Per lo sviluppo di applicazioni compatte è necessario ricorrere a connettori miniaturizzati con dimensioni e passi ridotti. Inoltre, dovrebbe essere possibile assemblarli sfruttando processi automatizzati, senza che ciò comporti alcuna limitazione in termini di prestazioni. Ecco l'offerta di ERNI.
Il catalogo ERNI è estremamente variegato e risponde perfettamente a una serie di requisiti richiesti dalla moderna industria elettronica. Attualmente sono disponibili numerose famiglie di connettori con passo compreso tra 0,8 e 2,5 mm in grado di soddisfare requisiti specifici in termini di ingombri (footprint), corrente nominale e compatibilità elettromagnetica (EMC), nonché di supportare elevate velocità di trasferimento dati (fino a 25 Gbps).
Con i connettori della serie MicroCon a doppia riga con passo di 0,8 mm, non è necessario scendere a compromessi per quanto concerne robustezza e affidabilità, nonostante le piccole dimensioni. Per questa ragione i connettori maschi prevedono pareti laterali rinforzate anche nella versione base. La sicurezza dell’accoppiamento è garantita, oltre che dalla codifica, dall’allineamento mediante guide di tipo blindmate (ad accoppiamento cieco) con una tolleranza di bloccaggio più ampia. Una caratteristica unica per connettori di queste dimensioni è rappresentata dall’utilizzo di contatti a doppia molla. Il principio su cui si basa questo contatto a molla brevettato è stato ulteriormente migliorato nel corso degli anni e utilizzato per connettori sempre più piccoli (Fig. 1).
La serie MicroCon va ad ampliare e completare l’offerta di ERNI che comprende le famiglie SMC a doppia riga con passo di 1,27 mm o la famiglia MicroStac, formata da connettori realizzati sulla base di un progetto di tipo ermafrodita con passo di 0,8 mm. I connettori MicroCon sono disponibili in versioni per connessioni parallele (scheda-scheda o scheda “mezzanino”), perpendicolari (a 90°) e coplanari.
Utilizzando versioni con differenti altezze complessive per i connettori maschi e femmine è possibile ottenere spaziature tra scheda e scheda comprese tra 5 e 20 mm nelle applicazioni in schede “mezzanino”. Grazie ai contatti a doppia molla i connnettori MicrCon – così come le varianti delle serie SMC e MicroStac – garaniscono una tolleranza di accoppiamento molto ampia: le tolleranze di disallineamento ammissibili sugli assi longitudinali e trasversali sono pari a ±0,7 mm, mentre la tolleranza di inclinazione consentita è specificata entro ±4°.
I contatti utilizzati per i connettori delle serie SMC e MicroCon si distinguono per un’altra peculiarità. Molti produttori eseguono l’accoppiamento sul lato grezzo dello zoccolo a tulipano del connettore femmina, riducendo in tal modo la corrente nominale e il numero di cicli di accoppiamento. Durante il processo di stampaggio mediante punzone (punching) ERNI esegue invece una piegatura di 90° dello zoccolo a tulipano (Fig. 2).
Ciò assicura un’inserzione sicura del contatto del connettore maschio sulla superficie piegata più uniforme dello zoccolo a tulipano del connettore femmina, garantendo in tal modo un’affidabilità di accoppiamento più elevata e una maggiore capacità di trasporto della corrente. Sebbene questo processo sia molto complesso per quanto concerne la tecnologia di stampaggio, è stato via via perfezionato nel corso degli anni.
Capacità di trasporto della corrente ottimizzata
Sia che si tratti di connettori per PCB o di I/O, le problematiche di base con gli alimentatori presenti nei moderni sistemi restano inalterate.
A causa dei requisiti sempre più severi e della miniaturizzazione sempre più spinta, i connettori usati per gli alimentatori devono soddisfare due requisiti in contrapposizione tra di loro: garantire prestazioni più elevate in spazi sempre più ristretti.
Problemi di questo tipo possono essere affrontati in maniera efficace con connettori progettati in modo idoneo e un layout ottimizzato del PCB.
Erni ha condotto numerose misure e una serie completa di test per valutare le modalità di ottimizzazione della capacità di trasporto della corrente.
Le corrispondenti curve di derating (riduzione delle prestazioni) standard sono state ottenute a partire da una coppia di connettori saldata su un PCB.
Il layout utilizzato per il collaudo è di natura conservativa, in modo da garantire un elevato livello di flessibilità in termini sia di istradamento (routing) delle piste dei conduttori sia di realizzazione del PCB.
Nel caso il progetto venga specificato con un livello di dettaglio elevato (layout, contatti e materiale del PCB) è possibile conseguire sensibili miglioramenti (Fig. 3).
Le figure riportano le specifiche conservative relative al trasporto della corrente del connettore SMC (12 poli) con capacità di corrente di 1,6 A a 20 °C e Ie possibili approvazioni.
