Przewodnik wyboru dystansów i podkładek PCB

Element dystansowy PCB to niewielki element, zazwyczaj gwintowany, który utrzymuje płytkę drukowaną na powierzchni lub innej płytce, zapewniając wsparcie mechaniczne, odstęp, a często także połączenie elektryczne z masą. Jest to jeden z najczęściej pomijanych elementów w projekcie, a nieodpowiedni materiał, gwint lub typ powodują zwarcia, luzy na płytkach i problemy z montażem. Ten poradnik wyjaśnia różnicę między elementem dystansowym PCB a elementem dystansowym, jak dobrać materiał i gwint, główne typy i konfiguracje oraz jak zaprojektować otwór montażowy, aby element działał niezawodnie.

Dystanse a podkładki dystansowe: jaka jest różnica?

Te dwa terminy są często używane luźno, ale opisują różne części, a rozróżnienie to ma znaczenie przy określaniu sprzętu.

• Pat Zazwyczaj jest gwintowany, wewnętrznie, zewnętrznie lub na oba sposoby, więc śruba lub inny element dystansowy jest do niego mocowany bezpośrednio. Oddziela on części i stanowi punkt mocowania.
• Przekładka to bezgwintowana tuleja lub rura. Śruba przechodzi przez nią do gwintowanego otworu lub nakrętki po przeciwległej stronie; przekładka jedynie ustala szczelinę.

W praktyce gwintowany element dystansowy zapewnia czystszy i bezpieczniejszy montaż, ponieważ stanowi własny punkt mocowania, podczas gdy dystans jest prostszy i tańszy, gdy mocowanie zapewnia już długa śruba przelotowa. Wybierz na podstawie sposobu łączenia elementów, a następnie dobierz odpowiedni materiał i gwint.

Materiały i kiedy każdego z nich używać

Materiał ma największe znaczenie, ponieważ decyduje o tym, czy element dystansowy izoluje, czy przewodzi, jak jest wytrzymały i jak radzi sobie z ciepłem. Tabela podsumowuje popularne opcje.

Prosta zasada

Jeśli dystans znajduje się w pobliżu ścieżek lub padów i nie chcesz mieć połączenia elektrycznego, użyj nylonu – standardowego materiału izolacyjnego, który zapobiega przypadkowym zwarciom. Metalowy dystans należy stosować, gdy chcesz uziemić płytkę do obudowy, odprowadzić ciepło lub przejąć obciążenie mechaniczne. Mosiądz jest powszechnym wyborem materiałów przewodzących; aluminium zapewnia ścieżkę termiczną; stal i stal nierdzewna zapewniają wytrzymałość i trwałość. W przypadku płytek o wysokich wymaganiach termicznych, przewodzące dystanse są częścią szerszej strategii zarządzania ciepłem, która obejmuje również podłoże, jak w przypadku montażu z metalowym rdzeniem.

Rozmiary i standardy gwintów

Gwint musi pasować do śruby i ewentualnego elementu dystansowego, dlatego warto dokładnie go dopasować.

M3 to rozsądny standard dla większości płyt: powszechnie dostępny, wystarczająco wytrzymały do ​​typowych obciążeń i kompatybilny z szeroką gamą śrub i dystansów. W przypadku małych lub ciasnych płyt należy wybrać M2 lub M2.5, a w przypadku ciężkich zestawów – M4 lub M5. Jeśli w projekcie obowiązują standardy imperialne, odpowiednikami będą #4-40 i #6-32. Niezależnie od wybranego rozmiaru, należy zachować spójność w całym zestawie, tak aby jeden śrubokręt i jeden rozmiar śruby wystarczały na cały montaż.

Typy i konfiguracje

Oprócz materiału i gwintu, dystanse mogą mieć różne kształty i konfiguracje zakończeń.

Kształt i końce

• Korpus sześciokątny kontra okrągły: korpusy sześciokątne pozwalają na użycie klucza w celu dokręcenia; korpusy okrągłe mają niższy profil.
• Mężczyzna-kobieta: gwintowany trzpień na jednym końcu, gwintowany otwór na drugim, idealne do układania w stosy.
• Kobieta-kobieta:otwory gwintowane na obu końcach, mocowane śrubami z każdej strony.
• Męsko-męski:szpilki na obu końcach, mocowane nakrętkami.

