在未来的工业应用中MicroTCA很可能成为一个既定标准。这种技术的优点包括:用户友好的可升级性、结构紧凑、结实的机械设计以及卓越的性能。市场上已经出现了很多能够体现这些优点的系统。
然而,关于卡边连接仍然有一些争论。位于印刷电路板(PCB)边缘的金焊区的作用是将AdvancedMC模块连接到载板(ATCA)或者背板(MicroTCA)上。
很多年来在办公环境(PCI和AGP)中这种设计代表了技术发展的水平。然而,在面临冲击和震动的工业应用中,为了确保坚固的接合,更需要的是良好的机械稳定性。即便是苛刻工业环境引起的腐蚀也不允许降低金焊区和金手指的接合性。
用户经验表明,利用当前的制造技术很难维持严格的AdcancedMC模块公差。啮合的宽度是一个问题。
拥有最小允许宽度的模块产生了高达0.25 mm的公差,这个值相当于接针栅格的三分之一。标准虽然保证了至少有部分连接器接针与金焊区相接合,但是误差幅度不足。
因此,接针必须更加可靠。雅迪HARTING技术集团和德国ept责任有限公司联合开发了一种具有con:card+质量认证的AdvancedMC连接器。一种所谓的GuideSpring(导向弹簧)通过明确的定位来补偿公差偏差。它将AdvancedMC推靠在连接器的对面壁上。对面壁的位置向中间偏移了0.075 mm,将印刷电路板对称轴和连接器之间的潜在偏差降低了60%。
接针保护延长了使用寿命
con:card+连接器的其他两个改良特性被借鉴到接针中。接针的表面非常光滑,可以防止金焊区过快的磨损。
测试表明,在200次啮合循环后,con:card+连接器没有明显的磨损。一旦金焊区被损坏,苛刻的工业环境就会造成腐蚀,这将会降低接合的可靠性。
一种钯镍覆盖层也用来保护接针免受由AdvcancedMC卡引起的严重磨损。金焊区的边缘可以很尖锐。同样,PCB斜边塑料材料中的玻璃纤维成分可能在插入的过程中对接针表面造成永久性的伤害。相对于纯金接针表面,钯镍可以将耐磨性提高30%。
耐振的压入配合技术
为保证连接器的耐振性,确保连接器在苛刻工业环境中保持稳定,连接器接针必须施加足够的正交力。con:card+连接器的设计保证其在使用寿命结束时每根接针有最小0.5 N的力,这在实验室松弛试验中得到了验证。试验对照连接器在它们交付时早已低于0.5 N。在温度老化试验中,低初值减小得更多,在实际应用中会引起危险。
使用压入配合技术将con:card+连接器连接到背板上。相对于市场上常用的表贴安装连接器,这将显著提高抗震性。在工业环境中,运用压入配合技术生产的连接器可以保持稳定,并持续提供良好的接合性。另外,加工迅速、划算。无需手工操作即可拧紧连接器。压入配合连接器同样满足12.5Gbps数据传输率的要求。
PCB板边风险
为ATCA和MicroTCA提供con:card+质量认证的AdvancedMC连接器非常坚固。连接器生产商面对的挑战之一是:他们只能控制连接器的一边。名为AdvancedMC PCB的啮合部分的质量仅在作了一般性规定。con:card+连接器可以解决大部分问题,并极大程度的降低相关风险。然而,以第二代连接器形式出现的基本修改需要消除PCB板边连接中的某些缺点。
为了解决这一问题,雅迪HARTING 开发了AdvancedMC Plug,以取代PCB上的金焊区。PCB通过一个模块连接器间接的连接到背板上,而不是把PCB直接插入到背板连接器中。
坚固的品质保证了持久的使用寿命
