Slik utnytter du fordelene med ledning-til-kort-kontakter i ultrakompakte design

Kablede tilkoblinger som består av ledninger som er satt inn i et stikkontakthus som er plugget inn i et kortmontert hode, er veldig populære.  De tilbyr en enkel, robust og rimelig løsning for føring av strøm og kommunikasjon mellom individuelle PC-kort i produkter som brukes for bruksområder innen transport, industri, belysning og telekommunikasjon.

Men disse ledning-til-kort-forbindelsene har noen ulemper. Konvensjonelle kontakter er store og har en høy profil, noe som gjør dem upraktiske for kompakte design. I tillegg kan montering av kontakten og kabelen være vanskelig slik at masseproduksjon tar lengre tid.

Med innføringen av ultra-kompakte kontakter som er laget for kompatibilitet med automatisert overflatemontering og forenklet kabelkonstruksjon, og med profiler så lave som 1,4 millimeter (mm), kan vi løse dette problemet. Selv om disse kontaktene er små, oppfyller disse de mekaniske og elektriske integritetskravene til en pålitelig, kablet kobling, med funksjoner som gullbelagte kontakter, strekkavlastninger og låsemekanismer som muliggjør enkel frakobling når dette er nødvendig.

Denne artikkelen gir en rask oversikt over fordelene med kablede tilkoblinger, før den viser hvordan en ny generasjon med kompakte kontakter gjør det enklere å utnytte disse fordelene i elektroniske produkter. Artikkelen ser deretter på anatomien til disse kontaktene ved hjelp av eksempler fra Molex for å vise hvordan selv de små kontaktene tilbyr en signalkobling med høy integrert, og hvordan funksjoner for kontaktene og de tilknyttede kablene egner seg til montering av flere enheter.

Krymping av kablede tilkoblinger

Kontakter og kabler gir en enkel, pålitelig og rimelig løsning for strøm- og signaloverføring mellom flere trykte kretskort (PCB-er) som er plassert i ett produkt. Men for å oppfylle dette, må disse forbindelsene være robuste nok til å sikre høy signalintegritet, selv ved vibrasjon, smuss og varme. Kontaktdesigneren Molex har kommet med en god løsning og utviklet et system som består av stikkontaktterminaler, stikkontakthus og hoder (figur 1).

Figur 1: Med et kabel-til-kort-system får du en enkel og robust tilkoblingsløsning med høy integritet. (Bildekilde: Molex)

En illustrasjon av Molex ledning-til-kort-systemet er vist i figur 2.

Figur 2: Molex-til-kort-systemet inkluderer en ledning, en stikkontaktterminal som plugges inn i stikkontakthuset og en monteringshode som sammenkobles med kontakthuset. (Bildekilde: Molex)

Konvensjonelle systemer av denne typen – for eksempel Molex' Mini-Lock ledning-til-kort-system – bruker 2,5 mm avstand for avstanden til kontaktpinnene. Selv om disse systemene fungerer bra, har den relativt brede avstanden en tendens til å gjøre de samlede dimensjonene til stikkontakten og hodene ganske store. For eksempel har det monterte kortet et 0534260610-hode med seks stillinger som er 17,4 mm bredt x 11,5 mm dypt x 6,7 mm høyt (for et volum på 1340 mm³). Sammenkoblingen for stikkontakthuset (0511020600) er 15,5 mm bredt x 9,5 mm dypt x 5,8 mm høyt (for et volum på 850 mm³).

Molex introduserte nylig ledning-til-kort-systemer med smalere avstand. Slike produkter inkluderer 2 ampere (A) strømkapasitet, 1,5 mm (5040500691) og 1,0 mm (5037630691) Pico-Lock-systemer, samt 1,2 mm (0781715006) Pico-EZmate-systemet. Effekten av de smaleste avstandspinnene reduserer de samlede koblingsdimensjonene (tabell 1).

Tabell 1: Dimensjonene til hodene med seks stillinger i Mini-Lock- (0534260610), Pico-Lock- (5040500691 og 5037630691) og Pico-EZmate-serien (0781715006). (Tabellkilde: Digi-Key Electronics)

Fordi koblingssystemene ikke tar opp mye kortområde og har en svært lav profil (figur 3), kan teknikere dra nytte av pålitelig og rimelig ledning-til-kort-tilkobling i produkter som tidligere var for små til å betjene teknologien.

