אינטגרציה במערכת, PCB וברמת מעגלים משולבים היא אחת התופעות המסקרנות ביותר של עיצובי האלקטרוניקה של ימינו.
עם שילוב הדוק יותר עולה הצורך בחיבורים פיזיים יותר בין רכיבים, התקנים, לוחות, לוחות או כבלים חיצוניים. חיבור אמין בין מערכות אלקטרוניות הוא משימה מרכזית, במיוחד כשמדובר ביישומים תובעניים ביישומי תעופה וחלל, צבא ותעשייה.
בעתיד, מכוניות אוטונומיות וכלי רכב אוויריים בלתי מאוישים ידרשו לא רק חיבורים אמינים ועמידים, אלא גם מושגים קומפקטיים וקלילים לעיצוב מכני. מבחינת מחברים בעלי אמינות גבוהה, הכידון המעגלי המקורי שומר על הגומחה שלה אך ביישומים רבים, מיניאטור וקומפקטיות דורשים גרסאות קטנות וקלות יותר של מחברים.
ישנו צורך גובר במערכות שיכולות לפעול בסביבות קשות, מה שתורם גם לעיצובי מחברים שמוגבלים לכמה דקדוקים במשקל. חלל תעופה הוא אולי היישום הקריטי ביותר מבחינת הפחתת משקל. דוגמה אחת היא תוכנית CubeSat של מיני לוויינים זולים וקלילים, שנחנכה בשנת 1999 על ידי אוניברסיטת סטנפורד. הם נדרשים לשאת מסות של לא יותר מ- 1.33 ק"ג ל -10 ס"מ.
תהליך הבחירה
מחברים אלקטרומכניים מורכבים יותר ויותר, תואמים שורה ארוכה של מפרטים כמו טיפול בזרם זרם ישר, דירוג מתח, בידוד ועמידות בפני מגע, אובדן הכנסה בתדר מוגדר, שיחת חיבור בין מוליכים, השראות בין מוליכים, קיבול הדדי, והחדרה מכנית וכוחות הנסיגה.
החשיבות ההולכת וגוברת הם מפרטים סביבתיים כמו טמפרטורת פעולה, לחות, הלם, רטט, גובה ועמידות כימיקלים נפוצים.
תכנון וייצור מחברים צמח אפוא לתחום למומחים בעלי מוניטין של הבטחת אותות ותקינות הכוח של מוצרים.
מהם האתגרים?
כדי להתגבר על האתגרים שמתמודדים כעת עם מחברים מכניים, היצרנים מתאימים למספר נקודות מגע. זה מביא מידה של תאימות מכנית כדי להבטיח כי ערכי ההתנגדות הנמוכה והמגע השראות המצוינים נשמרים תחת עיוות מכני, זעזוע ותנאי רטט.
הדאגה העיקרית בעיצוב המחבר היא מתן ממשק מכני אמין עם מינימום רציפות פיזית וחשמלית. דוגמאות גרועות יכולות להיות נקודות חמות של DC, או אי התאמות של עכבות AC או הפסדים בהעברות תדרים גבוהים.
ההיסטוריה של עיצוב המחברים מלאה בניסיונות כושר המצאה, אך ככל שמזעור, שילוב והפחתה במקביל בממדי המחברים, נמשכים אתגרים חדשים.
אנשי קשר עם סיכת פיתול קלים לחיבור וניתוק
פיתרון פשוט ליישומי איתות והעברת חשמל בתדרים נמוכים נמצא בטכנולוגיית פינים המסובבים שמציעה Cinch. זה מגיע בסגנונות רבים מסדרת Dura-Con (איור 1).
הרעיון הוא לצרף שבעה גדילי חוט נחושת מצופה זהב בריליום, לרתך אותם בקצה ולהרחיב אותם באופן מכני ליצירת כלוב עם שבע נקודות מגע הזמינות בפריפריה של סיכה נקבה המתאימה.עיצוב סיכות מעוות זה משמש במחבר הדורה-קונ מלבני וב- Micro-D (MIL-DTL-83513). הוגדר כמחבר רצועות עם מינימום שטח ומשקל, ה- Micro-D (איור 2) יוצר עד 60 חיבורים בקו עם גובה הצליל למטה ל- 1.27 מ"מ. תהליך ההחדרה מרחיב את הכלוב בפעולה 'ניגוב' חיובית. הנסיגה מכווצת את הכלוב, ולכן כוח הנסיגה נשאר נמוך. זה גם ממזער את הלחץ המכני על החיווט למחבר.
