EUR | USD

Miten johtimesta korttiin -liittimiä voi hyödyntää erittäin kompakteissa laitteissa

Kirjoittaja Steven Keeping

Julkaisija Digi-Keyn kirjoittajat Pohjois-Amerikassa

Yleinen tapa tehdä johtoliitoksia on syöttää johtimet liitinkoteloon, joka työnnetään levylle asennettuun piirilevyliittimeen. Ne tarjoavat helpon, kestävän ja edullisen ratkaisun virran ja tietojen siirtoon eri korttien välillä autoteollisuuden, teollisuuden, valaistuksen ja tietoliikenteen sovelluksissa.

Näillä liitännöillä on kuitenkin haittapuolensa. Perinteiset liittimet ovat esimerkiksi kookkaita ja niiden profiili on korkea, jolloin ne sopivat huonosti kompakteihin laitteisiin. Lisäksi liittimen ja kaapelin kokoaminen voi olla vaikeaa ja hidastaa massatuotantoprosesseja.

Tähän ongelmaan tarjoavat ratkaisun uudet ultrakompaktit, profiililtaan vain 1,4 millimetrin (mm) liittimet, jotka on suunniteltu yhteensopiviksi automaattisen pintaliitoskokoonpanon sekä yksinkertaistetun kaapelirakenteen kanssa. Vaikka liittimet ovat pieniä, ne täyttävät luotettavan johdinyhteyden mekaaniset ja sähköiset kestävyysvaatimukset. Ominaisuuksiin sisältyvät muun muassa kullatut kontaktipinnat, vedonpoistajat sekä lukitusmekanismit, jotka mahdollistavat tarvittaessa helpon irrotuksen.

Tässä artikkelissa käsitellään lyhyesti langallisten liitäntöjen etuja ja esitellään sitten, miten kompaktien liitinten uusi sukupolvi helpottaa näiden etujen hyödyntämistä elektroniikkatuotteissa. Sen jälkeen artikkelissa tutustutaan liitinten rakenteeseen käyttäen esimerkkinä Molexin tuotteita ja osoitetaan, että pienestä koostaan huolimatta liittimet tarjoavat luotettavan signaaliyhteyden ja että liittimet sekä niihin sopivat kaapelit soveltuvat suuren volyymin kokoonpanotyöhön.

Langallisten liitäntöjen kutistaminen

Liittimet ja kaapelit lupaavat yksinkertaisen, luotettavan ja edullisen ratkaisun tehon ja signaalin siirtoon samaan tuotteeseen kuuluvien piirilevyjen välillä. Jotta tämä lupaus voitaisiin kuitenkin täyttää, liitäntöjen tulee olla riittävän tukevia, jotta signaalin siirtoteho säilyy myös olosuhteissa, joissa niihin kohdistuu tärinää, likaa ja korkeita lämpötiloja. Liitinvalmistaja Molex tarjoaa hyväksi osoittautuneen ratkaisun, joka muodostuu liitosnavoista, liitinkoteloista ja piirilevyliittimistä (kuva 1).

Kuva johtimesta korttiin -järjestelmästäKuva 1: Johtimesta korttiin -järjestelmä tarjoaa yksinkertaisen, kestävän ja luotettavan liitäntäratkaisun. (Kuvan lähde: Molex)

Kuvassa 2 näytetään Molexin johtimesta korttiin -järjestelmä.

Kuva: Molexin johtimesta korttiin -järjestelmään sisältyy johdin, liitosnapa ja piirilevyliitinKuva 2: Molexin johtimesta korttiin -järjestelmään sisältyy johdin, liitinkoteloon työnnettävä liitosnapa sekä piirilevyliitinkokoonpano, johon liitinkotelo sopii. (Kuvan lähde: Molex)

Perinteiset tämäntyyppiset järjestelmät käyttävät 2,5 millimetrin nastaväliä, esimerkkinä Molexin Mini-Lock Wire-to-Board -järjestelmä. Vaikka järjestelmät toimivat hyvin, suhteellisen leveä nastaväli tekee liittimestä ja piirilevyliittimestä melko suuria. Esimerkiksi kortille asennettava 6-napainen piirilevyliitin 0534260610 on 17,4 mm leveä, 11,5 mm syvä ja 6,7 mm korkea (jolloin sen tilavuus on 1340 mm3). Siihen sopiva liitinkotelo (0511020600) on 15,5 mm leveä, 9,5 mm syvä ja 5,8 mm korkea (jolloin sen tilavuus on 850 mm3).

