נצלו את היתרונות של מערכות חיווט ממוזערות עבור תכנים מוגבלי-מקום

ככל שמערכות אלקטרוניות ממשיכות להתכווץ והצפיפות הפונקציונלית עולה, המתכננים ניצבים בפני אתגרים בהבטחת חיבורים חסונים. זה נכון במיוחד במסגרות תעשייתיות, רפואיות וצבאיות/תעופה-חלל, שבהן המחברים חייבים להיות קומפקטיים אך מסוגלים לעמוד ברעידות, מחזורים תרמיים וגורמי מאמץ אחרים. כדי להתמודד עם אתגרים אלה, המתכננים זקוקים לפתרונות חיברור קומפקטיים המשלבים אמינות עם ניצול יעיל של המקום.

מאמר זה בוחן את הדרישות העיקריות עבור חיברורים כאלה, כולל צפיפות ההדקים, מנגנוני חיבור חסונים, טולרנסים תרמיים ויכולות הספקת-הכוח והאותות. לאחר מכן הוא מציג אקוסיסטם ורסאטילי של מחברים של Samtec‏ ומראה כיצד ניתן להשתמש בו כדי לעמוד בדרישות אלו.

תכני מחברים וניתוב מוליכים בפרישות קומפקטיות

כאשר בוחרים מחברים עבור תכנים מוגבלי-מקום, נקודת התחלה טובה היא המרווח בין המגעים, הנקרא פסיעת המגעים. פסיעה קטנה יותר בדרך כלל מתאימה למחבר קומפקטי יותר.

הזמינות של סגנונות מחברים רבים יכולה גם היא להיות בעלת ערך רב. לדוגמה, מחבר בעל שורה אחת עשוי להיות האפשרות הטובה ביותר לניתוב מוליכים דרך מקומות צרים, בעוד שגרסה בעלת שתי שורות יכולה להציע צפיפות מגעים גבוהה יותר. בדומה, היכולת להרכיב פסי-פינים על לוחות מעגלים מודפסים (PC) בכיוון אנכי או אופקי מקלה על עבודה סביב מרווחים צרים.

הבחירה בין כבלי רצועה לבין חוטים בדידים גם היא מצדיקה שיקול דעת. בעוד שלכל אחד מהם יש את יתרונותיו, פתרונות חוטים בדידים יכולים לספק אפשרויות ניתוב נוספות. זה חשוב במיוחד ביישומים הדורשים חיברורים מסועפים, שבהם מכללי כבלים יחידים חייבים לקבץ מוליכים ממספר מיקומים בתוך ההתקן (איור 1).

איור 1: מוצגת מערכת חוטים בדידים המשמשת לפישוט קיבוץ המוליכים והשימוש במספר סוגי מחברים במכלל יחיד. (מקור התמונה: Samtec)

יתרון נוסף של חוטים בדידים הוא שניתן להשתמש במספר סגנונות מחבר בתוך מכלל יחיד כדי להתאים לדרישות של רכיבים ותת-מערכות שונות. חוטים בדידים מעניקים גם את הגמישות לשלב מוליכי הספקת-כוח ואותות בתוך מכלל, עם אפשרות להשתמש בקידוד צבעים כדי לזהות את הייעוד של כל חוט.

ריתוק מחברים ותאימות תרמית בתנאים מאתגרים

אחד האיומים העיקריים על אמינות החיברורים הוא ניתוק שלא-במתכוון במהלך הפעולה. במערכות גדולות יותר, שיטות ריתוק כגון ברגים, מחברים או אומים יכולות למנוע הפרדה תחת מאמצים מכניים. עם זאת, מערכות קטנות יותר לרוב חסרות את המקום כדי להפוך אפשרויות אלו למעשיות.

אתגרים אלה מחמירים במערכות הדורשות מחזורי חיבור-ניתוק תכופים. בין אם מדובר בצורכי תחזוקה, שדרוגים בשטח או שינוי תצורה, חיבור וניתוק חוזרים ונשנים דורשים שיטות ריתוק שהן גם מאובטחות וגם קלות לשימוש.

כדי להתמודד עם נושאים אלה נדרשים בדרך כלל מנגנוני נעילה קומפקטיים. אלה אמורים לאפשר חיבור וניתוק מחברים בצורה בטוחה באופן ידני, ללא צורך בכלים או בחומרת הידוק נוספת.

בחירת חומרים מהווה גם היא שיקול מרכזי. בתי המחברים ובידוד החוטים חייבים להיות מתאימים לתנאי הסביבה של היישום, כולל תחום טמפרטורות הפעולה הצפוי וכל דרישות בטיחות או רגולציה רלוונטיות.

