Рис.6.Образцы установки соединителей различных серий на плату
Развитие современной электроники так или иначе связано с телекоммуникациями и беспроводной мобильной связью, то есть с электронной техникой, работающей в СВЧ-диапазонах. СВЧ-устройства становятся все более миниатюрными, объемы их производства растут. Вот почему для выпуска таких устройств необходимо высокопроизводительное оборудование для автоматической сборки по технологии поверхностного монтажа (Surface mount technology – SMT). Нужны специальные электронные компоненты, и в том числе миниатюрные соединители, кабельные сборки, пригодные для SMT. Отечественные предприятия пока не предлагают полный спектр современных СВЧ-компонентов, поэтому наши производители часто используют компоненты иностранных поставщиков. В данной статье речь пойдет о соединителях миниатюрных и микроминиатюрных серий, выпускаемых компанией "HUBER+SUHNER".
Основные параметры соединителей Ключевыми критериями выбора высокочастотных соединителей обычно выступают предельная рабочая частота, тип кабеля, импеданс, размеры, механизм соединения вилки и розетки. В зависимости от условий применения приобретают важность и другие параметры: типы герметизации, допустимые рабочие температуры и напряжения, устойчивость к вибрационным и ударным воздействиям, интермодуляционные характеристики и др. Электрические характеристики соединителей не должны уступать характеристикам кабеля или устройства, к которым они подключены. Поэтому, выбирая тип соединителя, нужно знать тип кабеля и параметры приложения, в котором соединители будут применяться. Значимым элементом конструкции соединителя является механизм, который обеспечивает соединение и фиксацию пары "вилка–розетка". От типа и качества соединительного механизма зависят основные характеристики соединителя, в том числе предельная рабочая частота, КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению), уровень утечек. В соединителях компании "HUBER+SUHNER" задействовано пять основных типов соединительных механизмов: резьбовой, байонетный, защелкивающийся, с быстрым замком Quick Lock, скользящий. В сериях миниатюрных и микроминиатюрных соединителей в основном применяют три механизма: резьбовой, защелкивающийся (Snap-on), скользящий (Slide-on). Резьбовой механизм – самый надежный и применяется чаще всего. В нем накидная гайка «розетки» навинчивается на резьбу на корпусе «вилки» или наоборот. Специальный тарированный ключ с динамометром обеспечивает требуемый момент вращения (приблизительно от 0,3 до 1,5 Н•м) при затягивании накидной гайки. Соединители с резьбовым механизмом работают на частотах от 10 до 110 ГГц. Такой механизм предпочтителен в случаях, когда требования к радиочастотному тракту высоки и нужны стационарные надежные герметичные соединения – например, в военной, авиационной и космической технике, контрольно-измерительной аппаратуре. Соединения этого типа устойчивы к воздействию внешней среды, ударным и вибрационным нагрузкам. Резьбовые соединения используют в миниатюрной серии соединителей SMC, а также в сериях DIN 7/16, DIN 4.1/9.5, SK, N, PC 3.5, SMA, TNC. К недостаткам этого механизма можно отнести невозможность быстрого, "моментального" соединения и разъединения. Защелкивающийся соединительный механизм (Snap-on) обычно применяют в соединителях с малыми размерами. Главная особенность такого механизма в том, что соединение и разъединение могут выполняться очень быстро. Защелкивающий механизм, располагающийся внутри соединителей, надежен и способен выдержать до нескольких сотен циклов соединения. Механизм Snap-on реализуют в сериях миниатюрных и микроминиатюрных соединителей SMB, SMC, MMCX, MMBX, MCX. Скользящий соединительный механизм (Slide-on) включают в соединители для устройств с высокой плотностью компоновки, где не нужна жесткая фиксация соединения. Типичное приложение – соединение дочерних плат с материнскими кросс-платами. Этот механизм часто задействуют в многопортовых DIN-соединителях, а также в миниатюрных соединителях типа SMS или DIN 1.0/2.3, постоянно подключенных к печатным платам.
Фирменные технологии Специалисты компании "HUBER+SUHNER" постоянно работают над повышением качества продукции и совершенствуют производственные технологии. Так, "HUBER+SUHNER" разработала технологию тонкопленочного золотого покрытия SUCOPRO. Согласно технологии, слой золота наносится на нижележащий слой из сплава никеля с фосфором (около 13% фосфора). Никель-фосфорный слой служит преградой для диффузии атомов золота, меди, олова и цинка. За счет этого увеличиваются прочность и долговечность покрытия и срок службы изделия. После нанесения этот слой подвергается специальной тепловой обработке при температуре 300– 500°C. Покрытия, изготовленные с применением технологии SUCOPRO, обладают рядом преимуществ, таких как: - высокая коррозионная и износоустойчивость (до 1000 циклов соединения); - отсутствие магнитных свойств; - отличное смачивание припоем во время пайки; - высокая прочность и пластичность паяных соединений; - низкое сопротивление контакта.
