- 手機(jī)連接器及其要求介紹
- SIM卡連接器介紹
- 手機(jī)I/O連接器材料及其形式
- Molex的SIM卡連接器
- Mobi-Mate I/O連接器
第一節(jié) 引言
1.連接器是蜂窩電話手機(jī)必要組成部份
近年來蜂窩移動通信系統(tǒng)在世界范圍迅猛發(fā)展，作為移動臺的無線手機(jī)不僅僅限于公司、企業(yè)和業(yè)務(wù)部門使用，已經(jīng)普遍到個人和家庭。我國已經(jīng)成為世界上擁有手 機(jī)用戶最多的國家，而且用戶數(shù)量仍然在迅速增加。手機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就是靈活方便，隨時隨地都可以進(jìn)行通信，同時，由于技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，手機(jī)尺寸越來越小，已 經(jīng)從笨重的磚塊大小進(jìn)步到比煙盒還小、重量又輕，非常便于攜帶，加上廠家努力設(shè)計制作，使之越來越精美，成為一種時尚消費(fèi)精品，受到人們普遍喜愛。
手機(jī)雖小，但是五臟俱全。它體積減小、重量減輕但功能卻越來越多了。手機(jī)中包含有發(fā)射機(jī)電路和天線、接收機(jī)和音頻電路、鎖相頻率合成器、電源電路和穩(wěn)壓 器、顯示部份、鍵盤和按鍵電路、用戶管理系統(tǒng)及有關(guān)用戶使用的電話功能（如鈴聲和振動、背景燈）電路，甚至因特網(wǎng)接入系統(tǒng)、MP3播放器、GPS（全球定 位系統(tǒng)）、藍(lán)牙模塊等。但是這些不同的電路部份，要組成一個實(shí)用的完整的通信系統(tǒng)，就必須使用作為電子信號傳輸樞紐的電連接器將它們互相聯(lián)系在一起。此 外，手機(jī)應(yīng)用時，有時要外接一些設(shè)備，如：充電器、耳機(jī)或麥克風(fēng)、調(diào)制解調(diào)器、車載免提插座等等，都離不開連接器。可以說，沒有連接器就難以制造和使用手 機(jī)，連接器是手機(jī)的必要組成部份。
由于手機(jī)越來越微小型化，用戶群體越來越大眾化，生產(chǎn)越來越大量化，所以對手機(jī)使用的元器件，包括連接器在內(nèi)，提出越來越嚴(yán)格的要求。當(dāng)前發(fā)展趨勢為：
■ 微小型化 手機(jī)尺寸和重量顯著減小，功能增多，需要高密度裝配和互連。顯然要求其內(nèi)部的元器件（包括連接器在內(nèi)）必須尺寸越來越小，或是將它們集成到芯片或電路模塊中去。微小型化是必由之路。
■ 表面貼裝 隨著小型化和大量生產(chǎn)的自動化高速組裝技術(shù)的發(fā)展，以及降低連接部份占用的空間，表面貼裝的連接器得以迅速發(fā)展，逐漸代替穿孔式插裝的連接器。目前生產(chǎn)的 表面貼裝連接器（SMC）其引線（出腳）間距已經(jīng)由原來的2.00mm、1.27mm發(fā)展到0.8mm、0.5mm，甚至推出了0.3mm的柔性印制板連 接器。安裝高度也由10mm降低到現(xiàn)在的2mm，甚至推出1.5mm的板到板連接器。
■ 標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化 為適應(yīng)手機(jī)大量生產(chǎn)的需要和方便，節(jié)省空間和便于設(shè)計，手機(jī)內(nèi)電路和元件，包括連接器在內(nèi)，已經(jīng)迅速模塊化，并且強(qiáng)烈需要形成統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，這樣 做會影響各個廠家生產(chǎn)具有不同個性和特色、形態(tài)的手機(jī)，但這個問題并不難解決（請見后面介紹的"手機(jī)漢堡"設(shè)計理念）。
