L’innovazione nelle tecnologie di connessione

SISTEMI DI CONNESSIONE –

I connettori costituiscono un componente chiave le cui prestazioni rappresentano spesso un collo di bottiglia per i sistemi finali, dovendo garantire prestazioni spinte in termini di velocità, affidabilità, robustezza e flessibilità e un alto numero di pin in un fattore di forma compatto.

L'attuale situazione economica è decisamente negativa e desta non poche preoccupazioni anche sull'industria elettronica. In controtendenza sembra invece essere il settore dei connettori che vale attualmente 45,96 miliardi di dollari livello mondiale. Questo comparto ha riportato nel 2007 una crescita a due cifre e ha mostrato segnali molto positivi anche in questo anno di crisi, con un +12,5% registrato nella prima metà del 2008, più del doppio rispetto alla crescita riportata nello stesso periodo dell'anno precedente. Anche verso fine anno, nonostante la situazione economica precaria e il clima di incertezza rimane il segno positivo, con un +2,5%, che porta la crescita media annuale del mercato dei connettori al 7,3% rispetto al 2007. Il mercato aveva riportato una crescita complessiva del 7,2% nel 2007, raggiungendo il quinto anno di crescita consecutiva nel mercato dei semiconduttori, con +11,2% nel 2003, +17,9% nel 2004, +6,2%, nel 2005 e +12,6% nel 2006. Nonostante la recessione prevista per il 2009, la crescita per il 2009 dovrebbe essere compresa fra il 6 e l'8%, e sarà concentrata soprattutto nella seconda metà dell'anno.
Nonostante l'aggressività del mercato cinese, l'Europa rimane il più grande mercato nel mondo per i connettori, seguita dagli Stati Uniti. Il mercato dei connettori in Europa ha totalizzato 11,4 miliardi di dollari nel 2007.

La spinta verso l'innovazione

Il motivo principale della crescita del settore della connessione, su cui la crisi economica e l'andamento ciclico tipico dell'elettronica pare non avere molto impatto, è molto probabilmente dato dalla forte spinta verso l'innovazione che sta investendo il settore. Nei sistemi elettronici di ultima generazione, infatti i connettori sono diventati un componente chiave le cui prestazioni rappresentano spesso un collo di bottiglia per i sistemi finali. La miniaturizzazione dei dispositivi elettronici e dei package, l'aumento della densità di integrazione nei sistemi elettronici, impone forti pressioni per ridurre le dimensioni di qualsiasi componente di un sistema, compresi i connettori. Questi ultimi hanno subito una progressiva evoluzione; prestazioni spinte in termini di velocità, affidabilità, robustezza e flessibilità e un alto numero di pin in un fattore di forma compatto. I produttori di connettori hanno sfruttato gli ultimi progressi tecnologici per offrire prestazioni superiori assicurando al contempo un alto grado di miniaturizzazione.

I requisiti imposti dalla miniaturizzazione

La spinta verso la miniaturizzazione ha investito l'intero settore dell'elettronica. Con la diffusione dei microprocessori multicore, delle memorie con capacità superiore al Gigabit e di soluzioni SoC sempre più complesse, le funzioni un tempo presenti in una scheda madre sono ora disponibili in un singolo chip. I dispositivi di storage tradizionali sono stati sostituiti da dischi allo stato solido ultra-compatti basati sulla tecnologia di memoria flash. I single board computer si trovano ora all'interno di numerosi apparecchi elettronici, per le applicazioni più disparate. I dispositivi elettronici portatili di ultima generazione, che includono i computer laptop, i Pda, gli smartphone, le unità Gps, gli apparecchi medicali e le console di videogiochi richiedono alloggiamenti sempre più piccoli, leggeri e maneggevoli, questo implica che lo spazio a disposizione per i connettori si riduce. I connettori per smart card stanno diventando sempre più popolari, per via dell'alto livello di sicurezza e di protezione che garantiscono. I connettori per smart card di ultima generazione sono altamente affidabili, compatti, e proteggono i dati memorizzati nella smart card da accessi indesiderati e da manomissioni in numerose applicazioni in ambito bancario, della distribuzione e nei terminali PoS. I connettori per smart card devono essere a montaggio superficiale e compatibili con le macchine pick-and-place in uso. Allo stesso tempo, aumentano i requisiti sulle prestazioni. Gli apparecchi elettronici consumer stanno diventando sempre più complessi, soprattutto con il passaggio verso il video ad alta definizione, che ha reso necessaria la definizione di nuove interfacce a larga banda e ad alta densità, come i connettori Hdmi, che supportano velocità di trasmissione dei segnali di 40 Gbit/s. È addirittura in fase di discussione il passaggio verso il formato di trasmissione Uhdtv, che richiederà una velocità doppia, pari a 80 Gbit/s.
La miniaturizzazione dei sistemi elettronici ha quindi avuto un impatto considerevole su ogni componente dei prodotti finali, compresi i connettori. Questi ultimi devono anche soddisfare i requisiti dei protocolli di comunicazione di ultima generazione, che sono in continua evoluzione. I connettori miniaturizzati non solo consentono di realizzare sistemi finali più compatti, ma anche di integrare più circuiti elettronici in un sistema. I microprocessori di ultima generazione presentano anche più di 1200 contatti, e perciò richiedono connettori ad alta densità.
La tendenza verso livelli di integrazione sempre più spinti continua ad esercitare pressioni sui sistemi di interconnessione. I tradizionali connettori metallici inseriti in uno stampo plastico potrebbero raggiungere i propri limiti fisici. Di conseguenza, i fabbricanti di connettori stanno esplorando nuovi materiali e nuove architetture per i connettori ad alta densità in grado di garantire al contempo prestazioni spinte e un'elevata robustezza meccanica. Anche le direttive europee sull'ambiente, che hanno di fatto eliminato alcune sostanze nocive dai connettori, fra cui il piombo, hanno imposto numerose sfide ai produttori di connettori, che hanno dovuto eliminare i problemi di affidabilità legati all'uso dei nuovi materiali lead-free.
Tecnologie alternative per la realizzazione dei connettori, che fanno uso ad esempio di polimeri conduttori, o addirittura fanno ricorso alle nanotecnologie, sono in fase di studio.

