Idéias para conectar / conectar / empilhar uma placa de circuito impresso na outra, sem folga

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Quais métodos podem ser viáveis ​​para conectar / empilhar uma PCB imediatamente em cima de outra PCB , com as seguintes condições:

  • Espaçamento zero / espaço entre os dois PCBs
  • Contatos elétricos são necessários, não apenas conexão física
  • Suponha que o PCB superior tenha cerca de um terço do tamanho do PCB inferior

Estou no estágio inicial de design de um projeto e estou tentando pesquisar as opções primeiro, por isso estou aberto a recomendações de métodos padrão e a quaisquer idéias criativas.

Nota: eu já estou familiarizado com as castellations de borda (AKA "halfways"), portanto, outras sugestões seriam interessantes.

Por exemplo, é possível projetá-lo de forma que o PCB superior tenha contatos de pad apenas na parte inferior (estilo QFN / QFP) que são de alguma forma soldáveis ​​em pads no PCB inferior?

EDIT: Para responder à pergunta de @ Andrew:

Meu objetivo de empilhar as duas placas dessa maneira é que o Top PCB será variável entre as variantes do meu dispositivo (de fato, variável não apenas no que o Top PCB contém, mas também no tamanho e no número de contatos que possui), daí o objetivo de tendo um PCB Base constante com almofadas nas quais posso anexar um PCB superior variável.

OrCa
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Eu tenho que perguntar: por que? supondo que você deva ter espaço na placa principal para encaixar na placa filha ... embora isso seja tecnicamente possível, estou preocupado do ponto de vista de fabricação / montagem, especialmente com o seu comentário de "alguma forma de solda".
Andrew
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@ Andrew: Resposta adicionada à sua pergunta acima. E qual é a preocupação do ponto de vista da montagem? Muito provavelmente esta não é uma configuração incomum (?)
Orca
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Eu diria que essa é uma abordagem muito incomum, geralmente as pessoas usam conectores ou castelings como você diz. Você poderia fazer o que está falando como um QFN. Um QFN real é essencialmente apenas um pequeno PCB com uma matriz na parte superior e almofadas na parte inferior. Uma grande dificuldade com algo desse tamanho será a coplanaridade. Suas placas terão que ser muito planas para serem montadas facilmente, e garanto que elas não são planas o suficiente por padrão;) A classe 2 do IPC permite um pouco de arco / torção da placa e, durante o refluxo, elas flexionam e torcem conforme bem. Quanto maiores, mais difícil será a montagem.
Alguns Hardware Guy

Respostas:

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Esta não é uma resposta direta à sua pergunta, mas acho que é bastante relevante.

Alguns anos atrás, fizemos a mesma coisa. Fizemos pequenas placas filhas que usavam castellings de ponta para soldá-las na placa mãe.

Módulo EtherCAT SPI

A dificuldade era que tínhamos componentes no lado inferior do PCB. Esses eram os capacitores de desacoplamento vitais necessários ao chip.

Portanto, a placa-mãe tinha vias muito grandes para acomodar esses componentes.

Placa-mãe EtherCAT

Você pode ver vários orifícios redondos grandes no PCB. Através dos orifícios, você pode ver os capacitores no outro lado das placas-filha. Como os orifícios são apenas vias grandes, eles acabam revestidos (nosso fornecedor não oferece orifícios não revestidos), portanto, você deve ter cuidado para que o revestimento não encurte nenhuma almofada na placa filha.


Algumas reflexões sobre o uso de blocos sob o PCB. Suponho que você queira dizer algo como este módulo Telit HE910:

Telit HE910 Telit HE910 Soldado

Que refluxo solda diretamente em um PCB. Observe que, na figura, o espaço entre o módulo e a placa principal não é zero, mas certamente inferior a 1 mm. Claramente, esta técnica funciona. Quaisquer componentes que estejam dentro do módulo não se importam em passar por um processo de refluxo extra. Isso ocorre porque os componentes geralmente podem sobreviver a pelo menos dois refluxos (uma vez para cada lado do painel). Como esses módulos possuem apenas componentes em um lado do PCB, eles certamente experimentaram apenas um refluxo.

Em vez de refluxo, você pode ficar tentado a usar uma placa quente para soldar um módulo como este. Isso permitiria que você soldasse o módulo sem aquecer demais os componentes dentro do módulo. No entanto, eu desaconselharia esse método. No momento em que a solda solidifica, o PCB mãe estará muito mais quente que o PCB filha. À medida que a mãe esfria e encolhe, ela gera forças de cisalhamento nas juntas de solda e pode entortar.

