Ideen zum lückenlosen Anbringen / Verbinden / Stapeln einer Leiterplatte auf einer anderen

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Welche Methoden sind unter den folgenden Bedingungen möglich, um eine Leiterplatte unmittelbar auf eine andere Leiterplatte zu stapeln :

  • Kein Abstand zwischen den beiden Leiterplatten
  • Es werden elektrische Kontakte benötigt, nicht nur eine physische Verbindung
  • Angenommen, die obere Leiterplatte ist etwa ein Drittel so groß wie die untere Leiterplatte

Ich bin in der frühen Entwurfsphase eines Projekts und versuche zuerst, die Optionen zu untersuchen. Daher bin ich offen für Empfehlungen zu Standardmethoden sowie für kreative Ideen.

Hinweis: Ich kenne mich bereits mit Kantenschlössern aus (AKA "Half Vias"), daher wären andere Vorschläge von Interesse.

Ist es zum Beispiel möglich, es so zu gestalten, dass die obere Leiterplatte nur an der Unterseite Pad-Kontakte aufweist (QFN / QFP-Art), die irgendwie auf Pads auf der unteren Leiterplatte lötbar sind?

EDIT: Um @ Andrews Frage zu beantworten:

Mein Zweck beim Stapeln der beiden Platinen ist, dass die Top-Platine über Varianten meines Geräts hinweg variabel ist (in der Tat variiert nicht nur, was die Top-Platine enthält, sondern auch Größe und Anzahl der Kontakte), daher das Ziel von eine konstante Basisplatine mit Pads, auf die ich eine variable Topplatine aufstecken kann.

Orca
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Ich muss fragen: Warum? Angenommen, Sie müssen auf der Hauptplatine genügend Platz haben, um die Tochterkarte unterzubringen. Obwohl dies technisch möglich ist, bin ich aus Sicht der Fertigung / Montage besorgt, insbesondere über Ihren Kommentar "Irgendwie verlötet".
Andrew
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@ Andrew: Hinzugefügt Antwort auf Ihre Frage oben. Und was ist das Problem aus Sicht der Montage? Sehr wahrscheinlich ist dies kein ungewöhnliches Setup (?)
OrCa
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Ich würde sagen, dass dies ein sehr ungewöhnlicher Ansatz ist. Normalerweise verwenden die Leute Konnektoren oder Castellation, wie Sie sagen. Sie könnten das tun, wovon Sie sprechen, wie ein QFN. Ein echtes QFN ist im Wesentlichen nur eine winzige Platine mit einem Chip oben und Pads unten. Eine der Hauptschwierigkeiten bei dieser Größe ist die Koplanarität. Ihre Boards müssen sehr flach sein, um leicht zusammengebaut zu werden, und ich versichere Ihnen, dass sie standardmäßig nicht flach genug sind;) Die IPC-Klasse 2 ermöglicht eine gewisse Biegung / Verdrehung des Boards, und während des Reflow-Vorgangs biegen und verdrehen sie sich wie Gut. Je größer sie sind, desto schwieriger wird es sein, sie zusammenzubauen.
Einige Hardware Guy

Antworten:

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Dies ist keine direkte Antwort auf Ihre Frage, aber ich denke, es ist ziemlich relevant.

Vor ein paar Jahren haben wir dasselbe gemacht. Wir haben kleine Tochterplatinen hergestellt, die mit Randverzierungen auf die Hauptplatine gelötet wurden.

EtherCAT SPI-Modul

Die Schwierigkeit bestand darin, dass sich auf der Unterseite der Leiterplatte Komponenten befanden. Dies waren die wesentlichen Entkopplungskondensatoren, die der Chip benötigte.

Das Motherboard hatte also sehr große Durchkontaktierungen, um diese Komponenten aufzunehmen.

