PCB支架和垫片选择指南

PCB支架是一种小型柱状物，通常带有螺纹，用于将电路板与表面或其他电路板隔开，提供机械支撑、间隙，并且通常还具有接地功能。它是设计中最容易被忽视的部件之一，但错误的材料、螺纹或类型会导致短路、电路板松动和组装难题。本指南将解释PCB支架和垫片的区别、如何选择材料和螺纹、主要类型和配置，以及如何设计安装孔以确保硬件可靠运行。

隔离柱与垫片：它们有什么区别？

这两个术语经常被混用，但它们描述的是不同的部件，在指定硬件时，这种区别很重要。

• 对峙 通常带有内螺纹、外螺纹或内外螺纹，以便螺钉或其他垫片直接固定。它既能分隔部件，又能提供紧固点。
• 垫片 这是一个无螺纹的套筒或管子。螺钉穿过它，拧入另一端的螺纹孔或螺母中；垫片的作用只是设定间隙。

实际上，螺纹支架可以提供更简洁、更牢固的安装方式，因为它本身就带有紧固点；而当长穿透螺栓已经完成紧固时，垫片则更简单、更便宜。选择时，应根据组件的组装方式来决定，然后选择与之匹配的材质和螺纹。

材料及其使用时机

材料的选择至关重要，因为它决定了隔离柱是绝缘还是导电、强度如何以及散热性能。下表总结了常见的材料选项。

简单的规则

如果支架靠近走线或焊盘，且您不希望发生电气连接，请使用尼龙材质，这种绝缘材料可以防止意外短路。当您需要将电路板接地到机箱、散热或承受机械负载时，请使用金属支架。黄铜是常用的导电材料；铝可以增加导热路径；钢和不锈钢则能增强强度和耐用性。对于散热要求较高的电路板，导电支架是更广泛的散热管理策略的一部分，该策略还包括基板，例如在金属芯组装中。

螺纹尺寸和标准

螺纹必须与螺钉和任何配套的垫片相匹配，因此务必确保完全正确。

对于大多数电路板来说，M3 螺丝是合理的默认选择：它随处可见，强度足以应对典型负载，并且有各种规格的螺丝和垫片可供选择。对于小型或空间有限的电路板，请使用 M2 或 M2.5 螺丝；对于重型组件，则应使用 M4 或 M5 螺丝。如果您的项目采用英制规格，则 #4-40 和 #6-32 螺丝与之等效。无论您选择哪种规格，请确保整个组件使用一致的螺丝，以便只需一把螺丝刀和一种螺丝即可完成所有组装工作。

类型和配置

除了材质和螺纹之外，支架还有多种形状和端部配置。

形状和末端

• 六角形与圆形六角形本体便于扳手夹紧拧紧；圆形本体则外形更低矮。
• 男女一端为螺纹螺柱，另一端为螺纹孔，非常适合堆叠。
• 女-女两端均有螺纹孔，两侧用螺丝固定。
• 男-男两端均有螺柱，用螺母固定。

安装方式

• 卡入式/推入式 支架无需工具即可卡入孔中，常用于快速组装。
• 自锁式 支架永久压入电路板或机箱中，形成固定紧固件。
• 锁定 这些部件在振动下不易松动。
• 表面贴装（SMT）支架 与其他表面贴装元件一起放置并回流焊接，因此安装硬件是在此过程中添加的。 PCB组装 而不是作为单独的步骤。

配置应与电路板的堆叠方式和产品的制造方式相匹配。公母支架是板对板堆叠的主要连接方式；卡扣式和SMT式支架可减少人工组装，这在批量PCB组装中尤为重要。

安装孔的设计

只有当电路板上的安装孔是专门为此设计的，支架才能正常工作。有几个细节很重要。

尺寸、净空和禁入

孔径必须与螺钉或螺柱尺寸相符，并留有适当的间隙。孔周围的铜质元件隔离区可防止螺钉头、垫圈或支架本体造成短路或压坏附近的部件。预留足够的隔离区常常被忽略，而这正是DFM（面向制造的设计）审查在制造前会重点关注的问题。

镀层孔与非镀层孔

这种选择与接地直接相关。镀层安装孔连接到接地层，配合金属支架和螺钉，可将电路板与机箱连接，实现接地和电磁干扰控制。非镀层孔则用于电气隔离安装点，这在使用尼龙硬件或安装点需要浮动时尤为重要。确定每个安装点的电气功能后，再选择合适的孔。请记住，镀层和孔的质量取决于PCB的制造质量。

