Integrasjon på systemet, PCB og integrert kretsnivå er et av de mest spennende fenomenene i dagens elektronikkdesign.
Med strammere integrasjon øker behovet for mer fysiske forbindelser mellom komponenter, enheter, brett, paneler eller eksterne kabler. Pålitelig sammenhengende elektroniske systemer er en stor oppgave, spesielt når det gjelder krevende applikasjoner innen luftfart, militære og industrielle applikasjoner.
I fremtiden vil autonome biler og ubemannede luftfartøy ikke bare kreve pålitelige og holdbare forbindelser, men også kompakte og lette konsepter for mekanisk design. Når det gjelder høy pålitelighet kontakter den opprinnelige sirkulære bajonett opprettholder sin nisje, men i mange applikasjoner, miniatyrisering og kompakthet er krevende mindre og mer lette versjoner av kontakter.
Det er et økende behov for systemer som kan operere i tøffe miljøer, noe som også bidrar til kontaktdesign som er begrenset til noen få gram i vekt. Luftfart er kanskje den mest kritiske anvendelsen når det gjelder vektreduksjon. Et eksempel er CubeSat-programmet med rimelige og lette minisatellitter, innviet i 1999 av Stanford University. De er pålagt å bære masser på ikke mer enn 1.33kg per 10cm3.
Utvelgelsesprosessen
Elektromekaniske kontakter blir stadig mer komplekse, i samsvar med en lang liste over spesifikasjoner som dc strøm håndtering, spenningsklassifisering, isolasjon og kontaktmotstand, innsetting tap med en spesifisert frekvens, kryss-snakk mellom ledere, induktans mellom ledere, gjensidig kapasitans, og mekanisk innsetting og tilbaketrekking krefter.
Av økende betydning er miljøspesifikasjoner som driftstemperatur, fuktighet, støt, vibrasjon, høyde og motstand mot vanlige kjemikalier.
Design og produksjon av kontakter har derfor vokst til et felt for spesialister med et rykte for å garantere signal og kraft integritet av produkter.
Hva er utfordringene?
For å overvinne utfordringene mekaniske kontakter nå står overfor, passer produsentene på flere kontaktpunkter. Dette gir en grad av mekanisk samsvar for å sikre at de angitte lavkontaktmotstanden og induktansverdiene opprettholdes under mekanisk deformasjon, støt og vibrasjonsvirkningsforhold.
Av primær bekymring i en kontakt design er å gi et pålitelig mekanisk grensesnitt med et minimum av fysisk og elektrisk diskontinuitet. Dårlige eksempler ville være DC hotspots, eller AC impedans uoverensstemmelser eller tap ved høyfrekvente overføringer.
Historien om kontaktdesign er full av forsøk på oppfinnsomhet, men etter hvert som miniatyrisering, integrasjon og samtidig reduksjon i kontaktenes dimensjoner fortsetter, kommer nye utfordringer i forgrunnen.
Twist pin-kontakter er enkle å koble til og koble fra
En enkel løsning for lavfrekvente signal- og kraftoverføringsprogrammer finnes i twist-pin-teknologien som tilbys av Cinch. Den kommer i mange stiler av Dura-Con-serien (Figur 1).
Ideen er å pakke syv tråder av gullbelagt beryllium-kobbertråd, sveise dem på spissen og mekanisk utvide dem til å danne et bur med syv kontaktpunkter tilgjengelig inne i periferien av en parring kvinnelig pin.Denne twist-pin-designen brukes i den rektangulære Dura-Con-kontakten og Micro-D (MIL-DTL-83513). Micro-D (figur 2) er konfigurert som en stripekontakt med minimal plass og vekt, og skaper opptil 60 innebygde tilkoblinger med en tonehøyde ned til 1,27 mm. Innsettingsprosessen utvider buret med en positiv "tørke" handling. Uttak kontrakter buret, så tilbaketrekningen kraften forblir lav. Dette minimerer også det mekaniske stresset på ledningene til kontakten.