Style montażu

• Zatrzaskowe / wciskane elementy dystansowe montuje się w otworach bez użycia narzędzi, co jest powszechne w przypadku szybkiego montażu.
• Samozaciskanie elementy dystansowe są trwale wciskane w płytę lub podwozie, w celu zamocowania łącznika.
• Zamykający elementy są odporne na poluzowanie pod wpływem wibracji.
• Dystanse do montażu powierzchniowego (SMT) są umieszczane i ponownie lutowane wraz z innymi elementami montowanymi powierzchniowo, dzięki czemu elementy montażowe są dodawane podczas Montaż PCB a nie jako oddzielny krok.

Dopasuj konfigurację do sposobu układania płytek i konstrukcji produktu. Tuleje dystansowe typu męsko-żeńskie to podstawa w przypadku układania płytek w stosy; tuleje zatrzaskowe i SMT redukują ręczny nakład pracy, co jest szczególnie istotne przy montażu dużych ilości płytek PCB.

Projektowanie otworu montażowego

Dystans działa tylko wtedy, gdy otwór montażowy płytki jest do tego przeznaczony. Kilka szczegółów ma znaczenie.

Rozmiar, prześwit i miejsce do przechowywania

Otwór musi być dopasowany do śruby lub kołka z odpowiednim luzem, a miedziana i miedziana strefa ochronna wokół niego zapobiega zwarciu lub zmiażdżeniu sąsiednich części przez łeb śruby, podkładkę lub tuleję dystansową. Pozostawienie odpowiedniej strefy ochronnej jest częstym niedopatrzeniem i jest dokładnie tym, na co zwraca uwagę kontrola DFM przed rozpoczęciem produkcji.

Otwory platerowane i nieplaterowane

Ten wybór wiąże się bezpośrednio z uziemieniem. Metalizowany otwór montażowy połączony z płaszczyzną uziemienia, używany z metalowym dystansem i śrubą, łączy płytkę z obudową, zapewniając uziemienie i kontrolę EMI. Niemetalizowany otwór izoluje elektrycznie mocowanie, co jest przydatne w przypadku stosowania elementów nylonowych lub gdy mocowanie musi być ruchome. Określ rolę elektryczną każdego punktu montażowego, a następnie określ otwór, pamiętając, że metalizacja i jakość otworu zależą od jakości produkcji płytki PCB.

Wysokość odstępu i odstęp między płytami

Wysokość dystansu określa odstęp między płytką a elementem, do którego jest przymocowana. Odpowiedni dobór dystansu zapewnia odpowiednią przestrzeń dla podzespołów i przepływ powietrza, nie marnując przestrzeni.

Co wysokość musi wyczyścić

• Najwyższe elementy znajdują się na spodzie płytki.
• Wszelkie wystające złącza, radiatory lub elementy sprzętowe.
• Miejsce na przepływ powietrza, którym ciepło musi uciec.

Zmierz najwyższy element, który musi być widoczny, dodaj margines i wybierz co najmniej tak wysoki element dystansowy. W przypadku płytek ułożonych jeden na drugim, wysokość określa również odstęp między płytkami w stosie, co wpływa na dopasowanie złączy i chłodzenie – szczegół montażowy warty potwierdzenia podczas montażu płytki PCB. W przypadku, gdy problemem jest ciepło, duży odstęp uzupełnia podłoże wrażliwe na temperaturę, takie jak konstrukcja z rdzeniem metalowym.

Montaż, moment dokręcania i podkładki

Nawet dobry sprzęt zawodzi, jeśli jest źle zmontowany. Kilka praktycznych wskazówek pomaga zachować solidność połączenia.

• Ustaw odpowiedni moment obrotowy. Nadmierne dokręcanie, zwłaszcza w przypadku nylonu lub cienkich płyt, powoduje zerwanie gwintów lub pęknięcie laminatu; zbyt słabe dokręcanie powoduje, że płyta luzuje się pod wpływem wibracji.
• W razie potrzeby użyj podkładek. Podkładka płaska rozkłada obciążenie, podkładka barkowa lub nylonowa może chronić deskę lub zapewniać izolację.
• Weź pod uwagę wibracje. W przypadku urządzeń narażonych na drgania, elementy blokujące lub zabezpieczenia gwintów utrzymują połączenia śrubowe w dobrym stanie.
• Chroń miedź w pobliżu sprzętu. Upewnij się, że zabezpieczenie i podkładki zapobiegają kontaktowi metalu ze ścieżkami, których nie powinien dotykać.

