I-PEX在FPC连接器（MINIFLEX^®系列）方面的独特技术，可防止连接器“空关”现象的出现

White Paper I-PEX's unique know-how for FPC connectors (MINIFLEX series) to prevent empty closure SC

背景介绍
任务
对策/解决方案
结论
总结

背景介绍

每个连接器制造商都会事先模拟连接器在客户现场的使用情况，并制定操作手册和准则供客户查阅。然而，即使我们再怎么仔细谨慎，在连接器使用过程中，客户现场依然会有连接器连接不良或不完全嵌合的状况发生。

其中，钢琴盖“空关”是制造和装配现场 FFC/FPC 连接器经常会遇到的现象。“空关”是指在未将 FPC 插入连接器的情况下闭合钢琴盖，这可能会导致连接器损坏或随后插入 FPC 时的不完全嵌合。在客户的制造现场可能会遇到多种情况导致这个问题，并且由于产线操作员不熟悉操作步骤或盲插，钢琴盖在没有插入 FPC 的情况下被锁住的情况很多。在制造现场的检查过程中有时可以检测到该问题，但最终交付的产品可能会因连接器空关过而出现质量缺陷。在这种情况下，变形的连接器或 FPC 就很可能会在市场上引起一系列问题。

本白皮书以I-PEX的MINIFLEX^®系列为例，介绍了什么是连接器“空关”现象，如何解决这个问题，以及通过我们分析和计算得出的设计要点，以确保即使发生“空关”现象，连接器也能正常工作。

任务

连接器的任务是在任何环境中，为所有电子相关设备运行的提供信号和电流的稳定连接，这是我们分析和研究的一个大前提。例如，我们认为，即使在没有插入FPC的情况下多次打开和关闭钢琴盖，连接器的接触可靠性也不能被损伤。那么我们就要思考，如果钢琴盖在没有插入FPC的情况下确实关闭了，会给连接器带来什么样的变化和问题呢？

如果钢琴该在没有插入FPC的情况下闭合，连接器的端子将会变形。因为端子之间的间隙发生了变化，也就是与FPC接触的端子发生了形态上的变化。这种情况下，FPC很可能以不恰当的方式被插入钢琴盖，那么就会导致连接器无法导通或连接不良。作为一个典型的例子（见图1）， FPC插入了变形的端子（端子间隙过窄），那么FPC很可能会弯曲。如果FPC发生了屈曲和连接不良，连接器将无法工作。

注1：端子顶端碰到FPC，导致变形和故障（图1：见右图）。


左：初始状态	右：屈曲状态
图1：连接器“空关”后导致端子变形，再不当的插入FPC，导致故障

对策/解决方案

I-PEX FPC/FFC连接器（MINIFLEX^®）的设计使其即使在发生钢琴盖“空关”的情况下也能作为普通连接器使用。这种独创性的背后是基于三种专有技术和三种验证结果的连接器设计，下文将详细描述。

专有技术 ①

- 我们用公差分析验证了由于“空关”导致的接触区域的允许塑性变形。

除了由于连接器“空关” 而变形的端子顶部（见图2）从外壳凸起处掉落的情况外，其他任何情况下 FPC再插入过程中都不会发生屈曲。我们使用离差平方根和进行公差分析（见表1），以验证端子可以容忍的塑性变形量。

外壳凸起处和端子顶部的可包覆量是根据外壳和端子各个部分的尺寸公差计算的。由此产生的最差值（最小值）是端子允许的塑性变形量。


端子	外壳

表格 1
X (端子)	0.71 ± 公差 A
Y (外壳)	0.61 ± 公差 B
（外壳凸起处-端子顶部）搭接量	X - Y = 0.71-0.61 ± √(A^2 + B^2) = 0.10 ± C
最差值（最小值）	0.10 - C

图3：如果端子顶部因变形而从红色方框处的外壳凸点（黄色区域）掉落并突起，则可能会发生卡滞，因此需要改变端子的塑性变形量（设计）。

专有技术 ➁

- 通过分析验证了位移与端子接触点压力（P-delta曲线）之间的关系。

在满足客户对尺寸和空间的要求去进行端子形状建模后，我们通过分析绘制了端子位移与端子压力之间的关系（P-delta曲线）（图4：黑线表示）。

在图中，我们绘制了基于单个零件的公差尺寸来分析端子位移的范围，以检验端子压力（图4：红线表示）。如果压力最小值不符合I-PEX标准，则增加端子接触点的位移或考虑增加P-delta曲线的倾斜率。

Figure: 4 Contact pressure at connection point/ Contact displacement — 图：4 连接点的端子压力/端子位移

专有技术 ③

- 在分析中验证了“连接器空关”引起的塑性变形量。

位移的公差范围是使用端子钢琴盖侧的GAP尺寸（图5：黄色箭头）和钢琴盖凸轮尺寸计算得出的。专有技术（2）确定的由于连接器空关引起的端子形状的塑性变形量，也通过分析得到确认。

我们根据钢琴盖侧面端子接触点的负载与端子接触点位移量之间的关系，确认了端子的塑性变形量。（见图 6）如果结果超过了专有技术（1）中确定的允许塑性变形量，则端子可能会从外壳中突出，如连接器确实空关，会导致短接，因此需要重新设计。

Figure 6: Actuator side loading/Contact Displacement, Plastic Deformation — 图 6：钢琴该侧载荷 /端子位移、塑性变形

上述分析是使用 I-PEX专有知识和技术能力进行的，以确定我们的连接器设计是可以支持钢琴盖空关情况的。

如果为了跟随 FPC 并保持端子的压力和可靠性而把端子的位移设置得太大且太灵活，那么变形的端子接触点顶部可能会伸出外壳，导致短接，如前例所示，当发生连接器空关情况时，导致连接不良。这将增加连接失败的可能性。

另一方面，如果为了适应连接器空关的情况而把端子的位移设置得太小，无论钢琴盖打开还是闭合，端子位移也会很小，并且无法保持适当的嵌合状态，从而导致端子可靠性降低，并可能发生不导通或故障。在确认上述（1）至（3）项（顺序不分前后）后，我们将完成连接器的设计，并采取措施防止连接器空关。之后，在连接器制造过程中建立并验证以下三点。

1：多次空关钢琴盖的操作循环后（未插入 FPC 的情况下关闭钢琴盖），端子间隙的变化很小。
钢琴盖操作次数（水平轴）/端子 GAP（垂直轴）