Інтеграція на рівні системи, друкованої плати та інтегральної мікросхеми - одне з найбільш інтригуючих явищ сучасних розробок електроніки.
При більш тісній інтеграції зростає потреба у більш фізичних з'єднаннях між компонентами, пристроями, платами, панелями або зовнішнім кабелем. Надійне з'єднання електронних систем є головним завданням, особливо якщо мова йде про вимогливі програми в аерокосмічному, військовому та промисловому застосуванні.
В майбутньому для автономних автомобілів та безпілотних літальних апаратів будуть потрібні не тільки надійні та міцні з'єднання, але й компактні та легкі концепції механічного проектування. Що стосується високонадійних роз'ємів, то оригінальний круговий байонет зберігає свою нішу, але в багатьох сферах застосування мініатюризація та компактність вимагають менших і легших версій роз'ємів.
Зростає потреба в системах, які можуть працювати в суворих умовах, що також сприяє конструкції роз'ємів, які мають вагу кількома грамами. Аерокосмічний, мабуть, найважливіший додаток з точки зору зниження ваги. Одним із прикладів є програма CubeSat з недорогих і легких міні-супутників, ініційована в 1999 році Стенфордським університетом. Вони повинні носити маси не більше 1,33 кг на 10 см3.
Процес відбору
Електромеханічні роз'єми стають все більш складними, відповідають довгому списку специфікацій, таких як обробка струму постійного струму, номінальна напруга, опір ізоляції та контакту, втрати вставки з заданою частотою, перехресні розмови між провідниками, індуктивність між провідниками, взаємна ємність та механічна вставка і сили виведення.
Все більшого значення набувають екологічні характеристики, такі як робоча температура, вологість, удар, вібрація, висота та стійкість проти звичайних хімічних речовин.
Таким чином, дизайн та виготовлення з'єднувачів переросли в поле для фахівців, які мають репутацію гарантування цілісності сигналу та потужності виробів.
Які проблеми?
Для вирішення проблем, з якими зараз стикаються механічні з'єднувачі, виробники встановлюють кілька точок дотику. Це забезпечує ступінь механічної відповідності, щоб гарантувати, що вказані низькі значення контактного опору та індуктивності підтримуються в умовах механічної деформації, удару та вібрації.
Основна проблема, що стосується конструкції роз'єму, - це надання надійного механічного інтерфейсу з мінімальними фізичними та електричними розривами. Поганими прикладами можуть бути гарячі точки постійного струму або невідповідність або втрати імпедансу змінного струму при передачі високої частоти.
Історія дизайну роз'ємів повна спроб винахідливості, але в міру продовження мініатюризації, інтеграції та одночасного зменшення розмірів роз'ємів на перший план виходять нові проблеми.
Контакти поворотних штифтів легко підключати та відключати
Просте рішення для застосувань низької частоти сигналізації та передачі електроенергії знайдене в технології повороту, запропонованої компанією Cinch. Він представлений у багатьох стилях серії Dura-Con (мал. 1).
Ідея полягає в тому, щоб зв’язати сім пасм із позолоченого берилієво-мідного дроту, приварити їх на кінчику і механічно розкласти їх, щоб утворити клітку з семи точками контакту, наявними всередині периферії шпильки жіночої шпильки.Ця конструкція з поворотним штифтом використовується в прямокутному з'єднувачі Dura-Con та Micro-D (MIL ‑ DTL-83513). Micro-D (мал. 2) створює до 60 лінійних з'єднань із кроком до 1,27 мм. Процес вставки розширює клітку позитивною дією "витирання". Витяг укладає клітку, тому сила виведення залишається низькою. Це також мінімізує механічне навантаження на проводку до з'єднувача.
Іншим рішенням є технологія стиснення під назвою CIN :: APSE (рис. 3). Це продовження ідеї забезпечення декількох з'єднань через дискретний пучок позолочених молібденових дротів, які випадковим чином пов'язані. Це означає, що на кожному кінці є сім до 11 точок дотику, зроблених дотиком до спарювальної колодки на жорсткій або гнучкої друкованій платі або напівпровідниковому пристрої.
Пачка вставляється в запатентоване отвір у формі пісочного годинника в корпусі ізоляційного рідкокристалічного полімеру. Цільові програми включають з'єднувальні інтерфейси між PCB або PCB для пристроїв наземного масиву (LGA) (наприклад, asics та CPU). Кількість контактів вводу / виводу може перевищувати 7000 при кроці до 1,0 мм.
Контакти Dura-Con Twist-Pin мають температуру від -55 ° C до 35135 ° C. Кожен контакт може переносити 3A при напрузі 600 В змінного струму на рівні моря. Контактний опір макс. Максимальне значення - 170 г та 11,33 г (6,0 унції та 0,4 унції) відповідно, сили введення та виведення мають відношення більше 10: 1.
Це пов’язано з ефектом розширення та скорочення клітки. Цей контакт може бути використаний у додатках, які потребують керованого диференціального опору, з відповідним кабелем для високої цілісності сигналу. Тести псевдовипадкової бінарної послідовності (PRBS) при швидкості передачі даних 1,25 Гбіт / с довели цю ефективність, а вимірювання рефлектометрії часової області (TDR) підтвердили диференціальний опір 100 Ом.
При відстані 1,0 мм (0,04 дюйма) контакт стиснення CIN :: APSE оцінюється в межах від 3 А до 6 А. Діелектрик витримує 500 В постійного струму на рівні моря, діапазон робочої температури становить від -60 ° С до 5105 ° С. Рейтинг ударних ударів становить 100 Г, а шокові випробування, проведені для клієнтів у певних додатках, досягають 22 000 Г, і він може витримати температуру до -200 ° С. Діапазон частот сягає до 50 ГГц, тоді як втрати вставки становлять -0,2 дБ при 10 ГГц і всього -1,2 дБ при 20 ГГц.
Деякі інші важливі особливості конструкції включають дуже низькі значення перехресних переговорів між контактами, менше ніж -25 дБ. Втрати, що повертаються, вимірюються як -19 дБ при 10 ГГц, а контактний опір менше 10 мОм з індуктивністю менше 0,5 нГн.
Рисунок 4: CIN :: APSE-роз'єми для asics,
інтерпозиторів та РФ
Контакт CIN :: APSE випускається зв'язаною висотою 0,8 мм або 0,032 дюйма, але ефективну довжину можна збільшити за допомогою різних варіантів розпірок і плунжерів, інтегрованих у довжину контакту з'єднувача. Таким чином можна відстань до 25,4 мм (один дюйм). Якщо контакт вбудований між двома плунжерами, він механічно захищений від пошкодження пошкоджень. Технологія найкраще працює, коли система стиснення використовується для забезпечення рівномірного тиску в контактному масиві. Цього можна досягти, використовуючи розташування пластин, пружини та гвинтів, як це може бути використано для закінчення гнучкої схеми до друкованої плати, або типової системи LGA з верхньою радіатором і нижньою опорною пластиною між LGA та друкованою платою. Це було б закріплено гвинтами з регульованим упором та пружинами з визначеною швидкістю, щоб забезпечити рівномірний розподіл тиску.
Спеціальні версії макетів контактів можуть бути налаштовані відповідно до потреб клієнтів, а також повний дизайн системи стиснення.
Оскільки невеликі розміри, висока щільність і надійний взаємозв'язок у сучасних додатках замінили прості роз'єми, що підходять для тертя, що явно недостатньо для поточних завдань, - технологія роз'єму, оснащена багатоконтактним терміналом, може забезпечити оптимальну продуктивність від постійного струму до десятків ГГц.
