L’intégration au niveau du système, des PCB et des circuits intégrés est l’un des phénomènes les plus intrigants des conceptions électroniques d’aujourd’hui.
Avec une intégration plus étroite, la nécessité d’établir plus de connexions physiques entre les composants, les appareils, les planches, les panneaux ou les câblages externes augmente. L’interconnexion fiable des systèmes électroniques est une tâche majeure, en particulier lorsqu’il s’agit d’applications exigeantes dans les applications aérospatiales, militaires et industrielles.
À l’avenir, les voitures autonomes et les véhicules aériens sans pilote nécessiteront non seulement des interconnexions fiables et durables, mais aussi des concepts compacts et légers pour la conception mécanique. En termes de connecteurs haute fiabilité, la baïonnette circulaire d’origine conserve sa niche, mais dans de nombreuses applications, la miniaturisation et la compacité exigent des versions plus petites et plus légères des connecteurs.
Il ya un besoin croissant de systèmes qui peuvent fonctionner dans des environnements difficiles, ce qui contribue également à des conceptions de connecteurs qui sont limités à quelques grammes de poids. L’aérospatiale est peut-être l’application la plus critique en termes de réduction de poids. Un exemple est le programme CubeSat de mini-satellites légers et peu coûteux, inauguré en 1999 par l’Université stanford. Ils sont tenus de porter des masses de pas plus de 1,33 kg par 10cm3.
Le processus de sélection
Les connecteurs électromécaniques sont de plus en plus complexes, conformes à une longue liste de spécifications telles que la manutention du courant de courant de courant de courant, la cote de tension, l’isolation et la résistance au contact, la perte d’insertion à une fréquence spécifiée, le croisement entre les conducteurs, l’inductance entre les conducteurs, la capacité mutuelle et les forces d’insertion et de retrait mécaniques.
Les spécifications environnementales telles que la température de fonctionnement, l’humidité, le choc, les vibrations, l’altitude et la résistance aux produits chimiques courants sont de plus en plus importantes.
La conception et la fabrication de connecteurs sont donc devenues un domaine pour les spécialistes ayant la réputation de garantir le signal et l’intégrité de la puissance des produits.
Quels sont les défis?
Pour surmonter les défis auxquels sont maintenant confrontés les connecteurs mécaniques, les fabricants installent plusieurs points de contact. Cela apporte un certain degré de conformité mécanique pour s’assurer que les valeurs de faible résistance au contact spécifiées et les valeurs d’inducence sont maintenues dans des conditions de déformation mécanique, de choc et d’impact des vibrations.
La conception d’un connecteur est de fournir une interface mécanique fiable avec un minimum de discontinuité physique et électrique. Les mauvais exemples seraient les points chauds de courant alternatif, ou les inadéquations ou les pertes d’impédance d’AC aux transmissions à haute fréquence.
L’histoire de la conception de connecteurs est pleine de tentatives d’ingéniosité, mais comme la miniaturisation, l’intégration et la réduction simultanée des dimensions des connecteurs continuent, de nouveaux défis viennent à l’avant-plan.
Les contacts twist pin sont faciles à brancher et à déconnecter
Une solution simple pour les applications de signalisation à basse fréquence et de transmission d’énergie se trouve dans la technologie twist-pin offerte par Cinch. Il est disponible dans de nombreux styles de la série Dura-Con (figure 1).
L’idée est d’empaqueter sept brins de fil de béryllium-cuivre plaqué or, de les souder à la pointe et de les agrandir mécaniquement pour former une cage avec sept points de contact disponibles à l’intérieur de la périphérie d’une épingle femelle d’accouplement.Cette conception de torsion-broche est utilisée dans le connecteur rectangulaire Dura-Con et le Micro-D (MIL-DTL-83513). Configuré comme un connecteur de bande avec un espace et un poids minimes, le Micro-D (figure 2) crée jusqu’à 60 connexions en ligne avec un pas jusqu’à 1,27 mm. Le processus d’insertion élargit la cage avec une action positive d’essuyage. Le retrait contracte la cage, de sorte que la force de retrait reste faible. Cela minimise également le stress mécanique sur le câblage du connecteur.