EtherCAT-Motherboard

Sie können mehrere große runde Löcher in der Leiterplatte sehen. Durch die Löcher sehen Sie die Kondensatoren auf der Rückseite der Tochterplatinen. Da es sich bei den Löchern nur um große Durchkontaktierungen handelt, werden sie durchkontaktiert (unser Lieferant bietet keine unbeschichteten Löcher an). Sie müssen also darauf achten, dass die Beschichtung keine Pads auf der Tochterplatine kurzschließt.


Ein paar Gedanken zur Verwendung von Pads unter der Platine. Ich nehme an, Sie meinen so etwas wie dieses Telit HE910-Modul:

Telit HE910 Telit HE910 Gelötet

Welche Reflow-Lote direkt auf eine Leiterplatte. Beachten Sie, dass in der Abbildung der Abstand zwischen dem Modul und der Hauptplatine nicht Null ist, sondern mit Sicherheit weniger als 1 mm. Natürlich funktioniert diese Technik. Unabhängig davon, welche Komponenten sich im Modul befinden, macht es nichts aus, einen zusätzlichen Reflow-Prozess durchzuführen. Dies liegt daran, dass Komponenten in der Regel mindestens zwei Rückflüsse überstehen können (einmal für jede Seite der Platine). Da diese Module nur Komponenten auf einer Seite der Leiterplatte aufweisen, ist mit ziemlicher Sicherheit nur ein Reflow aufgetreten.

Anstelle von Reflow könnten Sie versucht sein, eine Heizplatte zum Löten eines solchen Moduls zu verwenden. Auf diese Weise können Sie das Modul verlöten, ohne dass die Komponenten im Inneren des Moduls zu heiß werden. Ich würde jedoch von dieser Methode abraten. In dem Moment, in dem sich das Lot verfestigt, ist die Mutterleiterplatte viel heißer als die Tochterleiterplatte. Wenn die Mutter abkühlt und schrumpft, entstehen Scherkräfte in den Lötstellen, die sich möglicherweise verziehen.

Raketenmagnet
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Eine mögliche Lösung hierfür ist, dass er zuerst die rohen Leiterplatten zusammenlöten, dann die Leiterplatten bestücken und neu fließen lässt. Es trägt nicht viel zum schnellen Mischen und Anpassen bei, aber es würde dazu beitragen, dass keine Komponenten erforderlich sind, um einen zweiten Reflow-Zyklus zu überstehen.
Toby Lawrence
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Es gefällt mir, dass Sie riesige Löcher in die Hauptplatine gebohrt haben, um die Entkopplungskappen aufzunehmen, das ist ziemlich fantastisch.
Einige Hardware Guy
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Nun, wir haben die Castellations auf die falsche Weise gemacht (verwenden Sie Vias auf dem Umriss der Tafel). Das Problem ist, dass die Platine beim Fräsen die Beschichtung von den Durchkontaktierungen abreißt. Sie waren sehr unzuverlässig. Ein Albtraum. Wenden Sie sich am besten an Ihren Leiterplattenhersteller, um sie richtig für Sie zu fertigen. Wenn dies nicht möglich ist, erweitern Sie den Platinenumriss, sodass die Durchkontaktierungen intakt bleiben, und schleifen Sie dann die Hälfte der Durchkontaktierungen mit einem Bandschleifer ab. Dies reduziert die Belastung für sie.
Rocketmagnet
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Sie sind wahrscheinlich immer noch anfällig für Dinge wie thermische und mechanische Beanspruchung. Sie könnten überlegen: 1) das Kupfer um die Burg herum mit ein paar kleinen Durchkontaktierungen zu verstärken. Dies hilft, das Kupfer festzunieten. 2) Alle Kronen an einer Kante anbringen und etwas flexiblen Kleber an der anderen Kante verwenden. Dies sollte die Lötstellen mechanisch entlasten. Allerdings sollte ich sagen, dass ich keine langjährige Erfahrung mit richtigen Schlössern in irgendeiner rauen Umgebung habe. Vielleicht hat jemand anderes?
Rocketmagnet
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@Sener - Hierbei handelt es sich um IDC-Wire-to-Board-Steckverbinder, die von TE-Connectivity als Micro-Match bezeichnet werden.
Rocketmagnet
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Vielleicht nicht genau das, wonach Sie fragen, aber ich empfehle Ihnen, PiCrust nach Ideen zu durchsuchen . Sie verwenden Steckverbinder von Hirose , um ein kompaktes, gestapeltes Design auf der Raspberry Pi-Platine zu erzielen.

