為滿足客戶對電子設(shè)備日益增長的功率和功能的期望，連接器的小型化發(fā)揮了關(guān)鍵作用。然而，尺寸縮減絕不能以犧牲產(chǎn)品的耐用性為代價。材料科學在開發(fā)堅固耐用小型連接器中至關(guān)重要，使其即使在嚴苛環(huán)境中也能保持卓越的耐用性。

電子設(shè)備不斷小型化，連接器亦要隨之縮小。傳統(tǒng)材料在制作小型組件時已經(jīng)達到極限，因此在減輕重量和縮小尺寸的同時，保持強度和其他性能屬性的能力變得至關(guān)重要。為了克服這些挑戰(zhàn)并保持性能，連接器小型化的未來發(fā)展有賴于材料科學的進步。

創(chuàng)新材料，尤其是先進的工程塑料，如何能夠滿足連接器小型化的設(shè)計要求，同時確保具備出色的性能？

1 平衡強度和重量

小型化在連接器設(shè)計和制造材料選擇上帶來了顯著挑戰(zhàn)。與大型連接器不同，小型化連接器優(yōu)先考慮的是減輕重量和縮小尺寸。盡管傳統(tǒng)的連接器外殼材料價格低廉且用途廣泛，但在用于薄壁部分時強度往往大大降低。薄壁部分還可能造成應(yīng)力高度集中，增加在負載下失效的風險。其他高強度材料（如金屬）可能由于多種原因不適合替代這些傳統(tǒng)工程塑料。需要考慮的因素包括電絕緣要求、形狀尺寸、沖擊/耐久性、重量、成本和/或產(chǎn)品的可制造性要求。

2 物色先進材料

解決方案在于利用專門為小型化設(shè)計的先進絕緣材料。高性能聚合物 （HPP）如聚酞胺 （PPA）、液晶聚合物 （LCP） 和其他特制聚合物，提供高強度和優(yōu)越的尺寸穩(wěn)定性，同時保持輕量化特性。這些特性使得HPP成為需要小型化連接器的應(yīng)用（如V2X、5G、網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)等）中的理想選擇。

3 添加納米復合材料

先進材料在聚合物基體中加入了納米顆粒，顯著增強剛度和強度，同時僅增加少許重量。納米復合材料在實現(xiàn)小型化連接器所需的堅固性方面展現(xiàn)出巨大潛力，適用于工業(yè)自動化和人工智能解決方案等應(yīng)用。

通過利用 HPP 和納米復合材料，材料科學家可以解決重量限制問題，確保設(shè)計用于緊湊空間的連接器的強度。這些材料還允許在小空間內(nèi)改善熱管理。然而，隨著這些增強，平衡性能、成本和商業(yè)可擴展性的新挑戰(zhàn)也隨之而來。

HPP：專為小型化量身定制

縮小連接器尺寸暴露了傳統(tǒng)材料的局限性。當用于小型連接器結(jié)構(gòu)時，由于表面積與體積比過大、成分變化/填料尺寸與連接器結(jié)構(gòu)本身相似，這些材料的大體積特性會產(chǎn)生誤導。雖然這些材料在較大的尺寸形態(tài)下性能良好，但在小型化時往往會表現(xiàn)出不足。因此，專門針對強度和耐用性而配方的 HPP 材料在小尺寸條件下變得至關(guān)重要。

HPP結(jié)合多種因素應(yīng)對小型化挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)聚合物材料相比，其熔體粘度更低，因此流動性更強，能夠填充復雜小型連接器幾何形狀所需的復雜模具，同時最大限度地減少變形。傳統(tǒng)聚合物在薄壁截面上的強度會減弱，而 HPP與之不同，即使在尺寸縮小的情況下也能保持較高的強度重量比。這是通過在 HPP 基體中加入創(chuàng)新填料和化學成分來實現(xiàn)的，從而實現(xiàn)了高尺寸精度和穩(wěn)定性。

小型化面臨的應(yīng)用要求

小型化所面臨的挑戰(zhàn)不僅僅是要實現(xiàn)理想的機械強度，專為小型化應(yīng)用而設(shè)計的連接器還必須滿足特定的應(yīng)用要求。

阻燃性：

小型化連接器可能需要在高火災(zāi)隱患的環(huán)境中工作。HPP可通過加入特定添加劑來配制阻燃型材料，這些添加劑通過吸收熱量、釋放不可燃氣體或形成保護性炭層來干擾燃燒。

耐化學性

暴露于惡劣化學環(huán)境中可能顯著降低連接器的性能。HPP可根據(jù)應(yīng)用要求配制成抵御特定化學品的材料。然而，一些耐化學聚合物可能不具備所需的流動性能，或者可能產(chǎn)生脆性。應(yīng)力會嚴重影響塑料材料的耐化學性。設(shè)計工程師必須仔細考慮這些因素，以確定每種應(yīng)用中所需的材料和設(shè)計特性的正確組合。