Molex on hiljattain esitellyt johtimesta korttiin -järjestelmiä, joiden nastaväli on kapeampi. Näihin sisältyvät 2 ampeerin (A) virralle mitoitetut 1,5 mm:n (5040500691) ja 1,0 mm:n (5037630691) Pico-Lock-järjestelmät sekä 1,2 mm:n (0781715006) Pico-EZmate-järjestelmä. Kapeampi nastaväli pienentää huomattavasti liittimen kokonaismittoja (taulukko 1).

Mini-Lock 2,5 mm PLL Pico-Lock 1,5 mm PLL Pico-Lock 1,0 mm PLL Pico-EZMate 1,2 mm PLL
Leveys (mm) 17,4 12,75 9,8 9,0
Syvyys (mm) 11,5 6,1 4,85 4,5
Korkeus (mm) 6,7 2,0 1,5 1,4
Tilavuus (mm3) 1340 156 71 57
Osanumero WM3425-ND WM10143CT-ND WM25688CT-ND WM5408CT-ND

Taulukko 1: Mini-Lock- (0534260610), Pico-Lock- (5040500691 ja 5037630691) ja Pico-EZmate-sarjojen (0781715006) kuusinapaisten piirilevyliitinten (PLL) mitat. (Taulukon lähde: Digi-Key Electronics)

Koska liitinjärjestelmät vievät vähän tilaa kortilta ja niiden profiili on erittäin matala (kuva 3), suunnittelijat voivat hyödyntää luotettavia ja edullisia johtimesta korttiin -yhteyksiä tuotteissa, jotka olivat aiemmin liian pieniä kyseiselle teknologialle.

Kaavio: Molexin Pico-Lock-piirilevyliitin pintaliitoksellaKuva 3: Pinta-asennetun Pico-Lock-piirilevyliittimen profiili on vain 1,5 mm, mikä mahdollistaa sen käytön kompakteissa lopputuotteissa. (Kuvan lähde: Molex)

Johtimesta korttiin -liitinten tärkeimmät ominaisuudet

Liitosnapa on olennainen osa Molexin liitinjärjestelmän yksinkertaista rakennetta. Tämä on osa, joka puristetaan ensin johtimen pään ympärille ja työnnetään sitten liitinkoteloon. Molex tarjoaa useita liitosnapoja, kuten kullatun version (5040520098) käytettäväksi 24–28 AWG:n johtimien ja Pico-Lock-liitinten kanssa sekä 0781720411:n, joka soveltuu 28–30 AWG:n johtimille ja Pico-EZmate-järjestelmälle. Puristusliitokset tehdään puristimen 0638275700 kaltaisilla käsityökaluilla tai automaattisilla puristinjärjestelmillä.

Puristetulla liitosnavalla tehdyssä liitännässä (kuva 4) on useita keskeisiä osia:

  • Suusuppilo: Tämä on johtimen puristusosan reunaan muotoiltu torvi, joka toimii suppilona johtimen säikeille. Tämä on tärkeää, sillä se vähentää todennäköisyyttä että liitosnavan terävä reuna viiltää johtimen säiettä tai tekee siihen kolon.
  • Johtimen puristusosa: Tämä on liitännän tärkein osa, ja se muodostetaan puristamalla liitin mekaanisesti johtimen ympärille. Näin syntyy vastukseltaan matala ja suuren virtamäärän siirtämiseen kykenevä sähköreitti ilman juotostoimenpidettä.
  • Johtimen harja: Tällä viitataan johtimen säikeisiin, jotka jatkuvat puristuskohdan ohi liitosnavan kontaktipuolella (mutta eivät tunkeudu puristetun liitännän yhdistämisalueelle). Tämä jatke on tärkeä, sillä se varmistaa, että puristusprosessin aikana käytetty mekaaninen puristus levittyy mahdollisimman suurelle alueelle.
  • Eristimen puristusosa: Tämä on liittimen osa, joka tukee johdinta kotelon sisään asetettaessa sekä toimii vedonpoistajana. Sen on pideltävä johdinta paikoillaan mahdollisimman tiukasti, mutta samalla se ei saa läpäistä johtimen eristettä.

