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      PCB安裝連接器技術概述

      返回列表 來源:燦科盟 瀏覽:- 發布日期:2021-05-18 15:38:01【

      本文將深入研究各種各樣的應用程序,這些應用程序涵蓋了基于連接器的解決方案的可靠性,速度,功率容量和密度的重要性,以及一兩個可以幫助設計人員的工具。


      PCB連接器的三個主要目的是:

      1. PCB互連:兩個PCB之間的剛性(或柔性)連接

      2. PCB電纜連接:外部外圍設備的捆綁式有線連接

      3. PCB編程/調試連接:用于調試或編程的連接器(或測試點陣列),通常用于微控制器或現場可編程門陣列(FPGA)之類的東西


      在這三種PCB連接中,所有形式的連接,形式和功能都將根據應用情況而有所不同。首先,有兩種主要的將連接器安裝到PCB的方法:表面安裝和通孔。當然,有許多種表面貼裝方法,但是出于所有目的和目的,連接器可以通過引腳通孔或引腳焊盤安裝。這將我們帶入設計過程中應考慮的一些最初的權衡。


      設計時要考慮的權衡


      通過通孔安裝連接器會帶來很多好處,但是主要好處通常是加強機械連接。這是因為引腳/引線穿過PCB,通常焊接到頂層和底層。根據應用,這可能非常重要,尤其是在可靠性和安全性至關重要的情況下。如果用戶可以訪問并且看到頻繁的循環,則通孔連接肯定會提供更好的可靠性,并且隨著時間的流逝損壞設備的可能性也較小。通孔元件的另一個主要優點是,它可以更輕松地進行探測和返工,以進行原型制作或維修。


      另一方面,表面貼裝連接器可以極大地節省電路板空間(因為該組件僅焊接到一層),并且根據應用場合,還可以節省制造和組裝成本。許多連接器都有對齊柱,但不需要焊接。同樣,表面貼裝連接器通??梢园ǜ叩囊_數密度,這又可以幫助將更多信號封裝到更小的區域中,并節省寶貴的電路板空間。視覺比較請參見圖 1。



      PCB安裝的連接器圖像

      圖1:PCB上的通孔(左)和表面安裝(右)連接


      由于節省電路板空間和優化密度/體積是產品開發的常見動力,因此許多設計都包含多個剛性或柔性相互連接的電路板。這種方法不僅節省了電路板空間,而且還節省了更多成本。


      例如,如果一個設計包含一個需要10層以上的256引腳球柵陣列(BGA)處理器(這極大地增加了PCB的制造成本),但是卻與許多外圍設備/連接器(可能只需要兩層或四層)接口,節省空間和成本的方法是將它們分成兩塊PCB:一塊較小的嵌入式PCB,具有10層以上的層,而另一塊次級PCB僅具有四層,并且具有大部分外圍組件(例如連接器)。通常以高密度將“ MCU PCB”安裝到“背板PCB”上。


      如果顯示器和按鈕之類的東西需要許多衛星PCB,則可以使用靈活的連接。經常被稱為柔性電纜,在LCD和電機連接中很常見,通常有助于減小彎曲半徑(這有助于使結構緊湊且外形小巧)和與組裝相關的物理應力。柔性連接可以是插入連接器的獨立電纜,也可以直接用PCB制造。


      圖2顯示了包含許多(不可插拔)柔性電纜連接的攝像機鏡頭,圖3展示了集成了柔性電纜的“剛性柔性” PCB的區別。盡管有時難以設計和指定給供應商,但采用剛柔結合技術可以極大地幫助節省生產成本,并使設計更可靠,更緊密。但是,由于無法將兩個PCB彼此物理隔離,因此剛柔結合的組裝可能會更加困難。


      PCB安裝的連接器圖像2

      圖2:帶柔性電纜的攝像機鏡頭組件


      PCB安裝的連接器圖像3

      圖3:剛性-柔性PCB技術


      考慮連接器將應用于的應用程序


      在以電纜連接為主題的同時,讓我們快速解決其他一些要考慮的重要事項。一個主題是易用性,一個完美的例子是標準的USB端口。多年來,USB連接器已通過多種方式進行了改進,包括載流量,信號密度,以及使用USB-C的可逆無方向連接。相反,帶有方向鍵且僅允許單向的連接器(例如經典的USB 2.0連接器)有助于引導用戶并防止連接錯誤。鎖定連接通??商峁└玫臋C械支撐,并且可能需要旋轉插頭(BNC連接器)或壓緊接線片(RJ-45網絡電纜)?;旧?,如果連接器需要重復使用,則易用性當然應該是用戶要求的重中之重。


