通讯 行业 背板常用器件的功用及安装方法

通讯行业背板常用器件的功用及安装方法背板常用器件的功用及安装方法课程说明课程名称背板常用器件的功用及安装方法课程编码课程简介本课程主要介绍背板用连接器的种类、性能、安装工艺和CAD设计、工艺设计时的一些注意事项。关键词压接、DFM/DFA适用对象背板工艺工程师二级单板工艺工程师二级/三级整机、电缆工艺工程师二级课程时长4H培训目标学完本课程后，学员能够（有几条就写几条）1、熟悉目前背板常用器件的作用及功能；2、熟悉背板常用连接器的安装工艺及使用中的注意事项；3、将工艺知识成功的应用于CAD工艺审查和产品总体方案讨论，以保证连接器选择经济、合理，布局工艺良好。4、明确母板常用器件可行性工艺试验的项目及试验方法。掌握了解/掌握了解目录课程说明I第一章概述11连接器的分类312功用及安装工艺简介5第二章欧式连接器21概述522欧式连接器特性623安装工艺724主要功用及使用注意事项725欧式连接器护套8第三章2MM连接器21概述9222MMFB连接器9232MMHM连接器14242MM护套29第四章HS3连接器41概述3042PCB设计要求3143工艺要求35第五章背板用其它连接器51同轴连接器3752电源连接器3853网口连接器3954普通插座39第一章概述11连接器分类由于连接器可灵活方便的提供电源、实现不同设备和电路板之间的信号连接，随着电子产品的发展，连接器种类和应用领域也不断的增加，从THT到SMT，焊接到压接；高频到低频，普通到防水防震，电连接到光连接；普通民用产品到尖端星箭产品，其应用已深入到电子产品的每个角落。通常连接器可按照配合关系、外部特征、适用环境、电气特性等进行分类。按照适用环境连接器可分为板上连接器安装在在PCB上，用于电路板和电路板之间连接的连接器，如欧式连接器、2MMHM连接器、双边缘连接器等。安装在在PCB上，用于电路板和电缆相连接的连接器，牛头插座、D型座、普通插座、SMB等。电缆上连接器用于电缆和PCB电连接，一般用于为PCB供电或向外提供电源或信号。用于电缆和电缆的连接。按照外部特征连接器可分为圆形连接器、矩形连接器、端子等；按照配合关系连接器可分为公、母两类；按照电气特性可分为高频和低频。我司的连接器分类情况如下1401欧式连接器1402护套1403IC插座1404同轴连接器1405插针1406电缆连接器1407导线连接器1408网口连接器1409柔性印制板连接器1410普通插座1411普通端子1412普通插头1413光连接器1414DIMM插座1415接地连接器1416音视频连接器1417裸压接端子1418线缆端子座1419电源连接器1420插座1421圆形连接器14222MM连接器1423双边缘连接器以上分类中与背板相连的大类有1401、1402、1404、1406、1408、1410、1415、1419、1422。12功用和安装工艺121背板上连接器的主要功用有与单板上的连接器相互配合，完成单板间的信号传输并为单板提供电源；从外接受电源；提供不同设备间的接口；提供检测信号通道等。122板上连接器所采用的安装工艺方法有焊接和压接；电缆上连接器所采用的工艺方法有压接、焊接和卡接。第二章欧式连接器21概述按照DIN41612标准制造，PIN间距为254或其整数倍的连接器。共有13种基本标准和其衍生的许多版本。其外形如图21所示。图2196PIN直/公、弯/母连接器图例我公司应用主要的为R型，产品上大量应用的有64PIN长/直/公、64PIN直/公、96PIN长/直/公、96PIN直/公、300PIN长/直/公；64PIN弯/母、96PIN弯/母、300PIN弯/母。