Integration på system-, PCB- og integreret kredsløbsniveau er et af de mest spændende fænomener i nutidens elektronikdesign.
Med strammere integration øges behovet for mere fysiske forbindelser mellem komponenter, enheder, plader, paneler eller ekstern kabling. Pålidelig sammenkobling af elektroniske systemer er en vigtig opgave, især når det kommer til krævende applikationer inden for rum-, militær- og industriel anvendelse.
I fremtiden kræver autonome biler og ubemandede luftkøretøjer ikke kun pålidelige og holdbare sammenkoblinger, men også kompakte og lette koncepter til mekanisk design. Med hensyn til forbindelser med høj pålidelighed opretholder den originale cirkulære bajonet sin niche, men i mange applikationer kræver miniaturisering og kompakthed mindre og mere lette versioner af stik.
Der er et voksende behov for systemer, der kan fungere i barske miljøer, hvilket også bidrager til stikdesign, der er begrænset til nogle få gram i vægt. Luftfart er måske den mest kritiske anvendelse med hensyn til vægttab. Et eksempel er CubeSat-programmet med lave omkostninger og lette minisatellitter, der blev indviet i 1999 af Stanford University. Det kræves, at de bærer masser på højst 1,33 kg pr. 10 cm3.
Udvælgelsesprocessen
Elektromekaniske stik er mere og mere komplekse og overholder en lang liste med specifikationer som DC-strømhåndtering, spændingsklassificering, isolering og kontaktmodstand, indsættelsestab ved en specificeret frekvens, tværgående snak mellem ledere, induktans mellem ledere, gensidig kapacitet og mekanisk indsættelse og tilbagetrækningskræfter.
Af voksende betydning er miljøspecifikationer såsom driftstemperatur, fugtighed, stød, vibrationer, højde og modstand mod almindelige kemikalier.
Design og fremstilling af stik er derfor vokset til et felt for specialister med et ry for at garantere produktets signal og effektintegritet.
Hvad er udfordringerne?
For at overvinde de udfordringer, som mekaniske stik nu står overfor, passer fabrikanterne flere kontaktpunkter. Dette bringer en grad af mekanisk overensstemmelse for at sikre, at de specificerede lave kontaktmodstand og induktansværdier opretholdes under mekanisk deformation, stød og vibrationspåvirkningsforhold.
Det primære problem i forbindelse med et stik er at give en pålidelig mekanisk grænseflade med et minimum af fysisk og elektrisk diskontinuitet. Dårlige eksempler ville være DC-hotspots, eller AC-impedansmatches eller -tab ved højfrekvente transmissioner.
Historien om konnektordesign er fuld af forsøg på opfindsomhed, men da miniaturisering, integration og den samtidige reduktion i forbindelsesdimensionerne fortsætter, kommer nye udfordringer frem.
Kontakter med drejepind er nemme at tilslutte og frakoble
En enkel løsning til lavfrekvenssignalering og kraftoverførselsapplikationer findes i twist-pin-teknologien, der tilbydes af Cinch. Det findes i mange stilarter i Dura-Con-serien (figur 1).
Ideen er at samle syv tråde af guldbelagt beryllium-kobbertråd, svejse dem ved spidsen og mekanisk udvide dem til at danne et bur med syv kontaktpunkter, der er tilgængelige i periferien af en parring af hunstiften.Dette twist-pin-design bruges i det rektangulære Dura-Con-stik og Micro-D (MIL-DTL-83513). Micro-D (figur 2) konfigureres som et stripstik med minimal plads og vægt, og skaber op til 60 linieforbindelser med en tonehøjde ned til 1,27 mm. Indsættelsesprocessen udvider buret med en positiv 'aftørring' handling. Tilbagetrækning kontraherer buret, så tilbagetrækningskraften forbliver lav. Dette minimerer også den mekaniske belastning på ledningerne til stikket.
