Интеграцията на нивото на системата, печатни платки и интегрални схеми е едно от най-интригуващите явления на съвременния дизайн на електрониката.
С по-тясната интеграция се увеличава нуждата от повече физически връзки между компоненти, устройства, платки, панели или външно окабеляване. Надеждното свързване на електронните системи е основна задача, особено що се отнася до взискателните приложения в космическото, военното и промишленото приложение.
В бъдеще автономните автомобили и безпилотните летателни апарати ще изискват не само надеждни и трайни връзки, но и компактни и леки концепции за механичен дизайн. По отношение на конекторите с висока надеждност оригиналният кръгъл байонет поддържа своята ниша, но в много приложения миниатюризацията и компактността изискват по-малки и по-леки версии на конектори.
Нараства потребността от системи, които могат да работят в тежки условия, което също допринася за дизайна на конекторите, които са ограничени до няколко грама тегло. Аерокосмосът е може би най-критичното приложение по отношение на намаляването на теглото. Един пример е програмата CubeSat на нискотарифни и леки мини сателити, открита през 1999 г. от Станфордския университет. Те трябва да носят маса не повече от 1.33 кг на 10 см3.
Процесът на подбор
Електромеханичните съединители са все по-сложни, съответстващи на дълъг списък от спецификации като управление на постоянен ток, напрежение, изолация и контактно съпротивление, загуба на вмъкване с определена честота, напречно говорене между проводници, индуктивност между проводниците, взаимен капацитет и механично поставяне и сили за изтегляне.
От нарастващо значение са екологичните спецификации, като работна температура, влажност, удар, вибрации, надморска височина и устойчивост срещу обикновени химикали.
Проектирането и производството на конектори е прераснало в поле за специалисти с репутация за гарантиране на целостта на сигнала и мощността на продуктите.
Какви са предизвикателствата?
За да преодолеят предизвикателствата, пред които са изправени сега механичните конектори, производителите монтират множество точки на контакт. Това носи степен на механично съответствие, за да се гарантира, че определените ниски стойности на съпротивление и индуктивност се поддържат в условия на механична деформация, удар и вибрации.
От първостепенно значение при дизайна на конектора е осигуряването на надежден механичен интерфейс с минимум физически и електрически прекъсвания. Лоши примери са горещи точки за постоянен ток или несъответствия или загуби на променлив ток при високочестотни предавания.
Историята на дизайна на конекторите е пълна с опити за изобретателност, но тъй като миниатюризацията, интеграцията и едновременното намаляване на размерите на конекторите, на преден план излизат нови предизвикателства.
Контактите с въртящи щифтове са лесни за включване и изключване
Просто решение за приложения с ниска честота на сигнализация и предаване на енергия се намира в технологията на въртене на щифтове, предлагана от Cinch. Предлага се в много стилове от серията Dura-Con (Фигура 1).
Идеята е да се свържат седем нишки от позлатено медно жило от берилий, да се заваряват на върха им и механично да се разширят, за да образуват клетка със седем точки на контакт, налична вътре в периферията на чифтосащ женски щифт.Този дизайн с въртящ щифт се използва в правоъгълния конектор Dura-Con и Micro-D (MIL ‑ DTL-83513). Конфигуриран като лентов конектор с минимално пространство и тегло, Micro-D (Фигура 2) създава до 60 редови връзки с стъпка до 1,27 мм. Процесът на поставяне разширява клетката с положително действие за избърсване. Оттеглянето договаря клетката, така че силата за изтегляне остава ниска. Това също свежда до минимум механичното напрежение върху окабеляването към конектора.
Друго решение е компресионната технология, наречена CIN :: APSE (Фигура 3). Това е продължение на идеята за осигуряване на множество връзки чрез дискретен сноп от позлатени молибденови проводници, които са произволно свързани. Това означава, че има седем до 11 точки на контакт от всеки край, направени чрез докосване на подложка за чифтосване върху твърда или гъвкава печатна платка или полупроводниково устройство.
Пакетът се вкарва в патентована отвор с форма на часовников часовник в изолационното течнокристално полимерно съединително тяло. Целевите приложения включват съединителни интерфейси между печатни платки или PCB към устройства за наземна мрежа (LGA) (като asics и CPU). Броят на входно-изходните пинове може да надвишава 7000 при стъпка до 1,0 мм.
Контактите на Dura-Con Twist-Pin са с температура от -55 ° C до 35135 ° C. Всеки контакт може да носи 3A при 600V AC на морско ниво. Контактното съпротивление е максимум 8mΩ. Оценени съответно на 170 g и 11,33 g (6,0 унции и 0,4 унция), силите за поставяне и изтегляне имат съотношение повече от 10: 1.
Това се дължи на ефекта на разширяване и свиване на клетката. Този контакт може да се използва в приложения, които изискват контролиран диференциален импеданс, с подходящо окабеляване за висока целост на сигнала. Тестовете за псевдослучайна двоична последователност (PRBS) при скорост на предаване на данни 1.25Gbps са доказали тази ефективност и измерванията на рефлектометрията на времевата област (TDR) потвърдиха диференциален импеданс от 100Ω.
При разстояние 1,0 mm (0,04-инча) контактът за компресия CIN :: APSE е оценен на 3A до 6A. Диелектрикът издържа 500V DC на морско равнище, диапазонът на работната температура е от -60 ° C до +105 ° C. Ударният рейтинг е 100G, като шокови тестове, извършвани за клиенти в определени приложения, достигат 22 000G и могат да издържат на температури до -200 ° C. Честотният диапазон достига до 50GHz, докато загубата на вмъкване е -0,2dB при 10GHz и само -1,2dB при 20GHz.
Някои други значими характеристики на дизайна включват много ниски стойности на кръстосани разговори между контактите, по-малко от -25dB. Загубата на връщане се измерва като -19dB при 10GHz, а контактното съпротивление е по-малко от 10mΩ с индуктивност по-малка от 0,5nH.
Фигура 4: CIN :: APSE конектори за asics,
интерпозитори и RF интервентори
Контактът CIN :: APSE се предлага с чифтосана височина от 0,8 мм или 0,032 инча, но ефективната дължина може да бъде удължена с различни опции дистанционери и бутала, които са интегрирани в дължината на контакта на конектора. По този начин могат да се обхващат разстояния до 25,4 мм (един инч). Когато контактът е вграден между две бутала, той е механично защитен срещу боравене с повреди. Това може да се постигне с помощта на подреждане на плочи, пружина и винтове, както може да се използва за прекратяване на гъвкава верига към печатна платка, или типична система LGA с горен радиатор и долна опорна плоча между LGA и печатни платки. Той ще бъде фиксиран с винтове с контролиран стоп и пружини с определена скорост, за да се осигури равномерно разпределение на налягането.
Персонализираните версии на оформлението на контактите могат да бъдат конфигурирани според нуждите на клиентите, както и цялостния дизайн на системата за компресия.
Тъй като малките размери, високата плътност и надеждната взаимосвързаност в съвременните приложения заменят прости съединители с триене - които очевидно не са достатъчни за текущите задачи - технологията на съединителя, оборудвана с многоконтактен терминал, може да осигури оптимална производителност от DC до десетки GHz.
