設(shè)計(jì)是一項(xiàng)多方面的挑戰(zhàn)。工程師不僅要以更小的外形尺寸提供更高性能和更多功能的產(chǎn)品，還必須在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)，以確保競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，越來(lái)越需要在不影響產(chǎn)品質(zhì)量或產(chǎn)品生命周期內(nèi)運(yùn)行可靠性的前提下高速制造設(shè)計(jì)。

滿足這些要求對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程以及所選材料和元件都有影響。例如，模塊化設(shè)計(jì)已變得越來(lái)越流行，它允許將關(guān)鍵的子部分（如輸入/輸出、處理器和模擬信號(hào)處理）構(gòu)建到可在多個(gè)產(chǎn)品中重復(fù)使用的獨(dú)立電路板上。這不僅降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間，而且通過(guò)將多個(gè)較小的PCB組合在一起，在應(yīng)對(duì)具有挑戰(zhàn)性的外形尺寸時(shí)提供了更大的靈活性。

采用這種方法有很多好處，特別是可以在降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的情況下快速進(jìn)入市場(chǎng)。不過(guò)，需要仔細(xì)考慮如何連接各種模塊板。

單個(gè)或多個(gè)連接器

顯然，模塊化設(shè)計(jì)中的電路板需要彼此可靠地連接，從而允許信號(hào)和/或電源從一塊電路板傳輸?shù)搅硪粔K電路板。雖然在電路板之間使用單個(gè)連接器相對(duì)簡(jiǎn)單，但在許多情況下并不理想。首先，這意味著多種類型的信號(hào)（電源、數(shù)字時(shí)鐘、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬信號(hào)）必須通過(guò)連接器，這可能會(huì)帶來(lái)串?dāng)_和其他噪聲。其次，PCB上的所有線路都必須連接到連接器。除了所需的空間外，長(zhǎng)線路還可能帶來(lái)噪聲和傳播延遲，從而對(duì)電路運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。

因此，特別是在較大的電路板上，首選的方法是使用包括跨多個(gè)連接器的多引腳的細(xì)間距互連。這樣可以提高靈活性，減少線路長(zhǎng)度，并允許不同類型的信號(hào)有自己的專用觸點(diǎn)。然而，如果在一對(duì)電路板之間部署多個(gè)板對(duì)板連接器，機(jī)械對(duì)齊和位置公差就成為設(shè)計(jì)中更為關(guān)鍵的一個(gè)方面。在PCB上精確放置至關(guān)重要，而自動(dòng)化制造的需求則要求這種放置必須高速進(jìn)行。遺憾的是，如果兩個(gè)或更多的連接器配接在相同的兩個(gè)印刷電路板上，所要求的貼裝精度水平也往往超出了最好的現(xiàn)代制造工藝的參數(shù)范圍。

這是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榧词故莵喓撩拙嚯x的錯(cuò)位--無(wú)論是由于PCB制造、粘貼位置、拾取和貼裝精度還是這些因素的組合--都會(huì)對(duì)板對(duì)板連接器造成過(guò)大的應(yīng)力（如過(guò)大的側(cè)面負(fù)載）。反過(guò)來(lái)，這會(huì)造成損壞，導(dǎo)致制造過(guò)程中的質(zhì)量和產(chǎn)量問(wèn)題，并有可能降低現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)可靠性。

使用浮動(dòng)連接器減少錯(cuò)位

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新型的板對(duì)板連接器。所謂的 "浮動(dòng) "連接器具有一定程度的彈性，這是由于外殼可以橫向和縱向移動(dòng)，而觸點(diǎn)設(shè)計(jì)新穎，具有類似彈簧的機(jī)制。在這種連接器中，外殼由觸點(diǎn)懸掛，而觸點(diǎn)通常位于連接器的陽(yáng)半部分。

圖 1：浮動(dòng)連接器可在自動(dòng)化制造過(guò)程中適應(yīng)偏差

這種布置所提供的雙向移動(dòng)程度通常超過(guò)了制造過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)位。因此，在錯(cuò)位總和可能給高速、高精度插配帶來(lái)挑戰(zhàn)的情況下，可以對(duì)帶有多個(gè)連接器的電路板采用拾取-貼裝工藝。因此，設(shè)計(jì)人員可以專注于設(shè)計(jì)而不是制造要求，從而可以自由地在每對(duì)電路板上部署多個(gè)浮動(dòng)板對(duì)板連接器。這意味著連接器類型和數(shù)量可以完全基于電路的需要，而不是與互連相關(guān)的任何限制。

浮動(dòng)連接器固有的基于彈簧的 "懸掛 "機(jī)制也有助于在操作過(guò)程中保持連接完整性，尤其是在遇到一定程度的振動(dòng)或沖擊的應(yīng)用中--無(wú)論是便攜式設(shè)備的日常使用，還是移動(dòng)車輛或工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的操作。例如，浮動(dòng)連接器可以降低因 "摩擦 "而導(dǎo)致性能下降或故障的可能性，"摩擦 "是指長(zhǎng)期振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致剛性配接引腳上的電鍍層磨損，從而使底層合金面臨潛在的氧化風(fēng)險(xiǎn)。

