Матичните плочи за потрошувачка електроника имаат потреба и од стандардни и од пинови со висока густина — конфигурации од 2,54 mm и 1,27 mm за склопување на печатени плочки

Зошто модерната потрошувачка електроника има потреба од густина на заглавје со два пина

Кога ги испитуваме распоредите на матичните плочи на денешните производи за потрошувачка електроника - од паметни домашни хабови и IoT портали до периферни уреди за игри и преносни медицински уреди - се појавува јасен образец. Дизајнерите повеќе не избираат помеѓу конектори со стандардна густина и конектори со висока густина; тие ги користат и двата на истата печатена плочка. Овој пристап со двоен чекор стана стандардна архитектура за секоја плочка што мора да ја балансира ефикасноста на трошоците со намалувањето на факторите на форма.

Движечката сила зад овој тренд е едноставна. Како што се шират множествата карактеристики, а големината на плочата се намалува, секој квадратен милиметар од недвижнината на ПХБ носи цена. Конекторот за пинови од 2,54 mm троши приближно четири пати поголема површина од плочата во споредба со еквивалентот од 1,27 mm за ист број пинови. Сепак, стандардот од 2,54 mm опстојува бидејќи нуди механичка робусност, поедноставена рачна обработка, универзална компатибилност со алатки и докажана долгорочна сигурност во испораката на енергија и интерфејсите за контрола при мала брзина.

Во исто време, ширењето на брзи сериски интерфејси како што се MIPI, LVDS и USB 3.x на потрошувачките плочи бара поголемо растојание помеѓу пиновите за да се одржи контролирана импеданса и да се минимизираат должините на столбовите. Конекторот за пинови со растојание од 1,27 mm одговара на оваа потреба, обезбедувајќи компактна интерконекција што ги поддржува барањата за интегритет на сигналот, а воедно останува компатибилен со стандардните SMT процеси на склопување. Во последните три години забележавме постојано зголемување на процентот на конектори од 1,27 mm во материјалите што ги добиваме од нашите клиенти кои работат во склопување и очекуваме тој тренд да продолжи.

Разбирањето како да се специфицираат, набават и склопат обете семејства на конектори е затоа суштинско знаење за секоја куќа за склопување на печатени плочки (PCB) што работи во секторот за потрошувачка електроника. Во ова упатство, ги разгледуваме техничките карактеристики на секое поле, ги опишуваме практичните стратегии за распоред и набавка и ги споделуваме параметрите за контрола на квалитетот што ги користиме во нашето сопствено производство за да се осигураме дека секој приклучок што го испорачуваме ги исполнува барањата на автоматизираните линии за подигнување и поставување.

Стандардот од 2,54 мм: Работна сила кај меѓусебните конекции на печатени плочки

Пиновиот конектор од 2,54 mm (0,100 инчи) е веројатно најшироко користениот конектор од плоча до плоча и од плоча до жица во електронската индустрија. Неговото потекло датира од раните денови на производството на печатени плочки со отвори низ отворот, и покрај деценискиот премин кон технологијата за површинска монтажа, чекорот од 2,54 mm не само што преживеа, туку и напредуваше. Ние произведуваме милиони пинови од 2,54 mm секој месец во нашиот објект во Нингбо, а побарувачката останува силна во секоја категорија на производи што ги опслужуваме.

Неколку фактори ја објаснуваат трајната доминација на овој чекор. Прво, растојанието од 2,54 mm обезбедува голем простор помеѓу соседните пинови, што се преведува во пошироки толеранции во производството. Автоматизираните машини за вметнување можат да ги постават овие конектори со голема брзина со многу ниски стапки на дефекти, па дури и рачното поставување за време на прототипирање или преработка е едноставно. Второ, пресекот на пиновите за конектори од 2,54 mm е обично 0,64 mm квадратен, давајќи му на секој пин значителна механичка цврстина и капацитет за пренос на струја што удобно се справува со електрични шини и општонаменски влезно-излезни споеви.

Во апликациите за матични плочи за потрошувачка електроника, постојано гледаме пински заглавја од 2,54 mm што се користат за JTAG интерфејси за дебагирање, SPI и I2C програмски заглавја, конектори за вентилатори, контролни сигнали на предниот панел и помошна дистрибуција на енергија. Ова се интерфејси каде што брзината на сигналот е скромна (обично под 50 MHz), механичката издржливост е важна, а можноста за рачно поврзување и исклучување на тест уредите или каблите е услов за дизајн. Стандардот, исто така, ужива широка поддршка на екосистемот: практично секој добавувач на конектори, куќа за склопување кабли и алатка за дизајн на печатени плочки нуди компоненти и површини компатибилни со 2,54 mm.

