Руководство по выбору стоек и распорок для печатных плат

Стойка для печатной платы — это небольшой столбик, обычно с резьбой, который удерживает печатную плату над поверхностью или другой платой, обеспечивая механическую поддержку, зазор и часто электрическое соединение с заземлением. Это одна из самых недооцененных частей конструкции, однако неправильный материал, резьба или тип стойки приводят к коротким замыканиям, неплотному креплению платы и проблемам при сборке. В этом руководстве объясняется разница между стойками для печатных плат. Противостояние печатной платы а также проставка, как выбрать материал и резьбу, основные типы и конфигурации, и как спроектировать монтажное отверстие, чтобы крепежные элементы работали надежно.

Противовесы против распорок: в чем разница?

Эти два термина часто используются в широком смысле, но они описывают разные части, и это различие имеет значение при указании характеристик оборудования.

• Противостояние Обычно она имеет внутреннюю, внешнюю или и ту, и другую резьбу, поэтому к ней непосредственно крепится винт или другая стойка. Она одновременно разделяет детали и обеспечивает точку крепления.
• Проставка Это нерезьбовая втулка или трубка. Винт проходит насквозь через нее в резьбовое отверстие или гайку на противоположной стороне; проставка лишь устанавливает зазор.

На практике резьбовая стойка обеспечивает более аккуратный и надежный монтаж, поскольку имеет собственную точку крепления, в то время как проставка проще и дешевле, если длинный сквозной болт уже обеспечивает крепление. Выбирайте в зависимости от способа соединения деталей, а затем подберите материал и резьбу в соответствии с ним.

Материалы и когда использовать каждый из них

Выбор материала является наиболее важным, поскольку от него зависит, будет ли стойка изолировать или проводить тепло, насколько она прочна и как она будет отводить тепло. В таблице приведены наиболее распространенные варианты.

Простое правило

Если стойка расположена рядом с дорожками или контактными площадками, и вам не нужно электрическое соединение, используйте нейлон — изоляционный материал по умолчанию, предотвращающий случайные короткие замыкания. Используйте металлическую стойку, если вам нужно заземлить плату на шасси, отвести тепло или выдержать механическую нагрузку. Латунь — наиболее распространенный проводящий материал; алюминий обеспечивает тепловой путь; сталь и нержавеющая сталь повышают прочность и долговечность. Для плат с высокими теплоотводящими свойствами проводящие стойки являются частью более широкой стратегии управления теплоотводом, которая также включает в себя подложку, как, например, в случае плат с высокими теплоотводящими свойствами. сборка с металлическим сердечником.

Размеры и стандарты резьбы

Резьба должна точно соответствовать винту и любой сопрягаемой стойке, поэтому важно подобрать её идеально.

Для большинства плат наиболее разумным вариантом по умолчанию является винт M3: он широко доступен, достаточно прочен для типичных нагрузок и сочетается с широким ассортиментом винтов и стоек. Для небольших или плотно расположенных плат используйте M2 или M2.5, а для тяжелых сборок — M4 или M5. Если в вашем проекте используется дюймовая система мер, эквивалентами будут винты #4-40 и #6-32. Какой бы размер вы ни выбрали, используйте один и тот же размер винта для всей сборки.

Типы и конфигурации

Помимо материала и резьбы, стойки бывают разных форм и конфигураций концов.

Форма и концы

• Шестигранный против круглого телаШестигранные головки позволяют затянуть винты с помощью гаечного ключа; круглые головки имеют меньший профиль.
• Мужской женский: резьбовой штифт на одном конце, резьбовое отверстие на другом, идеально подходит для штабелирования.
• Женщина-женщинаРезьбовые отверстия на обоих концах, закреплены винтами с каждой стороны.
• Мужчина-мужчина: шпильки на обоих концах, закрепленные гайками.

Способы крепления

• Защелкивающийся / вставляемый Стойки вставляются в отверстие без инструментов, что часто используется для быстрой сборки.
• Самозатягивающийся Стойки вдавливаются намертво в плату или шасси для фиксации крепежа.
• Блокировка Характеристики предотвращают ослабление креплений под воздействием вибрации.
• Стойки для поверхностного монтажа (SMT) Они устанавливаются и припаиваются вместе с другими компонентами поверхностного монтажа, поэтому крепежные элементы добавляются во время процесса. Сборка печатной платы а не в качестве отдельного шага.

Подберите конфигурацию в соответствии с тем, как платы укладываются друг на друга и как собирается изделие. Штырьки типа «папа-мама» — основной элемент для соединения плат; штырьки с защелкой и SMT-штырьки сокращают трудозатраты на ручную сборку, что особенно важно при массовом производстве. сборка печатных плат в больших объемах.

Проектирование монтажного отверстия

Использование монтажной стойки эффективно только в том случае, если монтажное отверстие платы предназначено для её установки. Важны несколько деталей.

Размер, зазор и запрет на вход.

Отверстие должно соответствовать винту или шпильке с достаточным зазором, а зона, предотвращающая замыкание или повреждение расположенных рядом деталей головкой винта, шайбой или корпусом стойки, должна быть защищена от попадания меди и других компонентов. Недостаточная защита от попадания меди и других компонентов — частое упущение, и это именно то, что необходимо учитывать. Обзор DFM флаги перед изготовлением.

Отверстия с покрытием и без покрытия

Этот выбор напрямую связан с заземлением. Металлизированное монтажное отверстие, соединенное с заземляющей плоскостью, используемое с металлической стойкой и винтом, соединяет плату с шасси для заземления и контроля электромагнитных помех. Неметаллизированное отверстие электрически изолирует крепление, что необходимо при использовании нейлоновых крепежных элементов или когда крепление должно быть "плавающим". Определите электрическую роль каждой точки крепления, затем укажите тип отверстия и помните, что качество покрытия и отверстия зависит от... Производство печатных плат качество.