■ 多功能接口 為用戶使用方便，也為設(shè)計和制造手機(jī)簡化，手機(jī)對外的接口數(shù)目越少越好。這樣不會使用戶面對眾多的各種接口而無所適從。所以要求手機(jī)上的對外接口連接器多 功能化，它可以將低頻觸點(diǎn)、高頻同軸口和其它具有不同特性的接口復(fù)合于一體，滿足不同用途的連接要求。目前，手機(jī)下端的一個接口已經(jīng)可以用于連接充電器、 麥克風(fēng)、耳機(jī)或免提支座等不同外接設(shè)備。
■ 操作簡單 用戶群的普及，要求手機(jī)的使用必須簡單明了，必須直觀，對連接器也有同樣的要求。例如安裝SIM卡、安裝電池、連接充電器等必須操作簡單，一看就會。同時 還要安全，防止誤操作，防止插反或插錯孔。然而，這些接口對用戶越是簡單，對連接器的設(shè)計和制造技術(shù)要求越高和越復(fù)雜。
■ 高速傳輸與電磁兼容 由于手機(jī)的功能發(fā)展，從單一的語言通信工具，逐漸發(fā)展成為數(shù)據(jù)設(shè)備，有些用戶希望手機(jī)不僅能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，還要能與其它設(shè)備如電腦、PDA（個人數(shù)字助 理）、打印機(jī)等一起使用。這些都要求更高的數(shù)據(jù)傳輸速度和良好的抗干擾性。傳統(tǒng)的接口連接器滿足不了這些要求。近年來出現(xiàn)的速度較高的USB（通用串行總 線）和IEEE1934接口的連接器，使手機(jī)與電腦及其它設(shè)備的連接變得比較容易。
■ 提高存儲容量 隨著手機(jī)功能提高，要求容量更大的存儲器。目前已有符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的小封裝可裝卸存儲卡，如MMC（多媒體卡）、SD（安全數(shù)據(jù)）卡或Sony公司的記憶 棒。但它們都需要連接到手機(jī)電話電路的印制板上，如何設(shè)計連接器使之經(jīng)濟(jì)、可靠、節(jié)省空間等，滿足多種式樣的存儲卡的連接要求，是連接器廠家所面臨的挑 戰(zhàn)。
3.手機(jī)中的主要連接器手機(jī)中的連接器主要用在如下幾部份（如圖）：
① SIM（用戶確認(rèn)模塊）卡
② 液晶顯示屏（LCD）
③ 鍵盤
④ 輸入/輸出（I/O）接口
⑤ 電池
⑥ 板到板
⑦ 其它
第二節(jié) SIM卡連接器
1.SIM卡用戶確認(rèn)模塊即SIM卡（Subscriber Identification Module Card）是GSM（Global System for Mobile communication ）數(shù)字移動通信系統(tǒng)的手機(jī)（移動臺）中的重要部份。SIM卡是一種符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的微型智能卡（Smart Card，俗稱IC卡），IC卡內(nèi)部裝有微機(jī)集成電路，能夠?qū)崿F(xiàn)計算和安全存儲信息，是1974年由Roland Moreno發(fā)明的。而SIM卡是專門供手機(jī)使用的IC卡（圖2.2.1）。一般的IC卡標(biāo)準(zhǔn)尺寸為86mm×54mm，而SIM卡尺寸為 25mm×15mm。SIM卡的作用就好像一把鑰匙，把它從手機(jī)中取出，手機(jī)就不能正常使用和通信。用戶只要有一張電話公司（例如中國移動通信公司、聯(lián)通 公司等）提供的SIM卡，就可以裝入和使用任何一部相應(yīng)GSM系統(tǒng)的手機(jī)。SIM卡中存有公司提供的用戶業(yè)務(wù)和服務(wù)信息等重要資料。當(dāng)手機(jī)開機(jī)后，機(jī)內(nèi)系 統(tǒng)就與SIM卡進(jìn)行通信，獲取相關(guān)的服務(wù)信息。
