우수한 성능의 접점으로 다접점 커넥터의 성능 향상

커넥터는 시스템의 하위 섹션 간 또는 시스템과 외부 세계를 연결하는 매우 중요한 기계적, 전기적 연결 고리입니다. 커넥터 유형은 전기적 및 기계적 요구 사항, 산업 표준, 사용 및 제조의 용이성, 접점의 수와 유형, 결합 및 분리 시나리오, 신뢰성 목표, 규제 의무 등 여러 요인에 따라 선택됩니다. 하지만 클래식 D 서브미니어처(D 서브) 커넥터 본체는 수십 년 동안 사용되어 왔으며 여전히 많은 응용 제품에서 선호되는 커넥터입니다.

설계자는 커넥터 본체 스타일과 접점 배열에 많은 관심을 쏟게 되지만, 커넥터의 전기적 및 기계적 성능에 큰 영향을 미치는 것은 '접점'입니다. 설계가 점점 더 복잡해지고 응용 제품이 더욱 까다로워짐에 따라, 설계자는 특히 견고성, 삽입 및 접점 고정력, 접점 저항 및 온도 허용 오차 범위 측면에서의 적절한 표준과 요구 사항을 충족하기 위해 접점 기술에 대한 최신 혁신에 대해 잘 알고 있어야 합니다.

이 기사에서는 D 서브 커넥터의 계속적인 역할에 중점을 두고, 커넥터의 트렌드에 대한 간략한 개요를 제공합니다. 그런 다음 Amphenol Positronic이 제공하는 우수 품질의 접점을 소개하고, 이를 사용해 커넥터 성능을 향상시키는 방법을 설명합니다.

USB, 이더넷 및 D 서브 커넥터의 중요성

고전적인 RS-232 인터페이스의 사용이 줄고 다양한 버전의 USB 및 이더넷 커넥터가 등장하고 있지만, 고전적인 9핀 D 서브 커넥터(흔히 DB-9로 칭함)와 그 외 광범위한 D 서브 커넥터 제품군은 전자 시스템 통신에서 여전히 중요한 역할을 담당하고 있습니다. D 서브가 계속 많은 사랑을 받는 데는 여러 이유가 있습니다. USB와 이더넷은 많은 상호 연결 요구 사항을 충족할 수 있는데, 널리 사용되는 이 2가지 커넥터 유형은 멀티 라인 인터페이스가 아닌 직렬 인터페이스입니다. 이러한 커넥터들은 데이터와 전력을 동시에 전송할 수 있지만, 신호 유형, 최대 전압 및 전류, 전력 정격에 대한 엄격한 제한이 있습니다.

USB와 이더넷은 그 설계상의 특징으로 인해, 여러 개의 병렬 접점 경로를 가진 인터페이스보다는 서로 관련이 없는 여러 신호나 다양한 형식을 효과적으로 처리할 수 없습니다. 더 고려해야 할 중요한 사항은 표준 USB 및 이더넷 연결은 많은 상황에서 필요한 기계적, 전기적 무결성 및 견고성 수준에 알맞도록 설계되지 않았다는 점입니다.

이러한 이유들 및 기타 이유들로 D 서브 커넥터는 여전히 널리 사용되고 있습니다. 이 폼 팩터는 1950년대부터 사용되어 왔으며 많은 장점을 제공합니다. 전자파 장해(EMI) 및 무선 주파수 간섭(RFI)으로부터 완벽하게 차폐되고, 밀폐형 인클로저나 거의 밀폐된 인클로저를 제공하며, 기계적으로 견고하고, 작은 잭스크루를 사용하여 결합된 반쪽을 서로 고정할 수 있습니다. D 서브 커넥터 본체 또는 셸은 최소 6가지 표준 크기로 제작되며, 전기적 접점 위치 및 유형에 대해 유연성을 제공합니다. 'Combo-D' D 서브는 모든 접점에서 동일한 접점 유형의 커넥터 셸을 제공할 뿐만 아니라, 단일 커넥터 셸 내에서 독립적인 신호 및 전력 접점을 혼합하여 지원합니다(그림 1, 위).

그림 1: Combo-D 서브미니어처 커넥터 스타일은 신호 및 전력에 대한 다양한 경로 조합을 지원하며(위), D 서브 커넥터는 표준 셸 크기와 접점 배열로 제공됩니다(아래)(이미지 출처: Amphenol Positronic).

