Інтерфейс між зовнішнім підключенням пристрою та друкованою платою неможливо спроєктувати лише за кількістю полюсів з’єднувача. Взаємне розташування плат, швидкість передавання даних, тривалий струм, конструкція кабелю, екранування, надійність контакту, процес паяння та доступність у корпусі пристрою впливають на один і той самий вибір. Асортимент PCB-з’єднувачів HARTING охоплює різні завдання з’єднання: міжплатні, кабельно-платні та PCB-клеми для підключення польової проводки. Сімейства har-flex, har-flexicon, har-modular і HARTING ix Industrial призначені для виконання цих завдань за різних вимог до щільності компонування, виробництва та обслуговування.
Цей каталожний посібник пояснює технічні питання, які слід з’ясувати, перш ніж перетворювати назви сімейств продукції на перелік для комерційної пропозиції. Спочатку потрібно визначити архітектуру інтерфейсу та його електричне призначення, а потім — кількість контактів, геометрію плати, спосіб приєднання, тип монтажу, напрямок виходу кабелю, механічне кріплення, паковання та метод виробництва. Значення струму, кількості контактів та інші технічні дані в тексті стосуються лише наведеного актуального прикладу із зазначеними назвою та артикулом. Їх не слід поширювати на варіанти тієї самої серії з іншою кількістю полюсів, орієнтацією або способом приєднання. Остаточний виріб вибирають на основі технічного паспорта HARTING, даних компонування PCB, профілю паяння та перевірочних випробувань пристрою.
Спочатку розділіть архітектуру інтерфейсу на три основні групи
Міжплатне з’єднання передбачає безпосереднє з’єднання двох друкованих плат за допомогою з’єднувача. Конфігурації «основна плата — дочірня плата», паралельна мезонінна, із платою розширення або з платами під прямим кутом потребують різної геометрії з’єднувачів. Фактична відстань між платами, ланцюг допусків, напрямок стикування та механічні опори є основними вихідними даними для проєктування. Перевіряють не лише висоту корпусу з’єднувача, а й загальну висоту зістикованої пари та зону заборони розміщення компонентів на платі.
Кабельно-платне з’єднання з’єднує PCB пристрою із шафою керування, датчиком, мережею або іншим модулем. З боку кабелю можуть використовуватися від’єднувана вилка, екранований інтерфейс передавання даних на краю пристрою або контакти, обтиснуті на проводах кабельного джгута. Тут важливі розвантаження від натягу, кодування для запобігання неправильному підключенню, доступ оператора та приєднання екрана до шасі пристрою. Вихід кабелю не повинен упиратися в кришку пристрою чи інші компоненти або перешкоджати повітряному потоку вентилятора.
Клемний блок PCB передбачає підключення польового провідника безпосередньо до клеми на платі або через знімну вилку. Гвинтові чи пружинні механізми, зокрема Push-In, дають змогу персоналу технічного обслуговування приєднувати однодротові та багатодротові провідники на місці експлуатації. Крок клем, допустимий переріз, довжину зачищення, номінальні струм і напругу, напрямок роботи та простір для доступу потрібно перевіряти за кодом виробу. Вибираючи малий крок для економії місця на платі, не слід нехтувати ізоляцією, доступом інструмента та читабельністю маркування.
Плануйте щільність міжплатних з’єднань із har-flex відповідно до завдання
Сімейство HARTING har-flex пропонує мініатюрну систему для міжплатних і деяких кабельно-платних з’єднань у промислових пристроях. Асортимент містить сигнальні, інформаційні, силові та гібридні варіанти з різною кількістю контактів, прямою або кутовою конструкцією, а у відповідних виробах — із фіксаторами SMT або THR. На рівні сімейства HARTING зазначає передавання даних зі швидкістю до 25 Gbit/s для високошвидкісних варіантів. Це граничне значення не означає, що кожний з’єднувач har-flex забезпечує 25 Gbit/s за будь-якого компонування плати. Поле контактів, розташування диференціальних пар, матеріал PCB, імпеданс ліній, перехідні отвори та пару сумісних виробів потрібно перевіряти разом.
