新的完全冗余的計算系統方法物理地集成到車輛中。

雖然自動駕駛汽車功能正在快速增長，但汽車架構是空間受限的環境。制造商要求他們的合作伙伴提供更輕、更小型化的組件，以便在越來越多的ECU中釋放急需的電線連接空間。

典型的豪華車包含多達80個ECU，每個ECU的復雜程度都在不斷提高。每個ECU包含至少一個印刷電路板(PCB)和安裝在PCB上的單個插頭。

ECU可以容納多達數百個電線連接，這些連接又包含在復雜的線束系統中。此外，現有應用變得越來越復雜，在車輛中引入了更多功能和ADAS。例如，新的LED前照燈單元最多可包含60個電路、15個連接器和120個端子。

在將所有這些ECU或模塊連接到車輛布線系統時，汽車制造商遇到技術挑戰。他們必須確保它們保持連接和功能，以抵抗諸如振動、液體進入和車輛線束或不同子系統模塊中的極端溫度等不利條件，這些都可能中斷安全連續操作。

二、微型互連平臺如何實現創新

這些行業和技術趨勢需要下一代小型化互連平臺，以節省空間、保持燃油效率并確保性能。為確保汽車級的魯棒性，所有連接器和組件必須符合全球OEM規范，如LV214和USCAR2。幸運的是，這些解決方案已經在市場上出售。

本文探討了TE Connectivity(TE)解決方案，該解決方案可在車輛電氣布線架構中實現空間節省，重點介紹NanoMQS端子和連接器(這是非常成功的MQS系列的較小產品)，以及MCON 0.50互連器(對標“凈體”產品)。此外，本文還研究了較小導線的特定壓接挑戰和要求，以及金屬晶須在高密度PCB引腳連接上生長的挑戰。

三、用于微型汽車連接的TE解決方案

TE最初的MQS互連系統是在20多年前推出的。它已成為業界最成功的汽車互連解決方案之一，因其2.54毫米間距的高封裝密度和高度穩健的汽車級設計，并且具有兩個鎖定水準。幾乎所有歐洲汽車制造商和全球眾多汽車制造商都使用該系統。

多年來，隨著Micro-power Quadlok(MpQ)和功率Quadlok(pQ)系列的推出，MQS平臺得到了擴展，可以承載更高的電流(圖1)。

圖1. MQS產品系列

四、NanoMQS端子和連接器

基于MQS端子設計，NanoMQS互連系統的推出旨在滿足制造商對ECU和PCB等電子元件小型化的需求。NanoMQS互連系統采用小型化端子(觸點)、連接器和接頭，以解決密集的車輛電子設備問題。

圖2. NanoMQS端子

這種設計可將PCB占位面積減少約50%，同時提供高達3安培的額定電流容量。此外，NanoMQS互連系統可以容納小至0.13 mm2的導線橫截面，使得制造商在需要時可減少線束重量。

密封版NanoMQS系統還具有高達400 g的高度抗振性能。

五、汽車級微型端子提供可靠的性能

NanoMQS互連平臺的核心是單片式壓接端子(圖2)。

插座觸點的標準版本由鍍錫銅制成。它有從0.13 mm2、0.17 mm2、0.22 mm2到0.35 mm2的導線交叉部分。插座觸點設計用于0.5 x 0.4毫米的接觸刀片。

•帶鍍錫端子的型號經認證適用于-40°C至130°C的環境溫度。

•帶鍍銀端子的型號可在高達170°C的條件下使用，因此適用于發動機艙區域內的應用。

•帶鍍金端子的型號可使插拔次數增加100次。它還顯著降低了金屬腐蝕的可能性，延長了接觸壽命和安全氣囊系統等安全應用的可用性。

NanoMQS端子和連接器的標稱載流量高達3安培。但是，它也可以支持高達標稱限值五倍的短峰值。當插拔時，插座觸點通過強大的L形彈簧與相應的刀片建立兩個電接觸點，該彈簧施加高法向力。

NanoMQS插座觸點采用封閉式設計接觸腔，與外殼上相對較大的引入倒角配合使用，確保導向插入平穩。這防止了刀片在配合期間與插座接觸件碰撞(“短路”)，這可能由于不正確的插入而變形并損壞接觸槍。

在端子的頂部是一個鎖定噴槍，一旦端子完全插入，該鎖定噴槍可聽見且有形地鎖定在塑料外殼上。鎖定矛桿為兩級接觸保持系統提供主鎖定機構。通過切口可以看到鎖定孔，使制造商能夠確認噴槍是否正確插入(圖3和圖3A)。主鎖定裝置的最大插入力為5N，最小保持力為25N。第二獨立的二級鎖定裝置，其鎖定在殼體上的底切上，使得保持力大于50N。