L'innovazione nei connettori

Anche i connettori di potenza devono fare i conti con la spinta verso la miniaturizzazione, pur garantendo i livelli di potenza e di dissipazione termica richiesti dalle specifiche. I connettori di potenza rivestono un ruolo molto importante all'interno dei sistemi elettronici. I connettori di potenza tradizionali sono di grandi dimensioni e ingombranti. Essi stanno subendo una profonda evoluzione nel design, nei materiali usati, nelle tecniche di fabbricazione e nel test per poter soddisfare ai requisiti delle applicazioni di ultima generazione; in particolare, i connettori di potenza devono offrire grandi densità di potenza in profili ridotti, come pure una flessibilità elevata. Anche i connettori automotive e in generale per i trasporti sono caratterizzati da un alto tasso di innovazione. Saranno il segmento del mercato automotive caratterizzato dai tassi di crescita più alti con un tasso medio di crescita di oltre l'11% fino al 2010. Un'ampia gamma di applicazioni emergenti, come i sistemi avanzati di intrattenimento a bordo dell'auto, i sistemi telematici, anticollisione, di guida assistita, saranno un importante fattore di traino per questi prodotti. Di seguito alcuni dei prodotti più interessanti presentati nel corso dell'ultimo anno dai principali produttori di sistemi di connessione.

- C&K Components - L'azienda ha sviluppato una gamma completa di connettori rettangolari ad alta affidabilità; fabbricati presso lo stabilimento francese di Dole, questi connettori ad alta affidabilità includono i prodotti della serie MDM micro-D, approvati dall'Ente Spaziale Europeo, MTB1 in-line miniaturizzati e D-subminiature. I connettori, disponibili in formato sia standard, sia custom, sono configurati per le interconnessioni fra scheda e scheda, fra scheda e cavo e fra cavo e cavo e soddisfano i requisiti delle applicazioni più critiche in campo militare, aeronautico e medicale.

- Compel - La società ha introdotto sul mercato i “junction box” CBox12” e “CBox15”, dotati di connettori ottimizzati per applicazioni nel settore fotovoltaico, con brevetto in fase di approvazione. Compel ha sviluppato questi sistemi in collaborazione con alcuni fra i principali produttori di moduli fotovoltaici mono e policristallini; i prodotti, che sono stati progettati e fabbricati interamente in Italia, possono essere usati anche con i moduli a film sottile di prossima generazione. I connettori, realizzati in materiali metallici resistenti alla corrosione, offrono una protezione di tipo IP67 e una resistenza da contatto inferiore del 15 % rispetto ad altre soluzioni analoghe sul mercato. Il design brevettato dell'alloggiamento dei connettori è stato studiato per semplificarne il posizionamento, sia manuale, sia automatico e il test elettrico per mezzo di un simulatore solare.
 
