阿昆聊硬件产品模块化设计的连接“地基”-背板(下)

原创 阿昆谈DFM 2024-02-27 17:31
上期聊了一下背板相关的基本内容:
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    我们对什么是背板、单板、子板等也有了一个大概的了解,头脑里就该建立起了一个基本认识了。背板上除了设置最基本的信号连接器外,还需要有设计电源连接器、安装孔、定位孔、单板防插错定位销、甚至还需要设置一些其它器件、转换开关,甚至还要屏蔽措施等。

     所以PCB工程师如果要设计出一个稳定可靠、满足功能、满足电磁兼容的背板,是需要考虑很多因素。

     每个背板在系统中应可灵活使用,可降低安装、维护难度,能防止由于操作不当引发的意外与安全事故。背板还要结合实际可支持对各种功能单板的防插错要求和兼容多种单板的混插要求。

    降低背板设计难度和加工制造(PCBA)的难度和复杂度,均是需要考虑的重点内容。


那我们下面再聊一聊和背板设计有关几个点,供大家参考:


一、背板材质与尺寸
材质:
     一般电路板的板材分为普通板材质和高速板材,普通板是针对信号频率不超过300MHZ的电路板,如我们最常用的是FR4材料。

     频率如果超过300MHZ的单板一般认为是高频板,这个时候普通板材的介质就无法满足,需重新选择板材(可找板厂咨询)

注:高频板并没有一个严格界限频率,一般超过3-500MHZ都会让为是高速板了,有的信号甚至达到上GHZ.

相关板材特性可以查看,点击下方:

阿昆聊PCB板材的几个相关概念及高速板材的选择注意

厚度:
很多复杂的背板连接设备多且重,为了满足强度要求,一般会设计的非常厚,下图达到4MM(评估有接近20层)。
    当然还有阻抗设计要求的因素,信号,电源类型非常多,为了确保信号完整性,会设计非常多层(从10几层到几十层)来布线,也间接可以让板做更厚。
     并不是所有背板均要设计这么多层或这么厚,完全取决于应用场景来确认。但一般机柜用的背板是非常厚,强度高。
这个简单的背板就是1.6板厚,四层板。


二、连接器
   对于非常厚的通讯类背板,使用的连接器一般也是高端连接器,这类连接器往往是通过压接工艺安装在PCB上,而并非采用焊接。

    所谓压接就是靠压力,将连接器的引脚和PCB上的插件孔挤压在一起进行电气连接。所以这种设计不管从成本、工艺、设计来说都要求非常高。
     这个在设计选型时也要考虑,一般做用压接连接器,也是对加工厂非常挑,并不是所有工厂可以做这个工艺。


三、定位设计
    因为所有子板基本是通过盲插方式插入背板,而背板上的连接器针脚无数,随便一点小的偏差,轻则不好插入,重则用力硬插,损坏连接器针脚,这带来的后果就是背板无法使用而导致保费,那时间和成本影响都不可小看。

   PCB插入背板时,首先第一步是设计导轨方式:

另外是在背板中设计定位销,以保证单板正常插在背板上

    这样确保了单板能正确插紧对应的连接器,且不会插错。有的不能混插的单板不能被插到某卡位,可以设计定位销,确保每一个单板分别有对应的定位孔。

    定位装置一般由产品结构工程师确定,也可以用一些高端连接器自带的定位设计,一般专业的背板连接器都有定位功能,无需再特意设计防错设计。

     另外还有与背板设计的相关电气方面问题,如电源纹波、走线质量、阻抗控制和负载、子板与子板间的耦合、分层与分区,时钟线、高速线、差分线、信号回路、串扰、仿真等相关信息,大家可以查阅相关书籍了解。


     如果有硬件工程师对背板的设计还有兴趣,可以参考如下书籍,里面有针对背板的电气设计的介绍。


往期精彩

阿昆聊硬件产品模块化设计的连接“地基”-背板(上)

阿昆拆解华为设备,这是通讯产品模块化设计的学习典范,值得硬件工程师膜拜学习!

阿昆谈DFM 陈昆-专注于可制造性设计DFM的技术与思想推广。主张在设计阶段就从源头解决产品生产各环节的问题,加速量产周期,最终提高产品竞争力。相关作品:《PCB裸板的DFM可制造性设计规范》及案例分享、《一个因PCB丝印设计不规范而引发的一系列悲剧》。分享交流:电子产品拆解学习、PCB/SMT可制造性设计经验与案例、元器件/原材料认识与选型、组装结构工艺、生产质量管理、生活工作感悟等相关内容。
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