Sfruttare i vantaggi dei sistemi di cablaggio miniaturizzati in progetti con vincoli di spazio

Con la continua miniaturizzazione dei sistemi elettronici e l'aumento della densità funzionale, i progettisti devono superare la sfida di garantire interconnessioni robuste. Ciò è particolarmente vero in ambito industriale, medicale e militare/aerospaziale, dove i connettori devono essere compatti ma in grado di resistere a vibrazioni, ciclaggio termico e altri fattori di sollecitazione. Per affrontare queste sfide, i progettisti hanno bisogno di soluzioni di interconnessione compatte che siano affidabili e al contempo salvaspazio.

Questo articolo esamina i requisiti chiave di tali interconnessioni, tra cui la densità dei terminali, i robusti meccanismi di accoppiamento, la tolleranza termica e la capacità di segnale e di potenza. Presenta quindi il versatile ecosistema di connettori di Samtec e mostra come utilizzarli per soddisfare questi requisiti.

Progettazione dei connettori e instradamento dei conduttori in layout compatti

Quando si scelgono connettori per progetti con vincoli di spazio, un buon punto di partenza è la distanza tra i contatti, detta "passo dei contatti". Un passo più piccolo corrisponde generalmente a un connettore più compatto.

Anche la scelta tra più stili di connettore può essere molto utile. Ad esempio, un connettore a fila singola può essere l'opzione migliore per il passaggio dei conduttori in spazi ristretti, mentre una variante a doppia fila può offrire una maggiore densità di contatti. Analogamente, la possibilità di montare le basette sulle schede a circuiti stampati (schede CS) con orientamento verticale o orizzontale facilita il lavoro in spazi ristretti.

Anche la scelta tra cavi a nastro e fili discreti merita una considerazione a sé. Anche se ogni tipologia presenta dei vantaggi, le soluzioni a filo discreto possono offrire più opzioni di instradamento. Questo è particolarmente importante nelle applicazioni che richiedono interconnessioni ramificate, in cui un singolo cavo assemblato deve raccogliere conduttori provenienti da più punti all'interno di un dispositivo (Figura 1).

Figura 1: Un sistema a fili discreti utilizzato per semplificare l'aggregazione dei conduttori e l'uso di più tipi di connettori in un unico assemblaggio. (Immagine per gentile concessione di Samtec)

Un altro vantaggio dei fili discreti è la possibilità di utilizzare connettori di stili diversi all'interno di un singolo assemblaggio per soddisfare i requisiti dei vari componenti e sottosistemi. I fili discreti offrono anche la flessibilità di combinare conduttori di alimentazione e di segnale nell'assemblaggio, e la possibilità di utilizzare la codifica a colori per identificare lo scopo di ciascun filo.

Ritegno dei connettori e compatibilità termica in condizioni difficili

Una delle principali minacce all'affidabilità delle interconnessioni è il disaccoppiamento involontario durante il funzionamento. Nei sistemi di grandi dimensioni, i metodi di ritenzione come le viti, gli elementi di fissaggio o i dadi possono impedire la separazione dovuta a sollecitazioni meccaniche. Tuttavia, i sistemi più piccoli spesso non hanno lo spazio necessario per implementare queste opzioni.

Queste sfide sono ulteriormente aggravate nei sistemi che richiedono frequenti cicli di accoppiamento. Che si tratti di esigenze di manutenzione, di aggiornamenti sul campo o di riconfigurazione, le ripetute connessioni e disconnessioni richiedono metodi di ritegno sicuri e facili da usare.

Per risolvere questi problemi, in genere sono necessari meccanismi di bloccaggio compatti che consentano l'accoppiamento e il disaccoppiamento dei connettori in modo sicuro e manuale, senza il ricordo a utensili o elementi di fissaggio secondari.

Anche la scelta dei materiali è fondamentale. Gli alloggiamenti dei connettori e l'isolamento dei conduttori devono essere adatti alle condizioni ambientali dell'applicazione, compreso l'intervallo della temperatura di funzionamento previsto ed eventuali requisiti di sicurezza o normative applicabili.

