Era 5G: nuevos desafíos para los conectores, desde los materiales hasta el diseño
Como componente indispensable en los enlaces electrónicos, los conectores son una de las áreas de exposición clave de la estación Munich Shanghai, y atraen a poderosas empresas nacionales y extranjeras como AVIC Optoelectronics, Hirose Electric, Sumitomo Electric y Rosenberg Leading Connector. compañía. La llegada de la era 5G ha planteado requisitos de "alta velocidad y eficiencia" para la transmisión de señales y energía, planteando desafíos a los materiales, el rendimiento y el diseño de los conectores. En el Foro de Innovación de Conectores celebrado recientemente en Munich, conocí las opiniones de expertos de la industria de conectores como AVIC Optoelectronics, Weber Alloys y KMD sobre las oportunidades y desafíos de los conectores en la era 5G.
Weber Alloy: Los materiales inteligentes continúan creando valor para los clientes
Weber Alloy es una empresa de fabricación avanzada líder en la industria de materiales de China y el principal desarrollador de estándares nacionales e industriales de China para nuevos productos no -materiales de aleaciones ferrosas. Actualmente cuenta con más de 185 patentes y más de 17 estándares nacionales. En el foro, el tema presentado por Weber Alloy fue: materiales inteligentes, continuar creando valor para los clientes y compartir la selección de materiales para conectores.
La función del conector es actuar como puente en el circuito para lograr una conexión de bajas pérdidas de señales y señales eléctricas. La resistencia de contacto del conector en sí es significativamente mayor que la resistencia de contacto de las dos partes conectadas, lo que lo convierte en la parte más débil de todo el enlace. Este es un cuello de botella en el desarrollo actual de conectores.
La aplicación de 5G tiene las características de "gran corriente y alto voltaje". Los conectores actuales equivalen a recoger señales de energía del "carril rápido" en la "intersección", lo que dificulta la velocidad de transmisión. Para cambiar esta situación, es necesario considerar muchos factores al diseñar conectores. Weber Alloys analizó esto desde la perspectiva de la selección de materiales.
Weber Alloy cree que la conductividad eléctrica y la conductividad térmica son los factores principales en la selección de materiales. Cuanto mayor sea la conductividad térmica del material, menor será la resistencia de contacto y menor será el aumento de temperatura del conector. Cuanto mayor sea la conductividad térmica del material, mejor será la capacidad de transferencia de calor y menor será el aumento de temperatura del conector. .
En segundo lugar, a la hora de seleccionar materiales se deben tener en cuenta las propiedades mecánicas del material. Las propiedades mecánicas de los conectores incluyen el límite elástico y el módulo elástico, que afectan la retención del conector. Si la fuerza de sujeción es demasiado grande, afectará las características desmontables del conector, y enchufar y desenchufar causará un desgaste adicional del conector; si la fuerza de sujeción es demasiado pequeña, la resistencia de contacto del conector aumentará y su confiabilidad; ser reducido.
Finalmente, se debe considerar la resistencia al calor, la resistencia a la corrosión, el rendimiento de la soldadura, el costo del material, el costo de procesamiento y moldeado, etc. Dependiendo del entorno en el que se utilice el conector, necesitamos encontrar un punto de equilibrio entre las múltiples características del material.
Weber Alloy mencionó que la mayoría de los materiales para conectores actualmente usan aleaciones de cobre porque el cobre tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica, disponibilidad y costo, pero su resistencia es pobre, por lo que se usan aleaciones de cobre. Pero, de hecho, la conductividad y resistencia del bronce, el cobre blanco y el latón que utilizamos actualmente no pueden tener ambas.
Para hacer frente al desarrollo de aplicaciones 5G, los materiales de los conectores deben cumplir los requisitos de alta resistencia y alta conductividad. Por lo tanto, Weber Alloys desarrolla continuamente aleaciones que cubren alta conductividad, alta resistencia y aleaciones equilibradas que equilibran tanto la conductividad como la resistencia. Las soluciones actuales de aleaciones Boway incluyen las aleaciones de cobre, cromo y circonio boway18150, boway18160 y Boway 18400; las aleaciones de cobre, níquel y silicio boway70250, boway70260, boway19010, boway 19005, etc. Tiene mejor resistencia, conductividad y resistencia a altas temperaturas, y es adecuado para conectores de placa posterior de alta velocidad en automóviles, comunicaciones 5G y otras industrias.
KMD: Garantizar conexiones estables y eficientes en la era 5G
KMD (Cameron) es una empresa global especializada en regletas de conectores y un proveedor internacional de materiales para conectores de comunicación. Entre sus clientes se incluyen grandes empresas como Huawei, Amfenol, MOSS y SCI. El tema planteado por KMD es cómo garantizar conexiones estables y eficientes en la era 5G. Comparta los cambios en los conectores y los nuevos requisitos de fabricación provocados por la era 5G.