- Erni - Il sistema di connessione a riga singola per cavi MaxiBridge di Erni Electronics è stato ampliato con nuove versioni a passo standard da 2,54 mm. Nonostante le dimensioni molto compatte, i connettori offrono una capacità di trasporto della corrente che tocca i 12 A per contatto, in funzione della temperatura ambiente e del diametro del cavo. La versione a 8 pin è quindi in grado di gestire 96 A. I connettori soddisfano requisiti molto stringenti in termini di resistenza alle vibrazioni e agli urti, e sono stati progettati specificamente per l'assemblaggio automatico e per la lavorazione su linee Smt. Le applicazioni tipiche spaziano in campo automotive (ad esempio nei sistemi di illuminazione o retroilluminazione a Led), industriale e nella connessione fra schede madre e unità decentralizzate, come ventole, Lcd, Tft, display Led, programmatori, cuffie di studio, unità portatili e pannelli di controllo.

- Fci - La società ha ampliato la propria serie di connettori D-Sub schermati a cappuccio, pensati per applicazioni ad alte prestazioni nei settori telecom e industriale che richiedono una robustezza elevata e un alto grado di protezione dalle interferenze elettromagnetiche ed RF (Emi/Rfi, pari a oltre 40 db da 30 MHz a 1 GHz. La versione sub angle dei nuovi connettori di Fci è adatta per l'uso in ambienti con forti vincoli di spazio. La loro forma semplificata a cappuccio, oltre a consentire di realizzare connettori più leggeri, riduce il tempo di assemblaggio, il che si traduce in una riduzione dei costi del 20%. I connettori sono adatti per operare con cavi di diametro compreso fra 8 e 17 mm e richiedono appena due viti per il fissaggio.

- Hypertac - La nuova serie proposta da Hypertac di connettori circolari CVG ad alta affidabilità è caratterizzata da un innesto rapido e sicuro a baionetta, che evita qualsiasi rischio di disaccoppiamento anche in ambienti ostili. I connettori sono basati sulla tecnologia avanzata di contatto a iperboloide, ideale per applicazioni in condizioni ambientali difficili e ad alto rischio per la sicurezza, come ad esempio in campo ferroviario. Quando i connettori sono accoppiati, garantiscono il livello di impermeabilizzazione IP67; essi sono inoltre resistenti all'usura e sono caratterizzati da un bassa forza di innesto, che ne semplifica la manutenzione.

- Itt - La serie Trident di connettori di Itt Interconnect Solutions è pensata per l'uso in applicazioni nei trasporti. I connettori sono offerti in sei configurazioni, con forma circolare o rettangolare, multi-pin, con alloggiamento plastico o metallico. La serie include i dispositivi Snap Together (rettangolari e slimline), Multiway (rack e a panello), Ringlock (circolari), Neptune (circolari) e TNM (circolari). I connettori offrono inoltre un grado di protezione IP67, che li rende adatti per l'uso anche in ambienti ostili, e in particolare per applicazioni nell'avantreno e nel condizionamento. I connettori Snap Together sono caratterizzati da una tensione operativa di 250 VAC rms. Tollerano una corrente massima di 13A per la versione rettangolare e di 10 A per quella slimline e presentano una resistenza di isolamento di 5.000 MΩ a 500 V in continua.

- Kontek Comatel - Azienda del gruppo Laserline, Kontek realizza connettori “su misura” di varie forme e dimensioni, inglobati in un supporto plastico, secondo specifica del cliente, in particolare per il settore automotive. Kontek ha già realizzato per i propri clienti nell'automotive connettori con passi da 2.2, 2.54, 2.85, 2.9, 3 e 6 mm. Applicazioni per questi connettori si ritrovano, per esempio nell'impianto d'allarme o all'interno dell'abitacolo nel campo del condizionamento e del controllo degli alzacristalli.

- Lemo - L'azienda ha effettuato una serie di 6 test, della durata di 10 minuti ciascuno, usando un sistema di test per reti ottiche EXFO FTB400, su cavi di tipo SMPTE 311M terminati con connettori 3K.93C prodotti da Lemo, a una velocità di trasmissione dati di 40 GBit/s, richiesta dalle applicazioni Hdtv e da quelle Uhdtv di prossima generazione. Complessivamente sono stati trasmessi 2,4 Terabit di dati senza la presenza di errori.

- Molex - La linea di prodotti CMC (Connectors Modular for Controllers) di Molex è stata ampliata con nuovi connettori progettati per applicazioni che richiedono un'elevata conduttività, flessibilità e affidabilità in ambienti ostili. I prodotti sono disponibili nelle versioni standard e di potenza, in diverse dimensioni per poter tollerare livelli di corrente bassi, medi o elevati. La linea di connettori ibridi per schede può essere usata a bordo dei veicoli, come auto, mezzi pesanti, autobus, motocicli, imbarcazioni e macchine agricole. Rappresenta inoltre una soluzione conveniente per applicazioni nell'avantreno e nell'abitacolo.