Distribuzione dell'energia elettrica e integrità del segnale nelle interconnessioni miniaturizzate

Sebbene le dimensioni siano la considerazione principale per i progetti con vincoli di spazio, i connettori miniaturizzati devono comunque soddisfare i requisiti elettrici. Anche con un passo di contatto ravvicinato, le interconnessioni devono supportare un'eccellente qualità del segnale e livelli di corrente e tensione adeguati per le esigenze di alimentazione.

Queste considerazioni danno ulteriore importanza alla progettazione di contatti e terminali. La loro geometria deve garantire un contatto affidabile e i materiali devono resistere alla corrosione per assicurare l'integrità del segnale nel tempo. In questo caso, il design a doppia lamina risulta particolarmente utile, in quanto contribuisce a mantenere costante la pressione di contatto in un ampio intervallo di temperature e profili di vibrazione, essenziale per evitare la caduta del segnale o l'interruzione dell'alimentazione in ambienti difficili.

Piattaforme di interconnessione ad alte prestazioni per sistemi con vincoli di spazio

Il sistema a fili discreti Micro Mate di Samtec è stato progettato appositamente per soddisfare le esigenze delle applicazioni con vincoli di spazio. La caratteristica principale della piattaforma Micro Mate è il passo dei contatti di 1 mm, che consente di realizzare connettori compatti in tutta la gamma di prodotti. Sono disponibili soluzioni per applicazioni cavo-scheda, cavo-cavo e cavo-pannello, per la massima flessibilità di progettazione. Le caratteristiche principali della famiglia includono:

• Configurazioni a fila singola o doppia con 2 o 40 contatti totali per supportare una gamma di requisiti di densità di segnali e I/O
• Meccanismi di bloccaggio singoli o doppi per un accoppiamento sicuro in ambienti soggetti a sollecitazioni meccaniche
• Tensioni nominali fino a 250 V_c.a. e 353 V_c.c., con correnti nominali fino a 2,7 A per contatto, per supportare sia i segnali sia la distribuzione dell'energia elettrica moderata
• Sistemi di contatto placcati in oro a doppia lamina per una connettività costante e un'elevata qualità del segnale in ambienti difficili
• Guaina opzionale in fluoropolimero di Teflon per una maggiore resistenza agli agenti chimici e compatibilità con applicazioni senza alogeni o ad alte temperature

Oltre ai cavi assemblati standard, Samtec offre soluzioni a livello di componenti per il cablaggio personalizzato che supportano la creazione di assemblaggi personalizzati per massimizzare lo spazio e la flessibilità di instradamento in progetti specifici.

Assemblaggi pronti per l'integrazione semplificata

Un esempio tipico di soluzione cavo-cavo Micro Mate è il cavo S1SS-08-28-GF-06.00-L1 (Figura 2), un assemblaggio a fila singola a 8 posizioni, che termina con una presa rettangolare a ciascuna estremità.

Figura 2: S1SS-08-28-GF-06.00-L1 è dotato di un fermo di chiusura senza attrezzi per garantire connessioni robuste. (Immagine per gentile concessione di Samtec)

Una caratteristica degna di nota di questa soluzione è il robusto meccanismo di bloccaggio positivo senza attrezzi incorporato negli alloggiamenti dei connettori. Questo meccanismo di chiusura garantisce un collegamento affidabile anche in condizioni operative difficili. Consente inoltre il disaccoppiamento manuale durante la manutenzione ordinaria, eliminando la necessità di viti o elementi di fissaggio, il che può essere particolarmente vantaggioso in spazi ristretti dove l'uso di attrezzi è difficile.

Il cavo assemblato può essere accoppiato con diverse basette Micro Mate che includono una rampa di bloccaggio integrata per garantire una connessione sicura. Un esempio è T1M-08-F-SV-L (Figura 3). Questa basetta orizzontale, a montaggio superficiale e a profilo ribassato supporta l'installazione sul bordo della scheda, contribuendo a ridurre al minimo l'altezza verticale sopra la scheda CS. Con un'altezza di isolamento di soli 5,51 mm, questa configurazione supporta una distanza ravvicinata tra le schede senza compromettere la robustezza meccanica.