Plug最初是为MicroTCA Carrier Hub开发的,它有两种版本可用(参考盒子)。第一个版本是可用于标准AdvancedMC模块的AdvancedMC Plug。其主要优点是有一固定接针与背板连接器相啮合。PICMG虽然指定了硬金,但是硬金并没有明确的定义存在。结果,当前可用的模块在镀金弹性和表面结构方面有着显著的差异。用选择镀加工生产的金焊区在金/镍抛光下有露铜。频繁的插入循环和腐蚀性的工业环境很容易导致腐蚀。钻蚀也可能发生,极端情况下这可能会在插入时导致镀金碎片脱落。
市场经验表面,PCB制造商在AdvancedMC模块上不可能保证200次插入循环。Plug连接器结合雅迪HARTING的con:card+连接器将会非常坚固,可以经受200插入循环,并且非常耐磨。背板连接器上的应力也很小,因为接针是在光滑的注塑绝缘外壳表面滑动,而不是在经机械加工的斜边上的不平整环氧板(FR4)上摩擦。
PluG定义了啮合接口
注塑公差比PCB可以达到的公差更加严格。印刷电路板的公差是十分之一毫米,但是注塑的公差仅仅是几个百分之一毫米。Plug的舌片拥有最大允许宽度,结果,当带Plug的卡插入到没有GuideSpring的背板连接器中时几乎没有任何松动。
为了达到良好的机械稳定性,使用穿孔回流焊接的方法将Plug焊接到PCB上。拾取-贴装系统可以将Plug插入到PCB上,而且它可以和其他器件一起一步焊接。除了高效、稳定的安装以外,连接器也可以更换,如果有舌片损坏,这将降低相关废品的成本。
特殊设计以及最小允许舌片厚度降低了插入力,这也是一个优点。它的信号传输特性甚至比PCB板边的金焊区好,因为信号不再需要从PCB表面发送。标准限制了AdvancedMC模块的厚度,因为PCB板边连接器仅与最小厚度公差(1.6mm ± 10%)相兼容。Plug连接器消除了对这一标准的依赖性,因为Plug定义了可以使用的舌片和差分卡的厚度(只要说明中的机械尺寸不引发问题)。
可更换的连接器降低了废料损失
此外,使用雅迪HARTING的Plug连接器也有助于保持成本的下降。尽管开始时附加的连接器会增加成本,但是后续阶段中的各种有利因素会弥补这一附加的成本。选择镀会增加生产金焊区的成本。严格的公差标准也会引起大量的废料。斜面PCB板边是另外一个危险的区域,因为接合焊区可以会发生损坏。对于雅迪HARTING Plug来说,一种简单的带通孔的版面设计就足够了,这些电路板造价低廉,不会产生太多废料。如果直到板子上安装了费用元件之后才发现PCB板边的缺陷,那么此时废料的损失就会很高。
Plug连接器与PICMG的MTCA.0 R1和AMC.0 R2标准相兼容,所以它可以用在MicroTCA 和ATCA应用中。雅迪HARTING Plug同样确保了AdvancedMC模块的连接符合定义明确的质量等级。雅迪HARTING的con:card+为背板制造商提供了非常可靠的连接技术,Plug为模块制造商确保了同样的利益,使得MicroTCA和ATCA适合工业应用。
MCH (MicroTCA Carier Hub)是MicroTCA管理模块。为了提供更高的接合密度,它可以有四个舌片。PICMG标准推荐为MCH模块使用可堆叠连接器,以补偿机械公差。雅迪HARTING的解决方案是基于两个不同连接器的。AdvancedMC Plug连接器作为第一个舌片使用。有三个MCH Plug可以和这个模块堆叠设计。管组中的金属引脚提供了机械稳定性。第三和第四个舌片(开关构造)之间的高速数据传输可以使用适配器。
雅迪HARTING技术集团和EPT有限责任公司从2005年开始合作,加强当前的Advance dMC连接器,以改进其接合可靠性。两公司通力合作的结果是推出了符合con:card+质量认证标志的新一代AdvancedMC信号连接器。两家公司通过con:card+质量认证保证了一个明确定义的质量标准,同时也为用户带来了双源供应的好处。
图4:带Plug连接器的AdvancedMC Module模块