Sisteme entegrasyon, PCB ve entegre devre seviyesi günümüz elektronik tasarımlarının en ilgi çekici olaylarından biridir.
Daha sıkı entegrasyon ile bileşenler, cihazlar, kartlar, paneller veya harici kablolar arasında daha fazla fiziksel bağlantı ihtiyacı artar. Elektronik sistemleri güvenilir bir şekilde birbirine bağlamak, özellikle havacılık, askeri ve endüstriyel uygulamalarda zorlu uygulamalar söz konusu olduğunda önemli bir görevdir.
Gelecekte, otonom otomobiller ve insansız hava araçları sadece güvenilir ve dayanıklı bağlantıların yanı sıra mekanik tasarım için kompakt ve hafif konseptler gerektirecektir. Yüksek güvenilirlikli konektörler açısından orijinal dairesel süngü nişini korur, ancak birçok uygulamada minyatürleştirme ve kompaktlık konektörlerin daha küçük ve daha hafif versiyonlarını gerektirir.
Zorlu ortamlarda çalışabilen sistemlere artan bir ihtiyaç vardır, bu da ağırlık olarak birkaç gram ile sınırlı konektör tasarımlarına katkıda bulunur. Havacılık, belki de ağırlık azaltma açısından en kritik uygulamadır. Bir örnek, 1999'da Stanford Üniversitesi tarafından açılan CubeSat düşük maliyetli ve hafif mini uydular programıdır. 10 cm3 başına 1,33 kg'dan fazla olmayan kütleleri taşıması gerekir3.
Seçim süreci
Elektromekanik konektörler giderek daha karmaşıktır, DC akım işleme, voltaj değeri, yalıtım ve temas direnci, belirli bir frekansta takma kaybı, iletkenler arasındaki çapraz konuşma, iletkenler arasındaki endüktans, karşılıklı kapasitans ve mekanik yerleştirme gibi uzun bir özellik listesine uygundur ve geri çekme kuvvetleri.
Çalışma sıcaklığı, nem, şok, titreşim, rakım ve ortak kimyasallara karşı direnç gibi çevresel özellikler giderek önem kazanmaktadır.
Konektörlerin tasarımı ve üretimi bu nedenle ürünlerin sinyal ve güç bütünlüğünü garanti etme konusunda üne sahip uzmanlar için bir alana dönüşmüştür.
Zorluklar nelerdir?
Mekanik konektörlerin şu anda karşılaştığı zorlukların üstesinden gelmek için, üreticiler birden fazla temas noktasına uyuyorlar. Bu, belirtilen düşük temas direnci ve endüktans değerlerinin mekanik deformasyon, şok ve titreşim darbe koşulları altında muhafaza edilmesini sağlamak için bir dereceye kadar mekanik uygunluk getirir.
Bir konektörün tasarımında birincil endişe, minimum fiziksel ve elektrik süreksizliği ile güvenilir bir mekanik arayüz sağlamaktır. Kötü örnekler DC etkin noktaları veya AC empedans uyumsuzlukları veya yüksek frekanslı iletimlerde kayıplar olabilir.
Konektör tasarımının geçmişi yaratıcılık girişimleriyle doludur, ancak minyatürleştirme, entegrasyon ve konektörlerin boyutlarındaki eşzamanlı azalma devam ettikçe, yeni zorluklar ön plana çıkmaktadır.
Bükümlü pin kontaklarının takılması ve çıkarılması kolaydır
Cinch tarafından sunulan büküm pimi teknolojisinde düşük frekanslı sinyalizasyon ve güç aktarımı uygulamaları için basit bir çözüm bulunur. Dura-Con serisinin birçok stilinde gelir (Şekil 1).
Fikir, altın kaplama berilyum-bakır telin yedi telini demet haline getirmek, uçlara kaynak yapmak ve bir çiftleşme dişi piminin çevresinde bulunan yedi temas noktası olan bir kafes oluşturmak için mekanik olarak genişletmektir.Bu büküm pimi tasarımı dikdörtgen Dura-Con konektöründe ve Micro-D'de (MIL ‑ DTL-83513) kullanılır. Minimum alan ve ağırlıkta bir şerit konektörü olarak yapılandırılan Micro-D (Şekil 2), 1,27 mm'ye kadar eğim ile 60'a kadar hat içi bağlantı oluşturur. Yerleştirme işlemi, kafesi pozitif bir 'silme' eylemiyle genişletir. Para çekme kafesi daraltır, bu nedenle çekme kuvveti düşük kalır. Bu aynı zamanda konnektörün kablolarındaki mekanik gerilimi de en aza indirir.
