מגמות בשוק כלי הטייס הבלתי מאויישים ופתרונות בתחום המחברים

עד שנת 2025, המכירות השנתיות של כלי טיס בלתי מאוישים (כטב”מים) צפויות להגיע ל -14 מיליארד דולר, לעומת 8 מיליארד דולר ב -2015.

אלו חדשות טובות עבור ייצרני המחברים, עלייה במכירות כטב”מים משקף צורך ביותר מחברים, וזאת כפי שפורסם וצויין ב ConnectorSupplier.com באחד המאמרים.

בכתבה זו נבחן כמה מגמות בשוק כלי הטייס הבלתי מאויישים וכיצד מגמות אלו עשויות להיות משמעותיות עבור עולם המחברים והפיתוחים החדשים בתחום

 ישומים צבאייםשנת 2014 מהווה נקודת ציון דרך חשובה מבחינת מגמות בשוק הכטב”מים בכל הנוגע לפתרונות צבאיים. זו היתה השנה בה מספר ההכשרות עבור מטיסי כטב”מים ואימונם על ידי צבא ארה”ב, היה גדול יותר מאשר מספר ההכשרות והאימונים עבור טייסי מטוסים רגילים.  בעוד שרבים מהצבאות הגדולים בעולם – השתמשו במזל”טים במשך שנים, כדוגמת ארה”ב, בריטניה, סין. מדינות קטנות יותר, כמו פקיסטאן וניגריה, החלו לבנות ולנהל מערך לוחמה משלהן מבוסס כטב”מים.הגידול בשימוש בכלי טייס בלתי מאויישים פירושו שהצבא יזדקק לחיישנים נוספים כאמצעי מעקב, סיור וחיישנים שונים עבור מערכות הנשק השונות. כל אלו מבשרים טובות עבור חברות המחברים, אמר אחד מספקי הקונקטורים.כיום קיים צורך לחבר את המערכות השונות ודרישה זו רק תגדל כאשר יצרני הכטב”מים יציעו יכולות שידרוג עבור מערכות כלי הטייס.ככל שהמערכות תהיינה יותר יעודיות, הצורך בחיבוריות יגדל. המשתמשים יחפשו מחברים לצורך עלייה לקצב נתונים גבוה יותר, סביבת RF, סיבים אופטיים, גודל מכאני קטן, צפיפות מגעים גבוהה, הן עגולים והן מלבניים והעומדים בתנאי סביבה קשים. כחלק אינטגראלי יהיה כמובן גם צורך ב Backshells עבור אותם מחברים. יישומים אזרחייםהמונח “יישומים אזרחיים” משתרע על תחום רחב, משוטרים דרך חקלאים ועד לעובדי בניין המסתמכים על כלי טיס בלתי מאוישים לצורך מילוי תפקידם.”טכנולוגיית המזל”טים תעניק לתעשיית החקלאות מהפך טכנולוגי גבוה”, כך נאמר בסקירת ה- MIT Technology, בהסתכלות על מגמות בשוק המטוסים ללא טייס בעולם החקלאות. חקלאים יכולים להשתמש בכטב”מים כדי לרסס ולפקח על יבולים, לערוך ניתוח קרקע ואף לקבוע אילו שדות עשויים להזדקק להשקיה נוספת.בענף הבנייה, עובדים יכולים להשתמש במזל”טים לצורך בניית מודלים תלת מימד, לצייר מפות טופוגרפיות ולבצע מדידות נפח של משאבים כגון חצץ וחול.מחלקות משטרה ברחבי העולם השתמשו במזל”טים כדי לבצע מעקב, לעקוב אחר הנמלטים ולחפש נעדרים. בקונטיקט, המחוקקים מתלבטים אם לאפשר למשטרה להשתמש במזל”טים המצויידים גם במערכות נשק חם, “לצורך ניטרול בנסיבות מצומצמות מאוד”, אמר אחד המחוקקים לרשת CBS.בהשוואה לפתרונות הצבאיים, הכטב”מים האזרחיים מאובזרים במצלמות ומערכות בקרה פשוטות יותר והם משתמשים במחברים פחות מבכטב”מים צבאיים, אך המספר העצום של מל”טים שנמכרים בסביבה האזרחית ימשיך לייצר שוק מכובד, כפי שצויין ע”י ConnectorSupplier.com. פלטפורמות כטב”ם רבות משתמשות כיום במחברים כמוצרי מדף (COTS). במקרים רבים, מחברים אלה הם מוצרים הנמכרים כיום לשווקים קיימים, כגון: תעשייה, רכב, ומיחשוב, אך ניתן לראות יותר ויותר גם נגזרות של מחברים צבאיים. שני המוצרים אשר ניתן לראות עלייה מיוחדת בביקוש הם מחבריMicro  ומחברי Nano.שוק הכטב”מים, הן הצבאי והן המסחרי-אזרחי, נותר חזק לעתיד הנראה לעין. המפתח להצלחה עבור תעשיית המחברים יהיה להמשיך לפתח גודל קטן יותר, משקל קל יותר, צפיפות מגעים גבוהה יותר, וכמובן עלות נמוכה יותר ובדגש על הדור הבא של אותם מחבריMicro  ומחברי Nano.  שיקולים בבחירת מחברי Nanoכאמור מגמת המזעור של מחברים אלקטרוניים גדלה באופן משמעותי מאד בעשורים האחרונים. מהלך שהונע מציפיות ודרישות התעשייה להפחתת גודל ה PCB וגודל המארז יחד עם חסכון במשקל. ככל שהאבולוציה התקדמה, מחברי M83513 Micro D פותחו בשנות ה -60, ואחריהם מחברי ה Nano 0.025 באמצע בשנות השמונים. תקן MIL-DTL-32139 עבור מחברי Nano הושלם בשנת 2003. השימוש במחברי Nano הופך לפופולארי יותר ויותר וניתן לראותם ביישומים שונים. מחברי High Density Nano קיימים גם בתצורת Through-hole וגם בתצורת Surface-mount עם יתרונות וחסרונות לכל אחת מהתצורות. אחת החברות שמובילות את מגמת המזעור הינה חברת ULTI-MATE, ובחרתי להביא מספר נקודות התייחסות מעניינות וחשובות כפי שפורסם לאחרונה ב White paper של החברה.

