Top 3 Fehler bei der Mehrfach-Platinen-PCB-Verbindung

Stellen Sie sich den Schrecken vor: Sie schalten Ihr neues System mit mehreren Platinen ein, nur um Kurzschlüsse und Unterbrechungen dort zu finden, wo Sie sie nicht erwartet haben. Plötzlich funktioniert nichts wie erwartet, oder schlimmer noch, die Platinen werden ein wenig zu heiß für ihr eigenes Wohl.

Die meisten Fehler im Design von Mehrfachplatinen-PCBs lassen sich auf einige Variationen von „die falschen Netze sind verbunden“, „es passt nicht in sein Gehäuse“ oder „die Ausrichtung der Platine ist falsch“ zurückführen, die alle entweder auf mechanische oder elektrische Fehler (oder beides) zurückzuführen sein könnten. Dies sind Symptome, nicht Ursachen... die eigentliche Ursache ist oft etwas Einfaches, das mit einer logischen Überprüfung in Kombination mit der Überprüfung eines 3D-Mechanikmodells erkannt werden kann.

Mit diesem Hintergrund im Kopf, hier einige der häufigsten Probleme bei elektrischen Verbindungen zwischen mehreren Platinen.

Falsche Schlüsselrichtung

Mehrfachplatinen-Baugruppen verwenden oft codierte Steckverbinder, die regeln, wie zwei passende Steckverbinder ausgerichtet sein müssen. Die beiden Steckverbinder bestimmen dann die Ausrichtung der beiden passenden Platinen. Wenn die Steckverbinderorientierung rückwärts ist, wird auch die resultierende Ausrichtung der Platinen rückwärts sein.

Es gibt einige Probleme, die eine falsche Schlüsselung verursachen könnten:

• Der Pin-1-Indikator war am falschen Ort

• Pin-1-Indikator fehlt vollständig

• Keine Montageumrisslinie oder Siebdruckumrisslinie, die die Orientierung zeigt

• Kein quadratisches Pad, das die Orientierung zeigt (für Durchgangslöcher)

• Pad-Orientierung ist umkehrbar, aber Schlüsselung nicht

Vertikal orientierte SMD-Steckverbinder ohne platineneigenen Schlüsselungsmechanismus sind am anfälligsten für dieses Problem. Dies liegt daran, dass die Steckverbinderorientierung im PCB-Footprint umgekehrt sein könnte. Wenn Ihre Montagedokumentation keine Orientierung zeigt oder wenn es keine Orientierungsanzeige im PCB-Siebdruck gibt, besteht die Gefahr, dass dieser Fehler während der Montage auftritt.

Das quadratische Pad zeigt die korrekte Orientierung für diesen codierten Steckverbinder an

Kurzschlüsse/Unterbrechungen bei nicht codierten Steckverbindern

Nicht alle Mehrfachsteckverbinder sind kodiert; einige sind nicht kodiert und haben daher einen umkehrbaren Fußabdruck, auch wenn die Pinbelegung nicht umkehrbar ist. Der Vorteil eines nicht kodierten Steckverbinders besteht darin, dass das Verbindungskabel umgekehrt werden kann; das Gleiche gilt für nicht kodierte Board-zu-Board-Steckverbinder. Das einfachste ist ein Stiftleistenverbinder, aber fortgeschrittenere Systeme verwenden einen Mezzanin-Steckverbinder, wie den unten gezeigten Hirose-Steckverbinder.

Wenn diese umkehrbaren Hirose-Steckverbinder eine umgekehrte Pinbelegung haben, dann zwingen sie die beiden Platinen in die falsche Orientierung

Wenn zwei Platinen mit einem nicht kodierten Steckverbinder und einer nicht drehbaren Pinbelegung verbunden sind, ist das Ergebnis möglicherweise nicht korrekt. Zum Beispiel passen entweder die Pinbelegungen nicht zusammen, oder die Ausrichtung der passenden Platine ist bei passender Pinbelegung falsch. In jedem Fall bedeutet dies, dass die Pinbelegung auf einer Seite der Verbindung um 180 Grad gedreht werden muss.

