MicroTCA功率互连设计经验之谈

子接触件第一个点处产生的电弧被聚集到刀片末端的一侧。一旦接触件进一步接合，另外的对接点就会接合，并且不产生任何电弧，这是因为最初的接触件已经确定。镀金接触件表面磨光的多点接触件可以实现较少的磨损，并维持接触件接口的性能特征。

采用延长的末端刀片设计，接触件最多可进行250次对接。冲压和成形的接触件的特性使得很容易通过两种不同的接触件对接长度加入两种级别的顺序对接。

采用MicroTCA设计时，决定是采用冲压和成形的接触件还是采用圆头螺丝机械控制的接触件取决于几个因素，包括较高性能、较高可靠性、较小的变化以及较低的零件成本。冲压和成形包含逐步冲压铜合金材料的扁平带的过程。然后通过电镀和抛光步骤在连续钢带上对接触件进行加工，直到它们被插入到模制连接器机架中。

这种批量工艺相当一致并且可重复，从而获得了高度的一致性。在高功率应用中，与相同横截面积的圆形导线相比，扁平导线在相同的温升下将提供更多电流。

在1970年1月9日的报告"NASA TM X-53975 扁平导线设计、制造和安装中的3.2 FCC应用"报告中显示，满负荷扁平导线可比相同横截面积的圆形导线负载高155%的电流。在精密成形的电子接触件中，尽管扁平导线的成本比圆形导线高，但是如今扁平冲压和成形接触件的生产工艺比实心圆形接触件更简单，因此能以较低成本提供更高的电流处理能力。

由于冲压和成形导线是采用连续钢带控制的，因此与电镀不牢固的螺丝机械控制零件相比，以更精密控制的电镀厚度电镀接触件的特定部分更容易，从而可获得更高的可靠性。这种连接器上的功率和信号接触件采用30微英寸镀金，以确保苛刻环境下的长期可靠性。

连续钢带工艺还允许按照Bellcore/Telcordia规范的要求增加额外表面区域处理。选择冲压和成形接触件设计的最终原因在于在一定的批量生产情况下，其成本低于螺丝机械接触件。

连接器中要求的72个信号接触件采用Z-PACK 2mm HM接触件接口，这种针对IEC 6176-4-101标准而设计的接口被用于整个电信行业， 每个接触件的额定电流为0.625A。信号引脚中的高可靠性是通过采用信号接触的多个接触点设计以及30微英寸镀金来实现的。在信号接触件中另外加入了两个顺序对接级别，从而满足客户四个顺序对接级别的要求。

获得的经验

这个MicroTCA连接器的设计工艺代表着电力行业内发生的一系列变化。电力系统的实现正在经历巨大的变化，其方式与基于标准的电信架构的发展变化方式相同。电源从数字电路迁移到从前的模块领域已经驱动着电力行业向更低成本和更小物理尺寸的方向发展。功率连接器也必须顺应这一趋势。因此寻求实现连接器的新密度水平和集成度，同时仍保持成本最优化的方法至关重要。

为了实现MicroTCA连接器的总密度，在单个机架中集成功率、信号和对齐功能是有必要的。过去，这一目标是通过将独立导梢和对齐硬件单独安装到印制电路板以及个别功率连接器和个别信号连接器上实现的。

为了针对这种新的集成度进行设计，需要进行仔细的分析以最大限度地缩小机架设计以在获得较薄外壁和部件的同时，仍然保留集成的机械对齐杆和插座所需的鲁棒功能。

需要采用PROEngineer和Moldflow进行详细建模，以优化机架的所有方面和浇铸这些不同部件所需的备选整形，同时仍然保留允许接触件实现散热和速度功能的功能并满足成本目标。

实现接触件密度的MicroTCA连接器的关键设计因素之一是增加第二行功率接触件。此设计决策需要采用散热模型，从而将每行的接触件的温升因素考虑在内(图5)。Tyco Electronics公司同时采用专有和商用的有限元分析(FEA)建模软件(如ANSYS)来评估散热性能。FEA数据可以用作指导。采用模仿目标应用的测试板设计的实际测试结果需要根据特定环境条件(印制电路板设计和含铜量、环境温度和气流)来验证温升。这就会带来与材料选择相关的设计考虑因素。你可能会考虑采用较高传导率的金属来减少Trise，这取决于散热模型的结果和预计的温升情况。然而这会带来一定的折衷，大多数较高传导率的金属都会增加连接器设计的成本。

与印制电路板的接口是更深一层地从总接触件密度方面考虑的问题。建模被再次用来确定接触件密度水平，这种密度水平将仍然允许电路板走线布线，而不需要增加印制电路板层数。在这种情况下，采用Autocad或Mentor Graphics等印制电路板建模工具来对印制电路板进行布线，并确定需要什么样的走线和层密度。

仅在ATCA功率连接器之后几年开发的功率连接器表明，采用MicroTCA连接器所用的相同设计技术可以实现更高的功率密度水平(图6)。