תחום המחברים התעשיתיים הוגדר לפעמים בעבר יותר על ידי מה שלא היה בו – תקשורת, מחשוב, צרכן, חלל\תעופה\ביטחון, תחבורה וכו’ – לעומת מה שיש בו. בכל אופן, הדבר עובר שינוי, עקב מספר סיבות: ראשית, תחומים מסוימים כמו רובוטיקה ואוטומציה תעשייתית עם עליית היוזמה של המפעל החכם – Smart Factory (הנקרא לפעמים גם Indutry 4.0) נעשים “כותרות גדולות בחדשות”, ושנית, במגזרים מסוימים – נפט וגז, כלי רכב תעשיתיים, אפילו התחום הרפואי שכלול לפעמים תחת הסיווג “תעשייתי” – השימוש הגובר במערכות אלקטרוניקה הפך לגורם מניע בפיתוח מחברים.
יישומים תעשייתיים מסווגים לרוב בתור “אמינות גבוהה” (hi-rel) – כלומר, פעילות שבה אסור למחבר להיכשל – וכלולים בהם לרוב יישומים בסביבות הנתונות לתנאי עבודה קשים מאד, הנגרמים בדרך כלל מהלם, רעידות ושינויי טמפרטורה. המגזרים התעשייתיים שדורשים ביצועים גבוהים מאד כוללים:
רובוטיקה
אוטומציה תעשייתית ומפעלית (Smart Factory/Indutry 4.0)
כלי רכב תעשייתיים (לשימושי שטח)
נפט וגז טבעי
ימי ותת ימי
ציוד מדעי
צב”ד – ציוד בדיקה ומדידה
מונים (גז, חשמל, מים)
קיימת צמיחה משמעותית בתתי המגזרים הנ”ל. זה קורה עקב מספר גורמים הכולל את השימוש המוגבר במערכות אלקטרוניקה המשמשות לניטור ובקרה, וגם עקב ההופעה של מערכות רובוטיות ומנייה מתוחכמות. אם נאמר זאת בפשטות, המערכות האלקטרוניות חודרות לכל מקום וכמעט כל סוג ציוד שנמצא בשימוש בימינו מסתמך עליהן. מכאן נגזר שהרכיבים שמשתמשים בהם חייבים להיות מוקשחים ואמינים.
הגורמים המשפיעים
למחברים שבשימוש בשוק התעשייתי תכונות מובילות הדומות לאלה שבשווקים אחרים – הגודל, המשקל, והמחיר חשובים תמיד – אך היישומים התעשייתיים נוטים גם לשים יותר דגש גם על כול סוגי הרכיבים האלקטרוניים שבשימוש, והדבר נכון במיוחד בנושא המחברים. זאת בגלל שבנוסף לכך שיש להם פונקציה חשמלית (העברת אותות או אנרגיה), הם מבצעים גם לרוב חיבור פיזי. לרוב הם גם נדרשים להיות מסוגלים לבצע מחזורי חיבור וניתוק רבים. זאת הסיבה שזה זמן רב משתמשים תעשייתיים מסוימים סרבו לציין במפרטיהם מחברים מורכבי שטח (surface mounted), אפילו כיום, החברה מציעה גרסאות through hole ו-surface mounted של משפחות המחברים בעלי האמינות הגבוהה Datamate, Gecko וגם M300, וכוללת גם מנגנוני נעילה שונים לאבטחה נוספת.
גודל, משקל וצפיפות אות
במבט קרוב יותר על דרישות המחברים המתפתחות אנו יכולים לזהות שלושה גורמים משותפים: גודל, משקל וצפיפות אות – כל השווקים רוצים “קטן יותר, קל משקל יותר”. השוק התעשייתי נתן מענה לאתגר והפסיעה ירדה לרמה של 2 ושל 1.25 מ”מ. דוגמה טובה לכך היא משפחת Gecko בפסיעה של 1.5 מ”מ של החברה. דרך אחרת למיקסום ניצול המרחב היא לשלב את הפונקציונליות של המחברים, למשל על ידי השילוב של אות וכוח, ולפעמים גם קואקס ואפילו אופטי באותו המארז. סדרת Min-Tek Datamate של החברה היא דוגמה של משפחת מחברים שיכולה לשלב אות (עד 3 אמפר), כוח (עד 40 אמפר) וקואקס (עד 6 גה”ץ) במגוון תצורות כאשר לכולם מעטפת גוף מודולרית משותפת, קלת משקל וחוסכת מקום. כמובן, ככל שהגודל קטן והצפיפות גדלה, יש בעיית תאלמ”ג וזליגת אות (crostalk). זאת בעיה כלל מערכתית כך שתכן המחבר הוא נושא כבד משקל.
עלות
בעבר, יישומים תעשייתיים, במיוחד על רצפת הייצור, הסתמכו לרוב על מחברים שפותחו ליישומים צבאיים, שם המחיר היה שיקול משני (לפעמים מאד רחוק). עבור משתמשים תעשייתיים, ככל שהשימוש במחברים נעשה נפוץ יותר כדי לתת מענה לחישה והניטור מקומיים אך נרחבים הגדלים אקספוננציאלית שנדרשים על ידי היוזמה של “המפעל החכם” או Indutry 4.0, המחיר מהווה נושא חשוב מאד. (ואפילו תכניות הצטיידות צבאיות נתונות לניתוח מחירים קפדני עקב צמצום התקציבים!). על כן היה צורך במציאת חלופות. תחום מוצרי האמינות הגבוהה של החברה – מציע ביצועים גבוהים, תוך חסינות מפני הלם, רעידות וטמפרטורה בעוצמות קיצוניות, אך מחירם נמוך בהרבה מזה של מוצרים צבאיים.
