Integrasi pada tahap sistem, PCB dan litar bersepadu adalah salah satu fenomena yang paling menarik dari reka bentuk elektronik masa kini.
Dengan integrasi yang lebih ketat, keperluan untuk sambungan fizikal yang lebih banyak antara komponen, peranti, papan, panel atau pengkabelan luaran meningkat. Sistem elektronik yang saling berkaitan boleh dipercayai adalah tugas utama, terutama ketika menuntut aplikasi dalam bidang aeroangkasa, ketenteraan dan industri.
Pada masa akan datang, kereta autonomi dan kenderaan udara tanpa pemandu memerlukan bukan sahaja sambungan yang boleh dipercayai dan tahan lama, tetapi juga konsep ringkas dan ringan untuk reka bentuk mekanikal. Dari segi penyambung kebolehpercayaan tinggi, bayonet pekeliling asal mengekalkan ceruknya tetapi dalam banyak aplikasi, miniaturisasi dan kekompakan menuntut versi penyambung yang lebih kecil dan lebih ringan.
Terdapat keperluan yang semakin meningkat untuk sistem yang dapat beroperasi di lingkungan yang keras, yang juga menyumbang kepada reka bentuk penyambung yang terbatas pada beberapa gram berat. Aeroangkasa mungkin merupakan aplikasi paling kritikal dari segi penurunan berat badan. Salah satu contohnya ialah program CubeSat satelit mini kos rendah dan ringan, yang dirasmikan pada tahun 1999 oleh Stanford University. Mereka dikehendaki membawa jisim tidak lebih dari 1,33kg per 10cm3.
Proses pemilihan
Penyambung elektromekanik semakin kompleks, sesuai dengan senarai spesifikasi yang panjang seperti pengendalian arus DC, penarafan voltan, penebat dan rintangan hubungan, kehilangan penyisipan pada frekuensi yang ditentukan, perbincangan antara konduktor, induktansi antara konduktor, kapasitansi bersama, dan penyisipan mekanikal dan kekuatan penarikan.
Yang semakin penting adalah spesifikasi persekitaran seperti suhu operasi, kelembapan, kejutan, getaran, ketinggian dan ketahanan terhadap bahan kimia biasa.
Oleh itu, reka bentuk dan pembuatan penyambung telah berkembang menjadi bidang untuk pakar yang mempunyai reputasi untuk menjamin integriti isyarat dan kuasa produk.
Apakah cabarannya?
Untuk mengatasi cabaran yang dihadapi oleh penyambung mekanikal, pengeluar memasang pelbagai titik hubungan. Ini membawa tahap kepatuhan mekanikal untuk memastikan bahawa rintangan hubungan rendah dan nilai induktansi yang ditentukan dikekalkan dalam keadaan ubah bentuk mekanikal, kejutan dan kesan getaran.
Keprihatinan utama dalam reka bentuk penyambung adalah menyediakan antara muka mekanikal yang boleh dipercayai dengan minimum ketakselanjaran fizikal dan elektrik. Contoh buruknya ialah hotspot DC, atau ketidakcocokan atau kerugian impedans AC pada transmisi frekuensi tinggi.
Sejarah reka bentuk penyambung penuh dengan percubaan kepintaran tetapi apabila miniaturisasi, integrasi dan pengurangan bersamaan dalam dimensi penyambung berterusan, cabaran baru muncul.
Kenalan pin putar mudah dipasang dan terputus
Penyelesaian mudah untuk aplikasi isyarat dan frekuensi penghantaran frekuensi rendah terdapat dalam teknologi twist-pin yang ditawarkan oleh Cinch. Ia terdapat dalam banyak gaya siri Dura-Con (Gambar 1).
Ideanya adalah untuk menyatukan tujuh helai dawai tembaga berilium berlapis emas, mengimpal mereka di hujung dan mengembangkannya secara mekanikal untuk membentuk sangkar dengan tujuh titik hubungan yang terdapat di pinggir pin wanita yang kawin.Reka bentuk putar-pin ini digunakan dalam penyambung Dura-Con segi empat tepat dan Mikro-D (MIL ‑ DTL-83513). Dikonfigurasi sebagai penyambung jalur dengan ruang dan berat minimum, Mikro-D (Gambar 2) membuat hingga 60 sambungan sebaris dengan nada ke bawah hingga 1,27 mm. Proses penyisipan meluaskan sangkar dengan tindakan 'mengelap' positif. Pengeluaran kontrak sangkar, sehingga daya penarikan tetap rendah. Ini juga mengurangkan tekanan mekanikal pada pendawaian ke penyambung.
