Connectivité inter-cartes :
Une carte mezzanine ou fille offre une solution pratique aux ingénieurs pour atteindre leurs objectifs de conception. L'empilement de cartes permet d'optimiser l'espace dans le boîtier, de simplifier la conception de la carte mère, de personnaliser le matériel pour un marché spécifique ou d'améliorer la réparabilité.
Parmi les options existantes pour le routage des signaux entre deux cartes, un connecteur intermédiaire simplifie la connexion et améliore la fiabilité, garantissant des connexions robustes et correctes en permanence. De nombreuses options sont disponibles, allant des connecteurs extra-plats installés très près l'un de l'autre lorsque la réduction de la hauteur est primordiale, aux connecteurs plus hauts pour libérer de l'espace pour les composants sur la carte mère ou pour faciliter la circulation de l'air.
Un connecteur unique simplifie la conception et facilite la connexion des deux cartes lors de la fabrication. Cependant, si la carte mère comporte trop de composants ou de couches pour permettre la transmission de tous les signaux par un seul connecteur, deux connecteurs, voire plus, peuvent être nécessaires. Par ailleurs, des problèmes d'intégrité du signal peuvent exiger l'utilisation de deux signaux numériques distincts à partir d'un signal analogique ou l'optimisation de l'agencement des signaux différentiels.

Placement précis
Si plusieurs connecteurs sont nécessaires, l'assemblage est plus difficile car les deux parties de chaque connecteur doivent être correctement alignées avec les plaques (Figure 1).

Figure 1. Le positionnement doit être très précis lors de l'assemblage de deux plaques ou plus à l'aide de connecteurs.

Les connecteurs présentent souvent un espacement réduit, de l'ordre du submillimètre, et, pour des raisons d'efficacité et de précision, sont assemblés par les mêmes procédés automatisés que les composants CMS sur les cartes de circuits imprimés. Bien que les systèmes de placement en ligne à grande vitesse soient extrêmement précis, de petites erreurs peuvent s'accumuler. La fiche technique d'une machine haut de gamme peut indiquer une précision de positionnement de ±0,035 mm. De même, les machines de sérigraphie peuvent déposer la pâte à braser avec une précision de ±0,08 mm. Par ailleurs, les tolérances de fabrication des cartes de circuits imprimés peuvent affecter la position des points de soudure, et les composants peuvent se déplacer pendant le brasage.
Dans le pire des cas, l'accumulation d'erreurs sur les quatre moitiés de la jonction entre deux connecteurs distincts peut suffire à fragiliser les boîtiers et les joints de soudure lors de l'assemblage. Ces contraintes peuvent engendrer des problèmes tels qu'un mauvais contact électrique et la rupture du corps du connecteur ou du joint de soudure, et finalement la défaillance de l'unité lors des tests de fin de ligne ou sur le terrain.

Adaptation des connecteurs aux tolérances d'alignement :
Parmi les solutions existantes pour éviter ces conséquences et garantir un assemblage précis et exempt de contraintes mécaniques potentiellement dangereuses, figure le connecteur flottant. Ces connecteurs, qui permettent le déplacement d'une série de contacts le long des axes x et z, compensent les défauts d'alignement et réduisent ainsi la dépendance à la précision de positionnement absolue lors de l'assemblage de plaques comportant plusieurs connecteurs.
Par exemple, la gamme Flecto de Harwin se compose de connecteurs à pas fin pour le raccordement de plaques et offre un grand nombre de broches (jusqu'à 160 connecteurs disposés en double rangée symétrique). Sa conception flottante permet aux connecteurs mâles de se déplacer jusqu'à ±0,8 mm par rapport à l'axe du connecteur sur chaque axe.

Figure 2 : Les connecteurs flottants ne nécessitent pas d'alignement absolu.

L'un des principaux défis liés au développement des connecteurs flottants est d'assurer un accouplement correct après la connexion initiale, ainsi que de maintenir un contact électrique constant et continu entre chaque connexion. Pour ce faire, les contacts mâles du connecteur Flecto sont conçus pour être flexibles et suspendus au boîtier. Ceci garantit un accouplement mécanique et électrique parfait lors de l'assemblage des deux parties. L'élasticité du mécanisme de suspension assure l'intégrité électrique en absorbant les chocs et les vibrations, garantissant ainsi un contact continu.

Bien que les sections de connexion soient flexibles pour compenser les défauts d'alignement, les broches à la base du connecteur garantissent une précision de positionnement optimale lors de son insertion dans les trous prévus à cet effet sur le circuit imprimé. Les connecteurs disponibles présentent des pas d'interconnexion de 0,5 mm, 0,63 mm et 0,8 mm, notamment une série avec des broches de signal au pas de 0,5 mm et des contacts d'alimentation de 3,0 A. Ces contacts d'alimentation sont conçus pour un soudage à l'aveugle aisé, et les plots soudables traversants améliorent la précision de positionnement et la robustesse mécanique. Les connecteurs de signal uniquement de cette gamme utilisent des éléments d'ancrage CMS pour une meilleure résistance à l'arrachement.

Débits de transmission de données élevés
: Afin d’aider les concepteurs à répondre à la demande croissante de débits de transmission de données dans les applications de communication à haut débit, les pertes d’insertion, les pertes de retour, l’impédance et la diaphonie à l’extrémité proche (NEXT) de ces connecteurs ont été testées. Grâce à leur NEXT de -40 dB ou mieux sur une large bande de fréquences, et à leurs faibles pertes d’insertion et de retour, Flecto convient à des applications telles que la vision industrielle, le traitement d’images médicales et les véhicules électriques. Les performances de la série F20, illustrées sur les figures 3(a) et (b), permettent à ces connecteurs d’atteindre des débits de données jusqu’à 12 Gbit/s.

 
Figure 3 (a) et (b). Résultats du test d'intégrité du signal.

Résumé :
Le raccordement de cartes de circuits imprimés empilées exige souvent une excellente précision lorsqu’il faut utiliser plusieurs connecteurs. Les connecteurs flottants permettent non seulement une moindre précision de positionnement absolue, mais garantissent également la fiabilité et l’intégrité du signal dans de nombreuses applications industrielles, médicales et pour véhicules électriques.

Évolutions technologiques des connecteurs pour réduire les défauts d'alignement.
Auteur : Ryan Smart, vice-président des produits chez Harwin.