Tiga tujuan utama konektor PCB adalah:
1. Interkoneksi PCB: koneksi kaku (atau fleksibel) antara dua PCB;
2. Koneksi kabel PCB: koneksi kabel yang dibundel untuk peralatan periferal eksternal;
3. Pemrograman PCB / koneksi debugging: konektor (atau larik titik uji) yang digunakan untuk debugging atau pemrograman, biasanya digunakan untuk hal-hal seperti mikrokontroler atau array gerbang yang dapat diprogram lapangan (FPGA)
Pada ketiga jenis koneksi PCB ini, segala bentuk koneksi dan fungsi akan berbeda-beda sesuai dengan aplikasinya. Pertama, ada dua metode utama untuk memasang konektor ke PCB: pemasangan permukaan dan lubang tembus. Tentu saja, ada banyak metode pemasangan permukaan, tetapi untuk semua tujuan, konektor dapat dipasang melalui pin vias atau bantalan pin. Ini membawa kita ke beberapa trade-off awal yang harus dipertimbangkan dalam proses desain.
Kompromi yang perlu dipertimbangkan saat mendesain
Memasang konektor melalui lubang tembus memberikan banyak manfaat, tetapi manfaat utamanya biasanya untuk memperkuat sambungan mekanis. Ini karena pin / kabel melewati PCB dan biasanya disolder ke lapisan atas dan bawah. Bergantung pada aplikasinya, ini bisa menjadi sangat penting, terutama di mana keandalan dan keamanan adalah yang terpenting. Jika sederhana dan mudah digunakan serta memiliki siklus penggunaan yang sering, koneksi melalui lubang pasti akan memberikan keandalan yang lebih tinggi, dan kemungkinan kerusakan pada perangkat akan berkurang seiring waktu. Keuntungan utama lain dari komponen lubang tembus adalah dapat lebih mudah diperiksa dan dikerjakan ulang untuk pembuatan prototipe atau perbaikan.
Di sisi lain, konektor pemasangan permukaan dapat sangat menghemat ruang pada papan sirkuit (karena komponen hanya disolder ke satu lapisan), dan tergantung pada aplikasinya, ini juga dapat menghemat biaya produksi dan perakitan. Banyak konektor memiliki tiang penyejajaran, tetapi tidak memerlukan penyolderan. Demikian pula, konektor pemasangan permukaan sering kali dapat mencakup kepadatan jumlah pin yang lebih tinggi, yang pada gilirannya dapat membantu mengemas lebih banyak sinyal ke area yang lebih kecil dan menghemat ruang papan yang berharga, lihat Gambar 1.
Gambar 1: Melalui koneksi lubang (kiri) dan pemasangan permukaan (kanan) pada PCB
Karena menghemat ruang papan sirkuit dan mengoptimalkan kepadatan / volume adalah kekuatan pendorong umum untuk pengembangan produk, banyak desain menyertakan beberapa papan sirkuit yang saling berhubungan yang kaku atau fleksibel. Metode ini tidak hanya menghemat ruang papan, tetapi juga menghemat lebih banyak biaya. Misalnya, jika desain menyertakan prosesor 256-pin ball grid array (BGA) yang membutuhkan lebih dari 10 lapisan (yang sangat meningkatkan biaya produksi PCB), tetapi harus berinteraksi dengan banyak periferal / konektor (mungkin hanya memerlukan dua lapisan atau empat lapisan) antarmuka koneksi, cara untuk menghemat ruang dan biaya adalah dengan membaginya menjadi dua PCB: PCB tertanam yang lebih kecil dengan lebih dari 10 lapisan, dan PCB sekunder lainnya dengan hanya empat lapisan dan sebagian besar komponen Periferal (seperti konektor). Umumnya, koneksi papan-ke-papan dengan kepadatan tinggi dan jumlah pin-jumlah tinggi digunakan untuk memasang" MCU PCB" pada" PCB bidang belakang" ;.
