- 手機連接器及其要求介紹
- SIM卡連接器介紹
- 手機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 引言
1.連接器是蜂窩電話手機必要組成部份
近年來蜂窩移動通信系統在世界范圍迅猛發展，作為移動臺的無線手機不僅僅限于公司、企業和業務部門使用，已經普遍到個人和家庭。我國已經成為世界上擁有手 機用戶最多的國家，而且用戶數量仍然在迅速增加。手機最大的優點就是靈活方便，隨時隨地都可以進行通信，同時，由于技術的發展進步，手機尺寸越來越小，已 經從笨重的磚塊大小進步到比煙盒還小、重量又輕，非常便于攜帶，加上廠家努力設計制作，使之越來越精美，成為一種時尚消費精品，受到人們普遍喜愛。
手機雖小，但是五臟俱全。它體積減小、重量減輕但功能卻越來越多了。手機中包含有發射機電路和天線、接收機和音頻電路、鎖相頻率合成器、電源電路和穩壓 器、顯示部份、鍵盤和按鍵電路、用戶管理系統及有關用戶使用的電話功能（如鈴聲和振動、背景燈）電路，甚至因特網接入系統、MP3播放器、GPS（全球定 位系統）、藍牙模塊等。但是這些不同的電路部份，要組成一個實用的完整的通信系統，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系在一起。此 外，手機應用時，有時要外接一些設備，如：充電器、耳機或麥克風、調制解調器、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，連接器是手機的必要組成部份。
由于手機越來越微小型化，用戶群體越來越大眾化，生產越來越大量化，所以對手機使用的元器件，包括連接器在內，提出越來越嚴格的要求。當前發展趨勢為：
■ 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。顯然要求其內部的元器件（包括連接器在內）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的自動化高速組裝技術的發展，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展，逐漸代替穿孔式插裝的連接器。目前生產的 表面貼裝連接器（SMC）其引線（出腳）間距已經由原來的2.00mm、1.27mm發展到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降低到現在的2mm，甚至推出1.5mm的板到板連接器。
■ 標準化和模塊化 為適應手機大量生產的需要和方便，節省空間和便于設計，手機內電路和元件，包括連接器在內，已經迅速模塊化，并且強烈需要形成統一的國際標準。當然，這樣 做會影響各個廠家生產具有不同個性和特色、形態的手機，但這個問題并不難解決（請見后面介紹的"手機漢堡"設計理念）。
■ 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。
■ 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。
■ 高速傳輸與電磁兼容 由于手機的功能發展，從單一的語言通信工具，逐漸發展成為數據設備，有些用戶希望手機不僅能進行網絡通信，還要能與其它設備如電腦、PDA（個人數字助 理）、打印機等一起使用。這些都要求更高的數據傳輸速度和良好的抗干擾性。傳統的接口連接器滿足不了這些要求。近年來出現的速度較高的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。
■ 提高存儲容量 隨著手機功能提高，要求容量更大的存儲器。目前已有符合工業標準的小封裝可裝卸存儲卡，如MMC（多媒體卡）、SD（安全數據）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濟、可靠、節省空間等，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。
3.手機中的主要連接器手機中的連接器主要用在如下幾部份（如圖）：
① SIM（用戶確認模塊）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 SIM卡連接器
1.SIM卡用戶確認模塊即SIM卡（Subscriber Identification Module Card）是GSM（Global System for Mobile communication ）數字移動通信系統的手機（移動臺）中的重要部份。SIM卡是一種符合ISO標準的微型智能卡（Smart Card，俗稱IC卡），IC卡內部裝有微機集成電路，能夠實現計算和安全存儲信息，是1974年由Roland Moreno發明的。而SIM卡是專門供手機使用的IC卡（圖2.2.1）。一般的IC卡標準尺寸為86mm×54mm，而SIM卡尺寸為 25mm×15mm。SIM卡的作用就好像一把鑰匙，把它從手機中取出，手機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、聯通 公司等）提供的SIM卡，就可以裝入和使用任何一部相應GSM系統的手機。SIM卡中存有公司提供的用戶業務和服務信息等重要資料。當手機開機后，機內系 統就與SIM卡進行通信，獲取相關的服務信息。
SIM卡的內部硬件與普通的IC卡類似，是由CPU、ROM、RAM和EEPROM等部件組成的完整單片計算機（圖2.2.2），生產廠商已經在每一張卡 內存入了廠商代號、生產串號、卡的資源配置數據等基本參數，并為卡的正常工作提供了適當的軟硬件環境。它與手機內其它部份的物理界面有：數據線 （DATA）或串行輸入/輸出（I/O）、復位線（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內其它部份相互連接。
