Integriranost na nivou sustava, PCB-a i integriranog kruga jedan je od najintrigantnijih pojava današnjih dizajna elektronike.
Čvršćom integracijom povećava se potreba za fizičkim vezama između komponenata, uređaja, ploča, ploča ili vanjskog kablova. Pouzdano međusobno povezivanje elektroničkih sustava je glavni zadatak, posebno kada je riječ o zahtjevnim primjenama u zrakoplovnoj, vojnoj i industrijskoj primjeni.
U budućnosti će za autonomne automobile i bespilotne letjelice biti potrebni ne samo pouzdani i izdržljivi međuspojevi, već i kompaktni i lagani koncepti za mehanički dizajn. Što se tiče konektora visoke pouzdanosti, izvorni kružni bajonet održava svoju nišu, ali u mnogim aplikacijama minijaturizacija i kompaktnost traže manje i lakše verzije priključaka.
Raste potreba za sistemima koji mogu raditi u oštrim okruženjima, što također doprinosi dizajnu konektora koji je ograničen na nekoliko grama težine. Aerospace je možda najkritičnija primjena u pogledu smanjenja težine. Jedan primjer je CubeSat program niskobudžetnih i laganih mini satelita, koji je 1999. godine otvorio Sveučilište Stanford. Od njih se mora nositi masa ne veća od 1,33 kg po 10 cm3.
Proces odabira
Elektromehanički konektori su sve složeniji, u skladu s dugim popisom specifikacija kao što su rukovanje istosmjernom strujom, napon, izolacija i otpor kontakta, gubitak umetanja na određenoj frekvenciji, unakrsni razgovor između vodiča, induktivnost između vodiča, međusobna kapacitivnost i mehaničko umetanje i snage povlačenja.
Sve veći značaj imaju ekološke specifikacije kao što su radna temperatura, vlaga, udar, vibracije, visina i otpornost na uobičajene hemikalije.
Dizajn i proizvodnja priključaka prerasli su u polje za stručnjake koji imaju reputaciju u garantovanju integriteta signala i snage.
Koji su izazovi?
Da bi prevazišli izazove s kojima su mehanički priključci sada suočeni, proizvođači namještaju više dodirnih tačaka. To donosi stupanj mehaničke usklađenosti kako bi se osiguralo da se navedene niske kontaktne otpornosti i induktivnosti održavaju u uvjetima mehaničke deformacije, udara i vibracija.
Prilikom dizajna konektora od najveće brige je pouzdano mehaničko sučelje s minimalnim fizičkim i električnim diskontinuitetom. Loši primjeri bi bili jednosmerne točke istosmjernog napajanja, ili neusklađenosti ili gubici naizmenične struje kod prijenosa visoke frekvencije.
Povijest dizajna konektora prepuna je pokušaja domišljatosti, ali kako se minijaturizacija, integracija i istovremeno smanjivanje dimenzija konektora nastaju, novi izazovi dolaze u prvi plan.
Twist pin kontakte je lako priključiti i isključiti
Jednostavno rješenje za aplikacije niskofrekventne signalizacije i prijenosa energije nalaze se u twist-pin tehnologiji koju nudi Cinch. Dolazi u mnogim stilovima serije Dura-Con (Slika 1).
Ideja je spojiti sedam žica pozlaćene žice od berilijuma i bakra, zavariti ih na vrhu i mehanički ih proširiti tako da formiraju kavez sa sedam dodirnih točaka na periferiji ženskog igle za parenje.Ova izvedba okretnih pinova koristi se u pravokutnom Dura-Con priključku i Micro-D (MIL-DTL-83513). Konfiguriran kao tračni konektor s minimalnim prostorom i težinom, Micro-D (slika 2) stvara do 60 linijskih priključaka sa nagibom do 1,27 mm. Proces umetanja proširuje kavez pozitivnom akcijom brisanja. Povlačenjem ugovori kavez, pa sila povlačenja ostaje mala. To umanjuje i mehanički napon kablova na konektor.
