Leiterplattentechnisch - Überwinden Sie die Herausforderungen der Ausrichtung mehrerer Steckergruppen zwischen Leiterplatten

Leiterplatten Hersteller stehen unter erheblichem Druck, die Dichte zu erhöhen, Reduzierung des Platzbedarfs, Seitengröße reduzieren, Wärmefluss steuern, Verbesserung der Datenraten bei gleichzeitiger Verbesserung der Zuverlässigkeit und Kostensenkung. Da es ihnen gelungen ist, diesen Druck zu verringern, Eine interessante Herausforderung für Designer, mehrere Steckerpaare zwischen zwei Leiterplatten auszurichten.

Was wir brauchen, sind klare Richtlinien, um zu verstehen, wie wir diese Herausforderungen bei der Ausrichtung bewältigen können, ohne die Systemleistung, Dichte und Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen und gleichzeitig die immer strengeren Budget- und Time-to-Market-Anforderungen zu erfüllen.

In diesem Artikel werden die Herausforderungen bei der Ausrichtung genauer diskutiert, bevor die widersprüchlichen Anforderungen beschrieben werden, die zwischen fortschrittlichen Leiterplatten und zuverlässigeren Steckverbindern mit hoher Dichte auftreten können, damit diese Anforderungen effizient mit Designpraktiken erfüllt werden können.

Miniaturisierung erschwert die Ausrichtung von Steckverbindern

Es gibt eine Reihe von Bereichen, in denen Leiterplatten verbessert werden können, einschließlich Dichte, höhere Datenraten, Wärmemanagement und Zuverlässigkeit. Diese Verbesserungen gehen jedoch mit dem Druck einher, den der Trend zur Miniaturisierung auf Designer bei der Auswahl und Implementierung von Steckverbindern, insbesondere bei der Paarung mehrerer Steckverbinder auf eine Leiterplatte, ausübt.

Bei Steckverbindern hat die Miniaturisierung zu einem Abstandsverlust von 0,100 nach innen geführt. (2,54 mm) bis 0,016 in. (0,40 mm) in den letzten 25 Jahren eine sechsfache Reduktion, die engere Toleranzen erfordert. Allerdings sind nicht die engeren Toleranzen selbst das Problem, sondern die Variabilität um die Nenntoleranzen: Wechseln mehrere Steckverbinder auf eine der Nenngrenzen, treten einige Probleme eher auf.

Eine unbegrenzte Anzahl von Steckverbindern kann erfolgreich zwischen zwei Leiterplatten eingesetzt werden, vorausgesetzt, dass Sandwichverbinder und ausreichend starre Leiterplatten unter Nennbedingungen hergestellt, bearbeitet und montiert werden können; Tatsächlich sind Toleranzen und Variabilität der Materialeigenschaften limitierende oder bestimmende Faktoren. Im Fall in Abbildung 2 muss der Konstrukteur Toleranzen für alle Komponenten berücksichtigen und berücksichtigen, einschließlich der oft übersehenen, aber verwandten Toleranzen von (A) und (B) zwei Leiterplatten.

Wie man PCB-Platine zum Verbindungsausrichtungsproblem löst

Der Kauf einiger Leiterplatten wird nur durch Spezifikationen gesteuert, die in Gerber-Paketen eingebettet sind. Aus diesen Datenpaketen können Leiterplatten ohne mechanische Toleranzen gefertigt werden.

Für Anwendungen mit mehreren Steckverbindern muss dieses Paket von separaten mechanischen Zeichnungen begleitet werden, um Originalzeichnungen, Bohr- und Verdrahtungstoleranzen anzuzeigen.

An dieser Stelle müssen Designer zwei Dinge tun, um ein erfolgreiches Ergebnis zu gewährleisten. Der erste Schritt besteht darin, herauszufinden, welche Unterstützung PCB- und Steckverbinder-Anbieter bieten können, um die Ausrichtung sicherzustellen. Die zweite besteht darin, sicherzustellen, dass Toleranzstudien auf Systemebene durchgeführt wurden, um die Ausrichtungsabweichung des Steckverbinders zu bestimmen, die sich aus seiner Konstruktion ergibt. Bei einem Multiconnector-Sandwichkartensystem, das aus A bis F Komponenten besteht, kann der Steckverbinder-Lieferant nur die Toleranz des Steckers steuern. Ein guter Lieferant erfüllt oder übertrifft veröffentlichte Leistungsspezifikationen, gibt Leiterplattentoleranzen und Bearbeitungsempfehlungen ab und gibt bei Bedarf sogar Referenzempfehlungen für empfohlene Leiterplattenlieferanten und -geräte.

Der System- oder Produktdesigner sollte sich auf die Größe des Steckplatzhalters und die Produktspezifikationen beziehen. Die in diesen Dokumenten enthaltenen Spezifikationen zur Ausrichtungsabweichung sollten mit den Ergebnissen von Toleranzstudien auf Systemebene verglichen werden, um sicherzustellen, dass mehrere Steckverbinder zwischen derselben Platine erfolgreich verwendet werden.

Das Steckersystem funktioniert solange der Anfangs- und Endwinkel sowie die linearen Ausrichtungsabweichungen nicht überschritten werden. Diese Ausrichtungsabweichungen werden unter Berücksichtigung von Faktoren wie Isolatorinterferenz, Strahlablenkung und Kontaktreibung berechnet. Überschreiten der Ausrichtungsabweichungswerte kann zu Trennung oder Beschädigung des Schaltkreises und/oder Isolators führen.

Während alle notwendigen Informationen wie Design, Komponententoleranzen, Ausrüstung und Fertigungsfähigkeiten für den Konstrukteur normalerweise leicht verfügbar sind, ist es wichtig, den Stecker-Hersteller kontaktieren zu können, um eine genauere Anleitung und Validierung der Toleranzentwicklung für Ausrichtungsabweichungen zu erhalten.

Positionierstifte sind nicht für Anwendungen mit mehreren Steckern geeignet

Einige Steckverbinderhersteller bieten optionale Positionierstifte an, normalerweise auf gegenüberliegenden Seiten der Unterseite des Steckers (Abbildung 4). Diese Pins erleichtern die manuelle Platzierung, können verwendet werden, um die Steckerorientierung auf der Leiterplatte zu erleichtern und tragen nicht zur Gesamttoleranzakkumulation für Einzelstecker-Anwendungen bei.