שחר גרימברג – TTI Ray-Q
החל ממערכות צבאיות מדויקות ועד לטכנולוגיות רפואיות, מחברים מיניאטוריים, על אף שלכאורה הם עדינים, מוכיחים עצמם כחזקים ורבי עוצמה אפילו בסביבות העבודה הקשות ביותר.
פעמים רבות, נוטים המהנדסים להמתין עם בחירת המחברים עד לרגע האחרון. כך שלרוב הם מוצאים עצמם עם מעט מאוד, או ללא שטח או נפח פנוי למחבר עצמו. ברור לחלוטין שצוותי התכנון מעדיפים להתמקד בתכונות החשובות יותר של הפרויקט – עיבוד האותות, ניתוח התמונה, בקרת התנועה וכו’ – ומזניחים לרוב את תהליך הבסיס של תכנון ואפיון הממשק הפיסי בין תת-מערכת אחת לשנייה – היינו, כיצד יעבור האות מקופסא א’ לקופסא ב’. יחד עם זאת, ישנה חשיבות מכרעת לכל חוליה בשרשרת ומחבר שכשל יפגע בפעילות המערכת בדיוק כפי שחיישן או מעבד שכשל. הגורמים אותם חייבים לשקול בעת בחירת המחבר כוללים: יכולת נשיאת זרם, דרישות מתח, טמפרטורת עבודה, שטח/נפח נדרש ותנאי סביבה. העמידות הכללית הנדרשת, גם היא צריכה להיבחן: כמה פעמים יחובר וינותק המחבר? מי יבצע את החיבורים והניתוקים (האם יבוצע במעבדה בסביבה נקייה ועם מכשור יעודי או בשטח תוך לבישת כפפות עבודה)?
אפליקציות חדשות, בתחומים שונים ומגוונים כגון מזל”טים, לוויינים, חיישנים מתוחכמים, מחשוב טקטי לביש, שתלים רפואיים, ומערכות שעוברות תהליכי מזעור דורשות מחברים שהם מצד אחד מיניאטוריים ומצד שני מוקשחים ועמידים – מה שהופך את בחירתם לנושא קריטי מבעבר.
קטן, קטן אבל… איך?
יישומים שונים וחדישויםבתחומי הביטחון, התעופה, החלל והרפואה, מניעים את הצורך במחברים מיניאטוריים המסוגלים להתמודד עם הלמים קשים, רעידות, ערפל-מלח, Outgassing ותנאי טמפרטורה קיצוניים. אך האם מחברים כה קטנים, הדומים בגודלם למחברים הנמצאים בשימוש בטלפונים ניידים ומצלמות דיגיטליות, אינם עדינים מדי בכדי לשרוד בסביבות תובעניות אלה?
דור המוצרים המכונים “ננו-מחברים” מוכיחים אחרת. את ההסבר המפתיע אך הגיוני ליכולת עמידות של מחברים מיניאטוריים אלה ניתן להדגים בעזרת קצת פיסיקה בסיסית: ע”פ החוק השני של ניוטון, הכוח שווה למכפלת המסה בתאוצה (F=ma). בהינתן אותו הכוח, מחבר קל יותר יוכל לעמוד בתאוצות גבוהות יותר, נניח בהלם, ביחס למחבר כבד יותר. לפיכך ההלמים והרעידות בהם מסוגלים לעמוד מחברים אלה גבוהים בצורה ניכרת עד פי שלושה ממחברי Micro-D. יחד עם זאת, ישנה חשיבות גבוהה ביותר לשמירה על רציפות האות וזמן הניתוק (נמדד במיקרו-שניות) המותר במעבר האות החשמלי בין זוג מחברים נמוך מאוד (כמאית מהמותר במחברי Micro-D). זאת כיוון שהרבה מהמערכות היום נסמכות על שימוש באותות דיגיטאליים במתח-נמוך (LVDS) למיניהם, ואי-הרציפות הקטנה ביותר משמעותה אובדן אינפורמציה או שיבוש האות.
קטן, קטן אבל…כמה?
שימוש בננו-מחברים מאפשר חיסכון מהותי בנפח ובמשקל תוך הבטחת רמת אמינות גבוהה וללא פשרות בביצועים, ביישומים בהם סעיפים אלה הינם קריטיים בתכנון. הננו-מחברים קטנים פי עשרה בנפחם ושוקלים כעשירית ממשקלם של מחברי Micro-D בעלי אותו מספר המגעים. הפסיעה בין המגעים במחברי Micro-D הינה .050″ בעוד הפסיעה בין המגעים בננו-מחברים עומדת על 0.25″ בלבד.
בין סדרות המחברים המובילות בתחום הננו-מחברים, נמצאת סדרת מוצרי Nanonics של חברת TE. מוצריהם מקנים יתרונות חשמליים ומכאניים משמעותיים נוספים: מתח עבודה של כ-500V (בגובה פני הים), עמידות של כ-500 מחזורי חיבור/ניתוק ויכולת עבודה בתחום טמפרטורות רחב: מ–200°C ועד +200°C.
