Integrarea la nivel de sistem, PCB și circuit integrat este unul dintre cele mai interesante fenomene ale proiectelor electronice actuale.
Odată cu o integrare mai strânsă, crește necesitatea mai multor conexiuni fizice între componente, dispozitive, plăci, panouri sau cabluri externe. O interconectare sigură a sistemelor electronice este o sarcină majoră, mai ales când vine vorba de cereri de aplicații în aplicații aerospațiale, militare și industriale.
În viitor, mașinile autonome și vehiculele aeriene fără pilot vor necesita nu numai interconectări fiabile și durabile, ci și concepte compacte și ușoare pentru proiectarea mecanică. În ceea ce privește conectorii de înaltă fiabilitate, baioneta circulară originală își păstrează nișa, dar în multe aplicații, miniaturizarea și compactitatea necesită versiuni mai mici și mai ușoare ale conectorilor.
Există o nevoie tot mai mare de sisteme care pot funcționa în medii dure, ceea ce contribuie, de asemenea, la proiectarea conectorilor, care sunt limitate la câteva grame în greutate. Aerospațial este poate cea mai critică aplicație în ceea ce privește reducerea greutății. Un exemplu este programul CubeSat de mini-sateliți cu costuri reduse și ușoare, inaugurat în 1999 de Universitatea Stanford. Acestea trebuie să poarte mase de cel mult 1,33 kg pe 10 cm3.
Procesul de selecție
Conectoarele electromecanice sunt din ce în ce mai complexe, conforme cu o listă lungă de specificații, cum ar fi manevrarea curentului continuu, puterea de tensiune, izolarea și rezistența la contact, pierderea de inserție la o frecvență specificată, conversația dintre conductori, inductanța dintre conductori, capacitatea reciprocă și inserția mecanică și forțele de retragere.
Importanța crescândă sunt specificațiile de mediu, cum ar fi temperatura de operare, umiditatea, șocul, vibrațiile, altitudinea și rezistența la substanțele chimice obișnuite.
Prin urmare, proiectarea și fabricarea de conectori a devenit un domeniu pentru specialiști cu renume pentru garantarea integrității semnalului și puterii produselor.
Care sunt provocările?
Pentru a depăși provocările cu care se confruntă acum conectorii mecanici, producătorii se potrivesc cu mai multe puncte de contact. Acest lucru aduce un anumit grad de conformitate mecanică pentru a vă asigura că rezistența de contact scăzută și valorile inductanței sunt menținute în condiții de deformare mecanică, șoc și impact la vibrații.
Un aspect principal în proiectarea unui conector este furnizarea unei interfețe mecanice fiabile, cu un minim de discontinuitate fizică și electrică. Exemple necorespunzătoare ar fi hotspot-urile de curent continuu sau nepotrivirile de impedanță de CA sau pierderile la transmisiile de înaltă frecvență.
Istoria proiectării conectorilor este plină de încercări de ingeniozitate, dar pe măsură ce miniaturizarea, integrarea și reducerea concomitentă a dimensiunilor conectorilor continuă, apar noi provocări.
Contactele cu știfturi sunt ușor de conectat și de deconectat
O soluție simplă pentru aplicații de semnalizare de frecvență joasă și de transmisie a puterii se găsește în tehnologia twist-pin oferită de Cinch. Este inclus în multe stiluri din seria Dura-Con (figura 1).
Ideea este să îmbinați șapte șiruri de sârmă de beriliu-cupru placat cu aur, să le sudați în vârf și să le extindeți mecanic pentru a forma o cușcă cu șapte puncte de contact disponibile în periferia unui ac de sex feminin.Acest design răsucitor este utilizat în conectorul dreptunghiular Dura-Con și Micro-D (MIL-DTL-83513). Configurat ca un conector cu bandă cu un spațiu și o greutate minimă, Micro-D (Figura 2) creează până la 60 de conexiuni în linie, cu un pas până la 1,27 mm. Procesul de inserare extinde cușca cu o acțiune pozitivă de „ștergere”. Retragerea contractează cușca, astfel încât forța de retragere rămâne scăzută. Acest lucru reduce, de asemenea, tensiunea mecanică a cablurilor la conector.
