Integrācija sistēmas, PCB un integrētās shēmas līmenī ir viena no mūsdienu elektronikas dizaina intriģējošākajām parādībām.
Ar stingrāku integrāciju palielinās vajadzība pēc fiziskākiem savienojumiem starp komponentiem, ierīcēm, dēļiem, paneļiem vai ārējiem kabeļiem. Uzticami savienojamas elektroniskās sistēmas ir svarīgs uzdevums, jo īpaši, ja runa ir par prasīgiem lietojumiem kosmosa, militāros un rūpnieciskos lietojumos.
Nākotnē autonomajām automašīnām un bezpilota lidaparātiem būs nepieciešami ne tikai uzticami un izturīgi savienojumi, bet arī kompaktas un vieglas mehāniskās konstrukcijas koncepcijas. Runājot par augstas uzticamības savienotājiem, oriģinālais apaļais bajonets saglabā savu nišu, taču daudzos gadījumos miniaturizācija un kompaktums prasa mazākas un vieglākas savienotāju versijas.
Arvien pieaug vajadzība pēc sistēmām, kuras var darboties skarbā vidē, un tas veicina arī savienotāju dizainu, kuru svars nepārsniedz dažus gramus. Aviācijas un kosmosa nozare, iespējams, ir viskritiskākais pielietojums svara samazināšanas ziņā. Viens piemērs ir lētu un vieglu mini satelītu programma CubeSat, kuru 1999. gadā atklāja Stenfordas universitāte. Viņiem ir jāpārnēsā masa, kas nepārsniedz 1,33 kg uz 10 cm3.
Atlases process
Elektromehāniskie savienotāji kļūst arvien sarežģītāki, un tie atbilst tālajam specifikāciju sarakstam, piemēram, līdzstrāvas vadīšana, sprieguma novērtējums, izolācija un kontakta pretestība, ievietošanas zudumi noteiktā frekvencē, vadītāju savstarpējā saruna, induktivitāte starp vadītājiem, savstarpēja kapacitāte un mehāniskā ievietošana. un izvešanas spēki.
Pieaugoša nozīme ir tādām vides specifikācijām kā darba temperatūra, mitrums, triecieni, vibrācija, augstums virs jūras līmeņa un izturība pret parastajām ķīmiskajām vielām.
Tāpēc savienotāju dizains un izgatavošana ir kļuvusi par jomu speciālistiem ar reputāciju, kas garantē produktu signālu un enerģijas integritāti.
Kādi ir izaicinājumi?
Lai pārvarētu izaicinājumus, ar kuriem tagad saskaras mehāniskie savienotāji, ražotāji aprīko vairākus kontaktpunktus. Tas nodrošina zināmu mehāniskās atbilstības pakāpi, lai nodrošinātu, ka noteiktās zemās kontakta pretestības un induktivitātes vērtības tiek saglabātas mehāniskās deformācijas, trieciena un vibrācijas ietekmes apstākļos.
Savienotāju konstrukcijā galvenā problēma ir drošas mehāniskās saskarnes nodrošināšana ar minimālu fizisko un elektrisko pārtraukumu. Slikti piemēri ir līdzstrāvas tīklāji vai maiņstrāvas pretestības neatbilstība vai zudumi augstfrekvences pārraidēs.
Savienotāju dizaina vēsture ir pilna ar atjautības mēģinājumiem, bet, turpinoties miniaturizācijai, integrācijai un vienlaicīgi samazinot savienotāju izmērus, priekšplānā izvirzās jauni izaicinājumi.
Savienojuma kontaktu kontaktus ir viegli pievienot un atvienot
Cinch piedāvātajā twist-pin tehnoloģijā ir atrodams vienkāršs risinājums zemas frekvences signalizēšanai un enerģijas pārvadei. Tas ir daudzos sērijas Dura-Con stilos (1. attēls).
Ideja ir saišķīt septiņas apzeltīta berilija-vara stieples šķipsnas, metināt tās galā un mehāniski paplašināt, lai izveidotu būru ar septiņiem saskares punktiem, kas pieejams pārojošās sieviešu tapas perifērijā.Šis vītā tapa ir izmantots taisnstūra Dura-Con savienotājā un Micro-D (MIL-DTL-83513). Konfigurēts kā sloksnes savienotājs ar minimālu vietu un svaru, Micro-D (2. attēls) rada līdz 60 līnijas savienojumus ar soli līdz 1,27 mm. Ievietošanas process paplašina būru ar pozitīvu “noslaukšanas” darbību. Izņemšana noslēdz būru, tāpēc izņemšanas spēks joprojām ir mazs. Tas arī samazina mehānisko spriegumu, kas rodas savienojuma vadiem.