La era 5G es una era de interconexión de alta velocidad, donde todo está interconectado. En comparación con la era 4G, tiene nuevas características: alta frecuencia, alta velocidad y alta estabilidad, almacenamiento y transmisión de big data en modo de transmisión, etc. Entre ellos, el almacenamiento y la transmisión estables y de alta velocidad de big data se han convertido en un desafío técnico cada vez más crítico en la era 5G, que requiere conectores con mayor conductividad y resistencia para garantizar conexiones estables. Además, los microconectores se están convirtiendo en una gran tendencia.
En la era 5G, el número y el volumen de datos de terminales personales de consumo inteligentes están aumentando. Según previsiones de consultoras como Cisco, la cantidad de datos crecerá un 20% anual en los próximos 5-10 años, y la cantidad de datos generados por terminales de consumo personal irá aumentando paulatinamente y se espera que alcance el 53% del cantidad total de datos en 2030. Esto significa que en el futuro, los productos terminales de consumo como teléfonos inteligentes, tabletas, dispositivos portátiles inteligentes y dispositivos VR/AR se desarrollarán enormemente y, al mismo tiempo, se impondrán mayores requisitos a la transmisión y el almacenamiento de datos. Se prevé que de 2017 a 2022, el crecimiento de los dispositivos terminales personales inteligentes alcanzará el 10%, mientras que el crecimiento de los datos alcanzará el 30%.
Al mismo tiempo, el vigoroso desarrollo de centros globales de procesamiento de alta velocidad de big data se convertirá en una tendencia inevitable. Se prevé que a partir de 2065.438+06-2024, el tamaño del mercado de los grandes centros de datos crecerá a una tasa de crecimiento anual compuesta del 65.438+07,2%. A partir de 2065.438+06-2022, los mercados emergentes de Asia y el Pacífico crecerán. a una tasa del 24% creciendo rápidamente, convirtiéndose en la región de más rápido crecimiento en el mundo.
Ante el rápido crecimiento de los datos, ¿cómo lograr una transmisión de conectores estable, de alta velocidad y confiable? KMD responde desde una perspectiva material. KMD señaló que la aleación de cobre con alta conductividad eléctrica y alta conductividad térmica es el material de conector más adecuado. La era 5G ha planteado nuevos requisitos para las tiras de aleación de cobre: alta resistencia/bajo alargamiento/alta tenacidad/alta conductividad excelente. y calidad de la superficie; fuerza de inserción adecuada.
Tomemos KDM como ejemplo. Un nuevo tipo de terminal conector, el terminal ojo de pez, se usa ampliamente en el campo de los conectores de comunicación porque puede mantener una conexión estable sin necesidad de soldar. Materias primas Altos requisitos de proceso: 1. Debido a que se requiere una presión positiva a largo plazo y un contacto estable, el límite elástico debe ser superior a 700 MPa y el nivel de resistencia a la relajación de tensiones es excelente (≥80 %, 120 °C/). 2. Durante el proceso de fabricación, el espesor de 0,23-0,25 mm debe reducirse a 0,15-0,18 mm antes del moldeo, por lo que se requiere un mayor rendimiento de flexión (tenacidad) (r/t = 2180). Más alto, por lo que la conductividad debe aumentarse del 40% IACS al 45-60% IACS 4. Debido a la miniaturización de los terminales, la futura dirección de formación puede ser paralela a la dirección de laminación de la tira de cobre, por lo que los requisitos de material; Las isotropías son más altas. Suben más y más.
En resumen, los nuevos materiales de aleación deben tener mayor resistencia, tenacidad y conductividad y, al mismo tiempo, se proponen requisitos especiales como bajo coeficiente de rugosidad, alta dureza, baja resistencia y estabilidad a largo plazo. la superficie. Las soluciones aportadas por KMD incluyen tiras desnudas de aleación C7025 con alta resistencia, alta conductividad y alta tenacidad, así como recubrimientos Sn13 (estaño caliente) y Sn28M (SnAg) con propiedades especiales.
AVIC Optoelectronics: debate sobre el desarrollo de la tecnología de interconexión de alta velocidad
AVIC Optoelectronics es la empresa de conectores líder de China y un "centro de tecnología empresarial reconocido a nivel nacional". Sus productos se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial, electrónica militar, vehículos de nueva energía, centros de datos y comunicaciones, transporte ferroviario y otros campos. El tema presentado por AVIC Optoelectronics es el desarrollo de la tecnología de interconexión de alta velocidad, compartiendo la tendencia de desarrollo de la interconexión de alta velocidad y la tecnología de diseño de conectores de alta velocidad.
Según la empresa de consultoría de información de TI IDC, los datos globales alcanzarán los 35 ZB en 2020 (1 ZB = 109 TB = 1012 GB = 1015 MB) y se espera que alcancen los 17 MB en 2025. La demanda de conectores de alta velocidad crecerá a un ritmo de más del 20% anual.
