板间连接:
夹层板或子板可以为工程师提供实现设计目标的实用解决方案。将一块板堆叠在另一块板上有助于优化机箱内的空间利用率、简化主板设计、针对特定市场进行硬件定制或提高可维修性。
在现有的两块板间信号布线方案中,位于它们之间的连接器可以简化连接并提高可靠性,确保连接始终机械稳固且正确。连接器的选择多种多样,从在优先考虑降低整体高度时紧密安装的低矮连接器,到为主板上的元件腾出空间或促进空气流通的较高连接器,应有尽有。
单个连接器可以简化设计,并且在产品制造过程中可以轻松连接两块板。但是,如果主板包含过多元件或层数,导致无法通过单个连接器传输所有信号,则可能需要两个或多个连接器。另一方面,信号完整性问题可能需要使用来自模拟信号的两个独立的数字信号,或者确保差分信号的最佳排列方式。
精确定位
如果需要多个连接器,连接会更加困难,因为每个连接器的两个部分都必须与板正确对齐(图 1)。

图 1. 使用连接器连接两个或多个板时,定位必须非常精确。.
连接器的触点间距通常很小,在亚毫米级,并且由于其效率和精度要求,通常采用与电路板上表面贴装元件相同的自动化流程进行组装。虽然高速在线贴装系统精度极高,但微小的误差仍会累积。高端机器的数据手册可能标明其定位精度为±0.035毫米。同样,丝网印刷机可以以±0.08毫米的精度涂覆焊膏。此外,印刷电路板制造的公差也会影响焊点的位置,元件在焊接过程中可能会发生位移。
在最坏的情况下,两个独立连接器连接处四个半环上的误差累积起来,足以在连接器连接时对连接器外壳和焊点造成应力。这种应力会导致诸如电气接触不良、连接器本体或焊点断裂等问题,最终导致设备在生产线末端或现场测试中失效。
适应对准公差的连接器:
为了避免这些后果并确保连接处精确对准且无潜在危险的机械应力,现有方案之一是“浮动”连接器。这些连接器允许一系列触点沿 x 轴和 z 轴移动,从而可以适应对准偏差,因此在连接包含多个连接器的板时,可以降低对绝对位置精度的依赖性。
例如,Harwin 的 Flecto 系列包含用于连接板的细间距连接器,提供大量引脚——在对称双排排列中最多可达 160 个连接器——并且基于浮动设计,允许公连接器在每个轴上沿其中心线移动 ±0.8 毫米。

图 2:浮动连接器不需要绝对对准。.
开发浮动连接器的最大挑战之一是确保初始连接后的正确配合,以及在每次连接之间保持稳定且持续的电气接触。为了实现这一点,Flecto 连接器公头的触点采用柔性设计,并悬挂于外壳之上。这确保了两个部件连接时能够实现完全的机械和电气配合。悬挂机构的弹性能够吸收冲击和振动,从而保证持续接触,确保电气完整性。.
连接部分具有一定的柔性,可适应轻微的错位,而连接器底部的引脚则确保了插入印刷电路板指定孔位时的整体定位精度。现有连接器的互连间距分别为 0.5 毫米、0.63 毫米和 0.8 毫米,其中包括一系列采用 0.5 毫米间距信号引脚和 3.0 安培电源触点的连接器。电源触点设计便于盲焊,贯穿电路板的可焊接焊柱进一步提高了定位精度和机械强度。该系列中的信号连接器采用 SMT 固定元件来增强拔出阻力。.
高速数据传输
:为了帮助设计人员满足高速通信应用中日益增长的数据传输速度需求,我们对这些连接器的插入损耗、回波损耗、阻抗和近端串扰 (NEXT) 进行了测试。凭借在宽频率范围内优于 -40 dB 的 NEXT 以及低插入损耗和回波损耗,Flecto 连接器可满足机器视觉、医学图像处理和电动汽车等应用的需求。如图 3(a) 和 (b) 所示,F20 系列连接器的性能使其能够实现高达 12 Gbit/s 的数据速率。

图 3(a)和(b)。信号完整性测试结果。.
摘要:
堆叠式印刷电路板的连接通常需要极高的精度,尤其是在电路板之间需要多个连接器的情况下。浮动连接器不仅可以降低对绝对位置精度的要求,还能确保在众多工业、医疗和电动汽车应用中的信号可靠性和完整性。
连接器技术发展助力减少错位
产品副总裁 Harwin
