|
Наиболее важным направлением развития микроэлектроники СВЧ нового поколения являются микроминиатюризация, повышение надежности и применение высокотехнологичных процессов производства. Это обусловлено возросшим применением изделий микроэлектроники в быстро развивающихся системах мобильной связи и телекоммуникаций, в компьютерах и периферийных устройствах, в военных и аэрокосмических системах, в измерительной и медицинской технике.
При производстве таких изделий в настоящее время широко применяют высокопроизводительную технику поверхностного и печатного монтажа, обеспечивающую групповые методы автоматизированной сборки и пайки (ИК-оплавление, конвекционная пайка, пайка в паровой среде, двойной волной и др.). Однако для использования поверхностного монтажа необходимы соответствующие радиокомпоненты. В нашей стране эта техника пока еще не получила должного распространения, в том числе и из-за отсутствия промышленного выпуска необходимых соединителей для ввода и вывода СВЧ-сигналов и межплатных соединений.
___Поэтому все большее внимание отечественных разработчиков привлекают импортные соединители. К тому же, если разрабатываемая продукция предназначена на экспорт, заграничный заказчик требует применения исключительно импортных выходных соединителей.
___Рынок импортных соединителей достаточно обширен. И при их выборе недопустима распространенная ошибка: использование наиболее дешевых соединителей для снижения стоимости разрабатываемой аппаратуры и повышения ее конкурентоспособности. А о том, что в результате такой «экономии» снижаются качество и надежность аппаратуры, стараются не упоминать. При разработке изделий микроэлектроники, особенно военного и экспортного назначения, следует применять соединители ведущих зарубежных фирм, имеющих большой опыт их производства и гарантирующих высокий уровень параметров и надежность выпускаемой продукции.
___Среди таких фирм заметно выделяется RADIALL - крупнейший в Европе производитель широкого спектра соединителей (45 серий) и кабельных сборок. Продукцию этой фирмы применяют в своих разработках всемирно известные компании: Boeing, Ericsson, Matsushita, Nokia и др. RADIALL располагает 12-ю производственными подразделениями по всему миру. Годовой оборот фирмы в 2002 году составил 158 миллионов евро.
___В настоящее время RADIALL является мировым лидером в производстве миниатюрных, микроминиатюрных и ультраминиатюрных SMT – соединителей для поверхностного монтажа (surface-mount technology) Создание все более и более миниатюрных соединителей является важнейшим направлением работы фирмы RADIALL – рис.1.
|
|
Рис.1. Соединители RADIALL.
|
|
Миниатюрные соединители.
___При их разработке был отвергнут традиционный опыт конструирования проходных коаксиальных соединителей, монтируемых в стенку корпуса изделия, так как такая их конструкция несовместима с автоматизированной технологией посадки компонентов и не обеспечивает существенного увеличения производительности сборки и снижения стоимости изделий.
Точкой отсчета можно считать соединители серии SMB.
Соединители серии SMB.
___Соединители SMB до сих пор широко применяются в аппаратуре с высокой плотностью монтажа, в случае, когда соединение и рассоединение необходимо выполнять быстро. Соединение пары этих соединителей «розетка» и «вилка» осуществляется защелкиванием (snap-on). Основные технические характеристики соединителей SMB приведены в таблице 1.
Параметры миниатюрных соединителей RADIALL ___________________________Таблица 1
|
Параметр
|
SMB
|
MCX
|
| Волновое сопротивление, Ом |
50
|
50 или 75
|
| Рабочий диапазон частот, f, ГГц |
DC - 4
|
DC - 6
|
| Максимальный КСВН |
1,11 (1 ГГц)
|
1,06 (1 ГГц)
|
|
1,22 (2,5 Гц)
|
1,09 (2,5 ГГц)
|
|
1,35 (4 ГГц)
|
1,13 (6 ГГц)
|
| Прямые потери, дБ |
0,15-0,25 (2-3ГГц)
|
0,15 (2 ГГц)
|
| Экранное затухание, дБ |
-55 (2- 3 ГГц)
|
-40 (2 ГГц)
|
| Рабочее напряжение, В |
250
|
170 - 335
|
| Сопротивление изоляции, МОм, не менее |
1000
|
1000
|
| Усилие соединения и рассоединения, Н |
64
|
64
|
| Допустимое количество соединений и рассоединений |
500
|
500
|
| Диапазон рабочих температур, °С |
-65…+165
|
-55…+155
|
__Примечание: В этой и последующих таблицах приведены типичные величины КСВН, прямых потерь и рабочего напряжения соединителей. Реальные значения зависят от конструкции соединителя и от типа применяемого кабеля. (DC (direct current) – постоянный ток).
