Штыревые разъемы для печатных плат: руководство по выбору и монтажу.

Разъем для печатной платы, или штыревой разъем, представляет собой ряд (или ряды) проводящих контактов с фиксированным шагом, припаянных к плате для обеспечения точек соединения, мест для перемычек или способа соединения плат друг с другом. На первый взгляд, это кажется тривиальным, но разъем — это коннектор, и выбор неправильного пола, шага, ориентации или способа крепления является распространенной причиной того, что платы не соединяются, выходят из строя механически или не могут быть собраны аккуратно. В этом руководстве объясняется, что такое разъем для печатной платы , какие характеристики его определяют, разница между сквозным и поверхностным монтажом, а также как надежно их размещать и паять.

Что такое штыревой разъем и где он используется?

Штыревой разъем обеспечивает простое и воспроизводимое электрическое соединение с рядом контактов, расположенных с равным шагом. Пластиковая изоляция удерживает контакты на месте и задает расстояние между ними, а сами контакты припаиваются к плате. Штыревые разъемы встречаются практически повсюду:

• Межплатные соединения, соединение разъема на одной плате с гнездом на другой.
• Соединения плата-проводгде кабель с соответствующей оболочкой подключается к разъему.
• Перемычки и конфигурациягде шунт соединяет два контакта для установки опции.
• Порты программирования и отладкинапример, разъемы, используемые для прошивки микроконтроллера.
• Разъемы расширениянапример, разъемы для подключения друг к другу на популярных платах для разработки.

Поскольку заголовок представляет собой интерфейс сопряжения, выбор сводится к тому, к чему он подключается. Определитесь с этим в первую очередь, а затем, естественно, приведите приведенные ниже спецификации.

Технические характеристики, определяющие заголовок

Заголовок полностью описывается несколькими параметрами. Правильная настройка всех этих параметров обеспечивает совместимость и надежность работы двух частей.

Полезная привычка — указывать характеристики разъема и его сопряженного элемента одновременно, подтверждая соответствие шага контактов, количества штифтов, пола и расположения контактов. Большинство проблем с сопряжением возникает из-за смешивания деталей, которые изначально не предназначались для соединения.

Текущий рейтинг: мощность против сигнальных разъемов

Не все разъемы несут одинаковую нагрузку. Разъем, используемый исключительно для передачи сигналов, предъявляет совершенно иные требования, чем разъем, передающий питание, и разница между ними заключается в номинальном токе.

Что определяет текущий рейтинг?

• Размеры контактной поверхности и поперечное сечение штифтов.
• Покрытие, которое влияет на контактное сопротивление и нагрев.
• Сколько соседних контактов одновременно нагружено, что требует снижения номинальной мощности.
• Допустимое повышение температуры, предусмотренное конструкцией.

Для сигналов подойдет стандартный разъем 2.54 мм. Для питания проверьте заявленный производителем номинальный ток на контакт, скорректируйте его с учетом соседних нагруженных контактов и температуры, и либо подключите несколько контактов параллельно, либо используйте отдельный разъем питания при более высоких токах. Прокладка силовых дорожек к разъему питания и от него является частью контроля тока на уровне платы, который проверяется во время сборки печатной платы , и это связано с более широкими решениями по тепловым и токовым параметрам в процессе производства силовой электроники.

Шаг резьбы: почему 2.54 мм является стандартом?

Шаг — это расстояние между центрами штифтов, и это первое, что нужно правильно настроить, потому что головка и её парная часть должны иметь точно такое же расстояние.

Типичные высоты тона

• 2.54 мм (0.1 дюйма) Это классический стандарт, соответствующий требованиям ANSI/JEDEC. Он прост в ручном монтаже, надежен и совместим с широким спектром кабелей, разъемов и прототипного оборудования, что делает его стандартом для большинства задач общего назначения.
• 2.00 мм Облегчает размер, оставаясь при этом удобным в обращении.
• 1.27 мм Примерно вдвое увеличивает плотность застройки и широко используется там, где мало места.
• 1.00 мм Более мелкий шаг контактов позволяет разместить наибольшее количество соединений на наименьшей площади, но его сложнее собирать и обрабатывать.

Выберите самый крупный шаг спирали, соответствующий вашему бюджету. Более мелкий шаг обеспечивает большую плотность размещения за счет снижения механической прочности, сложности сборки и иногда доступности подходящих деталей.

