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克服PCB板間多連接器組對齊的挑戰

2020年11月18日 14:24 次閲讀

小型化已經使得多個連接器對齊變得更加困難,而追求最優的設計實踐和儘早地與連接器提供商交流有助於確保設計成功

作者:KevinMeredith,Samtec公司產品工程師

印刷電路板PCB板)製造商在提高可靠性和降低成本的同時,也面臨着增加密度、縮小佔位面積、減少側面尺寸、管理熱流和提高數據速率等重大壓力。隨着他們不斷成功地消減這些壓力,一個有趣的挑戰出現在設計師們的面前,即在兩片PCB板之間去對齊多個已配對連接器組。

我們所需要的是清晰明確的準則,以在不犧牲系統性能、密度和可靠性的情況下,懂得如何應對這些對齊挑戰,同時滿足日益嚴格的預算和上市時間要求。

本文在描述先進的PCB和更可靠的高密度連接器之間可能遇到的衝突性要求之前,將更詳細地討論對齊的挑戰,從而可以通過使用設計最佳實踐高效地滿足這些要求。

小型化使連接器對齊變得困難

PCB板有許多可以改進的方向,包括密度、更高的數據速率、熱管理和可靠性。然而,伴隨着這些改進的是小型化這一趨勢在連接器的選擇和實現方面為設計師帶來的壓力,特別是將多個連接器配對到PCB板上。

就連接器而言,在過去25年中,小型化導致間距從0.100英寸(2.54毫米)下降到0.016英寸(0.40毫米)——也就是減小了六倍,因此需要更嚴格的公差。然而,更嚴格的公差本身並不是問題,問題在於標稱公差周圍的可變性:如果多個連接器變至標稱的任一極限,則更有可能出現一些問題。

採用單個配對連接器組的應用不會出現問題:因為沒有公差累加,夾層卡被假定是自由浮動的,並且連接器的整體和局部對齊功能將確保完美對齊(圖1,頂部)。

圖1:使用單個配對連接器的應用(頂部)沒有堆疊公差,並且連接器的整體和局部對齊功能將確保完美對齊。多個連接器就會引入公差,這些公差會累加並導致對齊錯誤。(圖片來源:SamtecInc.)

但是,在相同的母夾層卡以任何方向和任何距離增加更多配對的連接器組,都將會引入一些累加的公差(圖2,底部)。這些公差對於PCB加工車間、電子製造服務以及PCB板中使用材料的屬性都特別重要。

為了説明這個問題,請考慮使用一個多夾層連接器系統(圖2)。該項組裝包括六個或更多組件:主板(A)、夾層卡(B)、母頭連接器#1(C),與配對的公頭連接器#1(D),母頭連接器#2(E)與公頭連接器#2(F)配對。

圖2:設計人員需要考慮並説明包括PCB板在內的所有組件公差的原因。

(圖片來源:SamtecInc.)

假如夾層連接器和足夠剛性的PCB板能夠精確地按照標稱條件被製造、加工和組裝,那麼可以在兩個PCB板之間成功部署無限數量的連接器;事實上,公差和材料性能的可變性是限制性或決定性因素。在圖2所示的情況下,設計人員需要考慮並説明所有組件的公差,包括(A)和(B)兩個PCB板經常被忽略但相關的公差。

如何解決PCB板到連接器對齊的問題

某些PCB板的採購僅受嵌入在Gerber數據包中的規格所控制(圖3)。可以通過這些數據包來打造PCB板,而無需考慮機械公差。

圖3:某些PCB板的採購項目僅受嵌入在Gerber數據包中的規格所控制,這樣就可以在不考慮機械公差的情況下依據這些數據包來打造PCB板。而對於多連接器應用,此數據包需要隨附單獨的機械圖紙一起使用。

(圖片來源:SamtecInc.)

對於多連接器應用來説,此數據包必須隨附單獨的機械圖紙,以指示原圖、鑽孔和佈線公差。

至此,設計師需要做兩件事來幫助確保得到一個成功的結果。首先是要了解PCB板供應商和連接器供應商能提供哪些支持以確保對齊。第二是確保已進行系統級公差的研究,以確定由其設計產生的連接器對齊偏差。

回看圖2中由A至F組件組成的多連接器夾層卡系統,連接器供應商只能控制連接器的公差。一家好的供應商將會達到或超過已發佈的性能規格,提出PCB板公差和加工建議,甚至會根據需要為推薦的PCB供應商和設備提供參考建議。

系統或產品設計人員應參考連接器的佔位尺寸和產品規格。這些文檔中包含的對齊偏差規格應該與系統級公差研究的結果進行比較,以幫助確保相同板卡之間的多個連接器被成功使用。

只要不超過初始和最終的角度及線性的對齊偏差,連接器系統就能正常運行。這些對齊偏差值是通過考慮諸如絕緣體干擾、光束偏轉和接觸摩擦等因素來計算的。超過對齊偏差值可能會導致電路和/或絕緣體斷路或損壞。

雖然設計、組件公差、設備和製造能力等所有必要的信息對於設計師通常是唾手可得,但能夠與連接器製造商取得聯繫是很重要的,以提供更具體的指導和對對齊偏差公差累積的驗證。

定位銷不適用於多連接器應用

一些連接器製造商提供可選的定位銷,它們通常位於連接器底部的相對側(圖4)。這些定位銷有助於手動放置,可用於幫助連接器在PCB板上確定方向,且對於單連接器應用來説,它們不會增加整體公差累積。

圖4:雖然定位銷對於手動放置和確定方向都非常有用,但對於多連接器應用來説,不建議使用它們,因為它們會對整體公差累積產生影響。

(圖片來源:SamtecInc.)