En anden løsning er en komprimeringsteknologi kaldet CIN :: APSE (figur 3). Det er en fortsættelse af ideen om at tilvejebringe flere forbindelser gennem et diskret bundt af guldbelagte molybdænetråde, som er tilfældigt bundtet. Dette betyder, at der er syv til 11 kontaktpunkter i hver ende, lavet ved at røre ved en parringspude på en stiv eller fleksibel PCB eller halvlederanordning.
Bundtet indsættes i en patenteret timeglasformet åbning i det isolerende væske-krystal polymerforbindelseslegeme. Målapplikationer inkluderer forbindelsesgrænseflader mellem PCB'er eller PCB til land grid array (LGA) enheder (såsom asics og CPU'er). I / O-stifttællingen kan overstige 7.000 ved en tonehøjde ned til 1.0 mm.
Dura-Con Twist-Pin-kontakterne er temperaturbedømt ved -55 ° C til C135 ° C. Hver kontakt kan transportere 3A ved 600V AC ved havoverfladen. Kontaktmodstand er maks. 8mΩ Nomineret til henholdsvis 170 g og 11,33 g (6,0 ounce og 0,4 ounce), indsættelses- og tilbagetrækningskræfter har et forhold på mere end 10: 1.
Dette skyldes burets ekspansion og sammentrækning. Denne kontakt kan bruges til applikationer, der kræver en kontrolleret differentiel impedans, med matchende kabling for høj signalintegritet. Pseudo-tilfældig binær sekvens (PRBS) -test med en datahastighed på 1,25 Gbps har vist denne ydelse, og målinger af tidsdomænereflektometri (TDR) har bekræftet en differentiel impedans på 100Ω.
Ved afstand på 1,0 mm (0,04 tommer) er CIN :: APSE-komprimeringskontakten bedømt til 3A til 6A.Dielektrikum modstår 500V DC ved havoverfladen, driftstemperaturområdet er -60 ° C til +105 ° C. Stødvurderingen er 100G, med choktest udført for kunder i visse applikationer, der når op til 22.000G, og den kan modstå temperaturer helt ned til -200 ° C. Frekvensområdet når op til 50 GHz, mens indsættelsestabet er -0,2 dB ved 10 GHz og bare -1,2 dB ved 20 GHz.
Nogle andre markante egenskaber ved designet inkluderer meget lave krydstaleværdier mellem kontakter på mindre end -25dB. Returtab måles som -19dB ved 10 GHz, og kontaktmodstand er mindre end 10mΩ med en induktans på mindre end 0,5 nH.
Figur 4: CIN :: APSEconnectors for asics,
interposere og RF interposers
CIN :: APSE-kontakten fås med en pareret højde på 0,8 mm eller 0,032 tommer, men den effektive længde kan forlænges med forskellige indstillinger af afstandsstykker og stempler, som er integreret i længden af forbindelseskontakten. På denne måde kan afstandene op til 25,4 mm (en tomme) spændes. Når kontakten er indlejret mellem to stempler, er den mekanisk beskyttet mod håndtering af skader. Teknologien fungerer bedst, når et komprimeringssystem bruges til at tilvejebringe ensartet tryk over kontaktarrayet. Dette kan opnås ved anvendelse af et arrangement af plader, fjeder og skruer, som det kunne anvendes til afslutning af et fleksibelt kredsløb til en PCB, eller et typisk LGA-system med en top kølelegemet og den nederste bolsterplade mellem LGA og PCB. Det ville være fastgjort med kontrollerede stopskruer og fjedre med en defineret hastighed for at give ensartet trykfordeling.
Tilpassede versioner af kontaktlayouterne kan konfigureres efter kundernes krav til fodaftryk sammen med det komplette design af komprimeringssystemet.
Da lille størrelse, høj densitet og pålidelig sammenkobling i moderne applikationer har erstattet enkle friktionstilslutninger - som tydeligvis ikke er tilstrækkelige til aktuelle opgaver - kan en konnektorteknologi udstyret med en multikontaktterminal levere optimal ydelse fra DC til titusinder af GHz.