SIM卡的內(nèi)部硬件與普通的IC卡類似，是由CPU、ROM、RAM和EEPROM等部件組成的完整單片計算機(jī)（圖2.2.2），生產(chǎn)廠商已經(jīng)在每一張卡 內(nèi)存入了廠商代號、生產(chǎn)串號、卡的資源配置數(shù)據(jù)等基本參數(shù)，并為卡的正常工作提供了適當(dāng)?shù)能浻布h(huán)境。它與手機(jī)內(nèi)其它部份的物理界面有：數(shù)據(jù)線 （DATA）或串行輸入/輸出（I/O）、復(fù)位線（RST）、時鐘（CLK）、編程電壓（VPP）、電源（VCC）和地（GND）。這些都需要通過連接器同機(jī)內(nèi)其它部份相互連接。
2.SIM卡連接器
Molex公司為移動通信工業(yè)提供SIM卡用連接器，用于記帳、加密和儲存電話號碼等。SIM卡的參數(shù)由ISO GSM Sim Card 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。雖然卡是標(biāo)準(zhǔn)化了，但由于電話設(shè)計千差萬別，常常不能使用標(biāo)準(zhǔn)化的連接器。Molex同客戶密切合作，開發(fā)出一套完整系列的SIM卡連接器，它 既滿足了一系列標(biāo)準(zhǔn)的選項，又具有定制設(shè)計能力，滿足特定的用途。
Molex的SIM卡連接器有如下特點(diǎn):
■超小外形
■具有或沒有卡檢測開關(guān)
■卡的拔插循環(huán)壽命達(dá)5000至次
■表面貼裝和壓緊安裝（compression mounting）
■具有或沒有卡支座（holder）
Molex的SIM卡連接器產(chǎn)品可配合0.030英寸厚的GSM 11.11卡使用，一般有6個電路引腳。它們大體有如下幾種類型：
① 非焊接型（圖2.2.3）：
▲具有6個電路引腳
▲壓緊安裝在PCB板和殼體之間
▲小外形產(chǎn)品的座體高度2.0mm，寬度13.0mm
▲SIM卡由殼體定位
▲5000次拔插壽命
■標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化 為適應(yīng)手機(jī)大量生產(chǎn)的需要和方便，節(jié)省空間和便于設(shè)計，手機(jī)內(nèi)電路和元件，包括連接器在內(nèi)，已經(jīng)迅速模塊化，并且強(qiáng)烈需要形成統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，這樣 做會影響各個廠家生產(chǎn)具有不同個性和特色、形態(tài)的手機(jī)，但這個問題并不難解決（請見后面介紹的"手機(jī)漢堡"設(shè)計理念）。
西門子S3com（S5）和S3com BOM手機(jī)就是采用的這種連接器，占用了板空間13mm×23mm 。② 緊湊小型（圖2.2.4）
▲ 表面貼焊（SMT）到PCB
▲ 尺寸緊湊
▲ 端子是磷青銅的
▲ 拔插壽命 次以上
▲ 鎳上鍍鉛鎳再鍍金
▲ 在PCB板上高度2.60mm，寬度8.7mm
③ 帶開關(guān)的緊湊型（圖2.2.5）
