Integrácia na úrovni systému, PCB a integrovaného obvodu je jedným z najzaujímavejších javov dnešných elektronických návrhov.
Pri užšej integrácii sa zvyšuje potreba väčšej fyzickej väzby medzi komponentmi, zariadeniami, doskami, panelmi alebo vonkajšou kabelážou. Spoľahlivo prepojenie elektronických systémov je hlavnou úlohou, najmä pokiaľ ide o náročné aplikácie v leteckom, vojenskom a priemyselnom vzdatách.
V budúcnosti budú autonómne automobily a bezpilotné vzdušné prostriedky vyžadovať nielen spoľahlivé a odolné prepojenia, ale aj kompaktné a ľahké koncepcie mechanického dizajnu. Pokiaľ ide o vysoko spoľahlivé konektory, pôvodný kruhový bajonet si zachováva svoj výklenok, ale v mnohých aplikáciách, miniaturizácia a kompaktnosť požadujú menšie a ľahšie verzie konektorov.
Rastie potreba systémov, ktoré môžu fungovať v drsnom prostredí, čo tiež prispieva k návrhu konektorov, ktoré sú obmedzené na niekoľko gramov hmotnosti. Letecký a kozmický priemysel je snáď najkritickejšie aplikácie, pokiaľ ide o zníženie hmotnosti. Jedným z príkladov je program CubeSat nízkonákladových a ľahkých minisatelitov, slávnostne otvorený v roku 1999 Stanforduniversity. Sú povinní niesť hmotnosti nie viac ako 1,33 kg na 10cm3.
Výberový proces
Elektromechanické konektory sú čoraz zložitejšie, ktoré zodpovedajú dlhému zoznamu špecifikácií, ako je manipulácia s jednosmerným prúdom, hodnotenie napätia, izolačná a kontaktná odolnosť, strata vloženia pri určenej frekvencii, krížová diskusia medzi vodičmi, indukcia medzi vodičmi, vzájomná kapacita a mechanické vloženie a abstinenčné sily.
Čoraz väčší význam sú environmentálne špecifikácie, ako je prevádzková teplota, vlhkosť, šok, vibrácie, nadmorská výška a odolnosť voči bežným chemikáliám.
Konštrukcia a výroba konektorov sa preto rozrástla do poľa pre špecialistov s povesťou pre zaručenie integrity signálu a energie výrobkov.
Aké sú výzvy?
Na prekonanie výziev mechanické konektory teraz čelia, výrobcovia sú montáž viac kontaktných miest. To prináša určitý stupeň mechanickej zhody, aby sa zabezpečilo, že špecifikované hodnoty nízkej kontaktnej odolnosti a indukčnosti sa udržiavajú v podmienkach mechanickej deformácie, nárazu a vibrácií.
Primárne obavy v konštrukcii konektora poskytuje spoľahlivé mechanické rozhranie s minimom fyzickej a elektrickej diskontinuity. Chybnými príkladmi by boli dc hotspoty alebo ac impedancie nesúladalebo straty pri vysokofrekvenčných prenosoch.
História dizajnu konektorov je plná pokusov o vynaliezavosť, ale ako miniaturizácia, integrácia a súbežné znižovanie rozmerov konektorov 'pokračovať, nové výzvy prichádzajú do popredia.
Twist pin kontakty sú ľahko pripojiť a odpojiť
Jednoduché riešenie pre nízkofrekvenčné signalizačné a prenosové aplikácie sa nachádza v technológii twist-pin, ktorú ponúka Cinch. Dodáva sa v mnohých štýloch série Dura-Con (obrázok 1).
Cieľom je zložiť sedem prameňov pozláteného berýlia-medený drôt, zvárať je na špičke a mechanicky rozšíriť ich vytvoriť klietku so siedmimi bodmi kontaktu k dispozícii vnútri obvodu párenie samica pin.Tento twist-pin dizajn sa používa v obdĺžnikovom Dura-Con konektora a Micro-D (MIL-DTL-83513). Micro-D (obrázok 2) je nakonfigurovaný ako pásový konektor s minimálnym priestorom a hmotnosťou a vytvára až 60 in-line pripojenie s rozstupom až 1,27 mm. Proces vkladania rozširuje klietku s pozitívnou akciou "utierania". Stiahnutie zmluvy klietky, takže odňatia sily zostáva nízka. Tým sa tiež minimalizuje mechanické namáhanie na zapojenie konektora.
