Tirer parti des systèmes de câblage miniaturisés pour les conceptions à espace restreint

Alors que les systèmes électroniques sont de plus en plus petits et que la densité fonctionnelle augmente, les concepteurs sont confrontés au défi de garantir des interconnexions robustes. Cela est particulièrement vrai dans les environnements industriels, médicaux et militaires/aérospatiaux, où les connecteurs doivent être compacts tout en étant capables de résister aux vibrations, aux cycles thermiques et à d'autres facteurs de contraintes. Pour relever ces défis, les concepteurs ont besoin de solutions d'interconnexion compactes alliant fiabilité et optimisation de l'espace.

Cet article explore les exigences clés de ces interconnexions, notamment la densité des bornes, la robustesse des mécanismes de raccordement, la tolérance thermique et la capacité de signal et d'alimentation. Il présente ensuite un écosystème de connecteurs polyvalents de Samtec et montre comment il peut être utilisé pour répondre à ces exigences.

Conception de connecteurs et routage des conducteurs dans des configurations compactes

Lors de la sélection de connecteurs pour des conceptions à espace restreint, un bon point de départ est l'espacement des contacts, appelé pas de contact. Un pas plus petit correspond généralement à un connecteur plus compact.

La disponibilité de plusieurs styles de connecteurs peut également s'avérer très utile. Par exemple, un connecteur à une rangée peut être la meilleure option pour router les conducteurs dans des espaces étroits, tandis qu'une variante à double rangée peut offrir une densité de contacts plus élevée. De même, la possibilité de monter des embases sur des circuits imprimés dans une orientation verticale ou horizontale facilite le travail dans des espaces restreints.

Le choix entre câbles plats et fils discrets mérite également d'être pris en considération. Bien que chaque solution présente des avantages, les fils discrets peuvent offrir davantage d'options de routage. Cela est particulièrement important dans les applications exigeant des interconnexions à dérivation, où un seul assemblage de câble doit rassembler des conducteurs provenant de plusieurs emplacements au sein d'un même dispositif (Figure 1).

Figure 1 : Système de fils discrets utilisé pour simplifier le regroupement de conducteurs et l'utilisation de plusieurs types de connecteurs dans un même assemblage. (Source de l'image : Samtec)

Un autre avantage des fils discrets est que plusieurs styles de connecteurs peuvent être utilisés dans un seul assemblage pour répondre aux exigences de divers composants et sous-systèmes. Les fils discrets permettent également de combiner des conducteurs d'alimentation et de signaux dans un même assemblage, avec la possibilité d'utiliser un code couleur pour identifier la fonction de chaque fil.

Rétention des connecteurs et compatibilité thermique en conditions difficiles

L'une des principales menaces pour la fiabilité des interconnexions est le découplage involontaire pendant le fonctionnement. Dans les grands systèmes, les méthodes de rétention telles que les vis, les attaches ou les écrous peuvent empêcher la séparation en cas de contraintes mécaniques. Cependant, les systèmes plus petits manquent souvent de l'espace nécessaire pour exploiter ces options.

Ces défis sont exacerbés dans les systèmes qui requièrent des cycles de raccordement fréquents. Qu'elles soient motivées par des besoins de maintenance, des mises à niveau sur le terrain ou une reconfiguration, les connexions et déconnexions répétées exigent des méthodes de rétention à la fois sûres et faciles à utiliser.

Pour répondre à ces préoccupations, des mécanismes de verrouillage compacts sont généralement requis. Ils doivent permettre une connexion et une déconnexion manuelles sécurisées des connecteurs, sans outils ni matériel de fixation secondaire.

Le choix des matériaux est également un facteur clé. Le logement des connecteurs et l'isolant des fils doivent être adaptés aux conditions environnementales de l'application, y compris la plage de températures de fonctionnement prévue et toutes les exigences de sécurité ou réglementaires applicables.

Distribution d'alimentation et intégrité des signaux dans les interconnexions miniaturisées

Bien que le format soit le principal critère pour les conceptions à espace restreint, les connecteurs miniaturisés doivent néanmoins répondre aux exigences électriques. Même avec un pas de contact fin, les interconnexions doivent prendre en charge une excellente qualité de signal et des niveaux de courant et de tension adéquats pour la distribution d'alimentation.

