공간 제약이 있는 설계에 미니 배선 시스템 활용

전자 시스템에서 소형화 추세가 계속되고 기능 밀도가 높아짐에 따라, 설계자들은 신뢰성 있는 상호 연결을 확보하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 이는 특히 산업, 의료, 군사/항공우주 분야 등에서 특히 중요합니다. 이러한 분야에서는 커넥터가 소형화되어야 함과 동시에 진동, 열 사이클링, 기타 스트레스 요인에 견딜 수 있어야 합니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 설계자들은 신뢰성과 공간 효율성을 모두 제공하는 콤팩트한 상호 연결 솔루션을 찾고 있습니다.

이 기사에서는 이러한 상호 연결에 필요한 주요 요구사항에 대해 살펴봅니다. 여기에는 단자 밀도, 견고한 결합 메커니즘, 열 내구성, 신호 및 전력 용량이 포함됩니다. 그런 다음 Samtec의 다목적 커넥터 생태계를 소개하고, 이 생태계를 활용하여 이러한 요구사항을 충족시킬 수 있는 방법을 보여줍니다.

콤팩트 레이아웃에서의 커넥터 설계 및 도체 배선

공간 제약이 있는 설계에서 커넥터를 선택할 때 좋은 출발점은 접점 간 간격, 즉 접점 피치입니다. 피치가 작을수록 더 콤팩트한 커넥터와 대응되는 것이 일반적입니다.

다양한 커넥터 스타일의 가용성은 또한 매우 유용할 수 있습니다. 예를 들어, 좁은 공간을 통해 전도체를 배선할 때는 단일 행 커넥터가 가장 적합한 옵션일 수 있으며, 이중 행 변형은 더 높은 접촉 밀도를 제공할 수 있습니다. 마찬가지로, 인쇄 회로 기판(PCB)에 헤더를 수직 또는 수평 방향으로 장착할 수 있는 기능은 좁은 공간에서 작업할 때 더 편리합니다.

리본 케이블과 이산 전선 사이의 선택도 고려할 가치가 있습니다. 각각의 방법에는 장점이 있지만, 이산 전선 솔루션은 더 많은 배선 옵션을 제공할 수 있습니다. 이는 특히 분기된 상호 연결이 필요한 응용 분야에서 중요합니다. 이 경우 단일 케이블 조립품이 장치 내부의 여러 위치에서 전도체를 모아 연결해야 합니다(그림 1).

그림 1: 이 그림은 단일 조립품 내에서 전도체 집합을 단순화하고 다양한 커넥터 유형을 사용하기 위해 설계된 이산 전선 시스템을 보여줍니다. (이미지 출처: Samtec)

이산 전선의 또 다른 장점은 단일 조립품 내에서 다양한 구성 요소 및 서브시스템의 요구사항을 충족시키기 위해 여러 가지 커넥터 스타일을 사용할 수 있다는 점입니다. 이산 전선은 조립품 내에서 전원 및 신호 전도체를 결합할 수 있는 유연성을 제공하며, 각 전선의 용도를 구분하기 위해 색상 코딩을 사용할 수 있습니다.

극한 환경에서의 커넥터 고정력과 열적 호환성

상호 연결 신뢰성의 주요 위협 중 하나는 운영 중 의도하지 않은 분리입니다. 더 큰 시스템에서는 나사, 고정 장치 또는 너트와 같은 고정 방법이 기계적 스트레스 하에서 분리되는 것을 방지할 수 있습니다. 그러나 작은 시스템은 이러한 옵션을 구현할 공간이 부족하기 때문에 실용적이지 않을 수 있습니다.

이러한 문제는 자주 교배 사이클이 필요한 시스템에서 더욱 복잡해집니다. 유지보수 필요성, 현장 업그레이드, 또는 재구성 등 어떤 이유로든 반복되는 연결 및 분리 작업은 안전하고 사용하기 쉬운 유지 방법들이 필요합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 일반적으로 콤팩트한 잠금 메커니즘이 필요합니다. 이 연결부는 도구나 추가 고정 부품 없이 손으로 안전하게 연결 및 분리할 수 있도록 설계되어야 합니다.

재료 선택도 중요한 고려 사항입니다. 커넥터 하우징 및 전선 절연체는 적용 환경 조건에 적합해야 하며, 이는 예상 작동 온도 범위 및 적용 가능한 안전 또는 규제 요건을 포함합니다.

