De tre huvudsakliga syftena med MÖNSTERKORTskontakter är:
1. Sammanlänkning av kretskort: styv (eller flexibel) anslutning mellan två pcB.
2. PCB-kabelanslutning: medföljande kabelansluten anslutning för extern kringutrustning;
3. PCB-programmerings-/felsökningsanslutning: kontakt (eller testpunktsmatris) som används för felsökning eller programmering, vanligtvis används för saker som mikrokontroller eller fältprogrammerbara grindmatriser (FPGAs)
I dessa tre typer av MÖNSTERKORTsanslutningar kommer alla former av anslutningar och funktioner att variera beroende på applikationen. För det första finns det två huvudmetoder för att montera kontakten på PCB: ytmontering och genomgående hål. Naturligtvis finns det många ytmonteringsmetoder, men för alla ändamål kan kontakten monteras via stift vias eller stiftkuddar. Detta leder oss till några inledande kompromisser som bör övervägas i designprocessen.
Kompromisser att tänka på när du utformar
Montering av kontakter genom hål ger många fördelar, men den främsta fördelen är vanligtvis att stärka den mekaniska anslutningen. Detta beror på att stiften/ledningarna passerar genom KRETSKORTET och vanligtvis löds till de övre och nedre lagren. Beroende på applikationen kan detta vara mycket viktigt, särskilt där tillförlitlighet och säkerhet är av största vikt. Om det är enkelt och lätt att använda och har en frekvent användningscykel, kommer genomhålsanslutningen definitivt att ge högre tillförlitlighet, och risken för skador på enheten kommer att minska med tiden. En annan stor fördel med genomhålskomponenter är att den lättare kan undersökas och omarbetas för prototyper eller reparation.
Å andra sidan kan ytmonteringskontakter avsevärt spara utrymme på kretskortet (eftersom komponenten bara löds till ett lager), och beroende på applikationen kan den också spara tillverknings- och monteringskostnader. Många anslutningar har justeringsstolpar, men kräver inte lödning. På samma sätt kan ytmonteringskontakter ofta innehålla högre antal stift, vilket i sin tur kan hjälpa till att packa in fler signaler i ett mindre område och spara värdefullt brädutrymme, se figur 1.
Bild 1: Genomslagshål (vänster) och ytmontering (höger) anslutningar på KRETSKORT
Eftersom spara kretskort utrymme och optimera densitet / volym är vanliga drivkrafter för produktutveckling, många mönster inkluderar flera styva eller flexibla sammankopplade kretskort. Den här metoden sparar inte bara brädutrymme, utan sparar också mer kostnader. Om en design till exempel innehåller en BGA-processor (256-stifts bollrutnätsmatris) som kräver mer än 10 lager (vilket avsevärt ökar tillverkningskostnaden för KRETSKORT), men den måste interagera med många kringutrustnings-/anslutningsanslutningar (kanske bara kräver två layer- eller fyraskikts) anslutningsgränssnitt, Sättet att spara utrymme och kostnad är att dela upp dem i två PCB: ett mindre inbäddat PCB med mer än 10 lager och ett annat sekundärt PCB med bara fyra lager och de flesta kringutrustningskomponenter (till exempel anslutningar). I allmänhet används en högdensitet, hög-pin-count board-to-board-anslutning för att montera "MCU PCB" på "backplane PCB".
Om saker som bildskärmar och knappar kräver många satellit-PCB kan flexibla anslutningar användas. Ofta kallad flexkabel är detta vanligt i LCD- och motoranslutningar, och bidrar vanligtvis till att minska böjradien (vilket hjälper till att göra strukturen kompakt och liten) och den fysiska stressen i samband med monteringen. Den flexibla anslutningen kan vara en separat kabel som sätts in i kontakten, eller så kan den göras direkt med ett PCB. Bild 2 visar ett kameraobjektiv med många (ej pluggbara) flexibla kabelanslutningar, medan figur 3 visar skillnaden mellan ett "styvt flexibelt" kretskort med integrerade flexibla kablar. Även om det ibland är svårt att designa och tilldela leverantörer, kan användningen av rigid-flex-teknik i hög grad bidra till att spara produktionskostnader och göra designen mer tillförlitlig och stramare. Eftersom de två PCB:erna inte kan separeras fysiskt från varandra kan det dock vara svårare att montera en styv-flexibel kombination.
Bild 2: Kameralinsenhet med flexibel kabel
Figur 3: Styvflexibel mönsterkortsteknik
Tänk på kopplingens tillämpning
Samtidigt som vi tar kabelanslutningen som tema, låt oss snabbt lösa några andra viktiga problem att tänka på. Ett tema är användarvänlighet, och ett perfekt exempel är den vanliga USB-porten.
Under årens lopp har USB-kontakter förbättrats på olika sätt, inklusive strömkapacitet, signaltäthet och reversibla icke-riktade anslutningar med USB-C. Tvärtom hjälper en kontakt med piltangenter som bara tillåter enkelriktad (till exempel en klassisk USB 2.0-kontakt) att vägleda användare och förhindra anslutningsfel. Låsanslutningar ger vanligtvis bättre mekaniskt stöd och kan kräva roterande pluggar (BNC-kontakter) eller kompressionsklackar (RJ-45-nätverkskablar). I grund och botten, om anslutningen behöver återanvändas, bör användarvänlighet naturligtvis vara högsta prioritet för användare.
