การรวมที่ระบบ PCB และระดับวงจรรวมเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่น่าสนใจที่สุดของการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน
ด้วยการบูรณาการที่เข้มงวดมากขึ้นความต้องการในการเชื่อมต่อทางกายภาพระหว่างส่วนประกอบอุปกรณ์บอร์ดแผงควบคุมหรือการเดินสายภายนอกเพิ่มมากขึ้น ระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อระหว่างกันได้อย่างน่าเชื่อถือนั้นเป็นงานที่สำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องมีการใช้งานที่ต้องการในด้านการบินการทหารและอุตสาหกรรม
ในอนาคตรถยนต์ที่เป็นอิสระและยานพาหนะทางอากาศแบบไม่ใช้คนขับจะต้องอาศัยการเชื่อมต่อระหว่างกันที่เชื่อถือได้และคงทน แต่ยังมีแนวคิดขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบาสำหรับการออกแบบทางกล ในแง่ของตัวเชื่อมต่อความน่าเชื่อถือสูงดาบปลายปืนแบบวงกลมดั้งเดิมรักษาช่องของมันไว้ แต่ในหลาย ๆ แอปพลิเคชั่นการย่อขนาดและความกะทัดรัดนั้นต้องการตัวเชื่อมต่อที่มีขนาดเล็กลงและมีน้ำหนักเบากว่า
มีความต้องการเพิ่มขึ้นสำหรับระบบที่สามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งยังก่อให้เกิดการออกแบบตัวเชื่อมต่อที่ จำกัด น้ำหนักเพียงไม่กี่กรัม การบินและอวกาศอาจเป็นโปรแกรมที่สำคัญที่สุดในแง่ของการลดน้ำหนัก ตัวอย่างหนึ่งคือโปรแกรม CubeSat ของดาวเทียมขนาดเล็กราคาถูกและมีน้ำหนักเบาเปิดตัวในปี 1999 โดย Stanford University พวกเขาจะต้องแบกมวลไม่เกิน 1.33 กิโลกรัมต่อ 10cm3
ขั้นตอนการคัดเลือก
ตัวเชื่อมต่อระบบเครื่องกลไฟฟ้ามีความซับซ้อนมากขึ้นซึ่งสอดคล้องกับรายการข้อกำหนดที่ยาวเช่นการจัดการกระแส DC, อัตราแรงดันไฟฟ้า, ความต้านทานของฉนวนและการสัมผัส, การสูญเสียการแทรกที่ความถี่ที่ระบุ, การพูดคุยข้ามระหว่างตัวนำ และกองกำลังถอน
สิ่งสำคัญที่เพิ่มขึ้นคือข้อกำหนดทางสิ่งแวดล้อมเช่นอุณหภูมิการทำงานความชื้นการกระแทกการสั่นสะเทือนความสูงและความต้านทานต่อสารเคมีทั่วไป
การออกแบบและการผลิตของตัวเชื่อมต่อจึงเติบโตขึ้นในสาขาสำหรับผู้เชี่ยวชาญที่มีชื่อเสียงในการรับประกันสัญญาณและความสมบูรณ์ของพลังงาน
ความท้าทายคืออะไร?
