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커넥터 신뢰성을 향상시키는 옵션reliability option

2점 접점 커넥터

2점 접점이란?

커넥터의 접속 신뢰성을 올리는 옵션으로서 2점(혹은 다점) 접점이라고 하는 것이 있어, 다양한 구조가 고안되고 있습니다. 그 이름 그대로 1개의 접속에 대해 「2점」의 접점을 가지는 커넥터로, 「어느 쪽이든 한쪽이라도 연결되어 있으면 OK」=즉 중복 접속을 실현하는 기술입니다. 이것에 의해, 끼워맞춤시의 트러블이나 진동에 의한 순단 등의 리스크를 저감합니다. 또한 특정 구조 조건을 충족하여 이물질 제거 효과를 낼 수 있습니다. 한편, 약점이라고 합니까 2점 접점으로서의 과제도 존재합니다. 이것에 관한 내용은 「커넥터란」에서도 조금 접하고 있습니다만, 여기에서는 좀 더 상세하게 설명해 갑니다.

주요 2점 접점 구조

전술한 바와 같이, 2점 접점에는 다양한 구조가 고안되어 시장에 나와 있습니다만, 크게 나누면 4개가 됩니다.
①접점이 세로로 늘어선 것
②접점이 옆에 늘어선=깨진 물건
③암측 접점(소켓)으로 수 측 접점(플러그)을 끼우는 구조
④ 서로 접점을 가지고 각각이 조합되어 2점 접점을 구성한다
 
다양한 2점(다점) 접점 구조는 대체로 이 4개로부터의 파생이라고 할 수 있습니다.
예를 들면 동축 커넥터의 접점 등도 360° 주회에서의 다점 접점으로 볼 수 있습니다만, 이것도 ③의 파생이라고 할 수 있습니다.

중복 연결을 정확하게 제공하기위한 조건

중복 연결을 얻으려면 이전 섹션의 네 가지 구조 모두 "스프링이 독립적"이어야합니다. 오른쪽의 그림은 이물 승강의 극히 심플한 도식에서의 예입니다만, 스프링이 독립하고 있지 않은 접점에서는 「2점과 동시에 들어올려」버리기 위해서, 모처럼의 2점 있는 접점도 동기해 빗나가 버리고 있습니다. 이것은 이물질에 의한 끼워맞춤 저해만이 아니고, 예를 들면 진동에 의한 순단 등도 2개의 접점이 동기해 움직여 버리면, 접속의 중복성을 기대할 수 없게 되어 버립니다.

전항의 ①~④로 말하면, ③과 ④는 원래 스프링이 독립되어 있지 않으면 성립하지 않을 것입니다. 한편의 ①이나 ②에서 스프링이 독립하고 있지 않을 때는, 예를 들면 상대측에 국소적인 결함이 있을 때의 효과이거나, 혹은 부드러운 이물질에 대한 와이핑 효과(①)나 타이어의 홈과 같은 배출 기구(②)등을 기대할 수 있는 면에서의 신뢰성 향상은 바랄 수 있을지도 모릅니다만, 정확한 중복 접속의 확보에는 스프링의 독립 IRISO 제공하는 2점 접점은 원칙적으로 모두 독립적인 스프링을 가지고 있습니다.

예를 들면, 그다지 별로 없습니다만, 컴프레션 터미널에 있어서도 독립 스프링의 2점 접점을 가진 타입의 제공도 하고 있습니다.

이물 제거에 효과적인 직렬 2점 접점

이쪽은 「커넥터란」과 중복하는 내용이 됩니다. 아래의 동영상을 재생하면 일목요연하지만 직렬 타입의 2점 접점에는 이물질을 와이핑하는 효과가 있습니다. 이 효과를 기대할 수 있는 것은 전항에서의 ①~④의 부류중의 ①의 직렬 타입뿐입니다. IRISO 에서는 2점 접점 채용시에는 이 이물 제거 효과에 무게를 두고 있어 직렬 타입을 메인으로 하고 있습니다. 실제로 많은 고객의 이물질에 의한 정합 트러블의 개선에 공헌하고 있습니다.