תמונה 1: מחבר Nano עם מגעי Through-Hole ומחבר Nano עם מגעי SM

Through-Holeמול  Surface-Mountברגע שגודל הPCB  קטן, המחברים קטנים אף הם והם נוטים להיות יותר קשים להשמה. יש לזכור שמחברי Nano אלו עדיין צריכים להיות חזקים מבחינה מכנית ולעמוד בתנאים מאתגרים על קו הייצור, כמו גם בעלי עמידות בתנאי סביבה קשים כגון הלם והרעדות גבוהים. כאמור מחברי Nano ל PCB זמינים גם בתצורת Through-hole וגם בתצורת Surface-mount ושניהם משמשים במערכות האלקטרוניקה כגון, אוויוניקה, כטב”מים וטילים, במכשירים יעודיים ובפתרונות תקשורת לחייל בשדה הקרב כגון מערכות “ציד” ו C4I.השימוש במחברי Nano הפך להיות נפוץ יותר ויותר במערכות מורכבות אלה.מחברי TH דורשים קדחים ב PCB כך שהמגעים של המחבר חודרים ומולחמים מצידו השני של הלוח כדי ליצור את החיבור החשמלי והמכני עם PCB. מחברי TH בדרך כלל דורשים הרכבה ידנית, או מיקום רובוטי מתוחכם. היתרון שלהם הוא אמינות גבוהה מבחינה היסטורית. החיסרון הגדול הוא שימוש בכמות ניכרת של נדל”ן ה PCB והעלויות הנלוות.לעומת זאת, מחברי SMT מולחמים על אותו צד של PCB, דבר “המשחרר שטח” בצד התחתון עבור רכיבים אחר כגון מוליכים למחצה, קבלים, נגדים וכו’, זה מאפשר את היכולת להשתמש ב PCB קטן יותר ותכנון פשוט יותר. מחברי ה SMT ניתנים להשמת Pick & Place וניתן להשתמש באותו ציוד השמה המשמש לרכיבי SMT  אחרים, דבר אשר מציע חיסכון בזמן ובעלויות באופן משמעותי.

מחבר ה Nano  ומערכת המגעים שבו מוגדרת כמערכת  “מגדר הפוכה”. זה אומר שמגע הזכר שקוע לחלוטין בתוך חלל של מבודד והוא מתחבר בתאימות מלאה למגע הנקבה התואם (stamped contact ( . הטולרנטיות ההדוקה היא זו שמאפשרת למחבר ולמערכת המגעים שבו לעמוד בתנאי סביבה קשים ובמבחני הלם, רעידות והאצה כמקובל באפליקציות צבאיות.