Для поєднання живлення та сигналів в одному інтерфейсі можна розглянути гібридну конфігурацію. Наприклад, виріб з артикулом 15 75 836 2601 333 har-flex Hybrid M ang 8+36 SMT PL1 Sampleна сторінці HARTING наведено як кутовий варіант для SMT із загальною кількістю 44 контакти; розподіл контактів зазначено як 8+36. Цей приклад демонструє принцип компонування в гібридному сімействі; щодо струму, напруги, відповідної частини та виробничого паковання слід керуватися технічним паспортом серійного виробу, який замовляють.
Інший конкретний приклад для силового застосування — виріб з артикулом 15 55 012 2701 333 har-flex Power M ang 12P THR PL1 Sampleпропонується з 12 контактами, кутовою геометрією, монтажем THR і номінальним струмом 19 A. Слово «Sample» є частиною назви виробу; паковання для серійного виробництва, мінімальне замовлення або альтернативний артикул уточнюють під час підготовки комерційної пропозиції. Значення 19 A не можна поширювати на все сімейство har-flex або на варіанти з іншою кількістю контактів. Мідні провідники плати, температуру навколишнього середовища, одночасне навантаження кількох контактів і зниження допустимого струму слід розраховувати відповідно до реальних умов роботи пристрою.
Інтерфейси плати з підключенням на місці експлуатації на основі har-flexicon
har-flexicon — сімейство клем і рознімних з’єднувачів HARTING, призначених для підключення окремих польових провідників до PCB. Виробник представляє крок 1,27 mm як найменший варіант у сімействі; інші кроки, зокрема 2,54 mm, 3,5/3,81 mm і 5,0/5,08 mm, задовольняють різні потреби щодо перерізу провідників і підключення. Малий крок забезпечує вищу щільність з’єднань, проте переріз провідника, струм, напругу, ізоляційний проміжок і доступ оператора розглядають для кожного виробу окремо.
Асортимент може містити польові з’єднання IDC, із пружинною кліткою Push-In і гвинтові з’єднання, а також різні способи приєднання з боку PCB, придатні для виробництва. Такі особливості, як додаткові фіксатори SMT, активне блокування та паковання для автоматичного встановлення, потрібно перевіряти лише для відповідного варіанта. У конструкції зі знімною вилкою електронну плату можна замінити без від’єднання польового кабелю від вилки; для цього потрібно чітко визначити сумісність вилки та контактної колодки, кількість полюсів, орієнтацію та кодування для запобігання неправильному підключенню.
Відмінності між кодами виробів видно на конкретних прикладах. Виріб з артикулом 14 13 021 4001 000 har-flexicon 3.50 MWV-2зазначено як вертикальну контактну колодку з двома контактами та струмом 11 A. Виріб з артикулом 14 31 021 3101 000 har-flexicon 2.54 FPV-2 є вертикальним з’єднувачем із пружинною кліткою Push-In, двома контактами та струмом 6 A. Виріб з артикулом 14 31 061 7102 000 har-flexicon 5.08 FPH-6 є горизонтальним, із пружинною кліткою Push-In, шістьма контактами та струмом 12 A; виріб з артикулом 14 31 031 7401 000 har-flexicon 5.08 FSV-3 зазначено як вертикальний, гвинтовий, із трьома контактами та струмом 15 A. Ці значення наведено для порівняння лише відповідних виробів; навантаження на полюс, умови середовища та компонування PCB розраховують за актуальним технічним паспортом.
Конфігурований PCB-з’єднувач на основі har-modular
har-modular — модульна концепція PCB-з’єднувачів, розроблена для поєднання сигнальних, інформаційних і силових контактів відповідно до потреб. Замість використання фіксованого поля контактів потрібні модулі можна конфігурувати на тримачі. Така конструкція може допомогти створити спільний механічний інтерфейс для різних варіантів пристрою та зменшити невикористану контактну зону. Проте модульність не скасовує електричних і механічних вимог: довжина тримача, послідовність модулів, відповідна частина, схема отворів плати та допуски стикування є складовими конфігурації.
