Board-to-board-stik: Typer, specifikationer og hvordan man vælger et

Et board-to-board-stik ligner en triviel linje på styklisten, men det er en af ​​de mest almindelige kilder til feltfejl i stablet elektronik: intermitterende kontakter, revnede loddeforbindelser og stik, der ikke passer sammen, når kabinettet er lukket. Årsagen er, at et stik er en mekanisk del, der udfører et elektrisk job, og de to krav trækker mod hinanden. Denne guide går i dybden med stikfamilierne, de specifikationer, der reelt styrer valget, signalintegritet og mekaniske regler for fine-pitch- og high-speed-designs, og de samlingsdetaljer, der afgør, om et stablet board-produkt overlever i felten - inklusive de tilfælde, hvor det klogeste træk er at fjerne stikket helt.

Punkterne nedenfor stammer fra, hvad vores montageingeniører hos Highleap Electronics kontrollerer, når et design stabler to eller flere printkort sammen med printkortstik.

1. Hvad er et printkort-til-printkort-stik? Typer og anvendelser

Et printkort-til-printkort-stik skaber en elektrisk og mekanisk forbindelse mellem to printkort uden et mellemliggende kabel. Det ene printkort bærer headeren (pinsiden), det andet fatningen (socketsiden), og når de parres, justeres snesevis eller hundredvis af kontakter på én gang. Den valgte serie afhænger primært af, hvordan de to printkort er orienteret i forhold til hinanden.

Mezzanin-stik (parallelle/stablende)

Et mezzaninstik stabler to printkort parallelt med hinanden, adskilt af stikkets stakhøjde. Dette er den mest effektive løsning til kompakte produkter – datterkort, RF- og sensormoduler og sandwich-enheder – hvor lodret plads er billigere end printkortareal. Stakhøjden er en definerende parameter, fordi den angiver den præcise afstand mellem printkortene.

Retvinklede, kant- og kortkantstile

Et retvinklet stik forbinder to bundkort i en vinkel på 90°, hvilket er almindeligt, når et datterkort sættes vinkelret i et bundkort. Kortkantstik går videre med dette ved at bruge guldfingerkontakter ætset på selve bundkortets kant, hvilket eliminerer den ene stikhalvdel og dens omkostninger.

Kabel-til-kort og ledning-til-kort fætre

Nært beslægtede er kabel-til-kort- og ledning-til-kort-stik, som afslutter et kabel eller en ledning i stedet for at parres med et andet printkort. De løser et andet problem - at forbinde et printkort til noget, der bevæger sig eller sidder et andet sted i kabinettet - og mindre versioner som et 4-bens printkortstik findes overalt i forbruger- og industriel hardware. Udvælgelseslogikken (pitch, strøm, fastholdelse, parringscyklusser) er identisk, selvom den ene side er en ledning, hvilket er grunden til, at printkort-til-kort-stik og kabel-til-kort-dele ofte specificeres fra den samme familie.

2. Specifikationer for printkort-til-printkort-stik

Et datablad for stik viser snesevis af parametre, men en håndfuld gør det virkelige arbejde med at indsnævre valget.

Pitch er en handel mellem plads og robusthed

Afstanden — afstanden mellem kontakternes center og center — går fra grove 2.54 mm ned til fine 0.4 mm. En finere afstand pakker flere kontakter på mindre område, hvilket er grunden til, at telefoner og wearables bruger den, men den tolererer mindre forkert justering, beskadiges lettere ved forkert håndtering og kræver en strammere placering under samling. Vælg den groveste afstand, som din plads tillader, ikke den fineste, du kan finde.

Strøm, derating og kontaktmodstand

Hver kontakt har en strømstyrke, men dette tal angives normalt ved en angivet temperaturstigning og for en enkelt kontakt isoleret. For en strømskinne er standardpraksis at parallelforbinde flere kontakter og nedgradere belastningen, når den omgivende temperatur stiger, fordi strømstyrken er til for at begrænse selvopvarmning. Lav og stabil kontaktmodstand - et par milliohm, holdt fast af guld-over-nikkel-belægningen - er det, der holder opvarmningen i skak og forhindrer det spændingsfald, der plager slidte eller kontaminerede kontakter.

3. Signalintegritet og mekanisk design

Et stik findes hvor mekanik og elektronik mødes, så to meget forskellige behov skal opfyldes på én gang.

Justering, flydende værdi, tolerance og nøglefunktion

To printkort, der er forbundet med et stik, skal flugte inden for stikkets forkert justeringstolerance , som en del med fin pitch kan angive som en brøkdel af en millimeter; nogle serier tilføjer flydende eller selvjusterende gennemføringer for at absorbere variationer mellem printkort. Dette budget skal overholdes af dine printkortdimensioner, monteringshuller og afstandsstykker - ikke kun stikket. Polarisering og kodering forhindrer en operatør i at forbinde stikket forskudt eller omvendt, og en blindmontering, der ikke kan ses, mens kabinettet lukker, bør favorisere en tilgivende tolerance og tydelige gennemføringsfaser.

Højhastighedssignaler gør stikket til en del af kanalen

For højhastigheds digital eller RF er stikket en del af transmissionslinjen. Når kanthastighederne bliver hurtige nok, bliver et almindeligt stik en impedansdiskontinuitet, der reflekterer energi, øger krydstale og udstråler. Højhastighedsdesign bruger impedansstyrede stik med definerede jordreturer og et tilstrækkeligt jord-til-signal-kontaktforhold, og afslutningen fra printkortet ind i stikket skal opretholde kontrolleret impedans over hele overgangen. Hvis dette ignoreres, bliver et rent printkortlayout til et marginalt link lige ved stikket.