Vissa applikationer kräver snabba, känsliga anslutningar över längre avstånd, vilket leder oss att använda optiska fibrer. Det finns tre huvudtyper av optiska fiberanslutningar: enläges- och multiläges- och plastoptisk fiber (POF). Multimode-anslutningar tillåter högre bandbredder, men på grund av deras höga spridnings- och dämpningshastigheter lider de vanligtvis förluster i långdistansapplikationer, vilket gör dem idealiska för korta LAN-baserade anslutningar. Enkelläge fungerar långt över längre avstånd, vilket gör det idealiskt för applikationer som RF-bredband (ditt lokala kabelföretag). Dessutom är parallella databussar via anslutningar som PERIPHERAL Component Interconnect (PCI) i allmänhet mycket snabbare än seriella anslutningar som USB (även om USB-C också tillåter parallella anslutningar). Programmets hastighet och prestanda avgör hur dessa sammanlänkningar ska definieras.
För vissa tillämpningar, som flyg och militär, kan hårda arbetsvillkor i slutändan leda till ökad efterfrågan. Vissa kontakter har särskilt skydd mot elektromagnetisk interferens (EMI), elektrostatisk urladdning (ESD), vibrationer och/eller fukt. För designers är ett gemensamt beslut om kontakten ska skyddas. Skärmade kontakter (täckta av vissa ledande metaller och kan innehålla EMI-packningar) kan ge en högre skyddsnivå mot skadlig strålning och lokaliserade magnetfält, men är i allmänhet mer skrymmande eller dyra än icke-skärmade alternativ. Kontakter med skal och motsvarande stift kan jordas för att hjälpa ESD som introduceras av mänsklig beröring eller andra lokala tillfälliga källor. Vissa kontakter innehåller till och med stötdämpande kontakter för att hantera applikationer med hög effekt och hög tillförlitlighet. Slutligen inkluderar anslutningar som måste skyddas mot yttre fukt ofta (eller tillåter användning av) tätningar. Figur 4 visar alla dessa fyra variationer i gemensamma förbindelser.
Bild 4 :(LR) Skärmat likströmsuttag, skärmat/jordat RJ-45-uttag, vibrationsbeständig board-to-board-kontakt och vattentät USB-kontakt
För applikationer med hög belastning kan valet av en kontakt med den största ström- eller spänningsklassningen också påskynda designprocessen. Vissa kontakter innehåller blandade signalstift för att stödja data och strömanslutningar. I allmänhet har strömstiften större strömkapacitet och kan vara tjockare, vilket hjälper till att förhindra användning av två separata ström- och datakontakter /kablar.
Ac-spänningstillämpningar kan också driva valet av kontakter och kräva minsta mellanrum eller avstånd mellan varje stift (beroende på maximal spänning). Detta hjälper till att förhindra bågning, vilket kan vara skadligt för systemet och operatören. Kontakten listar alltid den nominella strömmen. Det är viktigt att följa dessa specifikationer när du utformar och säkerställer en god marginal.
Slutligen är ibland den bästa (och billigaste) lösningen att exponera kontakten och helt enkelt använda de exponerade kopparkuddarna för det fjäderbelastade gränssnittet. Samtidigt som det ger en mindre formfaktor kan det bidra till att minska komponentkostnaderna och möjliggöra enklare identifiering (baserat på flexibiliteten i PCB-platsen). Programmerings- eller testgränssnitt är ett av de vanligaste applikationerna. Inbäddade mönster inkluderar vanligtvis felsöknings- eller programmeringsportar, men om anslutningar vanligtvis inte används (endast för produktion eller service, varför använda anslutningar)? Kablar som Tag-Connect (som visas i figur 5) Teknik kan ge en lösning med en mindre formfaktor och lägre kostnad. Även om den vanligtvis bara används som testpunkter bör pad-matrisen också övervägas för pogo-pin-baserade anslutningar.
Bild 5: Tag-Connects Pogo-stifts kabelteknik
MÖNSTERKORTsdesignpaket kan hjälpa
Numera har många CAD-program 3D-visualisering och mekanisk filimport / exportstöd. Ett exempel är Solidworks Electrical (SWE). Traditionellt ett CAD-program för mekanisk design, det finns elektriska kit för Solidworks som enkelt kan integreras med schematiskt definierade PCB och tillhörande anslutningar. Designers fördelar inkluderar elektriska designverktyg som kan hjälpa till att definiera sammankopplingar och generera kabelspecifikationer, kopplingsscheman och till och med filer som kan användas i andra PCB-designprogram för att hjälpa till med netlister, samtidigt som de ger fullständig visualisering av systemsammanlänkningar. Även om många PCB-designprogram innehåller 3D-visualiseringsfunktioner, tillåter vissa program filutbyte för att definiera MÖNSTERKORTsformer (via 2D-filer) och importera komponentförpackningar (via 3D-filer), vilket i hög grad kan hjälpa till att kontrollera störningar och optimera kopplingarnas position.
Sammanfattningsvis
Utformningen av MÖNSTERKORTsanslutningen beror helt på applikationen, vanligtvis från användarkrav, med tanke på designkraven och att avgöra om några speciella funktioner behövs. Det som ofta glöms bort är att tillverkningskraven också måste beaktas för att säkerställa att den kan tillverkas och monteras med rimlig enkelhet och kostnad.
MÖNSTERKORTsdesignsatser av olika former och storlekar innehåller mekaniska funktioner som avsevärt kan bidra till att minska risken för design iterationer och optimera kopplings placering.