▲ 6個電路引腳，帶有刀片狀常斷開關(guān)
▲ 表面貼焊到PCB
▲ 端子是磷青銅材料的
▲ 次以上的拔插壽命
▲ 在PCB板上的高度2.50mm，寬度16mmm
摩托羅拉的StarTAC手機(jī)采用了這種SIM卡連接器。
④ 帶有彈出器型（圖2.2.6）
▲ 6個電路引腳，具有位置開關(guān)
▲ 兩件式：卡支座和彈出機(jī)構(gòu)本體
▲ 卡支座和按鈕根據(jù)客戶需要制作
▲ 表面貼焊到PCB板
▲ 端子是磷青銅材料的
▲ 拔插壽命高于5000次
▲ 鎳上鍍金
▲ 在PCB板上的高度3.10mm，寬度25.0mm
西門子S7、S10手機(jī)以及一些Sony手機(jī)（DM-DX2000）都采用了這種帶有彈出器的SIM卡連接器。此外，西門子S4和Sony CMX-DX1000等還采用了一種尺寸更小的微型帶彈出器的SIM卡連接器。
▲ 6個電路引腳
▲ 有焊腳用于固定在板上
▲ 表面貼焊到PCB板上
▲ 拔插壽命5000次以上
▲ 滑入式
▲ 在額定偏斜范圍內(nèi)，接觸力為0.44牛頓
⑥ 其它其它還有一些類型如廉價簡單型（圖2.2.8）、超小外形型（圖2.2.9）等。
超小外形型也是表面貼焊到PCB板上，在PCB板上的高度只有1.20mm或1.90mm，寬度7.62mm ，拔插壽命可達(dá) 次以上。[page]
第三節(jié) 輸入/輸出（I/O）連接器
1 手機(jī)用I/O連接器
手機(jī)上I/O連接器是手機(jī)與外部設(shè)備聯(lián)系的通道，經(jīng)常安排在手機(jī)的下部。要求它具有長的拔插壽命，多功能、具有多種形式的端子，甚至可以傳輸紅外數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)客戶的要求定制。圖2.3.1和2.3.2示出了一種手機(jī)I/O連接器從前后兩個側(cè)面看到的視圖。
上面畫出的是I/O連接器安裝在手機(jī)上的部份，它還應(yīng)該有另一部份與它連接，這就是插頭連接器，圖2.3.3畫出了Molex公司的Mobi-Mate型 插頭連接器的分解示意圖。其中插頭座體是插入手機(jī)上的I/O連接器用的，射頻（RF）接插頭也包含在內(nèi)，上下外殼起保護(hù)作用，鎖銷和螺釘?shù)绕饘ξ缓凸潭ㄗ饔谩?br />
2 手機(jī)I/O連接器的材料與指標(biāo)
我們以Molex產(chǎn)品為例介紹。I/O連接器在手機(jī)部份所用材料：
■ 座體是用50％的GF尼龍
■ SMT固位片用磷青銅（PhBr），在1.27微米厚的鍍鎳層上再鍍3-5微米厚的錫鉛（SnPb）
■ 鎖銷也用PhBr，也是在1.27微米厚的鍍鎳層上再鍍3-5微米厚的SnPb
■ 信號接觸簧片也是PhBr，在1.0微米后的鉛鎳（PbNi）鍍層上薄鍍一層金，在焊接區(qū)鍍3.0微米厚的SnPb，底層鍍1.27微米厚的鎳。
I/O連接器的插頭部份所用材料：
■ 外殼和按鈕：30% 的GF聚酯
■ 鎖銷： 不銹鋼
■ 信號接觸片：BeCu（鈹銅）
■ 電鍍：在1.0微米厚的PbNi鍍層上薄鍍一層0.1微米厚的金，底層電鍍1.27微米厚的鎳，焊接區(qū)鍍3-5微米厚的SnPb 。
I/O連接器的電氣指標(biāo)主要為：
■ 電流：信號接觸簧片：標(biāo)準(zhǔn)值1安培，在某些規(guī)定條件下可達(dá)2安培。同軸電纜： 0.5安培。
■ 電壓：在攝氏25度下50Vac（交流有效值）。
■ 射頻（RF）阻抗：50歐姆。
■ 射頻頻率：0-2.0 GHz 。
■ 接觸電阻：初始值小于10毫歐姆，經(jīng)過5000次拔插后，小于20毫歐姆。
■ 絕緣電阻：射頻：1000兆歐姆；信號：500兆歐姆