En el pasado, los conectores de alta velocidad estaban monopolizados por gigantes internacionales de conectores. Los conectores domésticos entraron en contacto en el año 2000, y el verdadero inicio fue en 2010. Con el desarrollo de la tecnología de comunicación 5G, la proporción de conectores de alta velocidad utilizados en proyectos importantes en mi país ha aumentado gradualmente, como comunicaciones cuánticas y computadoras cuánticas, computación en la nube, seguridad nacional del ciberespacio, navegación 5G/Beidou, etc.
En comparación con 3/4G, la velocidad de transmisión y la capacidad de transmisión de 5G han aumentado más de 10 veces. Con el apoyo de la arquitectura 5G, el futuro Internet de los vehículos, el Internet de las cosas y la conducción autónoma son posibles. Siguiendo el ritmo del 5G, varios campos técnicos se están desarrollando en la dirección de la alta velocidad. Los productos originales de Internet de alta velocidad ya no pueden soportar una cantidad tan grande de transmisión de datos.
AVIC Optoelectronics compara la "interconexión de alta velocidad" con una "autopista" Los cambios realizados en la autopista para aumentar el volumen de tráfico pasan por aumentar el número de carriles y aumentar la velocidad de las bicicletas. En comparación con los productos de Internet de alta velocidad, el desarrollo de 3G-5G es un proceso de aumento del número de canales. El número de estaciones base 5G es 1.000 veces mayor que el de 3G y 10 veces mayor que el de 4G. En segundo lugar, la velocidad de transmisión de las señales de datos 5G es más rápida y un solo nivel de señal transporta más datos.
Los avances en los conectores de alta velocidad son la base para el desarrollo sostenible del 5G. AVIC Optoelectronics señaló que ha logrado 25 Gpbs de un solo canal.
Enlaces, pero también encontraron cuellos de botella: los backplanes de más de 25 Gpbs enfrentan problemas como una mayor pérdida de enlaces, una disipación de calor difícil y altos costos. El desarrollo de 25Gpb requiere el uso de placas más avanzadas y de alta gama, y el costo del material y el costo de procesamiento son relativamente altos. Al mismo tiempo, se perforan placas posteriores de 25 Gpb y la disipación de calor será más difícil para placas posteriores de más de 25 GPB.
En el foro, AVIC Optoelectronics aportó tres soluciones:
Primero, el desarrollo de backplanes tradicionales a backplanes ortogonales
Es decir, el backplane medio se reduce y las dos placas base están interconectadas. Ventajas: La arquitectura ortogonal reduce en gran medida la distancia de transmisión de la señal de alta velocidad entre la tarjeta de servicio y la tarjeta de matriz de conmutación (reduciendo la distancia de un backplane), y también se reducirá la atenuación de la transmisión del enlace, proporcionando hardware para una transmisión estable de señales de alta velocidad Conceptos básicos de arquitectura.
2. Transformación de backplane tradicional a backplane de cable:
Es decir, sustitución del backplane por líneas de alta velocidad. Ventajas: El proceso de fabricación del cable en sí es muy maduro. La pérdida del cable de alta velocidad en sí es mucho menor que la de la PCB. El cable de alta velocidad puede lograr una comunicación de interconexión a corta distancia, por lo que será un costo. -Solución de interconexión efectiva y eficiente.
Desventajas: la eficiencia del procesamiento del cable es baja y la eficiencia de la soldadura es mucho menor que la eficiencia de la compresión.
En tercer lugar, los backplanes tradicionales están recurriendo a soluciones de backplane de cable ortogonal.
AVIC Optoelectronics ha desarrollado 56/112 Gpbs entre las tres soluciones anteriores y cree que la tercera solución será la principal en el futuro. En la actualidad, AVIC Optoelectronics tiene productos de conexión de alta velocidad de 56 Gpbs, incluido el conector de plano posterior de alta velocidad GF5, el conector autoenchufable de entrepiso de alta velocidad GF5Z, el conector autoenchufable de entrepiso de alta velocidad BGA, etc. Los productos de conexión de alta velocidad de 112 Gpbs son conectores de placa posterior de alta velocidad de la serie GF6 y conectores ortogonales (OD) de alta velocidad de la serie GF6.
Resumen
Con la aceleración de nuevas infraestructuras, 5G potencia todos los ámbitos de la vida. El mundo futuro será inteligente, digital y científico. Cada día se generarán cantidades masivas de datos, lo que requerirá una transmisión estable y de alta velocidad a través de conectores. Esto plantea desafíos para el material, el rendimiento y todo el proceso de diseño y fabricación de los conectores. Por lo tanto, las empresas de la cadena de la industria de conectores deben seguir el ritmo de 5G, predecir y diseñar la dirección futura de los conectores con anticipación y darse cuenta de que los productos futuros serán principalmente personalizados y que tanto los fabricantes de materiales como los de conectores deben digitalizarse. Transformarse, cooperar con los clientes de manera inteligente, transformarse gradualmente de un fabricante de conectores a un proveedor de soluciones de aplicaciones y ofrecer mejores productos.