___Соединители SMB предназначены для работы с гибкими радиочастотными кабелями RG-174/U, RG-178/U, RG-188/U, RG-174/U, RG-196/U или их аналогами серии SHF, выпускаемыми RADIALL. Основной недостаток этих соединителей - большая высота области соединения (высота пары SMB-вывод энергии и SMB-коаксиальный соединитель в сборе –16,45 мм - рис.1,а) и низкая предельная рабочая частота – 4 ГГц. Для устранения этого недостатка фирма RADIALL создала серию соединителей MCX.
|
Соединители MCX.
___Соединители MCX, «розетка» и «вилка», разработаны для миниатюризации устройств и снижения стоимости их монтажа. Их применение оптимизирует конструкцию печатной платы и позволяет использовать технологию печатного монтажа. Они являются более миниатюрными (приблизительно на 30%) аналогами соединителей SMB, хотя в обоих соединителях использована одинаковая коаксиальная линия размерами 3/0,94 мм с фторопластовым заполнением. Соединители MCX компактны, имеют достаточно простую конструкцию и высокую надежность. Соединение между собой «розетки» и «вилки» осуществляется защелкиванием специального выступа на корпусе «вилки» в проточку в корпусе «розетки». Заделка радиочастотного кабеля в эти соединители производится методами обжима или обжима и пайки. Применяемые кабели – RG 196/U, RG 188/U, RG 405/U и 0,047 дюйма или их аналоги фирмы RADIALL. Корпус и центральный проводник соединителя MCX «вилка» изготовлены из латуни и покрыты золотом или никелем. Гнездовой контакт соединителя «розетка» изготовлен из бериллиевой бронзы и покрыт золотом.
___Основные параметры соединителей MCX приведены в таблице 1.
___Фирма RADIALL выпускает широкий спектр соединителей MCX: кабельные «розетка» и «вилка» с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом под заделку гибкого или полужесткого кабеля (обжатием или пайкой), прямые, угловые и панельные (32 модификации), выводы энергии (receptacle) для установки на печатные плата прессовой посадкой или пайкой (19 модификаций), а также адапторы.
___Для каждого из этих соединителей (с учетом применяемого типа кабеля) RADIALL дает подробные рекомендации по их установке в изделия: установочные размеры панели, конфигурация и размеры контактных площадок на плате под пайку, температурный режим пайки припоем Sn63-Pb35-Ag2.
___Соединители MCX нашли широкое применение в устройствах беспроводной связи, радио и телекоммуникационных системах военного и гражданского назначения, системах телевидения.
Микроминиатюрные соединители.
Следующим шагом на пути миниатюризации стало создание серии микроминиатюрных соединителей типов ММТ, ММS, MMBX, MMCX.
Соединители ММТ.
Эти соединители были разработаны для обеспечения полной совместимости с технологией поверхностного монтажа активных и пассивных компонентов на печатные платы. ММТ-соединители состоят из вывода энергии типа «вилка», устанавливаемого на плату, и коаксиального разъема «розетка», соединяемых между собой защелкиванием. При этом возможен поворот разъема с заделанным в него кабелем на 360°. Технические характеристики соединителей представлены в таблице 2.