应用较少的欧式连接器有64PIN长/直/母、64PIN直/母、96PIN长/直/母、96PIN直/母、64PIN弯/公、96PIN弯/公，这些主要用于一些装备母板和转接板的生产。另外M型欧式连接器在GSM产品上也有一些应用，该类型的连接器除可提供普通的信号连接，还可提供大电源电流、同轴连接或光纤连接。其连接器的外形如图22所示。图22M型连接器图例22欧式连接器的基本特性按照DIN41612，欧式连接器分为三个质量等级。连接器的接触部位采用镍底镀金以满足标准的要求。表21欧式连接器等级分类表221电气特性额定电流（20）15A温度范围55125接触电阻小于20M绝缘电阻大于106M测试电压1000V222机械特性单根针的插入力小于094N单个针的拔出力小于015N23安装工艺1欧式连接器所采用的主要安装工艺是压接和焊接，其中母板上的直/母、直/公欧式连接器全部采用压接工艺进行安装；单板上的弯/母、弯/公欧式连接器全部采用波峰焊接，然后采用快速铆钉铆接进行紧固。欧式连接器依据压接时插针的承压部位不同可分为压头式和压肩式两种，两种类型的连接器对压接模具的要求不同。一般来讲，压肩式的连接器可用压头式的模具进行压接，但压头式的模具绝对不能用于压头式连接器的压接。目前公司使用的FCI的欧式连接器为压肩式结构，ERNI连接器为压头式结构。图23压肩式、压头式插针结构示意图24欧式连接器的主要功能介绍和使用注意事项241主要功能防插错欧式连接器塑壳外形的设计，依靠直/公和直/母连接器上下短边相对应的凸凹部位，可防止PCB板反向插入。欧式连接器可在直/母或弯/母连接器上安装塑料锲形防误插片，并使用专用的工具在相应的直/公或弯/公连接器的相应部位开槽，可防止不同PCB间的误插。该功能我司没有采用，而是采用变动连接器在Y向的布局位置，以实现不同PCB间的误插。图24FCI欧式连接器防误插片安装示意EARLYMATELASTBREAK当连接器中需布置电源针时，可根据需要设置针的布局，以保护电路的安全，不受电涌的破坏。图25EL功能示意图242使用注意事项压接、焊接欧式连接器的金属化安装孔径均为40MIL（公差范围3743MIL）母板上直/母（公）连接器铆接孔径110MIL（公差范围2829MM），单板上弯/母（公）连接器的铆接孔径100MIL（公差范围2526MM）。欧式连接器插针的截面积0606MM，标准连接器的插针长5MM。适用的板厚总40页1635MM。插件时应注意连接器的方向，当丝印不能明确反映出插件方向时，应根据铆接孔的位置决定插件方向。铆接孔相对于中间一排孔偏移03MM。单板上欧式连接器的布局最边一排孔距离板边的距离5301MM，距离铆接孔的中心距离25401MM。两铆接孔的中心距离母板上直/公（母）90MM，单板上889MM。各压接孔、焊接孔、铆接孔的相互位置度公差005MM。300PIN欧式连接器所采用的护套为480PIN，连接器布局时应考虑护套的紧固螺钉位置。25欧式连接器护套（1402类）251概述和长直/公（母）欧式连接器配套使用，用于固定出线插头和保护连接器的插针。和爪形锁扣配合适用，固定和锁紧出线插头。目前公司使用的护套有332PIN、432PIN、480PIN三种。252安装工艺及使用注意事项332PIN、432PIN护套采用快速铆钉进行紧固。护套插件方向的确定与欧式连接器相同，即保证铆接孔与连接器和PCB的铆接孔同轴。480PIN护套采用小盘头螺钉M2512紧固，与连接器不接触的一头需采用平垫圈和弹簧垫圈以防松。31概述311定义符合IEC917标准的连接器。主要可分为2MMFB（FUTUERBUS、2MMHMHARDMETRIC、2MMHS3HIGHSPEED等几种。