Сквозные и поверхностные монтажные разъемы

Способ крепления разъема к плате — это не только электрическое, но и конструктивное решение.

Для разъемов, которые часто подключаются и отключаются, или для разъемов, подверженных механическим нагрузкам, сквозной монтаж обычно является более безопасным выбором, поскольку контакты закреплены через плату. Разъемы для поверхностного монтажа позволяют использовать плату в однопроцессном режиме и освобождают место для трассировки внутренних слоев, но для любых разъемов, подвергающихся многократным подключениям или боковым нагрузкам, следует добавить механическое крепление, например, штырь или прижимную пластину для сквозного монтажа, чтобы нагрузка не приходилась только на паяные соединения. В любом случае, пайка происходит во время сборки печатной платы, и способ монтажа определяет, какой процесс используется.

Защищенные, поляризованные и экранированные разъемы

Обычный разъем не обеспечивает защиты от неправильного подключения. Несколько вариантов обеспечивают такую ​​защиту.

• Заголовки в закрытой (прямоугольной) рамке Окружите контакты пластиковой оболочкой, защищая их и направляя ответный разъем.
• Заголовки с ключами Добавьте прорезь или выемку, чтобы ответная часть вставлялась только одним способом, предотвращая обратное соединение.
• Поляризованные макеты Для обеспечения правильной ориентации используйте заблокированный штифт или асимметричный элемент.

Для любых соединений, где неправильное подключение штекера может повредить плату, порт программирования, вход питания, шлейф, выбирайте защищенный и снабженный ключом разъем. Небольшие дополнительные затраты обойдутся гораздо дешевле, чем поломка в полевых условиях из-за неправильного подключения.

Укладка «доска-доска»

Разъемы — распространенный способ сборки плат, при котором штыревой разъем на одной плате соединяется с гнездовым разъемом на другой, образуя компактную, разборную сборку. Ключевыми параметрами являются высота сборки (определяемая геометрией разъема и гнезда), выравнивание и механическая поддержка.

Многослойная компоновка плат создает изгибающие и вибрационные нагрузки на разъемы, поэтому механическая поддержка, например, стойки или рама, снимает нагрузку с контактов. Там, где многослойная конструкция была бы высокой, хрупкой или подверженной постоянным перемещениям, гибкое соединение иногда является лучшим решением: жестко -гибкая конструкция может полностью заменить межплатные разъемы интегрированным гибким элементом, устраняя сопряженный интерфейс, который может ослабнуть или износиться. Выбор между использованием многослойных разъемов или интегрированного гибкого соединения — это компромисс между модульностью и надежностью.

Габариты и механическая конструкция

Разъём с разъёмом работает только в том случае, если его габариты соответствуют размерам детали, а плата выдерживает нагрузку.

Правильная схема землепользования

Используйте рекомендованные производителем размеры контактной площадки. Для сквозных разъемов диаметр отверстия должен соответствовать размеру штифта с правильным зазором: он не должен быть слишком малым, чтобы штифт не встал на место, и не слишком свободным, чтобы соединение было слабым. Кольцевая опора должна быть достаточной. Для разъемов поверхностного монтажа размер контактной площадки и площадь контакта должны соответствовать размеру детали и оставлять место для установки и осмотра. Неправильный размер отверстия или контактной площадки часто является причиной того, что разъемы не подходят или плохо паяются, и именно такие ошибки выявляет проверка DFM до начала изготовления.

Механическая прочность

Разъемы воспринимают механические нагрузки, поэтому размещайте их там, где плата имеет опору, избегайте зон изгиба и добавляйте монтажные отверстия или стойки рядом с разъемами, несущими нагрузку. При большом количестве контактов или интенсивном использовании сквозные отверстия с покрытием обеспечивают наиболее прочное механическое соединение, поэтому разъемы со сквозным отверстием остаются популярными. Качество отверстий и покрытия само по себе зависит от качества изготовления печатной платы , поэтому технологический процесс и выбор разъема работают в тесной взаимосвязи.

Примечания по пайке и сборке

Способ крепления определяет способ пайки разъема, а несколько практических моментов обеспечивают надежность соединений.