Kaavio Molex-liitosnavoilla muodostetusta puristusliitoksestaKuva 4: Molex-liitosnavoilla ja työkaluilla muodostetun puristusliitoksen osat. (Kuvan lähde: Molex)

Hyvin tehdyllä puristusliitoksella on seuraavat ominaisuudet (kuva 5):

  • Eristimen puristusosa joka puristaa, mutta ei läpäise eristettä
  • Johtimen harja, joka työntyy ulos johtimen puristusosan etuosasta vähintään johtimen halkaisijan verran
  • Eristin ja johdin, jotka näkyvät eristimen ja johtimen puristusosien välissä
  • Johtimen puristinosa, jonka alku- ja loppupäässä on suppilomainen muoto
  • Siirtymä- ja yhdistämisosat, joihin puristamisprosessi ei ole vaikuttanut

Kaavio: hyvin muodostetun puristusliitoksen ominaisuudetKuva 5: Hyvin muodostetun puristusliitoksen ominaisuuksiin lukeutuu eristeen puristin, joka puristaa eristettä läpäisemättä sitä, sekä näkyvä suppilo-osa. (Kuvan lähde: Molex)

Puristuksen korkeuden mittaus on nopea ja ainetta rikkomaton tapa varmistaa, että puristusliitos johtimen ympärillä on mekaanisesti riittävän hyvä. Puristuksen korkeus määritellään etäisyytenä muotoutuneen puristuksen yläpinnasta alaosan säteittäiseen pintaan. Toinen visuaalinen merkki puristusliitoksen laadusta ovat purseet, jotka muodostuvat johtimen puristusliitoksen alaosaan johtuen meistin ja alasimen välisestä välyksestä. Purseet ovat liian suuria, jos alasin on kulunut tai liitin on puristettu liian tiukkaan. Epätasaisia purseita voi esiintyä myös silloin, jos meisti ja alasin on kohdistettu väärin tai syöttö on väärin säädetty.

On myös tärkeää, että puristettu liitosnapa on mekaanisesti oikein suunnattu kokoonpanon jälkeen: jos puristettu osio ja liitososio vääntyvät tai taipuvat erilleen toisistaan, liitintä ei saa yhdistettyä piirilevyliittimeen.

Kun puristetut liitosnavat on luotu onnistuneesti, ne asetetaan liitinkoteloon. Tämä ei ole vaikeaa, jos liitosnapa on mekaanisesti oikein kohdistettu, mutta on tärkeä varmistaa, että liitosnapa yhdistyy piirilevyliittimeen oikein. Koteloissa on yleensä lukitusmekanismit, jotka estävät liitosnapojen irtoamisen johdinten kiristyessä, kunhan liitin on napsautettu paikoilleen. Esimerkiksi Molexin Pico-Lock-sarjan liitosnavoille tarkoitetussa 6-napaisessa liitinkotelossa 5037640601 on valettu uloke, joka kiinnittyy liitosnavan metalliseen ulokkeeseen ja estää navan vetämisen ulos kotelosta (kuva 6).

Kuvassa Molexin Pico-Lock-sarjaKuva 6: Molexin Pico-Lock-sarjan liitosnavassa oleva uloke yhdistyy liitinkotelossa olevaan valettuun ulokkeeseen ja kiinnittää liitosnavan paikoilleen. (Kuvan lähde: Molex)

Kun liitosnavat on asetettu liitinkoteloon, valmis kaapelikokoonpano voidaan kiinnittää kortilla olevaan piirilevyliittimeen. Liitinjärjestelmän suunnittelun ansiosta tämä on suhteellisen helppoa, kunhan kotelo ja piirilevyliitin ovat mekaanisesti samassa linjassa (mikä edellyttää tarkkuutta, koska liittimet ovat niin pieniä). Aivan samalla tavoin kuin liitosnavat lukitaan liitinkoteloon ja niiden irtoaminen estetään, myös liitinkotelossa ja piirilevyliittimissä on mekanismit, joilla liitin pysyy paikallaan, kun se on kerran työnnetty paikoilleen. Esimerkiksi Pico-Lock-sarjan 6-napaisessa liitinkotelossa on kitkalukko sekä kaksi varmistuslukitusta, jotka kiinnittyvät kun liitinkotelo työnnetään piirilevyliittimeen (kuva 7).