由于2MM连接器可提供高密度的电路互联，适应信号传输速率不断增高、热插拔等要求，已在我司交换接入、传输、数据通讯、无线等产品中得到广泛的应用。图31所示的2MMFB连接器（又称为2MMHM型），有4ROW和5ROW两种，第三章2MM连接器总40页两种都有6、12、24、48列四种产品，可首尾衔接使用。主要应用于交换的128模块，其特点是每个连接器都具有导向和定位功能，插针较粗0505MM强度较好；缺点是外形较大，我司没有采用与其向匹配的护套和导线连接器，使用2MMHM护套工艺性较差。2MMFB连接器有焊接和压接两种形式，对于直/公或直/母的焊接型只有短针，焊脚长度43MM；压接型连接器应用普遍，压接针长度43118MM，有三种不同的针长度可供选择。连接器的信号针长度565MM，电源针长度65MM。图32所示的2MMHM连接器是我司也是目前应用最多的一种连接器，按照其外形和插针数量可分为A、B、C、D、E、N、AB、DE等种类，根据屏蔽特点可分为无屏蔽、外壳屏蔽和列间屏蔽。图33所示的2MMHS3连接器是为适应高速信号的传输要求而开发的新一代连接器，其传输速率在125G，最高可达4G，其实其已不是严格意义上的2MM连接器，其信号针PIN的间距横向为1MM、15MM，纵向为25MM，且插针的布置为间隔布置，每个信号针周围都有屏蔽针相连，大大提高的插针的利用率。但同时对PCB的加工提出了更严格的要求，因为其要求压接孔的位置公差005MM，孔径公差005MM。总40页图312MMFB连接器系列总40页图322MMHM连接器系列总40页图332MMHS3（25MM）连接器系列322MMFB连接器IEC6107640X（48B）3212MMFB连接器特性电气特性最大电流1A绝缘电阻5000M测试后1000M接触电阻信号针小于20M，电源针小于25M测试电压1000VRMS机械性能插拔力037N插针配合长度25MM压接力小于65N/PIN，拔出力大于20N/PIN插针与塑料壳间的保持力公10N；母5N单板边缘距离背板的距离10MM总40页322安装工艺2MMFB连接器的装联工艺有压接和焊接，焊接工艺在我司应用较少，只在弯/母电源连接器中用应用。所有压接型2MM连接器的插针类型全部为压肩式结构，模具设计时应注意保证压力与阻力中心的重合。3232MMFB连接器的种类和使用注意事项4ROW、5ROW弯/母连接器、弯/公连接器图344ROWFB连接器图压接孔径要求06508MM,28MIL。PCB上定位孔径的位置和尺寸如图35所示。不能和2MMHM、2MMHS3在同一槽位混合使用。防误插设计可采用不同颜色和布局的防误插导销。特别注意单板的厚度最大不能超过24MM，最小不小于16MM。4ROW不能和5ROW连接器在同一槽位混合使用。焊接型的孔径要求和压接型的相同。弯/公连接器用于配线时应注意连接器上必需有配线卡口。结构设计是注意PCB板面到最近一排针的距离15MM。总40页图352MMFB4ROW弯/母连接器位置要求4ROW、5ROW直/公连接器总40页图362MMFM直/公/母连接器压接加工时应注意行程方面的严格控制，否则会引起连接器塑料外壳的严重变形，导致单板插拔困难。应注意其丝印外形的设计，区分插针和塑料外壳的不对称布置。如使用焊接型的连接器应注意其定位孔的设计。2MMFB电源连接器图37电源连接器图使用时需要注意不要和2MMHM连接器混合使用。最大电流3A。弯/母工艺为焊接。