2.SIM卡連接器
Molex公司為移動通信工業提供SIM卡用連接器，用于記帳、加密和儲存電話號碼等。SIM卡的參數由ISO GSM Sim Card 標準規定。雖然卡是標準化了，但由于電話設計千差萬別，常常不能使用標準化的連接器。Molex同客戶密切合作，開發出一套完整系列的SIM卡連接器，它 既滿足了一系列標準的選項，又具有定制設計能力，滿足特定的用途。
Molex的SIM卡連接器有如下特點:
■超小外形
■具有或沒有卡檢測開關
■卡的拔插循環壽命達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
■標準化和模塊化 為適應手機大量生產的需要和方便，節省空間和便于設計，手機內電路和元件，包括連接器在內，已經迅速模塊化，并且強烈需要形成統一的國際標準。當然，這樣 做會影響各個廠家生產具有不同個性和特色、形態的手機，但這個問題并不難解決（請見后面介紹的"手機漢堡"設計理念）。
西門子S3com（S5）和S3com BOM手機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 帶開關的緊湊型（圖2.2.5）
▲ 6個電路引腳，帶有刀片狀常斷開關
▲ 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
▲ 兩件式：卡支座和彈出機構本體
▲ 卡支座和按鈕根據客戶需要制作
▲ 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手機以及一些Sony手機（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，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 次以上。[page]
第三節 輸入/輸出（I/O）連接器
1 手機用I/O連接器
手機上I/O連接器是手機與外部設備聯系的通道，經常安排在手機的下部。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據，并且可以根據客戶的要求定制。圖2.3.1和2.3.2示出了一種手機I/O連接器從前后兩個側面看到的視圖。
上面畫出的是I/O連接器安裝在手機上的部份，它還應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上的I/O連接器用的，射頻（RF）接插頭也包含在內，上下外殼起保護作用，鎖銷和螺釘等起對位和固定作用。
2 手機I/O連接器的材料與指標
我們以Molex產品為例介紹。I/O連接器在手機部份所用材料：
■ 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，焊接區鍍3-5微米厚的SnPb 。
I/O連接器的電氣指標主要為：
■ 電流：信號接觸簧片：標準值1安培，在某些規定條件下可達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，經過5000次拔插后，在1.8GHz下小于1.8 。
■ 插入損耗：經過5000次拔插后，在0.9GHz下小于0.2dB 。
■ 串擾（cross-talk）：（僅對開關式同軸線）在1.8 GHz下小于1.1dB 。
I/O連接器的機械指標主要為：
■ 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：見產品指標。
■ 緩解應力的柔性測試：見各自電纜配置。 3 手機I/O連接器形式手機I/O連接器在滿足基本要求的基礎上，還根據客戶需要、廠家的設計意向、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，就會產生各種不同形式。Molex的I/O連接器在90年代就經歷了如圖2.3.5的變化。由圖可以看出，I/O連 接器經歷了由簡單到復雜、由功能少到功能更多的演變。另外從Molex的產品品種分，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、數據傳輸端、圓形直流（DC）插座，圓形立體聲插座、麥克 風插座，射頻接觸體，甚至紅外模塊也都集成在連接器中。Molex公司供應和定制各種形態的產品。[page]
90年代平頭和刀狀I/O連接器演變：
壓緊型連接器 Molex壓緊型連接器-是改善設計靈活性和節省空間的新措施。
關于Mobi-Mate I/O連接器
Mobi-Mate是Molex公司設計與生產的一種I/O連接器，供移動設備使用，當然也包括手機在內。它力圖滿足現代手持或袖珍系統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，能夠承受高數量的拔插次數。
■容易使用，電纜連接器有可靠的鎖緊系統，在惡劣使用環境下（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，無欠缺。
■在裝配線上與PCB裝配時能保證正確就位和固位。
■設計靈活，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，最終用戶不能打開插頭。此外，為緩解電纜和座體的應力，Molex公司也采取了特殊措施，保證惡劣環 境條件下良好電性能。
