Разъемы Molex для пленочных кабелей
Вера Ефремова (г. Екатеринбург)
В разъемах для гибких пленочных кабелей FFC и FPC производства Molex применен ряд уникальных решений, таких как двойные контакты, подвижные контакты, защелки с двумя уровнями фиксации.
Бурный рост электроники в 60-х годах XX века привел к значительному росту количества сигнальных слаботочных цепей в устройствах и, как следствие, увеличению числа межблочных соединений. В связи с этим в 1956 году Cicoil Corporation разработала первый ленточный кабель (шлейф). Это позволило миниатюризировать размеры устройств и значительно упростить их сборку. Ленточные кабели быстро завоевали популярность и вскоре стали стандартом межблочных соединений.
В 70-х годах появились первые пленочные кабели (Flat Flexible Cables, FFC), представляющие собой тонкие проводники прямоугольного сечения, ламинированные с обеих сторон полимерной пленкой, и гибкие печатные платы (Flexible Printed Circuit, FPC). Изначально присоединение к ним производилось путем распаивания соединений либо прокола (рисунок 1), однако в 1986 году были разработаны первые разъемы LIF (Light Insertion Force), позволяющие вставлять шлейф в разъем с минимальным усилием, а уже в 1987-м появились разъемы ZIF с нулевым усилием.
Рис. 1. Присоединение к FFC-кабелю посредством прокола
Появление пленочных кабелей стало огромным шагом к повышению технологичности и миниатюризации устройств. Плотность проводников и маленький шаг контактов позволили добиться высокой интеграции сигнальных линий в устройстве, а малая толщина и вес кабелей привели к значительному уменьшению габаритов и веса устройств. Гибкость шлейфовых соединений дает возможность подключаться к подвижным частям устройства, обеспечивает простой перенос сигнальных линий от блока к блоку, легкое подключение периферии и высокую ремонтопригодность за счет упрощенной замены вышедшего из строя шлейфа.
Устройство пленочного кабеля
Пленочный кабель представляет собой ламинированные с обеих сторон диэлектрической пленкой проводники прямоугольного сечения (рисунок 2).
Рис. 2. Межплатный перенос сигналов с помощью FFC-кабелей
В качестве диэлектрика чаще всего используются полиэстер, полиимид или арамид. От используемого диэлектрика зависит прочность и износостойкость шлейфа, а также диапазон рабочих температур.
На концах шлейфов на открытые участки проводников наносится сплав, обеспечивающий наилучший контакт и защиту от коррозии (рисунок 3).
Рис. 3. Концевой участок пленочного кабеля
Типовым вариантом пленочного кабеля являются FFC-джамперы (рисунок 4).
Рис. 4. FFC-джампер Molex серии 15014
Ключевыми характеристиками FFC-джамперов являются:
- шаг контактов;
- количество цепей;
- ориентация контактов: оба разъема могут находиться на той же стороне(тип A) либо на противоположных (тип D);
- длина кабеля.
Линейка стандартных FFC-джамперов производства Molex представлена шлейфами с шагом контактов 0,25…1,25 мм и количеством цепей 4…60.
В сводной таблице 1 представлены параметры серий стандартных кабельных джамперов Molex.
Таблица 1. Стандартные кабельные джамперы Molex
| Наименование | Шаг, мм | Количество цепей | Материал покрытия | Количество циклов сгибания/разгибания | Толщина изоляции, мм | Толщина шлейфа, мм | Ориентация контактов | Длина кабеля, мм |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 15166 | 0,50 | 6…50 | Олово | 2,5 M | 0,12 | 0,30 | A, D | Стандартные длины 30…305 мм. Изготовление других размеров – под заказ. |
| 15167 | 1,00 | 4…40 | ||||||
| 15168 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 98266 | 0,50 | 6…50 | 100 K | 0,22 | ||||
| 98267 | 1,00 | 4…50 | ||||||
| 98268 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 15266 | 0,50 | 6…50 | 10 K | 0,27 | ||||
| 15267 | 1,00 | 4…4 0 | ||||||
| 15268 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 15020 | 0,50 | 6…50 | Золото | |||||
| 15039 | 1,00 | 4…40 | ||||||
| 15049 | 1,25 | 4…40 | ||||||
| 15015 | 0,30 | 23, 25, 27, 29, 33, 39, 45, 51 | 10 K+ | 0,12 | 0,20 | A | 51, 102, 152, 203, 254 | |
| 15014 | – | 13, 17, 21, 25, 29, 31, 33, 37, 39, 41, 45, 51, 53, 61 | 10 K | 0,12 | 0,20 | A | 51, 102, 152 |
Представленные в таблице 1 пленочные кабели предназначены для работы в температурном диапазоне -40…105°С.
