Adeguare i connettori alle crescenti esigenze di miniaturizzazione dell'elettronica

La miniaturizzazione è diventata un problema ingegneristico critico praticamente in qualsiasi scenario produttivo che riguardi l'elettronica. Oggi, per massimizzare le prestazioni in spazi limitati, i progettisti stanno progressivamente inserendo un numero crescente di funzioni nei fattori di forma esistenti o in fattori di forma più piccoli.

Sebbene la massimizzazione delle prestazioni possa variare da un mercato all'altro, in genere comporta una combinazione di comunicazione più veloce, maggiore velocità di trasmissione dei dati, funzionalità più sicure e migliore esperienza utente.

Ad esempio, i consumatori cercano dispositivi mobili leggeri ma reattivi e comodi da portare con sé ovunque. Per ottenere il massimo chilometraggio da ogni ricarica, le case automobilistiche di veicoli elettrici (EV) devono ottimizzarne il peso complessivo. I pazienti che necessitano di dispositivi medici indossabili vogliono che siano pratici, discreti ma durevoli e che la loro connessione non sia compromessa.

La funzionalità connessa è una considerazione di primaria importanza in ogni caso d'uso. Tutti i tipi di connettori elettrici, da quelli di alimentazione a quelli di segnalazione, facilitano uno scambio efficiente di dati all'interno di un sistema o di un dispositivo. Se non è possibile ridurre in modo sufficiente le dimensioni dei connettori pur mantenendo una maggiore funzionalità, non c'è modo di avere progetti più piccoli e più efficienti. Come si sa, è il passo di un connettore a influenzare in modo significativo le dimensioni meccaniche. Per i progetti miniaturizzati, il passo deve essere ridotto ma deve continuare a supportare densità più elevate che soddisfino le esigenze di sempre migliori velocità e prestazioni.

Inoltre, la progettazione del tipo di connettore appropriato per una specifica applicazione può avere un impatto significativo sul fattore di forma e sulle prestazioni complessive. Le interconnessioni più piccole sono influenzate da numerosissimi fattori, tra cui la necessità di funzionalità multiuso, adattabilità, schermatura dell'integrità di segnale, gestione termica e ottimizzazione della capacità.

Come far fronte ai problemi di assemblaggio

Oltre alle sfide che riguardano la produzione, quando si lavora con componenti più snelli occorre superarne altre relative alla connettività. Le tre sfide principali:

• Problemi di assemblaggio: date le dimensioni ridotte dei connettori ultracompatti, spesso paragonabili a un chicco di riso, le mani umane potrebbero avere difficoltà ad assemblarli. Di conseguenza, è difficile misurare la forza di accoppiamento e visualizzare le geometrie del layout sulle schede a circuiti stampati (PCB). Anche connettori leggermente più grandi possono essere posizionati in modo tale che è difficile vederli, il che aumenta il rischio di disallineamento e di problemi di sicurezza o prestazioni.
• Preservare le prestazioni: i connettori più piccoli sono anche più fragili e tendono a rompersi facilmente, se non sono maneggiati con attenzione. Ciò rende l'assemblaggio più complesso e dispendioso in termini di tempo, sia che venga eseguito manualmente che da delle macchine. La forza con cui si premono assieme i connettori deve essere attentamente calibrata per evitare di danneggiare i pin e far salire i costi.
• Produzione su larga scala: quando ai lavoratori della linea di assemblaggio viene chiesto di gestire migliaia di connettori al giorno, le sfide sopra ricordate possono diventare esponenzialmente più significative. Ripetere lo stesso movimento per alti volumi può portare a errori di assemblaggio e anche a problemi muscoloscheletrici che possono ostacolare la produttività. Alcuni studi hanno infatti dimostrato che le lesioni da movimenti ripetitivi di assemblaggio costano ai datori di lavoro miliardi di dollari all'anno.

Soddisfare varie esigenze

La miniaturizzazione interessa numerosi settori e applicazioni e non esiste un unico connettore capace di soddisfare qualsiasi esigenza. Pertanto, per rispondere alle esigenze specifiche delle applicazioni i progettisti devono ricorrere a un'ampia gamma di opzioni di connettori.