Başka bir çözüm CIN :: APSE adı verilen bir sıkıştırma teknolojisidir (Şekil 3). Rastgele birleştirilmiş altın kaplama molibden tellerden oluşan ayrı bir demet aracılığıyla çoklu bağlantılar sağlama fikrinin devamıdır. Bu, her bir uçta, sert veya esnek bir PCB veya yarı iletken cihazdaki bir eşleme pedine dokunarak yapılan yedi ila 11 temas noktası olduğu anlamına gelir.
Demet, yalıtıcı sıvı-kristal polimer konektör gövdesinde patentli bir kum saati şekilli açıklığa yerleştirilir. Hedef uygulamalar arasında PCB'ler veya PCB'den kara şebeke dizisi (LGA) cihazlarına (asics ve CPU'lar gibi) konektör arabirimleri bulunur. I / O pin sayısı 1,0 mm'ye kadar bir adımda 7,000'i aşabilir.
Dura-Con Twist-Pin kontakları -55 ° C ila +135 ° C arasında sıcaklık derecesine sahiptir. Her kontak deniz seviyesinde 600V AC'de 3A taşıyabilir. Temas direnci maks. 8mΩ'dür. Sırasıyla 170g ve 11.33g (6.0 ‑ ons ve 0.4 ‑ ons) maksimum değere sahip olan yerleştirme ve çekme kuvvetleri 10: 1'den fazla bir orana sahiptir.
Bunun nedeni kafesin genişleme ve daralma etkisidir. Bu kontak, yüksek sinyal bütünlüğü için uygun kablolarla kontrollü diferansiyel empedans gerektiren uygulamalarda kullanılabilir. 1,25 Gbps veri hızında sözde rastgele ikili sekans (PRBS) testleri bu performansı kanıtlamıştır ve zaman alanı reflektometri (TDR) ölçümleri 100Ω'lik bir fark empedansını doğrulamıştır.
1,0 mm (0,04 inç) aralıklarla CIN :: APSE sıkıştırma kontağı 3A ila 6A arasında derecelendirilmiştir. Dielektrik, deniz seviyesinde 500V DC'ye dayanır, çalışma sıcaklığı aralığı -60 ° C ila +105 ° C'dir. Şok oranı 100G'dir ve 22.000G'ye ulaşan belirli uygulamalarda müşteriler için şok testleri yapılır ve -200 ° C'ye kadar düşük sıcaklıklara dayanabilir. Frekans aralığı 50GHz'e kadar ulaşırken, ekleme kaybı 10GHz'de -0.2dB ve 20GHz'de sadece -1.2dB'dir.
Tasarımın diğer bazı önemli özellikleri arasında kontaklar arasında -25dB'den az olan çok düşük karışma değerleri bulunur. Geri dönüş kaybı, 10GHz'de -19dB olarak ölçülür ve temas direnci, 0.5nH'den daha düşük bir endüktans ile 10mΩ'dan düşüktür.
Şekil 4: CIN :: Asics için APSE konektörleri,
aracılar ve RF aracılar
CIN :: APSE kontağı 0,8 mm veya 0,032 inçlik bir montaj yüksekliği ile mevcuttur, ancak etkili uzunluk, konektör kontağının uzunluğuna entegre edilen çeşitli aralayıcı ve piston seçenekleri ile uzatılabilir. Bu şekilde, 25,4 mm'ye (bir inç) kadar mesafeler yayılabilir. Kontak iki piston arasına gömüldüğünde, taşıma hasarına karşı mekanik olarak korunur. Kontak dizisi boyunca eşit basınç sağlamak için bir sıkıştırma sistemi kullanıldığında teknoloji en iyi performansı gösterir. Bu, bir PCB'ye esnek bir devreyi veya LGA ile PCB arasında üst soğutucu ve alt destek plakası olan tipik bir LGA sistemini sonlandırmak için kullanılabilecek plakalar, yay ve vidaların bir düzenlemesi kullanılarak gerçekleştirilebilir. Düzgün basınç dağılımı sağlamak için kontrollü durdurma vidaları ve tanımlanan hızda yaylar ile sabitlenir.
Kontak yerleşimlerinin özel versiyonları, komple sıkıştırma sistemi tasarımı ile birlikte müşterilerin ayak izi taleplerine göre yapılandırılabilir.
Günümüz uygulamalarında küçük boyutlu, yüksek yoğunluklu ve güvenilir bağlantı, mevcut görevler için açıkça yeterli olmayan basit sürtünme uyumlu konektörlerin yerini aldığından, çoklu temas terminaline sahip bir konnektör teknolojisi DC'den onlarca kişiye optimum performans sağlayabilir GHz.