2점 접점의 과제: 고속 전송과의 친화성

그러면 2점 접점은 만능인가라고 하면, 어려운 측면이 있는 것도 사실입니다. 그것은 고속 전송과의 친화성의 도전입니다. 하나는 단자 형상이 복잡해지므로 임피던스 매칭의 확보가 어려워진다는 점입니다(과제①). 이것에 대해서는, 좀 더 자세한 내용을 이리 IRISO 테크니컬 노트 「『플로팅』과『고속 전송』은 상반되는 요구?』의 쪽에서도 하고 있으므로, 흥미가 있는 쪽은 참조해 주세요.

또 하나의 문제는, 일어나 버리면 이쪽이 심각합니다만, 초기 특성이 좋은 것에 있어서도 「2점 접점의 한쪽이 빗나가면 성능이 나오지 않게 된다」라고 하는 문제입니다(과제②). 벗어난 측의 접점이 「스텁」이라고 불리는 상태가 되어, 거기서 고주파 신호가 공진을 일으키는 등으로 건전한 전송을 유지할 수 없게 되어 버리는 것입니다. 접점이 2곳 있는 것으로 중복성을 확보하고 있었을 것인데, 어느 영역을 넘으면 오히려 「리스크를 보다 다점으로 안고 버리는」 일이 되는 것입니다.

이것은 예를 들어 기기 시작 시 직류/저주파 신호 검사 등에서는 발견되지 않는다고 하는 어려움도 있습니다. 이렇게 말한 문제가 현저해지는 것은 커넥터 사이즈나 구체적인 설계에 의합니다만, 10Gbps를 넘는 근처에서 현재화하고 있는 예가 있는 것 같습니다. 이렇게 말한 고주파측에서의 현상은, 현물에서의 검증에 의한 재현이 어렵기 때문에, 사전 검증으로서 전자계 시뮬레이션에 의한 한쪽 밖에서의 성능 변화의 확인 등을 실시하는 등으로 리스크를 저감할 수 있습니다. 한편, 어느 정도보다 낮은 레이트의 「고속 전송」이면, 신뢰성의 향상을 기대할 수 있습니다 (그림). 원래 과제 ①의 해결을 이 영역까지 가져오기 위해 밀접한 설계가 필요하기 때문에, 현재의 소한한 곳에서만 현재화하고 있는 문제이기도 합니다.

현재 IRISO 제품에서는 이 문제가 현재화되는 영역(10Gbps 대응 이상)의 2점 접점 커넥터는 릴리스하고 있지 않습니다만, 이런 말한 과제를 모두 넘은 앞의 장래의 제품도 IRISO는 포기하지 않습니다. 그러나, 2점 접점이라고 하는 방법 이외의 신뢰성의 향상 방법도 있으므로, 접속의 안정성과 고속 전송의 양립을 생각되고 있는 손님은 꼭 우선은 상담을 주세요.

정전 실드/GND 단자

정전 실드란?

정전 실드는 대략적으로 말하면, 금속체로 전기 신호가 흐르는 물건을 둘러싸 버리는 수법입니다. 어느 장소에 전류가 흐를 때, 그 근처에 있는 금속(도체)에는 유도 전류라고 불리는 물체가, 기인이 되는 전류와 역방향으로 흐릅니다. 전류가 흐르고 있다고 하는 것은, 전류의 주변에 전자계가 발생하고 있습니다만, 유도 전류로부터 발생하는 전자계는, 기인이 된 전류로부터의 물건을 상쇄하는 「방향성」을 가집니다. 거기서, 금속체로 전자기기나 부품등을 빙빙 둘러싸 버려, 내부로부터 발생하는 전자계, 즉 노이즈를 상쇄하려고 하는 것이 정전 실드입니다. 이것은 밖에서 침입해 오는 노이즈에도 같은 효과를 가집니다. 다양한 장치의 금속 케이스나, 전선에 베풀어지는 실드 등이 이것에 있어서, 감싸는 가방상의 실드 제품등도 시장에서는 보입니다.