Од перспектива на фабрика за производство, растојанието од 2,54 mm нуди значајни предности во процесот. Профилите за лемење со рефлукс се прифатливи, ризикот од откривање на дефекти е низок поради значителната маса на игличката, а визуелната инспекција е едноставна бидејќи поширокиот чекор ги олеснува евалуацијата на филети од лемење. Кога ги дискутираме податоците за принос на нашите клиенти со нив, плочите со претежно конектори од 2,54 mm постојано покажуваат пониски стапки на дефекти на милион можности од оние со алтернативи со висока густина. Овој рекорд за сигурност е причината зошто многу дизајнери намерно ги задржуваат интерфејсите за напојување и контрола на мрежата од 2,54 mm дури и кога ги мигрираат сигналните патеки кон пофини фреквенции.

Опција со висока густина од 1,27 mm: Заштеда на простор и интегритет на сигналот

Иако растојанието од 2,54 mm служи одлично за меѓусебни врски за општа намена, тој станува товар кога просторот на плочата е оскуден, а фреквенциите на сигналот се искачуваат над неколку стотици мегахерци. Тука влегува во игра конекторот на пинот од 1,27 mm (0,050 инчи). Со преполовување на растојанието помеѓу пиновите од центар до центар, растојанието од 1,27 mm им овозможува на дизајнерите да спакуваат приближно четири пати поголема густина на поврзување на истиот раб или површина на плочата.

Заштедата на простор е веднаш очигледна кога ќе ги споредиме димензиите на површината една до друга. Конекторот од 2x25 пина со растојание од 2,54 mm се протега на 63,5 mm во должина; истата конфигурација од 50 пина со растојание од 1,27 mm бара само 31,75 mm. За компактен потрошувачки уред - паметен звучник, контролер за носење или минијатуризиран индустриски HMI - таа разлика може да биде маргината помеѓу вклопување на дизајнот во куќиштето на целта или потреба од скап редизајн на плочата.

Освен заштедата на суров простор, растојанието од 1,27 mm нуди значајни предности во однос на интегритетот на сигналот. Пократките должини на пиновите и поцврстото поврзување помеѓу соседните пинови ја намалуваат паразитската индуктивност, што пак го подобрува квалитетот на високофреквентниот сигнал. Кога работиме со клиенти кои дизајнираат плочи што носат LVDS сигнали за прикажување, MIPI интерфејси за камери или USB 3.2 патеки за податоци, тие во огромно мнозинство избираат заглавја на пинови од 1,27 mm за овие критични рути. Намалената должина на пинот, исто така, го намалува ризикот од рефлексии предизвикани од отсекување, загриженост што станува значајна над приближно 400 MHz.

Важно е да се признаат компромисите. Растојанието од 1,27 mm бара построги производствени толеранции - копланарноста мора да се контролира во рамките на 0,10 mm, а толеранциите за порамнување на игличките се приближно половина од дозволените на 2,54 mm. Барањата за автоматизирана точност на поставување се зголемуваат, а може да биде потребна инспекција со рендген или AOI за да се потврди квалитетот на спојот на лемењето под телата со фини растојанија. Ние се справуваме со овие предизвици преку прецизни печатни калапи, интегрална визуелна инспекција на нашиот производствен кат и тесна соработка со тимовите за инженерство на процеси на нашите клиенти за да се потврди компатибилноста на склопувањето пред да започне масовното производство.

Стратегии за распоред на печатени плочи со двоен наклон за склопни простории

Дизајнирањето на матична плоча што вклучува конектор за пинови од 2,54 mm и 1,27 mm бара внимателно планирање за да се избегнат вообичаени стапици. Во текот на годините, поддржавме стотици дизајни на плочи со двоен чекор, а неколку најдобри практики постојано ја докажуваат својата вредност. Првиот принцип е просторна сегрегација. Препорачуваме групирање на сите конектори од 2,54 mm во една зона на плочата, а сите конектори од 1,27 mm во посебна зона, идеално по различни рабови на плочата. Ова одвојување го поедноставува поставувањето на алатките за време на автоматското склопување, го намалува ризикот од случајна замена на делови и ја прави проверката на квалитетот поефикасна.