Ďalším riešením je technológia kompresie s názvom CIN::APSE (obrázok 3). Je to pokračovanie myšlienky poskytovania viac spojení prostredníctvom diskrétneho zväzku pozlátených molybdénové drôty, ktoré sú náhodne zviazané. To znamená, že na každom konci je sedem až 11 bodov kontaktu, vyrobených dotykom podložky na párenie na pevnom alebo flexibilnom pcb alebo polovodičovom zariadení.
Zväzok je vložený do patentovaného presýpacieho skla v tvare otvoru v izolačnom telese konektora z tekutých kryštálov. Cieľové aplikácie zahŕňajú konektorové rozhrania medzi zariadeniami PCB alebo PCB na zariadenia lga (land grid array) (napríklad asics a CPU). Počet i/výstupných kolíkov môže presiahnuť 7000 na výške až 1,0 mm.
Kontakty Dura-Con Twist-Pin sú s hodnotením teploty pri teplote -55°C až +135°C. Každý kontakt môže niesť 3A pri 600V AC na úrovni mora. Kontaktný odpor je 8mΩ max. Menovité na 170g a 11,33 g (6,0-unca a 0,4-unca) maximum, respektíve vloženie a abstinenčné sily majú pomer viac ako 10:1.
Je to spôsobené expanzívnym a kontrakcie klietky. Tento kontakt môže byť použitý v aplikáciách, ktoré vyžadujú riadenú diferenciálnu impedanciu, so zodpovedajúcou kabelážou pre vysokú integritu signálu. Pseudonáhodné testy binárnej sekvencie (PRBS) pri rýchlosti dát 1,25 Gb/s preukázali tento výkon a merania odrazovej fázy (TDR) potvrdili diferenciálnu impedanciu 100Ω.
Pri rozstupe 1,0 mm (0,04 palca) sa kompresný kontakt CIN::APSE odohráva pri teplote 3A až 6A. Dielektrický odoláva 500V DC pri hladine mora, rozsah prevádzkovej teploty je -60°C až +105°C. Hodnotenie nárazov je 100G, pričom nárazové testy sa vykonávajú pre zákazníkov v určitých aplikáciách dosahujúcich 22 000 G a odolávajú teplotám tak nízkym ako -200 °C. Frekvenčný rozsah dosahuje až 50 GHz, zatiaľ čo strata vloženia je -0,2 dB pri frekvencii 10 GHz a len -1,2 dB pri 20 GHz.
Niektoré ďalšie významné vlastnosti dizajnu patrí veľmi nízke presluchové hodnoty medzi kontaktmi, na menej ako -25dB. Spätný útlm sa meria ako -19 dB pri frekvencii 10 GHz a kontaktná odolnosť je menšia ako 10mΩ s indukčnosťou menšou ako 0,5 nH.
Obrázok 4: CIN::Konektory APSE pre asics,
interposers a RF interposers
CIN::APSE kontakt je k dispozícii s spárenou výškou 0,8 mm alebo 0,032-palcov, ale efektívna dĺžka môže byť predĺžená s rôznymi možnosťami dištančných a piestov, ktoré sú integrované do dĺžky spojnice. Týmto spôsobom je možné rozložiť vzdialenosti až do 25,4 mm (jeden palec). Keď je kontakt vložený medzi dva piesty, je mechanicky chránený proti poškodeniu pri manipulácii. Technológia funguje najlepšie, keď kompresný systém sa používa na zabezpečenie jednotného tlaku cez kontaktné pole. To možno dosiahnuť pomocou usporiadania dosiek, pružiny a skrutiek, ako by mohli byť použité pre ukončenie pružný obvod do DPS, alebo typický systém LGA s horným chladičom a spodnej skrutky doska medzi LGA a PCB. Bolo by fixované pomocou svodov a pružín s definovanou rýchlosťou, aby sa rovnomerné rozloženie tlaku.
Vlastné verzie rozloženia kontaktov je možné nakonfigurovať podľa požiadaviek zákazníkov na stopu spolu s úplným návrhom kompresného systému.
Keďže malé rozmery, vysokohustotné a spoľahlivé prepojenie v moderných aplikáciách nahradili jednoduché trecie konektory – ktoré zjavne nepostačujú na súčasné úlohy – technológia konektorov vybavená viackontaktným terminálom môže poskytnúť optimálny výkon od DC po desiatky GHz.
