Nelle loro forme più sofisticate, gli odierni connettori possono essere considerati capolavori della meccanica di precisione e della plasturgia. Occorrono infatti tutte le risorse di queste due discipline per tenere il passo con i continui progressi della microelettronica, tecnologia che può contare su una roadmap di sviluppo programmato (la legge di Moore) molto aggressiva. L'evoluzione dei connettori, dunque, non conosce soste, sotto la spinta di quattro principali fattori legati direttamente ai progressi dei semiconduttori: 1) l'aumento delle velocità di trasmissione dei dati, all'interno e all'esterno dei sistemi elettronici; 2) la miniaturizzazione dei sistemi stessi; 3) la nascita di nuovi standard di interfaccia; 4) la comparsa di nuove applicazioni elettroniche. Un quinto fattore evolutivo, l'esigenza di riduzione dell'impatto ambientale dei prodotti finali, è legato invece a tendenze più generali.
Velocità sempre più alte
La sfida tecnologica più difficile per i produttori di connettori è rappresentata probabilmente dalla necessità di tenere il passo con l'aumento della velocità di trasmissione dei dati, sia tra le diverse parti del singolo sistema elettronico, sia tra sistemi diversi. La difficoltà principale consiste nel conciliare l'integrità dei segnali con la necessità di contenere le dimensioni del connettore; tutte le contromisure applicabili per ridurre il crosstalk (le interferenze tra conduttori vicini), come le schermature metalliche o l'aggiunta di pin di terra, comportano infatti un aumento degli ingombri. Spesso, quindi, i nuovi connettori per segnali ad alta velocità sfruttano soluzioni particolari. Molex, ad esempio, ha sviluppato una soluzione in cui ogni singola coppia differenziale è completamente circondata da pareti plastiche su cui è applicata una sottile placcatura metallica, che agisce da schermo contro le interferenze. Grazie a queste ed altre soluzioni. Molex offre prodotti che consentono il passaggio di dati a velocità molto alte, pur mantenendo dimensioni compatte: tra essi, ad esempio, un connettore per mezzanini che può operare fino a 40 Gbps su ogni singola coppia differenziale, con un'altezza compresa tra 4 e 10 millimetri e un passo dei contatti di 0,80 millimetri. FCI, dal canto suo, ha sviluppato un nuovo tipo di contatti “beam-on-beam” che consente di diminuire le risonanze. Utilizzando questa tecnologia, la società ha recentemente sviluppato un connettore per backplane adatto al passaggio di dati fino a 40 Gbps. Un altro interessante esempio giunge da ERNI Electronics, che ha realizzato un connettore per backplane conforme alle nuove specifiche AdvancedTCA 3.1R2; quest'ultimo standard quadruplica la banda di sistema consentendo a un singolo chassis di gestire dati fino a 10 terabit al secondo, equivalenti a due milioni di canali video HD.
Dimensioni sempre più piccole
L'integrità dei segnali è oggi un problema sempre più critico non solo a causa dell'aumento delle velocità in gioco, ma anche perché gli spazi disponibili all'interno dei sistemi elettronici tendono a diminuire, imponendo la realizzazione di connettori sempre più piccoli. Il contenimento degli ingombri è necessario non solo per ridurre lo spazio occupato sul circuito stampato, ma anche per favorire la circolazione dell'aria all'interno del sistema. Questa tendenza riguarda un po' tutte le applicazioni, ma è particolarmente evidente nel caso dei prodotti dell'elettronica consumer: smartphone, tablet PC ecc. La riduzione delle dimensioni pone problemi non solo per l'integrità dei segnali, ma anche per l'affidabilità meccanica dei connettori, poiché i contatti divengono sempre più piccoli e fragili. I produttori di connettori rispondono a questa sfida mettendo in campo tecnologie sempre più sofisticate. Omron, ad esempio, utilizza la tecnologia “electroforming”, che consente di creare contatti elettrici di dimensioni minuscole tramite la deposizione del metallo su un substrato (successivamente rimosso). Per sfruttare al meglio questa tecnologia, la società giapponese sta anche studiando nuove leghe metalliche. Per quanto riguarda la struttura plastica del connettore, alcune soluzioni innovative fanno uso di nuovi polimeri ad alte prestazioni o di tecniche additive come la stereolitografia. In prospettiva anche l'industria dei connettori potrà avvalersi di tecnologie micromeccaniche additive come quelle sviluppate dalla statunitense Microfabrica.