העברת הספק (PD‏) ותקינות אותות בחיברורים ממוזערים

בעוד שהגודל הוא השיקול המוביל עבור תכנים מוגבלי-מקום, מחברים ממוזערים עדיין חייבים לעמוד בדרישות החשמליות. אפילו עם מרווח מגעים צר, החיברורים צריכים לתמוך באיכות אות מעולה וברמות זרם ומתח נאותות עבור העברת ההספק.

שיקולים אלה מצריכים התחשבות נוספת לתכני המגעים וההדקים. הגיאומטריה שלהם צריכה להבטיח שטח מגע אמין, והחומרים צריכים לעמוד בפני קורוזיה כדי לשמור על תקינות האותות לאורך זמן. תכן עם שני-עלים הוא שימושי במיוחד כאן, מכיוון שהוא מסייע לשמור על לחץ מגע עקבי על פני תחום טמפרטורות ופרופיל רעידות רחבים, שהם חיוניים למניעת נפילת מתח האותות או ניתוק הספקת-הכוח בסביבות תובעניות.

פלטפורמות חיברור עם ביצועים עיליים עבור מערכות מוגבלות-מקום

מערכת החוטים הבדידים Micro Mate‏ של Samtec תוכננה במפורש לענות על הדרישות של יישומים מוגבלי-מקום. המאפיין המובהק של פלטפורמת Micro Mate הוא פסיעת מגעים של 1 מילימטר (מ"מ), המאפשרת חתימות-שטח מחבר קומפקטיות על פני מגוון המוצרים. קיימים פתרונות עבור יישומי כבל-ללוח, כבל-לכבל וכבל-לפאנל, המציעים גמישות תכנון רחבה. המאפיינים העיקריים של המשפחה כוללים:

• תצורות שורה אחת או שתי שורות עם 2 עד 40 מגעים סה"כ לתמיכה במגוון של דרישות צפיפות אותות ו-I/O‏
• מנגנוני נעילה יחידים או כפולים עבור חיבור בטוח בסביבות עם מאמצים מכניים
• דירוגי מתח של עד _AC‏V‏ 250‏ ו-_DC‏V‏ 353‏, עם דירוגי זרם של עד 2.7 אמפר לכל מגע, לתמיכה הן באותות והן בפילוג הספקת-כוח בינונית
• מערכות מגעים עם שני-עלים מצופי זהב עבור חיבוריות עקבית ואיכות אותות גבוהה בסביבות תובעניות
• ציפוי טפלון פלואורו-פולימר אופציונלי עבור חסינות משופרת לכימיקלים ותאימות עם יישומים נטולי-הלוגן או בטמפרטורה גבוהה

בנוסף למכללי כבלים סטנדרטיים, Samtec מציעה פתרונות ברמת-הרכיבים עבור חיווט מותאם-במיוחד. פתרונות אלה תומכים ביצירת מכללים מותאמים-במיוחד הממקסמים את ניצול המקום ואת גמישות הניתוב בתכנים ספציפיים-ליישום.

מכללים מוכנים-מראש עבור אינטגרציה פשוטה

דוגמה טיפוסית לפתרון כבל-לכבל Micro Mate היא ה-S1SS-08-28-GF-06.00-L1‏ (איור 2) שהוא מכלל בעל 8 מיקומים, שורה אחת, עם סיומת של סוקט מלבני בכל קצה.

איור 2: ה-S1SS-08-28-GF-06.00-L1 הוא בעל מנגנון נעילה פוזיטיבית עם בריח ללא-כלים כדי להבטיח חיבורים חסונים. (מקור התמונה: Samtec)

מאפיין ראוי לציון של פתרון זה הוא מנגנון נעילה פוזיטיבית עם בריח ללא-כלים המובנה בתוך בתי המחברים. מנגנון זה מבטיח חיבור אמין גם בתנאי פעולה קשים. הוא גם מאפשר ניתוק ידני במהלך תחזוקה שוטפת, ובכך מבטל את הצורך בברגים או מחברים, דבר שיכול להיות יתרון במיוחד במקומות קטנים שבהם השימוש בכלים הוא מאתגר.

מכלל הכבלים יכול להתחבר עם מגוון של פסי-פינים Micro Mate הכוללים מדרגת נעילה משולבת כדי להבטיח חיבור מאובטח. דוגמה בולטת אחת היא ה-T1M-08-F-SV-L‏ (איור 3). פס-פינים אופקי עם פרופיל נמוך זה להרכבה משטחית תומך בהתקנה בקצה הלוח, ועוזר למזער את הגובה האנכי מעל לוח המעגלים המודפסים. עם גובה בידוד של 5.51 מ"מ בלבד, תצורה זו תומכת במרווחים קרובים בין לוח-ללוח מבלי להתפשר על החוסן המכני.