Rocketmagnet
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Uma solução potencial para isso é que ele poderia soldar os PCBs brutos primeiro, depois preencher e refluir as placas. Ele não adiciona muito em termos de mistura e combinação rápida, mas ajudaria a não precisar de componentes para suportar um segundo ciclo de refluxo.
21412 Toby Lawrence
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Gosto de você fazer buracos gigantes na placa mãe para acomodar as tampas de desacoplamento, isso é incrível.
Algum tipo de hardware
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Bem, fizemos castellations da maneira mais ruim (use vias no contorno do quadro). O problema é que, quando a placa é roteada, rasga o revestimento das vias. Eles não eram muito confiáveis. Um pesadelo. É melhor fazer com que o fabricante da PCB as faça adequadamente para você. Se você não conseguir fazer isso, expanda o contorno do quadro para que as vias permaneçam intactas e use uma lixadeira para lixar metade das vias. Isso reduz o estresse neles.
Rocketmagnet
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Eles provavelmente ainda estão vulneráveis ​​a coisas como estresse térmico e mecânico. Você pode considerar: 1) fortalecer o cobre ao redor da castelação com algumas pequenas vias. Isso ajuda a rebitar o cobre. 2) tenha todas as castelações ao longo de uma borda e use cola flexível ao longo da outra borda. Isso deve aliviar a tensão mecânica nas juntas de solda. No entanto, devo dizer que não tenho experiência a longo prazo com castellations adequadas em qualquer tipo de ambiente hostil. Talvez alguém tenha?
Rocketmagnet
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@Sener - Estes são conectores IDC a fio, chamados Micro-Match da TE-Connectivity.
Rocketmagnet
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Talvez não seja exatamente o que você está perguntando, mas eu sugiro que você verifique o PiCrust para obter idéias. Eles usam conectores da Hirose para obter um design compacto e empilhado em cima da placa Raspberry Pi.

Se a placa puder ser substituída sem solda, isso parece uma solução bastante simples para o problema.

Imagem de Placa PiCrust

Nakedible
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Na minha (experiência reconhecidamente estreita), as placas filhas geralmente são instaladas nos conectores de cabeçalho, e não são soldadas diretamente.

Em resposta a uma pergunta sobre Conector PCB com altíssima altura de empilhamento , @trygvis sugeriu este conector Molex

Talvez isso seja útil?

O problema com a solda cara a cara, conforme você descreve, é que esse processo terá que ser manual (não escolher e colocar com refluxo), a menos que você queira refluir seus PCBs. Além disso, você precisaria ter certeza da fixação mecânica - algumas etiquetas de solda provavelmente não serão suficientes - precisará de fixação mecânica, caso contrário, há um sério risco de fratura por vibração.

Andrew
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Duas coisas principais vêm à mente:

1) o que você descreve pode ser usado para permitir a descrição de um pacote do tipo BGA (Solder Bump) que usa um substrato FR-4. Esta não é uma opção de embalagem incomum.

2) costumava haver um tipo de fita que melhoraria preferencialmente a conexão elétrica através da espessura da fita, minimizando a condução lateral. Eu costumava estar disponível na 3M, mas não a vejo há anos. E sua condutividade provavelmente foi insuficiente para o seu uso se você precisar transportar centenas de mA. Isso pode lhe dar uma ideia ou duas.

espaço reservado
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Re # 2: Você está pensando em fita 3M Z-Axis. Conduz apenas verticalmente entre as placas, não horizontalmente entre as almofadas.
Navin
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Você pode considerar o uso de uma combinação de receptáculo SMT e cabeçalho de pino passante, por exemplo:
soquete BG120
DIL de 2,54 mm DIL Cabeçote de pino passante BG120 de 2,54 mm DIL

Você pode escolher uma linha, o GCT também oferece arremessos mais finos, se necessário, outras opções aqui .

-Monte o soquete SMT na placa de circuito impresso superior.

- Conecte um cabeçalho do pino através do orifício (de cima) até as duas placas de circuito impresso. Obviamente, os pinos do cabeçalho do pino de acoplamento devem ser longos o suficiente para passar pelo receptáculo fêmea SMT, ambos PCBs e deixar espaço suficiente para a solda manual.

- Solde manualmente os pinos expostos do cabeçalho na parte inferior da placa de circuito impresso inferior.

Veja o esboço em anexo (desculpe meu desenho horrível) insira a descrição da imagem aqui, não tenho certeza se isso funcionará para você, apenas uma idéia!

Nota: Os produtos padrão GCT disponíveis via Newark, qualquer comprimento de pino não padrão carrega um MOQ mais alto (pelo menos 1k de peças).

Laurence Hill
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