Параметры микроминиатюрных соединителей RADIALL__________________ Таблица 2
|
Параметр
|
ММТ
|
MMS
|
MMBX
|
MMCX
|
|
Волновое сопротивление, Ом
|
50 или 75
|
50 или 75
|
50
|
50
|
| Рабочий диапазон частот, f, ГГц |
DC – 8
DC – 1 (для волнового сопротивления 75 Ом) |
DC – 6
DC – 1 (для волнового сопротивления 75 Ом)
|
DC – 12.4
|
DC – 6
|
| Максимальный КСВН |
1,05 (1 ГГц)
1,10 (2,5 Гц)
1,15 (6 ГГц)
|
1,05 (1 ГГц)
1,15 (2,5 ГГц)
1,35 (6 ГГц)
|
1,20
|
1,25
|
| Прямые потери, дБ |
0,2 fГГц
|
0,2 (2 ГГц)
|
-
|
-
|
| Экранное затухание, дБ |
-30 (3 ГГц)
|
-40 (2 ГГц)
|
-
|
60
|
| Рабочее напряжение, В |
170
|
50
|
170-335
|
-
|
| Сопротивление изоляции, МОм, не менее |
5000
|
1000
|
1000
|
1000
|
| Усилие соединения и рассоединения, Н |
7-18
|
5,5 – 7,0
|
8,0 - 30
|
6,0-15,5
|
| Допустимое количество соединений и рассоединений |
500
|
50
|
100
|
500
|
| Диапазон рабочих температур, °С |
-55…+100
|
- 40…+ 90
|
-55…+155
|
-55…+155
|
Как и при создании соединителей всех других типов, фирма RADIALL разработала полный набор модификаций соединителей ММТ для любых возможных случаев применения. В этой серии выводы энергии с размерами 2,7х5,9 мм (3 модификации), большое число кабельных сборок под разные типы кабелей с прямыми и угловыми соединителями «розетка» и «вилка» (28 наименований), а также адапторы для совместимости с практически всеми выпускаемыми в мире соединителями (SMA, N, BNC и др.). Они обеспечивают надежное соединение при значительном количестве циклов соединений и рассоединений. К тому же эти соединители имеют самую большую предельную рабочую частоту (8 ГГц против 6 ГГц для других типов).
___Соединители ММТ нашли применение в конструкциях носимых радиостанций, мобильных и микротелефонов, в системах телекоммуникаций, беспроводной и спутниковой связи. Выводы энергии ММТ поставляются в специальной антистатической таре из полиэстера партиями 100, 500 и 3000 штук. Фирма RADIALL дает подробные рекомендации по применению этих соединителей. Дальнейшую миниатюризацию соединителей фирма RADIALL продолжила, создав соединители MMS.
Соединители ММS.
Соединители MMS являются более миниатюрными аналогами соединителей ММТ. Высота в сборе пары MMS-вывод энергии и MMS- кабельный соединитель - 5,2 мм (против 6,8 мм для соединителей ММТ). Однако они проигрывают соединителям ММТ по широкополосности, допустимому количеству соединений и рассоединений, величине рабочего напряжения и диапазону рабочих температур – таблица 2.
___ММS- типа «розетка» устанавливается на плате на трех гибких выводах, обеспечивающих его устойчивость во время автоматизированной операции посадки на контактные площадки (размерами 1,2 х 1,5 мм) платы. Коаксиальный соединитель MMS «вилка» соединен с «розеткой» защелкиванием, и после соединения может поворачиваться вместе с заделанным в него кабелем на 3600.
___Область применения соединителей MMS та же, что и для рассмотренных ранее соединителей SMB, МСХ и ММТ.
RADIALL выпускает широкую номенклатуру соединителей MMS: 4 модификации MMS- (SMT-receptacle) для поверхностного монтажа, прямые и угловые кабельные сборки с коаксиальными соединителями для установки на плату запрессованием, и значительное количество кабельных сборок с адапторами для совместимости с практически всеми выпускаемыми в мире типами соединителей. Соединители MMS работают с радиочастотными кабелями диаметром 1 и 2 мм.
___Соединители MMS поставляются в полиэстеровой упаковке партиями 100, 500 и 3000 штук.
Соединители MMBX.
