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I produttori di circuiti stampati sono sotto pressione significativa per aumentare la densità, ridurre l'ingombro, ridurre le dimensioni laterali, gestire il flusso di calore e migliorare la velocità dei dati migliorando al contempo l'affidabilità e riducendo i costi. Poiché sono riusciti a ridurre queste pressioni, è emersa una sfida interessante per i progettisti di allineare più coppie di connettori tra due PCB.
Ciò di cui abbiamo bisogno sono linee guida chiare per capire come affrontare queste sfide di allineamento senza sacrificare le prestazioni, la densità e l'affidabilità del sistema, rispettando al contempo i requisiti di budget e time-to-market sempre più rigorosi.
Questo articolo illustra le sfide di allineamento in modo più dettagliato prima di descrivere i requisiti contrastanti che possono essere riscontrati tra PCB avanzati e connettori ad alta densità più affidabili, in modo che questi requisiti possano essere soddisfatti in modo efficiente utilizzando le pratiche di progettazione.
La miniaturizzazione rende difficile l'allineamento dei connettori
Ci sono una serie di aree in cui le schede PCB possono essere migliorate, tra cui densità, velocità di dati più elevate, gestione termica e affidabilità. Tuttavia, questi miglioramenti sono accompagnati dalla pressione che la tendenza verso la miniaturizzazione mette sui progettisti nella scelta e nell'implementazione dei connettori, in particolare l'accoppiamento di più connettori su una scheda PCB.
Nel caso dei connettori, la miniaturizzazione ha portato ad un calo della distanza da 2,54 mm a 0,40 mm negli ultimi 25 anni -- una riduzione di sei volte che richiede tolleranze più strette. Tuttavia, non sono le tolleranze più strette stesse il problema, ma la variabilità intorno alle tolleranze nominali: se più connettori cambiano a uno qualsiasi dei limiti nominali, è più probabile che si verifichino alcuni problemi.
Un numero illimitato di connettori può essere distribuito con successo tra due PCB a condizione che i connettori sandwich e le schede PCB sufficientemente rigide possano essere fabbricati, lavorati e assemblati in condizioni nominali; Infatti, le tolleranze e la variabilità delle proprietà dei materiali sono fattori limitanti o determinanti. Nel caso mostrato nella Figura 2, il progettista deve considerare e tenere conto delle tolleranze per tutti i componenti, comprese le tolleranze spesso trascurate ma correlate di (A) e (B) due schede PCB.
Come risolvere la scheda PCB al problema di allineamento del connettore
L'acquisto di alcuni PCB è controllato solo da specifiche incorporate nei pacchetti Gerber. Le schede PCB possono essere fabbricate da questi pacchetti di dati senza tolleranze meccaniche.
Per le applicazioni multi-connettore, questo pacchetto deve essere accompagnato da disegni meccanici separati per indicare le tolleranze originali di disegno, foratura e cablaggio.
A questo punto, i progettisti devono fare due cose per contribuire a garantire un risultato di successo. Il primo passo è scoprire quale supporto i fornitori di PCB e connettori possono fornire per garantire l'allineamento. Il secondo è quello di garantire che siano stati condotti studi di tolleranza a livello di sistema per determinare la deviazione di allineamento del connettore risultante dalla sua progettazione. Per un sistema di schede sandwich multi-connettore composto da componenti da A a F, il fornitore del connettore può controllare solo la tolleranza del connettore. Un buon fornitore soddisferà o supererà le specifiche di prestazione pubblicate, farà tolleranze delle schede PCB e raccomandazioni di lavorazione e fornirà anche raccomandazioni di riferimento per i fornitori e le apparecchiature PCB raccomandati, se necessario.
Il progettista del sistema o del prodotto deve fare riferimento alle dimensioni del segnaposto del connettore e alle specifiche del prodotto. Le specifiche di deviazione di allineamento incluse in questi documenti devono essere confrontate con i risultati degli studi di tolleranza a livello di sistema per garantire che più connettori tra la stessa scheda siano utilizzati con successo.
Il sistema di connettori funziona finché gli angoli iniziali e finali e le deviazioni di allineamento lineare non vengono superate. Queste deviazioni di allineamento sono calcolate tenendo conto di fattori quali l'interferenza dell'isolante, la deformazione del fascio e l'attrito di contatto. Il superamento dei valori di deviazione di allineamento può causare disconnessione o danneggiamento del circuito e/o dell'isolante.
Mentre tutte le informazioni necessarie come progettazione, tolleranze dei componenti, attrezzature e capacità di produzione sono di solito facilmente disponibili per il progettista, è importante essere in grado di contattare il produttore del connettore per fornire una guida più specifica e la convalida dell'accumulo di tolleranza di deviazione di allineamento.
I perni di posizionamento non sono adatti per applicazioni multi-connettore
Alcuni produttori di connettori offrono pin di posizionamento opzionali, di solito sui lati opposti del fondo del connettore (Figura 4). Questi pin facilitano il posizionamento manuale, possono essere utilizzati per aiutare l'orientamento del connettore sul PCB e non aggiungono all'accumulo di tolleranza generale per le applicazioni a singolo connettore.