高質(zhì)量

即使是最小的雜質(zhì)（如微量金屬污染物或無用副產(chǎn)品），也會對聚合物產(chǎn)生重大影響，增加出現(xiàn)裂紋或過早失效的可能性。HPP 配方優(yōu)先采用高質(zhì)量的原材料和嚴格的加工技術(shù)，以確保一致的性能和可靠性。

為了達到最佳性能，需要仔細平衡。復雜的小型連接器幾何形狀以及阻燃性和耐化學性等嚴格要求對現(xiàn)有材料提出了持續(xù)挑戰(zhàn)。材料科學家不斷開發(fā)和改進HPP配方，以滿足這些復雜多變的要求。

新技術(shù)參與原型設(shè)計與開發(fā)

1 使用3D打印技術(shù)進行原型設(shè)計和開發(fā)

3D打印為快速制作原型部件提供了激動人心的可能性。在開發(fā)階段，3D打印以速度快、成本低的優(yōu)勢為工程師提供了快速迭代的能力。這使得在最終確定高性能材料和昂貴的制造工藝之前，可以快速評估形狀和適配性。

然而，3D打印技術(shù)在用于原型制作以外的應(yīng)用中存在很大的局限性。目前 3D 打印技術(shù)的尺寸分辨率不足以制造用于最終生產(chǎn)的高度小型化部件。由于公差僅為微米級，3D 打印工藝和相關(guān)材料目前無法實現(xiàn)最佳的機械性能和電氣功能。然而，如果高分辨率打印技術(shù)不斷進步，3D打印可能在未來成為一個有價值的原型設(shè)計工具，也可能成為制造功能性產(chǎn)品部件的可行手段。

2 利用人工智能和機器學習優(yōu)化設(shè)計

人工智能（AI）和機器學習（ML）在材料選擇和連接器設(shè)計與制造方面具有很大的潛力。這些技術(shù)可以分析數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)跨學科見解、實現(xiàn)流程自動化、提供實時監(jiān)控、預測結(jié)果并提高決策能力，從而促進高性能連接器的快速開發(fā)。

3 利用數(shù)字孿生完善原型設(shè)計

數(shù)字孿生（Digital twins）可創(chuàng)建物理連接器的虛擬復制品，并實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的收集。工程師可以不斷將實際測試數(shù)據(jù)或傳感器讀數(shù)反饋到數(shù)字孿生中，建立實時反饋回路，為未來的設(shè)計迭代提供信息。這種虛擬試驗場可加快開發(fā)周期、優(yōu)化性能并提高小型連接器的可靠性。

材料選擇和未來趨勢

了解結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系對于選擇最佳材料至關(guān)重要。這些知識使工程師能夠識別出在強度、重量、功能性和耐用性之間取得平衡的材料。

使用新型塑料替代金屬，有望實現(xiàn)連接器的輕量化。傳統(tǒng)塑料往往缺乏金屬的導電性、強度和耐用性。將石墨烯和碳納米管 （CNT） 等新型材料結(jié)合到塑料中，可提供優(yōu)越的強度—重量比，從而實現(xiàn)創(chuàng)新的外形尺寸，并擴大替代金屬的機會。材料科學的進步，仍然是開發(fā)占板面積日益減小的堅固連接器的關(guān)鍵。

可持續(xù)性考慮因素

材料選擇在探索變革性解決方案提供了重要機會，幫助公司實現(xiàn)環(huán)境管理目標。隨著客戶日益尋求有助于滿足環(huán)境需求的解決方案，小型連接器制造正在采用創(chuàng)新方法，通過使用更少的資源來減少對環(huán)境的影響。

生物塑料為可持續(xù)材料的選擇提供了前景廣闊的道路。這些材料使用玉米淀粉、纖維素和蓖麻油等可再生生物原料，可替代塑料生產(chǎn)中使用的傳統(tǒng)不可再生原料。

機械和化學回收技術(shù)可以對現(xiàn)有塑料進行再利用，從而節(jié)約原始資源并最大限度地減少對環(huán)境的影響。

合作與監(jiān)測貫穿于整個小型連接器設(shè)計和制造生命周期，相關(guān)人員積極監(jiān)測和探索可持續(xù)材料和技術(shù)的發(fā)展。此外，地區(qū)法規(guī)在推動可再生材料的采用方面發(fā)揮著重要作用。對可再生材料作出全面的考慮，利益相關(guān)者可以做出明智的決策，在連接器性能與環(huán)境影響之間取得平衡。

Molex：走在小型化的前沿

材料科學是實現(xiàn)堅固耐用的小型連接器的基石。作為高性能連接解決方案的領(lǐng)導者，Molex莫仕專注于開發(fā)材料和材料加工創(chuàng)新、材料選擇/應(yīng)用工程，以及實現(xiàn)最佳產(chǎn)品數(shù)字孿生所需的材料測試和數(shù)據(jù)。如要了解塑造未來連接器的先進技術(shù)，請下載Molex的《打破設(shè)計界限：在連接器設(shè)計中把堅固化和小型化相結(jié)合》報告。