连接制造商一直处于可持续发展的前沿。它从更换镀镉以满足RoHS 要求开始，并很快扩展到使用塑料回收料和生物基塑料代替连接器主体的100%新塑料。连接器制造商最近开始采用新的、更具可持续性的材料来制造高性能触点。
本文将从外到内回顾可持续连接器，首先回顾连接器的可持续电镀，着眼于提高连接器主体和外壳的可持续性，最后回顾与更可持续和更高性能接触材料相关的发展。
连接器的可持续电镀
2003年最初的 RoHS 法规激发了整个电子行业对可持续性的兴趣。虽然大多数注意力都集中在去除焊料中的铅，但连接器行业面临着额外的挑战，特别是消除镉和铬镀层。镉是军事、航空航天、运输和工业应用中的一种流行镀层，这些应用需要在所有天气条件下具有耐腐蚀性和保证性能。
新的金属连接器主体是使用具有各种保护性表面镀层的铝开发的。这些设计可以提供耐腐蚀、电磁干扰 (EMI) 屏蔽和外观选择(包括哑光颜色)的多种组合。常用的镉替代品包括：
l 镀锡锌是为极端环境下的军事应用而开发的。它被认为是镉的最高性能替代品。它具有高导电性 (< 5 mΩ) 和耐腐蚀(500 小时静态/5 天循环盐雾)。它具有哑光灰色、不反光饰面，并提供镉级保护。
l 锌镍电镀是工业、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，额定值可承受 500 小时的静态盐雾。
l 锌钴镀层也用于工业、建筑和运输行业，但其耐腐蚀性不如锌镍。它为信号完整性提供了良好的 EMI 屏蔽水平。
l 黑锌镍是一种经济高效的替代品，可为暴露的连接器表面提供持久的耐腐蚀性。它用于航空航天、地面交通和海洋应用。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。
l 环氧聚氨酯清漆电镀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，并且通常不用于信号完整性是重要考虑因素的地方。
PCR 和 PIR
回收料和生物塑料是提高连接器主体和其他连接器组件可持续性的两种方法。有两种方法：
l 消费后回收(PCR) 塑料是塑料材料，例如从回收工厂收集的瓶子，用于清洁、加工和研磨，然后重新加入制造流程。连接器制造商通常不使用 PRC 塑料。
l 后工业回收(PIR) 塑料是从制造过程中回收的。PIR 塑料包括制造过程中产生的防水板和其他废塑料，以及不符合规格的被拒收成品部件。一些连接器制造商将 40% 的再研磨材料用于塑料外壳等各种组件(图 1)。PIR 塑料的使用在两个方面有助于可持续性;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。
图 1：安费诺高速背板连接器在外壳中使用 40% 的 PIR 塑料。
生物塑料
生物塑料不一定是可生物降解的，也不一定是使用可再生有机资源制成的。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，可完全生物降解
· 由有机大分子和石油资源的组合制成，可能可生物降解，也可能不可生物降解
生物聚酰胺
生物基聚酰胺 410 塑料是可用的，由至少 70% 的蓖麻子可再生材料制成。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：Molex密封连接器符合 USCAR 050 标准并使用生物基聚酰胺 410 塑料。
行业专为连接器应用开发了一种 100% 生物基高温聚酰胺。它符合国际可持续发展和碳认证 (ISCC) 的要求。ISCC 是一个全球适用的可持续性认证体系，涵盖所有可持续原料，包括农业和林业生物质、循环和生物基材料以及可再生能源。这种材料是经过 ISCC+ 认证的质量平衡解决方案，具有与传统材料相同的特性、性能和质量。它的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 0.3 毫米且壁厚低至 0.1 毫米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。
增长空间
虽然连接器行业多年来一直在使用生物塑料，但仍处于采用过程的早期阶段。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)有很大的发展空间来提高连接器的可持续性。
图 3：电子应用仅占生物塑料消费量的一小部分。
纳米晶金属触点
在连接器中使用纳米晶镍合金可以显著减少金的使用。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黄金需要产生800 千克二氧化碳。镍的 LCA 影响为 0.4 kg CO2/金衡盎司，而纳米晶镍合金的 LCA 影响为 0.2 kg CO2/金衡盎司。纳米晶镍合金的低 LCA 影响是两个因素的结果;它可以用于更薄的镀层以达到相同的性能水平，其制造使用 100% 再生钨。
一家连接器制造商已将其高可靠性连接器的某些线路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对环境的影响，尤其是黄金，相当于每年平均减少 780 万公斤二氧化碳排放。
纳米结构银
纳米结构银已开发用于电动汽车 (EV) 应用中的高性能、高功率连接器。EV 应用包括需要低、稳定的接触电阻和高耐用性的充电器连接器，以及 EV 传动系统和电力系统中需要更高温度额定值的高压连接器。在耐用性方面，纳米结构银材料的硬度约为纯银的两倍。它在具有 5N 插拔力的 EV 连接器上进行了 5000 次磨损耐久性测试，在 5 μm 厚度时几乎没有磨损。尽管厚度增加了 4 倍，传统的镀银层仍经历了深度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 运行
· 低插入力
· 更薄的成本提供更高的耐磨性
图 4：纳米晶银(橙色)在不同温度下的硬度大约是传统银涂层(蓝色)的两倍。
与生物塑料一样，纳米结构镍合金和纳米结构银处于采用过程的早期阶段。有很多机会增加它们的使用并进一步提高连接器的可持续性。
总结
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 法规首次公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。今天，它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。有许多机会可以继续提高连接器的可持续性。