• Сквозные коллекторы Они припаиваются волновой, селективной или ручной пайкой, часто после оплавления компонентов поверхностного монтажа. Выводы закрепляются через плату, обеспечивая прочные соединения, подходящие для многократного сопряжения.
• Разъемы для поверхностного монтажа Они оплавляются вместе с остальной частью сборки SMT. Поскольку соединение находится только на поверхности, механическое крепление имеет важное значение для любого разъема, который будет подвергаться нагрузкам.
• Смешанные доски При работе как с компонентами для поверхностного монтажа, так и с компонентами для сквозного монтажа сначала выполняется процесс поверхностного монтажа, а затем добавляются разъемы для сквозного монтажа — стандартный гибридный процесс.

Указав сборщику, какие разъемы предназначены для сквозного монтажа, а какие — для поверхностного, вы сможете правильно спланировать технологический процесс, что особенно важно при больших объемах производства. Предприятие, предлагающее крупносерийную сборку печатных плат с использованием как пайки оплавлением, так и селективной или волновой пайки, может изготавливать платы смешанного типа чисто и воспроизводимо.

Укажите все параметры разъема, подберите к нему подходящий контакт, обеспечьте правильную посадочную площадь и механическую поддержку, а также выберите подходящий процесс пайки. Это превратит обычный компонент в надежное соединение. Вы можете узнать больше о компании Highleap Electronics и о том, как мы работаем со смешанными типами монтажа: сквозной и поверхностный монтаж.

Часто задаваемые вопросы

Какой наиболее распространенный шаг контактов у штыревого разъема?

Шаг 2.54 мм (0.1 дюйма) является наиболее распространенным и фактически стандартным. Его легко паять вручную, и он используется в огромном количестве кабелей, разъемов и прототипного оборудования. Более мелкие шаги, такие как 2.00, 1.27 и 1.00 мм, экономят место, но с ними сложнее работать.

Следует ли использовать клеммы для сквозного монтажа или для поверхностного монтажа?

Для разъемов, которые часто подключаются или подвергаются механической нагрузке, используйте сквозные отверстия, поскольку контакты крепятся к плате для обеспечения прочности. Разъемы для поверхностного монтажа экономят место и позволяют использовать однопроцессную схему платы, но если разъем будет подвергаться нагрузке, необходимо добавить механическое крепление.

Как предотвратить неправильное подключение разъема?

Используйте разъем с защитным кожухом и пазом. Кожух защищает и направляет контакты, а паз (выемка или выемка) позволяет соединению происходить только одним способом. Это настоятельно рекомендуется для входов питания, портов программирования и ленточных кабелей.

Какой размер отверстия следует использовать для сквозного монтажного разъема?

Следуйте рекомендациям производителя по расположению контактных площадок. Отверстие должно соответствовать диаметру штифта с достаточным зазором и адекватным кольцевым зазором, не слишком тугим для посадки и не слишком свободным для прочного соединения. Перед изготовлением необходимо провести проверку DFM (проектирование для производства) для подтверждения правильности расположения отверстий.

Можно ли установить две платы с выступающими кромками друг на друга?

Да. Соедините штыревой разъем на одной плате с гнездовым разъемом на другой и установите высоту стека в соответствии с выбранной геометрией. Механически поддержите стек с помощью стоек или рамы, чтобы вибрация и изгиб не создавали нагрузку на контакты. В сложных случаях разъемы можно заменить жестко-гибким соединительным элементом.

Одинаковы ли способы пайки SMD-компонентов и сквозных выводов?

Нет. Разъемы для поверхностного монтажа припаиваются вместе с другими компонентами для поверхностного монтажа, в то время как разъемы для сквозного монтажа припаиваются волновым методом, селективным или ручным способом, обычно после оплавления. На печатной плате смешанного типа сначала выполняется процесс поверхностного монтажа, а затем добавляются разъемы для сквозного монтажа.

Какой ток может пропускать штыревой разъем?

Это зависит от размера контактов, покрытия, количества подключенных соседних выводов и допустимого повышения температуры, поэтому проверьте заявленные производителем характеристики на один вывод и уменьшите номинальную мощность в зависимости от реальных условий. Стандартные разъемы 2.54 мм подходят для сигналов; для питания используйте параллельное подключение нескольких выводов или специальный разъем питания, а также выбирайте соответствующий размер дорожек питания при изготовлении печатной платы.