소형 상호 연결에서의 전력 전달 및 신호 무결성

공간 제약이 있는 설계에서 크기는 가장 중요한 고려 요소이지만, 소형화된 커넥터는 여전히 전기적 요구사항을 충족해야 합니다. 미세한 접촉 간격이라도 상호 연결은 우수한 신호 품질과 전력 공급을 위해 충분한 전류 및 전압 수준을 지원해야 합니다.

이러한 고려 사항은 접촉부와 단자 설계에 추가적인 중요성을 부여합니다. 그들의 기하학적 구조는 신뢰할 수 있는 접촉 면적을 확보해야 하며, 재료는 부식을 방지하여 시간이 지나도 신호 무결성을 유지해야 합니다. 이중 잎 설계는 특히 유용합니다. 이는 넓은 온도 범위와 진동 프로파일에서 일정한 접촉 압력을 유지하는 데 도움을 주며, 이는 요구사항이 엄격한 환경에서 신호 손실이나 전원 중단을 방지하는 데 필수적입니다.

공간 제약 환경을 위한 고성능 상호 연결 플랫폼

Samtec의 Micro Mate 이산 전선 시스템은 공간 제약이 엄격한 응용 분야에 특화되어 설계되었습니다. Micro Mate 플랫폼의 가장 큰 특징은 1밀리미터(mm)의 접점 간격으로, 이로 인해 제품 라인업 전반에 걸쳐 콤팩트한 커넥터 크기를 실현할 수 있습니다. 케이블-기판, 케이블-케이블 및 케이블-패널 응용 제품을 위한 솔루션이 제공되며, 광범위한 설계 유연성을 제공합니다. 이 제품군의 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 단일 행 또는 이중 행 구성으로 2개에서 40개까지의 총 접점을 지원하여 다양한 신호 및 I/O 밀도 요구사항을 충족합니다.
• 기계적 스트레스 환경에서 안전한 결합을 위한 단일 또는 이중 잠금 메커니즘
• 전압 정격 최대 250V_AC 및 353V_DC, 접점당 최대 2.7A의 전류 정격으로 신호 및 중간 전력 분배를 지원합니다.
• 이중 잎 금도금 접점 시스템으로 엄격한 환경에서도 일관된 연결성과 높은 신호 품질을 제공합니다.
• 옵션으로 제공되는 Teflon 불소 중합체 피복으로 화학 저항성을 강화하고 할로겐 무함유 또는 고온 응용 분야와의 호환성을 확보합니다.

표준 케이블 조립품 외에도 Samtec은 맞춤형 배선용 부품 수준 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 응용 프로그램별 설계에서 공간 효율성과 배선 유연성을 극대화하는 맞춤형 조립품 생성을 지원합니다.

간편한 통합을 위해 사전 조립된 모듈

Micro Mate 케이블-투-케이블 솔루션의 대표적인 예시는 S1SS-08-28-GF-06.00-L1입니다. (그림 2) 8개 위치, 단일 행 조립품으로 양쪽 끝이 직사각형 소켓으로 끝나는 구조입니다.

그림 2: S1SS-08-28-GF-06.00-L1은 도구 없이도 작동하는 포지티브 래치 잠금 메커니즘을 갖추어 견고한 연결을 보장합니다. (이미지 출처: Samtec)

이 솔루션의 주목할 만한 특징은 커넥터 하우징에 내장된 견고한 도구 없이도 작동하는 포지티브 잠금 메커니즘입니다. 이러한 잠금 장치는 혹독한 작동 조건에서도 신뢰할 수 있는 연결을 보장합니다. 또한 정기 유지보수 시 수동으로 분리할 수 있어 나사나 고정 장치를 사용할 필요가 없는데, 이는 도구 사용이 어려운 협소한 공간에서 특히 유용할 수 있습니다.

케이블 조립품은 통합 잠금 램프를 갖춘 다양한 Micro Mate 헤더와 연결될 수 있으며, 이는 안전한 연결을 보장합니다. 주목할 만한 예로는 T1M-08-F-SV-L(그림 3)이 있습니다. 헤더가 표면 실장형 수평식 저프로파일이라서 기판 가장자리 설치가 가능하여 기판 위의 수직 높이를 최소화합니다. 절연 높이가 단 5.51mm에 불과한 이 구성은 기계적 강도를 저하시키지 않으면서도 기판 간 간격을 좁게 배치할 수 있습니다.

그림 3: T1M-08-F-SV-L 헤더는 수직 공간이 제한된 응용 분야를 위해 설계된 표면 실장형 수평식 솔루션입니다. (이미지 출처: Samtec)

도구 없이 설치 가능한 패널 실장형 솔루션

패널 실장형 상호 연결의 경우, 실장 나사나 다른 고정 장치를 사용할 수 없는 환경에서 추가적인 문제를 유발하는데, 스냅인 탭으로 이 문제를 해결할 수 있습니다.