Jika hal-hal seperti layar dan tombol memerlukan banyak PCB satelit, koneksi fleksibel dapat digunakan. Seringkali disebut sebagai kabel fleksibel, ini umum pada LCD dan sambungan motor, dan biasanya membantu mengurangi radius tekukan (yang membantu membuat struktur kompak dan kecil) dan tekanan fisik yang terkait dengan perakitan. Sambungan fleksibel dapat berupa kabel terpisah yang dimasukkan ke dalam konektor, atau dapat dibuat langsung dengan PCB. Gambar 2 menunjukkan lensa kamera dengan banyak sambungan kabel fleksibel (tidak dapat dicolokkan), sedangkan Gambar 3 menunjukkan perbedaan antara" rigid flexible" PCB dengan kabel fleksibel terintegrasi. Meskipun terkadang sulit untuk merancang dan menugaskan ke pemasok, penggunaan teknologi fleksibel-kaku dapat sangat membantu menghemat biaya produksi dan membuat desain lebih dapat diandalkan dan lebih ketat. Namun, karena kedua PCB tidak dapat dipisahkan secara fisik satu sama lain, perakitan kombinasi fleksibel-kaku mungkin lebih sulit.
Gambar 2: Perakitan lensa kamera dengan kabel fleksibel
Gambar 3: Teknologi PCB fleksibel-kaku
Pertimbangkan penerapan konektor
Saat mengambil koneksi kabel sebagai tema, mari kita dengan cepat menyelesaikan beberapa masalah penting lainnya yang perlu dipertimbangkan. Salah satu temanya adalah kemudahan penggunaan, dan contoh sempurna adalah port USB standar.
Selama bertahun-tahun, konektor USB telah ditingkatkan dalam berbagai cara, termasuk kapasitas saat ini, kepadatan sinyal, dan koneksi non-arah yang dapat dibalik menggunakan USB-C. Sebaliknya, konektor dengan tombol panah yang hanya memungkinkan satu arah (seperti konektor USB 2.0 klasik) membantu memandu pengguna dan mencegah kesalahan koneksi. Mengunci koneksi biasanya memberikan dukungan mekanis yang lebih baik dan mungkin memerlukan colokan berputar (konektor BNC) atau lugs kompresi (kabel jaringan RJ-45). Pada dasarnya, jika konektor perlu digunakan kembali, kemudahan penggunaan tentunya harus menjadi prioritas utama bagi pengguna.
Beberapa aplikasi memerlukan koneksi berkecepatan tinggi dan sensitif untuk jarak yang lebih jauh, yang membuat kami menggunakan serat optik. Ada tiga jenis utama sambungan serat optik: mode tunggal, multi-mode, dan serat optik plastik (POF). Koneksi multimode memungkinkan bandwidth yang lebih tinggi, tetapi karena tingkat dispersi dan atenuasi yang tinggi, koneksi tersebut biasanya mengalami kerugian dalam aplikasi jarak jauh, menjadikannya ideal untuk koneksi berbasis LAN pendek. Mode tunggal bekerja dengan baik dalam jarak yang lebih jauh, menjadikannya ideal untuk aplikasi seperti broadband RF (perusahaan kabel lokal Anda). Selain itu, bus data paralel melalui koneksi seperti Peripheral Component Interconnect (PCI) umumnya jauh lebih cepat daripada koneksi serial seperti USB (walaupun USB-C juga memungkinkan koneksi paralel). Kecepatan dan kinerja aplikasi akan menentukan cara menentukan interkoneksi ini.
Untuk aplikasi tertentu, seperti ruang angkasa dan militer, kondisi kerja yang keras pada akhirnya dapat menyebabkan peningkatan permintaan. Konektor tertentu memiliki perlindungan khusus terhadap interferensi elektromagnetik (EMI), pelepasan muatan listrik statis (ESD), getaran, dan / atau kelembapan. Untuk desainer, keputusan umum adalah apakah konektor harus dilindungi. Konektor berpelindung (ditutupi oleh beberapa logam konduktif dan mungkin termasuk gasket EMI) dapat memberikan tingkat perlindungan yang lebih tinggi terhadap radiasi berbahaya dan medan magnet lokal, tetapi umumnya lebih besar atau mahal daripada alternatif yang tidak berpelindung. Konektor dengan cangkang dan pin yang sesuai dapat diarde untuk membantu ESD yang dimasukkan melalui sentuhan manusia atau sumber transien lokal lainnya. Beberapa konektor bahkan menyertakan kontak penyerap guncangan untuk membantu mengatasi aplikasi berdampak tinggi dan keandalan tinggi. Terakhir, sambungan yang perlu dilindungi dari kelembapan eksternal sering kali menyertakan (atau memungkinkan penggunaan) segel. Gambar 4 menunjukkan keempat variasi ini dalam hubungan umum.