- Omron - Omron Electronic Components ha introdotto una serie di nuovi connettori ultrasottili per circuiti stampati flessibili, siglati XF3A, XF3B, XF2W e XF2K, i quali sono dotati di un innovativo meccanismo brevettato bloccacavo di tipo rotativo che riduce i tempi di assemblaggio e il numero di operazioni necessarie per effettuare il cablaggio. Il nuovo XF3A di Omron è progettato per circuiti stampati flessibili dello spessore di 0,12 mm e, grazie ad un'altezza di soli 0,6 mm, è il connettore più sottile disponibile sul mercato; è offerto nelle versioni a 8 e 12 contatti con passo di 0,3 mm, mentre sono in fase di sviluppo versioni a 11, 18 e 24 contatti. I modelli XF3B, XF2W e XF2K, con portata di 0,2A a 50V DC, sono dotati di doppi contatti, e quindi consentono l'inserimento della scheda in entrambi i versi.

- Phoenix Contact - I nuovi connettori PC 4 e PC 6 di Phoenix Contact consentono la trasmissione di correnti elevate al circuito stampato e sono dotati di una schermatura EMV integrata. Sono adatti per sezioni di conduttore da 4 e 6 mm² e da una superficie molto ampia per la connessione al cavo, una caratteristica questa che assicura una buona qualità della schermatura. Le fascette fermacavo metalliche consentono di creare un buon contatto con la nuova schermatura inserita a scatto e la treccia di schermatura del conduttore. Le viti speciale all'interno della flangia del connettore realizzano un contatto di schermatura di qualità elevata sulla parte frontale di metallo dell'alloggiamento.

- Samtec - La serie HSF8 di cavi di connessione flessibili ad alte prestazioni di Samtec sono disponibili in formato verticale, orizzontale o a montaggio sul bordo laterale con un passo di 0,8 mm, ideale per l'uso con connettori micro edge per smart card. I componenti sono disponibili in lunghezze standard di 5 e di 10 pollici. I connettori a cavo includono versioni a 14 e a 32 terminali differenziali (rispettivamente per 7 e 16 coppie di segnali per lato), e a 20 e a 50 pin single-ended (rispettivamente 10 e 25 per lato). Assemblaggi di tipo custom sono disponibili su richiesta.

- Siemon - L'azienda ha lanciato un nuovo adattatore a interfaccia Industriale di tipo femmina-femmina di Cat5e integrato in un involucro Industrial MAX. Usato con spine Industrial MAX 5e, questo connettore fornisce un grado di protezione IP 66/67 su entrambi i lati, superando le soluzioni tradizionali che proteggono solo un lato del connettore. La loro struttura modulare e la loro resistenza elevata li rendono una soluzione affidabile per la connessione di rete in ambienti difficili, quali le linee di produzione industriale, gli ospedalieri e i magazzini. La soluzione Industrial MAX protegge le connessioni da acqua, polvere, umidità, vibrazioni, temperature estreme, prodotti chimici per la pulizia e interferenze elettromagnetiche, ed è conforme allo standard IEC 61076-3-106.

- Tyco Electronics  - La società ha introdotto il nuovo connettore circolare a singolo polo HC20 per le alte correnti per applicazioni industriali. Il connettore è modellato a partire dal sistema brevettato di contatto a molla spirale HF6 e tollera tensioni e correnti massime di 690V e 150A. L'alloggiamento robusto in zinco pressofuso lo rende resistente agli stress di tipo sia meccanico, sia chimico. Il connettore è dotato di un terminale a crimpare in rame placcato in argento e un pin/presa in ottone placcato in argento. Il supporto per la crimpatura consente l'uso di conduttori con sezione di 50 mm. Le forze di inserzione e di distacco sono minimizzate per garantire una vita di 200 cicli per l'alloggiamento e di 500 cicli per i contatti.

- Weidmüller - I connettori di potenza modulari HDC di Weidmüller sono utilizzati per installazioni sicure, semplici e veloci di macchine e quadri elettrici. Offrono una protezione elevata in ambienti polverosi e umidi e trovano impiego principalmente nell'industria ferroviaria, nella costruzione di macchine e negli impianti per la generazione di energia eolica.

- Yamaichi - Allo scopo di migliorare e di semplificare la gestione e la lavorazione di schede a circuito stampato rigide e flessibili complesse, Yamaichi Electronics ha sviluppato un connettore, “Y-Lock Pullforce” di tipo non-ZIF (Zero Insertion Force). Esso è dotato di un meccanismo a gancio, e si connette con una semplice pressione: questo ne semplifica la gestione e garantisce una connessione sicura e permanente. I connettori per scheda hanno un passo di 0,5 o di 1 mm e sono disponibili nelle versione orizzontale e verticale.

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