Penyelesaian lain ialah teknologi pemampatan yang disebut CIN :: APSE (Gambar 3). Ini adalah kesinambungan dari idea untuk menyediakan pelbagai sambungan melalui kumpulan diskrit dari kabel molibdenum berlapis emas, yang digabungkan secara rawak. Ini bermaksud terdapat tujuh hingga 11 titik kontak di setiap hujungnya, dibuat dengan menyentuh pad kawin pada PCB atau peranti semikonduktor yang kaku atau fleksibel.
Bundel dimasukkan ke dalam bukaan berbentuk jam pasir yang dipatenkan di badan penyambung polimer cecair-kristal penebat. Aplikasi sasaran merangkumi antara muka penyambung antara PCB, atau peranti PCB ke grid grid darat (LGA) (seperti asics dan CPU). Kiraan pin I / O boleh melebihi 7,000 pada ketinggian hingga 1,0 mm.
Kenalan Dura-Con Twist-Pin dinilai suhu pada -55 ° C hingga +135 ° C. Setiap kenalan boleh membawa 3A pada 600V AC di permukaan laut. Rintangan hubungan ialah maksimum 8mΩ. Maksimum masing-masing 170g dan 11.33g (6.0 un ons dan 0.4 ‑ ounce), daya penyisipan dan penarikan mempunyai nisbah lebih dari 10: 1.
Ini disebabkan oleh kesan pengembangan dan pengecutan kandang. Kenalan ini dapat digunakan dalam aplikasi yang memerlukan impedans pembezaan terkawal, dengan pemasangan kabel yang sesuai untuk integriti isyarat yang tinggi. Ujian urutan binari pseudo-rawak (PRBS) pada kadar data 1.25Gbps telah membuktikan prestasi ini, dan pengukuran reflektometri domain masa (TDR) telah mengesahkan impedans pembezaan 100Ω.
Pada jarak 1.0mm (0.04 ‑ inci), hubungan pemampatan CIN :: APSE dinilai pada 3A hingga 6A. Dielektrik menahan 500V DC di permukaan laut, julat suhu operasi adalah -60 ° C hingga +105 ° C. Peringkat kejutan adalah 100G, dengan ujian kejutan yang dilakukan untuk pelanggan dalam aplikasi tertentu mencapai 22,000G dan ia dapat menahan suhu serendah -200 ° C. Julat frekuensi mencapai hingga 50GHz, sementara kehilangan sisipan adalah -0.2dB pada 10GHz dan hanya -1.2dB pada 20GHz.
Beberapa ciri reka bentuk lain yang ketara termasuk nilai crosstalk yang sangat rendah antara kenalan, pada suhu kurang dari -25dB. Kerugian pulangan diukur sebagai -19dB pada 10GHz, dan rintangan hubungan kurang dari 10mΩ dengan induktansi kurang dari 0.5nH.
Gambar 4: CIN :: APSEconnectors for asics,
interposer dan interposer RF
Kenalan CIN :: APSE tersedia dengan ketinggian kawin 0,8 mm atau 0,032 ‑ inci, tetapi panjang efektif dapat diperpanjang dengan pelbagai pilihan spacer dan pelocok, yang disatukan dalam panjang kontak penyambung. Dengan cara ini, jarak hingga 25.4mm (satu inci) dapat dijangkau. Apabila kenalan tertanam di antara dua pelocok, ia dilindungi secara mekanikal daripada menangani kerosakan. Teknologi ini berkinerja terbaik apabila sistem pemampatan digunakan untuk memberikan tekanan yang seragam di seluruh rangkaian kontak. Ini dapat dicapai dengan menggunakan susunan pelat, pegas dan skru, seperti yang mungkin digunakan untuk mengakhiri litar fleksibel ke PCB, atau sistem LGA khas dengan piring pemanas atas dan pelat bawah antara LGA dan PCB. Ia akan diperbaiki dengan skru dan pegas stop-terkawal dengan kadar yang ditentukan untuk memberikan pengagihan tekanan yang seragam.
Versi khusus dari susun atur kenalan dapat dikonfigurasi untuk tuntutan jejak pelanggan bersama dengan reka bentuk sistem pemampatan yang lengkap.
Oleh kerana saiz kecil, ketumpatan tinggi dan interkoneksi yang boleh dipercayai dalam aplikasi moden telah menggantikan penyambung yang sesuai dengan geseran - yang jelas tidak mencukupi untuk tugas semasa - teknologi penyambung yang dilengkapi dengan terminal berbilang hubungan dapat memberikan prestasi optimum dari DC hingga puluhan GHz.