Vēl viens risinājums ir saspiešanas tehnoloģija, ko sauc par CIN :: APSE (3. attēls). Tas ir turpinājums idejai par vairāku savienojumu nodrošināšanu caur diskrētu, ar zeltītu molibdēna stiepļu paketi, kas ir nejauši saišķota. Tas nozīmē, ka katrā galā ir septiņi līdz 11 saskares punkti, kas izveidoti, pieskaroties pārošanās spilventiņam uz stingras vai elastīgas PCB vai pusvadītāju ierīces.
Pakete ir ievietota patentētā smilšu pulksteņa formas atverē šķidro kristālu polimēra savienotāja korpusā. Mērķa lietojumprogrammās ietilpst savienotāju saskarnes starp PCB vai PCB zemes tīkla masīva (LGA) ierīcēm (piemēram, asics un CPU). I / O kontaktu skaits var pārsniegt 7000 ar soli līdz 1,0 mm.
Dura-Con Twist-Pin kontaktu temperatūra ir no –55 ° C līdz –135 ° C. Katrs kontakts var nest 3A pie 600V maiņstrāvas jūras līmenī. Kontakta pretestība ir maksimāli 8mΩ. Ar maksimālo spiedienu attiecīgi 170 g un 11,33 g (6,0 unces un 0,4 unces), ievietošanas un izņemšanas spēku attiecība ir lielāka par 10: 1.
Tas ir saistīts ar būra paplašināšanas un saraušanās efektu. Šo kontaktu var izmantot lietojumprogrammās, kurām nepieciešama kontrolēta diferenciālā pretestība ar atbilstošiem kabeļiem, lai nodrošinātu augstu signāla integritāti. Pseidogadījuma bināro secību (PRBS) testi ar 1,25 Gbps datu pārraides ātrumu ir pierādījuši šo veiktspēju, un laika apgabala reflektometrijas (TDR) mērījumi ir apstiprinājuši diferenciālo pretestību 100Ω.
Ar 1,0 mm (0,04 collas) atstarpi CIN :: APSE saspiešanas kontakts tiek novērtēts no 3A līdz 6A. Dielektriķis iztur 500 V līdzstrāvu jūras līmenī, darba temperatūras diapazons ir no -60 ° C līdz +105 ° C. Trieciena vērtējums ir 100G, ar trieciena testiem, kas veikti klientiem noteiktos lietojumos, sasniedzot 22 000 G, un tas var izturēt pat -200 ° C temperatūru. Frekvences diapazons sasniedz līdz 50GHz, bet ievietošanas zudums ir -0,2dB pie 10GHz un tikai -1,2dB pie 20GHz.
Dažās citās nozīmīgās dizaina iezīmēs ietilpst ļoti zemas šķērsruna vērtības starp kontaktiem, mazāk nekā -25 dB. Atgriešanās zudumus mēra kā -19dB pie 10GHz, un kontakta pretestība ir mazāka par 10mΩ ar induktivitāti mazāku par 0,5nH.
4. attēls: CIN :: APSEPSavienotāji,
interferētāji un RF interferieri
CIN :: APSE kontakts ir pieejams ar savienoto augstumu 0,8 mm vai 0,032 collas, bet faktisko garumu var pagarināt ar dažādām starpliku un virzuli iespējām, kuras ir integrētas savienotāja kontakta garumā. Tādā veidā var novirzīt attālumus līdz 25,4 mm (vienu collu). Kad kontakts ir iestrādāts starp diviem virziem, tas ir mehāniski aizsargāts pret pārvietošanās bojājumiem. Tehnoloģija vislabāk darbojas, ja tiek izmantota kompresijas sistēma, kas nodrošina vienmērīgu spiedienu visā kontaktu masīvā. To var panākt, izmantojot plākšņu, atsperes un skrūvju izkārtojumu, ko var izmantot, lai pārtrauktu elastīgu shēmu uz PCB, vai tipisku LGA sistēmu ar augšējo dzesētāja un apakšējo stiprinājuma plāksni starp LGA un PCB. Tas tiks fiksēts ar kontrolētām skrūvēm un atsperēm ar noteiktu ātrumu, lai nodrošinātu vienmērīgu spiediena sadalījumu.
Kontaktpersonu izkārtojuma pielāgotās versijas var konfigurēt atbilstoši klientu vajadzībām pēc pilnīgas kompresijas sistēmas konstrukcijas.
Tā kā mūsdienu lietojumprogrammās ir mazs izmērs, augsts blīvums un uzticams savienojums, ir aizstāti vienkārši berzei piemēroti savienotāji - kas acīmredzami nav pietiekami pašreizējiem uzdevumiem - ar daudzkontaktu spaili aprīkota savienotāju tehnoloģija var nodrošināt optimālu veiktspēju no līdzstrāvas līdz desmitiem GHz.