Figura 3: Il connettore T1M-08-F-SV-L è una soluzione orizzontale a montaggio superficiale per applicazioni in cui lo spazio verticale è limitato. (Immagine per gentile concessione di Samtec)

Soluzioni di montaggio a pannello senza attrezzi

Le interconnessioni montate a pannello introducono ulteriori sfide in scenari in cui non è possibile utilizzare viti di montaggio o altri elementi di fissaggio. Le linguette a scatto risolvono questo problema.

Ad esempio, il modello T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 (Figura 4) è dotato di un robusto zoccolo con linguette a scatto integrate, che consente al connettore di essere fissato nell'apertura del pannello, eliminando la necessità di minuteria di ritegno dedicata. Supporta pannelli di spessore compreso tra 0,38 e 2,30 mm.

Figura 4: T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3 ha una interconnessione a scatto per il montaggio a pannello veloce e senza attrezzi. (Immagine per gentile concessione di Samtec)

Eliminando la necessità di fissaggi, i progettisti possono conservare spazio prezioso sul pannello per altri elementi funzionali, come indicatori, pulsanti o interruttori. Questo assemblaggio dimostra anche la versatilità della piattaforma Micro Mate. In questa configurazione, il cavo è rivestito da una guaina opzionale in fluoropolimero di Teflon che sopporta temperature comprese tra -40 °C e +125 °C, che ne consente l'uso in applicazioni ad alta temperatura o senza alogeni.

Assemblaggi di interconnessione personalizzati e supporto utensili

Mentre gli assemblaggi già pronti sono soluzioni pratiche per molte esigenze di interconnessione, i progetti con vincoli di spazio richiedono spesso configurazioni personalizzate. Ad esempio, un'applicazione potrebbe richiedere l'instradamento di cavi in modo ramificato o una transizione tra una disposizione dei pin su fila singola a doppia per ottimizzare l'uso dello spazio. Queste tecniche possono essere particolarmente utili in involucri complessi come quelli di strumenti diagnostici portatili o sottosistemi dei droni, dove i fili devono essere instradati attraverso spazi irregolari e intorno ad altri componenti elettromeccanici.

Per soddisfare le esigenze dei clienti, Samtec offre soluzioni a livello di componenti che consentono agli ingegneri di creare assemblaggi Micro Mate da zero o di modificare quelli esistenti per adattarli alle loro necessità. Un esempio è la spina dell'alloggiamento IDT1-05 (Figura 5). Questa soluzione a doppia fila è progettata per massimizzare la densità dei contatti.

Figura 5: Il connettore IDT1-05 può essere utilizzato per creare un assemblaggio personalizzato con dieci conduttori in una disposizione a due file. (Immagine per gentile concessione di Samtec)

I progetti personalizzati utilizzano gli stessi contatti placcati in oro a doppia lamina dei prodotti assemblati in fabbrica. Come illustra il contatto TC37R-01-GF (Figura 6), questi offrono un'ampia superficie di accoppiamento con placcatura in oro di 0,076 µm per una bassa resistenza elettrica e un'affidabilità a lungo termine.

Figura 6: Il contatto TC37R-01-GF utilizza un design placcato in oro a doppia lamina per garantire una bassa resistenza elettrica e massima affidabilità. (Immagine per gentile concessione di Samtec)

Per mantenere costante la qualità delle connessioni, è essenziale disporre di utensili adeguati. La pinza a crimpare manuale CAT-HT-309-2830-12 (Figura 7) per la famiglia Micro Mate aiuta i tecnici a produrre assemblaggi personalizzati utilizzando fili da 28 o 30 AWG con la stessa integrità meccanica ed elettrica delle soluzioni costruite in fabbrica.

Figura 7: La pinza a crimpare manuale CAT-HT-309-2830-12 supporta l'assemblaggio manuale affidabile delle interconnessioni Micro Mate utilizzando fili da 28 o 30 AWG. (Immagine per gentile concessione di Samtec)

Conclusione

I sistemi con vincoli di spazio richiedono interconnessioni in grado di trovare un equilibrio tra compattezza, durata e capacità elettrica. La piattaforma di fili discreti Micro Mate risponde a queste esigenze con una soluzione miniaturizzata di passo pari a 1 mm. Che si tratti di collegare sottosistemi interni o di fornire interfacce per i pannelli, la piattaforma offre un'ampia gamma di opzioni per supportare la progettazione di cablaggi flessibili e ad alte prestazioni.