（陕西华达科技股份有限公司（853厂） 西安 710065）
摘要：本文主要介绍了MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波电连接器的研制过程。重点阐述了1mm间距微矩形滤波电连接器的滤波原理、结构特点以及研制过程中解决的问题。此连接器采用陶瓷板式阵列电容器作为滤波组件，陶瓷板式阵列电容器的信号极和接地极分别焊接在连接器的接触件与外壳腔体内部来实现滤波功能。其具有体积小、可靠性高、衰减性能稳定等特点。
关键词：滤波；微矩形电连接器；滤波原理；陶瓷板式阵列电容器
Abstract：The article mainly introduced the manufacture process of MDM1-15SNCxxxP5 wave-filtering micro-miniature rectangular electrical connector. This paper also mainly expatiated the wave-filtering principle and structural characteristics of 1 millimeter spacing wave-filtering micro-miniature rectangular electrical connector，and the solution to key problem in the design process. This connector uses ceramic plate array capacitors as filter components. The signal poles and grounding electrodes of ceramic plate array capacitors are respectively welded to the contacts of the connector and the inner cavity of the shell to realize the filtering function. This connector has the characteristics of small size，good reliability and stable attenuation performance.
Keywords：Wave-filtering；Micro-miniature Rectangular Electrical Connector；Wave-filtering Principle；Ceramic Plate Array Capacitor
1.引言
随着武器系统小型化的发展，用户对连接器的小型化要求越来越高，怎样能做出体积小，可靠性高的连接器成为连接器行业发展的必然趋势。同时，整机系统中电磁环境日益复杂，电磁干扰（EMI）涉及的领域越来越广，因而抗EMI技术已成为各个元器件行业关注的焦点，就连接器而言，具有滤波功能的连接器已成为连接器行业新的研发点。在此基础上，我公司研发了1mm间距微矩形滤波电连接器MDM1-15SNCxxxP5，此连接器具有体积小、可靠性高、衰减性能稳定等特点，在行业中具有领先水平。
2.主要技术指标
MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波电连接器主要技术指标如表1所示：
表1 主要技术指标
3.方案确定
图1 陶瓷板式阵列电容器滤波连接器
在连接器中实现滤波功能需要解决两个问题：1、滤波组件的选择；2、滤波组件的接地问题，既滤波组件与连接器连接问题。根据这两点，我们在项目之初经过研究确定了两种方案：第一种采用穿心电容作为滤波组件，穿心电容是用薄膜卷绕的短引线电容，其物理结构使其自谐振频率可达到1GHz以上，因此可用于高频滤波，并且穿心电容安装方便，价格较低。第二种采用陶瓷板式阵列电容器作为滤波组件，陶瓷板式阵列电容器具有结构紧凑，体积小，质量轻，机械强度高，耐冲击和振动能力强等特点。在接地问题上，我们直接将陶瓷板式整列电容器焊接在外壳上。对比这两种方案，第一种方案中，穿心电容容值的大小非常收连接器间距的限制，这种只适用于容值比较小的滤波连接器；第二种方案中陶瓷板式阵列电容器可以做比较大的电容，滤波的范围比较广泛，同时陶瓷板式阵列电容器直接焊接在外壳中，可靠性高，但是这里要求的焊接工艺比较困难，需要攻克。经研制小组评价后，决定采用第二种方案。其结构如图1所示：
根据方案2确定的产品立体图如图2所示，在装配过程中，必须先将基座和插孔在外壳内装配到位，然后装上陶瓷板式阵列电容器，采用特殊工艺进行焊接，最后灌封环氧树脂胶。
图2 MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波连接器立体图
4.结构设计
4.1插孔接触件的设计
MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波连接器的插孔材料采用黄铜线，镀层是镍打底镀金，结构采用一体式结构，如图3所示，插孔的前端设计成盲孔，用来与插头连接器的插针接触件对插，为了使盲孔内达到镀层要求，在插孔侧面设计有一竖孔。插孔中部的台阶用来与绝缘安装板配合，实现定位功能，插孔的后端设计成接线柱，用来与电容器焊接，以及伸出壳体外与用户的印制板连接。
图3 插孔接触件结构设计图
4.2绝缘安装板的设计
绝缘安装板除了用来支撑和保护接触件外，同时还有承受和传递电连接器插拔过程中产生的机械压力和拉力的作用，所以绝缘安装板需要具有足够的机械强度。结构设计图如图4所示。
图4 绝缘安装板结构设计图
滤波连接器中，绝缘安装板会和陶瓷板式阵列电容器绝缘安装板表面贴合，在焊接电容器时，会产生大量的热量，这就需要绝缘安装板具有较高的耐热性。MDM1-15SNCxxxP5连接器的绝缘安装板材料采用聚苯硫醚（PPS），聚苯硫醚是一种新型耐高温、耐腐蚀的热塑性塑料，具有突出的热稳定性，较好的尺寸稳定性、阻燃性和电绝缘性，并且硬度高而有韧性，粘接性能强。其马丁耐热温度为250℃，能够满足焊接电容器时的焊接温度。