W przypadku płytek, które przewodzą znaczny prąd lub ciepło, podzespoły mechaniczne oraz strategia ochrony termicznej i uziemienia współdziałają ze sobą, a doświadczenie w produkcji układów elektroniki mocy pomaga w osiągnięciu obu tych parametrów prawidłowo.

Szybka lista kontrolna wyboru

Odpowiedz sobie na poniższe pytania, aby znaleźć właściwą odpowiedź:

• Izolować czy przewodzić? Nylon do izolacji, metal do uziemienia lub przewodzenia ciepła.
• Jaki wątek? M3 domyślnie; mniejszy dla płyt o dużym natężeniu ruchu, większy dla dużych obciążeń.
• Jaka konfiguracja? Męski-żeński do stosów, żeński-żeński lub męski-męski, zależnie od wymagań zapięcia.
• Jak jest zamontowany? Dostępne z gwintem, zatrzaskiem, mocowaniem samozaciskowym lub montażem powierzchniowym, w zależności od potrzeb.
• Czy otwór jest właściwy? Prawidłowy rozmiar, prześwit, zabezpieczenie przed wypadnięciem oraz ocynkowanie lub nieocynkowanie, aby spełnić wymagania elektryczne.

Odstępy są niewielkie, ale dobór odpowiedniego materiału, gwintu, typu i otworu montażowego sprawia, że ​​stanowią one niezawodną mechaniczną i elektryczną podstawę dla płytki. Decyzje dotyczące izolacji i powlekania należy podjąć już na etapie projektowania, a montaż przebiegnie bez zakłóceń. Więcej informacji o Highleap Electronics oraz naszych usługach produkcji i montażu znajdziesz tutaj.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka jest różnica między dystansem a dystansem?

Element dystansowy jest zazwyczaj gwintowany i stanowi własny punkt mocowania, natomiast element dystansowy to bezgwintowana tuleja, przez którą przechodzi śruba, wkręcając ją w gwint lub nakrętkę. Element dystansowy zapewnia bezpieczniejszy montaż; element dystansowy jest prostszy w montażu, gdy stos jest już mocowany długą śrubą przelotową.

Czy powinienem użyć dystansów nylonowych czy metalowych?

Użyj nylonu, gdy element dystansowy znajduje się w pobliżu miedzi i chcesz uniknąć połączenia elektrycznego, ponieważ izoluje i zapobiega zwarciom. Użyj metalu (mosiądzu, aluminium, stali lub stali nierdzewnej), gdy chcesz uziemić płytkę do obudowy, odprowadzać ciepło lub przenosić obciążenie mechaniczne.

Jaki rozmiar gwintu jest najczęściej stosowany w elementach dystansowych PCB?

M3 to najpopularniejszy rozmiar uniwersalny, szeroko dostępny i pasujący do wielu śrub i dystansów. M2 i M2.5 pasują do małych lub ciasnych płyt, M4 i M5 do cięższych zespołów, a #4-40 i #6-32 to popularne odpowiedniki w calach.

Czy otwór montażowy powinien być platerowany czy nie?

Użyj metalizowanego otworu połączonego z płaszczyzną uziemienia za pomocą metalowych elementów, jeśli chcesz uziemić płytkę do obudowy w celu kontroli EMI. Użyj niemetalizowanego otworu, aby odizolować elektrycznie mocowanie, na przykład za pomocą nylonowych elementów lub gdy mocowanie musi być „pływające”.

Jak mocno powinienem dokręcić śrubę dystansową?

Dokręć z odpowiednim momentem obrotowym dla danego materiału i płyty. Zbyt mocne dokręcenie, szczególnie w przypadku nylonu lub cienkich płyt, może spowodować zerwanie gwintów lub pęknięcie laminatu, natomiast zbyt słabe dokręcenie może spowodować poluzowanie się płyty pod wpływem drgań. Użyj podkładek, aby rozłożyć obciążenie i, w razie potrzeby, zapewnić izolację.

Czy dystanse można przylutować do płytki?

Tak. Tuleje dystansowe do montażu powierzchniowego są umieszczane i lutowane metodą topnienia w toku razem z innymi elementami SMT, dzięki czemu elementy montażowe są dodawane podczas montażu, a nie instalowane ręcznie. Zmniejsza to nakład pracy ręcznej i jest przydatne w produkcji wielkoseryjnej.