PCB设计要求表312MMFB连接器PCB设计要求总40页332MMHM连接器IEC917DIN433563312MMHM连接器的特性电气性能工作温度55125工作电流1A（70），15A（20）测试电压750VRMS接触电阻20MMAX绝缘电阻10000MMIN机械性能；插入力075N/PIN，屏蔽针为1N/PIN拔出力015N/PIN冲击应力200KPSIMIN压接力3040N/PIN2MMHM连接器插针的种类总40页图382MMHM连接器可供选择的插针不同长度的插针布局可根据用户的需求进行配置，以适应带电插拔的需要。设计压接模具和垫板时应注意插针的不同长度要求。2MMHM连接器的插针全部为压肩式。连接器的配合长度总40页图39连接器最小配合长度和结构设计尺寸要求压接孔的尺寸和镀涂要求总40页图310信号和屏蔽针孔的要求图311L、M、N型连接器电源针压接孔要求2MM连接器的布线密度总40页图3122MM连接器布线密度示意图高频特性表322MMHM连接器高频特性表3322MMHM连接器的种类、安装工艺和适用注意事项总40页A型连接器图313A型连接器使用时注意不同厂家连接器的兼容问题，主要是PCB的塑料定位柱。注意A行连接器有插拔方向的区别，在母板工艺布局时应注意不要和C型连接器发生干涉。在连接器中间可使用防误插导销来防止板的插错，单板、母板上的防误插导销要相互配使用。丝印见下图总40页图314A型连接器丝印B型连接器图315B型连接器总40页B型连接器自身没有导向、定位和防误插功能。不允许在同一槽位全部采用B型连接器。丝印设计时应注意塑壳的外形。图3162MMHMB型连接器丝印C型连接器总40页图3172MMHMC型连接器丝印和元器件布局时要兼顾不同厂家塑料定位柱、外形不同。注意直公连接器的插板方向。图3182MMHMC型连接器丝印D型连接器总40页图3192MMHMD型连接器及丝印要求与A型连接器相同，知识ROW数不同。总40页注意塑料定位柱孔径为2MM，导向销孔径26MM。弯母连接器的列间距为15MM，行间距2MM；屏蔽针与信号针间的列间距为175MM。与5ROW的不同，5ROW屏蔽针与信号针间距2MM。E型连接器总40页1图320E型连接器的图例和丝印E型连接器与B型连接器相试，使用的优点是信号密度大，缺点是没有导向和防误插功能，使用布局时应特别注意，否则会出现倒针等不良现象。注意弯母连接器的PIN间距为15MM和2MM；注意各厂家屏蔽壳的结构不同，在建库要兼容。F型连接器总40页图321F型连接器及丝印和信号定总40页义使用要求与C型连接器相同。注意屏蔽针和塑料定位柱的设计，该类型的我司目前还没有应用。N型连接器总40页图322N型连接器及PCB布局要求我司应用的N型连接器，单板为焊接型，母板为连接同轴电缆的形式。压接型的N型连接器可用以同轴和电源的连接。N型连接器具有到导向定位功能，使用时应注意其插板方向，并将其应用在槽位的端头。注意定位柱的孔径尺寸，其直接影响装联工艺的优劣。AB型连接器总40页图323AB型连接器是解决传输倒针问题而开发的兼有A型、B型连接器优点的一种连接器，已成功的应用于我司传输2500系列。丝印设计需要兼顾两者的特点来确定安装的位置和方向。不可以和A行或B型的连接器兼容。DE型连接器图224DE型连接器总40页与AB型连接器功能相同，适用于信号密度更高的场合。2MMHM电源连接器总40页图225电源连接器和PCB布局要求注意压接孔的布局和间距。注意新设计的单板不允许再使用2MMFB电源连接器。2MMHM防误插销总40页用于防误插设计，不同的颜色可组合使用。3332MMHM连接器的布局要求2MMHM连接器的槽位间距和连接器之间的距离（纵向）一般应为2MM的整数倍。不允许B、D型的连接器单独使用或相连使用，应于A、AB、M、L相连间隔使用。C型连接器一般用于槽位的端头。