У разі близького розміщення силових кіл і високошвидкісних ліній даних теплові характеристики, ізоляцію та цілісність сигналу потрібно оцінювати разом. Дані CAD модульного з’єднувача слід перенести в проєкти PCB і корпусу пристрою; у правилах проєктування плати потрібно зазначити зону заборони розміщення компонентів, контактні площадки або отвори для паяння та механічні опори. Ідентифікатор замовлення та ревізію сконфігурованого виробу потрібно зберігати в специфікації матеріалів. Онлайн-інструменти HARTING можуть спростити проєктування, проте остаточні характеристики все одно перевіряють на реальній платі, кабелі та відповідному інтерфейсі.
Компактний промисловий інтерфейс Ethernet на основі HARTING ix Industrial
HARTING ix Industrial — компактний промисловий інтерфейс Ethernet на основі стандарту IEC 61076-3-124. HARTING позиціонує це сімейство як до 70 відсотків менше за традиційний RJ45 і придатне для передавання даних зі швидкістю до 10 Gbit/s; серед характеристик сімейства також зазначено екранування на 360 градусів і стійкість до промислових вібрацій та ударів. Ці твердження є порівняннями сімейства та конструкцій, наведеними виробником. Швидкість передавання даних і характеристики EMC конкретного порту пристрою потрібно перевіряти з урахуванням вибраних гнізда, вилки, кабелю, доріжок PCB, з’єднання із шасі та випробувань на відповідність протоколу.
Виріб з артикулом 09 45 281 2561 ix Industrial 10A-1 jack AH (T&R550)є прикладом конкретної конфігурації. Офіційна сторінка виробу описує його як горизонтальне гніздо з паяним приєднанням, кодуванням A, вісьмома сигнальними контактами, двома контактами заземлення та номінальним струмом 1,5 A. Позначення паковання T&R550 указує на постачання у стрічці на котушці, що можна врахувати під час планування автоматичного встановлення. Посадкове місце на платі, профіль паяння та сумісну кабельну вилку слід вибирати за документацією саме цього виробу.
Промислове виконання інтерфейсу не означає, що відкрите гніздо автоматично має високий ступінь захисту IP. Захист пристрою від зовнішніх впливів оцінюють окремо з урахуванням конструкції гнізда, проходу через корпус, ущільнення, відповідної вилки, блокування та закритого або відкритого стану. Потрібно спроєктувати низькоімпедансне приєднання екрана від кабельної вилки до PCB або шасі пристрою, а не довільно підключати його лише до сигнальної землі. Кодування, зокрема A і B, потрібно перевіряти на відповідність застосуванню зв’язку та відповідній частині.
Технології приєднання до PCB: THT, THR і SMT
Технологія монтажу в отвори (THT) ґрунтується на встановленні виводів компонентів у металізовані отвори плати та їх з’єднанні переважно паянням хвилею припою. Діаметр отвору, геометрія виводу, мідна металізація, заповнення припоєм і товщина плати визначають надійність. Для з’єднувачів, що зазнають механічного навантаження, THT може забезпечити міцне кріплення, проте фактична міцність залежить від конструкції плати та процесу паяння. Для великогабаритних компонентів також планують переміщення, оснащення та враховують ефект теплового затінення.
Монтаж в отвори з паянням оплавленням (THR)також відомий як pin-in-paste, дає змогу встановлювати контактні виводи в металізовані отвори та паяти їх у процесі оплавлення. HARTING підкреслює можливість обробки відповідних компонентів THR методом Pick-and-Place. Об’єм паяльної пасти, отвори трафарету, співвідношення діаметрів отвору та виводу, термостійкість компонента й профіль оплавлення визначають за рекомендаціями щодо застосування виробу. Наявність THR у назві виробу не означає придатності будь-якого наявного профілю паяння.
