【導讀】連接器是手機中最重要的器件之一，平均來看，每部手機需要的連接器數(shù)量達到8個。本文主要講解手機連接器的分類、USB3.0連接器設計時需注意的要點及手機連接器的市場趨勢，以期幫助工程師對手機連接器有更好的了解。
手機連接器的設計及市場趨勢
手機對連接器的要求
由于手機越來越微小型化，用戶群體越來越大眾化，生產(chǎn)越來越大量化，所以對手機使用的元器件，包括連接器在內(nèi)，提出越來越嚴格的要求。手機對連接器的要求主要表現(xiàn)為以下幾點：
1、微小型化 手機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去。微小型化是必由之路。
2、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。
3、標準化和模塊化 為適應手機大量生產(chǎn)的需要和方便，節(jié)省空間和便于設計，手機內(nèi)電路和元件，包括連接器在內(nèi)，已經(jīng)迅速模塊化，并且強烈需要形成統(tǒng)一的國際標準。當然，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，但這個問題并不難解決。
4、多功能接口 為用戶使用方便，也為設計和制造手機簡化，手機對外的接口數(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。所以要求手機上的對外接口連接器多功能化，它可以將低頻觸點、高頻同軸口和其它具有不同特性的接口復合于一體，滿足不同用途的連接要求。目前，手機下端的一個接口已經(jīng)可以用于連接充電器、麥克風、耳機或免提支座等不同外接設備。
5、操作簡單 用戶群的普及，要求手機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，對連接器的設計和制造技術要求越高和越復雜。
6、 高速傳輸與電磁兼容 由于手機的功能發(fā)展，從單一的語言通信工具，逐漸發(fā)展成為數(shù)據(jù)設備，有些用戶希望手機不僅能進行網(wǎng)絡通信，還要能與其它設備如電腦、PDA（個人數(shù)字助理）、打印機等一起使用。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，使手機與電腦及其它設備的連接變得比較容易。
7、 提高存儲容量 隨著手機功能提高，要求容量更大的存儲器。目前已有符合工業(yè)標準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電話電路的印制板上，如何設計連接器使之經(jīng)濟、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)。
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手機連接器的分類
手機上的連接器
1、FPC連接器
FPC連接器用于LCD顯示屏到驅動電路(PCB)的連接，目前以0.4mm pitch產(chǎn)品為主，0.3mm pitch產(chǎn)品也已大量使用。隨著LCD驅動器被整合到LCD器件中的趨勢，F(xiàn)PC的引腳數(shù)會相應減少，市場上已經(jīng)有相關的產(chǎn)品出現(xiàn)。從更長遠的方向看，將來FPC連接器將有望實現(xiàn)與其它手機部件一同整合在手機或其LCD模組的框架上。
2、板對板連接器
手機中板對板連接器的發(fā)展趨勢是引腳間距和高度越來越小，目前主要以0.4mm pitch為主，會逐步發(fā)展到0.35mm甚至更小, 后續(xù)要求高度更低和具有屏蔽效果。同時BTB(板到板連接器)的高度也逐漸降低至0.9mm。
3、I/O連接器