一般不允许将5ROW和8ROW连接器用在同一槽位。主要是考虑走线和地层的设置需要，因为5ROW连接器的PIN间距2MM，而8ROW连接器的PIN间距15MM。布局时应考虑防误插的需求。一般不允许外加导向装置，以免引起干涉导致倒针。342MMHM护套护套主要用于和导线连接器配合用于出线，也可用于插板。总40页注意有的厂家的插板护套不具有配线功能。配线锁扣的安装位置应在左边，以便于左手拉开锁扣，右手插接导线连接器。配线设计时应注意防误插设计，现已有防误插的护套出现。第四章ZPACK25MMHS3连接器41概述ZPACK25MMHS3连接器是第三代的2MM连接器，可提供超高密度连接、满足48G以下的信号传输要求，可控阻抗50欧姆。可首尾拼接使用并可与2MMHM混合拼接使用，以满足不同信号的传输要求和降低成本。25MMHS3连接器有6ROW和10ROW两组共10余种型号的连接器，信号针的列间距为25MM，行间距为2MM、15MM间隔排列，插拔次数250以上，有A、B、K、P、R、S六种针型可供选择（A、B为短针）。总40页图1ZPACK2MMHS3连接器图片411HS3连接器的性能表11HS3连接器性能表总40页接触电阻21M阻抗5863表12HS3连接器性能表42PCB的设计要求421丝印及信号的排列要求丝印正确反映连接器的安装位置和方向，即按照丝印可正确的插装连接器。丝印正确反映连接器的外形，即丝印的图形尺寸和连接器外形在PCB上的投影一致。丝印应正确反映HS3连接器首尾拼接的特点。丝印应包含各信号针的定义标识，如A1、B1等。信号针的定义应与连接器本身的标识一致；信号针的定义应保证相互配合的公/母连接器的信号定义相一致。护套的丝印与连接器的丝印要求相同，PCB设计时应特别注意需增加护套的丝印，因护套在原理图中反映不出来。422ZPACK25MMHS3连接器的丝印及信号的定义参见下图115需要注意的是6ROW的只有安装ESD导向针一种；而10ROW的有安装ESD导向针和安装普通导向针的区别。总40页总40页总40页423压接孔径、焊盘及走线的设计要求孔径的公差06005MM，一般应按照表21要求进行设计。表21标准商用PCB设计准则总40页表2高级的PCB设计准则图216ZPACK25MMHS3连接器的走线示例424板厚的设计要求4241对单板的厚度建议优选板厚大于18MM，选用1418板厚将增加压接垫板的设计与制作难度。禁止选用14MM以下的板厚。4242母板厚度对不安装护套的连接器，其板厚应大于18MM，否则垫板将无法制作。需要安装护套的母板厚度应大于36MM，设计时应注意器件的选用和加工的可行性。注24所给尺寸没有考虑PCB的厚度公差，为最小的要求值，实际设计时应考虑PCB的制作公差并增加一定数值的板厚。425HS3连接器的布局要求。HS3连接器每个连接器都具有导向和定位功能，可首尾拼接使用，且可于总40页2MMHM连接器混合使用以降低使用的成本。同时由于HS3连接器信号针的PIN间距纵向25MM，横向每对信号针的PIN间距为15MM，考虑到压接模具、垫板和测试工装的通用性要求，结构上的防误插要求，对连接器的布局作如下要求在槽位的两端最好选用左/右模式的带导向针的连接器，这样可增加其导向功能，对10ROW的连接器还可通过增加防误插销来实现防误插。最好不要将HS3连接器和2MMHM连接器在同一槽位使用。如要使用不要首尾相接，两连接器间至少要有2MM间隙。HS3连接器的纵向PIN间距（信号针）应为25MM的整数倍；横向每对信号针的间距应为15MM的整数倍。6ROW和10ROW连接器不要布置在同一槽位。首尾拼接使用时应注意信号针的PIN间距为25MM。