ישנה מידה משמעותית של גמישות בתכנון המחבר על מנת לעמוד בתנאים המוגדרים. כל המחברים שמיוצרים  לפי תקן M32139 גם אם ע”י יצרנים שונים, צריכים להתחבר אחד לשני ולמעשה בדרך כלל אכן כך הדבר. אך לא כל מערכות המגעים מיוצרות באותו אופן ובאותה טכנולוגיה והתקן מאפשר מספר אופנים הקשורים לטכנולוגיית הייצור.

לדוגמא, אחד התכנונים הראשונים שנעשה בו שימוש ועדיין נמצא בשימוש ע”י חלק מיצרני המחברים הוא ה Twist Pin. המגע הינו בעצם אוסף של חוטי תיל מפותלים שנחתחו, הוטבעו והולחמו בקצה. לאחר מכן לוחצים כוסית המחברת בין חוטי התיל המפותלים לבין חוט נחושת שמשמש ליצירת “רגל המגע” שמולחם ל PCB.

דרך נוספת לייצור מגעים לפי תקן M32139 היא באמצעות מכבש ותבניות מותאמות, כך שכל המגע מקצה לקצה עשוי מחלק אחד. אופן יצור זה בשונה מהקודם מנטרל את הצורך בחיבור שני חלקים ע”י לחיצה ומבטל את האפשרות לתקלות עקב לחיצה חלשה או חזקה מידי. ייצור ע”י מכבש ותבניות מבטיח עקביות בייצור ובקרת איכות גבוהה יותר.

הדבר נכון לגבי מגעי ה socket, החומר ממנו המגעים עשויים הוא בדרך כלל סגסוגת של נחושת או BeCu אשר מיוצרים בכבישה ותבניות נגדיות התואמות ל מגעי ה pin ומייצרים תאימות מלאה עם סטייה צרה מאד.

תמונה 3: הצגת נתוני Coplanarity של 0.000 ועד
0.003 עבור השמת מחבר Nano SMT

Coplanarity – נתון קריטי ליצירת מישור הרכבה והלחמה משותףלמרות הקשיים והמורכבות בתהליך הייצור שלהם יש דחיפה מתמדת לכיוון השימוש במחברים קטנים כגון מחברי Nano. בעבר, שיעור הגריטה של מחבריSMT  בכלל ומחברי  Nano SMT בפרט, היה גבוה מאד. חוסר עקביות בייצור המגעים וכפועל יוצא סטייה רחבה במיקום המגעים על גבי מישור השמה נתפס כבעייה רחבה בתעשייה ומהנדסים חששו להשתמש במחברי Nano SMT בתכנונים שלהם, על אף החיסכון הברור במקום ובעלויות.האיכות היא תמיד הדאגה העיקרית, כתוצאה מכך כיום ישנם שיקולים נוספים שיש לטפל בהם ביישומים אלה. בראש הרשימה זה נתון ה-coplanariy ומיקומם של המגעים על פני השטח ה PCB. באופן אידיאלי כל המגעים צריכים להמצא באותו מישור – הבדל משמעותי, גבוה או נמוך ממשטח ההלחמה יוביל לבעיות, צורך בתיקוני הלחמה ועלויות נספות עד לכדי פסילה של היחידה.נתון Coplanarity נמוך של מערכת המגעים במחברי Nano משפיע באופן ישיר על החוסן של המפרק הלחמה ובכך גם על עמידות המחבר ומערכת המגעים בתנאי סביבה קשים כגון הלם והרעדות גבוהים.      לסיכום, לא כל מחברי Nano מתוכננים ומיוצרים בצורה זהה, אך ניתן לומר בוודאות שכיום יצרני המחברים הגיעו לרמת תכנון ודיוק אשר מביאה פתרונות אמינים ביותר בתחום מחברי ה Nano, הן בתצורת Through-hole והן בתצורת Surface-mount ומאפשרים תמיכה בדרישות השוק כגון יישומים צבאיים לחיילות הקרקע, האוויר והחלל, ובפרט עבור אלו שנדרש בהם מזעור אך לא ניתן להתפשר באיכות ובעמידה בתנאי סביבה קשים.