Une autre solution est une technologie de compression appelée CIN::APSE (figure 3). Il s’agit d’une continuation de l’idée de fournir des connexions multiples à travers un faisceau discret de fils de molybdène plaqué or, qui sont empaquetés au hasard. Cela signifie qu’il y a sept à 11 points de contact à chaque extrémité, en touchant un tapis d’accouplement sur un dispositif de BPC ou de semi-conducteurs rigide ou flexible.
Le faisceau est inséré dans une ouverture brevetée en forme de sablier dans le corps isolant de connecteur de polymère à cristaux liquides. Les applications cibles incluent des interfaces de connecteur entre les BPC ou les PCB aux périphériques LGA (grid array) (tels que les asics et les processeurs). Le nombre d’épingles d’I/S peut dépasser 7 000 à un pas jusqu’à 1,0 mm.
Les contacts Dura-Con Twist-Pin sont évalués à -55°C à +135°C. Chaque contact peut transporter 3A à 600V AC au niveau de la mer. La résistance au contact est de 8mΩ max. Évaluées respectivement à 170 g et 11,33 g (6,0 onces et 0,4 once) maximum, les forces d’insertion et de retrait ont un ratio de plus de 10:1.
Cela est dû à l’expansion et l’effet de contraction de la cage. Ce contact peut être utilisé dans les applications qui nécessitent une impédance différentielle contrôlée, avec un câblage correspondant pour une intégrité élevée du signal. Les tests pseudo-aléatoires de séquence binaire (PRBS) à un taux de données de 1,25 Gbps ont prouvé cette performance, et les mesures de réflectométrie de domaine temporel (TDR) ont confirmé une impédance différentielle de 100Ω.
À 1,0 mm (0,04 pouces) d’espacement, le contact de compression CIN::APSE est évalué entre 3A et 6A. Le diélectrique résiste à 500V DC au niveau de la mer, la plage de température de fonctionnement est de -60°C à +105°C. La cote de choc est de 100G, avec des tests de choc effectués pour les clients dans certaines applications atteignant 22.000G et il peut résister à des températures aussi basses que -200 °C. La plage de fréquences atteint jusqu’à 50 GHz, tandis que la perte d’insertion est de -0,2 dB à 10 GHz et seulement -1,2 dB à 20 GHz.
D’autres caractéristiques importantes de la conception incluent des valeurs de crosstalk très faibles entre les contacts, à moins de -25dB. La perte de retour est mesurée en -19dB à 10 GHz, et la résistance au contact est inférieure à 10mΩ avec une inductance inférieure à 0,5 nH.
Figure 4 : CIN::Connecteurs APSE pour asics,
interposers et interposeurs RF
Le contact CIN::APSE est disponible avec une hauteur accouplée de 0,8 mm ou 0,032 pouces, mais la longueur effective peut être prolongée avec diverses options d’espaceurs et de pistons, qui sont intégrés dans la longueur du contact de connecteur. De cette façon, des distances allant jusqu’à 25,4 mm (un pouce) peuvent être parcourues. Lorsque le contact est intégré entre deux pistons, il est mécaniquement protégé contre les dommages de manipulation. La technologie fonctionne mieux lorsqu’un système de compression est utilisé pour fournir une pression uniforme sur l’ensemble du tableau de contact. Cela peut être réalisé à l’aide d’un arrangement de plaques, de ressorts et de vis, comme cela pourrait être utilisé pour mettre fin à un circuit flexible à un PCB, ou un système typique LGA avec un dissipateur de chaleur supérieur et une plaque de soutien inférieure entre la LGA et le PCB. Il serait fixé avec des vis et des ressorts à arrêt contrôlé avec un taux défini pour donner une distribution de pression uniforme.
Les versions personnalisées des dispositions de contact peuvent être configurées en application des exigences d’empreinte des clients ainsi que sur la conception complète du système de compression.
Comme la petite taille, la densité élevée et l’interconnexion fiable dans les applications modernes ont remplacé les connecteurs simples de frottement-ajustement – qui ne sont clairement pas suffisants pour les tâches actuelles – une technologie de connecteur équipée d’un terminal multi-contact peut fournir des performances optimales de DC à des dizaines de GHz.