      一些應用需要更長距離的高速,靈敏連接,這導致我們使用光纖。光纖連接主要有三種類型:單模,多模和塑料光纖(POF)。多模連接允許更高的帶寬,但由于其高的色散和衰減率,通常會在長距離應用中遭受損失,使其成為基于LAN的短連接的理想選擇。單模在更長的距離上表現出色,非常適合諸如RF寬帶(您當地的電纜公司)之類的應用。此外,通過諸如外圍組件互連(PCI)之類的連接進行并行數據總線通常比諸如USB之類的串行連接要快得多(盡管USB-C也允許并行連接)。


      對于某些應用,例如航空航天和軍事,惡劣的工作條件可能最終導致需求的增長。某些連接器具有針對電磁干擾(EMI),靜電放電(ESD),振動和/或濕氣的特殊保護。對于設計人員來說,一個常見的決定是連接器是否應該屏蔽。屏蔽連接器(被某些導電金屬覆蓋,可能包括EMI墊圈)可以提供更高級別的保護,以防止有害輻射和局部磁場,但與非屏蔽替代產品相比,通常更笨重或昂貴。具有外殼和相應引腳的連接器可以接地,以輔助人為觸摸或其他局部瞬變源引入的ESD。一些連接器甚至包含減震觸點,以幫助應對高沖擊和高可靠性的應用。最后,需要保護免受外部濕氣影響的連接通常包含(或允許使用)密封。圖4演示了常見連接中所有這四種變化。



      PCB安裝的連接器圖像4

      圖4:(L –R)屏蔽直流電源插孔,屏蔽/接地RJ-45插孔,抗振板對板連接器和防水USB連接器


      對于高負載應用,選擇具有最大電流或電壓額定值的連接器也可以加快設計過程。一些連接器包含混合信號引腳,以支持數據和電源連接。通常,電源引腳具有更大的電流容量,并且可能更厚一些,有助于防止使用兩個單獨的電源和數據連接器/電纜。


      交流電壓應用還可以驅動連接器的選擇,并要求每個引腳之間的間隙或間距最小(取決于最大電壓)。這有助于防止電弧放電,這可能對系統和操作員都有害。連接器將始終列出額定功率,在設計時要遵循這些規范,同時要保證良好的裕度,這一點很重要。


      最后,有時最好的(也是最便宜的)解決方案是完全設計出連接器,并簡單地將裸露的銅焊盤用于彈簧加載的接口。在提供較小外形尺寸的同時,它可以幫助降低組件成本并允許更容易的探測(基于PCB位置的靈活性)。編程或測試接口是最常見的應用程序之一。嵌入式設計通常包括調試或編程端口,但是,如果通常不使用連接器(僅用于生產或服務,則為什么要在其中使用連接器)?諸如Tag-Connect之類的電纜技術(如圖5所示)可提供一種外形更小,成本更低的解決方案。盡管通常僅用作測試點,但也應考慮將焊盤陣列用于基于pogo-pin的連接。



      PCB安裝的連接器圖像5

      圖5:Tag-Connect的pogo-pin電纜技術


      PCB設計套件可以提供幫助


      如今,許多CAD程序都具有3D可視化和機械文件導入/導出支持。一個示例是Solidworks Electrical(SWE)。傳統上是機械設計CAD程序,但存在用于Solidworks的電氣套件,可輕松與示意性定義的PCB和關聯的連接集成。設計師的好處包括電氣設計工具,可幫助定義互連并產生電纜規格,接線圖,甚至文件,這些文件可在其他PCB設計程序中使用以幫助網表,同時提供系統互連的完整可視化。雖然許多PCB設計程序都包含3D可視化功能,但某些程序允許文件互換性,以幫助定義PCB形狀(通過2D文件)和導入組件封裝(通過3D文件)。


      結論


      PCB連接的設計完全取決于應用程序,通常從用戶要求開始,考慮設計要求,并確定是否需要任何特殊功能。通常被遺忘的是,還必須考慮制造要求,以確保能夠以合理的簡便性和成本來進行制造和組裝。


      各種形狀和尺寸的PCB設計套件都包含與機械相關的功能,這些功能可以顯著幫助降低設計迭代的風險并優化連接器的放置。

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