O altă soluție este o tehnologie de compresie numită CIN :: APSE (figura 3). Este o continuare a ideii de a oferi conexiuni multiple printr-un pachet discret de fire de molibden placate cu aur, care sunt grupate la întâmplare. Aceasta înseamnă că există șapte până la 11 puncte de contact la fiecare capăt, realizate prin atingerea unei plăcuțe de împerechere pe un dispozitiv rigid sau flexibil PCB sau semiconductor.
Pachetul este introdus într-o diafragmă patentată în formă de clepsidră în corpul conector izolant de polimer lichid. Aplicațiile țintă includ interfețe de conector între PCB-uri, sau PCB pentru dispozitive de tip grilă (LGA) (cum ar fi asics și CPU). Numărul pinului I / O poate depăși 7.000 la un pas până la 1.0mm.
Contactele Dura-Con Twist-Pin sunt clasificate la temperatura de la -55 ° C până la +135 ° C. Fiecare contact poate transporta 3A la 600V AC la nivelul mării. Rezistența la contact este de maxim 8mΩ. Evaluate la 170g și 11,33g (6,0-onz și 0,4-onz) maxim, forțele de inserție și retragere au un raport mai mare de 10: 1.
Acest lucru se datorează efectului de extindere și de contracție a cuștii. Acest contact poate fi utilizat în aplicații care necesită o impedanță diferențială controlată, cu cablare potrivită pentru o integritate ridicată a semnalului. Testele de secvență binară pseudo-aleatoare (PRBS) la o rată de date de 1,25 Gbps au dovedit această performanță, iar măsurările reflectometriei domeniului de timp (TDR) au confirmat o impedanță diferențială de 100Ω.
La o distanțare de 1,0 mm (0,04-inci), contactul de compresie CIN :: APSE este evaluat la 3A până la 6 A. Dielectricul rezistă la 500V DC la nivelul mării, intervalul de temperatură de operare este de -60 ° C la -105 ° C. Gradul de șoc este de 100 G, testele de șoc efectuate pentru clienți în anumite aplicații ajungând la 22.000 G și pot rezista la temperaturi de până la -200 ° C. Intervalul de frecvență atinge până la 50GHz, în timp ce pierderea de inserare este de -0.2dB la 10GHz și doar -1.2dB la 20GHz.
Unele alte caracteristici semnificative ale proiectului includ valori foarte mici de intersecție între contacte, la mai puțin de -25dB. Pierderea de retur este măsurată ca -19dB la 10GHz, iar rezistența de contact este mai mică de 10mΩ cu o inductanță mai mică de 0,5 nH.
Figura 4: CIN :: Conectori APSE pentru asics,
interpozitive și interpozitive RF
Contactul CIN :: APSE este disponibil cu o înălțime împerecheată de 0,8 mm sau 0,032-inci, dar lungimea efectivă poate fi extinsă cu diverse opțiuni de distanțiere și plonjante, care sunt integrate în lungimea contactului conectorului. În acest fel, se pot parcurge distanțe de până la 25,4 mm (un inch). Atunci când contactul este încorporat între două plonje, acesta este protejat mecanic împotriva manipulării daunelor. Tehnologia are cele mai bune performanțe atunci când un sistem de compresie este utilizat pentru a asigura o presiune uniformă pe întreaga gamă de contacte. Acest lucru poate fi realizat folosind un aranjament de plăci, arc și șuruburi, așa cum ar putea fi utilizat pentru terminarea unui circuit flexibil la un PCB sau un sistem LGA tipic, cu o placă de rezistență de sus și o placă de fixare inferioară între LGA și PCB. Acesta va fi fixat cu șuruburi și arcuri cu oprire controlată, cu o rată definită pentru a oferi o distribuție uniformă a presiunii.
Versiunile personalizate ale structurilor de contact pot fi configurate la cerințele de amprentă ale clienților, împreună cu proiectarea completă a sistemului de compresie.
Deoarece dimensiunile mici, densitatea ridicată și interconectarea fiabilă în aplicațiile actuale au înlocuit conectorii simpli de fricțiune - care în mod clar nu sunt suficienți pentru sarcinile curente - o tehnologie de conector echipată cu un terminal cu mai multe contacte poate oferi performanțe optime de la curent continuu la zeci de GHz.
