要满足客户对电子设备日益增加的功率和功能需求，必须实现连接器的微型化，但同时不能影响到产品的耐用性。材料科学是开发坚固耐用微型连接器的关键因素，即使在最具挑战性的环境下，也能保持坚固耐用。

随着电子设备趋向微型化，连接器的尺寸也需要不断缩小。然而，传统材料在制造微型零件时已经到达极限，因此，如何在减轻重量和缩小尺寸的同时，仍然保持强度和其他性能属性的能力变得十分重要。为了克服这些挑战并保持性能，未来连接器微型化的发展将依赖於材料科学的进步。

创新的材料，尤其是先进的工程塑胶，如何在满足连接器微型化的设计要求，同时确保优异性能？

平衡强度和重量

微型化在连接器设计和材料选择上带来了重大挑战。与大型连接器不同，微型化连接器更重视减轻重量和缩小尺寸。尽管传统外壳材料价格低廉且用途广泛，但在薄壁部分时，强度会大幅降低，并可能造成应力集中，增加在负载下失效的风险。

至於金属等其他高强度材料，由於多种原因，通常不适合替代这些传统工程塑胶。因此，需要考虑的因素包括电气绝缘、形状尺寸、冲击和耐久性、重量、成本和/或产品的可制造性。

物色先进材料

解决方案是专为微型化设计的先进绝缘材料。高性能聚合物（HPP），如聚?涞（PPA）、液晶聚合物（LCP）和其他特殊配方的聚合物，它们不仅可以保持轻量化外型，同时具备高强度和出色的尺寸稳定性。这些特性使HPP十分适合应用於V2X、5G、网路和物联网等微型化连接器设计。

添加奈米复合材料

先进材料在聚合物基质中加入奈米颗粒，可以在不增加太多重量的情况下显着地提升刚度和强度。奈米复合材料为材料科学家提供工业自动化和人工智慧等应用带来所需的坚固微型连接器。

透过使用 HPP 和奈米复合材料等先进材料，材料科学家可以解决重量限制问题，确保设计适合狭小空间的连接器的强度，这些材料也能改善窄小空间内的热管理。然而，这些增强功能也带来新挑战，即如何平衡效能、成本和商业可扩展性。

应对微型化挑战

连接器尺寸缩小，暴露了传统材料的限制。在微型连接器结构中，由於表面积与体积比过大，加上成分变化和填料尺寸与结构本身相似，这些材料的特性会失准。虽然这些材料在较大的尺寸下性能良好，但微型化时会显露缺陷。因此，专门提升强度和耐用性的 HPP 材料在微型尺寸条件下变得十分重要。

HPP：专为微型化而设计

HPP结合多种因素来应对微型化挑战。相较於传统聚合物材料，它们的熔体黏度较低，流动性更隹，能够填充不同微型连接器几何形状所需的复杂模具，同时将变形降至最低。传统聚合物在薄壁截面上的强度会减弱，但 HPP即使在尺寸缩小的情况下，也能保持较高的强度重量比。这是透过在HPP基材中加入创新填料和化学成分达成的，从而达到高尺寸精度和稳定性。

超越强度

微型化所面临的挑战不仅在於实现理想的机械强度，专为微型化应用设计的连接器还必须满足特定的应用要求。

阻燃性：微型化连接器可能需要在易引发火灾的环境中运作。HPP可透过特定添加剂来制成阻燃型材料，这些添加剂能吸收热量、释放不可燃气体或形成保护性炭层来阻止燃烧。

耐化学性：暴露於恶劣化学环境中可能降低连接器的性能。HPP可根据应用进行配制，以抵抗特定化学品。然而，一些耐化学聚合物可能不具备所需的流动性能，或可能变得脆弱。应力会严重影响塑胶材料的耐化学性。设计工程师必须仔细思考这些因素，以确定材料和设计特性的正确组合。