Первоначально покрытия SUCOPRO были разработаны только для деталей, в которых предусмотрены повышенные качество пайки и износостойкость. Со временем потребители все чаще стали выбирать покрытие SUCOPRO для других соединителей и адаптеров. Оказалось, что оно улучшает не только механические свойства, но и электрические характеристики соединителей. Сегодня технология гальванического покрытия SUCOPRO применяется почти во всех миниатюрных и микроминиатюрных соединителях. Еще одна фирменная разработка компании "HUBER + SUHNER" – специальный сплав на основе меди, олова и цинка SUCOPLATE. Им покрывают корпуса соединителей. Так же, как и SUCOPRO, покрытия из SUCOPLATE износоустойчивы, пластичны, имеют низкое контактное сопротивление и не обладают магнитными свойствами. Цвет покрытия напоминает полированную нержавеющую сталь. Достоинством SUCOPLATE является также низкая цена. Сейчас компания использует технологии SUCOPRO и SUCOPLATE в производстве антенн, разрядников, сплиттеров, аттенюаторов и, конечно, соединителей.
Соединители серии SMB Миниатюрные соединители SMB (Subminiature Grade B) (рис.1) – одна из первых серий малогабаритных соединителей компании "HUBER+SUHNER". Соединители SMB до сих пор применяют в электронных устройствах с высокой плотностью монтажа, работающих в диапазоне частот до 4 ГГц, в случаях, когда необходимо быстрое соединение и разъединение. Вилка и розетка фиксируются защелкиванием (Snap-on). В составе серии SMB есть прямые и угловые соединители, вилки и розетки для поверхностного монтажа, для монтажа в отверстия, для установки на приборную панель, для монтажа на коаксиальный кабель. В серии имеются различные адаптеры: прямые типа "вилка–вилка" и "розетка–розетка", Т-образные и проходные с крепежной гайкой. Кабельные соединители монтируют с помощью пайки, обжима или пайки и обжима на гибкие кабели RG178 B/U, RG 316 /U, К 02252 D и на полужесткий кабель EZ 86. Корпуса соединителей и штыревой контакт изготовлены из латуни, а гнездовой контакт – из бериллиевой бронзы. Изолятор фторопластовый. Покрытие центрального и наружного контактов – золотое или SUCOPRO, покрытие корпуса – золото, SUCOPRO или SUCOPLATE. Соединители SMB поставляются в пакетах по 100 штук и в ленте для поверхностного монтажа, а также в составе кабельных сборок. Интерфейсная часть соединителей серии SMB выполнена в соответствии со стандартами: международным IEC 60169-10, европейским CECC 22130, американскими MIL-C-39012 SMB и MIL-STD-348A/311, английскими BS 9210 N 0007 SMB, французским NFC 93562 series KMC.
Соединители серии SMС По внутреннему устройству и габаритам соединители SMC (рис.2) похожи на соединители SMB. Согласно справочному руководству компании "HUBER+SUHNER", серии соединителей SMB и SMC разработаны на одинаковой основе и отличаются только соединительным механизмом. У соединителей SMC этот механизм резьбовой, поэтому рабочая частота соединителей SMC возрастает до 10 ГГц. Серия SMC состоит приблизительно из такого же набора соединителей и адаптеров, что и серия SMB, и изготовлена из тех же материалов. Интерфейсная часть соединителей серии SMB соответствует ряду стандартов: международным IEC 60169-10, европейским CECC 22140, американским MILC-39012 SMС и MIL-STD-348A/312, английским BS 9210 N 0009 SMС, французским NFC 93561 series KMV и немецким VG 95286.
Соединители серии MСX В миниатюрных соединителях серии МСХ удачно сочетаются электрические параметры, размеры, вес и цена. Они приблизительно на 30% меньше устройств серии SMB. Серия МСХ включает две группы соединителей, различающихся по волновому сопротивлению (50 и 75 Ом), назначению и конструкции (рис. 3а и 3б). Группа соединителей 50 Ом серии МСХ задействуется в мобильных и стационарных телекоммуникационных системах, приложениях GPS и контрольно-измерительной аппаратуре военного и гражданского назначения на частотах до 6 ГГц. Розетки и вилки соединяются защелкиванием (Snap-on), кольцевой выступ на вилке фиксируется в проточке на корпусе розетки. Конструкция соединителей группы 75 Ом аналогична устройствам 50-омной серии и незначительно отличается лишь размерами и видами диэлектриков. Они применимы в скоростных сетях передачи цифровых сигналов, в телевизионной технике, устройствах беспроводной связи на частотах до 6 ГГц. В каждой группе этой серии имеются прямые и угловые соединители типа "вилка" и "розетка" для монтажа на коаксиальные кабели. Есть также соединители для монтажа в отверстия, на ребро печатной платы и на приборную панель. Кабельные соединители данной серии монтируются на гибкие коаксиальные кабели EF 178, EF 316 D, и SUHNER MULTIFLEX, а также на полужесткие кабели EZ 47 и EZ 86 пайкой или обжимом. Серия соответствует стандартам CECC 22220 и CEI 1169-36.