Sollte die Platine ohne Löten austauschbar sein, klingt dies nach einer recht einfachen Lösung des Problems.

Bild von PiCrust Board

Nakedible
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Nach meiner (zugegebenermaßen engen Erfahrung) werden Tochterkarten normalerweise auf Steckleisten gesteckt und nicht direkt verlötet.

Als Antwort auf eine Frage zum Leiterplattensteckverbinder mit sehr geringer Stapelhöhe schlug @trygvis diesen Molex-Steckverbinder vor

Vielleicht ist das von Nutzen?

Das Problem beim direkten Löten, wie Sie es beschreiben, ist, dass dies ein manueller Prozess sein muss (kein Pick-and-Place mit Reflow), es sei denn, Sie möchten Ihre Leiterplatten aufschmelzen. Außerdem müssten Sie sich der mechanischen Befestigung sicher sein - einige Lötfahnen reichen wahrscheinlich nicht aus -, Sie müssten mechanisch befestigt werden, da sonst die Gefahr eines Vibrationsbruchs besteht.

Andrew
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Zwei grundlegende Dinge fallen mir ein:

1) Was Sie beschreiben, kann verwendet werden, um ein Lötperlen (BGA) -Paket zu beschreiben, das ein FR-4-Substrat verwendet. Dies ist keine ungewöhnliche Verpackungsoption.

2) Früher gab es eine Art Klebeband, mit dem die elektrische Verbindung durch die Dicke des Klebebands bevorzugt verbessert und gleichzeitig die seitliche Leitung minimiert werden konnte. Früher war ich bei 3M verfügbar, habe es aber seit Jahren nicht mehr gesehen. Und die Leitfähigkeit war wahrscheinlich nicht ausreichend für Ihren Gebrauch, wenn Sie 100 mA tragen müssen. Dies könnte Ihnen eine oder zwei Ideen geben.

Platzhalter
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Zu # 2: Sie denken an 3M Z-Achsen-Klebeband. Es wird nur vertikal zwischen Platinen geleitet, nicht horizontal zwischen Pads.
Navin
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Sie können eine Kombination aus SMT-
Buchse und Durchsteck-Stiftleiste verwenden, z. B .: 2,54 mm DIL SMT-Buchse BG120
2,54 mm DIL Durchsteck-Stiftleiste BG040

Sie können eine einzelne Reihe wählen, GCT bietet bei Bedarf auch feinere Teilungen an, andere Optionen hier .

-Montieren Sie die SMT-Buchse auf der oberen Platine.

- Stecken Sie eine Stiftleiste (von oben) durch beide Leiterplatten. Offensichtlich sollten die Steckerstifte des Gegensteckers lang genug sein, um durch die SMT-Buchse, beide Leiterplatten, zu passen und genügend Platz für das Handlöten zu lassen.

- Löten Sie die freiliegenden Stiftleisten auf der Unterseite der unteren Leiterplatte von Hand.

Siehe beigefügte Skizze (entschuldigen Sie meine schreckliche Zeichnung) Bildbeschreibung hier eingeben, ich bin nicht sicher, ob dies für Sie funktionieren wird, nur eine Idee!

Hinweis: Bei GCT-Standardprodukten, die über Newark erhältlich sind, sind alle nicht standardmäßigen Stiftlängen mit einer höheren Mindestmenge (mindestens 1 KB) versehen.

Laurence Hill
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