Кроме стандартных шлейфов, компания Molex предлагает:
- шлейфы для низковольтных дифференциальных сигналов (LVDS), обеспечивающие надежную передачу данных на скоростях 2…10 Гбит/с;
- экранированные пленочные кабели;
- пленочные кабели с выводами под пайку, позволяющие достичь максимальной виброустойчивости соединения;
- пленочные кабели с зазубринами, обеспечивающими большее усилие удержания шлейфа в специализированном разъеме;
- пленочные кабели с возможностью установки компонентов поверхностного монтажа.
В зависимости от используемого изоляционного материала максимальная рабочая температура может достигать 125°С.
Устройство и основные характеристики FFC-разъемов
Выбор разъема не менее важен, чем выбор пленочного кабеля, поскольку от этого зависит устойчивость устройства к механическим воздействиям, перепадам температур, а также качество прохождения сигнала.
Выбранные FFC-разъем и FFC-кабель прежде всего должны быть совместимы по габаритным размерам и выводам. Для этого, помимо шага и количества контактов, в документации на разъем указываются параметры подходящего шлейфа (ширина шлейфа, положение и размеры контактов, наличие у кабеля «ушей» для наилучшего удержания в разъеме и так далее).
Также имеет значение положение контактов (Contact Position) в разъеме относительно его плоскости и ориентация разъема относительно плоскости печатной платы.
Контакты могут располагаться в нижней части разъема (Bottom), в верхней части (Top) и с двух сторон (Dual), как показано на рисунке 5.
Рис 5. Пример конструкции разъема: а) с нижним расположением контактов; б) с верхним расположением контактов; в) с двухсторонним расположением контактов
Ориентация разъемов может быть вертикальной или горизонтальной.
Положение контактов разъема и его ориентация должны быть выбраны совместно с типом пленочного кабеля (A или D), исходя из удобства присоединения и во избежание перекручивания кабеля.
По типу удержания кабеля разъемы можно разделить на два вида: ZIF (Zero Insertion Force) и non-ZIF, или LIF (Light Insertion Force – подвид non-ZIF-разъемов).
Разъемы ZIF снабжены фиксатором, который одновременно обеспечивает удержание кабеля в разъеме и прижимает выводы кабеля к его контактам. Фиксаторы могут быть поворотные либо скользящие. Поворотные фиксаторы могут располагаться как в передней, так и в задней части разъема.
В разъемах LIF подключение кабеля происходит путем его вставки в разъем, а удержание производится за счет подпружинивания контактов разъема. Несмотря на то, что усилие вставки довольно мало, на тонких кабелях возможно образование заломов. Разъемы LIF, как правило, имеют меньшую стоимость и меньшие габариты, чем ZIF (рисунок 6).
Рис. 6. Различия разъемов ZIF и LIF
Как правило, FPC-разъемы рассчитаны на крайне ограниченное (около 20) количество циклов сопряжения.
Кроме стандартных разъемов ZIF и LIF, существуют также разъемы FPC-To-Board, предназначенные для надежного присоединения длинных кабелей в таких применениях как LCD-телевизоры. Разъемы FPC-To-Board состоят из двух частей, одна из которых фиксируется на кабеле, а другая устанавливается на плате (рисунок 7). В результате защелкивания одной части в другую образуется надежное соединение, предотвращающее выскальзывание или недостаточно глубокую установку кабеля в разъем.
Рис. 7. Разъемы FPC-To-Board
FFC-розетки также различаются по способу монтажа на плату. Разъемы, предназначенные для поверхностного монтажа, более распространены, чем предназначенные для выводного монтажа. Экранированные разъемы имеют дополнительные выводы для заземления экрана. Также разъемы могут иметь дополнительные выводы, предназначенные для усиления крепления разъема к печатной плате.
Помимо вышеперечисленных характеристик, необходимо обратить внимание на то, в каких условиях будет эксплуатироваться разъем (температурный диапазон работы и наличие вибраций), а также на его электрические характеристики (допустимые токи и напряжения, максимальную скорость сигнала).