Технологія поверхневого монтажу (SMT) передбачає паяння виводів до контактних площадок на поверхні плати. Вона забезпечує рішення з малим кроком, придатні для автоматизованого виробництва. Щоб зусилля з’єднання та роз’єднання з’єднувача не передавалися лише на паяні з’єднання, відповідний виріб може мати металеві утримувачі або інші кріплення. Геометрію контактних площадок, трафарет, орієнтацію в пакованні, поверхню вакуумного захоплення, зусилля встановлення, профіль оплавлення та критерії оптичного контролю потрібно узгодити з даними HARTING щодо посадкового місця й технологічного процесу.
| Потреба у з’єднанні | Рішення HARTING для розгляду | Основні дані для перевірки за кодом виробу |
|---|---|---|
| Компактне сигнальне з’єднання між двома платами | Сигнальний har-flex або відповідний високошвидкісний варіант | Кількість контактів, орієнтація плат, висота міжплатного з’єднання, вимоги до передавання даних, SMT/THR і відповідна частина |
| Живлення та сигнали в одному інтерфейсі плати | Силовий/гібридний har-flex або конструкція har-modular | Розподіл контактів, зниження допустимого струму, ізоляція, розташування модулів і сприйняття механічного навантаження |
| Безпосереднє підключення польового провідника до PCB | Клема або рознімний з’єднувач har-flexicon | Крок, переріз, Push-In/гвинт/IDC, кількість полюсів, напрямок кабелю та струм і напруга |
| Компактний промисловий порт Ethernet | Гніздо HARTING ix Industrial і відповідна вилка | Кодування A/B, швидкість передавання даних, кабель, екран, посадкове місце, процес паяння та захист від впливу середовища |
| Автоматизоване встановлення компонентів на PCB | Варіант SMT або THR у відповідному пакованні | Стрічка на котушці/лоток, поверхня захоплення, орієнтація, контактна площадка/отвір, трафарет і профіль оплавлення |
| Швидка заміна плати під час обслуговування | Рознімне кабельно-платне з’єднання або рознімна клема | Блокування, кодування, цикли з’єднання та роз’єднання, розвантаження кабелю від натягу та доступ оператора |
Узгоджуйте електричні параметри з реальними умовами експлуатації
Номінальний струм, зазначений у каталозі, не означає, що всі контакти всередині пристрою можуть витримувати однакове навантаження за будь-якої температури. Температура довкілля, кількість контактів, розташовані поруч навантажені силові кола, площа міді на платі та вентиляція впливають на підвищення температури. Робочу точку слід визначати за кривою зниження допустимого навантаження виробника та умовами вимірювання, установленими застосовуваним стандартом. Окремо перевіряють допустиму локальну температуру для процесора, датчика або лінії передавання даних поблизу силових з’єднувачів.
Під час вибору робочої напруги, крім номінального значення, важливі ступінь забруднення, категорія перенапруги, висота над рівнем моря, довжини шляхів струму витоку та повітряні зазори на PCB. Допустимі відстані між контактами з’єднувача не компенсують помилки розміщення провідників на платі. Якщо в одному гібридному інтерфейсі присутні різні потенціали, визначають зони ізоляції та можливий аварійний стан. Захисний провідник або контакт функціонального заземлення позначають на схемі як окремий функціональний елемент кола, незалежний від механічного контакту екрана.
Перевірка цілісності сигналів і EMC
У високошвидкісному каналі передавання даних з’єднувач є лише частиною загальної лінії передавання. Диференціальні пари на PCB трасують із заданим імпедансом; контролюють різницю довжин провідників усередині пари, кількість перехідних отворів, розриви опорної площини та геометрію переходу до з’єднувача. Кабель і відповідний з’єднувач мають відповідати вимогам тієї самої категорії/протоколу. Максимальна швидкість передавання даних, наведена на сторінці сімейства виробів, не компенсує невдало спроєктований перехід на платі або несумісний кабель.
Екранування потребує приєднання екрана кабелю на вводі в пристрій із належною площею контакту та його підключення відповідно до концепції з’єднання із шасі. Довге тонке з’єднання типу «косичка» може знизити очікувану ефективність екранування на високих частотах. Випробування ESD, EFT, surge і стійкості до випромінюваних/кондуктивних завад планують відповідно до стандарту на пристрій. Попередні вимірювання на відповідність вимогам допомагають виявити проблеми компонування та контакту екрана до завершення доопрацювання плати.