但是,對於多連接器應用來説,我們不建議使用定位銷,因為它們會對整體公差的累積產生影響。如果仍然需要在PCB板上進行定向,一個更好的選擇是在PCB板上鑽一些過大的孔,然後採用機器放置連接器。

同樣,不建議使用卡具或銷釘來輔助連接器的放置。這些方法通常依賴於PCB上相對於原圖的鑽孔,但是該孔的位置公差通常較差,相對另一個連接器,這就降低了最終放置的連接器的總體精度。

對於多連接器應用,更好的方法是從焊盤(solderpad)陣列A中的位置A1開始對所有焊盤進行位置校準,然後在迴流之前將連接器精確放置在焊盤上。

用緊固螺釘來固定PCB板

一些特別堅固的應用可能需要使用緊固螺釘來保護兩個PCB板。在這種情況下,螺釘應儘可能靠近連接器系統(圖5)。

圖5:如果要使用緊固螺釘,則應將它們放置在儘可能靠近連接器系統的位置。

(圖片來源:SamtecInc.)

將它們放置在靠近的位置將使應力集中在連接器附近,並減小了不受支撐的PCB板跨度。跨度的增加會在PCB板中引起彎曲應力,這可能會對其他元器件,尤其是表面安裝的元器件產生不利影響。

圖6:為避免超規範加載,設計人員應一直確認連接器的插入力和拔出力,它們在產品質檢測試報告中可以找到。

(圖片來源:SamtecInc.)

結論

儘管小型化趨勢使其更具挑戰性,但通過使用最佳設計實踐,還是能夠在兩個PCB板上使用多連接器組。這些措施包括進行系統公差研究以確定連接器對齊偏差,然後遵循連接器提供商建議的佔位尺寸和模具設計,並利用機器來安放元器件。

另外,建議在設計過程的早期就與連接器提供商密切合作,因為他們可以為連接器的類型和安放提供建議,並就如何最大程度地降低PCB和連接器的整體應力提供諮詢,以有助於確保設計成功。

關於作者:

KevinMeredith在連接器行業擁有27年的設計和產業經驗。Kevin目前在Samtec有限公司(SamtecInc.)擔任產品工程師,此前曾在3M和RobinsonNugent就職。他是一名機械工程師,畢業於路易斯維爾大學J.B.Speed工程學院。

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nectivity 4.3-10射頻連接器系統和電纜組件是用於通信應用的堅固型輸入/輸出 (I/O) 連接器和電纜組件。該連接器比現有的7-16射頻互連器件小35%,重量輕60%,可節省空間,便於安裝操作。該系列具有出色的無源互調 (PIM),2 x 40W (46dBm) 時為60dB,頻率範圍為直流至6GHz。TE Connectivity 4.3-10射頻連接器系統和電纜組件有直式和直角兩種型號可選,防護等級為IP68。 特性 频率:直流至6GHz 阻抗:50Ω 无源互调电平 (PIM):60dB(2 x 40W (46dBm) 时) 可插拔100次 IEC 61169-51可靠电气性能 IP68防潮等级 直线和直角...
發表於 2020-11-06 09:07 13次閲讀
2081977-1 TE Connectivit...

光纖的概念、工作原理、設計原則和分類

光纖的概念、工作原理、設計原則和分類
發表於 2020-11-04 17:27 521次閲讀
光纖的概念、工作原理、設計原則和分類

光時域反射儀是什麼,它的應用原理和作用是什麼

光纖反射器的工作原理主要是利用光纖光柵將OTDR發來的測試光脈衝以接近100%的反射率反射回去,而正....
發表於 2020-11-04 16:42 360次閲讀
光時域反射儀是什麼,它的應用原理和作用是什麼

連接器的優勢在於能簡化電子產品的裝配過程

連接器的優勢: 連接器有着傳輸電流和信號的作用,在各個領域的應用都很廣泛。連接器的優勢在於能簡化電子....
發表於 2020-11-04 16:42 51次閲讀
連接器的優勢在於能簡化電子產品的裝配過程

光纖損耗如何計算?

在光纖安裝中,對光纖鏈路進行準確的測量和計算是驗證網絡完整性和確保網絡性能非常重要的步驟,光纖內會因....
發表於 2020-11-04 15:44 245次閲讀
光纖損耗如何計算?

電連技術:射頻連接器及互連繫統產品單機使用量呈現...