Вториот принцип е конзистентност на ориентацијата. Сите заглавја на иглички со ист чекор на дадена плоча треба да ја делат истата ориентација во однос на примарната оска на плочата. Оваа практика го намалува бројот на промени на доводот и ротации на млазниците потребни за машината за подигнување и поставување, директно подобрувајќи го времето на циклусот и намалувајќи ги грешките во поставувањето. Според нашето искуство, плочите што ја следат оваа конвенција постигнуваат стапки на поставување од 8 до 12 проценти побрзо од оние со мешани ориентации.

Термичкото управување за време на повторното лемење е уште еден критичен фактор. Конектори за пинови од 2,54 mm и 1,27 mm имаат различни термички маси, што значи дека тие апсорбираат и распрснуваат топлина со различна брзина за време на процесот на повторно лемење. Ако двата типа на конектори се поставени на истата плоча, профилот на повторно лемење мора да се подеси за да се прилагоди на поголемата термичка маса на телото од 2,54 mm без прегревање на поделикатните пинови од 1,27 mm. Препорачуваме да наведете добавувач на конектори за пинови кој може да обезбеди детални упатства за термички профил врз основа на вистинската маса на пиновите и обложување на нарачаните делови, што е нешто што нашиот инженерски тим рутински им го обезбедува на партнерите во склопувањето.

Конечно, земете ги предвид фазите на депанелирање и ракување. Конектори со фина ширина од 1,27 mm се поподложни на оштетување од свиткување на плочата за време на депанелизацијата. Ако конекторите од 1,27 mm се поставени близу до работ на плочата или по должината на отцепените јазичиња, може да бидат потребни дополнителни потпорни прицврстувачи или прилагодувања на длабочината во облик на V-засек. Им препорачуваме на нашите клиенти да го споделат својот распоред на панелизацијата со нас уште на почетокот на процесот на дизајнирање, за да можеме да ги означиме потенцијалните ризични области и да предложиме прилагодувања на поставувањето на конекторите пред да се изврши алатот.

Опции за материјал и позлата: Калај, злато и селективно позлата

Изборот на материјал за обложување на конекторите на пиновите има директно влијание врз цената, лемливоста, отпорноста на контакт и животниот циклус на спојување. За апликации за матични плочи за потрошувачка електроника, нудиме три стандардни конфигурации на обложување, а разбирањето кога да се специфицира секоја од нив може да заштеди значителни трошоци за набавка без да се загрози квалитетот на производот.

Калаењето е најекономична опција и стандарден избор за производи за широка потрошувачка кои се чувствителни на трошоци. Нашите стандардни калаени конструкции за игли користат мат-калајна завршница со дебелина од 3 до 5 микрометри преку слој од никел-бариера. Мат-калајот е попосакуван во однос на светлиот калај за репроточно лемење бидејќи произведува посигурни меѓуметални врски и се спротивставува на формирањето на калајни мустаќи. За интерфејси кои имаат помалку од 50 циклуси на спојување во текот на животниот век на производот - што ги опфаќа повеќето конструкции за дебагирање, програмски интерфејси и внатрешни врски од плоча до плоча - калаењето е целосно соодветно и претставува најдобра вредност.

Позлатувањето наместо никелот се препорачува кога е потребна поголема сигурност или поголема издржливост на циклусот на спојување. Нанесуваме слој од злато од 0,76 до 1,27 микрометри (30 до 50 микро-инчи) преку никел бариера од 1,27 до 2,54 микрометри. Позлатените контакти одржуваат стабилен отпор на контакт во текот на 500 или повеќе циклуси на спојување и се отпорни на оксидација и корозија во влажни средини. Ова го прави позлатувањето стандарден избор за надворешни конектори, интерфејси за тестирање и мерење и секоја апликација каде што конекторот може да стои неспоен подолг период пред употреба.

Селективното позлатување претставува оптимизирана средна точка за трошоците. Во овој процес, контактната површина на иглата добива златна завршница, додека опашката на лемењето задржува калајна завршница. Овој пристап ја насочува инвестицијата во позлатување таму каде што е најважно - на интерфејсот за спојување - додека трошоците за лемење се одржуваат ниски. Гледаме дека селективното позлатување се повеќе се специфицира кај потрошувачката електроника од среден ранг, каде што очекувањата за сигурност на производот се зголемуваат, но притисокот врз трошоците за материјали останува интензивен. Сите наши процеси на позлатување се во согласност со барањата за димензии и перформанси наведени во IEC 60603-2, обезбедувајќи интероперабилност со стандардни системи на конектори ширум светот.