Sia il progetto del connettore sia la scheda a circuito stampato possono essere ottimizzati al fine di incrementare la capacità di trasporto della corrente e migliorare il comportamento termico. Materiali ottimizzati da punto di vista termico ed elettrico, forme dei contatti convesse, riduzione delle aree di contatto, forze di contatto specifiche di valore elevato (sollecitazioni di contatto herziano), superifici liscie e una finitura accurata e avanzata sono alcune delle opzioni disponibili per quanto concerne il connettore.
Per ottimizzare le strutture del PCB è invece possibile impiegare più strati (multilayer), aumentare lo spessore del rame per gli strati di potenza, prevedere isolamenti più sottili per assicurare un miglior trasferimento del calore, garantire una distribuzione di rame che copre il 90% di tutti gli strati e prevedere la presenza di vias termiche. Tutto ciò senza dimenticare che ogni applicazione è contraddistinta da specificità da tenere nella dovuta considerazione.
Per questo motivo è consigliabile ricorrere a una consulenza personalizzata in funzione della particolare applicazione considerata.
Progetto di schede “mezzanino” compatte
MicroSpeed è una famiglia formata da connettori ad alta velocità caratterizzati da un’elevata densità di contatti e passo 1,0 mm da utilizzare per le connessioni scheda-scheda e in grado di soddisfare i requisiti, in termini di ampiezza di banda, delle moderne applicazioni in schede “mezzanino”.
Per garantire caratteristiche quali comportamento controllato dell’impedenza, ridotta diafonia (crosstalk) e accoppiamento ottimale per le coppie di segnali differenziali, i connettori ad alta velocità come appunto i componenti la serie MicroSpeed devono prevedere strutture di schermatura specifiche e ottimizzate. Questo sistema di connessione schermato, di concezione modulare, risulta composto da due righe di contatti e da due lamine di schermatura esterne.
I contatti di segnale sono realizzati in tecnologia SMT, mentre per i contatti schermati sono previste due opzioni: SMT o THR (Through Hole Reflow) da utilizzare nel caso di schede plug-in particolarmente dense o in presenza di sollecitazioni meccaniche di elevata intensità. La coplanarità per i terminali SMT è garantita al 100% e specificata inferiore a 0,1 mm per tutti i contatti.
Il passo longitudinale di 1,0 mm e la spaziatura tra le righe di 1,5 mm consentono di configurare le coppie di segnali differenziali o I segnali a terminazione singola (single ended) orizzontalmente e verticalmente in funzione dell’applicazione o dei requisiti in termini di crosstalk. I connettori della linea MicroSpeed sono specificati per un numero di cicli di accoppiamento superiore a 500. La capacità di trasporto della corrente è pari a 1 A per i contatti di segnale e di 6,8 A per i contatti dei moduli di potenza.
I moduli di connessione hanno una lunghezza pari a 27 mm e dispongono di 50 contatti di segnale e di due lamine di schermatura (18 connessioni schermate). Essi possono essere connessi in una riga senza alcun problema e con un aumento praticamente trascurabile degli ingombri. Nelle applicazioni che richiedono una densità di contatti particlarmente elevata sono disponibili versioni a sette righe con 91 (7×13) contatti di segnali oltre alle versioni a due righe.
Altre versioni a 90° consentono di realizzare connessioni estremamente compatte e veloci dal backplane alle schede figlie e connessioni coplanari tra schede figlie.
I connettori MicroSpeed sono disponibili in package di tipo “tape&reel”. Tra le caratteristiche che contribuiscono a semplificare l’assemblaggio completamente automatico da segnalare il corpo di isolamento nero realizzato in LCP resistente alle alte temperature per un riconoscimento visivo semplice e affidabile e un pad premontato per le apparecchiature di pick-and place che semplifica la presa.
Velocità di trasferimento dati fino a 25 Gbps
I connettori della famiglia MicroSpeed supportano elevate velocità di trasferimento dati. Le simulazioni e le misure di corrente effettuate hanno dimostrato che, adottando un layout e criteri di progetto adeguati (perdite di inserzione di -2dB e spaziatura tra scheda e scheda di 5 mm) si possono conseguire velocità di trasferimento dati superiori a 25 Gbps (12,5 GHz). In questo modo è possibile realizzare connessione da scheda a scheda estremamente veloci con distanze comprese tra 5 e 20 mm.
Utilizzando specifiche configurazioni del layout è possibile ottimizzare il comportamento in presenza di fenomeni di crosstalk: in tale contesto ERNI fornisce un qualificato supporto fornendo suggerimenti ampiamente sperimentati e collaudati. I relativi dati di test sono disponibili a richiesta. Per i connettori della famiglia MicroSpeed ERNI mette anche a disposizione schede dimostrative, modelli SPICE e kit di valutazione.
