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【5G汽车专栏】第二篇:5G帝国,小才能多

2019-05-09
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如果评选世界设计史上最有名的金句,近年十分流行的“Less is More”,估计能排第一。


这句话其实最初出自建筑大师密斯·凡· 德罗之口,强调“去掉不必要的东西“。但在5G帝国即将崛起的今天,这句话马上就将被赋予新的含义——更小,才能实现更多。


路德维希·密斯·凡德罗(Ludwig Mies Van der Rohe),德国建筑师,1886-1969


在上一篇(【5G汽车专栏】第一篇:汽车觉醒)中我们提到,5G的设备密度比4G增加10-100倍,传输速率高30-50倍,流量密度提升1000倍,延迟小于1毫秒。无疑,不论对于基建还是汽车本身,这都必须依托远多于当下的硬件支持。基建也就罢了,汽车是用来在路上跑的,当下的内部空间已经十分拥挤,那么要添加更多硬件连接,便只有一条路——小型化


日益增多的连接,意味着小型化是必然趋势


以手机为例。手机的发展经历了体型从大到小,再从小到大,再到今天的去边框化进程。这其中,除了从小屏到大屏阶段是为了实现更多视频、游戏等互动需求外,整体上所有元件的发展趋势都是越来越小型化。小意味着节省更多的空间,进而提供实现更多功能的可能。在材料极限范围内,这其实也被摩尔定律所印证——更小的元件体积,往往伴随着更先进的发展阶段。


摩尔定律


在进入5G时代后,汽车即将承载互联使命,并代替手机的部分功能。伴随而来的,是日益复杂的驾辅系统,加速发展的电气化趋势,越来越多的电子元件内容,不断增加的传感器驱控单元,伸展长达数公里的布线系统……如何在有限空间内解决汽车连接并确保稳定可靠,是迎合汽车连接发展方向的当务之急。另外,政府法规对排放量的要求,意味着必须进一步减轻汽车重量;同时,发动机越来越小而高效,意味着振动程度在上升,更小的元件才能在更高抗振性方面表现更出色。



那么,汽车连接器的小型化究竟如何实现?这些连接在更小的体积下是否仍然符合符合规范和验证要求?更加密集的元件排布,是否会带来新的问题(例如高密度PCB引脚接头上生长金属晶须、更薄材料更易变形),又是如何解决?TE Connectivity在小型化领域浸润多年,凭借NanoMQS端子与连接器组合、MCON 0.50端子系统等代表性产品,实现连接器小型化。


高密度PCB引脚接头上生长金属晶须


首先,它们在设计层面就去掉一切多余部分换取空间,实现小型化。在NanoMQS连接器的设计中,整个产品的针脚间距、针脚长度、PCB板所占面积,都有不同程度的紧凑化设计。这就好比手机的进化:一方面通过缩小元件尺寸,增强排布密度;另一方面,通过全面屏设计,去掉原先的“大边框”。



NanoMQS

市场标准

节省空间

针脚间距

1.8mm

2.54mm

30%

针脚长度

16.5mm

18mm

8%

PCB所占面积

411mm²

840mm²

49%


左图为NanoMQS,右图为市面产品


结合同样紧凑型、去边框的公端端子,整个空间尺寸的缩减得以进一步提升。


右图为NanoMQS,左图为市面产品


其次,它们的材料和生产流程胜任最严苛环境,具备汽车级稳健性。众所周知,汽车行业关于连接器的安全等级有一系列的详细标准,TE小型化连接器不仅符合LV214(欧)、USCAR(美)、Asia Pacific Standards(亚)汽车规范标准,而且从产品到包装、供应链都符合一系列环境、社会和道德标准,例如RoHS(有害成分限制)、REACH(化学限制)、ELV(报废要求)、《蒙特利尔议定书》等等。



汽车对连接器要求最高的便是抗振性。事实上,这正是小型化产品本身的优势。TE小型化连接器系列具备高强度抗振性设计,适合部署在最严苛环境中,例如发动机舱和气囊区域。


最后,对于产品小型化所带来的一系列新问题,TE也早有准备。对于更单薄材料更易变形断裂这一问题,TE在开发阶段早期就与合作伙伴联合开发了综合部件和工具解决方案,通过OCEAN Applicator 2.0优化砧座几何形状,防止砧座不对齐,显著提高耐磨性。而针对高密度PCB引脚接头上生长金属晶须方面,TE基于对超过12种不同的沉积物组成的研究,最终采用了对环境无害的防晶须压接引脚电镀工艺,几乎完全解决了晶须生长风险。最后,在适配性上,TE在生产层面实现柔性产线;在工业设计上添加拼接功能,外形扁平、扩展灵活;在兼容性设计方面也十分出色。


OCEAN Applicator 2.0优化砧座


5G帝国的大厦需要更加坚实稳固的一砖一瓦,这些“砖瓦“势必密度更高,结构更精细,体型也更小巧,这是必然的趋势,也是互联汽车、无人驾驶发展的前提基础。另一方面,汽车级稳健性又是关乎生命的话题。汽车承载人的躯体,所以必须选取取材安全可靠、性能持久稳定、能够胜任严苛应用环境的产品,才能确保汽车制造商在这场变革中立于不败之地。



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