Drugo rješenje je tehnologija kompresije koja se zove CIN :: APSE (slika 3). To je nastavak ideje o pružanju višestrukih veza putem diskretnog snopa pozlaćenih žica od molibdena, koje se nasumično spajaju. To znači da postoje sedam do 11 točaka kontakta na svakom kraju, napravljenih dodirom na podlogu za parenje na čvrstom ili fleksibilnom PCB ili poluvodičkom uređaju.
Snop je umetnut u patentirani otvor u obliku pješčanog sata u izolacijskom kućištu polimera od tečnog kristala. Ciljne aplikacije uključuju priključne interfejse između PCB-ova ili PCB-a za uređaje s nizom mrežnih nizova (LGA) (kao što su asics i CPU). Broj I / O pinova može preći 7000 pri nagibu do 1,0 mm.
Dura-Con Twist-Pin kontakti su temperaturne vrijednosti od -55 ° C do 35135 ° C. Svaki kontakt može nositi 3A na 600V AC na razini mora. Kontaktni otpor je maks. 8mΩ. Nazivljeno na 170 g i 11,33 g (6,0 unce i 0,4 unce), maksimalno, snage za umetanje i povlačenje imaju odnos veći od 10: 1.
To je zbog ekspanzije i kontrakcije u kavezu. Ovaj kontakt se može koristiti u aplikacijama koje zahtijevaju kontroliranu diferencijalnu impedansu, s odgovarajućim kabliranjem za visoki integritet signala. Pseudo-slučajni binarni slijed (PRBS) testovi brzine podataka od 1,25 Gbps dokazali su ovu izvedbu, a mjerenja refleksije vremenske domene (TDR) potvrdila su diferencijalnu impedansu od 100Ω.
Na razmaku od 1,0 mm (0,04 inča), CIN :: APSE kontakt kompresije je ocijenjen na 3A do 6A. Dielektrik podnosi 500V DC na razini mora, radna temperatura je od -60 ° C do +105 ° C. Ocjena udara je 100G, s tim da se šok testovi provode kod kupaca u određenim aplikacijama od 22.000G i mogu izdržati temperature do -200 ° C. Raspon frekvencija doseže i do 50GHz, dok je gubitak umetanja -0,2dB na 10GHz i samo -1,2dB na 20GHz.
Neke druge značajne karakteristike dizajna uključuju vrlo niske vrijednosti preslušavanja između kontakata, niže od -25dB. Gubitak povratka mjeri se na -19dB na 10GHz, a kontaktni otpor je manji od 10mΩ s induktivnošću manjom od 0,5nH.
Slika 4: CIN :: APSE konektori za asics,
interpozitorima i RF interpozitorima
CIN :: APSE kontakt je dostupan sa pariranom visinom od 0,8 mm ili 0,032 inča, ali efektivnu dužinu možete proširiti raznim opcijama odstojnika i klipa koji su integrirani u duljinu kontakta konektora. Na ovaj način se mogu prelaziti udaljenosti do 25,4 mm (jedan inč). Kada je kontakt ugrađen između dva klipa, mehanički je zaštićen od rukovanja oštećenjima. Tehnologija najbolje funkcionira kada se sistem za kompresiju koristi za pružanje ujednačenog pritiska kroz kontaktni niz. To se može postići raspoređivanjem ploča, opruga i vijaka, kao što se može koristiti za završavanje fleksibilnog kruga na PCB-u, ili tipičnog LGA sistema s gornjim hladnjakom i donjim potpornim pločama između LGA-e i PCB-a. Bio bi fiksiran vijcima s kontroliranim zaustavljanjem i oprugama definirane brzine kako bi se postigla ujednačena raspodjela tlaka.
Prilagođene verzije izgleda kontakata mogu se konfigurirati u skladu sa zahtjevima kupaca, zajedno s kompletnim dizajnom sustava kompresije.
Kako su mala veličina, velika gustina i pouzdano međusobno povezivanje u modernim aplikacijama zamijenili jednostavne konektore koji su prilagođeni trenju - koji očito nisu dovoljni za trenutne zadatke - tehnologija konektora opremljena višekontaktnim terminalom može pružiti optimalne performanse od DC do desetine GHz.
