跳至主要内容
Molex 集团产品经理 Kota Kamezaki 在办公环境中协同推进 Quad-Row 微型连接器的开发。

连接器开发:可穿戴设备的协同工程突破 

下一波移动和可穿戴技术需要能够平衡超紧凑封装和下一代性能的连接器。组件制造商和设备制造商之间的跨学科协作正推动突破性进展,这些进展将克服以往的设计限制。了解通过协同工程进行的连接器开发如何挑战极限,实现小型化的新突破。 

阅读时间:5 分钟

众多制造商都在努力打造更加轻薄的移动与可穿戴设备,这场竞赛也正在不断重新定义连接器设计的极限。每一代新产品都要求更快的数据传输、更高的电力传输以及更强的耐用性。要实现这些提升,有时需要在元件设计上实现跨越式进步以突破局限。

为了在达成新性能水平的同时满足紧迫的产品上市时间目标,制造商纷纷转向针对其具体设备需求而设计的协同工程解决方案。通过与组件制造商密切合作,原始设备制造商 (OEM) 可以从项目初期就统一性能、可制造性和可扩展性标准,从而加速开发并降低风险。

小型化挑战

减小连接器的尺寸是设备小型化的关键,但重新设计组件会带来一系列与产品整体相关的问题。具体而言,随着设备架构变得更加紧凑,对连接器性能的要求也变得更加复杂。工程师必须解决机械可靠性、电气性能和环境耐久性问题。规格越小,这些系统级挑战就愈发突显,需要开展更紧密的跨学科协作予以应对。

连接器开发必须支持更高的输入/输出 (I/O) 密度,即在更小的接口内容纳更多的信号与电源触点。超细间距设计(通常低于 0.20mm),要求公差控制极其精确。环境暴露更提升了复杂性。连接器必须经受潮湿、震动、弯曲和热循环的考验,尤其是在可穿戴应用中。与此同时,不断缩减的 PCB 可用面积对布局灵活性与布线策略带来了压力。

如果在连接器开发过程中缺乏系统性的方法,包括材料选择、公差管理及可制造性设计 (DfM),小型化极易快速引发性能风险并导致生产延误。

机械和信号完整性

小型化连接器的机械和电气性能必须并行设计。例如,连接器在任一方面的故障都可能危及整个系统。随着间距减小与密度增加,维持物理完整性与洁净的信号路径的难度也随之增加。

在此规格下的连接器设计需要亚微米级的公差控制,以避免可能影响安装或功能的偏差。审慎的材料与电镀选择可提升触点耐久性,并保障长期的电气可靠性。机械结构应能耐受多次插拔,并提供稳定的保持力。同时,阻抗稳定性则确保在日益紧凑的接口上实现清晰的高速信号传输。

在紧凑型移动与可穿戴设备中,必须协同优化这些要素,才能确保其长期性能。

制造和测试设计

在精密连接器开发中,预测的性能计算需要通过实际结果进行验证。此外,每个设计都必须通过可制造性的视角进行评估,以确保按时达到量产目标。预先规划原型测试周期并尽早与生产限制条件进行协调,有助于减少延误、大幅减少修改次数并提升首次良品率。

成功的项目通常始于优化的连接器外形尺寸,优化后,应可以简化 PCB 布局并精简装配流程。初步设计还应考虑自动化需求,配备支持大规模自动布局、焊接和检测的功能。快速原型制作在性能测试和 DfM 中都发挥着重要作用,通过从真实生产环境中获取直接反馈,在每次迭代中优化布局。 

这种设计、测试与工厂验证之间的循环可缩短开发周期,同时降低风险。通过从初始阶段就考量制造与测试要求,OEM 便可避免后期意外,从而更快地将复杂设备推向市场。

面向未来的设计

消费类设备产品线的下一代版本通常会增加功能并进行技术升级。如果缺乏早期规划,这些变更可能导致代价高昂的重新设计和发布延迟。前瞻性的连接器开发策略有助于 OEM 针对不断变化的需求提前布局,同时保持设计的连续性。

在概念阶段进行协同工程,可以打造出可扩展的连接器架构,在不改变 PCB 占用面积的情况下支持不同的引脚数或堆叠高度。这种灵活性在产品线扩展以纳入新的传感功能、无线充电功能或更高数据吞吐量时尤为重要。

