A integração no sistema, PCB e nível de circuito integrado é um dos fenômenos mais intrigantes dos projetos eletrônicos de hoje.
Com uma integração mais rígida, aumenta a necessidade de mais conexões físicas entre componentes, dispositivos, placas, painéis ou cabos externos. A interconexão confiável de sistemas eletrônicos é uma tarefa importante, especialmente quando se trata de aplicações exigentes nas aplicações aeroespacial, militar e industrial.
No futuro, carros autônomos e veículos aéreos não tripulados exigirão não apenas interconexões confiáveis e duráveis, mas também conceitos compactos e leves para o projeto mecânico. Em termos de conectores de alta confiabilidade, a baioneta circular original mantém seu nicho, mas em muitas aplicações, a miniaturização e a compactação exigem versões menores e mais leves dos conectores.
Existe uma necessidade crescente de sistemas que possam operar em ambientes agressivos, o que também contribui para projetos de conectores limitados a algumas gramas de peso. Aeroespacial é talvez a aplicação mais crítica em termos de redução de peso. Um exemplo é o programa CubeSat de mini-satélites leves e de baixo custo, inaugurado em 1999 pela Universidade de Stanford. Eles são obrigados a transportar massas não superiores a 1,33 kg por 10 cm3.
O processo de seleção
Os conectores eletromecânicos são cada vez mais complexos, em conformidade com uma longa lista de especificações, como manuseio de corrente CC, classificação de voltagem, isolamento e resistência de contato, perda de inserção em uma frequência especificada, conversa cruzada entre condutores, indutância entre condutores, capacitância mútua e inserção mecânica e forças de retirada.
De importância crescente são as especificações ambientais, como temperatura operacional, umidade, choque, vibração, altitude e resistência a produtos químicos comuns.
O projeto e a fabricação de conectores tornaram-se, portanto, um campo para especialistas com reputação de garantir a integridade do sinal e da potência dos produtos.
Quais são os desafios?
Para superar os desafios que os conectores mecânicos enfrentam agora, os fabricantes estão ajustando vários pontos de contato. Isso traz um grau de conformidade mecânica para garantir que os baixos valores especificados de resistência e indutância de contato sejam mantidos sob condições de deformação mecânica, choque e impacto de vibração.
A principal preocupação no projeto de um conector é fornecer uma interface mecânica confiável com um mínimo de descontinuidade física e elétrica. Exemplos ruins seriam pontos de acesso CC ou incompatibilidades ou perdas de impedância CA em transmissões de alta frequência.
A história do design de conectores é cheia de tentativas de engenhosidade, mas à medida que a miniaturização, a integração e a redução simultânea nas dimensões dos conectores continuam, novos desafios vêm à tona.
Os contatos do pino de torção são fáceis de conectar e desconectar
Uma solução simples para aplicações de sinalização de baixa frequência e transmissão de energia é encontrada na tecnologia de pinos rotativos oferecida pela Cinch. Ele vem em muitos estilos da série Dura-Con (Figura 1).
A idéia é agrupar sete fios de fio de cobre-berílio banhado a ouro, soldá-los na ponta e expandi-los mecanicamente para formar uma gaiola com sete pontos de contato disponíveis na periferia de um pino fêmea correspondente.Esse design de pino giratório é usado no conector retangular Dura-Con e no Micro-D (MIL ‑ DTL-83513). Configurado como um conector de tira com espaço e peso mínimos, o Micro-D (Figura 2) cria até 60 conexões em linha com um passo de até 1,27 mm. O processo de inserção expande a gaiola com uma ação de 'limpeza' positiva. A retirada contrai a gaiola, portanto a força de retirada permanece baixa. Isso também minimiza o estresse mecânico na fiação do conector.
Outra solução é uma tecnologia de compressão chamada CIN :: APSE (Figura 3). É uma continuação da idéia de fornecer várias conexões através de um pacote discreto de fios de molibdênio banhados a ouro, que são agrupados aleatoriamente. Isso significa que há de sete a 11 pontos de contato em cada extremidade, feitos ao tocar uma almofada em um PCB rígido ou flexível ou dispositivo semicondutor.
O pacote é inserido em uma abertura patenteada em forma de ampulheta no corpo do conector de polímero de cristal líquido isolante. Os aplicativos de destino incluem interfaces de conectores entre PCBs ou PCB para dispositivos LGA (land grid array) (como asics e CPUs). A contagem de pinos de E / S pode exceder 7.000 em uma inclinação de 1,0 mm.
Os contatos Dura-Con Twist-Pin têm classificação de temperatura de -55 ° C a +135 ° C. Cada contato pode transportar 3A a 600V CA ao nível do mar. A resistência de contato é 8mΩ máx. Classificadas com 170g e 11,33g (6,0 onças e 0,4 onças) no máximo, respectivamente, as forças de inserção e retirada têm uma proporção superior a 10: 1.
Isto é devido ao efeito de expansão e contração da gaiola. Esse contato pode ser usado em aplicações que exigem uma impedância diferencial controlada, com cabeamento correspondente para alta integridade do sinal. Testes de sequência binária pseudo-aleatória (PRBS) a uma taxa de dados de 1,25 Gbps comprovaram esse desempenho, e as medidas de refletometria no domínio do tempo (TDR) confirmaram uma impedância diferencial de 100Ω.
No espaçamento de 1,0 mm (0,04 polegadas), o contato de compressão CIN :: APSE é classificado em 3A a 6A. O dielétrico suporta 500V CC ao nível do mar, a faixa de temperatura operacional é de -60 ° C a +105 ° C. A classificação de choque é de 100G, com testes de choque realizados para clientes em determinadas aplicações que atingem 22.000G e pode suportar temperaturas tão baixas quanto -200 ° C. A faixa de frequência chega a 50GHz, enquanto a perda de inserção é de -0,2dB a 10GHz e apenas -1,2dB a 20GHz.
Algumas outras características importantes do design incluem valores de diafonia muito baixos entre os contatos, a menos de -25dB. A perda de retorno é medida em -19dB a 10 GHz e a resistência de contato é menor que 10mΩ com uma indutância menor que 0,5nH.
Figura 4: CIN :: APSEconnectors para asics,
interposers e interposers RF
O contato CIN :: APSE está disponível com uma altura correspondente de 0,8 mm ou 0,032 polegadas, mas o comprimento efetivo pode ser estendido com várias opções de espaçadores e êmbolos, integrados no comprimento do contato do conector. Dessa maneira, distâncias de até 25,4 mm (uma polegada) podem ser estendidas. Quando o contato é incorporado entre dois êmbolos, ele é protegido mecanicamente contra danos causados pelo manuseio. A tecnologia tem melhor desempenho quando um sistema de compressão é usado para fornecer pressão uniforme em todo o conjunto de contatos. Isso pode ser conseguido usando um arranjo de placas, mola e parafusos, como pode ser usado para terminar um circuito flexível em uma PCB ou em um sistema LGA típico com um dissipador de calor superior e uma placa de apoio inferior entre a LGA e a PCB. Seria fixado com parafusos de parada controlada e molas com taxa definida para fornecer uma distribuição uniforme da pressão.
Versões personalizadas dos layouts de contato podem ser configuradas de acordo com as demandas de ocupação dos clientes, juntamente com o design completo do sistema de compactação.
Como o tamanho pequeno, a alta densidade e a interconexão confiável nas aplicações modernas substituíram os conectores simples de encaixe por atrito - o que claramente não é suficiente para as tarefas atuais - uma tecnologia de conectores equipada com um terminal de múltiplos contatos pode oferecer um desempenho ideal de DC a dezenas de GHz.