เพื่อเอาชนะความท้าทายที่ขั้วต่อเครื่องกลกำลังเผชิญอยู่ผู้ผลิตจึงเหมาะสมกับการติดต่อหลายจุด สิ่งนี้นำมาซึ่งความสอดคล้องทางกลในระดับหนึ่งเพื่อให้มั่นใจว่าค่าความต้านทานการสัมผัสและค่าความเหนี่ยวนำต่ำที่ระบุไว้ได้รับการดูแลภายใต้เงื่อนไขการเสียรูปทางกลการกระแทกและการสั่นสะเทือน
ความกังวลหลักในการออกแบบของตัวเชื่อมต่อคือการให้ส่วนต่อประสานเชิงกลที่เชื่อถือได้โดยมีความไม่ต่อเนื่องทางกายภาพและทางไฟฟ้าขั้นต่ำ ตัวอย่างที่ไม่ดีคือฮอตสปอต DC หรือ AC อิมพีแดนซ์ไม่ตรงกันหรือการสูญเสียที่การส่งความถี่สูง
ประวัติความเป็นมาของการออกแบบตัวเชื่อมต่อนั้นเต็มไปด้วยความพยายามในการสร้างสรรค์ แต่การย่อขนาดการรวมและการลดขนาดพร้อมกันของคอนเนคเตอร์ยังคงดำเนินต่อไปความท้าทายใหม่ ๆ
หน้าสัมผัส Twist pin นั้นง่ายต่อการเสียบและถอดออก
วิธีแก้ปัญหาง่ายๆสำหรับการส่งสัญญาณความถี่ต่ำและการใช้งานระบบส่งกำลังพบได้ในเทคโนโลยี Twist-pin ที่ Cinch นำเสนอ มาในหลากหลายสไตล์ของซีรีส์ Dura-Con (รูปที่ 1)
ความคิดคือการรวมเจ็ดลวดทองแดงเบริลเลียมชุบทองเชื่อมพวกเขาที่ปลายและกลไกการขยายพวกเขาในรูปแบบกรงที่มีเจ็ดจุดติดต่อที่มีอยู่ภายในรอบนอกของขาหญิงผสมพันธุ์การออกแบบพินพินนี้ใช้ในช่องเสียบ Dura-Con สี่เหลี่ยมและ Micro-D (MIL ‑ DTL-83513) กำหนดค่าให้เป็นตัวเชื่อมต่อแบบแถบที่มีพื้นที่และน้ำหนักน้อยที่สุด Micro-D (รูปที่ 2) สร้างการเชื่อมต่อแบบอินไลน์สูงสุด 60 แบบโดยมีระยะห่างต่ำสุดถึง 1.27 มม. กระบวนการแทรกจะขยายกรงด้วยการกระทำ 'ลบ' ที่เป็นบวก ถอนการทำสัญญากรงดังนั้นแรงถอนยังคงต่ำ นอกจากนี้ยังช่วยลดความเครียดทางกลของการเดินสายไปยังตัวเชื่อมต่อ
อีกวิธีคือเทคโนโลยีการบีบอัดที่เรียกว่า CIN :: APSE (รูปที่ 3) มันเป็นความต่อเนื่องของความคิดในการให้การเชื่อมต่อที่หลากหลายผ่านกลุ่มของสายโมลิบดีนัมเคลือบทองซึ่งแยกกันแบบสุ่ม ซึ่งหมายความว่ามีจุดสัมผัสเจ็ดถึง 11 จุดที่ปลายแต่ละด้านโดยการสัมผัสแผ่นผสมพันธุ์บน PCB หรืออุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่แข็งหรือยืดหยุ่น
ชุดนี้จะถูกแทรกเข้าไปในรูรับแสงรูปนาฬิกาทรายที่ได้รับสิทธิบัตรในตัวเชื่อมต่อโพลีเมอร์ชนิดผลึกเหลวที่เป็นฉนวน แอปพลิเคชันเป้าหมายรวมถึงตัวเชื่อมต่อระหว่าง PCB หรือ PCB ไปยังอุปกรณ์ land grid array (LGA) (เช่น asics และ CPUs) จำนวนพิน I / O สามารถมากกว่า 7,000 ที่ระยะพิตช์จนถึง 1.0 มม.