איור 3: פס-הפינים ה-T1M-08-F-SV-L הוא פתרון אופקי להרכבה משטחית עבור יישומים בהם המקום האנכי מוגבל. (מקור התמונה: Samtec)

פתרונות הרכבת פאנל ללא-כלים

חיברורי הרכבת-פאנל מציגים אתגרים נוספים בתרחישים שבהם לא ניתן להשתמש בבורגי הרכבה או מחברים אחרים. לשוניות הצמדה (Snap-in‏) מתמודדות עם בעיה זו.

לדוגמה, ה-T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3‏ (איור 4) שהוא מכלל כבל-לפאנל עם סוקט מחוזק-לעמידות עם לשוניות נצמדות משולבות, המאפשרות למחבר להיות מאובטח באופן עצמאי בפתח הפאנל וחוסכות את הצורך בחומרת ריתוק ייעודית. הוא תומך בעובי פאנלים בין 0.033 ל-0.090 אינץ'.

איור 4: ה-T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 הוא בעל תכן חיברור בהצמדה (Snap-in‏) המאפשר הרכבת-פאנל מהירה וללא-כלים. (מקור התמונה: Samtec)

הודות לביטול הצורך באמצעי הידוק, המתכננים יכולים לשמר שטח פאנל יקר עבור אלמנטים פונקציונליים אחרים, כגון מחוונים, כפתורים או מתגים. מכלל זה גם מדגים את הוורסאטיליות של פלטפורמת Micro Mate. בתצורה זו הכבל מחופה במעטה טפלון פלואורו-פולימר אופציונלי המדורגת לטמפרטורות בין C‏°‏40‏- עד C‏ִ°‏125‏+, ותומך בשימוש ביישומים בטמפרטורות גבוהות או נטולי-הלוגן.

מכללי חיברורים מותאמים-במיוחד ותמיכת כלים

בעוד שמכללים מוכנים-מראש מספקים פתרונות נוחים עבור צורכי חיברורים רבים, תכנים מוגבלי-מקום דורשים לעתים קרובות תצורות מותאמות-במיוחד. לדוגמה, יישום עשוי לדרוש ניתוב כבלים מסועף או מעבר בין פריסות פינים בעלות שורה אחת לשתי-שורות כדי למטב את ניצול המקום. טכניקות אלו יכולות להיות שימושיות במיוחד במארזים מורכבים כגון כלי דיאגנוסטיקה ניידים או תת-מערכות של רחפנים שבהן יש לנתב חוטים דרך חללים לא-סדורים וסביב רכיבים אלקטרומכניים אחרים.

כדי לענות על דרישות מותאמות-במיוחד, Samtec מציעה פתרונות ברמת הרכיבים המאפשרים למהנדסים ליצור מכללי Micro Mate מאפס או לשנות מכללים קיימים בהתאם לצורכיהם. דוגמה לכך הוא תקע בית מחבר IDT1-05‏ (איור 5). פתרון עם שתי-שורות זה נועד למקסם את צפיפות המגעים.

איור 5: ניתן להשתמש בתקע בית מחבר IDT1-05 ליצירת מכלל מותאם-במיוחד עם עשרה מוליכים בפריסה של שתי שורות. (מקור התמונה: Samtec)

תכנים מותאמים-במיוחד משתמשים באותם מגעים של שני-עלים מצופי זהב כמו מוצרים המורכבים במפעל. כפי שממחיש המגע TC37R-01-GF‏ (איור 6), הם מספקים משטח חיבור גדול עם ציפוי זהב של 0.076 מיקרומטר (µm) עבור התנגדות חשמלית נמוכה ואמינות לטווח ארוך.

איור 6: מגע TC37R-01-GF משתמש בתכן שני-עלים מצופי זהב עבור התנגדות חשמלית נמוכה ואמינות. (מקור התמונה: Samtec)

כדי לשמור על איכות חיבור עקבית, כלים מתאימים הם חיוניים. כלי הלחיצה הידני CAT-HT-309-2830-12‏ (איור 7) עבור משפחת Micro Mate מסייע לטכנאים לייצר מכללים מותאמים-במיוחד באמצעות חוט AWG‏ 30‏ או AWG‏ 28‏ התואמים לתקינות המכנית והחשמלית של פתרונות שיוצרו במפעל.

איור 7: כלי לחיצה ידנית CAT-HT-309-2830-12 תומך בהרכבה ידנית אמינה של חיבורי Micro Mate באמצעות AWG‏ 30‏ או AWG‏ 28‏. (מקור התמונה: Samtec)

סיכום

מערכות מוגבלות-מקום דורשות חיבורים המאזנים בין קומפקטיות, עמידות וקיבולת חשמלית. פלטפורמת החוטים הבדידים Micro Mate עונה על צרכים אלה עם פתרון ממוזער בפסיעה של 1 מ"מ. בין אם מדובר בחיבור תת-מערכות פנימיות או בממשקי פאנל, הפלטפורמה מציעה מגוון רחב של אפשרויות לתמיכה בתכנים של חיווט גמיש ועם ביצועים עיליים.