■ 電壓駐波比（VSWR）： 初始值：在1.8GHz下小于1.5，經(jīng)過5000次拔插后，在1.8GHz下小于1.8 。
■ 插入損耗：經(jīng)過5000次拔插后，在0.9GHz下小于0.2dB 。
■ 串?dāng)_（cross-talk）：（僅對開關(guān)式同軸線）在1.8 GHz下小于1.1dB 。
I/O連接器的機(jī)械指標(biāo)主要為：
■ 壽命：最少5000次拔插。
■ 插力（insertion force）：信號接觸簧片：0.7牛頓；射頻接觸體：2.4牛頓；經(jīng)過5000次拔插后總改變的最大值0.5牛頓。
■ 拔力（withdrawal）：最小值25牛頓。
■ 多軸插合對的功能測試：見產(chǎn)品指標(biāo)。
■ 緩解應(yīng)力的柔性測試：見各自電纜配置。 3 手機(jī)I/O連接器形式手機(jī)I/O連接器在滿足基本要求的基礎(chǔ)上，還根據(jù)客戶需要、廠家的設(shè)計意向、成本等諸多因素變化，形式上有所變化。以連接器的電路接觸體為例，就有平接觸 頭和刀形兩種，再配合不同外形的座體，就會產(chǎn)生各種不同形式。Molex的I/O連接器在90年代就經(jīng)歷了如圖2.3.5的變化。由圖可以看出，I/O連 接器經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜、由功能少到功能更多的演變。另外從Molex的產(chǎn)品品種分，又有：平頭型（flat pad）、Mobi-Mate型、SMT IO連接器和壓緊型連接器（compression connector）,（請見圖2.3.6）。它們都是多功能的，如包含有：電池端子、充電端、數(shù)據(jù)傳輸端、圓形直流（DC）插座，圓形立體聲插座、麥克 風(fēng)插座，射頻接觸體，甚至紅外模塊也都集成在連接器中。Molex公司供應(yīng)和定制各種形態(tài)的產(chǎn)品。[page]
90年代平頭和刀狀I(lǐng)/O連接器演變：
壓緊型連接器 Molex壓緊型連接器-是改善設(shè)計靈活性和節(jié)省空間的新措施。
關(guān)于Mobi-Mate I/O連接器
Mobi-Mate是Molex公司設(shè)計與生產(chǎn)的一種I/O連接器，供移動設(shè)備使用，當(dāng)然也包括手機(jī)在內(nèi)。它力圖滿足現(xiàn)代手持或袖珍系統(tǒng)對連接器的如下要求：
■盡可能占用最小的空間，要小外形、PCB板占用空間最小。
■高頻、低頻和充電接觸體組合在一起。
■耐用，壽命長，能夠承受高數(shù)量的拔插次數(shù)。
■容易使用，電纜連接器有可靠的鎖緊系統(tǒng)，在惡劣使用環(huán)境下（如車載）保證良好的電氣性能，同時仍然是用戶友好的和無故障。
■容易生產(chǎn)，無欠缺。
■在裝配線上與PCB裝配時能保證正確就位和固位。
■設(shè)計靈活，功能可選，功能廣泛。
圖2.3.1和圖2.3.2的示意圖實(shí)際就是Mobi-Mate 連接器。另外，它安裝在PCB正面板上時，其芯線部份要高出PCB板4.80mm，避免了為保證安全而使用昂貴的保險裝置，同時PCB板的背面還能安裝其 它元部件和布線，利于節(jié)省空間。信號接觸體（片）與PCB板只有0.50mm的間隙，使占用空間最小，保證最精確地控制間隙和共面性，最有利于目視檢查。 利用螺釘和栓柱把插頭的接觸體部份安全地鎖在外罩內(nèi)，最終用戶不能打開插頭。此外，為緩解電纜和座體的應(yīng)力，Molex公司也采取了特殊措施，保證惡劣環(huán) 境條件下良好電性能。
