如何提高连接器的可持续性？

在它成为时尚之前，连接器制造商处于可持续发展的最前沿。它从取代镀镉以满足RoHS要求开始，并很快扩展到使用塑料回收料和生物基塑料，而不是100%用于连接器本体的新塑料。连接器制造商最近采用了新的、更可持续的材料来制造高性能触点。

本文从外到内着眼于可持续连接器，首先回顾了连接器的可持续电镀，着眼于提高连接器本体和外壳的可持续性，最后回顾了与更可持续和更高性能的接触材料相关的发展。

连接器的可持续电镀2003年出台的首批RoHS法规引发了整个电子行业对可持续发展的兴趣。虽然大多数注意力都集中在从焊料中去除铅，但连接器行业还面临着额外的挑战，特别是消除镉和铬镀层。镉是军事、航空航天、运输和工业应用的常用镀层，这些应用需要耐腐蚀性并在所有天气条件下保证性能。

使用具有各种保护表面镀层的铝开发新的金属连接器本体。这些设计可以提供耐腐蚀性、电磁干扰（EMI）屏蔽和外观选择（包括哑光颜色）的多种组合。

镉的常用替代品包括：

·镀锡锌是为极端环境中的军事应用而开发的。它被认为是性能最高的镉替代品。它具有高导电性

（< 5mΩ）和耐腐蚀性（静态500小时/循环盐雾 5天）。它具有哑光灰色、不反光饰面，并提供镉级保护。

·锌镍电镀是适用于工业、建筑和运输应用的高性能解决方案。它提供高水平的EMI屏蔽，额定静态盐雾500小时。

·锌钴电镀也用于工业、建筑和运输行业，但耐腐蚀性低于锌镍。它为信号完整性提供了良好的EMI 屏蔽水平。

·黑锌镍是一种经济高效的替代品，可为裸露的连接器表面提供持久的耐腐蚀性。它用于航空航天、地面运输和海洋应用。它提供与镉相同级别的环境保护、工作温度范围和电气性能。

·环氧氨基甲酸乙酯漆镀层具有非常高的耐腐蚀性，专为铁路应用而开发。它不提供高水平的EMI保护，通常不用于信号完整性是一个重要考虑因素的地方。

回收料和生物塑料是提高连接器本体和其他连接器组件可持续性的两种方法。回收料有两种方法：

消费后回收料（PCR）塑料是从回收厂收集的塑料材料，如瓶子，用于清洁、加工和研磨，然后重新添加到制造流程中。连接器制造商通常不使用 PRC 塑料。

后工业回收料（PIR）塑料是从制造过程中回收的。PIR塑料包括制造过程中的防水板和其他废塑料，以及不符合规格的不合格成品零件。一些连接器制造商将40%的回收料用于塑料外壳等各种组件（图1）。PIR塑料的使用以两种方式帮助可持续发展;它减少了原始材料的使用和与生产该材料相关的环境问题，并减少了制造过程中的浪费。

这些高速背板连接器在外壳中使用了40%的PIR塑料（图片：Amphenol）

生物塑料不一定是可生物降解的，也不一定使用可再生有机资源制成。它们以三种方式定义：

·由从植物或动物等可再生生物资源中获得的有机大分子制成，可能可生物降解，也可能不可生物降解

·由石油资源制成，完全可生物降解

·由有机大分子和石油资源组合而成，可能可生物降解，也可能不可生物降解

生物基聚酰胺410塑料已上市，由至少70%的蓖麻籽可再生材料制成。这种材料结合了短链和长链聚酰胺的性能优势。与传统的聚酰胺66（PA66，也称为尼龙66）相比，这种生物基替代品具有卓越的机械性能和防潮性，同时具有良好的美观性。生物基聚酰胺EcoPaXX用于符合USCAR 050标准的密封和非密封连接器系统（图2）。

图2：这款密封连接器符合USCAR 050标准，并使用生物基聚酰胺410塑料 （图片：Molex)

100%生物基高温聚酰胺专为连接器应用而开发。它符合国际可持续发展和碳认证（ISCC）要求。ISCC是一个全球适用的可持续发展认证体系，涵盖所有可持续原料，包括农林业生物质、循环和生物基材料以及可再生能源。这种材料是ISCC+认证的质量平衡解决方案，可提供与传统材料相同的特性、性能和质量。其生产产生的碳足迹比相应的化石基塑料低50%。

这种100%生物基高温聚酰胺专为具有高引脚数、间距小于0.3mm、壁厚低至0.1mm的微型连接器而设计。其热规格使其适用于无铅焊接工艺，并且它是一种30%的玻璃纤维增强材料，旨在提供高水平的强度和延展性。

空间虽然连接器行业多年来一直在使用生物塑料，但其采用过程仍处于相对早期的阶段。总体而言，生物塑料产量仅占全球每年超过3.5亿吨塑料消费量的1%左右。生物基塑料目前最大的应用是包装，占市场的50%以上。各种类型的生物塑料的使用正在激增。例如，预计未来几年生物聚丙烯的使用量将增长6倍。如今，连接器等多种电子应用仅占生物塑料使用量的2%左右（图3）。生物塑料（和PIR塑料）在提高连接器的可持续性方面有很大的发展空间。

图3：电子产品应用只占生物塑料消费量的一小部分（图片：MDPI聚合物）)

在连接器中使用纳米晶镍合金可以大大减少金的使用。开采和精炼黄金对环境有重大的负面影响，可以使用生命周期评估（LCA）来计算。黄金的LCA 影响相当于每金衡盎司开采800千克二氧化碳。镍的LCA影响为0.4kg CO2/金衡盎司，而纳米晶镍合金的LCA影响为 0.2kg CO2/金衡盎司。纳米晶镍合金的低 LCA 影响是两个因素的结果;它可用于更薄的镀层以达到相同的性能水平，其制造使用 100%回收的钨。

一家连接器制造商已将其高可靠性连接器某些产品线上的金触点替换为纳米晶金属触点。纳米结构金属涂层很容易集成到连接器制造中，因为它们是通过传统的互连电沉积工艺沉积的。用纳米晶金属代替黄金减少了所用材料（尤其是黄金）对环境的影响，相当于每年平均减少780万公斤的二氧化碳排放。

纳米结构银是为电动汽车（EV）应用中的高性能、高功率连接器而开发的。电动汽车应用包括需要低、稳定接触电阻和高耐用性的充电器连接器，以及需要更高额定温度的电动汽车动力总成和电源系统中的高压连接器。在耐用性方面，纳米结构银材料的硬度约为纯银的两倍。它在5N插拔力的EV连接器上进行了5000次循环的磨损耐久性测试，在 5μm厚处几乎没有磨损。尽管厚度增加了4倍，但传统的镀银工艺经历了较深的磨损，并暴露了铜基板。纳米结构银的主要性能规格包括（图4）。

·220°C工作温度

·低插入力

·更薄的成本提高了耐磨性

图4：纳米晶银（橙色）在不同温度下的硬度大约是传统Ag涂层（蓝色）的两倍（图片Xtalic)

与生物塑料一样，纳米结构镍合金和纳米结构银也处于采用过程的早期阶段。有很多机会可以增加它们的使用并进一步提高连接器的可持续性。

连接器在提高可持续性方面取得了很大进展。这并不新鲜，但自RoHS法规首次宣布以来就一直在发生。它首先用更环保和可持续的替代品取代镉和铬镀层。如今，它已扩展到用于连接器主体和外壳的各种类型的可持续塑料以及用于触点的纳米结构金属。继续提高连接器的可持续性的机会很多。