在pcb之间对齐多个连接器组
文章作者:Kevin Meredith, Samtec, Inc。
小型化使得校准多个连接器变得更加困难，但设计最佳实践可以帮助确保PCB设计的成功。
PCB的制造商处于恒定压力，以增加密度，收缩尺寸，减少轮廓，管理热量，并实现更高的数据速率，同时提高可靠性和降低成本。随着他们继续成功响应这些压力，设计师出现了一个有趣的挑战：对齐两个PCB之间的多个配合连接器组。
所需要的是明确的指导方针，即如何满足这些对齐挑战，而不会影响系统性能，密度和可靠性，同时满足完整的预算和上市时间的时间表。
本文将更详细地讨论对齐的挑战，然后描述如何使用最佳设计实践，以成本有效的方式满足先进pcb和更可靠的高密度连接器的相互冲突的要求。
小型化使得连接器对齐困难
有许多PCB改进载体，包括密度，更高的数据速率，热管理和可靠性。然而，随着这些改进的是小型化，在连接器选择和实施方面，在压力下使设计人员放置的趋势，特别是关于在PCB上的配合多个连接器。
在连接器的情况下，小型化导致俯仰从0.100英寸下降到。（2.54毫米）至0.016英寸（0.40毫米）在过去25年中 - 六倍减少，产生相应的耐受性需求。然而，更严格的公差，在自己的情况下，不是问题。问题是围绕标称公差的可变性：如果多个连接器因任何一个标称而异，则可能会出现问题。
使用单一配对连接器组的应用不会出现问题:没有堆栈公差，mezz卡被假定为自由浮动，连接器的宏观和微观对齐特性将确保完美对齐(图1， 顶部）。
图1使用单一配对连接器(顶部)没有堆栈公差，连接器的宏观和微观对齐特性将确保完美对齐。多个连接器引入了会叠加和引入对齐错误的公差。来源：Samtec
然而，在任何方向和任何距离的情况下，向同一母夹尾卡上添加更多的连接连接器 - 将引入几种将堆叠的公差（图1， 底部）。这些公差对于PCB Fab Shop，电子制造服务和PCB中使用的材料的性质是独一无二的。
为了澄清这个问题，请考虑一个多个夹层连接器系统(图2）.这个组件包括六个或更多的组件:主板(A)，一个mezz卡(B)，母连接器#1 (C)，它配合公连接器#1 (D)，和母连接器#2 (E)，它配合公连接器#2 (F)。
图2设计人员需要考虑和考虑所有部件的公差。来源：Samtec
如果制造，处理和组装到精确的标称条件，则构造夹层连接器和足够刚性的PCB，则可以在两个PCB之间成功部署无限数量的连接器。实际上，公差和材料特性的可变性成为限制或确定因素。在图1的情况下，设计人员需要考虑并考虑所有组分的公差，包括通常被忽视但两个PCB，（A）和（B）的相关公差。
如何处理pcb连接器对齐
一些PCB的购买仅由嵌入在Gerber包(图3.）.从这些包可以构建多氯联苯而不考虑任何机械公差。
图3.一些PCB的购买仅仅是由嵌在Gerber包中的规范控制的，从这个规范可以不考虑任何机械公差来制造PCB。多连接器应用程序需要与包一起独立的机械图纸。来源：Samtec
对于多个连接器的应用，必须有单独的机械图纸与此包一起，以指示图形、钻孔和路由公差。
在这一点上，设计师需要做两件事来确保成功的结果。首先是了解PCB供应商和连接器供应商的期望，以确保对准。第二是确保进行了系统级公差研究，以确定其设计产生的连接器不对中。
参考图2 (A到F)中的多连接器mezz卡系统，连接器供应商只能控制连接器的公差。一个好的供应商会达到或超过公布的性能规范，提出PCB公差和加工建议，甚至为PCB供应商提供推荐。
系统或产品设计者应该参考连接器占用空间和产品规范。应该将这些文档中包含的不对中规范与系统级公差研究的结果进行比较，以帮助确保在同一卡片中成功使用多个连接器。
只要不超过初始和最终的角度和线性偏差，连接器系统应该正常工作。这些不对准值是通过考虑绝缘子干扰、梁偏转和触点擦除等因素来计算的。超过不对准值可能导致开路或损坏电路和/或绝缘体。
虽然设计人员通常手头就有关于设计、元件公差、设备和制造能力的所有必要信息，但能够接触连接器制造商以获得更具体的指导和校验偏差公差堆栈是很重要的。
定位销合适吗?
一些连接器制造商提供可选的定位销，通常位于连接器底部的相反侧面(图4.）.这些引脚有助于手动放置，并可用于将连接器极化到PCB上，对于单个连接器应用，它们不会对整体公差堆栈做出贡献。
然而，对于多个连接器应用，不建议使用对准引脚，因为它们有助于整体公差堆栈。如果仍然需要PCB上的偏振，则更好的选择是在PCB中钻过尺寸的孔并机器放置连接器。
图4.虽然对准引脚可用于手动放置和极化，但对于多个连接器应用，它们不建议在贡献堆栈的整体容忍度时。来源：Samtec
同样，也不建议使用固定装置或销钉来辅助连接器的放置。这些方法通常依赖于PCB上相对于原图的钻孔，但是这个孔的位置公差通常很差，这会降低最终连接器放置的整体精度，相对于另一个。
对于多连接器应用，更好的方法是从焊盘阵列A中的A1位置获取所有焊盘的数据，然后在回流前将连接器精确放置在焊盘上。
用千斤顶螺钉固定pcb
一些特别坚固的应用可能需要使用夹克螺钉来固定两个PCB。在这种情况下，应尽可能地放置到连接器系统（图5.）.
图5.如果要使用千斤顶螺钉，它们应尽可能靠近连接器系统。来源：Samtec
将它们关闭将压力定位到连接器附近，并降低不支持的PCB跨度。这将诱导PCB中的弯曲应力，这可能对其他部件具有不利影响，特别是那些被表面安装的部件。
另一个来自连接器的PCB应力的来源是加载，在加载过程中，大量的输入和输出(I/ o)可以产生非常大的配合和拆卸力。这些力会导致PCB过度偏斜，以至于需要额外的加强筋来支持PCB。一定要确认连接器的配合和拆卸力，这一点在产品合格测试报告(图6.）.
图6.为避免过度加载，设计人员应始终在产品合格测试报告中确认连接器的配合和拆卸力。来源：Samtec
虽然小型化趋势使其更具挑战性，但仍然可以在两个PCB上使用多个连接器，使用设计最佳实践。这些包括执行系统公差研究，以确定连接器提供商推荐的占地面积和模板设计建议以及机器放置组件的连接器未对准。
它也建议在设计过程中与连接器提供商密切合作，因为它们可以建议连接器和放置类型，并提供如何最大限度地减少整体PCB和连接器应力以帮助确保成功设计的律师。
Kevin Meredith在连接器行业拥有27年的设计经验。他目前担任Samtec, Inc.的产品工程师。
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