Разъемы серии Easy-On производства Molex
Компания Molex предлагает широкий ассортимент FFC-разъемов с шагом 0,20…2,00 мм, подходящих для разных условий эксплуатации и отвечающих самым высоким требованиям к надежности и качеству.
Molex постоянно разрабатывает новые решения для улучшения характеристик разъемов. В линейке поставок Molex Easy-On представлены разъемы как с повышенной виброустойчивостью, так и супертонкие разъемы для приложений, имеющих наиболее жесткие требования к габаритным размерам. Рассмотрим ассортимент разъемов Easy-On более подробно.
Разъемы с шагом 0,2 мм представлены серией 504070. Эти угловые разъемы имеют двухсторонние контакты, что позволяет оптимально использовать пространство, не расширяя при этом количество применяемых компонентов. При высоте всего 0,95 мм они являются идеальным решением для требовательных к размерам приложений. Разъемы рассчитаны на эксплуатацию в температурном диапазоне -25…85°С. Количество контактов разъема можно выбрать из ряда 39, 51, 61, 71.
Разъемы серий 502078, 503300 и 503320 с шагом контактов 0,25 мм являются угловыми. Высота составляет 1 мм для серий 502078, 1,2 мм для серии 503300 и 1,62 мм для серии 503320. Разъемы снабжены поворотным фиксатором, располагающимся в передней части. Отчетливый щелчок, издаваемый фиксатором, сигнализирует о его закрытии. Для обеспечения наилучшего усилия удержания эти разъемы снабжены подвижными контактами, следующими за кабелем, даже если он движется (рисунок 8).
Рис. 8. Подвижные контакты
Температурный диапазон для серий 502078 составляет -20…85°С, а для серий 503300 и 503320 – -40…85°С.
Под разъемами серии 503320 имеется пространство, которое можно использовать для монтажа SMT-компонентов, что позволяет добиться еще более плотного их расположения.
Шаг 0,3 мм представлен сериями 503566, 502598 и 504754. Характеристики разъемов этих серий представлены в таблице 2.
Таблица 2. Разъемы с шагом контактов 0,3 мм
| Наименование | Высота, мм | Глубина, мм | Количество цепей | Ориентация | Тип фиксатора | Тип контактов | Диапазон температур, °С |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 503566 | 0,95 | 2,85 | 9…45 | Угловой | Передний поворотный | Нижние подвижные | -40…85 |
| 502598 | 1,15 | 3,80 | 23…51 | Угловой | Задний поворотный | Двухсторонние подвижные | -40…85 |
| 504754 | 0,75 | 3,30 | 7…61 | Угловой | Задний поворотный | Двухсторонние | -40…105, -40…125 |
Все разъемы рассчитаны на напряжение 50 В и ток 0,2 А. Разъемы серий 503566 и 502598 имеют подвижные контакты, повышающие надежность соединения.
Разъемы серии 502598 имеют наименьшую глубину, что позволяет более эффективно использовать место на печатной плате. Кроме того, данные разъемы имеют фиксаторы для «ушек» шлейфа, что улучшает характеристики сочленения (рисунок 9).
Рис. 9. Выступ для фиксации «ушек» шлейфа
Разъемы серии 504754 имеют наименьшую высоту – всего 0,75 мм, что позволяет применять их в устройствах, ограниченных по толщине, например, в мобильных телефонах.
ZIF-разъемы с шагом контактов 0,5 мм представлены сериями 503480, 104075, 104114, 104083, 505278, 505110, 202497, 104247, 52745, 52435, 54104, 52746, 52437, 54132, 52559, 501951. Характеристики данных разъемов приведены в таблице 3.
