يعتبر التكامل على النظام ، ثنائي الفينيل متعدد الكلور ومستوى الدائرة المتكاملة من أكثر الظواهر المثيرة للاهتمام في تصاميم الإلكترونيات اليوم.
مع تكامل أكثر إحكامًا ، تزداد الحاجة إلى المزيد من الاتصالات المادية بين المكونات أو الأجهزة أو اللوحات أو اللوحات أو الكابلات الخارجية. إن الربط بين الأنظمة الإلكترونية بشكل موثوق هو مهمة رئيسية ، خاصة عندما يتعلق الأمر بالمطالبة بالتطبيقات في الفضاء والطيران والتطبيقات الصناعية.
في المستقبل ، لن تتطلب السيارات ذاتية القيادة والمركبات الجوية بدون طيار ربطًا موثوقًا ودائمًا فحسب ، بل تتطلب أيضًا مفاهيم مدمجة وخفيفة الوزن للتصميم الميكانيكي. من حيث الموصلات عالية الموثوقية ، تحافظ الحربة الدائرية الأصلية على مكانتها ولكن في العديد من التطبيقات ، يتطلب التصغير والضغط إصدارات أصغر وأكثر خفة من الموصلات.
هناك حاجة متزايدة للأنظمة التي يمكن أن تعمل في بيئات قاسية ، مما يساهم أيضًا في تصميمات الموصلات التي تقتصر على بضعة جرامات من الوزن. ربما يكون الفضاء الجوي هو التطبيق الأكثر أهمية من حيث تخفيض الوزن. ومن الأمثلة على ذلك برنامج CubeSat للأقمار الصناعية الصغيرة منخفضة التكلفة وخفيفة الوزن ، الذي افتتح في عام 1999 من قبل جامعة ستانفورد. مطلوب منهم حمل كتل لا تزيد عن 1.33 كجم لكل 10 سم 3.
عملية الاختيار
إن الموصلات الكهروميكانيكية معقدة بشكل متزايد ، وتتوافق مع قائمة طويلة من المواصفات مثل معالجة التيار المستمر ، وتصنيف الجهد ، والعزل ومقاومة التلامس ، وفقدان الإدراج عند تردد معين ، والتحدث بين الموصلات ، والحث بين الموصلات ، والسعة المتبادلة ، والإدخال الميكانيكي وانسحاب القوات.
تزداد أهمية المواصفات البيئية مثل درجة حرارة التشغيل والرطوبة والصدمة والاهتزاز والارتفاع والمقاومة ضد المواد الكيميائية الشائعة.
لذلك نما تصميم وتصنيع الموصلات إلى مجال للمتخصصين الذين يتمتعون بسمعة طيبة في ضمان سلامة المنتجات وقوة الإشارة.
ما هي التحديات؟
للتغلب على التحديات التي تواجهها الموصلات الميكانيكية الآن ، يقوم المصنعون بتركيب نقاط اتصال متعددة. هذا يجلب درجة من الامتثال الميكانيكي للتأكد من الحفاظ على قيم مقاومة التلامس المنخفضة والمحاثة المحددة تحت ظروف التشوه الميكانيكي والصدمات والاهتزازات.
من الشواغل الرئيسية في تصميم الموصل توفير واجهة ميكانيكية موثوق بها مع الحد الأدنى من الانقطاع المادي والكهربائي. قد تكون الأمثلة السيئة هي النقاط الساخنة للتيار المستمر ، أو عدم تطابق أو مقاومة التيار المتردد عند الإرسال عالي التردد.
إن تاريخ تصميم الموصل مليء بمحاولات الإبداع ولكن مع استمرار التصغير والتكامل والتخفيض المتزامن في أبعاد الموصلات ، تظهر تحديات جديدة في المقدمة.
من السهل توصيل جهات اتصال المسمار الملتوية وفصلها
تم العثور على حل بسيط لتطبيقات الإشارات ذات التردد المنخفض ونقل الطاقة في تقنية السن اللولبي التي تقدمها Cinch. يأتي في العديد من أنماط سلسلة Dura-Con (الشكل 1).
تتمثل الفكرة في تجميع سبعة خيوط من أسلاك البريليوم والنحاس المطلية بالذهب ، ولحامها عند الحافة وتوسيعها ميكانيكيًا لتشكيل قفص به سبع نقاط اتصال متاحة داخل محيط دبوس تزاوج أنثى.يُستخدم هذا التصميم ذو السن اللولبي في موصل Dura-Con المستطيل و Micro-D (MIL ‑ DTL-83513). تم تكوينه كموصل شريطي مع أقل مساحة ووزن ، يخلق Micro-D (الشكل 2) ما يصل إلى 60 اتصالًا مباشرًا مع انحدار يصل إلى 1.27 مم. توسع عملية الإدخال القفص بعمل مسح "إيجابي". ينسحب السحب من القفص ، لذا تظل قوة الانسحاب منخفضة. هذا يقلل أيضًا من الضغط الميكانيكي على الأسلاك في الموصل.