圖 2：創(chuàng)新的觸點(diǎn)設(shè)計(jì)為浮動(dòng)連接器提供了優(yōu)勢(shì)

雖然浮動(dòng)連接器可以普遍使用，但在許多應(yīng)用中，普通的板對(duì)板連接器仍然綽綽有余。在評(píng)估哪種技術(shù)更適合特定應(yīng)用時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：

每對(duì)電路板上有多個(gè)連接器是否有利于設(shè)計(jì)？

自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械精度是多少？

最終產(chǎn)品在正常使用過(guò)程中會(huì)受到多少?zèng)_擊和振動(dòng)？

在產(chǎn)品壽命期內(nèi)，多長(zhǎng)時(shí)間需要分離和更換一次電路板

這些問(wèn)題的答案應(yīng)指導(dǎo)設(shè)計(jì)師選擇哪條道路。

連接器的選擇過(guò)程還應(yīng)考慮環(huán)境因素，特別是連接器可能暴露的工作溫度。這一點(diǎn)對(duì)于封閉式保護(hù)敏感電子元件的設(shè)計(jì)尤為重要，因?yàn)闇囟茸兓瘯?huì)對(duì)連接器造成應(yīng)力，尤其是在材料不同或電路板厚度不同的情況下。

最后需要指出的是，幾乎所有應(yīng)用都要求連接器的材料完全符合 RoHS 規(guī)范，并且不含 REACH SVHCs 鉛、溴化阻燃劑、紅磷（PFOS/PFOA）或銻。

浮動(dòng)連接器的發(fā)展

近年來(lái)，浮動(dòng)連接器的類型、功能和可用性都有了顯著增長(zhǎng)。

如今，設(shè)計(jì)人員可以從提供各種連接器間距（通常在亞毫米（0.5 毫米 > 0.8 毫米）范圍內(nèi)）的產(chǎn)品系列中進(jìn)行選擇，每個(gè)連接器的觸點(diǎn)數(shù)可高達(dá) 160 個(gè)及以上。垂直和水平母連接器的選擇允許電路板互相平行或以直角連接，而低至 6 毫米的廣泛安裝高度允許工程師能夠選擇滿足日益緊湊的外形尺寸對(duì)板間空間要求的解決方案。

最新進(jìn)展之一是推出了支持高達(dá) 12Gbit/s 數(shù)據(jù)傳輸速率的連接器，使其能夠提供企業(yè)服務(wù)器和存儲(chǔ)應(yīng)用中廣泛使用的 SAS（串行連接 SCSI）等標(biāo)準(zhǔn)所期望的性能。同時(shí)，在單個(gè)連接器中混合信號(hào)和電源的技術(shù)將支持需要傳輸更大電流的應(yīng)用。

除了固有的彈簧式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，許多最新的浮動(dòng)連接器還通過(guò)定位釘和固定片等功能進(jìn)一步支持精確對(duì)準(zhǔn)和穩(wěn)固互連。

圖 3：固定片和穿板引腳增強(qiáng)了浮動(dòng)連接器的機(jī)械剛性

前者有助于消除回流焊過(guò)程中的移動(dòng)，后者則為表面貼裝連接器提供額外的機(jī)械強(qiáng)度。此外，在混合信號(hào)和電源的連接器中，有一些產(chǎn)品具有穿板可焊柱，可提高定位精度和機(jī)械強(qiáng)度，確?？箾_擊性。

結(jié)論

模塊化設(shè)計(jì)趨勢(shì)意味著細(xì)間距板對(duì)板連接器在提供滿足應(yīng)用要求所需的靈活性方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。同時(shí)，現(xiàn)代系統(tǒng)的復(fù)雜性和元件密度意味著需要為每對(duì)電路板的信號(hào)和電源部署多個(gè)板對(duì)板連接器。然而，這在自動(dòng)拾放和回流焊接過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位，從而導(dǎo)致潛在的制造質(zhì)量問(wèn)題和使用可靠性問(wèn)題。

這些問(wèn)題使得盡早考慮成對(duì)PCB的連接方法變得至關(guān)重要。選擇哪種互連方式不僅能確保優(yōu)化的產(chǎn)品與現(xiàn)代生產(chǎn)工藝相兼容，還能提高產(chǎn)品在使用期間的可靠性。特別是，從工業(yè)自動(dòng)化到電動(dòng)汽車，從安全系統(tǒng)到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，使用浮動(dòng)連接器來(lái)適應(yīng)和吸收多軸錯(cuò)位和微小移動(dòng)變得越來(lái)越普遍。