Новая серия MMBX – соединителей была разработана фирмой «RADIALL» для межплатных соединений в телекоммуникационных системах второго и третьего поколений (GSM, PCS,WCDMA и др.). Основное достоинство этих соединителей – миниатюрность и возможность быстрого соединения и рассоединения плат. Для соединения двух плат используют два одинаковых соединителя (разъема) типа «розетка» и промежуточный адаптор. Адаптор обеспечивает соединение с фиксацией с одной из «розеток» и простое соединение со второй «розеткой». При расстыковке адаптор остается на одной из соединяемых печатных плат. «Розетка» и адаптор имеют шаровую шарнирную конструкцию, обеспечивающую надежное соединение плат даже при их аксиальной несоосности до 0,6 мм и радиальной несоосности до 0,4 мм при межплатном расстоянии 7 мм. и компенсацию сдвигающих усилий, создаваемых другими компонентами, размещенными на плате.
___Разработана серия соединителей MMBX, включающая прямые и угловые, «вилка» и «розетка», для поверхностного и штырькового монтажа, торцевые «розетки» для соединения печатных плат, с промежуточными адапторами и адапторами для выхода на базовые соединители
типа SMA. Благодаря столь широкому спектру конструктивных вариантов соединители MMBX применяют не только для межплатных соединений, но и для соединения материнских плат со вспомогательными и для вывода сигнала на радиочастотный кабель. MMBX «розетки» и адапторы могут поставляться как в сборе (промежуточный адаптор вставлен в «розетку»), так и по отдельности.
___Микроминиатюрные коаксиальные соединители серии MMBX рассчитаны на волновое сопротивление 50 Ом и на рабочий диапазон частот DC – 6 ГГц. Их основные характеристики приведены в таблице 2.
|
|
Соединители MMCX.
_Соединители MMCX применяют в устройствах микроэлектроники с плотной компоновкой компонентов, в которых требуется быстрое соединение обоих частей соединителя – «розетки» и «вилки». Они являются самыми миниатюрными из всех известных коаксиальных радиочастотных соединителей. Соединители MMCX имеют типовую конструкцию: традиционные гнездовой и штыревой контакты центрального проводника и соединяемые защелкиванием наружные проводники, разделенные фторопластовым изолятором. RADIALL производит полный спектр этих соединителей: кабельные (под заделку радиочастотного кабеля обжимом или пайкой), выводы энергии «розетка» и «вилка», различные кабельные сборки и адапторы. Основные технические характеристики соединителей MMCX приведены в таблице 2.
Ультраминиатюрные соединители.
RADIALL является пионером в создании ультраминиатюрных соединителей серии MMP (micro miniature pressure contact). Полный набор соединителей ММР включает в себя серию межплатных соединителей IMP (interconnected micro miniature pressure contact) и серию UMP – соединителей (ultra miniature pressure contact) для вывода сигналов с платы на радиочастотный кабель.
IMP- соединитель.
IMP-соединитель предназначен для замены двух коаксиальных соединителей (SMT – «розетка» и «вилка») или даже трех соединителей (двух SMT – выводов и соединяющих их адаптора). В основе его конструкции лежит оригинальный прессовый контакт (pressure contact). Металлические детали соединителя изготовлены из бериллиевой бронзы и покрыты золотом. Для его установки на печатную плату требуется всего 22,2 мм2 площади (5,7х3,9 мм), при этом расстояние между платами 2,5 – 3,0 мм, а по специальному заказу – даже 2 мм. По желанию заказчика RADIALL может изготовить соединители для любого практически используемого расстояния между платами, например, 8,2 и 12,6 мм.
___Соединитель с тремя гибкими выводами припаивают припойной пастой Sn63-Pb35-Ag2 (температура пайки 210-230 оС) к контактным площадкам (с размерами 2х1,5 мм) платы. В новой IMP-версии возможно соединение плат (межплатное расстояние - 3 мм) при их осевой несоосности до 0,4 мм. Соединители IMP имеют простую и надежную конструкцию, их вес не превышает 0,02 г. Они обеспечивают надежное соединение при низкой стоимости. Предельная рабочая частота соединителей - 6 ГГц (таблица 3).