4.3陶瓷板式阵列电容器的设计
4.3.1 陶瓷板式阵列电容器原理
电容器基本模型是一种中间被电介质材料隔开的双层导体电极所构成的单片器件，如图5所示。施加电压的单片电容器的电容量正比于器件的几何尺寸和相对介电常数：
图5 单层平板电容器
其中C=电容量；K=相对介电常数，简称介电常数；A=电容层面积；t=介质厚度；f=换算因子（英制体系f=4.452，公制体系f=11.31）。
例1：按图5单层平板电容器，面积1.0”×1.0”，介质厚度为0.056”，介电常数为2500。那么电容量C为：
可见，电容量和电容器的几何尺寸有很大的关系，增大电极面积和减少介质厚度，均可获得较大容量值。然而，无休止地增大单层电容器的面积或减少介质的厚度是不切合实际的。因此，提出了平行阵列式迭层型电容器的新概念，即片式多层陶瓷电容器（MLCC），这样可以制作出体积电容很大的电容器，如图6所示。
MLCC结构中，由于平行地排列了多层电极，使电极有效面积A’（A’是两两相对的交错电极重合面积）得以增大，而在电极间的介质厚度t’则有可能进一步减薄，因此，电容量C随介质层数N的增大和介质厚度t’的减小而增大。
图6 MLCC结构图
例2：选用同样的材料，例1中单层电容器上所获得的容量现只用30层介质厚度为0.001"的多层电容器就可获得，迭层结构所需尺寸仅为0.05"×0.04"×0.04"，电极重合面积 为0.03"×0.02"，那么电容量为：
从以上例子可以看出多层结构在提供同样大容量的情况下，体积比单层电容器缩小了700倍。
4.3.2陶瓷板式阵列电容器的设计
陶瓷板式阵列电容器为多层陶瓷结构，其外形结构如图7所示，在陶瓷基体内分布有与装在绝缘安装板上的插孔位置排列一致的金属内电极导电图形，分为信号极和接地极，如图8所示：
图7 陶瓷板式阵列电容器结构设计图
由图8可以看出，陶瓷板式阵列电容器是将多个独石穿心电容器集成一体，每个信号极与外围公共接地极构成一个穿心式滤波电容器，其信号孔内部和外延部分与接地极边缘经过金属化处理，使其金属内电极全部引出，以保证陶瓷板式阵列电容器的信号极与插孔接线柱、接地极与外壳实现良好电气连接，其金属内电极是通过精密印刷印叠在陶瓷膜上，内电极深埋在陶瓷基体内，充分利用插孔接线柱间的有限空间，适用于高密度、大容量滤波连接器。
剖面图 内部结构图
图8 陶瓷板式阵列电容器
图9是陶瓷板式阵列电容器的等效电路图，由此可以看出，陶瓷板式阵列电容器的各个孔位之间彼此独立，分别进行各路干扰信号的降噪处理。同时根据用户需求，各个点位通过信号的工作频率各不相同，因此对电容滤波器的滤波衰减特性要求并不完全一致，需要针对衰减曲线的陡峭程度和衰减要求进行电容量设计。
图9 陶瓷板式阵列电容器等效电路图
4.4外壳的设计
滤波连接器外壳的主要作用是支撑绝缘安装板，保护接触件免受机械损伤，及与陶瓷板式阵列电容器焊接以实现接地。外壳采用具有密度小、抗腐蚀性强、易于加工的铝合金材料，加工后表面化学镀镍。结构设计图如图10所示：台阶1定位基座，腔体1粘接基座，腔体2用来与陶瓷板式阵列电容器的侧面接地极焊接。外壳电镀好后，需要对腔体2再加工，去除其表面镀层，以实现外壳与电容器的可靠焊接。
图10 外壳结构设计图
5.工艺攻关
5.1机加工工艺
MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波连接器的外壳尺寸非常小，精度要求高，所以加工过程中采用加工中心完成精加工工序，并且配以专用刀具和夹具，采用了特种工艺。为了提高零件表面质量，专门定制了高级耐磨刀具，还做了专用工装、夹具，以提高加工效率和加工精度，经过多次攻关，所加工出的外壳达到了设计要求。
5.2焊接工艺
将陶瓷板式阵列电容器装接到微矩形连接器中主要靠焊接工艺来完成，焊接的可靠性是连接器滤波的关键。在焊接工序中，我们制造了专门的焊接夹具，如图11所示：焊接夹具由两部分组成，部分1用来定位孔位，部分2用来定位孔的高低。在焊接的时候，在夹具上先装上外壳，再装上基座和插孔，然后在滤波板的接地极均匀涂抹适量的低温焊锡膏，装入外壳内，在插孔接线柱与滤波板之间装上特制的低温焊锡圈，最后用高温电对风对焊锡进行加热融化，焊接完成。
图11 焊接工艺示意图
6.试验及其结论
MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波连接器企业标准是按照1mm间距微矩形电连接器通用规范编写的，根据产品详细规范的要求，我们在产品中装入1000PF的滤波电容板，通过对初样的产品进行摸底试验后，固定产品结构及工艺流程，产品图如图12所示：
图12 产品图
我们在正样生产的20只产品中抽取10个点位进行测试，其标准中滤波衰减特性要求及实际测试结果如表2要求：用矢量网络分析仪实际测试的曲线如图13所示：经鉴定检验，连接器各项指标符合企业标准的各项要求。
图13 实际测试曲线
表2 标准中滤波衰减特性要求及实际测试结果
7.结束语
本文通过介绍MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波连接器的结构设计，阐述了MDM1-15SNCxxxP5微矩形滤波连接器的结构特点。在1mm间距小型化的微矩形连接器上实现了滤波功能，拓宽了我公司滤波连接器的领域，在全国具有领先水平，具有非常大市场潜质。
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[8]成大先编.机械设计手册（第五版）
作者简介：杨阳（生于1983年1月），女，陕西大荔，本科学位。就职于陕西华达科技股份有限公司，工程师，主要从事微矩形连接器的研制与开发。
山胜利（生于1969年4月），男，陕西户县，本科学位。就职于陕西华达科技股份有限公司。
论文作者:杨阳,山胜利
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/1
标签：电容器论文; 连接器论文; 阵列论文; 陶瓷论文; 板式论文; 矩形论文; 插孔论文; 《电力设备》2018年第17期论文;