在FPC領域,電連技術的客户羣體不斷增加,國內市場拓展取得一定的進展,客户結構與稼動率改善較為明顯,....
發表於 2020-11-04 11:14 403次閲讀
電連技術:射頻連接器及互連繫統產品單機使用量呈現...

顯示器連接HDMI線沒有信號的原因和解決方法

隨着電腦的普及,我們的生活都開始離不開電腦了。有的朋友很喜歡自己組裝電腦,在面對組裝電腦問題上也是可....
發表於 2020-11-03 17:35 725次閲讀
顯示器連接HDMI線沒有信號的原因和解決方法

連接器的可靠性測試項目及檢測方法

隨着智能化設備快速發展,連接器的應用遍佈各種設備中,是電子工程技術人員經常接觸的一種部件,是電子電路中溝通的橋...
發表於 2020-11-03 16:28 202次閲讀
連接器的可靠性測試項目及檢測方法

FPC連接器的測試可選用大電流彈片微針模組

FPC連接器應用廣泛,分佈在各個不同的領域,在電子設備(計算機、液晶顯示、掃描儀)、移動設備(手機、....
發表於 2020-11-03 16:06 64次閲讀
FPC連接器的測試可選用大電流彈片微針模組

手機連接器的測試項目可選用彈片微針模組

手機連接器測試項目 電氣性能 電氣性能分為接觸阻抗、絕緣阻抗和耐電壓性。 接觸阻抗:主要是測試連接器....
發表於 2020-11-03 16:02 39次閲讀
手機連接器的測試項目可選用彈片微針模組

可同時測試手機主板多個BTB連接器的模組

手機BTB連接器尺寸不斷變小面臨着不少的挑戰,它們的好壞直接關係到手機的質量和其使用的可靠性。 因此....
發表於 2020-11-03 15:55 49次閲讀
可同時測試手機主板多個BTB連接器的模組

數據中心末端配電技術迭代面臨的挑戰和解決方案

隨着大數據、雲計算、5G等新興技術的不斷髮展,企業數字化進程快速推進,對數據中心建設的需求也與日俱增....
發表於 2020-11-03 15:02 230次閲讀
數據中心末端配電技術迭代面臨的挑戰和解決方案

PCB板內在佈局及外在美觀設計的注意事項?

       一款被大眾認可並願意為此買單的設計,主要看外在和內在兩方面(內在是品質如何,外在是顏...
發表於 2020-10-30 08:50 16次閲讀
PCB板內在佈局及外在美觀設計的注意事項?

如何檢測PCB板?

      之前我們聊過關於PCB設計需要學習哪些技能,這次我們擴展下PCB板相關知識,PCB板...
發表於 2020-10-30 07:00 0次閲讀
如何檢測PCB板?

PCB層數設計以及每層如何進行合理佈局

     對於PCB設計中,電磁兼容是不可忽略的一個重要環節,同時也是工程師們比較頭疼的環節。不...
發表於 2020-10-29 08:03 0次閲讀
PCB層數設計以及每層如何進行合理佈局

PCB板在手環佈局和佈線的注意事項

      越來越多的新科技湧現,在眾多產品中智能手環脱穎而出,受到不同人羣的關注,那麼在智能手...
發表於 2020-10-29 06:57 0次閲讀
PCB板在手環佈局和佈線的注意事項

一文分析PCB板構造

來源:互聯網         説到PCB板子,我們想到PCB設計,焊接技術,以及上面大大...
發表於 2020-10-23 07:57 0次閲讀
一文分析PCB板構造

為什麼PCB板上沒有顯示Allegro軟件導入的網表?

  很多剛開始接觸這個Allegro軟件的同學,就有這樣的疑問,我的原理圖的網表都已經導入到PCB中了,為什麼PCB...
發表於 2020-09-07 17:23 101次閲讀
為什麼PCB板上沒有顯示Allegro軟件導入的網表?

PCB畫板導出gerber文件cam看的時候如下圖,比列我都設置了2:5,但是一直這樣找不到原因,有大佬知道的嗎

PCB畫板導出gerber文件cam看的時候如下圖,比列我都設置了2:5,但是一直這樣找不到原因,有大佬知道的嗎? ...
發表於 2020-09-05 10:37 230次閲讀
PCB畫板導出gerber文件cam看的時候如下圖,比列我都設置了2:5,但是一直這樣找不到原因,有大佬知道的嗎

高頻小信號測量的原理及步驟

高頻小信號指頻率在MHz以上、電壓在uV級以下、電流在uA級以下的信號。現階段儀器儀表中還沒有針對高頻信號的小功率...
發表於 2020-09-04 17:29 202次閲讀
高頻小信號測量的原理及步驟

PCB板夏天不上錫的原因是什麼?

  有一種品質投訴:焊盤表面不上錫高發期為夏天,一到冬天就消失得無影無蹤或更低,就像季節病一樣,在這系統性的為...
發表於 2020-09-02 17:33 130次閲讀
PCB板夏天不上錫的原因是什麼?