Ces considérations confèrent une importance accrue à la conception des contacts et des bornes. Leur géométrie doit garantir une zone de contact fiable et les matériaux doivent résister à la corrosion afin de maintenir l'intégrité des signaux au fil du temps. Une conception à deux lames est particulièrement utile ici, car elle permet de maintenir une pression de contact constante sur une vaste plage de températures et un large profil de vibrations, ce qui est essentiel pour éviter la perte de signal ou l'interruption de l'alimentation dans les environnements exigeants.

Plateformes d'interconnexion hautes performances pour systèmes à espace restreint

Le système de fils discrets Micro Mate de Samtec est spécifiquement conçu pour répondre aux exigences des applications à espace restreint. La caractéristique distinctive de la plateforme Micro Mate est son pas de contact de 1 mm, qui permet des empreintes de connecteur compactes dans toute la gamme de produits. Des solutions sont disponibles pour les applications câble-à-carte, câble-à-câble et câble-à-panneau, offrant une grande flexibilité de conception. Les caractéristiques clés de la gamme de produits incluent les suivantes :

• Configurations à une ou deux rangées avec de 2 à 40 contacts au total pour répondre à diverses exigences de densité de signaux et d'E/S
• Mécanismes à verrouillage simple ou double pour un raccordement sécurisé dans les environnements exposés à des contraintes mécaniques
• Tensions nominales jusqu'à 250 V_CA et 353 V_CC, avec des courants nominaux jusqu'à 2,7 A par contact, pour prendre en charge à la fois la distribution de signaux et la distribution d'alimentation modérée
• Systèmes de contact plaqués or à deux lames pour une connectivité constante et une haute qualité de signal dans les environnements exigeants
• Gaine en fluoropolymère Teflon en option pour une résistance améliorée aux produits chimiques et une compatibilité avec les applications sans halogène ou à haute température

En plus des assemblages de câbles standard, Samtec propose des solutions au niveau des composants pour un câblage personnalisé. Ces solutions prennent en charge la création d'assemblages sur mesure qui optimisent l'espace et la flexibilité de routage dans les conceptions spécifiques à l'application.

Assemblages prêts à l'emploi pour intégration simplifiée

Un exemple typique de solution câble-à-câble Micro Mate est l'assemblage à une rangée et 8 positions S1SS-08-28-GF-06.00-L1 (Figure 2), qui se termine par une prise rectangulaire à chaque extrémité.

Figure 2 : Le S1SS-08-28-GF-06.00-L1 est doté d'un mécanisme à verrouillage positif sans outil pour garantir des connexions robustes. (Source de l'image : Samtec)

L'une des caractéristiques remarquables de cette solution est le mécanisme à loquet de verrouillage positif robuste et sans outil intégré aux boîtiers des connecteurs. Ce loquet garantit une connexion fiable même en conditions d'utilisation difficiles. Il permet également la déconnexion manuelle lors de la maintenance de routine, éliminant ainsi le recours à des vis ou des attaches, ce qui peut s'avérer particulièrement pratique dans les espaces confinés où l'utilisation d'outils est difficile.

L'assemblage de câble peut se raccorder à diverses embases Micro Mate qui incluent une rampe de verrouillage intégrée pour garantir une connexion sécurisée. Le T1M-08-F-SV-L (Figure 3) est un bon exemple. Cette embase horizontale, extra-plate à montage en surface prend en charge l'installation sur le bord de la carte, contribuant ainsi à minimiser la hauteur verticale au-dessus du circuit imprimé. Avec une hauteur d'isolement de seulement 5,51 mm, cette configuration prend en charge un espacement carte-à-carte étroit sans compromettre la robustesse mécanique.