高品质：即使是微量杂质，例如金属污染物或不需要的??产品，也会对聚合物产生重大影响，增加裂缝或过早失效的风想。HPP 配方强调高品质的原料和严格的加工技术，并确保一致的性能和可靠性。

要达到最隹效能需要仔细平衡。复杂的微型连接器几何形状，以及阻燃性和耐化学性等严格要求，对现有材料不断构成挑战。材料科学家持续开发和改进HPP配方，以满足复杂且多变的需求。

使用3D列印技术进行原型样品设计和开发

3D列印为快速制作零件原型提供了令人兴奋的可能性。在开发阶段，3D列印为工程师提供快速、低成本的优势，以实现快速反覆运算的能力。如此一来，就可以在最终确定高性能材料和昂贵的制程之前，进行快速的形状和配合评估。

然而，使用於原型以外的应用时，3D列印技术仍存局限性。目前3D列印技术的尺寸解析度不足以生产的高度微型化零件。由於公差仅为微米级，3D 列印制程和相关材料尚无法提供最隹机械性能和电气功能。但随着高解析度列印技术不断进步，3D列印有??成为设计原型样品的重要工具，未来成为制造功能性产品零件的可行方法。

图一 : 3D列印有??成为设计原型样品的重要工具，未来成为制造功能性产品零件的可行方法。

材料选择和未来趋势

了解结构与性能的关系是选择最隹材料的关键。利用这些知识，工程师可以找到兼顾强度、重量、功能和耐用性的材料。

新型金属替代材料

以先进塑胶替代金属，有助於连接器轻量化。然而，传统塑胶通常缺乏金属的导电性、强度和耐用性。在塑胶中添加石墨烯和碳奈米管（CNT）等新型材料，可以提供优异的强度重量比，从而实现新颖的外形尺寸，并增加替代金属的机会。

利用人工智慧和机器学习优化设计

人工智慧（AI）和机器学习（ML）在材料选择及连接器设计与制造方面潜力巨大。这些技术可以分析资料、揭示跨专业的见解、实现流程自动化、提供即时监控、预测结果并提高决策能力，从而加快高效能连接器的开发。

利用数位分身完善原型样品设计

数位分身（Digital twins）可以建立物理连接器的虚拟复制品，并且收集关键资料。工程师可以建立即时回??循环，将实际测试数据或感测器读数回??到数位孪生中，为改善未来设计的反覆运算提供资讯。这种虚拟试验场可加快微型连接器的开发周期、最隹化性能并增强可靠性。

图二 : 工程师将实际测试数据或感测器读数回??到数位分身中，可以为改善未来设计的反覆运算提供资讯。（source：Molex）

材料科学的进步，仍然是开发设计尺寸日趋缩小的坚固连接器的关键。

永续性考量

材料选择提供了革新解决方案的重要机会，帮助企业实现环境管理目标。随着客户寻求满足环境需求的解决方案，创新的微型连接器制造方法不断推陈出新，透过使用更少的资源来降低对环境的影响。

生质材料和回收材料

在永续材料的选择上，生物塑胶提供了令人期待的前景。这些材料使用玉米淀粉、纤维素和??麻油等可再生生物资源，替代传统不可再生的塑胶原料。另外，机械和化学回收技术可以重新利用现有塑胶，保护原始资源并降低对环境影响。

合作与监测

叁与微型连接器设计和制造生命周期的人员应积极监测并探索永续材料和技术的发展。除此之外，区域法规在推动可再生材料采用方面也扮演重要角色。

藉由全面考量对可再生材料，利益相关者可以做出明智的决策，在连接器性能与环境影响之间取得平衡。

材料科学是实现坚固耐用的微型连接器的基石。Molex莫仕致力於开发材料和材料加工创新、材料选择和应用工程，以及实现产品数位分身时所需最隹化的材料测试和数据。

（本文作者Zhou Hao为Molex莫仕全球技术主管）