Kaavio: Molexin Pico-Lock-piirilevyliittimissä on kitkalukko ja kaksi varmistuslukitustaKuva 7: Pico-Lock-piirilevyliittimissä on kitkalukko ja kaksi varmistuslukitusta, jotka varmistavat tukevan liitoksen. (Kuvan lähde: Molex)

Rakennettu automatisoitua kokoonpanoa varten

Johtimesta korttiin -järjestelmät voivat olla haastavia suuria volyymeja tuottaville valmistajille, koska perinteisissä piirilevyliittimissä on yleensä hankalia profiileita ja ne kiinnitetään piirilevyyn läpiasennuksella. (Esimerkiksi Molex Mini-Lock 0534260610 -liittimessä käytetään läpiasennusta.) Tällaisten ominaisuuksien vuoksi liitintä ei voida asentaa piirilevylle automaattisesti, joten valmistajien pitää lisätä linjalle tuotantoa hidastava manuaalinen prosessi.

Tämän ratkaisemiseksi Molexin Pico-EZmate- ja Pico-Lock-sarjan (kortille asennettavat) piirilevyliittimet on suunniteltu pintaliitosta varten. Niissä on läpiasennuksen sijaan juotosanturat, ja ne on suunniteltu pakattavaksi suoraan poimintakoneiden käyttämille keloille. Lisäksi piirilevyliittimissä on tasaisia pintoja, joihin poimintakoneiden alipainesuuttimet voivat tarttua (kuvat 8, 9 ja 10).

Kaavio: Molexin Pico-Lock- ja Pico-EZmate-liittimetKuva 8: Molexin Pico-Lock- ja Pico-EZmate-liittimet on suunniteltu pintaliitoksia varten. Tässä näkyy Pico-Lock-piirilevyliittimen juotosanturoiden asettelu. (Kuvan lähde: Molex)

Kaavio: Molexin Pico-Lock- ja Pico-EZmate-liittimetKuva 9: Molexin Pico-Lock- ja Pico-EZmate-liittimet voidaan toimittaa automaattisiin poimintakoneisiin sopivissa keloissa. Tässä näkyy Pico-Lock-piirilevyliittimen juotosanturoiden asettelu. (Kuvan lähde: Molex)

Kaavio: Molexin Pico-Lock- ja Pico-EZmate-liittimet sisältävät suuria tasaisia pintojaKuva 10: Molexin Pico-Lock- ja Pico-EZmate-liittimet sisältävät suuria tasaisia pintoja automaattisten poimintakoneiden alipainetyökaluja varten. Tässä näkyy Pico-Lock-piirilevyliittimen poimintapinta. Mitta A on 6-napaisessa piirilevyliittimessä 9,8 mm. (Kuvan lähde: Molex)

Yhteenveto

Johtimesta korttiin -järjestelmät ovat toimivaksi todettu ja edullinen tapa kuljettaa tehoa ja signaaleita piirikorttien välillä autoteollisuuden, teollisuuden, valaistuksen ja viestinnän alan tuotteissa. Perinteisten mallien suhteellisen suuret ulkomitat ovat kuitenkin estäneet niiden käytön kompakteissa tuotteissa.

Uuden sukupolven johtimesta korttiin -järjestelmien ansiosta suunnittelijat voivat hyödyntää niitä nyt myös paljon pienemmissä laitteissa. Kunhan tuotteet kootaan valmistajan määritysten mukaisesti, nämä liitinjärjestelmät toimivat pitkään ja luotettavasti, ja jopa nastaväleiltään pienimmät voivat kuljettaa 2 ampeerin virtoja.

Mikä parasta, kortille kiinnitettävät piirilevyliittimet on suunniteltu käytettäväksi suuren volyymin tuotantolaitoksissa tavallisten automaattisten poimintakoneiden kanssa.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Tietoja kirjoittajasta

Steven Keeping

Tietoja tästä julkaisijasta

Digi-Keyn kirjoittajat Pohjois-Amerikassa