열악한 환경에서의 사용에 적합한 커넥터 선택 시 고려할 주요 사항

커넥터는 다양한 응용 제품에 사용되는 전기 및 전자 시스템의 필수 부품입니다. 따라서 제품에 있어 커넥터의 신뢰성과 성능은 매우 중요합니다. 커넥터의 품질이 좋지 않으면 시스템이 고장나거나 성능이 저하되어 생산성이 저하되고 제품 배송이 지연되며 재정적 손실이 발생하고 회사 평판에 악영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 커넥터의 선택은 최종 제품의 성공을 위해 필수적입니다.

커넥터 선택 가이드

사용자는 응용 제품에 적합한 커넥터를 선택하기 전에 몇 가지 주요 요소를 고려해야 합니다. 철저한 지식과 실무 경험 없이는, 경험이 부족한 엔지니어가 고려해야 할 수많은 요소를 예측하기 어렵습니다. 초보 시스템 설계자나 젊은 시스템 설계자의 경우, 열악한 환경에서도 안정적으로 작동해야 하는 제품을 위한 최적의 커넥터를 선택하는 데 도움이 필요할 수 있습니다.

Harwin 엔지니어 팀은 열악한 환경에서의 사용에 대한 수십 년간의 경험과 다양한 커넥터 생산 관련 방대한 지식을 바탕으로 시스템 설계자가 각 응용 제품에 적합한 커넥터를 선택하기 전에 고려해야 할 7가지 요소를 선정했습니다. 여기에는 진동, 치수, 설계 복잡성, 전자파 장해(EMI), 데이터 전송 속도, 내구성, 공급망 신뢰성 등이 포함됩니다. 산업, IoT, 운송과 같은 열악한 환경 부문에서 빠른 변화가 이루어지고 있기 때문에 시스템을 설계하려면 현재의 요구 사항에 적응할 뿐만 아니라 미래의 요구 사항도 고려해야 합니다.

주요 고려 사항

산업 및 기타 중장비 부문에서 시스템은 높은 수준의 진동에 노출되어 핀의 정렬 불량으로 인해 물리적 손상과 신호 무결성 손실을 초래할 수 있습니다. Harwin과 같은 주요 제조업체는 20G의 진동에 견딜 수 있는 커넥터를 설계 및 개발하여 까다로운 조건에서도 신뢰성과 성능이 보장되는 커넥터를 제공합니다.

소형화 추세에 따라 커넥터 크기는 또 다른 중요한 요소입니다. 소형 폼 팩터, 표면 실장 하우징, 핀 피치 축소도 많은 커넥터 제조업체들이 중요하게 생각하고 있습니다. 뿐만 아니라, 기술이 발전함에 따라 커넥터도 오정렬에 대한 허용 오차가 커지고 있습니다.

마찬가지로 현대 시스템에서 전자 기기가 급속도로 확산되면서 산업 및 기타 유사한 열악한 환경의 인쇄 회로 기판(PCB) 및 회로 인클로저에서 EMI는 지속적인 문제가 되고 있습니다. PCB 및 인클로저의 EMI 문제를 해결하는 것 외에도, 사용자는 선택한 커넥터가 기존 및 미래의 EMI 수준을 완화할 수 있는지 확인해야 합니다. 커넥터의 EMI를 완화하는 일반적인 방법은 커넥터를 차폐 역할을 하는 전도성 재료로 감싸는 것입니다. 효과적인 장벽을 만들기 위해 전도성 실드도 접지됩니다.

또한 산업 자동화 및 데이터 센터 백플레인과 같이 고밀도 및 고속 상호 연결이 필요한 분야에서는 삽입 손실 및 누화 성능도 중요한 선택 기준으로 고려될 수 있습니다.

내구성은 커넥터에 있어 중요한 또 다른 특성입니다. 설계자는 커넥터가 수명 동안 겪게 될 결합 주기를 결정해야 합니다. 이러한 계산을 바탕으로 설계자는 표준 커넥터가 작업에 적합한지 아니면 전용 고신뢰성 모델이 필요한지 결정해야 합니다.

또한 설계자는 커넥터 유통업체가 신뢰할 수 있는지, 위조 부품의 시장 진입을 방지하기 위해 전자 부품 산업 협회(ECIA) 표준을 구현하는지를 확인해야 합니다. 가장 까다로운 조건에서 제품의 품질과 신뢰성을 보장하는 동시에 향후 품질 공급을 보장할 수 있는 올바른 커넥터 제조업체를 선택하는 것도 마찬가지로 중요합니다.

현재 시중에서 우수한 신뢰성과 품질을 제공 중인 제조업체 중 하나인 Harwin은 고장이 허용되지 않는 까다로운 미션 크리티컬 응용 분야를 위해 수많은 핀 수와 폼 팩터를 지원하며, 내구성과 신뢰성, 진동 및 충격에 강한 커넥터 제품군인 Kontrol을 개발했습니다.