En annen løsning er en kompresjonsteknologi kalt CIN::APSE (figur 3). Det er en videreføring av ideen om å gi flere tilkoblinger gjennom en diskret bunt av gullbelagte molybden ledninger, som er tilfeldig buntet. Dette betyr at det er syv til 11 kontaktpunkter i hver ende, laget ved å berøre en parringspute på en stiv eller fleksibel PCB eller halvlederenhet.
Bunten settes inn i en patentert timeglassformet blenderåpning i den isolerende flytende krystallpolymerkontaktkroppen. Målprogrammer inkluderer koblingsgrensesnitt mellom PCB-er eller PCB for å lande LGA-enheter (grid array) (for eksempel asics og CPUer). I/U-pinneantallet kan overstige 7000 på en tonehøyde ned til 1,0 mm.
Dura-Con Twist-Pin-kontaktene er temperaturrangerte ved -55 °C til +135 °C. Hver kontakt kan bære 3A ved 600V AC ved havnivå. Kontaktmotstand er 8mΩ maks. Vurdert på 170g og 11.33g (6.0-unse og 0.4-unse) maksimum, innsetting og tilbaketrekking krefter har et forhold på mer enn 10:1.
Dette skyldes utvidelses- og sammentrekningseffekten av buret. Denne kontakten kan brukes i applikasjoner som krever en kontrollert differensialimedanse, med matchende kabling for høy signalintegritet. Pseudo-tilfeldig binær sekvens (PRBS) tester med en 1.25Gbps datahastighet har bevist denne ytelsen, og tid domenereflektometry (TDR) målinger har bekreftet en differensial impedans på 100Ω.
Ved 1,0 mm (0,04 tommer) avstand er CIN::APSE-komprimeringskontakten vurdert til 3A til 6A. Dielektrisk tåler 500V DC ved havnivå, driftstemperaturområdet er -60 °C til +105 °C. Sjokkvurderingen er 100G, med sjokktester utført for kunder i visse applikasjoner som når 22.000G, og det tåler temperaturer så lave som -200 ° C. Frekvensområdet når opptil 50 GHz, mens innsettingstap er -0,2dB ved 10 GHz og bare -1,2dB ved 20 GHz.
Noen andre viktige funksjoner i design inkluderer svært lave crosstalk verdier mellom kontakter, på mindre enn -25dB. Returtap måles som -19dB ved 10 GHz, og kontaktmotstanden er mindre enn 10mΩ med en induktans på mindre enn 0,5nH.
Figur 4: CIN::APSE-kontakter for asics,
interposers og RF interposers
CIN::APSE-kontakten er tilgjengelig med en parret høyde på 0,8 mm eller 0,032 tommer, men den effektive lengden kan utvides med ulike alternativer for avstandsstykker og stempel, som er integrert i lengden på kontaktkontakten. På denne måten kan avstander på opptil 25,4 mm (en tomme) strekkes. Når kontakten er innebygd mellom to stempel, er den mekanisk beskyttet mot håndtering av skade. Teknologien fungerer best når et kompresjonssystem brukes til å gi jevn trykk på tvers av kontaktarrayet. Dette kan oppnås ved hjelp av et arrangement av plater, fjær og skruer, som kan brukes til å avslutte en fleksibel krets til en PCB, eller et typisk LGA-system med en topp kjøleribbe og bunn styrke plate mellom LGA og PCB. Det ville bli løst med kontrollerte stoppskruer og fjærer med definert hastighet for å gi jevn trykkfordeling.
Egendefinerte versjoner av kontaktoppsettene kan konfigureres til kundenes fotavtrykkskrav sammen med den komplette komprimeringssystemdesignen.
Som liten størrelse har høy tetthet og pålitelig sammenkobling i moderne applikasjoner erstattet enkle friksjonstilpassede kontakter – som åpenbart ikke er tilstrekkelige for gjeldende oppgaver – en kontaktteknologi utstyrt med en multikontaktterminal kan levere optimal ytelse fra DC til titalls GHz.
