Integrace na úrovni systému, PCB a integrovaných obvodů je jedním z nejzajímavějších fenoménů dnešních elektronických návrhů.
S užší integrací se zvyšuje potřeba fyzického propojení mezi komponenty, zařízeními, deskami, panely nebo externí kabeláží. Spolehlivé propojení elektronických systémů je hlavním úkolem, zejména pokud jde o náročné aplikace v leteckém, vojenském a průmyslovém použití.
V budoucnosti budou autonomní automobily a bezpilotní vzdušná vozidla vyžadovat nejen spolehlivé a odolné propojení, ale také kompaktní a lehké koncepty pro mechanický design. Pokud jde o konektory s vysokou spolehlivostí, původní kruhový bajonet si udržuje své místo, ale v mnoha aplikacích vyžaduje miniaturizace a kompaktnost menší a lehčí verze konektorů.
Stále roste potřeba systémů, které mohou pracovat v drsných prostředích, což také přispívá k konstrukcím konektorů, které jsou omezeny na několik gramů hmotnosti. Aerospace je zřejmě nejkritičtější aplikací z hlediska snižování hmotnosti. Jedním z příkladů je program CubeSat levných a lehkých mini-satelitů, který byl slavnostně otevřen v roce 1999 Stanfordskou univerzitou. Musí mít hmotnost nepřesahující 1,33 kg na 10 cm3.
Výběrový proces
Elektromechanické konektory jsou stále složitější a vyhovují dlouhému seznamu specifikací, jako je manipulace se stejnosměrným proudem, jmenovité napětí, izolace a kontaktní odpor, ztráta zasunutí při určité frekvenci, křížový hovor mezi vodiči, indukčnost mezi vodiči, vzájemná kapacita a mechanické zasunutí. a stahovací síly.
Rostoucí význam mají environmentální specifikace, jako je provozní teplota, vlhkost, rázy, vibrace, nadmořská výška a odolnost vůči běžným chemikáliím.
Konstrukce a výroba konektorů se proto rozrostla na pole pro odborníky s pověstí pro zaručení integrity signálu a výkonu produktů.
Jaké jsou výzvy?
Abychom překonali problémy, kterým nyní čelí mechanické konektory, výrobci montují více kontaktních míst. To přináší určitý stupeň mechanické poddajnosti, aby bylo zajištěno, že stanovené nízké hodnoty kontaktního odporu a indukčnosti jsou udržovány za podmínek mechanické deformace, nárazů a vibrací.
Při konstrukci konektoru se primárně věnuje zajištění spolehlivého mechanického rozhraní s minimem fyzické a elektrické diskontinuity. Špatnými příklady by byly stejnosměrné hotspoty nebo nesoulad AC impedancí nebo ztráty při vysokofrekvenčních přenosech.
Historie designu konektorů je plná pokusů o vynalézavost, ale jak miniaturizace, integrace a současné zmenšování rozměrů konektorů pokračují, přicházejí do popředí nové výzvy.
Kontakty s kroucenými kolíky lze snadno připojit a odpojit
Jednoduché řešení pro nízkofrekvenční signalizaci a přenos energie je v technologii twist-pin, kterou nabízí Cinch. Je dodáván v mnoha stylech řady Dura-Con (obrázek 1).
Cílem je spojit sedm pramenů pozlaceného drátěného berylia s mědí, navařit je na špičku a mechanicky je rozšířit tak, aby vytvořily klec se sedmi body kontaktu, které jsou k dispozici uvnitř obvodu spárovacího samičího kolíku.Tato konstrukce s otočným kolíkem se používá v pravoúhlém konektoru Dura-Con a Micro-D (MIL ‑ DTL-83513). Micro-D (obr. 2), konfigurovaný jako konektor pro pásy s minimálním prostorem a hmotností, vytváří až 60 in-line spojení se sklonem do 1,27 mm. Proces vkládání rozšiřuje klec pozitivní akcí „stírání“. Stahování stahuje klec, takže tažná síla zůstává nízká. Tím se také minimalizuje mechanické namáhání zapojení do konektoru.