I/O連接器是手機中最重要的進出通道之一，包含電源及信號兩部份之連接，體積的減小和產(chǎn)品標準化將是未來發(fā)展的主要方向。采用的是圓形和MiniUSB連接器，手機用Micro USB連接器在歐盟和GSM協(xié)會的推動下而日漸形成標準化發(fā)展，當前市場主流是5pin，由于各手機廠家有各自的手機方案，使Micro USB連接器出現(xiàn)標準化和定制化相結合的發(fā)展趨勢，同時耳機插作連接器也曾相同的發(fā)展態(tài)勢，2012年國外主要采用MicroUSB作為充電的標準接口, Nokia、Moto和SEMC等手機廠商已經(jīng)開始邁出實質(zhì)性的步伐。再往后要求連接器更薄、具有視覺效果和防水功能等。
4、卡連接器
卡連接器以6pin SIM卡連接器和T-flash連接器為主，今后的發(fā)展方向主要是在與SIM卡連接器屏蔽功能和厚度方面作改進，達到最低0.50mm的超低厚度, 同時卡連接器產(chǎn)品面向多功能發(fā)展，市場上已出現(xiàn)SIM卡連接器+T-flash連接器二合一的產(chǎn)品。
5、電池連接器
電池連接器可分為彈片式和閘刀式。電池連接器的技術趨勢主要為小型化, 新電池界面, 低接觸阻抗和高連接可靠性。
在Camera Socket連接器方面，國外大廠如Nokia等廣泛使用, Camera Socket連接器可以對攝像頭模組提供良好的電磁屏蔽, 方便對攝像頭模組進行維修, 后續(xù)一段時間標準化和定制化并存。同時在手機連接器生產(chǎn)、檢測過程中，對連接器產(chǎn)品耐插拔和電磁兼容性都提高了要求。
6、天線連接器Antenna
作為手機最重要的功能---通話，就不能不提及連接手機天線（負責信號收發(fā)的裝置，老式手機外置，現(xiàn)在一般都內(nèi)置） 的連接器，行內(nèi)稱Antenna Connector。其功能為連接手機PCB與天線，其形狀會影響天線的高頻性能，導致信號的變化，如信號差、不穩(wěn)定等等。這種連接器，對高頻性能要求高。所以，很多雜牌機，未經(jīng)過正規(guī)檢測，其信號收發(fā)有的好，有的壞。
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USB連接器的特性
由于成本低廉且具有熱插拔功能，通用串行總線 (USB) 連接器一直是個人電腦 (PC) 行業(yè)中最流行的 I/O 連接器之一。電腦對設備共享期間的數(shù)據(jù)訪問和集成順暢無虞。帶極性的外殼設計可避免插接過程中的錯誤，方便易用。
USB連接器一般分為USB A型連接器，USB B型連接器，mini-USB，Micro-USB以及工業(yè)USB連接器等。按標準分又可分為USB2.0，USB3.0，目前USB3.0比較流行。
Micro-USB 連接器
Micro-USB 連接器
Micro-USB 連接器的體積比 Mini-USB 連接器的體積減少了 50%，是所有 USB 互連中占用空間最小的連接器，因此顯著節(jié)省了便攜式設備中的印刷電路板空間。這包括移動電話、MP3 播放器、數(shù)字視頻及相機、PDA、全球定位系統(tǒng)、照片打印機、鼠標、鍵盤及閃存驅動器。
Micro-USB 技術由推動 USB 技術的獨立非盈利組織 USB Implementers Forum, Inc. (USB-IF) 開發(fā)。與 Mini-USB 相比，Molex 的 Micro-USB 連接器具有尺寸更小和耐用性更高的優(yōu)點。Micro-USB 連接器允許制造商突破更薄、更輕移動設備的極限，獲得更圓滑的設計和更佳的便攜性。
Micro-USB 取代目前使用的大部分 Mini-USB 插頭和插座。Micro-USB 的規(guī)格支持當前的 USB 隨身攜帶型 (OTG) 附錄，使得便攜式設備無需主機即可直接相互通訊，從而提供總體的移動互連性。
