Тенденции в размерах электрических разъемов – постоянное уменьшение их размеров. В повседневных устройствах, таких как телефоны, ноутбуки и даже телевизоры, это хорошо заметно. Все разъемы становятся меньше и с большей плотностью соединений. Еще более жесткие требования в этом плане предъявляются даже к военной технике. Разъемы должны быть меньше и, следовательно, легче. Главный вопрос в этой ситуации – минимальные размеры контакта.

Имеется множество отраслей и целевых устройств с различными требованиями к производительности и надежности. К продуктам, ориентированным на массовый рынок, предъявляются совершенно иные требования по сравнению с потребностями авиационных и космических приборов.

Несмотря на все эти условия, продажи соединителей, адаптированных к требованиям малых размеров, быстро растут. Достижения в технологии интегральных микросхем ставят новые задачи с точки зрения производительности, емкости и общих требований.

Современные схемы работают при более низких напряжениях, часто с меньшим энергопотреблением, но в то же время заметно быстрее, хранят и обрабатывают большие объемы данных и продлевают срок службы батареи. Соединители меньшего размера могут быть легко спроектированы с помощью новых пакетов программного обеспечения, готовых к непосредственному производству, корпуса новых размеров и форм могут быть вырезаны на станках ЧПУ всего за несколько минут.

Это создает большие возможности для дизайнеров, поскольку можно производить серию прототипов по невысокой цене. Инженеры часто выбирают стандартные решения для первых испытаний, внося все изменения на последующих этапах проектирования. Но размеры разъема часто являются компромиссом, обусловленным главным образом ограничениями производительности и факторами, критически важными для устройства.

Электрическая нагрузка

Каждый соединительный элемент должен иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы выдерживать требуемый ток нагрузки. К счастью, во многих современных приборах снижено потребление тока, что позволяет миниатюризировать разъем до тех пор, пока вносимые изменения не начнут существенно сказываться на характеристиках с учетом импульсных токов в силовых и сигнальных линиях. Часто основным ограничением является диаметр проводов в кабеле, поскольку произведение длины провода на сопротивление является основным параметром, определяющим тепловые параметры соединения.

Целостность сигнала

Независимо от процесса миниатюризации каждый разъем должен обеспечивать надежную работу смежных независимых электрических цепей. Конструкция должна учитывать перекрестные помехи сигнала и полную электромагнитную совместимость. Некоторые современные методы экранирования или фильтрации сигналов по-прежнему позволяют ещё более миниатюризировать разъемы.

Условия окружающей среды

Соединители, предназначенные для работы в тяжелых условиях, требуют полной непрерывности передачи сигнала при механических ударах и вибрациях, а также в условиях динамично изменяющейся температуры, то есть при быстро меняющихся размерах отдельных элементов электрического соединителя, обусловленных используемыми в производство материалов.

Они также могут подвергаться воздействию воды при погружении и осадках, а также коррозионному воздействию соляного тумана. Такие параметры регулируются международными стандартами в области защиты окружающей среды (IP-стойкость). Эластомерные уплотнения защищают внутреннюю часть разъема и электрические цепи от влаги. Изготовление уплотнительных элементов все меньшего размера также представляет отдельную проблему при миниатюризации соединения.

Мобильность электроники

Требования к миниатюризации лучше всего анализировать на основе разработки мобильных устройств. Размещение соединительных элементов в манипуляторах, добавление кабеля к малым метеорологическим спутникам или установка миниатюрных камер — это далеко не все примеры, демонстрирующих тенденции миниатюризации портативного оборудования.

Стандартные решения оцениваются с точки зрения пригодности и функциональности, а затем адаптируются к требованиям с учетом, с одной стороны, миниатюризации, а с другой – надежности. Размеры соединительных элементов и корпусов сведены к необходимому минимуму с учетом указанных критериев.

Часто используются плоские кабели, размеры которых также можно уменьшить, если параллельно снизить требования к производительности и надежности. Разработчики электрических схем учитывают возможности ограничения количества линий передачи, необходимых в данной схеме. Другим фактором, способствующим миниатюризации, является уменьшенное количество рабочих циклов соединения (циклы подключения и отключения).

Одним из самых успешных достижений последних лет стали гибридные соединители, которые позволяют параллельно передавать высокочастотные сигналы, линии электропитания и цифровые сигналы в пределах одного соединителя, обеспечивая при этом современные методы предотвращения перекрестных помех и обеспечения полной электромагнитной совместимости.

Требования рынка

Гибридные разъемы используются в мобильных телефонах. Использование плоских кабелей и соединений, применяемых в микроэлектронных технологиях, эффективно способствовало увеличению скорости цифровой передачи данных. Соответствующий дизайн формы и расстояния между линиями позволил разработать решения с максимальной плотностью соединения.

Использование современных технологий в виде диэлектриков с низкой электрической проницаемостью позволило увеличить скорость передачи данных, обеспечив еще более эффективную миниатюризацию. Современные межплатные разъемы занимают очень мало места, обеспечивая превосходную целостность передаваемых сигналов.

Последней тенденцией являются соединения BGA или соединительные элементы, интегрированные с печатной платой на этапе ее производства. Из-за изменений в технологии печатных плат схемы высокой плотности вводят и выводят сигналы с многоуровневых печатных плат с использованием технологии плоских гибких проводов, что дополнительно обеспечивает миниатюризацию и снижение веса.