___Их применяют в различных системах беспроводной связи, включая мобильные телефоны с частотами 900 и 1900 МГц. IMP- соединители четырех модификаций поставляют упакованными в полиэстеровую пленку партиями от 100 до 2500 штук. RADIALL продолжает совершенствовать соединители IMP с целью достижения ими предельной рабочей частоты 18 ГГц.
Соединители UMP.
__Большой интерес представляют ультраминиатюрные с прессовым контактом соединители UMP. Эти соединители имеют высокие электрические параметры (таблица 3) при минимальных размерах: высота соединителя от 2 до 3 мм.
Параметры ультраминиатюрных соединителей RADIALL______________Таблица 3
|
Параметр
|
IMP
|
UMP
|
| Волновое сопротивление, Ом |
50
|
50
|
| Рабочий диапазон частот, f, ГГц |
DC – 6,0
|
DC – 6,0
|
|
КСВН
|
1,1 + 0,03f, ГГц
|
1,05 + 0,03f, ГГц
|
| Прямые потери, дБ, макс. |
0,2f, ГГц
|
0,2f, ГГц
|
|
Экранное затухание, дБ
|
-
|
-40 (на 2 ГГц)
|
| Рабочее напряжение, В |
100
|
100
|
| Сопротивление изоляции, МОм, не менее |
3000
|
1000
|
| Усилие соединения и рассоединения, Н |
-
|
5
|
| Допустимое количество соединений и рассоединений |
20
|
___100 (блокировка)
___3000 (защелкивание)
___10000 (скользящий контакт)
|
|
Диапазон рабочих температур, °С
|
-40…+90
|
-40…+90
|
Такие размеры являются рекордными для соединителей. Соединители UMP идеально подходят для изделий микроэлектроники с высокой плотностью упаковки, работающих в частотном диапазоне до 6 ГГц. Вывод энергии UMP занимает при установке на плату всего 15,8 мм2 площади (4,4х3,6 мм), его вес 0,03 г (коаксиальный вывод UMP «вилка» весит 0,08 г.). Применение соединителей UMP экономически выгодно, так как один такой соединитель заменяет два коаксиальных соединителя: SMT – вывод и коаксиальный разъем «вилка». Соединение может осуществляться одним из трех способов:
___- Cкользящим контактом (применяется, как правило, в измерительных устройствах);
___- Защелкиванием. Способ не требует специального инструмента для рассоединения и прост в обслуживании;
___- Блокировкой (lock-on). Используется при работе соединителей в условиях жестких вибраций. Для рассоединения требуется специальный инструмент.
___Корпуса выводов UMP изготовлены из бериллиевой бронзы, соединителей «вилка» - из латуни и покрыты золотом. Фирма RADIALL разработала и выпускает UMP выводы энергии – 3 модификации, соединители «вилка» - 4 модификации для разных типов соединения, кабельные сборки для различных типов кабелей и способов соединения с выходным соединителей типа SMA и без него – 15 модификаций. Их поставляют в пластмассовой упаковке партиями от 100 до 4000 штук. RADIALL предоставляет подробные инструкции по заделке кабеля, а также по установке соединителей на печатные платы.
Заключение.
Наряду с соединителями RADIALL разработал и выпускает серию оригинальных радиочастотных кабелей SHF с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом (более 30 наименований). Вместо фторопласта для изоляции в них применен экологически чистый, свободный от галогенов и серы, нетоксичный и негорючий диэлектрический материал.
Высокое качество и широкая номенклатура соединителей и кабельных сборок RADIALL давно известны отечественным разработчикам аппаратуры СВЧ.
Литература
1. Покровский И.А. Критерии выбора поставщика. Электронные компоненты, 2003, №5, с.7-9 2. Coaxial connector. Main series catalog фирмы «RADIALL», апрель 2002 г. 3. Web: www.radiallusa.соm. 4. Web: www.radiall.соm. 5. Джуринский К.Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты в микроэлектронике СВЧ М: Агентство «Издательский сервис», 2003, 128 с.
|
|