Gambar 4: Soket daya DC berpelindung (LR), soket RJ-45 berpelindung / diarde, konektor board-to-board tahan getaran, dan konektor USB tahan air
Untuk aplikasi beban tinggi, memilih konektor dengan nilai arus atau tegangan terbesar juga dapat mempercepat proses desain. Beberapa konektor menyertakan pin sinyal campuran untuk mendukung data dan koneksi daya. Umumnya, pin daya memiliki kapasitas arus yang lebih besar dan mungkin lebih tebal, membantu mencegah penggunaan dua konektor / kabel daya dan data yang terpisah.
Aplikasi tegangan AC juga dapat mendorong pilihan konektor dan memerlukan celah atau jarak minimum antara setiap pin (tergantung tegangan maksimum). Ini membantu mencegah busur api, yang dapat membahayakan sistem dan operator. Konektor akan selalu mencantumkan daya pengenal. Penting untuk mengikuti spesifikasi ini saat mendesain dan untuk memastikan margin yang baik.
Akhirnya, terkadang solusi terbaik (dan termurah) adalah mengekspos konektor dan cukup menggunakan bantalan tembaga yang terbuka untuk antarmuka pegas. Selain menyediakan faktor bentuk yang lebih kecil, ini dapat membantu mengurangi biaya komponen dan memungkinkan deteksi lebih mudah (berdasarkan fleksibilitas lokasi PCB). Antarmuka pemrograman atau pengujian adalah salah satu aplikasi yang paling umum. Desain yang disematkan biasanya menyertakan port debugging atau pemrograman, tetapi jika konektor biasanya tidak digunakan (hanya untuk produksi atau layanan, mengapa menggunakan konektor)? Kabel seperti Tag-Connect (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5) Teknologi dapat memberikan solusi dengan faktor bentuk yang lebih kecil dan biaya yang lebih rendah. Meskipun biasanya hanya digunakan sebagai titik pengujian, pad array juga harus dipertimbangkan untuk koneksi berbasis pogo-pin.
Gambar 5: Teknologi kabel Pogo-pin Tag-Connect
Kit desain PCB dapat membantu
Saat ini, banyak program CAD memiliki visualisasi 3D dan dukungan impor / ekspor file mekanis. Contohnya adalah Solidworks Electrical (SWE). Secara tradisional program CAD untuk desain mekanis, ada kit listrik untuk Solidworks yang dapat dengan mudah diintegrasikan dengan PCB yang ditentukan secara skematis dan koneksi terkait. Manfaat perancang meliputi alat desain kelistrikan yang dapat membantu menentukan interkoneksi dan menghasilkan spesifikasi kabel, diagram pengkabelan, dan bahkan file yang dapat digunakan dalam program desain PCB lainnya untuk membantu netlist, sambil memberikan visualisasi lengkap dari interkoneksi sistem. Meskipun banyak program desain PCB menyertakan kemampuan visualisasi 3D, beberapa program memungkinkan pertukaran file untuk membantu menentukan bentuk PCB (melalui file 2D) dan mengimpor pengemasan komponen (melalui file 3D), yang dapat sangat membantu memeriksa interferensi dan mengoptimalkan posisi konektor.
Kesimpulannya
Rancangan sambungan PCB sepenuhnya bergantung pada aplikasinya, biasanya dimulai dari kebutuhan pengguna, mempertimbangkan kebutuhan rancangan, dan menentukan apakah diperlukan fitur khusus. Apa yang sering dilupakan adalah bahwa persyaratan pabrikan juga harus dipertimbangkan untuk memastikan bahwa itu dapat diproduksi dan dirakit dengan kesederhanaan dan biaya yang masuk akal.
Kit desain PCB dalam berbagai bentuk dan ukuran berisi fungsi terkait mekanis yang secara signifikan dapat membantu mengurangi risiko iterasi desain dan mengoptimalkan penempatan konektor.
86-18149523263