4. Montering, pålidelighed og alternativer af printkort-til-print-stik

De fleste problemer med board-to-board-stik er ikke stikkets skyld – de er problemer med samling og mekanisk design, som stikket blot afslører.

Koplanaritet, fastholdelse og omarbejdning

De fleste board-to-board-stik er overflademonterede med mange fine ledninger, der alle skal røre deres kontaktflader. Et stik, der er let skævt, eller et printkort, der ikke er fladt, efterlader ledningerne væk fra kontaktfladerne og skaber åbninger - hvilket er grunden til, at placeringsnøjagtighed og reflow-kontrol er så vigtige under SMT-samling , og hvorfor koplanaritet verificeres ved inspektion. Mekanisk belastning fra stik, vibrationer og printkortbøjning føder ind i loddeforbindelserne, så stik med printkortlåse, fastholdelsespunkter eller gennemgående forankringsposter overlever langt længere end dem, der kun holdes af deres signalkontaktflader. Match parringscyklusklassificeringen med, hvor ofte produktet åbnes, og hold kontakterne rene - fluxrester eller snavs øger modstanden og forårsager intermitterende forstyrrelser.

Når en forbindelse ikke er det rigtige svar

Nogle gange er den mest pålidelige forbindelse slet ikke at have et stik. Hvis to printkort aldrig behøver at blive adskilt, tilføjer et stik omkostninger, højde og et fejlpunkt uden nogen fordel. Det almindelige alternativ er et rigid-flex eller flex-kredsløb, der gør de to stive sektioner til et kontinuerligt printkort, der er forbundet af en fleksibel sektion, hvilket eliminerer parringsgrænsefladen, dens kontaktmodstand og dens slid på loddeforbindelsen - se vores oversigt over fleksible og rigid-flex printkort . Til korte, faste forbindelser mellem tilstødende printkort tillader kreneleret kantbelægning et printkort at lodde direkte på et andet som et modul. Til kompakte, vibrationstruede eller meget pålidelige produkter betaler disse alternativer sig ofte selv.

5. Stik og stablet printkortsamling hos Highleap

Stablede og konnektoriserede printkort er rutine for os, og fejltilstandene er forudsigelige - hvilket betyder, at de kan forebygges. Når vi samler et printkort med fine-pitch printkort-til-print-stik, holder vi placeringsnøjagtigheden og reflow-profilen, så hver ledning lander på sin pad, verificerer koplanaritet ved inspektion og markerer stik, der kun er afhængige af signalpads for fastholdelse, så de kan forankres korrekt. Hvor et design stabler printkort, bekræfter vi også, at den valgte stakhøjde og den mekaniske hardware faktisk stemmer overens før den første konstruktion.

Hvis dit produkt forbinder to eller flere printkort – med stik, krenelering eller rigid-flex – så send designet, så gennemgår vi monterings- og mekaniske risici og bygger det derefter, så forbindelsen kan modstå håndtering, vibrationer og brug i felten. For designs, hvor et stik er for dyrt, kan vi i stedet fremstille det rigid-flex-alternativ.

Gennemgå mit stablede brætdesign

6. Ofte stillede spørgsmål om printkort-til-printkort-stik

Hvad er et board-to-board-stik?

Det er et stik, der forbinder to printkort direkte uden kabel ved at forbinde en header på det ene kort med en stikkontakt på det andet. Det bruges til at stable eller forbinde kort i kompakte produkter og er primært defineret af dets pitch, stakhøjde og strømstyrke.

Hvad er forskellen på et board-to-board-stik og et kabel-to-board-stik?

Et printkort-til-print-stik forbindes med et andet printkort; et kabel-til-print-stik afslutter et kabel eller en ledning, der løber et andet sted i produktet. Udvælgelseskriterierne - pitch, strøm, retention, parringscyklusser - er de samme, men den ene side er et printkort og den anden er et kabel.

Hvad er stakhøjden i en mezzanin-forbindelse?

Stakhøjden er afstanden mellem de to parallelle printkort, når de er parret, og den bestemmes af det valgte header-og-stik-par. Den skal passe til din mekaniske opbygning, så den vælges sammen med afstandsstykker og kabinetdimensioner, ikke isoleret set.

Hvordan vælger jeg den rigtige tonehøjde?

Vælg den groveste afstand, som din tilgængelige plads tillader. Finere afstande (ned til 0.4 mm) pakker flere kontakter på mindre område, men tolererer mindre skævhed, er lettere at beskadige og kræver strammere monteringskontrol; grovere afstande er mere robuste.

Hvor meget strøm kan et board-to-board-stik føre?

Hver kontakt har en klassificering angivet ved en angivet temperaturstigning, typisk for en enkelt kontakt. For effektskinner, parallelforbind flere kontakter og lad dem ned, når temperaturen stiger, i stedet for at stole på én pin til at bære en skinne med flere ampere.

Hvorfor svigter board-to-board-stik ved loddeforbindelserne?

De er normalt overflademonterede med mange fine ledninger, så et skævt stik eller et ikke-fladt printkort efterlader ledningerne uden for deres pads, og mekanisk belastning fra parring, vibrationer og bøjning revner samlingerne. At vælge stik med fastholdelsesfunktioner og holde printkortet fladt under samlingen forhindrer de fleste fejl.

Hvornår skal jeg bruge rigid-flex i stedet for en konnektor?

Når de to printkort aldrig behøver at blive adskilt. Et stift-fleksibelt kredsløb gør dem til ét sammenhængende printkort, der er forbundet af en fleksibel sektion, hvilket fjerner stikkets kontaktmodstand, slid på forbindelsen og fejl i loddeforbindelsen – værdifuldt i kompakte, vibrationstruede eller meget pålidelige produkter.