Tipos de arneses de cableado para electrónica

Muchos PCBs de múltiples tarjetas no utilizarán conectores de tarjeta a tarjeta o cables simples para hacer conexiones entre PCBs. Con solo un par de PCBs que necesitan conectarse entre sí, un solo cable o conector de tarjeta a tarjeta será suficiente. Sin embargo, muchos productos utilizarán múltiples PCBs que se conectan entre sí, y el número de cables involucrados puede volverse inmanejable dentro de un recinto. La solución para mantener todos esos cables y alambres organizados puede ser muy simple: construir un arnés de cableado.

Los arneses de cableado vienen en todas las formas y tamaños, y pueden volverse bastante complejos tanto mecánica como eléctricamente. Aunque hay un poco de esfuerzo de diseño y ensamblaje para crear un arnés de cables que funcione en un recinto, los arneses de cableado valen la pena. Esto es especialmente cierto cuando un producto entra en ensamblaje y necesitas a prueba de idiotas tu cableado. Así que si te estás preguntando qué tipo de arnés de cableado podrías usar en tu producto, echa un vistazo a estas opciones.

Paquetes de Cables Punto a Punto

El tipo más simple de arnés de cableado utiliza paquetes de cables punto a punto y los empaqueta juntos en un solo conjunto de arnés. Los paquetes de cables pueden ser empaquetados juntos usando adhesivos, cintas, revestimientos o chaquetas de malla. Los cables utilizados en estos paquetes podrían ser cables estándar, cables personalizados o una combinación de estos. La topología de interconexión que generalmente surge de esto es punto a punto debido a las conexiones directas a través de estos cables.

Cables Bifurcados

El cableado que sale de un conector puede ser bifurcado, donde un solo conector tiene cableado que se divide hacia dos destinos diferentes. Esto se usaría para tener un solo receptáculo en un PCB conectando al menos a otros dos PCBs. Este es un tipo de arnés de cableado más sofisticado que implica mezclar y combinar conectores y receptáculos a través de diferentes tableros.

Cable bifurcado simple

Cable de Circuito Impreso Flexible (FPC)

Cintas flexibles también pueden ser utilizadas como arneses de cableado, lo que permitiría una mezcla de conectores de borde, conectores de montaje superficial e incluso conectores pasantes para interfaz con un grupo de PCBs. Los conectores flexibles tienen una ventaja y es que son muy planos, por lo que pueden ser útiles en productos de perfil muy bajo. En algunos productos, un paquete de cables en un arnés de cableado estándar simplemente no cabría en el diseño, por lo que un cable flexible se convierte en una opción muy atractiva.

Los cables flexibles personalizados utilizados como arneses pueden tener múltiples ramificaciones que van hacia receptáculos en diferentes PCBs.

Cuando se utiliza como un arnés de cableado, el cable flexible sigue las mismas reglas de diseño que un PCB flexible. La principal diferencia aquí es la selección de conectores en el cable flexible. Los conectores en cables flexibles que se enchufan en receptáculos de PCB generalmente no deben ser montados en superficie si el cable flexible se va a enchufar y desenchufar repetidamente. La razón es que el poliamida flexible podría separarse fácilmente de las almohadillas SMD. En su lugar, opte por conectores SMD que tengan asistencia de montaje a través de orificio o una pestaña de soldadura a través de orificio, ya que esto evitará la fractura de soldadura cerca del enchufe del conector, y permitirá que el cable se conecte y desconecte repetidamente.

Partes para Arneses de Cableado: Conectores y Crimps

Si quieres construir un arnés de cableado, como usar cables bifurcados, necesitarás seleccionar receptáculos y conectores compatibles para hacer las conexiones requeridas. Los proveedores de conectores normalmente no especifican sus conectores de enchufe como utilizados para arneses de cableado. Típicamente, estos son conectores crimp que permiten a un ensamblador adjuntar un cable y luego construir un ensamble de cable o arnés de cableado. Por ejemplo, echa un vistazo al conector Molex a continuación.

Este conector (número de parte de Molex 5055651401) utiliza crimps para la unión de cables que podrían integrarse en un arnés de cableado personalizado.

Un arnés de cableado puede construirse fácilmente a partir de este conector utilizando contactos crimp, que se deslizan dentro del conector. El contacto crimp se crimpa a un cable, y esto permite que el cable se deslice y se asegure dentro del cuerpo del conector. Una vez que el conector está acoplado a su receptáculo en un PCB, se completa la conexión eléctrica requerida.

Para un ensamblador de arneses de cableado, la documentación del PCB y del producto necesitará incluir estas partes para los componentes de cableado y arnés en el BOM. Necesitarás incluir:

• El número de parte para el conector compatible en el arnés de cableado
• Un número de parte para los contactos crimp requeridos
• Un número de parte para el cableado, incluyendo el calibre del cable

Esto puede incluirse en el BOM completo del producto. También me gusta incluir esta información directamente en el esquemático para el PCB conectante, para que no haya dudas sobre cuál es el conector compatible, crimp o cableado. Algunos crimps requieren herramientas especiales de crimpado con su propio número de parte, y este número de parte también debería incluirse en la documentación.

Estos materiales deberán ser suministrados a un ensamblador de arneses de cableado para que se pueda adquirir un arnés de cableado completo. El arnés de cableado probablemente también debería tener su propia lista de materiales, y necesitará un dibujo detallado que muestre las conexiones de pines en cada conector, así como los números de parte para los crimps compatibles. La documentación de los arneses de cableado puede ser difícil y puede requerir algún dibujo manual debido a la falta de estandarización. Contacte a su fabricante de ensamblajes de cables o arneses de cableado para asegurarse de que les proporciona la documentación que necesitan para ensamblar correctamente su arnés de cableado.

Aprovechar la colaboración MCAD para el dimensionamiento de cableado

Al construir un arnés de cableado personalizado o un ensamblaje de cables, históricamente los diseñadores recurrían a pasar el cableado a través de un prototipo de carcasa usando cable en bobinas, o incluso utilizando cuerda. Luego, tendría que ensamblarse un arnés a mano para verificar que encajaría en la carcasa. Si se utilizaba un cable flexible como arnés, entonces sería necesario construir un prototipo flexible, algo que puede ser bastante costoso con cintas flexibles de poliimida delgadas.

Obviamente, esto es costoso y consume mucho tiempo, especialmente cuando simplemente se está tratando de estimar la longitud del cableado dentro de la carcasa. Los equipos de diseño actuales deberían, en cambio, aprovechar las aplicaciones MCAD y los modelos 3D de la carcasa para estimar y dimensionar el cableado. Estas herramientas pueden dibujar fácilmente cables de diversas formas y tamaños, así como insertar curvas para visualizar las trayectorias de los cables dentro de un arnés de cableado.

Arnés de cableado diseñado en SolidWorks

El beneficio secundario de esto es que también permite experimentar con la colocación de conectores en un modelo mecánico 3D de la PCB dentro de la carcasa. Los modelos 3D de conectores, como los modelos STEP, están ampliamente disponibles de la mayoría de los fabricantes de conectores y pueden ser utilizados rápidamente en aplicaciones ECAD y MCAD.

Las pestañas de soldadura en este conector de clip de bloqueo (número de parte de Samtec PES-04-01-S-VT-LC) proporcionan refuerzo adicional para cualquier conector de interfaz montado en cable flexible.

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