Figure 3 : L'embase T1M-08-F-SV-L est une solution horizontale à montage en surface pour les applications dans lesquelles l'espace vertical est limité. (Source de l'image : Samtec)

Solutions de montage sur panneau sans outils

Les interconnexions à montage sur panneau posent des défis supplémentaires dans les scénarios où il n'est pas possible d'utiliser des vis de montage ou d'autres attaches. Les languettes encliquetables résolvent ce problème.

Par exemple, l'assemblage câble-à-panneau T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 (Figure 4) est doté d'une prise renforcée avec des languettes encliquetables intégrées, permettant la fixation automatique du connecteur dans une ouverture de panneau, et éliminant ainsi le recours à du matériel de retenue dédié. Il prend en charge des épaisseurs de panneau s'étendant de 0,84 mm à 2,29 mm.

Figure 4 : Le T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 est doté d'une conception d'interconnexion encliquetable, permettant le montage sur panneau rapide et sans outil. (Source de l'image : Samtec)

En éliminant le recours à des attaches, les concepteurs peuvent préserver un espace précieux sur le panneau pour d'autres éléments fonctionnels, tels que des voyants, des boutons ou des interrupteurs. Cet assemblage démontre également la polyvalence de la plateforme Micro Mate. Dans cette configuration, le câble est entouré d'une gaine en fluoropolymère Teflon en option, répertoriée pour des températures de -40°C à +125°C, prenant en charge l'utilisation dans les applications à haute température ou sans halogène.

Assemblages d'interconnexion personnalisés et outillage

Si les assemblages prêts à l'emploi offrent des solutions pratiques pour de nombreux besoins d'interconnexion, les conceptions à espace restreint requièrent souvent des configurations personnalisées. Par exemple, une application peut nécessiter un routage de câbles à dérivation ou une transition entre des brochages à une ou deux rangées pour optimiser l'utilisation de l'espace. Ces techniques peuvent être particulièrement utiles dans les boîtiers complexes tels que les outils de diagnostic portables ou les sous-systèmes de drones, où les fils doivent être routés dans des espaces irréguliers et autour d'autres composants électromécaniques.

Pour répondre aux besoins spécifiques de ses clients, Samtec propose des solutions au niveau des composants qui permettent aux ingénieurs de créer des assemblages Micro Mate à partir de zéro ou de modifier des assemblages existants afin de les adapter à leurs besoins. Un exemple est le logement de fiche IDT1-05 (Figure 5). Cette solution à double rangée est conçue pour maximiser la densité de contacts.

Figure 5 : Le logement de fiche IDT1-05 permet de créer un assemblage personnalisé avec dix conducteurs dans une configuration à double rangée. (Source de l'image : Samtec)

Les conceptions personnalisées utilisent les mêmes contacts plaqués or à deux lames que les produits assemblés en usine. Comme illustré avec le contact TC37R-01-GF (Figure 6), les produits offrent une grande surface de raccordement avec un placage or de 0,076 µm pour une faible résistance électrique et une grande fiabilité à long terme.

Figure 6 : Le contact TC37R-01-GF utilise une conception plaquée or à deux lames pour une faible résistance électrique et une fiabilité accrue. (Source de l'image : Samtec)

Pour maintenir une qualité de connexion constante, il est essentiel de disposer d'outils adaptés. La pince à sertir manuelle CAT-HT-309-2830-12 (Figure 7) pour la gamme Micro Mate aide les techniciens à produire des assemblages personnalisés à l'aide de fils de 28 ou 30 AWG, correspondant à l'intégrité mécanique et électrique des solutions fabriquées en usine.

Figure 7 : La pince à sertir manuelle CAT-HT-309-2830-12 permet l'assemblage manuel fiable des interconnexions Micro Mate avec des fils de 28 ou 30 AWG. (Source de l'image : Samtec)

Conclusion

Les systèmes à espace restreint requièrent des interconnexions qui offrent un équilibre entre compacité, durabilité et capacité électrique. La plateforme de fils discrets Micro Mate répond à ces besoins avec une solution miniaturisée à pas de 1 mm. Qu'il s'agisse de connecter des sous-systèmes internes ou de fournir des interfaces de panneau, la plateforme offre un large éventail d'options pour prendre en charge une conception de câblage flexible et hautes performances.