Таблица 3. Разъемы с шагом контактов 0,5 мм
| Наименование | Высота, мм | Глубина, мм | Количество цепей | Ориентация | Тип фиксатора | Тип контактов | Диапазон температур, °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 503480 | 1,00 | 4,00 | 4…32 | Угловой | Задний поворотный | Двухсторонние | -40…85 |
| 104075, 104114, 104083 | 1,50 | 4,40 | 68, 80, 96 | Угловой | Задний поворотный | Нижние | -25…85 |
| 505278 | 1,90 | 5,30 | 4…50 | Угловой | Передний поворотный | Нижние | -40…85°C |
| 505110 | 1,90 | 5,30 | 4…80 | Угловой | Передний поворотный | Двойные нижние | -40…105, -40…150 |
| 202497 | 2,00 | 4,95 | 12, 14 | Угловой | Задний поворотный | Двойные нижние | -40…105 |
| 104247 | 2,80 | 6,00 | 6, 7 | Угловой | Задний поворотный | Нижние | -40…105 |
| 52745 | 2,00 | 5,00 | 4…20 | Угловой | Скользящий | Верхние | -40…85 |
| 52435 | 5,20 | 21…30 | |||||
| 54104 | 5,60 | 30…50 | |||||
| 52746 | 2,00 | 5,00 | 4…20 | Угловой | Нижние | ||
| 52437 | 5,20 | 21…30 | |||||
| 54132 | 5,60 | 30…50 | |||||
| 52559 | 3,90 | 3,50 | 6…42 | Вертикальный | Скользящий | Односторонние | -40…85 |
| 501951 | 4,50 | 4,50 | 20…70 | Поворотный | Односторонние | -40…85, -40…125 |
Все разъемы, представленные в таблице 3, рассчитаны на максимальное напряжение 50 В и максимальный ток 0,5 А, за исключением разъемов серии 501951, рассчитанной на максимальный ток 0,4 А.
О наиболее миниатюрных разъемах серий 104075, 104114, 104083 нужно сказать отдельно. Они снабжены надежным механизмом фиксации и предназначены специально для длинных линий. Данные разъемы идеально подходят для применения в ультратонких LED-панелях.
Разъемы серий 202497 и 104247 снабжены улучшенной системой фиксации кабеля, что позволяет использовать их в условиях повышенной вибрации. Двойные контакты увеличивают усилие удержания кабеля (рисунок 10).
Рис. 10. Двухуровневый замок разъема серии 202497
Кроме разъемов стандартной конструкции, шагом 0,5 мм обладают также следующие разъемы:
- Non-ZIF-разъемы серии 503908 (рисунок 11). Благодаря отсутствию защелки отсутствует и давление на плату в момент подключения кабеля. Две боковые кнопки открытия замка способствуют легкому извлечению кабеля. Разъемы данной серии выпускаются с 41 или 51 контактом. Диапазон рабочих температур для них составляет -20…85°C.
Рис. 11. Разъем серии 503908
- Вертикальные Non-ZIF-разъемы без фиксатора 78119 и 78127 имеют высоту 4,10 мм и глубину 3,45 мм, рассчитаны на диапазон температур -40…85°C.
- Вертикальные экранированные разъемы FPC-To-Board серии 205195, состоящие из двух частей, предназначены для надежной передачи высокочастотных сигналов и обеспечивают подключение сразу двух шлейфов. Диапазон рабочих температур для данных разъемов составляет -20…85°C, а количество контактов равно 36 (рисунок 12).
Рис. 12. Разъем серии 205195
- Вертикальные разъемы серий 501783, 501784, 501786 и угловые разъемы серии 501864 также относятся к типу FPC-To-Board и состоят из двух частей (рисунок 13). Все они, кроме разъемов серии 501783, имеют терминалы заземления. Разъемы рассчитаны на температуру -40…85°C и имеют 30 контактов.
Рис. 13. Терминалы заземления разъемов серий 501784 и 501786
Разъемы с шагом 1 мм представлены в таблице 4.
Таблица 4. Разъемы с шагом контактов 1 мм
| Наименование | Высота, мм | Глубина, мм | Количество цепей | Ориентация | Тип фиксатора | Тип контактов | Диапазон температур, °C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 200528 | 1,90 | 5,30 | 4…40 | Угловая | Передний поворотный | Нижние двойные | -40…105, -40…150 |
| 52207 | 2,70 | 7,60 | 3…34 | Угловая | Скользящий | Верхние | -40…85 |
| 52271 | 3,00 | 7,40 | 4…30 | Угловая | Скользящий | Нижние | -40…85 |
| 52610 | 5,75 | 4,50 | 5…30 | Вертикальная | Скользящий | Односторонние | -40…85 |
Разъемы, приведенные в таблице 4, кроме 52207, рассчитаны на напряжение 125 В и ток 1,0 А. Разъемы серии 52207 рассчитаны на напряжение 50 В и ток 0,5 А.
- Серии разъемов 49456 и 49597 имеют шаг 1,00 мм и 1,25 мм соответственно. Данные разъемы являются низкопрофильной альтернативой Wire-To-Board-разъемам, отличаются простотой сборки и не требуют дополнительных инструментов (рисунок 14).