하나의 D 서브에서 다양한 표준 믹스 앤 매치 배열을 지원할 수 있으며(그림 1, 아래), 표준 밀도를 위한 2열 버전과 3열 고밀도 버전으로 제공됩니다. 신호, 전원, 차폐, 고전압, 열전대 및 광섬유를 위한 접점이 포함됩니다.

접점 기술의 혁신

커넥터 맥락에서 D 서브 셸이 지닌 장점은 중요한 부분이지만, 전기적 접점 및 그 특성 또한 성공적인 커넥터 조립을 위해 매우 중요합니다. 수년에 걸쳐, 접점 기술에는 재료, 디자인, 전기적 및 기계적 성능과 관련하여 많은 발전이 있었습니다.

그중 하나는 Amphenol Positronic의 특허받은 PosiBand 접점 기술(미국 특허 7,115,002)입니다. PosiBand는 기존 설계와는 다른 혁신적인 접점 접근 방식을 채택하여, 여러 주요 파라미터에서 향상된 성능을 제공합니다.

PosiBand의 외부 압력 필터 엘리먼트의 특별한 설계 덕분에 연결과 관련된 기계적 작용과 전기적 작용을 완전히 분리할 수 있습니다(그림 2). 이러한 압력 필터 엘리먼트는 수 핀을 내부 암 공동에 누르는 힘을 가하여 직접적인 전기적 접점이 길어지도록 하여 기계적 작용을 수행합니다. 인터페이스 라인의 길이는 다양하게 지정할 수 있으므로, 설계자는 연결의 인터페이스 저항을 최적화할 수 있습니다. 진입 지점에 끊김 없는 단단한 링이 있어 접점의 기계적 견고성을 높여줍니다.

그림 2: PosiBand는 특허받은 설계를 사용하여 연결의 기계적 작동과 전기적 작동을 분리합니다(이미지 출처: Amphenol Positronic).

PosiBand 내의 스프링 클립(그림 3, 왼쪽)은 작지만 조립품에서 중요한 부품이며 제품 성능에 핵심적인 역할을 합니다. 이 스프링 강화 베릴륨-구리 합금은 수 접점에 정상적인 힘을 제공하여, 견고하고 안정적인 접점 페어링을 지원합니다(그림 3, 오른쪽). 또한 이 제품은 성능 요구 사항을 충족하거나 초과하지만 평균 삽입력은 더 낮습니다.

그림 3: PosiBand 스프링 클립(왼쪽)은 접점 면적(오른쪽) 전체에 정상적인 힘을 제공하여 전기 결합 표면의 접점 면적을 최대화합니다(이미지 출처: Amphenol Positronic).

PosiBand 기본 접점은 황동으로 만들어져 접점에 전선을 크림핑하는 데 탁월한 속성을 갖추고 있습니다. 또한 재료의 열처리가 필요하지 않은데, 열처리 단계는 비용을 추가로 발생시킬 뿐만 아니라 제조 과정에서 부적절하게 수행되어 장기적인 문제를 일으킬 수 있습니다.

또한 PosiBand 시스템은 기존 접점 설계에 비해 암/수 접점 사이의 인터페이스 면적을 늘리므로, 더욱 안정적인 전기적 무결성이 보장됩니다. 마이크로 수준에서는 접점 인터페이스를 통한 더 많은 수의 전기 경로가 있습니다. 접점의 면적이 넓어지면 진동 시 끊김이 발생할 가능성이 줄어듭니다.

언뜻 드는 생각과는 다르게, PosiBand 시스템의 경우 접점 면적이 넓어 삽입력이 증가하는 것은 아닙니다. 그와 반대로, PosiBand 설계는 보다 일관된 삽입력 값을 제공하므로 평균 삽입력은 오히려 낮아집니다.

Positronic 제품은 미국 국방부 군수국(DLA)의 적격 제품 목록(QPL)에 포함되는데, 이는 적절한 제품 식별, 자격 및 정기 검증 테스트를 포함한 요구 사항을 충족했음을 의미합니다. PosiBand는 SAE AS3902 및 MIL-DTL-24308 사양에 따라 인증을 받았으며, GSFC S-311-P4/08 및 GSFC S-311-P4/10의 더 높은 40그램(g) 접촉 분리 테스트 요건도 충족합니다.