Высота опоры и расстояние между платами

Высота стойки определяет зазор между платой и тем, к чему она крепится. Правильный выбор высоты обеспечивает достаточное пространство для компонентов и циркуляции воздуха без потери полезного объема.

Что должна преодолеть высота

• Самые высокие компоненты расположены на нижней стороне платы.
• Любые выступающие разъемы, радиаторы или другие детали.
• Пространство для циркуляции воздуха в местах, откуда необходимо отводить тепло.

Измерьте самую высокую деталь, которая должна свободно располагаться, добавьте некоторый запас и выберите стойку как минимум такой же высоты. Для многослойных плат высота также определяет расстояние между платами в стопке, что влияет на сопряжение разъемов и охлаждение — деталь сборки, которую стоит уточнить во время сборки печатной платы. Там, где важен нагрев, достаточное расстояние дополняет теплочувствительную подложку, такую ​​как конструкция с металлическим сердечником.

Сборка, момент затяжки и шайбы.

Даже правильно подобранные детали выйдут из строя, если их неправильно собрать. Несколько практических советов помогут сохранить прочность соединения.

• Затяните с нужным усилием. Чрезмерное затягивание, особенно в случае нейлона или тонких плит, приводит к повреждению резьбы или растрескиванию ламината; недостаточное затягивание позволяет плите ослабевать под воздействием вибрации.
• При необходимости используйте шайбы. Плоская шайба распределяет нагрузку; шайба с плечиком или нейлоновая шайба могут защитить плату или обеспечить изоляцию.
• Рассмотрим вибрацию. В оборудовании, подверженном вибрации, для надежной фиксации крепежных элементов используются стопорные стойки или фиксаторы резьбы.
• Защитите медные провода вблизи оборудования. Убедитесь, что ограничитель потока и любые шайбы предотвращают контакт металла с проводниками, с которыми он не должен соприкасаться.

Для плат, пропускающих значительный ток или выделяющих тепло, механическое оборудование, а также стратегия теплоотвода и заземления работают совместно, и в этой области необходим опыт. производство силовой электроники помогает сделать и то, и другое правильно.

Контрольный список быстрого выбора

Проанализируйте ответы на эти вопросы, чтобы занять правильную позицию:

• Изоляция или проводимость? Нейлон для изоляции, металл для заземления или передачи тепла.
• Какая нить? По умолчанию используется размер M3; меньший размер подходит для плат с плотной компоновкой, больший — для больших нагрузок.
• Какая конфигурация? Для стопок используется соединение типа "папа-мама", для соединений типа "мама-мама" или "папа-папа" в зависимости от требований к креплению.
• Как это установлено? Резьбовые, защелкивающиеся, самозажимные или для поверхностного монтажа — в зависимости от вашей конструкции.
• Это правильное отверстие? Правильный размер, зазор, допустимое расстояние от источника до источника, а также тип покрытия (лакированное или нет) в соответствии с электрической функцией.

Стойки небольшие, но правильный выбор материала, резьбы, типа и монтажного отверстия превращает их в надежную механическую и электрическую основу для вашей платы. Правильно определите зоны, которые следует избегать, и варианты покрытия на этапе проектирования, и сборка пройдет гладко. Вы можете узнать больше. о компании Highleap Electronics а также наши услуги по производству и сборке.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между распоркой и проставкой?

Обычно стойка имеет резьбу, обеспечивая собственную точку крепления, тогда как проставка представляет собой нерезьбовую втулку, через которую винт проходит в резьбу или гайку за ней. Стойка обеспечивает более надежное крепление; проставка проще, когда длинный сквозной болт уже крепит конструкцию.

Какие стойки лучше использовать: нейлоновые или металлические?

Нейлоновые стойки следует использовать, если они расположены рядом с медными контактами и необходимо избежать электрического контакта, поскольку они обеспечивают изоляцию и предотвращают короткие замыкания. Металлические стойки (латунь, алюминий, сталь или нержавеющая сталь) следует использовать, если необходимо заземлить плату на шасси, отводить тепло или выдерживать механическую нагрузку.

Какой размер резьбы наиболее распространен для стоек крепления печатных плат?

M3 — наиболее распространенный универсальный размер, широко доступный и подходящий для многих винтов и стоек. M2 и M2.5 подходят для небольших или плотно расположенных плат, M4 и M5 — для более тяжелых конструкций, а #4-40 и #6-32 — распространенные дюймовые эквиваленты.

Должно ли монтажное отверстие быть с покрытием или без него?

Для заземления платы на шасси в целях контроля электромагнитных помех используйте отверстие с металлическим покрытием, соединенное с заземляющей плоскостью металлическими крепежными элементами. Для электрической изоляции крепления, например, с помощью нейлоновых крепежных элементов или в случаях, когда крепление должно свободно перемещаться, используйте отверстие без покрытия.

Насколько сильно следует затянуть винт-стойку?

Затягивайте с требуемым крутящим моментом, соответствующим материалу и плите. Чрезмерное затягивание, особенно в случае нейлона или тонких плит, может привести к повреждению резьбы или растрескиванию ламината, а недостаточное затягивание позволит плите ослабнуть под воздействием вибрации. Используйте шайбы для распределения нагрузки и, при необходимости, для обеспечения изоляции.

Можно ли припаять стойки к плате?

Да. Монтажные стойки для поверхностного монтажа устанавливаются и припаиваются вместе с другими компонентами поверхностного монтажа, поэтому крепежные элементы добавляются во время сборки, а не устанавливаются вручную. Это сокращает ручной труд и полезно при крупносерийном производстве.