这些系统所受到的冲击、振动和快速热循环会产生导弹系统、雷达组件、航空电子平台和航天硬件固有的运行应力。.
更高的性能要求和严苛的环境条件给系统架构师带来了挑战。这些平台的设计中涉及的电气、机械和封装决策不能再孤立地考虑。
用于高密度航空航天和国防系统的堆叠式PCB架构
印刷电路板长期以来一直是航空航天和国防领域电子系统的基础组成部分。它们具有制造工艺简单、可重复性高的优点，并且能够以高密度组装元件，从而有效利用有限的空间。随着系统变得更加紧凑和集成，设计人员越来越依赖堆叠式PCB架构来满足其严格的尺寸、重量和性能目标。.
图 1. 标准 1U 立方体卫星的内部结构组件
垂直堆叠技术允许在狭小空间内分层布置子系统，这在导弹弹体和小型卫星应用中很常见。它还能缩短功能模块之间的信号路径。在高速数字和射频设计中，缩短走线长度可以直接改善插入损耗、时序裕量和阻抗控制。.
因此，代表平行板或堆叠之间垂直连接的Z轴具有了战略意义。精心设计的Z轴接口能够实现直接垂直堆叠，同时不牺牲电气性能或机械强度。然而，在动态环境中实现这种平衡并非易事。.
传统板对板连接器在恶劣环境下的挑战
随着PCB密度的增加，传统的板对板连接设计开始暴露出其局限性。随着电子元件的不断小型化，连接器往往成为PCB上最大的元件之一，与有源电路争夺有限的空间。大量的引脚增加了布线的复杂性，而冲击、振动和热膨胀等机械载荷也会对焊点和连接器引脚造成额外的应力。.
挑战 描述：
连接器尺寸大，在密集型设计中占据PCB表面相当大的比例，
与PCB板争夺空间，减少了可用于有源电路的面积。
引脚数量多导致电路复杂，增加了布线拥塞和设计难度
。机械应力传递：冲击、振动和热膨胀会给焊点和引脚带来应力。
表格：传统板对板连接器的挑战
在紧凑型航空航天系统中，检查和维修的便利性受到限制。堆叠组件内部的焊接缺陷可能难以检测，且维修成本高昂。随着组件尺寸的缩小而环境应力保持不变，容错空间也随之缩小。
长期以来，设计人员主要依靠两种方法来管理这些高性能应用中的板间连接。
刚性夹层连接器
通过物理方式将两块PCB固定在固定的几何形状中。它们易于实现垂直集成，并能确保可预测的对准精度。在受控环境中，这种方法非常有效。
然而，在承受强冲击或热力作用的系统中，焊接触点带来的刚性反而会成为劣势。当电路板经历差异膨胀或机械加速度时，应力会传递到连接器引脚和焊点。随着时间的推移，这种循环载荷会导致疲劳、开裂和间歇性电气故障。.
连接器实际上成为了组件内部的结构元件。在导弹发射或航母回收作业以及快速温度循环等过程中，固定焊接接头会承受巨大的应力，从而影响其长期可靠性。.
跳线和柔性互连：
当无法保证刚性几何结构或必须考虑动态环境时，设计人员通常会使用跳线或柔性组件。这些装置可在板之间提供机械解耦，从而降低焊接接头的应力并适应运动。
图 2：CIN::APSE 应用
然而，线缆会增加重量并占用宝贵的空间。高速信号布线变得更加复杂，因为线缆通常从印刷电路板的边缘引出。必须精心处理应力消除问题，而且在高加速度 (G) 环境下，线缆在壳体内自由移动会带来自身的可靠性问题。.
更长的互连路径也会影响信号完整性，因为这会增加插入损耗。使用平面电路会进一步增加高频阻抗控制的复杂性。因此，设计人员不得不在传递应力的刚性和引入复杂性的柔性之间做出选择。.
无焊接压缩连接器作为Z轴高可靠性解决方案
无焊压缩互连为这种传统折衷方案提供了一种替代方案。压缩系统无需将连接器永久连接到电路板上，而是通过可控的机械负载来建立电连接。.