Рис. 14. Разъемы серий 49456 и 49597
Разъемы серии 49456 рассчитаны на напряжение 125 В, а разъемы серии 49597 – на напряжение 300 В. Максимальный ток составляет 1,0 А. Благодаря этому разъемы могут применяться в системах подсветки телевизионных LED-панелей и в других приложениях, где требуется относительно высокое напряжение.
Диапазон рабочих температур для данных серий составляет -40…105°С.
- Серия 505147 представлена разъемами типа FPC-To-Board с шагом 2 мм (рисунок 15). Разъемы имеют надежную фиксацию, рассчитаны на ток до 1,5 А, максимальное напряжение 50 В, диапазон рабочих температур -40…125°С, что делает их идеальными для применения в автомобилестроении.
Рис. 15. Разъем серии 505147
Типовые применения
Тренд на миниатюризацию устройств сейчас существует практически во всех областях электроники. Особенно остро это ощущается в системах телеметрии и учета энергоресурсов, портативных устройствах, медицинских датчиках, устройствах интернета вещей (IoT), сотовых телефонах и других. Миниатюризация во многом затронула и бытовую технику.
Уменьшение размеров при параллельном усложнении устройств, увеличении их функциональности ведет к необходимости создания модульных продуктов, подразумевающих использование нескольких печатных плат и множества связей между ними.
Рост функциональности также выразился в уменьшении времени реакции устройств, потребности в обработке данных в режиме реального времени, увеличении объемов данных. Не в последнюю очередь этому способствовало развитие технологии 5G. При этом к устройствам предъявляются строгие требования к целостности сигналов для обеспечения стабильной работы устройств.
Многофункциональные устройства требуют больше энергии, при этом уменьшается пространство, доступное для подключения источника питания. Зачастую требуется подключение маломощных двигателей, источников освещения и других потребителей малой и средней мощности – например, в системах климат-контроля.
При выборе компонентов для проектируемого устройства, разработчик всегда балансирует между миниатюрностью, электрическими характеристиками и надежностью. Компания Molex представляет широкий ассортимент разъемов, среди которых можно подобрать решение практически для любого случая:
- Миниатюрные разъемы для мобильных устройств, IoT, квадрокоптеров и прочего:
- шаг 0,2 мм – 504070;
- шаг 0,25 мм – 502078, 503300, 503320;
- шаг 0,3 мм – 503566;
- шаг 0,5 мм – 503480, 104075, 104114, 104083;
- шаг 1,00 мм – 200528.
- Разъемы повышенной надежности к механическим воздействиям, предназначенные для автомобилестроения, приложений, работающих в условиях повышенной вибрации:
- шаг 0,2 мм – 504070;
- шаг 0,25 мм – 503566, 502598;
- шаг 0,5 мм – 505110, 202497,104247, 104075, 104114, 104083, 205195, 501783, 501784, 501786, 501783;
- шаги 1,00 мм и 1,25 мм — 49456 и 49597;
- шаг 2,00 мм – 505147.
- Разъемы для длинных линий, подходящие для приложений, где требуется большая протяженность кабеля, например LED-панелей:
- шаг 0,5 мм –104075, 104114, 104083, 205195, 501783, 501784, 501786, 501783;
- шаги 1,00 мм и 1,25 мм – 49456 и 49597;
- шаг 2,00 мм – 505147.
- Разъемы с расширенным диапазоном температур, идеальные для автомобилестроения, учета энергоресурсов и других применений:
- шаг 0,3 мм – 504754;
- шаг 0,5 мм – 505110, 202497, 104247, 501951;
- шаги 1,0 мм и 1,25 мм – 200528, 49456 и 49597;
- шаг 2,00 мм – 505147.
Заключение
Компания Molex, основанная в 1938 году, специализируется на выпуске высококачественных разъемов. Многие из решений, разработанных компанией, стали промышленным стандартом. В FPC-разъемах производства Molex применен ряд уникальных решений, таких как двойные контакты, подвижные контакты, защелки с двумя уровнями фиксации и прочее.
Среди огромного многообразия разъемов для FPC/FFC-кабелей, представленных компанией Molex на рынке, можно подобрать позицию, отвечающую практически любым требованиям.
Компэл является официальным дистрибьютором Molex и оказывает своим клиентам проектную и инженерную поддержку. Кроме того, компания представляет наиболее популярные FPC-разъемы Molex в рамках своей складской программы, что делает их еще более доступными для применения.
Источник