ליישומים תעשייתיים בעלות נמוכה יותר אך שעדיין דורשים איכות גבוהה ומידות קטנות. לתחום מחברי M50/M52 בעלת הפסיעה של 1.27 מ”מ של החברה יש יתרון עלות-תועלת טוב יותר בכמה אחוזים מזה של מוצרי יצרנים אחרים.
ביצועים גבוהים
מערכת המחברים שנבחרת חייבת להיות מתאימה ליישום. לכן, למרות שעלולים להתפתות לבחור בהתקן הזעיר והזול ביותר שפותח כנראה עבור מוצרי צריכה, ההתקנים האלה אינם מתאימים ליישומים תעשייתיים היות והם אינם מוקשחים מספיק כל מנת להיות חסינים מפני עוצמות קיצון של הלם, רעידות וטמפרטורה, ואף אין הם מיועדים למחזורי חיבור-ניתוק חוזרים ונשנים רבים. חייבים לקחת בחשבון את תנאי העבודה ברצינות רבה לפני כתיבת המפרטים עבור מחבר.
אם אנו משלבים את כל הגורמים האלה, מחברים תעשייתיים אמורים להיות באופן אידאלי קטנים, קלי משקל, בעלי מקדם עלות-תועלת מצויין, ובעלי ביצועים גבוהים. כדי להשיג את המשימה הכה מאתגרת הזאת, פותחה טכנולוגיית מגעים מיוחדת – ליבו של כל מחבר בעל אמינות גבוהה. משתמשים במגעים מיוחדים בצורת חבק (clip) העשויים מסגסוגת בריליום-נחושת המבטיחים ששלמות האות נשמרת אפילו בסביבות הקשות ביותר. החומר של הגוף חשוב גם כן: החומרים הפלסטיים שמשתמשים בהם חייבים להיות חסונים ביותר אך עשויים גם להידרש להיות עמידים בפני אש, ללא פליטת גזים ותואמי RoHS כמובן, העשויים מחומרים ידידותיים לסביבה, באופן אידיאלי תוך אי שימוש בכימיקלים מזיקים עוד בטרם הוכניסו אותם לרשימת החומרים האסורים בשימוש כדי לתת מראש מענה לדרישות העתידות לבוא.
דוגמה טרייה הממחישה את שילוב הגורמים האלה היא מחברי הכוח בצפיפות גבוהה M300 של החברה המסוגלים להעביר זרם של עד 10 אמפר. מבוססים על פסיעה של 3 מ”מ, המחברים מתוכננים לסביבת קשות ועומדים במספר פעולות הגדול פי שניים מזה של מוצרי הדורות הקודמים. למחברי M300 מגע נקבה של 4 אצבעות מסגסוגת בריליום-נחושת המעניק ביצועים חשמליים ומכניים מצוינים. ההתקנים מתאימים ליישומים של 18 עד 22AWG ומיועדים לשימוש בטמפרטורה שבין -65 ועד +175 מעלות צלזיוס ונקובים עבור 1000 פעולות. הם עוברים את הבדיקות ההלם (EIA-364-27: 100g 6ms No Discontinuity >1µs) והרעידות (EIA-364-28 10g No Discontinuity >1µs). ברגי חילוץ (jackscrews) זמינים לאבטחה נוספת.
גמישות תכן
מהנדסי התכן הם בני אדם יצירתיים מאד, אולי בגלל שדורשים מהם כל הזמן להביא עוד יותר פונקציונליות תוך כדי – כפי שאמרנו קודם – הפחתת הגודל והעלות. על כן חשוב שיצרני המחברים באים להציע פתרונות גמישים. דוגמה אחת מהחברה היא השקתו של הנוסח להרכבה אופקית של משפחת Gecko בעלת האמינות הגבוהה בפסיעה של 1.25 מ”מ. סדרת המחברים G125 מציעה ביצועים גבוהים במארז קטן. למרווח המגעים הקטן של 1.25 מ”מ תוצאה של 35% בחיסכון במקום לעומת שאר המחברים לביצועים גבוהים כמו למשל Micro-D. המחברים יכולים להוביל עד 2 אמפר למגע ויכולים לפעול בתחום הטמפרטורה רחב (בין -65 לבין +150 מעלות צלזיוס) ותחת רעידות קיצוניות (100g 6 מטר\שנייה בציר Z). תכונות משותפות נוספות של משפחת מחברי Gecko כוללות נקודות קיטוב המונעות שילוב שגוי, זהוי קל של מיקום פין מס’ 1 לבחינה חזותית מהירה ונועלים אופציונליים (latch) המאפשרים שחרור פשוט ומהיר. כלים אופציונליים מיוחדים זמינים לשימוש במקומות צפופים. למחברים בנוסח אופקי יש מערכת נעילה מכנית חדשה (hold-down latches) לאבטחת חיבור נוספת.
הנוסחים האופקיים החדשים מפחיתים את גובה הערום () של מעגלים מודפסים לרק 5.6 מ”מ. זמין בשמונה התצורות הסטנדרטיות של 6, 10, 12, 16, 20, 26, 34 וגם 50 מגעים – הנוסח החדש מאפשר גם תצורות של לוח אם ובת (mother & daughter board). מעל הכול, כאשר באים לקבוע באיזה מערכת מחברים להשתמש, יש לקחת בחשבון תמיד את היישומים ואת הדרישות שישיתו דפוסי השימוש והסביבה על המחברים. דרישות מפרטיות עודפות עלולות לגרום לבעיות כספיות, דרישות מפרטיות בחסר יגרמו לכך בוודאות גבוהה מאד.