支架高度和板间距

支架的高度决定了电路板与其安装表面之间的间隙。选择合适的高度既能为元件留出空间并确保空气流通，又不会浪费空间。

该高度必须超过多少？

• 电路板底部最高的元件。
• 任何突出的连接器、散热片或硬件。
• 留出空气流通的空间，以便散热。

测量必须避开的最高特征的高度，增加一些余量，然后选择至少与该高度相同的支架。对于堆叠板，支架高度还会决定堆叠板之间的间距，这会影响连接器的配合和散热，这是一个值得在PCB组装过程中确认的组装细节。如果散热是一个需要考虑的问题，则较大的间距可以与具有散热性能的基板（例如金属芯结构）相辅相成。

装配、扭矩和垫圈

即使硬件本身没问题，如果组装不当也会失效。以下几点实用技巧可以确保连接牢固。

• 将扭矩调整到合适的水平。 拧紧过紧，尤其是在尼龙或薄板上，会导致螺纹断裂或层压板开裂；拧紧过松则会导致板材在振动下松动。
• 适当的地方请使用垫圈。 平垫圈可以分散负载；肩垫圈或尼龙垫圈可以保护电路板或保持隔离。
• 考虑振动问题。 在会晃动的设备中，使用锁定支架或螺纹锁定措施可以保持紧固件紧固。
• 保护硬件附近的铜线。 确保隔离装置和任何垫圈都能防止金属接触到它不应该接触的线路。

对于承载大量电流或热量的电路板，机械硬件和散热及接地策略是协同工作的，而电力电子制造方面的经验有助于确保两者都正确无误。

快速选择清单

仔细思考以下问题，找到正确的应对策略：

• 绝缘还是导电？ 尼龙用于绝缘，金属用于接地或导热。
• 什么线？ 默认值为 M3；板面拥挤时使用较小的，负载较重时使用较大的。
• 什么配置？ 堆叠时采用公对母连接，根据紧固需要采用母对母连接或公对公连接。
• 如何安装？ 可根据您的装配需求，提供螺纹连接、卡扣式、自锁式或表面安装式等多种安装方式。
• 这个洞的位置对吗？ 尺寸、间隙、禁入范围以及镀层或非镀层均应符合电气用途。

支架虽然体积小，但选择合适的材料、螺纹、类型和安装孔，就能使其成为电路板可靠的机械和电气基础。在设计阶段就确定好防窥层和电镀层，就能确保组装过程干净利落。您可以阅读更多关于 Highleap Electronics及其制造和组装服务的信息。

常見問題解答

隔离柱和垫片有什么区别？

支架通常带有螺纹，自带紧固点；而垫片则是一个无螺纹的套筒，螺钉穿过套筒，拧入其后的螺纹或螺母中。支架能提供更牢固的安装；如果已经用长穿透螺栓固定了组件，则垫片更为简便。

我应该使用尼龙支架还是金属支架？

当支架靠近铜质元件且需要避免任何电气连接时，请使用尼龙材质，因为它具有绝缘性，可以防止短路。当需要将电路板接地到机箱、散热或承受机械负载时，请使用金属材质（黄铜、铝、钢或不锈钢）。

PCB支架最常用的螺纹尺寸是多少？

M3 是最常用的通用尺寸，广泛可用，并且与许多螺钉和垫片相匹配。M2 和 M2.5 适用于小型或空间有限的电路板，M4 和 M5 适用于较重的组件，而 #4-40 和 #6-32 是常见的英制对应尺寸。

我的安装孔应该镀层还是不镀层？

当需要将电路板接地到机箱以进行电磁干扰控制时，请使用镀层孔，并用金属硬件将其连接到接地层。当需要将安装座电气隔离时，例如使用尼龙硬件或安装座必须悬空时，请使用非镀层孔。

隔离螺丝应该拧多紧？

根据材料和板材的实际情况，拧紧至合适的扭矩。过度拧紧，尤其是在尼龙或薄板上，会导致螺纹损坏或层压板开裂；而拧紧不足则会导致板材在振动下松动。使用垫圈分散载荷，并在必要时保持隔振效果。

可以将支架焊接到电路板上吗？

是的。表面贴装支架与其他SMT元件一起放置并回流焊接，因此安装硬件是在组装过程中添加的，而不是手动安装的。这减少了人工成本，在大批量生产中非常有用。