حل آخر هو تقنية ضغط تسمى CIN :: APSE (الشكل 3). إنها استمرار لفكرة توفير اتصالات متعددة من خلال حزمة منفصلة من أسلاك الموليبدينوم المطلية بالذهب ، والتي يتم تجميعها بشكل عشوائي. وهذا يعني أن هناك من 7 إلى 11 نقطة اتصال في كل طرف ، تتم عن طريق لمس وسادة التزاوج على PCB جامد أو مرن أو جهاز أشباه الموصلات.
يتم إدراج الحزمة في فتحة على شكل الساعة الرملية الحاصلة على براءة اختراع في جسم موصل بوليمر الكريستال السائل العازل. تتضمن التطبيقات المستهدفة واجهات موصل بين PCBs أو PCB إلى أجهزة صفيف الشبكة الأرضية (LGA) (مثل asics و CPUs). يمكن أن يتجاوز عدد دبوس الإدخال / الإخراج 7000 في الملعب إلى 1.0 مم.
يتم تصنيف جهات اتصال Dura-Con Twist-Pin في درجة الحرارة عند -55 درجة مئوية إلى -135 درجة مئوية. يمكن لكل اتصال حمل 3A عند 600V AC على مستوى سطح البحر. مقاومة التلامس هي 8 م 3 كحد أقصى. مصنفة عند 170 جم و 11.33 جم (6.0 أوقية و 0.4 أوقية) كحد أقصى على التوالي ، تتمتع قوات الإدراج والانسحاب بنسبة تزيد عن 10: 1.
ويرجع ذلك إلى توسع وانكماش القفص. يمكن استخدام جهة الاتصال هذه في التطبيقات التي تتطلب ممانعة تفاضلية محكومة ، مع كبلات مطابقة لسلامة الإشارة العالية. أثبتت اختبارات التسلسل الثنائي العشوائي (PRBS) بمعدل بيانات يبلغ 1.25 جيجابت في الثانية هذا الأداء ، وأكدت قياسات قياس المجال الزمني الانعكاسي (TDR) مقاومة تفاضلية قدرها 100 درجة مئوية.
عند تباعد 1.0 مم (0.04 ‑ بوصة) ، تم تصنيف جهة اتصال ضغط CIN :: APSE عند 3A إلى 6A ، ويتحمل العازل 500V DC عند مستوى سطح البحر ، ويتراوح نطاق درجة حرارة التشغيل من -60 درجة مئوية إلى -105 درجة مئوية. يبلغ معدل الصدمة 100G ، مع اختبارات الصدمة التي تجرى للعملاء في تطبيقات معينة تصل إلى 22000G ويمكنها تحمل درجات حرارة منخفضة تصل إلى -200 درجة مئوية. يصل نطاق التردد إلى 50 جيجا هرتز ، بينما فقدان الإدراج هو -0.2 ديسيبل عند 10 جيجا هرتز و -1.2 ديسيبل فقط عند 20 جيجا هرتز.
تتضمن بعض الميزات الهامة الأخرى للتصميم قيم تداخل الحديث منخفضة جدًا بين جهات الاتصال ، بأقل من -25 ديسبل. يتم قياس خسارة العودة على أنها -19 ديسيبل عند 10 جيجا هرتز ، ومقاومة التلامس أقل من 10 م 3 مع محاثة أقل من 0.5 نانومتر.
الشكل 4: CIN :: APSEconnectors لأسيكس ،
المتداخلات والمداخلات RF
يتوفر اتصال CIN :: APSE بارتفاع تزاوج يبلغ 0.8 مم أو 0.032 بوصة ، ولكن يمكن تمديد الطول الفعال بخيارات مختلفة من الفواصل والغواصات ، والتي يتم دمجها في طول التلامس الموصل. بهذه الطريقة ، يمكن أن تمتد مسافات تصل إلى 25.4 مم (بوصة واحدة). عندما يتم دمج جهة الاتصال بين اثنين من الغطاسين ، يتم حمايتها ميكانيكيًا ضد التعامل مع الأضرار.تعمل التكنولوجيا بشكل أفضل عند استخدام نظام الضغط لتوفير ضغط موحد عبر مجموعة الاتصال. يمكن تحقيق ذلك باستخدام ترتيب الصفائح ، والزنبرك ، والمسامير ، كما يمكن استخدامه لإنهاء دائرة مرنة إلى PCB ، أو نظام LGA نموذجي مع مبدد حراري علوي ولوح دعم سفلي بين LGA و PCB. سيتم تثبيته بمسامير ونوابض ذات تحكم متحكم بمعدل محدد لإعطاء توزيع ضغط موحد.
يمكن تكوين إصدارات مخصصة من تخطيطات جهات الاتصال وفقًا لمتطلبات بصمة العملاء جنبًا إلى جنب مع تصميم نظام الضغط الكامل.
نظرًا لأن الحجم الصغير والكثافة العالية والاتصال الموثوق به في تطبيقات العصر الحديث قد حلت محل الموصلات البسيطة التي تناسب الاحتكاك - والتي من الواضح أنها ليست كافية للمهام الحالية - يمكن أن توفر تقنية الموصل المزودة بطرف توصيل متعدد الأداء الأداء الأمثل من DC إلى عشرات غيغاهرتز.