หน้าสัมผัส Twist-Pin ของ Dura-Con ได้รับการจัดอันดับอุณหภูมิที่ -55 ° C ถึง+135° C ผู้ติดต่อแต่ละคนสามารถพกพา 3A ที่ 600V AC ที่ระดับน้ำทะเล ต้านทานติดต่อเป็น8mΩสูงสุด อันดับสูงสุดที่ 170g และ 11.33g (6.0 ‑ ounce และ 0.4 ‑ ounce) สูงสุดตามลำดับกองกำลังการแทรกและการถอนมีอัตราส่วนมากกว่า 10: 1
นี่คือสาเหตุที่การขยายตัวและการหดตัวของกรง ผู้ติดต่อนี้สามารถใช้ในแอปพลิเคชั่นที่ต้องการความต้านทานต่างกันที่ควบคุมด้วยการต่อสายเคเบิลเพื่อความสมบูรณ์ของสัญญาณสูง การทดสอบลำดับไบนารีแบบสุ่มหลอก (PRBS) ที่อัตราข้อมูล 1.25Gbps ได้พิสูจน์ประสิทธิภาพนี้แล้วและการวัดการสะท้อนกลับของโดเมนเวลา (TDR) ได้ยืนยันว่ามีอิมพิแดนซ์ต่างกันที่100Ω
ที่ระยะห่าง 1.0 มม. (0.04 ‑ นิ้ว) หน้าสัมผัสการบีบอัด CIN :: APSE ได้รับการจัดอันดับที่ 3A ถึง 6A ไดอิเล็กทริกทนทานได้กับ 500V DC ที่ระดับน้ำทะเลช่วงอุณหภูมิในการทำงานคือ -60 ° C ถึง+105° C ระดับแรงกระแทกคือ 100G พร้อมการทดสอบการสั่นสะเทือนสำหรับลูกค้าในบางแอปพลิเคชั่นถึง 22,000G และสามารถทนต่ออุณหภูมิต่ำถึง -200 ° C ช่วงความถี่สูงถึง 50GHz ในขณะที่การสูญเสียการแทรก -0.2dB ที่ 10GHz และเพียง -1.2dB ที่ 20GHz
คุณสมบัติที่สำคัญอื่น ๆ ของการออกแบบประกอบด้วยค่า crosstalk ที่ต่ำมากระหว่างรายชื่อติดต่อที่น้อยกว่า -25dB การสูญเสียย้อนกลับถูกวัดที่ -19dB ที่ 10GHz และความต้านทานการติดต่อน้อยกว่า10mΩโดยมีการเหนี่ยวนำน้อยกว่า 0.5nH
รูปที่ 4: CIN :: APSEconnectors สำหรับ asics,
ตัวคั่นและตัวกระจายสัญญาณ RF
หน้าสัมผัส CIN :: APSE นั้นมีขนาดความสูง 0.8 มม. หรือ 0.032 ‑ นิ้ว แต่ความยาวที่มีประสิทธิภาพสามารถขยายได้ด้วยตัวเลือกต่าง ๆ ของ spacers และ plungers ซึ่งรวมอยู่ในความยาวของหน้าสัมผัสตัวเชื่อมต่อ ด้วยวิธีนี้สามารถขยายระยะสูงสุด 25.4 มม. (หนึ่งนิ้ว) เมื่อการสัมผัสถูกฝังอยู่ระหว่างลูกสูบสองอันมันจะได้รับการปกป้องโดยกลไกจากการจัดการความเสียหายเทคโนโลยีทำงานได้ดีที่สุดเมื่อใช้ระบบการบีบอัดเพื่อให้แรงดันสม่ำเสมอทั่วทั้งหน้าสัมผัส สิ่งนี้สามารถทำได้โดยใช้การจัดเรียงของแผ่นสปริงและสกรูตามที่อาจใช้สำหรับการยกเลิกวงจรที่ยืดหยุ่นไปยัง PCB หรือระบบ LGA ทั่วไปที่มีฮีทซิงค์ด้านบนและแผ่นหนุนด้านล่างระหว่าง LGA และ PCB มันจะได้รับการแก้ไขด้วยสกรูหยุดการควบคุมและสปริงด้วยอัตราที่กำหนดเพื่อให้การกระจายความดันสม่ำเสมอ
รูปแบบการติดต่อที่กำหนดเองสามารถกำหนดค่าตามความต้องการของลูกค้าพร้อมกับการออกแบบระบบการบีบอัดที่สมบูรณ์
ด้วยขนาดที่เล็กความหนาแน่นสูงและการเชื่อมต่อระหว่างกันที่เชื่อถือได้ในแอปพลิเคชั่นสมัยใหม่ได้แทนที่ตัวเชื่อมต่อแบบเสียดทานที่เรียบง่ายซึ่งไม่เพียงพอสำหรับงานปัจจุบัน - เทคโนโลยีตัวเชื่อมต่อที่ติดตั้งขั้วสัมผัสหลายตัว GHz