접점 크기 및 저항

PosiBand 접점은 표준 크기인 20 및 22로 제공됩니다. 전자는 미국식 전선 게이지(AWG) 20, 22, 24 전선용으로 설계되었으며 후자는 AWG 22, 24, 26, 28, 30 전선용으로 설계되었습니다.

크기 22 접점의 최대 저항은 0.005옴(Ω)이며, 크기 20 접점의 최대 저항은 0.004Ω입니다. 이러한 낮은 접점 저항과 그에 따른 최소한의 I²R 손실로 인한 낮은 자체 발열 덕분에, 설계자는 전력용으로 크기 22 및 크기 20 접점을 사용할 수 있습니다.

접점의 열 특성은 일부 엔지니어는 아예 인식하지 못할 수도 있는 부분이며, 설계 및 커넥터 선택 과정의 후반부에야 고려하게 되는 요소입니다. 하지만 열은 커넥터 및 시스템 성능을 평가할 때 중요한 요소입니다. PosiBand 크기 20(그림 4, 위) 및 크기 22(그림 4, 아래) 접점은 다양한 접점 구성에서 온도 상승 대비 전류에 대해 완벽하게 특성화되어 있습니다.

그림 4: 다양한 구성의 크기 20(위) 및 크기 22(아래) PosiBand 접점에 대한 정격 전류 대비 온도 상승을 표시합니다(이미지 출처: Amphenol Positronic).

허용되는 최대 전류는 연결 및 접점이 견딜 수 있는 최대 온도에 따라 제한됩니다.

실제 응용을 위한 PosiBand 제품

자체적으로 케이블 및 커넥터를 조립하는 설계자를 위해, PosiBand 접점은 개별 품목으로 제공됩니다. 예를 들어 FC6020D2-14(그림 5)는 전선 종단에 크림핑된 크기 20 구리 합금 가공 소켓 접점입니다.

그림 5: FC6020D2-14는 전선 종단에 크림핑된 크기 20, 구리 합금, 가공된 소켓 접점입니다(이미지 출처: Amphenol Positronic).

이 니켈 도금 구리 접점은 1.27마이크로미터(µm)의 금으로 코팅되어 낮은 저항과 안정적인 연속성을 보장합니다. 이러한 크림핑(무납땜) 연결의 경우, 일관성과 신뢰성을 높이기 위해 Amphenol Positronic은 해당 연결이 정밀한 사양을 충족하도록 보장하는 특정 크림핑 공구를 제공합니다.

기성품 솔루션을 찾는 설계자를 위해, MACH-D 계열 MCD15M51R700K/AA-15(그림 6, 왼쪽) 및 CBC7W2S110000(그림 6, 오른쪽)과 같은 완전 조립형 커넥터가 일부 일반적인 구성에서 표준 품목으로 제공됩니다. MCD15M51R700K/AA-15는 17암페어(A) 정격의 동일한 크기 20 접점이 있는 15접점, 스테인리스강, D 서브 플러그 커넥터(수 핀)으로, 직각 회로 기판 납땜을 위해 설계되었습니다. 직각 기판 실장 종단 외에도 크림프, 납땜 컵, 압입식 종단 옵션이 제공됩니다.

그림 6: MCD15M51R700K/AA-15(왼쪽)는 크기 20의 접점을 포함한 15접점 D 서브 플러그 커넥터(수 핀)이고, CBC7W2S110000(오른쪽)은 암 접점을 포함한 7접점 콤보 리셉터클 커넥터로 크기 20 PosiBand 신호 접점 5개와 MC/FC 4012D 전력 접점 2개를 갖추고 있습니다(이미지 출처: Amphenol Positronic).

반면, CBC7W2S110000은 암 소켓이 있는 7접점 D 서브 콤보 리셉터클 커넥터입니다. 이 커넥터는 5개의 크기 20 PosiBand 신호 접점과 2개의 MC/FC 4012D 100A 전력 커넥터(동축 케이블 접점도 제공)를 갖추고 있습니다. 외피는 전기적/환경적 무결성을 위해 크롬메이트 시일과 함께 아연 도금 강철로 제작되었습니다.

결론

D 서브 제품군의 고전적인 다접점 병렬 커넥터는 많은 응용 제품에서 널리 사용되며, 다양한 물리적 크기 옵션과 접점 수 및 배열의 유연성을 설계자에게 제공합니다. Amphenol Positronic의 혁신적인 PosiBand 신호 접점은 D 서브 커넥터 셸과 결합하여 향상된 신뢰성과 성능을 지원합니다.