המחברים קיימים במספר תצורות בסיסיות:
• מחברים מלבניים –
o במבנה של שורת מגעים אחת או שתי שורות
o 5, 9, 15, 25, 37, 51 או 65 מגעים (פסיעה של .025″)
o גוף אלומיניום או פלסטיק
o עם חוטים (Flying Leads), כוסיות הלחמה, למעגל מודפס גמיש (“רגלי ברווז”), למעגל מודפס קשיח (SMT או Through-Hole באוריינטציות הרכבה שונות) וכן ככבל גישור עם מספר מחברים.
• מחברים עגולים –
o בתצורות Push-Pull, פלאג מוברג, פאנל ו-Jam-Nut
o עם חוטים או למעגל מודפס
o 7, 19 או 44 מגעים
קטן, קטן אבל…מהיר!
בשנים האחרונות ישנה עליה מתמדת בכמות המידע אותם נדרשים המחברים להעביר – אם בצורה של אות אנלוגי או דיגיטלי. עקב דרישות הולכות וגוברות אלה, הנובעות מהתפתחות המערכות ושיטות התקשורות, פיתחה TE/Nanonics, שתי סדרות של מוצרים הנותנים מענה לדרישות אלה.
מחברים מרובעים בעלי פינים קואקסיאליים בעלי עכבה של 50 אום, המתאימים הן למעגלים מודפסים והן כהרכבות עם כבלי הקואקס מחוברים ויכולים להתמודד עם תדרים של עד כ-20GHz.
מחברים אלה מכילים בין מגע קואקסיאלי אחד ועד ל-9 מגעים, ברוחב של בין 8.5 ועד ל-29 מ”מ ובגובה של 4.22 מ”מ בלבד. בנוסף פותחו גרסאות היברידיות המשלבות פינים קואקסיאליים ועוד 5 פיני בקרה ואותות נוספים. מחברים אלה הינם בעלי מידות מכאניות זהות.
לאחרונה התווסף למשפחת המוצרים מחבר נוסף,Circular Fas-T Nano, ננו-מחבר עגול המיועד להעברת תקשורת בקצבים של עד 10Gb. יכולת זו מושגת על ידי סידור הפינים הייחודי של המחבר, המגעים מסודרים בצורה גיאומטרית של שתי אותיות T הפוכות ומנוגדות כך שכל זוג מתואם ניצב לזוג שלצידו. סידור זה מבטיח צמצום של ה-Cross-Talk וכן נטרול משמעותי של חלק מהרעשים. קוטרו של פלאג זה בתצורת Push-Pull הינו 7.62 מ”מ בלבד מה שהופך אותו לאחד ממחברי האטרנט הצבאיים הקטנים בעולם.
למחברים ה”רגילים” לא נותר מקום
גודלם ומשקלם המינימאלי של הננו-מחברים הופך אותם לפתרונות אידיאליים במערכות שמעצם האפיון שלהם והדרישות מהם, רגישות ביותר לנושא הגודל והמשקל. למשל, במערכות לוויינים וברכבי גישוש, דוגמת אלה שנשלחים למשימות ארוכות על הירח ועל המאדים. היות ועלויות השיגור הינן גבוהות ביותר ויכולות לעלות מעל $20,000 לקילוגרם. ישנה חשיבות מכרעת לכל גרם. בנוסף, היות ואין יכולת אחזקה ותיקון, חשיבות אמינות החיבור הינה מכרעת.
באופן דומה, בחלק מהמזל”טים, ניתן היום דגש על יכולת נשיאה של המזל”ט על ידי לוחמים, בנוסף לציודם הקבוע, וכן לזמן השהיה שלו באוויר. גם במקרה זה, לגודלם של המערכות האלקטרוניות והמחברים חשיבות גדולה. הקטנת גודל המערכות והממשקים במקרים אלה הינה תוצר ההתפתחות הטכנולוגית כפועל יוצא מהאתגר הנובע מהמציאות המבצעית. אתגר זה סלל את הדרך לטכנולוגיות בלתי מאוישות חדשות ומתקדמות יותר. עם כמות הנתונים המועברים בשדה הקרב כיום, שימוש בפתרונות הקישוריות של האתמול בלבד היה מאלץ את החיילים להתנייע עם טכנולוגיה מסורבלת, שלא לדבר על מגוון רחב וכבד של סוללות לצורך שליטה והפעלה של כל מכשיר ומכשיר. אין זה פלא, אם כן, שגודל ומשקל הפכו לגורמים משמעותיים ביותר בתכנון ובייצור מערכות חיווט.
בצורה הפשוטה ביותר, ניתן לומר כי ביישומים רבים, לא נותר עוד מקום המאפשר שימוש במחברים שהיו מקובלים עד כה, דוגמת מחברי D-Type ומחברים מסדרות MIL-STD-38999 השונות. מסיבות דומות, אפילו מחברי ה-Micro-D אינם נותנים את המענה הנדרש. ננו-מחברים, דוגמת מחברי Nanonics השונים של חברת TE, תוכננו לתת את המענה הנכון לסוגיות אלה ואכן עומדים במשימה.
חברת TTI Ray-Q מייצגת את חברת TE בישראל. לפרטים נוספים בקרו באתר החברה