예를 들어 T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3(그림 4) 케이블-패널 조립품은 내구성이 강화된 소켓에 통합된 스냅인 탭이 있어 커넥터가 패널 개구부에 자체 고정될 수 있으므로 전용 고정 하드웨어가 필요 없습니다. 이 제품은 패널 두께가 0.033인치 ~ 0.090인치인 경우에 사용 가능합니다.

그림 4: T1PST-05-28-GF-02.0-A-T3는 스냅인 상호 연결 설계를 갖추고 있어, 도구 없이도 빠르고 간편하게 패널 실장이 가능합니다. (이미지 출처: Samtec)

고정 장치가 필요 없으므로 설계 시 표시등, 버튼, 스위치 등 다른 기능적 요소에 필요한 패널 공간을 확보할 수 있습니다. 또한 Micro Mate 플랫폼의 다용성도 보여줍니다. 이 구성에서 케이블은 -40°C에서 +125°C의 온도 범위를 지원하는 선택적 Teflon 불소 중합체 재킷으로 덮여 있으며, 고온 환경이나 할로겐이 없는 응용 분야에 적합합니다.

맞춤형 상호 연결 조립품 및 도구 지원

바로 사용이 가능한 조립품은 많은 상호 연결 요구 사항에 편리한 솔루션을 제공하지만, 공간 제약이 있는 설계의 경우에는 맞춤형 구성 설정이 필요한 경우가 많습니다. 예를 들어, 공간 활용을 최적화하기 위해 분기형 케이블 배선이나 단일 행과 이중 행 핀 배열 간의 전환이 필요한 경우가 있을 수 있습니다. 이러한 기술은 휴대용 진단 도구나 드론 서브시스템과 같은 복잡한 구조물에서 특히 유용할 수 있습니다. 이러한 환경에서는 전선이 불규칙한 공간을 통과하거나 다른 전기기계 부품 주변을 감아 배치해야 하기 때문입니다.

고객의 맞춤형 요구 사항을 충족시키기 위해 Samtec은 엔지니어들이 Micro Mate 조립품을 처음부터 설계하거나 기존 조립품을 수정하여 필요에 맞게 조정할 수 있도록 부품 수준 솔루션을 제공합니다. IDT1-05(그림 5) 하우징 플러그가 그 예입니다. 이중 행 솔루션으로, 접촉 밀도를 극대화하기 위해 설계되었습니다.

그림 5: IDT1-05 하우징 플러그는 이중 행 배열에 10개의 전도체를 갖춘 맞춤형 조립품을 제작하는 데 사용할 수 있습니다. (이미지 출처: Samtec)

맞춤형 설계는 공장 조립 제품과 동일한 금도금 이중 잎 접점을 사용합니다. TC37R-01-GF(그림 6) 접점의 예시에서 볼 수 있듯이, 이 접점은 낮은 전기 저항과 장기적인 신뢰성을 위해 0.076 마이크로미터(µm) 금 도금으로 처리된 넓은 접촉면을 제공합니다.

그림 6: TC37R-01-GF 접점은 낮은 전기 저항과 신뢰성을 위해 이중 잎 구조와 금도금 설계를 사용합니다. (이미지 출처: Samtec)

일관적으로 우수한 연결을 유지하기 위해서는 적절한 도구 사용이 필수적입니다. CAT-HT-309-2830-12(그림 7) Micro Mate 제품군용 수동 크림퍼를 사용하면, 기술자가 28AWG 또는 30AWG 전선을 사용하여 공장 제작 솔루션의 기계적 및 전기적 신뢰성과 일치하는 맞춤형 조립품을 제작할 수 있습니다.

그림 7: CAT-HT-309-2830-12 수동 크림퍼를 사용하면, 28AWG 또는 30AWG 케이블을 사용하여 Micro Mate 상호 연결을 수동 조립할 수 있습니다. (이미지 출처: Samtec)

결론

공간 제약이 있는 시스템의 경우 콤팩트함, 내구성, 및 전기 용량 간의 균형을 맞춰 줄 상호 연결이 필요합니다. Micro Mate 이산 전선 플랫폼은 이러한 요구 사항을 충족시키기 위해 1mm 피치로 소형화된 솔루션을 제공합니다. 내부 서브시스템을 연결하거나 패널 인터페이스를 제공하는 경우에도, 이 플랫폼은 유연하고 고성능의 배선 설계를 지원하기 위해 다양한 옵션을 제공합니다.