模块化连接器平台将提供额外优势,使团队能够在无需重新开始设计流程的情况下调整外形或功能集。通过这种方法,OEM 能够更快推进新一代型号的开发,在保持设计灵活性的同时,对成本和进度拥有更强的掌控力。

Quad-Row 连接器开发:微型连接器设计的突破

Quad-Row 连接器代表了微型连接器开发的重大飞跃,即在更小的体积内实现性能翻倍,同时保持所需的电气完整性与机械耐久性。

其四排架构可在更小的占用面积中容纳更多触点,相较于传统设计,本体尺寸缩小 30% 以上。该连接器实现了 0.175mm 的细间距,同时保持了系统韧性所需的结构强度与信号完整性。这些性能均通过严格的实验室测试、快速原型迭代以及与客户的实践研讨会得到了验证。

Quad-Row 不仅代表了紧凑型连接器设计的新成就,也体现了协同工程的价值。该元件的初始概念正源于可穿戴与移动设备制造商自身,他们需要一种能够突破以往性能极限的定制解决方案。

Molex 的协同工程方法

Molex 与数家意向 OEM 的合作,始于探讨设备小型化的当前局限,以及多个行业领域中尚未满足的技术需求。这些制造商呼吁开发一种解决方案,能够实现更高的接触密度,抗冲击和防潮,并显著缩小连接器主体尺寸。通过在设计周期早期介入并全程协作,Molex 工程师将这些需求转化为一项突破性解决方案。

应对这一挑战意味着重新思考精度标准。公差减半,要求设计精度达到微米级别。Molex 工程师通过应用先进材料与创新结构,在占用面积减小的情况下,成功保持了机械强度与电气性能。

早期原型在装配过程中暴露出未曾预料的问题。通过在生产线上直接观察故障情况,团队得以迅速找到根本原因并实时优化设计。这种敏捷且经过现场验证的流程,加速了可靠量产解决方案的形成。

模块化的连接器架构在保持原有 PCB 占用面积的同时,提供了灵活的高度选项,使 OEM 能更自由地进行设计迭代,而无需改变布局。这种适应性直接得益于 Molex 知名的协同工程模式。 

Molex 与客户团队在整个开发过程中紧密协作,融合电气、机械与制造领域的专业知识,降低风险并缩短产品上市时间。Quad-Row 等项目展示了协同设计如何解决当前挑战,并为未来的创新奠定基础。随着更小、更优、更强大的解决方案不断涌现,这些基础设计考量始终为 Quad-Row 提供着有力支撑。

小型化的巨大飞跃 

尽管众多设计技术不断演进,致力于为移动与可穿戴设备释放内部空间,但渐进式改进很快便会触及极限。在某个关键节点,对核心硬件进行根本性的重新设计,才能实现突破,推动小型化继续发展。

选择合适的开发伙伴,设计上的挑战便能转化为创新机遇。Molex 提供工具、专业知识与协同思维,能将概念转化为可扩展的量产就绪解决方案。

深入了解 Quad-Row 开发历程,并直接聆听工程师们的讲述,正是有了他们,才能实现这一史无前例的小型化突破。

详细了解 Molex 为下一代移动可穿戴设备开发的创新型连接器。

其他内容


博客

通过小型化实现的 AR/VR 头显三大突破

AR/VR 头显问世以来,舒适性与性能方面的挑战一直阻碍其广泛普及。如今,小型化连接器正重新定义技术的可能性。本篇博客将深入探讨连接器开发的突破性进展,这些进展能够减轻重量、改善热管理并实现模块化高完整性设计,推动新一代头显的发展。

一位佩戴白色 VR 头显的女士仰头凝望,身处沉浸式环境中,紫蓝光影环绕四周。

博客

小型化创新:智能思维如何让智能手表更智能

有限的 PCB 空间阻碍了智能手表创新。了解协同设计如何推动连接器开发取得突破性进展,例如 Molex Quad-Row 微型连接器,它能节省 30% 的空间,并助力打造更智能、功能更丰富的设备。 

一位女士在现代城市户外环境中使用智能手表。

共享