Контрола на квалитет: Копланерност, сила на задржување на игличките и можност за лемење

Контролата на квалитетот во производството на спојници на пинови не е опционална - таа е основата врз која зависат стапките на принос во монтажната куќа и сигурноста на крајниот производ. Ние одржуваме протокол за повеќестепена инспекција што ги опфаќа сите критични параметри, од сертификација на суровини до конечното пакување. За куќите за монтажа на печатени плочки кои ги оценуваат добавувачите на спојници на пинови, трите најважни метрики за квалитет што треба да се евалуираат се копланарност, сила на задржување на пиновите и лемливост.

Копланерноста се однесува на степенот до кој сите пинови во конекторот лежат во иста рамнина. За автоматско поставување на SMT, копланерноста мора да се контролира во рамките на 0,10 mm за конектори со наклон од 2,54 mm и во рамките на 0,08 mm за конектори со наклон од 1,27 mm. Доколку копланерноста ги надминува овие толеранции, некои пинови може да не остварат соодветен контакт со пастата за лемење за време на поставувањето, што доведува до отворени или ладни споеви за лемење по повторното протокување. Ние ја мериме копланерноста на секоја производствена серија користејќи оптички рамни компаратори и обезбедуваме листови со податоци со секоја пратка.

Силата на задржување на иглата - силата потребна за извлекување на иглата од куќиштето на изолаторот - е мерка за механичка робусност. За иглички од 2,54 mm, наведуваме минимална сила на задржување од 0,5 kgf; за иглички од 1,27 mm, минимумот е 0,3 kgf, што ја одразува помалата површина за вклопување на пречки. Игличките што не успеваат да го поминат тестирањето на силата на задржување ризикуваат да се поместат за време на ракувањето со плочата, автоматското тестирање или сервисирањето на терен. Секоја серија што ја испраќаме се тестира за да се потврди усогласеноста со овие минимуми.

Лемливоста се оценува според IPC-A-610 критериуми за прифаќање. Вршиме тестови за рамнотежа на мокрење и евалуации на натопување и изглед на примероци од секое производство за да потврдиме дека позлатата обезбедува конзистентна покриеност со лем без празнини. За позлатени иглички, спроведуваме и тестови за забрзано стареење на покачена температура и влажност за да потврдиме долгорочна лемливост. Нашиот целосен асортиман на производи за заглавие на пинови е произведено според овие стандарди и во секое време ги поздравуваме ревизиите од трети страни на нашите процеси за квалитет.

Размислувања за набавка на големо за склопување на ПХБ

Набавката на пински конектори на големо за производство на потрошувачка електроника вклучува повеќе од едноставно споредување на единечните цени. Тесно соработуваме со тимовите за набавки од склопувачките куќи за да ги оптимизираме вкупните трошоци за слетување, а неколку фактори постојано го разликуваат добро управуваниот синџир на снабдување со пински конектори од реактивниот.

Првото нешто што треба да се земе предвид е консолидацијата. Набавката на конекторски спојки од 2,54 mm и 1,27 mm од еден производител - наспроти поделбата на обемот меѓу повеќе добавувачи - нуди опипливи придобивки: унифицирана документација за квалитет, единствена точка за контакт за инженерски промени, комбиниран превоз што ги намалува трошоците за превоз и посилна преговарачка моќ врз цените на волуменот. Нудиме структури на цени со повеќе нивоа што ги наградуваат консолидираните нарачки низ семејствата на конектори и конфигурациите на конектори.

Управувањето со времето на испорака е вториот критичен фактор. Стандардните конфигурации од 2,54 mm се испорачуваат од нашиот магацин во Нингбо во рок од 3 до 5 работни дена. Бројот на иглички по мерка, специјалното позлатување или варијантите од 1,27 mm бараат од 15 до 25 работни дена во зависност од обемот. Со нашите редовни клиенти одржуваме договори за безбедност на залихите, резервирајќи залихи што можат да се отпишат во краток рок за да се покријат зголемените производствени трошоци без трошоците за вишок залихи во фабриката за склопување.

Документацијата и усогласеноста не треба да се занемаруваат. Секоја пратка на големо што ја испраќаме вклучува сертификати за усогласеност, извештаи за димензионална инспекција, резултати од тестови за дебелина на облогата и RoHS/REACH декларации. За монтажните куќи што опслужуваат регулирани пазари како што се медицински помагала или производи за широка потрошувачка поврзани со автомобилската индустрија, можеме да обезбедиме декларации за материјали во IPC-1752 формат и да поддржиме фабрички ревизии во рамките на програмите за квалификација специфични за клиентите. Воспоставувањето на оваа основна документација на почетокот на односот со добавувачот ги елиминира доцнењата за време на влезната инспекција и го забрзува времето до производство за нови дизајни на плочи.

Често поставувани прашања