Интеграция на уровне системы, печатной платы и интегральных микросхем является одним из самых интригующих явлений современной электроники.
С более тесной интеграцией возрастает потребность в большем количестве физических соединений между компонентами, устройствами, платами, панелями или внешними кабелями. Надежное соединение электронных систем является важной задачей, особенно когда речь идет о требовательных применениях в аэрокосмической, военной и промышленной областях.
В будущем автономные автомобили и беспилотные летательные аппараты потребуют не только надежных и долговечных межсоединений, но также компактных и легких концепций для механического проектирования. Что касается высоконадежных соединителей, оригинальный круглый байонет сохраняет свою нишу, но во многих приложениях миниатюризация и компактность требуют меньших и более легких версий соединителей.
Существует растущая потребность в системах, которые могут работать в суровых условиях, что также способствует разработке разъемов, вес которых ограничен несколькими граммами. Аэрокосмическая отрасль, пожалуй, является наиболее важным приложением в плане снижения веса. Одним из примеров является программа CubeSat по недорогим и легким мини-спутникам, запущенная в 1999 году Стэнфордским университетом. Они должны нести массу не более 1,33 кг на 10 см3.
Процесс выбора
Электромеханические разъемы становятся все более сложными, что соответствует длинному списку технических характеристик, таких как обработка постоянного тока, номинальное напряжение, сопротивление изоляции и контакта, вносимые потери на указанной частоте, перекрестные помехи между проводниками, индуктивность между проводниками, взаимная емкость и механическая вставка и силы вывода.
Растущее значение имеют такие экологические характеристики, как рабочая температура, влажность, удары, вибрация, высота над уровнем моря и устойчивость к обычным химическим веществам.
Поэтому разработка и производство разъемов превратились в область, в которой работают специалисты с репутацией гарантирующих целостность сигнала и мощности изделий.
Какие проблемы?
Чтобы преодолеть трудности, с которыми сейчас сталкиваются механические соединители, производители устанавливают несколько точек контакта. Это обеспечивает определенную степень механического соответствия, чтобы гарантировать, что указанные низкие значения контактного сопротивления и индуктивности поддерживаются в условиях механической деформации, удара и вибрации.
Первостепенной задачей в конструкции разъема является обеспечение надежного механического интерфейса с минимумом физических и электрических разрывов. Плохие примеры - это горячие точки постоянного тока или несоответствия импеданса переменного тока или потери при высокочастотных передачах.
История разработки соединителей полна попыток изобретательности, но по мере того, как миниатюризация, интеграция и одновременное сокращение размеров соединителей продолжаются, появляются новые проблемы.
Скрученные контакты легко подключаются и отключаются
Простое решение для низкочастотной сигнализации и приложений для передачи энергии находится в технологии Twist-pin, предлагаемой Cinch. Он выпускается во многих стилях серии Dura-Con (Рисунок 1).
Идея состоит в том, чтобы связать семь нитей позолоченной бериллиево-медной проволоки, сварить их на конце и механически разложить их, чтобы сформировать клетку с семью точками контакта, доступными по периферии сопрягаемой внутренней булавки.Эта конструкция с поворотным штырьком используется в прямоугольном разъеме Dura-Con и Micro-D (MIL ‑ DTL-83513). Сконфигурированный как ленточный соединитель с минимальным пространством и весом, Micro-D (рис. 2) создает до 60 линейных соединений с шагом до 1,27 мм. Процесс вставки расширяет клетку с положительным «вытирающим» действием. Снятие сжимает клетку, поэтому сила вывода остается низкой. Это также сводит к минимуму механические нагрузки на проводку к разъему.
Другое решение - это технология сжатия CIN :: APSE (рисунок 3). Это продолжение идеи обеспечения нескольких соединений через дискретный пучок позолоченных молибденовых проволок, которые случайно связаны. Это означает, что на каждом конце имеется от семи до 11 точек контакта, которые касаются контактной площадки на жесткой или гибкой печатной плате или полупроводниковом устройстве.
Пучок вставляется в запатентованное отверстие в форме песочных часов в корпусе изолирующего жидкокристаллического полимерного соединителя. Целевые приложения включают в себя соединительные интерфейсы между печатными платами или платами для подключения к массиву наземных сетей (LGA) (например, asics и CPU). Количество выводов ввода / вывода может превышать 7000 с шагом до 1,0 мм.
Контакты Dura-Con Twist-Pin имеют температуру от -55 ° C до to135 ° C. Каждый контакт может нести 3A при 600 В переменного тока на уровне моря. Контактное сопротивление не более 8 мОм. При максимальном весе 170 г и 11,33 г (6,0 унций и 0,4 унции), соответственно, сила ввода и вывода составляет более 10: 1.
Это связано с эффектом расширения и сжатия клетки. Этот контакт может использоваться в приложениях, где требуется управляемый дифференциальный импеданс с согласованными кабелями для высокой целостности сигнала. Тесты псевдослучайной двоичной последовательности (PRBS) со скоростью передачи данных 1,25 Гбит / с подтвердили эту производительность, а измерения рефлектометрии во временной области (TDR) подтвердили дифференциальный импеданс 100 Ом.
На расстоянии 1,0 мм (0,04 дюйма) компрессионный контакт CIN :: APSE рассчитан на напряжение от 3 до 6 А. Диэлектрик выдерживает напряжение постоянного тока 500 В на уровне моря, диапазон рабочих температур составляет от -60 ° С до + 105 ° С. Номинальная мощность удара составляет 100 Гс, при этом испытания на ударостойкость, выполняемые для клиентов в определенных приложениях, достигают 22 000 Гс, и она может выдерживать температуры до -200 ° C. Диапазон частот достигает 50 ГГц, а вносимые потери составляют -0,2 дБ при 10 ГГц и всего -1,2 дБ при 20 ГГц.
Некоторые другие важные особенности конструкции включают очень низкие значения перекрестных помех между контактами, менее -25 дБ. Обратные потери измеряются как -19 дБ при 10 ГГц, а контактное сопротивление составляет менее 10 мОм при индуктивности менее 0,5 нГн.
Рисунок 4: CIN :: APSEconnectors для ASICS,
вставщики и вставщики RF
Контакт CIN :: APSE доступен с сопряженной высотой 0,8 мм или 0,032 дюйма, но эффективная длина может быть увеличена с помощью различных вариантов распорок и плунжеров, которые встроены в длину контакта разъема. Таким образом, могут быть пройдены расстояния до 25,4 мм (один дюйм). Когда контакт встроен между двумя плунжерами, он механически защищен от повреждений при работе. Технология работает лучше всего, когда используется система сжатия, чтобы обеспечить равномерное давление в массиве контактов. Это может быть достигнуто с использованием расположения пластин, винтов и пружины, как это может быть использовано для прекращения гибкой схемы на печатную плату, или типичную системы LGA с верхним и нижней частью радиатора укрепить пластину между LGA и печатной платой. Это будет зафиксировано с помощью винтов с регулируемым упором и пружин с определенной скоростью, чтобы обеспечить равномерное распределение давления.
Пользовательские версии макетов контактов могут быть настроены в соответствии с требованиями заказчика, наряду с полным дизайном системы сжатия.
Поскольку небольшие размеры, высокая плотность и надежное межсоединение в современных приложениях заменили простые фрикционные разъемы - которых явно недостаточно для текущих задач - технология разъемов, оснащенная многоконтактным контактом, может обеспечить оптимальную производительность от постоянного тока до десятков ГГц.