Figur 3: Det overflatemonterte Pico-Lock-hodet har en profil på 1,5 mm som gjør det mulig å bruke den i kompakte sluttprodukter. (Bildekilde: Molex)

Viktige elementer for ledning-til-kort-kontakter

En viktig del av det enkle Molex-kontaktsystemet er stikkontaktterminalen. Denne komponenten blir først klemt til enden av ledningen og deretter satt inn i stikkontakthuset. Molex tilbyr ulike stikkontaktterminaler, inkludert gullbelagt (5040520098) for bruk med 24–28 AWG-ledninger samt Pico-Lock-kontaktene og 0781720411 for bruk med 28–30 AWG-ledninger og Pico-EZmate-systemet. Klemmetilkoblingene er laget med håndverktøy, som 0638275700-krymperen eller automatiserte krympesystemer.

En tilkobling som dannes med en krympet stikkontaktterminal (figur 4), består av flere viktige deler, inkludert:

• Sugetrakt: Dette er trompetformen på kanten av kontaktklemforbindelsen som fungerer som en trakt for ledningstrådene. Den er viktig fordi den reduserer sannsynligheten for at en skarp kant på stikkontaktterminalen kutter eller lager hakk i en ledningstråd.
• Kontaktklemforbindelse: Dette er det viktigste elementet i forbindelsen, og den formes ved mekanisk kompresjon av terminalen rundt ledningskontakten. Dette gir en felles, elektrisk bane med lav motstand og høy strømkapasitet uten behov for en ekstra lodding.
• Kontaktbørste: Denne refererer til ledningstråder som strekkes forbi klemforbindelsen på kontaktsiden av terminalen (men som ikke brukes i sammenkoblingsområdet til klemtilkoblingen). Denne utvidelsen er viktig fordi den sikrer at den mekaniske kompresjonen som utøves under klemprosessen, utøves over et så stort område av ledningskontaktene som mulig.
• Isolasjonsklemme: Denne delen av terminalen gir ledningsstøtte for innsetting i kontakthuset samt strekkavlastning. Den må holde ledningen så godt som mulig uten å skjære gjennom til kontaktene.

Figur 4: Deler av en klemforbindelse laget med Molex-stikkontaktterminaler og -verktøy. (Bildekilde: Molex)

En godt laget klemmetilkobling har følgende egenskaper (figur 5):

• En isoleringsklemme som komprimerer isoleringen uten å trenge gjennom
• En kontaktbørste som stikker gjennom fronten av kontaktklemmedelen, med minimum diameteravstanden på ledningskontakten
• Isolering og kontakter som er synlig i området mellom isolerings- og kontaktklemmedelen
• En kontaktklemme som viser en sugetraktform i de ledende og etterfølgende endene
• Overgangs- og sammenkoblingsseksjoner som ikke forstyrres av klemmeprosessen

Figur 5: Egenskapene til en godt laget klemtilkobling inkluderer en isoleringsklemme som komprimerer isoleringen uten å trenge gjennom den, samt en synlig sugetrakt. (Bildekilde: Molex)

Måling av klemhøyden er en rask, ikke-destruktiv måte å kontrollere den mekaniske kompresjonen av klemmen rundt ledningens leder på. Klemmehøyden er definert som avstanden målt fra øverst på overflaten til den formede klemmen til nederst på den radiale overflaten. En annen visuell indikasjon på klemmekvaliteten er ekstruderinger (eller små utbulinger) som dannes på bunnen av kontaktklemmen som følge av klarering mellom dor- og amboltverktøyet. Hvis denne ambolten er utslitt eller hvis terminalen er overklemt, resulterer det i ekstrem ekstrudering. Det kan også oppstå ujevn ekstrudering dersom doren og ambolten er feiljustert, eller hvis matingsjusteringen er feil.

Det er også viktig at den klemte stikkontaktterminalen justeres mekanisk etter montering. Hvis det oppstår en forskyvning av den klemte delen og sammenkoblingsdelen på grunn av en vridning eller bøy, kan du ikke sette kontaktkoblingen inn i kontakthodet.

