設計是一項多方面的挑戰(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，還必須在短時間內(nèi)完成設計，以確保競爭優(yōu)勢。此外，越來越需要在不影響產(chǎn)品質(zhì)量或產(chǎn)品生命周期內(nèi)運行可靠性的前提下高速制造設計。

滿足這些要求對設計過程以及所選材料和元件都有影響。例如，模塊化設計已變得越來越流行，它允許將關鍵的子部分（如輸入/輸出、處理器和模擬信號處理）構(gòu)建到可在多個產(chǎn)品中重復使用的獨立電路板上。這不僅降低了設計風險，縮短了開發(fā)時間，而且通過將多個較小的PCB組合在一起，在應對具有挑戰(zhàn)性的外形尺寸時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計風險的情況下快速進入市場。不過，需要仔細考慮如何連接各種模塊板。

單個或多個連接器

顯然，模塊化設計中的電路板需要彼此可靠地連接，從而允許信號和/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連接器相對簡單，但在許多情況下并不理想。首先，這意味著多種類型的信號（電源、數(shù)字時鐘、數(shù)字數(shù)據(jù)和模擬信號）必須通過連接器，這可能會帶來串擾和其他噪聲。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，長線路還可能帶來噪聲和傳播延遲，從而對電路運行產(chǎn)生負面影響。

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連接器的多引腳的細間距互連。這樣可以提高靈活性，減少線路長度，并允許不同類型的信號有自己的專用觸點。然而，如果在一對電路板之間部署多個板對板連接器，機械對齊和位置公差就成為設計中更為關鍵的一個方面。在PCB上精確放置至關重要，而自動化制造的需求則要求這種放置必須高速進行。遺憾的是，如果兩個或更多的連接器配接在相同的兩個印刷電路板上，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。

這是一個問題，因為即使是亞毫米距離的錯位--無論是由于PCB制造、粘貼位置、拾取和貼裝精度還是這些因素的組合--都會對板對板連接器造成過大的應力（如過大的側(cè)面負載）。反過來，這會造成損壞，導致制造過程中的質(zhì)量和產(chǎn)量問題，并有可能降低現(xiàn)場運行時的系統(tǒng)可靠性。

使用浮動連接器減少錯位

為了應對這些挑戰(zhàn)，我們開發(fā)了一種創(chuàng)新型的板對板連接器。所謂的 "浮動 "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，而觸點設計新穎，具有類似彈簧的機制。在這種連接器中，外殼由觸點懸掛，而觸點通常位于連接器的陽半部分。

圖 1：浮動連接器可在自動化制造過程中適應偏差

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

浮動連接器固有的基于彈簧的 "懸掛 "機制也有助于在操作過程中保持連接完整性，尤其是在遇到一定程度的振動或沖擊的應用中--無論是便攜式設備的日常使用，還是移動車輛或工廠自動化系統(tǒng)的操作。例如，浮動連接器可以降低因 "摩擦 "而導致性能下降或故障的可能性，"摩擦 "是指長期振動會導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險。

圖 2：創(chuàng)新的觸點設計為浮動連接器提供了優(yōu)勢

雖然浮動連接器可以普遍使用，但在許多應用中，普通的板對板連接器仍然綽綽有余。在評估哪種技術更適合特定應用時，設計人員應考慮以下幾點：

每對電路板上有多個連接器是否有利于設計？

自動化生產(chǎn)過程的機械精度是多少？

最終產(chǎn)品在正常使用過程中會受到多少沖擊和振動？

在產(chǎn)品壽命期內(nèi)，多長時間需要分離和更換一次電路板

這些問題的答案應指導設計師選擇哪條道路。

連接器的選擇過程還應考慮環(huán)境因素，特別是連接器可能暴露的工作溫度。這一點對于封閉式保護敏感電子元件的設計尤為重要，因為溫度變化會對連接器造成應力，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。

浮動連接器的發(fā)展

近年來，浮動連接器的類型、功能和可用性都有了顯著增長。

如今，設計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)品系列中進行選擇，每個連接器的觸點數(shù)可高達 160 個及以上。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板間空間要求的解決方案。

最新進展之一是推出了支持高達 12Gbit/s 數(shù)據(jù)傳輸速率的連接器，使其能夠提供企業(yè)服務器和存儲應用中廣泛使用的 SAS（串行連接 SCSI）等標準所期望的性能。同時，在單個連接器中混合信號和電源的技術將支持需要傳輸更大電流的應用。

除了固有的彈簧式結(jié)構(gòu)設計外，許多最新的浮動連接器還通過定位釘和固定片等功能進一步支持精確對準和穩(wěn)固互連。

圖 3：固定片和穿板引腳增強了浮動連接器的機械剛性

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

結(jié)論

模塊化設計趨勢意味著細間距板對板連接器在提供滿足應用要求所需的靈活性方面發(fā)揮著越來越重要的作用。同時，現(xiàn)代系統(tǒng)的復雜性和元件密度意味著需要為每對電路板的信號和電源部署多個板對板連接器。然而，這在自動拾放和回流焊接過程中可能會出現(xiàn)錯位，從而導致潛在的制造質(zhì)量問題和使用可靠性問題。

這些問題使得盡早考慮成對PCB的連接方法變得至關重要。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)自動化到電動汽車，從安全系統(tǒng)到物聯(lián)網(wǎng)設備，使用浮動連接器來適應和吸收多軸錯位和微小移動變得越來越普遍。