单板上连接器最边一排信号针距离板边的距离应小于或等于15MM。43工艺要求431压接设备HS3连接器要求压接后连接器塑壳与板面的间距为002MM，绝对不允许过压。否则会因为HS3连接器特殊的塑壳结构和材料，引起压接后塑壳两侧向中间偏斜，导致插板困难或塑壳开裂；高密度的布线，焊盘与走线的间距只有58MIL，过压会由针肩导致短路，这就要求压接设备要有良好的行程调节能力。HS3连接器的PIN间距相对于2MMHM连接器更密集，纵向PIN间距125MM，横向PIN间距1MM、15MM，压接设备的压力控制精度不够或压接速度过快，都会引起插针的轻微偏移，从而引起屏蔽针的歪斜，导致短路等缺陷的产生。同时因为压接垫板、PCB、压接模具都有一定的厚度公差，在压接垫板、压接模具厚度一定的情况下，PCB的厚度公差也在03MM，如压力控制不当很容易压裂连接器。为保证可靠的压接质量，要求压接设备的压力和行程都精确可调。目前，我司只有FCI的IMPRESS500E可基本满足该连接器的压接要求，但产能完全不能满足未来传输、数据通讯产品的发展要求。432压接垫板压接垫板的设计在PCB板厚大于18MM的情况下，可以不考虑屏蔽针容针孔的总40页设计和加工，主要的难题时选择不易变形的垫板材料。对单板可选用钢或铝进行加工，对母板环氧玻璃布板加工精度已很难满足平面度和厚度的精度要求，目前解决办法可采用硬铝合金加工，并尽量减少垫板的厚度，加工完表面采用硬质阳极氧化处理。如有半自动的母板压接设备，不需要人力来移动垫板，则垫板的设计对重量的考虑可减少，在加工效率和质量上都会的到保证和提高。433压接模具4331弯/母连接器的压接模具结构相对简单，但设计时应注意压力中心与阻力中心应尽量重合。4332直/公压接模具的设计相对比较复杂，信号针和屏蔽针都需要采用压肩式结构，这就决定了其压接模具只能采用拼装结构。同时要求压接模具的容针槽的表面粗糙度小于02，以减少压接过程中对插针的磨损和增强可操作性。具体结构可参见图31图中压接模具两侧和中间的薄片用于压接屏蔽针，整体使用线切割加工的主体用于压接结信号针和容接屏蔽针。总40页图31压接模具的结构图434对结构设计的要求4341因为HS3连接器的插拔力较大，每个连接器的插拔力达80N，所以在设计时应统筹考虑背板、插框和扳手的整体强度。4342单板的厚度、拉手条的结构都应与插拔力相匹配，与扳手结合的铆接孔也应设计为金属化孔，以增加PCB的强度。4343在进行母板结构设计时，应注意连接器中心距离单板板面的距离为65MM和10MM，具体间图32图32母板结构设计布局尺寸要求示意4344结构设计应保证各种公差和间隙的合成小于HS3连接器的导向能力，具体尺寸要求见下图33总40页图33HS3连接器的导向能力示意第五章其它连接器51同轴连接器（1404）该类连接器分为插头和插座两大类，主要用于单板于背板、单板与同轴电缆的连接；同轴连接器一般执行两种标准美国（西欧）标准（特性阻抗50）、前苏联标准（特性阻抗75），以前我国大多采用75，现在是75与50两种标准共存，并逐渐向50过渡，我司的同轴连接器主要分为SMA、SMB、BNC、N型等。511SMA特性阻抗50，表面镀金，分直式和弯角两种，插头与插座的装联为螺纹旋接。插座与PCB的装联多采用焊接。SMA连接器广泛的应用在微波通讯、数据通讯、总40页传输等领域。配用软射频电缆的频率低于124GHZ，配用半刚性射频电缆的频率达到180GHZ。在我司背板及转接板上有应用，因安装复杂，现已被SMB所替代。512SMBSMB为插入自锁式结构，方便快速连接与分离，特性阻抗75，适用于04G的频率范围，在我司主要用于中继电缆和背板上E