Rückwärtsgerichteter ZIF/LIF- oder Flex-Ribbon-Steckverbinder

Zero-Insertion-Force (ZIF)-Steckverbinder, Low-Insertion-Force (LIF)-Steckverbinder oder Flex-Ribbon-Steckverbinder werden verwendet, um eine Platine mit einem FPC-Kabel zu verbinden, das eine einfache Flex-PCB oder eine Rigid-Flex-PCB sein könnte. Flex-PCBs, die für Mehrfachplatinenverbindungen verwendet werden, können exponierte Kontaktpads durch die Abdeckung auf einer Seite der PCB haben. Diese exponierten Kontaktpads stellen die Verbindung zu einem ZIF-Steckverbinderkontakt her.

Wenn die Öffnung der Abdeckung auf der falschen Seite des Flex-Ribbons ist, muss die verbundene Platine auf dem Kopf stehen, um elektrischen Kontakt herzustellen. Bei einem beidseitigen ZIF-Steckverbinder würde man bei einer rückwärtsgerichteten Pinbelegung dasselbe Problem bekommen.

Wenn die Kontakte des Flex-Ribbons auf der falschen Seite sind, ist die Ausrichtung der verbundenen Platine auf dem Kopf

Logische Überprüfung für Verbindungen

Wie vermeidet man diese Probleme? Ein wichtiger Punkt ist die Durchführung einer gründlichen Überprüfung der Steckverbinder- und Kabelausrichtung als Teil Ihrer PCB-Designprüfung. Dies umfasst viele der folgenden Punkte:

• Wurden alle Pinbelegungen auf korrekte Netznamen und Verbindungen überprüft?

• Sind Markierungen für Pin 1 bei kodierten Steckverbindern vorhanden?

• Sind die Pinbelegungen bei nicht kodierten (drehbaren) Steckverbindern korrekt?

• Entspricht das STEP-Modell in Ihrer 3D-PCB-Ansicht der mechanischen Kodierungsorientierung?

• Wenn Sie zu MCAD wechseln, stimmen die Orientierungen der kodierten Steckverbinder in 3D überein?

• Sind Pins bei ZIF-Steckverbindern sichtbar und befinden sie sich an der richtigen Stelle?

• Sind FPC-Kabel oder Steckverbinder mit der richtigen Biegung und Platinenausrichtung orientiert?

Es hilft manchmal tatsächlich, Mustersteckverbinder zu bestellen, sobald sie zum Design hinzugefügt wurden, damit Sie klar sehen können, wie die Steckverbinder ausgerichtet werden. Es schadet auch nie, ein Papiermodell mit dem Steckverbinder zu machen, damit Sie die vorgeschlagene Montage sehen können!

Board-to-Board-Steckverbinder, Kabel und Kabelbäume müssen Teil des logischen Netzwerkverbindungsprüfprozesses sein, aber nicht alle Multi-Board-PCB-Designsysteme verfügen über diese Funktionen. Mit einem Kabelbaum-Designwerkzeug für die logische Verbindungsprüfung und einem MCAD-Kollaborationswerkzeug für die 3D-Orientierungsprüfung können beide Aspekte schnell von einem Ingenieurteam verifiziert werden.

Glücklicherweise müssen Sie die Verbindungen zwischen PCBs in einer Multi-Board-Montage nicht erraten. Mechanische und elektrische Designer können nahtlos mit den ECAD- und MCAD-Kollaborationsfunktionen in Altium Designer® zusammenarbeiten. Um die Zusammenarbeit in der heutigen disziplinübergreifenden Umgebung zu implementieren, nutzen innovative Unternehmen die Altium 365™-Plattform, um Design-Daten einfach zu teilen und Projekte in die Fertigung zu bringen.

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