Механічний ресурс, обслуговування та технологічність виготовлення
Кількість циклів з’єднання та роз’єднання, а також показники вібростійкості й ударостійкості слід перевіряти для конкретного виробу та стандарту випробувань. Вирівнювання міжплатних з’єднувачів може забезпечуватися кришкою пристрою або гвинтовим кріпленням; не слід очікувати, що з’єднувач самостійно сприйматиме все механічне навантаження. Напрямні, поляризація та монтажні допуски запобігають з’єднанню під неправильним кутом. Розвантаження кабелю від натягу зменшує передавання навантажень на паяні з’єднання під час обслуговування.
Для серійного виробництва пакування виробу в стрічку на котушці, у лотки або в іншому форматі узгоджують із можливостями автомата встановлення компонентів. Різне транспортне пакування сполучуваних виробів не означає, що для них можна застосовувати одну й ту саму програму монтажу. На першій платі перевіряють заповнення припоєм, наявність перемичок, ефект «надгробного каменя», копланарність і механічну міцність кріплення. Для внутрішніх з’єднань, недоступних автоматичному оптичному контролю, у плані якості можна передбачити виготовлення мікрошліфів, рентгенівський контроль або функціональні випробування.
Контрольний список для підготовки пропозиції на інтерфейсні з’єднувачі та з’єднувачі для PCB
- Визначте призначення інтерфейсу: Укажіть, чи це з’єднання плата–плата, плата–кабель або клемне підключення польових кіл; окремо зазначте силові, сигнальні канали та канали передавання даних.
- Надайте геометричні параметри плати: Укажіть товщину плати, взаємну орієнтацію двох плат, висоту міжплатного з’єднання, край пристрою, отвір у панелі, зону заборони розміщення та допуски.
- Зазначте електричне навантаження: Укажіть струм, напругу, тип сигналу, швидкість передавання даних, імпеданс і вимоги до ізоляції для кожної групи контактів.
- Опишіть кабель: Зазначте кількість жил, переріз, екран, зовнішній діаметр, радіус вигину, умови руху та потребу в розвантаженні від натягу.
- Виберіть технологію монтажу PCB: Узгодьте SMT, THT або THR, профіль безсвинцевого паяння, трафарет, паяння хвилею та процеси промивання з виробничою лінією.
- Визначте спосіб польового підключення: Оцініть вибір Push-In, гвинтового з’єднання, IDC, обтискання або готового кабельного джгута з урахуванням обсягу монтажних робіт і кваліфікації сервісного персоналу.
- Визначте умови довкілля: Розмежуйте вимоги щодо температури, вологості, пилу, води, хімічних речовин, вібрації, ударів, ESD і EMC на рівні компонента та пристрою.
- Укомплектуйте сполучувані компоненти: Укажіть контактну колодку, вилку, гніздо, контакти, фіксатори, елементи кодування, кришки та кабельні аксесуари в повній специфікації виробу.
- Складіть план перевірки: До виготовлення прототипу заплануйте перевірку зниження допустимого навантаження, цілісності сигналів, EMC, впливу довкілля, механічної циклічної витривалості, якості паяння та функціональності.
- Запросіть актуальні дані: Перевірте технічний паспорт, модель CAD/ECAD, посадкове місце на PCB, пакування та технологічні інструкції для вибраного номера замовлення.
Коли ці дані підготовлено, інтерфейсні з’єднувачі та з’єднувачі для PCB HARTING можна оцінювати не лише за кількістю контактів і габаритами, а й з урахуванням усього життєвого циклу пристрою. Oskon може об’єднати дані електронної плати, кабельного джгута, механічного корпусу та виробничого процесу в одній специфікації виробу й включити до пропозиції належні сполучувані компоненти. Наявність виробів, термін постачання та остаточну придатність для конкретної конструкції необхідно окремо підтвердити на дату пропозиції; цей матеріал не є зобов’язанням щодо складських запасів або робочих характеристик.