פיתרון נוסף הוא טכנולוגיית דחיסה הנקראת CIN :: APSE (איור 3). זהו המשך לרעיון לספק חיבורים מרובים דרך צרור נפרד של חוטי מוליבדן מצופים זהב, המצורפים באופן אקראי. המשמעות היא שיש שבע עד 11 נקודות מגע בכל קצה, שנוצרו על ידי נגיעה בכרית ההזדווגות על גבי PCB או התקן מוליך למחצה קשיח או גמיש.
הצרור מוכנס לצמצם צורת שעון חול המוגן בפטנט בגוף המחבר הבידוד הנוזל-גביש פולימרי. יישומי יעד כוללים ממשקי מחברים בין PCBs, או התקני PCB למערך רשת יבשתית (LGA) (כגון אסיקים ומעבדי CPU). ספירת הסיכה של הקלט / פלט יכולה לעלות על 7,000 בקצב גובה של 1.0 מ"מ.
אנשי הקשר של Dura-Con Twist-Pin מדורגים טמפרטורה בטמפרטורות -55 ° C ל- 35135 ° C. כל איש קשר יכול לשאת 3A בגובה 600V AC בגובה פני הים. התנגדות ליצירת קשר היא מקסימום 8mΩ בדירוג המרבי של 170 גרם ו -11.33 גרם (6.0 אונקיה ו- 0.4 אונקיה) לכל היותר בהתאמה, כוחות ההכנסה והנסיגה הם ביחס של יותר מ- 10: 1.
זה נובע מהשפעת ההתפשטות וההתכווצות של הכלוב. ניתן להשתמש במגע זה ביישומים הדורשים עכבה דיפרנציאלית מבוקרת, עם כבלים תואמים לשלמות האות גבוהה. בדיקות רצף בינארי פסאודו אקראי (PRBS) בקצב נתונים של 1.25 ג'יגה-בתים לשנייה הוכיחו ביצועים אלה, ומדידות תחום זמן (TDR) של מדידת זמן אישרו עכבה דיפרנציאלית של 100Ω.
ברווח של 1.0 מ"מ (0,04 אינץ '), מגע הדחיסה CIN :: APSE דורג 3A עד 6A. הדיאלקטרי עומד ב 500V DC בגובה הים, טווח טמפרטורת ההפעלה הוא -60 ° C ל- +105 ° C. דירוג הזעזוע הוא 100G, כאשר בדיקות זעזועים מבוצעות עבור לקוחות ביישומים מסוימים המגיעים ל 22,000G והוא יכול לעמוד בטמפרטורות נמוכות עד -200 מעלות צלזיוס. טווח התדרים מגיע עד 50 ג'יגה הרץ, בעוד שאובדן ההכנסה הוא -0.2dB במהירות 10GHz ורק -1.2dB על 20GHz.
כמה מאפיינים משמעותיים אחרים של העיצוב כוללים ערכי מעבר קבועים נמוכים מאוד בין אנשי קשר, בפחות מ- -25dB. אובדן החזרה נמדד כ -19dB במהירות 10GHz, והתנגדות המגע נמוכה מ -10mΩ עם השראות פחות מ 0.5nH.
איור 4: CIN :: APSEconnectors עבור asics,
בוחנים ומעבדי RF
המגע CIN :: APSE זמין בגובה זוגי של 0.8 מ"מ או 0.032 אינץ ', אך ניתן להרחיב את האורך האפקטיבי עם אפשרויות שונות של מרווחים וצלילים המשולבים באורך מגע המחבר. בדרך זו ניתן לפרוש מרחקים של עד 25.4 מ"מ (אינץ '). כאשר המגע מוטבע בין שני בוכנות הוא מוגן מכנית מפני נזקי טיפול. הטכנולוגיה מתפקדת בצורה הטובה ביותר כאשר משתמשים במערכת דחיסה כדי לספק לחץ אחיד על מערך המגע. ניתן להשיג זאת באמצעות סידור של לוחות, קפיצים וברגים, כפי שניתן להשתמש בהם לסיום מעגל גמיש למחשבים, או מערכת LGA טיפוסית עם קירור קירור עליון ופלטת חיזוק תחתונה בין LGA ל- PCB. זה יהיה קבוע עם ברגים עם עצירה מבוקרת וקפיצים בקצב מוגדר כדי לתת חלוקת לחץ אחידה.
ניתן להגדיר גרסאות מותאמות אישית של פריסות אנשי הקשר לדרישות טביעת הרגל של הלקוחות יחד עם התכנון המלא של מערכות הדחיסה.
כגודל קטן, צפיפות גבוהה וקישוריות אמינה ביישומים מודרניים החליפו מחברים פשוטים להתאמת חיכוך - אשר בבירור אינם מספיקים למשימות הנוכחיות - טכנולוגיית מחברים המצוידת במסוף רב-מגע יכולה לספק ביצועים מיטביים מזרם DC לעשרות ג'יגה הרץ.