변화하는 요구 사항에 발맞춰 Harwin은 성능을 개선하여 Kontrol M55 포트폴리오를 지속적으로 확장하고 있으며, 1.27mm의 피치를 제공하여 혼잡한 PCB를 위한 공간 절약형 옵션이 될 수 있는 제품이 새롭게 추가되었습니다(그림 1). 산업용 및 임베디드 응용 제품에 필요한 높은 진동 수준을 견딜 수 있도록 설계된 M55 커넥터는 완전히 덮여 있으며 추가 고정 탭이 포함되어 있어 최대 20G의 진동을 12시간 이상 견딜 수 있습니다. 또한 높은 수준의 충격을 견딜 수 있도록 설계 및 테스트를 거쳤으며, 안전한 연결을 유지하기 위한 잠금 메커니즘을 갖추고 있습니다. 다른 주요 기능으로는 500회 결합 주기, 3Gbps 데이터 전송 속도, 접점당 1.2A 정격 전류, 표면 실장(SM) 하우징, -55°C ~ +125°C의 넓은 작동 온도 범위 등이 있습니다.

그림 1: Harwin은 Kontrol 계열의 1.27mm 제품군에 견고한 단일열 커넥터 및 케이블 조립품을 새로이 추가했습니다(이미지 출처: Harwin).

다양한 설계 레이아웃을 수용할 수 있도록, M55 SM 커넥터는 다양한 신호 및 전력 요구 사항에 맞는 확장성을 제공하는 다양한 핀 수 옵션과 함께 수직 및 수평 PCB 마운트로 제공됩니다.

수직 공간이 부족한 PCB에 기판 적층 옵션을 제공하기 위해 Kontrol 계열은 10 + 10 구성의 20개 접점을 갖춘 수직 소켓 M55-6002042R을 제공합니다(그림 2). 이 2열 SM 커넥터는 높이가 6.25mm이며 납땜 강도를 높이기 위해 위치 고정용 페그와 홀드다운 고정 탭이 있습니다.

그림 2: Harwin Kontrol M55-6002042R은 PC 기판 적층용으로 설계되었습니다(이미지 출처: Harwin).

기판 간 연결을 위해 40 + 40 레이아웃의 80개 접점이 있는 견고한 수평 헤더를 사용할 수 있습니다. 다른 커넥터와 마찬가지로 M55-7108042R SM 기판 간 커넥터는 미세 피치 간격의 견고한 구조와 열악한 환경에 필요한 높은 내구성을 제공합니다. 

Kontrol 계열의 또 다른 제품인 M55-8201242(그림 3)는 0.635mm 피치의 30AWG 리본 케이블을 사용하여 기성 케이블 조립품으로 제공되는 12접점, 2열 암 IDC 케이블 커넥터입니다. 통합형 래치가 있어, 산업 및 기타 유사한 환경의 열악한 조건에서 결합 상태가 유지되도록 보호하고 성능을 보장합니다.

그림 3: IDC 케이블 커넥터 M55-8201242는 30AWG 리본 케이블을 사용하여 기성품 케이블 조립품으로 제공됩니다(이미지 출처: Harwin).

동일한 두 PCB를 연결하기 위해 여러 커넥터를 사용할 때 필요한 추가적인 위치 허용 오차를 위해 Harwin은 Flecto 플로팅 커넥터를 도입했습니다(그림 4). 데이터 및/또는 전력을 위한 기판 간 전기 기계식 상호 연결로, 수 커넥터의 X, Y 및 Z 축에서 움직임을 제공하도록 제작되었습니다. 중심선으로부터 최대 ±0.8mm 오정렬을 견딜 수 있도록 설계된 이 미세 피치, 많은 핀 수의 기판 간 커넥터는 완벽한 정렬, 고속 데이터 전송, 혼합 신호 및 전력 옵션, 높은 접점 신뢰성, 다양한 실장 옵션을 제공합니다. 기존 커넥터와 달리 플로팅 커넥터는 스프링과 같은 메커니즘을 통해 납땜 조인트와 접점 핀 모두에서 스트레스를 완화하는 탄성을 제공합니다.

그림 4: Flecto 플로팅 커넥터의 경우, 이동을 허용해 추가적인 위치 허용 오차가 제공됩니다(이미지 출처: Harwin).

결론

산업 및 이와 유사한 까다로운 분야의 열악한 조건에 적합한 커넥터를 선택하는 것 외에도, Harwin과 같이 신뢰할 수 있는 인증된 공급업체를 선택하는 것이 마찬가지로 중요합니다. 이 두 가지를 함께 고려하면 가장 까다로운 환경에서도 안정적으로 작동하는 부품을 선택할 수 있습니다.