La necessità di aumentare la densità dei contatti non riguarda solo i connettori di segnale, ma anche i connettori di potenza utilizzati per fornire energia ai sistemi elettronici. L'aumento della densità - in termini di ampere per centimetro - non dipende solo dalla riduzione degli spazi, ma anche dalla necessità di fornire valori di corrente più alti, soprattutto nei grandi sistemi telecom e nei data center. Molex, ad esempio, ha recentemente presentato un connettore capace di fornire 100 ampere per ogni “blade”, contro i 60-75 ampere dei modelli convenzionali. Per quanto riguarda invece applicazioni più generali, Phoenix Contact, ha realizzato morsetti per circuito stampato con una portata massima di 76 ampere; la connessione del filo elettrico avviene semplicemente ruotando una levetta.
Nuove interfacce standardizzate
L'immissione sul mercato di nuovi connettori è determinata anche dalla creazione e diffusione di nuove interfacce standardizzate, particolarmente per quanto riguarda le connessioni tra sistemi diversi. La nascita di nuovi standard è comunque riconducibile alle due tendenze precedenti: aumento delle velocità, riduzione degli spazi. Recentemente si è assistito, ad esempio, alla comparsa di nuovi connettori per lo standard Usb 3.0, che si distingue dal precedente Usb 2.0 per la maggiore velocità di trasmissione; sono inoltre state sviluppate versioni miniaturizzate del connettore HDMI e si è diffuso lo standard Mini-SAS per il collegamento dei dischi rigidi.
Nuove applicazioni elettroniche
Nuovi connettori si rendono necessari anche per rispondere alle specifiche necessità delle nuove applicazioni elettroniche, come gli impianti fotovoltaici e l'illuminazione a LED. Molex, ad esempio, ha recentemente presentato una soluzione per la connessione degli array di LED che impiega un substrato in plastica, semplificando l'assemblaggio dell'apparecchio illuminante e migliorandone le prestazioni termiche e ottiche; un'altra soluzione proposta dalla stessa società consente invece di realizzare una connessione “a pressione” con il LED array, facendo a meno delle saldature. Il mercato offre anche una varietà crescente di connettori sviluppati per rispondere alle esigenze delle macchine agricole e per movimento terra, oggi equipaggiate con una notevole quantità di dispositivi elettronici. Si tratta in questo caso di connettori sigillati, capaci di resistere a condizioni ambientali molto pesanti.
Riduzione dell'impatto ambientale
Un ulteriore fattore che influenza l'evoluzione dei connettori è la necessità di ridurre l'impatto ambientale dei prodotti finali in cui essi sono installati. Questa tendenza ha due aspetti diversi: da un lato la riduzione del peso dei connettori destinati ad essere installati sugli autoveicoli o negli aerei, con l'adozione di materiali plastici al posto del metallo; dall'altro lato la crescente diffusione di plastiche “verdi”, al posto delle tradizionali resine derivate dal petrolio, per la fabbricazione dei connettori. Per quanto riguarda il primo dei due aspetti si può ricordare, ad esempio, che ITT Interconnect Solutions ha realizzato una serie di connettori in plastica per applicazioni ferroviarie destinati a sostituire i pesanti connettori metallici. Quanto al secondo aspetto, Molex ha recentemente presentato un connettore per applicazioni automobilistiche che contiene il 71% di “bioplastica”, in questo caso una resina derivata dall'olio di ricino. L'evoluzione dei connettori, dunque, non si arresta, consentendo all'industria elettronica di sfruttare al massimo le opportunità offerte dalle tecnologie dei semiconduttori.