在压缩式互连系统中，接触元件位于相对表面上的配合焊盘之间。当沿堆叠施加设定的压缩力时，即可实现电气连通。无需焊接端接，也没有连接板片的刚性引脚。互连仅在组件机械配合时激活。
基于压缩的互连如何降低应力并提高机械强度：
压缩连接支持直接垂直堆叠，其功能类似于夹层连接器。板片可以平行排列，并沿 Z 轴上的短程可控路径连接。然而，它们无需依赖焊接接头或自由移动的电缆即可实现这一点。接触元件的设计符合公差要求，能够吸收振动，并对差异热膨胀做出弹性响应。互连并非刚性固定或自由浮动在壳体内，而是在受控的机械结构内运行。在动态环境中，任何极端情况都不可接受，而压缩式解决方案在稳定性、性能和可靠性方面都具有优势。
由于该接口采用可控压缩而非永久焊接连接，因此组件可以拆卸、检查和重新组装，无需进行热返工。这便于现场维修，并简化了产品整个生命周期内的系统维护。.
CIN::APSE：一种用于航空航天领域的高性能压缩互连技术
CIN::APSE代表了无焊压缩互连技术的成熟发展，专为高可靠性航空航天和国防应用而设计。它能够在冲击、振动和热循环下保持稳定的电气性能，同时支持国防系统所需的高密度、高速电子架构。该平台已达到NASA技术成熟度9级，这体现了其在实际运行环境中的成功部署，并证明了其在关键任务应用中的成熟性。.
CIN::APSE压缩互连的关键特性和工程优势
CIN::APSE本质上是一种Z轴互连系统，由精密绝缘体和可压缩的多线接触元件组成，这些元件排列成可配置的阵列。每个组件在平衡对准性、灵活性和电气性能方面都发挥着特定的作用。
绝缘体构成了 CIN::APSE 组件的结构骨架。在内部，每个触点都位于一个沙漏形腔体中，该腔体的设计目的在于：
· 将触点固定在其中点位置，以实现精确对准；
· 提供喇叭口状的端部，以便在压缩过程中实现可控的自对准
；· 保持相邻触点之间的介电隔离
；· 定义恒定 Z 轴载荷下的允许压缩行程。
每个 CIN::APSE 触点均由镀金外层的可压缩钼线束构成，具有以下特性：
· 高导电性和耐磨性
· 宽工作温度范围
· 多条并联导电路径，实现冗余
· 众多微接触点，实现低且稳定的电阻
· 非螺旋几何结构，最大限度减少高频下的感性效应
图 3：连接器横截面图，显示了可压缩钼线束。
当线束被压缩在耦合焊盘之间时，会形成众多微接触点，从而确保系统在整个使用寿命期间保持低接触电阻和稳定的电气性能。这使得在同一架构框架内能够同时支持高速数字信号和射频应用。.
图 4. CIN::APSE® 的基本触点结构由安装在定制塑料绝缘体中的触点组成，该绝缘体采用获得专利的 Cinch 触点固定设计。触点就位后，会延伸至绝缘体的两侧，从而形成无与伦比的电气连接。.
图 5. 安装过程中，将 CIN::APSE® 互连线放置在两个具有匹配连接走线的组件（例如 PCB、柔性电路、陶瓷器件等）之间。然后将这两个组件压紧并固定在一起。.
CIN::APSE 的主要优势之一是其能够排列成不同的几何图案，包括：
· 方形阵列 — 针对数字、电源和混合信号布线密度进行了优化；
· 六边形阵列 — 为射频和微波设计提供均匀间距和更高的隔离度。
图 6. 具有方形和六边形矩阵的柔性 PCB
该系统还可以通过自定义高度和台阶来支持板对板、柔性板对板和 LGA 型接口。.
基于压缩的Z轴互连技术在高可靠性应用中的未来
随着航空航天和国防电子产品的不断发展，连接器设计也必须随之调整以满足其需求。更高的数据传输速率需要更短、更清晰的信号路径。紧凑的封装需要高效的垂直集成。同时，组件必须能够承受冲击、振动和热膨胀，且在其最脆弱的接口处不会累积疲劳损伤。.
刚性板对板连接器会将应力集中在焊接端。柔性电缆虽然提供了机械自由度，但却牺牲了密度、控制性和布线复杂性。基于压缩的Z轴互连则以不同的方式解决了这个问题。它们通过可控的机械载荷而非冶金结合来建立电气连续性，从而在限定的机械范围内实现了对准和柔性的共存。.
在封装要求严格、可靠性裕度要求极低的环境中，Z轴接口成为系统架构的关键要素。其机械性能和电气特性决定了PCB堆叠结构和底层平台的长期性能。对于正在评估下一代堆叠策略的工程师而言，CIN::APSE提供了一种成熟的、基于压缩的方法，该方法符合高可靠性航空航天设计的实际情况。.
Cinch公司业务拓展经理Jerry Metcalf