Dalším řešením je kompresní technologie s názvem CIN :: APSE (obrázek 3). Je to pokračování myšlenky poskytovat vícenásobné spojení prostřednictvím diskrétního svazku pozlacených molybdenových drátů, které jsou náhodně svázány. To znamená, že na každém konci je sedm až 11 kontaktních bodů vytvořených dotykem protilehlé podložky na pevném nebo flexibilním PCB nebo polovodičovém zařízení.
Svazek je vložen do patentovaného otvoru ve tvaru přesýpacích hodin v izolačním těle polymeru z tekutých krystalů. Cílové aplikace zahrnují rozhraní konektorů mezi PCB nebo zařízení PCB pro pozemní distribuční soustavu (LGA) (jako jsou asics a CPU). Počet pinů I / O může přesáhnout 7 000 při rozteči dolů na 1,0 mm.
Dura-Con Twist-Pin kontakty jsou teplotně hodnoceny při -55 ° C až ~ 135 ° C. Každý kontakt může nést 3A při 600 V AC na hladině moře. Kontaktní odpor je max. 8 mΩ. Při maximálním zatížení 170 g a 11,33 g (6,0 unce a 0,4 unce) mají síla zaváděcího a stahovacího poměru poměr více než 10: 1.
Důvodem je expanzní a kontrakční účinek klece. Tento kontakt může být použit v aplikacích, které vyžadují řízenou diferenciální impedanci, s odpovídající kabeláží pro vysokou integritu signálu. Pseudonáhodné testy s binárními sekvencemi (PRBS) při datové rychlosti 1,25 Gbps prokázaly tento výkon a měření reflektometrie v časové doméně (TDR) potvrdily diferenciální impedanci 100 ohmů.
Při vzdálenosti 1,0 mm (0,04 palce) je kompresní kontakt CIN :: APSE dimenzován na 3A až 6A. Šokové hodnocení je 100 G, s rázovými testy prováděnými pro zákazníky v určitých aplikacích dosahujícími 22 000 G a vydrží teploty až -200 ° C. Frekvenční rozsah dosahuje až 50 GHz, zatímco ztráta vložení je -0,2 dB na 10 GHz a pouze -1,2 dB na 20 GHz.
Některé další významné rysy designu zahrnují velmi nízké hodnoty přeslechů mezi kontakty, při méně než -25 dB. Ztráta zpětného toku se měří jako -19dB při 10 GHz a kontaktní odpor je menší než 10 mΩ s indukčností menší než 0,5nH.
Obrázek 4: CIN :: APSE Connectors for asics,
interposery a RF interposery
Kontakt CIN :: APSE je k dispozici se spárovanou výškou 0,8 mm nebo 0,032 palce, ale efektivní délka může být prodloužena pomocí různých možností rozpěr a pístů, které jsou integrovány do délky kontaktů konektoru. Tímto způsobem lze překlenout vzdálenosti až 25,4 mm (jeden palec). Když je kontakt vložen mezi dva plunžry, je mechanicky chráněn před poškozením při manipulaci. Technologie funguje nejlépe, když je kompresní systém používán k zajištění rovnoměrného tlaku přes kontaktní pole. Toho může být dosaženo použitím uspořádání desek, pružin a šroubů, jak by se mohlo použít pro ukončení flexibilního obvodu do DPS, nebo typického systému LGA s horním chladičem a spodní destičkou mezi LGA a DPS. Upevnění by bylo zajištěno pomocí šroubů s řízeným dorazem a pružin s definovanou rychlostí, aby bylo zajištěno rovnoměrné rozdělení tlaku.
Vlastní verze rozvržení kontaktů lze konfigurovat podle požadavků zákazníků na stopu společně s kompletním návrhem kompresního systému.
Vzhledem k tomu, že malé rozměry, vysoká hustota a spolehlivé propojení v moderních aplikacích nahradily jednoduché třecí konektory, které zjevně nepostačují pro současné úkoly, může technologie konektorů vybavená vícekontaktním terminálem poskytnout optimální výkon od DC až do desítek GHz.
