Conectividad entre placas
Una tarjeta intermedia (mezzanine) o una tarjeta hija (daughter) pueden ofrecer una solución práctica para que los ingenieros cumplan los objetivos de su diseño. Apilar una placa sobre otra puede ayudar a optimizar el aprovechamiento del espacio dentro de la carcasa, simplificar el diseño de la placa principal, permitir la personalización del hardware para un determinado mercado o mejorar la reparabilidad.
Entre las opciones existentes para conducir señales entre dos placas, un conector colocado entre ellas puede agilizar la unión y aumentar la fiabilidad, garantizando que las conexiones sean robustas desde un punto de vista mecánico y correctas en todo momento. Esten muchas opciones a elegir, desde conectores de bajo perfil instalados muy cercanos entre sí cuando es prioritario reducir la altura total hasta conectores más altos con el fin de dejar espacio libre para los componentes en placa principal o para facilitar la circulación del aire.
Un solo conector puede simplificar el diseño y las dos placas se pueden conectar fácilmente durante la fabricación del producto. No obstante, si la placa principal contiene demasiados componentes o bastante capas como para permitir la transmisión de todas las señales a través de un solo conector, es posible que se necesiten dos o más conectores. Por otro lado, los problemas de integridad de la señal podrían exigir el uso de dos señales digitales por separado desde una señal analógica o bien garantizar la óptima disposición de las señales diferenciales.
Colocación exacta
Si se necesita más de un conector, la unión resulta más difícil ya que ambas partes de cada conector deben estar alineadas adecuadamente con las placas (figura 1).
Figura 1. El posicionamiento debe ser muy exacto cuando se unen dos o más placas mediante conectores.
Los conectores tienen a menudo un paso de contacto pequeño de orden submilimétrico y, debido a la eficiencia y la exactitud, se montan en los mismos procesos automatizados que se utilizan para colocar componentes de montaje superficial en las placas. Si bien los sistemas de colocación en línea de alta velocidad son extremadamente exactos, se pueden acumular pequeños errores. La ficha técnica de una máquina de gama alta puede indicar una exactitud posicional de ±0,035 mm. De modo parecido, las máquinas de serigrafía pueden depositar pasta de soldadura con una exactitud de ±0,08 mm. Además, las tolerancias para la fabricación de placas de circuito impreso pueden afectar a las posiciones de los puntos de unión y es posible que los componentes se muevan durante la soldadura.
Los errores en los casos más desfavorables que se acumulan en las cuatro mitades de la unión de dos conectores separados podrían bastar para que las carcasas de los conectores y las uniones de las soldaduras se sometan a estrés cuando se unen los conectores. Este estrés puede generar problemas como un contacto eléctrico deficiente y la fractura del cuerpo del conector o de la unión soldada, y en última instancia el fallo de la unidad al someterla a las pruebas de final de línea o bien sobre el terreno.
Adaptación de los conectores a la tolerancia de alineamiento
Entre las opciones existentes para evitar estas consecuencias y garantizar una unión alineada de manera exacta y libre de un estrés mecánico potencialmente peligroso está el conector “flotante”. Estos conectores, que permiten el movimiento en los ejes x y z de una serie de contactos, pueden admitir desalineamientos y por tanto disminuir la dependencia respecto a la exactitud posicional absoluta al unir placas que contienen varios conectores.
Por ejemplo, la gama Flecto de Harwin está formada por conectores de paso fino entre placas y proporciona un gran número de patillas, hasta 160 conectores en una disposición simétrica en doble fila, y se basa en un diseño flotante que permite mover los conectores macho hasta ±0,8 mm desde la línea central del conector y en cada eje.
Figura 2: Los conectores flotantes no necesitan alineamiento absoluto.
Entre las mayores dificultades que implica el desarrollo de conectores flotantes se encuentra garantizar un acoplamiento adecuado tras la unión inicial, así como mantener un contacto eléctrico consistente y continuo entre cada conexión. Para lograrlo, los contactos en el lado macho del conector Flecto están diseñados para ser flexibles y se encuentran suspendidos de las carcasas. De este modo se obtiene un acoplamiento total desde un punto de vista mecánico y eléctrico cuando se unen las dos partes. La elasticidad del mecanismo de suspensión asegura la integridad eléctrica ya que absorbe el impacto y la vibración para garantizar un contacto continuo.
Si bien las secciones de conexión son flexibles para asumir errores de alineamiento, unas clavijas situadas en la base del conector pueden garantizar la exactitud de posicionamiento en general cuando se insertan en los orificios asignados de la placa de circuito impreso. Los conectores disponibles tienen un paso de interconexión de 0,5 mm, 0,63 mm y 0,8 mm, incluida una serie que cuenta con patillas de señal cuyo paso es de 0,5 mm con contactos de potencia de 3,0A. Los contactos de potencia están diseñados para facilitar la unión a ciegas y los postes soldables que atraviesan la placa aumentan la exactitud de la posición y la resistencia mecánica. Los conectores únicamente para señal de esta familia recurren a elementos de anclaje para SMT con el fin de aumentar la resistencia al desprendimiento.
Altas velocidades de transmisión de los datos
Para ayudar a los diseñadores a satisfacer la demanda de unas velocidades cada vez más altas de transmisión de los datos en aplicaciones de comunicación de alta velocidad se han comprobado las pérdidas de inserción, las pérdidas de retorno, la impedancia y la diafonía en el extremo cercano o NEXT (Near End Crosstalk) de estos conectores. Gracias a su NEXT de -40 dB o mejor en un amplio rango de frecuencia, y a sus bajas pérdidas de inserción y retorno, Flecto abarca aplicaciones como visión artificial, procesamiento de imágenes médicas y vehículos eléctricos. Las prestaciones de la serie F20, indicadas en la figura 3 (a) y (b), permite a estos conectores alcanzar unas velocidades de los datos de hasta 12 Gbit/s.
Figura 3 (a) y (b). Resultados de las pruebas de integridad de señal.
Resumen
La conexión de placas de circuito impreso apiladas suele exigir una excelente exactitud si se necesita más de un conector entre las placas. Los conectores flotantes no solo permiten una menor exactitud de la posición absoluta sino que además garantizan la fiabilidad y la integridad de la señal en numerosas aplicaciones de la industria, la medicina y los vehículos eléctricos.
Desarrollos en la tecnología de los conectores para reducir el desalineamiento
Autor: Ryan Smart, Vicepresidente de Producto, Harwin