Når den er ferdig utformet, settes klemstikkontaktterminalene inn i stikkontakthuset. Dette er ikke vanskelig hvis den klemte stikkontaktterminalen er mekanisk justert, men det er viktig å sørge for at terminalen kobles til hodet på riktig måte. Kontakthusene inkluderer vanligvis låsemekanismer for å hindre at terminaler kobles fra etter at de er festet dersom de tilknyttede ledningene belastes på feil måte. Molex-5037640601-kontakthuset med seks stillinger for Pico-Lock-serien har for eksempel en formstøpt spiss på kontakthuset som sammenkobles med en metallspiss på stikkontaktterminalen, og dermed hindrer at stikkontakten trekkes ut av kontakthuset (figur 6).

Figur 6: I Molex' Pico-Lock-serie kobles en spiss på stikkontaktterminalen sammen med en formstøpt spiss på stikkontakthuset for å sikre at stikkontakt er plassert riktig. (Bildekilde: Molex)

Når stikkontaktterminalene er satt inn i stikkontakthuset, kan den monterte kabelenheten settes inn i det kortmonterte hodet. Utformingen av kontaktsystemet gjør dette relativt enkelt, forutsatt at kontakthuset og hodet er mekanisk justert (noe som krever forsiktighet fordi kontaktene er så små). På samme måte som stikkontaktterminalene er låst inn i stikkontakthuset for å forhindre at de løsner, har kontakthuset og hodet også mekanismer for å sikre at hodet ikke fort løsner etter at det er satt inn. Stikkontakthusene med seks stillinger for Pico-Lock-serien inkluderer en friksjonslås og to positive låser som aktiveres når kabinettet er plugget inn i hodet (figur 7).

Figur 7: Pico-Lock-hoder inkluderer en friksjonslås og to positive låser for å sikre at de koblet til på en robust måte. (Bildekilde: Molex)

Bygget for automatisert montering

Ledning-til-kort-systemer kan vise seg å være en utfordring for produsenter av produkter med høyt volum, da konvensjonelle hoder har merkelige profiler og vanligvis bruker gjennomhullkoblinger for montering på PC-kortet. (Molex Mini-Lock 0534260610 har for eksempel gjennomhullsteknologi.) Slike funksjoner gjør det upraktisk å bruke automatisk monteringsutstyr til å montere kontakten på kortet, og tvinger produsenter til å legge til en manuell prosess på produksjonslinjen, og dermed tar produksjonen lengre tid.

Molex' Pico-EZMate- og Pico-Lock-hoder (kortmontert) er designet for overflatemontering for å håndtere dette. Enhetene har loddeplater i stedet for gjennomhullkoblinger og er designet for plassering direkte i spolene som brukes av automatiske monteringsmaskiner. I tillegg har hodene flate overflater for å gjøre det lettere for vakuumdysene på monteringsmaskinen å plukke dem opp (figur 8, 9 og 10).

Figur 8: Molex Pico-Lock- og Pico-EZmate-kontakter er laget for overflatemontering. Her er loddeplatemønsteret for et Pico-Lock-hode. (Bildekilde: Molex)

Figur 9: Molex Pico-Lock- og Pico-EZmate-kontakter kan leveres i sneller som er egnet for automatiske monteringsmaskiner. Her er snelleplasseringen for Pico-Lock-hode. (Bildekilde: Molex)

Figur 10: Molex Pico-Lock- og Pico-EZmate-kontakter har store flate overflater egnet for vakuumverktøyet på automatiske monteringsmaskiner. Her er gripeoverflaten til Pico-Lock-hodet. Dimension «A» er 9,8 mm for hodet med seks stillinger. (Bildekilde: Molex)

Konklusjon

Kontaktsystemer med ledning-til-kort tilbyr en velprøvd og rimelig metode for føring av strøm og signaler mellom PC-kortene i bruksområder innen transport, industri, belysning og telekommunikasjon. Men de relativt store dimensjonene til konvensjonelle design har imidlertid hindret bruken i mer kompakte sluttprodukter.

En ny generasjon med kompakte ledning-til-kort-systemer gjør det nå mulig for teknikere å anvende fordelene med disse produktene på mye mindre enheter. Forutsatt at produktene er satt sammen etter produsentens spesifikasjoner, kan disse kontaktsystemene yte langsiktig og pålitelig service, og kan overføre strøm på opptil 2 A, selv for koblinger med de minste pinneavstandene.

Og enda bedre, kortmonterte hoder som utgjør en del av disse systemene, er utformet for bruk med automatiske monteringsmaskiner som er vanlige i monteringsmiljøer med høyt volum.