Molex 已經(jīng)開發(fā)出七大系列的 Micro-USB“B”型和“AB”型插座，可選擇頂部、底部和中安裝版，以及全新系列的 USB “A”至 Micro-USB“B”電纜組件。這些連接器包含設計在連接器外殼中的引導功能，便于插座與插頭進行盲插。
Micro-USB連接器體具有獨特的激光焊接金屬防護設計，增強機械接縫強度，同時可防止由于垂直或水平（扳緊）壓力而損壞插頭或插座。該產(chǎn)品的其它關鍵特性包括 10,000 多次插入循環(huán)的高耐用性以及無源鎖定機制，可在對便攜設備進行同步和充電時增大拔出力而不影響 USB 的易用性。
Micro-USB 連接器接口定義
Micro-USB 連接器接口
Micro-USB 連接器接口定義
Micro-USB 連接器性能測試
Micro-USB 連接器性能測試
USB3.0連接器
USB 3.0是最新的USB規(guī)范，理論上最大傳輸帶寬高達5.0Gbps，也就是640MB/s，相當于USB2.0傳輸速率的10倍。實際上該接口的傳輸速率大約是3.2Gbps，即400MB/S。
USB3.0 引入全雙工數(shù)據(jù)傳輸。5根線路中2根用來發(fā)送數(shù)據(jù)，另2根用來接收數(shù)據(jù)，還有1根是地線。也就是說，USB 3.0可以同步全速地進行讀寫操作。以前的USB版本并不支持全雙工數(shù)據(jù)傳輸。
USB3.0存儲端設計三大要點
以目前市場上效能最高的產(chǎn)品ASM1051E為例，主要對外的兩個接口分別為USB 3.0端與SATA 6G端，根據(jù)目前客戶端量產(chǎn)狀況，成功設計USB 3.0模塊主要有三個要點。
保持高速信號的完整性
信號的質(zhì)量關系到數(shù)據(jù)的傳輸是否完整或U盤的可靠性。根據(jù)信號完整性制定出電路板的設計規(guī)范及組件的擺放位置，差動傳輸線阻抗控制，減少阻抗在電路板上所造成的不連續(xù)，而引起的信號多重反射及損失，干擾控制與抑制等，確保符合USBIF兼容測量結果。
USB 3.0設計建議如下：差動特征阻抗為85Ω。印刷電路板的貫孔不能多于二個，以減少信號的衰減。一個信號的貫孔約增加1dB的損失。差動信號長度不超過1.5英寸，預防主控端印刷電路板可能導致的信號損失及USB 3.0連接器與電纜的良莠不齊，以達到最佳的效能。差動信號之間的間距最好多加地信號，以減少信號之間的干擾，如信號旁邊為頻率信號或是切換式電源信號，即再加大3～4倍的間距。在信號交流耦合電容選用0402大小封裝及NPO或是X7R材質(zhì)，且擺放至接近連接器的位置。如有ESD及EMI組件的選用及擺放，則將組件位置也放在接近連接器的位置，建議的順序為“連接器、ESD、EMI、交流耦合電容、ASM1051E”，注意ESD及EMI的零件選用都要能夠符合要求，差動特征阻抗及信號損失非常低。
USB 3.0的眼圖
電源及導熱管理
在新的USB 3.0系統(tǒng)設計上，由于高速傳輸?shù)年P系，其瞬間耗電量較USB 2.0更大，如何能平均傳導熱能，除了需慎重選擇芯片廠商外，在模塊的設計上也有其需要加強之處。
設計建議如下：最好使用線性穩(wěn)壓器(LDO)，以減少切換式電源噪聲干擾及EMI問題，但相對會有轉換效率較差的問題及散熱需要考慮;電源穩(wěn)壓電容請參照廠商的設計建議，芯片旁的穩(wěn)壓電容只需要選用0402大小封裝的0.1μF;ASM1051E已內(nèi)置一組線性穩(wěn)壓器，采用QFN封裝，熱阻較小，有利于散熱，印刷電路板上散熱貫孔的安排，零件層上銅箔裸露均利于將熱傳導至印刷電路板上;注意設計應在不影響量產(chǎn)組裝的前提下實行。
整體BOM成本
設計建議如下：使用線性穩(wěn)壓器;二層印刷電路板即可達到預定的效能;使用普通SATA 1.5G/3Gbps的連接器即能實現(xiàn)6Gbps的效能;單面打件。
除了芯片及USB 3.0標準連接器之外，所有零件包括二層的PCB板都與USB 2.0時相同。