커넥터의 정전 실드

커넥터에서도 금속 쉘이라는 형태로 다양한 제품에 설치되어 있습니다. 일 IRISO 에서도 BtoB 커넥터로 실드 첨부의 물건을 릴리스 하고 있습니다. 차동 전송에도 효과는 있습니다만, 차동에서는 선로내의 “커플링”이라고 하는 현상으로 전계가 닫기 쉽기 때문에 비교적 낫습니다만, 전계의 발산하기 쉬운 싱글 엔드 전송 등에는 보다 큰 효과를 발휘합니다.

정전 실드의 갭이라고 하는 과제

그건 그렇고, 우리 커넥터 제조업체에게도 고통스러운 문제가 있습니다. 그것은 방패의 격차를 어떻게 관리해야 하는가 하는 문제입니다. 이렇게 말한 기내 결선 같은 커넥터에서는 기판 상에 실장하기 위해 특히 SMT 실장에서는 아무래도 실드에 틈이 생깁니다. 특히 X선 등을 이용하지 않고 땜납 상태(필렛 등)의 비주얼 검사를 실시하고 싶은 경우는 크게 확보할 필요가 있습니다. 이 갭으로부터 전자계의 누설이 발생해, 특히 파장이 짧은 고주파일수록 좁은 간극으로부터 도망쳐 가게 되기 때문에, 원래 정전 실드의 유효성이 없어져 버리는 일도 있습니다. 그러한 상황이라면 혹은 개별 부품의 실드에 드는 비용을 다른 방법의 대책(추가 대책 부품 등)으로 돌리는 것이 좋을지도 모릅니다. 한편, BGA나 프레스 피트와 같은 접속 형태와의 조합 등이라면, 이 갭을 보다 작게 할 수 있고, SMT 타입이어도 가려 주는 기믹도 고안/상품화되고 있습니다. 이러한 옵션은 실제 고객의 제조 프로세스나 기대 비용 등과의 매칭을 보면서 검토해야 할 것입니다. 게다가, 장치 전체의 EMC 특성의 향상이 필요한가, 혹은 자가 중독(무선 모듈과의 간섭 등 포함) 대책이 필요한가 하는 것도 고려해야 할 점입니다.

그랜드 터미널

그랜드 터미널은 정전 실드 등을 접지/접속하기 위한 단자입니다. 오른쪽 그림은 FFC가 가진 정전 실드(테이프)를 커넥터를 통해 기판까지 접지시키기 위한 단자입니다. 이 옵션으로 다점 접점화 = 접지 터미널을 다수로 늘린 옵션을 가진 커넥터가 있습니다 (사용자 정의 대응품). 이로 인해 접지 저항을 줄이고 실제로 여러 고객이 효과를 발휘합니다.

(당사에서는 제품화하고 있지 않습니다만) I/O 케이블의 금속 쉘의 끼워맞춤부에 보는 딤플 구조도 같은 목적의 물건으로, 실드의 접지 저항을 저감시키는/나아가서는 실드 효과를 높이는 목적으로 베풀어지고 있습니다. 앞의 갭의 과제에 더하여, 저저항으로 접지를 하는 방법이라고 하는 점도 정전 실드의 성능을 결정하는 요인이 됩니다.

정전 실드는 그 효과가 예상되는 영역에서는 매우 우수하고 비교적 저렴한 대책 방법입니다. EMC와 정전 실드의 효과에 관해서는 부품 단체에서의 실지에 가까운 정량 평가가 곤란하기 때문에, IRISO 에서는 전자계 해석과 근접 차회 측정 등의 수법을 조합해의 평가와 고객의 피드백으로부터 노하우의 축적을 실시하고 있습니다. 상기와 같은 과제의 해결에 임해, 정전 실드가 가져오는 「신뢰성의 향상」을 한층 더 높은 곳에 올리기 위해서 매일의 개발을 계속합니다.