Соединители серии MMBX Серия микроминиатюрных 50-омных соединителей MMBX (Micro Miniature Board Connector) разработана для использования в телекоммуникационных системах GSM 900/1800/1900, PCS, WCDMA, UMTS и др. на частотах до 6 ГГц. Модульный принцип построения сетевого оборудования и высокая плотность компоновки электронных блоков таких систем требуют специальных микроминиатюрных соединителей для межплатных соединений (рис.4а,б). Серия MMBX включает прямые и угловые соединители, вилки и розетки для поверхностного монтажа, для монтажа в отверстия и на ребро печатной платы, для установки на приборную панель, для монтажа на коаксиальный кабель. Конструкция межплатных соединителей этой серии позволяет надежно и быстро соединять и разъединять печатные платы. В качестве соединительной пары используются два соединителя "розетка" и адаптер типа "вилка-вилка" между ними. Розетка и адаптер образуют шарнир, который поддерживает надежное соединение даже в случае радиального или осевого расхождения (до 0,5 мм). Такая компоновка упрощает конструкцию устройства и повышает надежность соединения. Это особенно важно, если платы соединяются двумя и более соединителями (см. рис.4а). В серию входят различные адаптеры. Адаптеры для межплатных соединений имеют длину от 4,7 до 14,5 мм. Проходные адаптеры для межблочных соединений выпускаются с крепежной гайкой двух размеров: короткой (14,8 мм) и удлиненной (40,8 мм). Соединители MMBX оснащены фиксирующим механизмом с защелкой (Snap-on). Внешний контакт соединителей "вилка" имеет продольные разрезы, что делает его пружинистым и снижает усилие при соединении и разъединении. Кабельные соединители серии монтируются на кабели EF 178, EF 316, и SUHNER MULTIFLEX пайкой или обжимом. Корпуса соединителей и обжимные муфты изготовлены из латуни, центральный и наружный контакты из упрочненного медно-бериллиевого сплава, изолятор фторопластовый. Компания "HUBER+SUHNER" предлагает несколько вариантов покрытий для деталей соединителей MMBX. Покрытие центрального контакта золотое, наружного контакта – золото или SUCOPRO, покрытие корпуса – золото, SUCOPRO или SUCOPLATE. Соединители MMBX поставляются отдельно и в составе кабельных сборок. Электрические и механические характеристики соединителей соответствуют техническим условиям СЕСС 22000 (MIL-C-39012).
Со единители серии MMСX Микроминиатюрные 50-омные соединители серии MMСX предназначены для электронных устройств самых малых размеров, работающих на частотах до 6 ГГц. Они миниатюрнее соединителей серии MMBX. Конструкция соединителей MMСX обычная: центральные штыревой и гнездовый контакты и наружный контакт с защелкой для фиксации соединения, фторопластовый изолятор (рис.5а). В отличие от серии MMBX, наружный проводник соединителей этой серии не имеет продольных разрезов. Это позволяет снизить радиочастотные утечки. В серии представлены прямые и угловые соединители типа "вилка" и "розетка" для монтажа на кабели, в отверстия, на ребро печатной платы и на приборную панель. Кабельные соединители этой серии монтируются на гибкие коаксиальные кабели EF 178, EF 316 D и SUHNER MULTIFLEX, а также на полужесткие кабели EZ 47 и EZ 86 пайкой или обжимом. Имеется 2 типа адаптеров "розетка-розетка" – прямой и для установки на приборную панель. Покрытие центрального и наружного контактов – золото или SUCOPRO, покрытие корпуса – SUCOPRO. В серии соединителей MMCX компании "HUBER+SUHNER" есть также соединитель "кубик" для поверхностного монтажа (рис.5б). Этот соединитель – "розетка" – имеет кубическую форму, причем электрические выводы имеются на двух гранях этого куба. Такая конструкция позволяет устанавливать соединители на плату как под углом 90°, так и под углом 180°. Соединители "кубик" выпускаются в пакетах по 100 штук или упакованы в блистерную ленту в одном из двух положений: в вертикальном – для монтажа на плату под углом 90° и горизонтальном – для монтажа под углом 180°.
Упаковкасоответствует стандарту IEC 286-3/EIA-481. Корпуса и обжимные муфты соединителей латунные. Штыревой и наружный контакты изготовлены из упрочненного медно-бериллиевого сплава, изолятор фторопластовый. Корпуса соединителей "кубик" сделаны из латуни, изолятор — из фторопласта, выводы – из луженой оловом фосфористой бронзы. Посмотрим, как выглядят разные соединители после монтажа на плате (рис.6). Параметры всех серий соединителей сведены в таблицу (их значения усреднены). Конкретные значения КСВН, прямых потерь, рабочего напряжения зависят от типа кабеля и конструкции соединителя. Характеристики устойчивости соединителей всех серий к воздействию окружающей среды и условиям эксплуатации соответствуют требованиям стандарта MIL-STD-202.