由于USB 3.0比USB 2.0速度高出數(shù)倍的產(chǎn)品，在固件、主控端芯片、線纜、接口等方面都有可能因為信號的微小差異而導致不兼容的結果。其系統(tǒng)設計思維也與2.0大不相同，如何兼顧信號質(zhì)量與成本將會是研發(fā)人員的一大考驗。
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手機連接器的市場
隨著全球連接器生產(chǎn)市場不斷轉移，亞洲已成為連接器市場最有發(fā)展?jié)摿Φ牡貐^(qū)，而中國將形成全球連接器增長最快和容量最大的市場。據(jù)估計，未來中國連接器市場的增長速度將繼續(xù)超過全球平均水平，到2010年，中國的連接器市場容量將達257億元。在未來5年內(nèi)，中國連接器的市場規(guī)模年均增速將達到15%。
連接器是手機中最重要的器件之一，平均來看，每部手機需要的連接器數(shù)量達到8個，隨著手機市場發(fā)展的持續(xù)向好，手機連接器市場必將繼續(xù)順勢上行。
手機連接器是手機中重要的電子元器件，它們的好壞直接關系到手機的質(zhì)量和其使用的可靠性。手機絕大部分的售后質(zhì)量問題也大多與連接器相關。手機所使用的連接器種類根據(jù)其產(chǎn)品的不同而略有差異，平均使用數(shù)量約在5～9個之間。
隨著以手機為首的移動產(chǎn)品向小型化、薄型化和高性能化方向的發(fā)展，顯示屏組件與基板的連接更加復雜。在這種背景下，基板對基板的連接器、FPC連接器的窄間距、低背、多極化需求更加迫切，特別是手機的極薄化需求對機內(nèi)連接器的超低背化要求越發(fā)急切。因此，手機連接器的發(fā)展特點表現(xiàn)為：低高度，小pitch，多功能，良好的電磁兼容性，標準化和定制化并存。為了實現(xiàn)產(chǎn)品的低背化、窄間距、小型化、多極化以及高可靠性，我們愛銘訊手機連接器已經(jīng)采用數(shù)字技術進行深入研究與開發(fā)。
大陸今年已正式成為全球最大連接器市場，在中國大陸3C品牌抬頭的帶動下，中國大陸本土連接器/線廠商崛起，產(chǎn)應鏈體系快速成形，也逐步培育出部分大型本土Cable Assembly廠商，包括立訊精密、長盈精密、中航光電、恩尼特克電子等中國本土廠商逐漸嶄露頭角。
根據(jù)統(tǒng)計，1999~2011年之間，中國連接器區(qū)域占有率自4%增至22.5%，成長率近5倍，而今年在歐債風暴持續(xù)延燒、美國失業(yè)率財政懸崖問題仍未明朗下，中國成為全球相對穩(wěn)定的區(qū)域市場，并一躍成為最大連接器應用區(qū)域，預估今年市占將達到24%水準。
中國大陸崛起，主要來自于市場需求暢旺、ICT產(chǎn)品滲透率仍未飽和，更大的帶動力量就是3C品牌逐漸抬頭。統(tǒng)計于2001年至2011年期間，中國區(qū)域PC市占率自5%攀升至19%，躍居最大PC市場，而中國市場崛起也帶動本土品牌抬頭，聯(lián)想電腦今年第三季全球市占正式超越惠普，來到14%。中國大陸品牌/白牌智慧手機開始興起，中興、華為全球市占率達6%。
中國成為最大的LCD TV市場，本土品牌占內(nèi)需市場7成比重，去年中國LCD TV市場占比超越2成，首度超越北美成全球最大市場，也帶動海信、TCL全球排名分別進入第七、第十名。整體來看，隨著中國3C品牌逐漸興起，進一步帶動本土連接器/線廠商躍起，聯(lián)想、華為等品牌孕育本土連接器/線廠下游出?？?。
中國本土連接器/線場快速茁壯后，加速企業(yè)購并、新興應用、國際客戶布局腳步，中國本土連接器廠上市業(yè)者扮演領頭羊角色，逐步帶動未上市業(yè)者串起下游應用供應鏈。
中國本土連接器產(chǎn)業(yè)供應鏈聚落也逐步成形，在各地政府政策扶植下，帶動供應鏈向外輻射形成多方聚落，包括吉林、河北、山東、江蘇、浙江、湖北、江西、廣西、廣東、四川等地區(qū)，多以長三角、珠三角、中部省份最為完整。