Molex offre un portafoglio completo di microconnettori e di connettori miniaturizzati per andare incontro a numerose esigenze di progettazione, tra cui:

Connettori Micro-Fit: queste compatte soluzioni di connessione possono resistere a temperature di esercizio fino a 125 °C e fornire alimentazione in configurazioni filo-filo e filo-scheda. Hanno un passo di 3,00 mm e sono disponibili in diverse dimensioni di circuito e lunghezze di cavo. Una funzione opzionale di garanzia di posizione del terminale (TPA), come nel caso di Micro-Fit 1451320303 (Figura 1), aiuta a ridurre le probabilità di distacco dei terminali e il design a bassa forza di accoppiamento (LMF) favorisce l'ergonomia.

Figura 1: Un connettore Micro-Fit 1451320303 di Molex incorpora una funzione di garanzia della posizione del terminale per ridurre i rischi di distacco. (Immagine per gentile concessione di Molex)

• Connettori Nano-Fit: disponibili in configurazioni filo-scheda e filo-filo, questi versatili connettori di alimentazione hanno un passo di 2,50 mm, terminali per basette completamente protetti, opzioni di codifica a colori e polarizzazione che agevolano la garanzia di posizione del terminale (TPA) e un accoppiamento corretto.
• Connettori HDMI: quando vi sono problemi di spazio, queste soluzioni di connettività aiutano a migliorare la velocità e l'adattabilità in spazi ridotti.
• Connettori Quad-Row: ideali per smartphone, smartwatch, dispositivi di realtà virtuale e altri ancora con vincoli di spazio, sono dotati di un layout del circuito sfalsato come nel caso del modello Quad-Row 2033900323 (Figura 2), in cui i pin sono disposti su quattro file con un passo di contatto del segnale di soli 0,175 mm.

Figura 2: Il connettore Quad-Row 2033900323 a 32 posizioni di Molex presenta un layout del circuito sfalsato per applicazioni con vincoli di spazio. (Immagine per gentile concessione di Molex)

• Connettori per cavi piatti flessibili (FFC) Easy-On e connettori per circuiti stampati flessibili (FPC): disponibili con un'ampia combinazione di attuatori, dimensioni del passo e del circuito, offrono connettività affidabile e robusta e flessibilità di progettazione quando lo spazio è limitato. Ad esempio, i connettori FPC ultracompatti serie LA75 hanno un passo di 0,30 mm e sono ideali per le esigenze di incapsulamento in spazi ristretti.
• Connettori Mini50: disponibili in prese sigillate o non sigillate a fila singola e doppia, sono progettati per ospitare più circuiti elettrici a bassa corrente negli ambienti interni dei veicoli da trasporto. Secondo quanto riferito, gli ingegneri automotive riescono a dimezzare lo spazio rispetto ai tradizionali connettori USCAR da 0,64 mm.
• Connettori SlimStack: connettori scheda-scheda a passo fine e a profilo ribassato per applicazioni con vincoli di spazio in una vasta tipologia di mercati. Per ottimizzare l'adattabilità, sono disponibili in numerose opzioni di passo e altezze di impilamento.
• Sistema di connettori PicoBlade: con un passo di 1,25 mm, questi versatili connettori, come la basetta per PCB PicoBlade 0533980367 (Figura 3), sono adatti per numerose applicazioni di vario tipo e sono comunemente utilizzati nei mercati industriali, automotive e dell'elettronica consumer.

Figura 3: Le basette per PCB PicoBlade serie 53398 hanno un passo di 1,25 mm. (Immagine per gentile concessione di Molex)

• Connettori Pico-Clasp: questi connettori sono adatti per applicazioni filo-scheda e accoppiamento sicuro. Offrono un passo di 1,00 mm e sono disponibili in diverse dimensioni di circuito.
• Connettori Micro-Clasp: questi connettori compatti filo-scheda, con un passo di 2,00 mm, sono dotati di un doppio contatto per una connettività affidabile.
• Connettori CLIK-Mate: progettati per applicazioni che richiedono un fattore di forma compatto con un numero di pin più elevato, questi connettori filo-scheda offrono un bloccaggio intrinseco e diverse dimensioni del circuito.

Conclusione

La miniaturizzazione nella produzione di componenti elettronici richiede connettori sempre più piccoli in grado di gestire più funzioni.  Molex offre una gamma di connettori miniaturizzati che aiutano i progettisti a raggiungere i loro obiettivi e a superare le sfide in termini di prestazioni e assemblaggio dei fattori di forma più piccoli per varie applicazioni in diversi settori.