Ideas para adjuntar/conectar/apilar una PCB sobre otra sin espacio

¿Qué métodos podrían ser factibles para unir/apilar una placa de circuito impreso inmediatamente encima de otra placa de circuito impreso , con las siguientes condiciones:

  • Cero espacio/brecha entre los dos PCB
  • Se necesitan contactos eléctricos, no solo conexión física
  • Suponga que la placa de circuito impreso superior tiene aproximadamente un tercio del tamaño de la placa de circuito impreso inferior

Estoy en la etapa inicial de diseño de un proyecto y estoy tratando de examinar las opciones primero, por lo que estoy abierto a recomendaciones de métodos estándar, así como a cualquier idea creativa.

Nota: ya estoy familiarizado con las almenas de borde (también conocidas como "medias vías"), por lo que otras sugerencias serían de interés.

Por ejemplo, ¿es posible diseñarlo de tal manera que la PCB superior tenga contactos de almohadilla solo en la parte inferior (estilo QFN/QFP) que de alguna manera se puedan soldar en las almohadillas de la PCB inferior?

EDITAR: Para responder a la pregunta de @Andrew:

Mi propósito de apilar las dos placas de esta manera es que el PCB superior sea variable entre las variantes de mi dispositivo (de hecho, variable no solo en lo que contiene el PCB superior sino también en el tamaño y la cantidad de contactos que tiene), de ahí el objetivo de tener una PCB base constante con almohadillas en las que puedo conectar una PCB superior variable.

¿Tengo que preguntar por que? suponiendo que debe tener el espacio en la placa principal para colocar la tarjeta secundaria ... aunque esto puede ser técnicamente posible, estoy preocupado desde el punto de vista de fabricación/ensamblaje, especialmente con su comentario de "soldar de alguna manera".
@Andrew: respuesta agregada a su pregunta anterior. ¿Y cuál es la preocupación desde el punto de vista de la asamblea? Es muy probable que esta no sea una configuración poco común (?)
Diría que este es un enfoque muy poco común, generalmente las personas usan conectores o almenas como usted dice. Podrías hacer lo que estás hablando como un QFN. Un QFN real es esencialmente solo una pequeña placa de circuito impreso con un troquel en la parte superior y almohadillas en la parte inferior. Una dificultad importante con algo de este tamaño será la coplanaridad. Tus tablas tendrán que ser muy planas para poder ensamblarlas fácilmente, y te aseguro que no son lo suficientemente planas por defecto ;) IPC clase 2 permite cierta inclinación/giro de la tabla, y durante el reflujo se flexionarán y torcerán como bien. Cuanto más grandes sean, más difícil será montar esto.

Respuestas (5)

Esta no es una respuesta directa a su pregunta, pero creo que es bastante relevante.

Hace unos años, hicimos lo mismo. Hicimos pequeñas placas hijas que usaban almenas en los bordes para soldarlas a la placa madre.

Módulo EtherCAT SPI

La dificultad era que teníamos componentes en la parte inferior de la PCB. Estos eran los capacitores de desacoplamiento vitales que necesitaba el chip.

Entonces, la placa base tenía vías muy grandes para acomodar estos componentes.

Placa base EtherCAT

Puede ver varios orificios redondos grandes en la PCB. A través de los agujeros, puede ver los condensadores en el reverso de las placas secundarias. Dado que los orificios son solo vías grandes, terminan enchapados (nuestro proveedor no ofrece orificios sin enchapar), por lo que debe tener cuidado de que el enchapado no corte ninguna almohadilla en la placa secundaria.

Algunas ideas sobre el uso de almohadillas debajo de la PCB. Supongo que te refieres a algo como este módulo Telit HE910:

Telit HE910 Telit HE910 Soldado

Que reflujo suelda directamente en una PCB. Tenga en cuenta que en la imagen, el espacio entre el módulo y la PCB principal no es cero, pero sí menos de 1 mm. Claramente esta técnica funciona. Cualesquiera que sean los componentes que se encuentran dentro del módulo, no les importa someterse a un proceso de reflujo adicional. Esto se debe a que los componentes generalmente pueden sobrevivir al menos a dos reflujos (uno para cada lado del tablero). Dado que esos módulos solo tienen componentes en un lado de la PCB, es casi seguro que solo hayan experimentado un reflujo.

En lugar de reflujo, es posible que tenga la tentación de usar una placa caliente para soldar un módulo como este. Esto le permitiría soldar el módulo sin calentar demasiado los componentes dentro del módulo. Sin embargo, desaconsejaría este método. En el momento en que la soldadura se solidifique, la PCB madre estará mucho más caliente que la PCB hija. A medida que la madre se enfría y se contrae, generará fuerzas de corte en las juntas de soldadura y puede deformarse.

Una posible solución a esto es que primero podría soldar los PCB en bruto, luego poblar y refluir los tableros. No agrega mucho en cuanto a la mezcla y combinación rápida, pero ayudaría a no tener que requerir que los componentes soporten un segundo ciclo de reflujo.
Me gusta que perforaste agujeros gigantes en la placa base para acomodar las tapas de desacoplamiento, eso es bastante asombroso.
@Rocketmagnet: Con respecto a la idea de las almenas, que parece ser la más práctica/flexible... Suponga alrededor de 10 contactos entre una PCB y la otra. ¿Cuáles son sus comentarios sobre su experiencia con el ensamblaje y la durabilidad mecánica, es decir, encontró algún riesgo de inestabilidad de la caja de vibración como se indica en la respuesta de Andrew? Tal vez también podría agregar un primer plano de soldadura POST del accesorio de PCB almenado, si tiene uno.
Bueno, hicimos las almenas de la manera incorrecta (use vías en el contorno del tablero). El problema es que, cuando se enruta la placa, se rompe el revestimiento de las vías. Eran muy poco fiables. Una pesadilla. Lo mejor es pedirle a su fabricante de PCB que los fabrique adecuadamente para usted. Si no puede hacer eso, expanda el contorno de la placa para que las vías queden intactas, luego use una lijadora de banda para lijar la mitad de las vías. Esto reduce el estrés en ellos.
Probablemente todavía sean vulnerables a cosas como el estrés térmico y mecánico. Podría considerar: 1) fortalecer el cobre alrededor del almenaje con un par de pequeñas vías. Esto ayuda a remachar el cobre. 2) tenga todas las almenas a lo largo de un borde y use un poco de pegamento flexible a lo largo del otro borde. Esto debería aliviar algo de tensión mecánica en las juntas de soldadura. Sin embargo, debo decir que no tengo experiencia a largo plazo con almenajes adecuados en ningún tipo de entorno accidentado. Tal vez alguien más tiene?
¿Podría decirme el número de fabricante de ese conector de receptáculo rojo de placa a placa en su PCB?
@Sener: estos son conectores IDC de cable a placa llamados Micro-Match de TE-Connectivity.
Los he visto como conexión de placa a placa en uno de los productos de Datalogic. Pero, la forma de cable a placa tiene más sentido con agujeros de alfiler tan poco profundos. Muchas gracias por su respuesta.

Tal vez no sea exactamente lo que está preguntando, pero le sugiero que consulte PiCrust para obtener ideas. Utilizan conectores de Hirose para lograr un diseño apilado compacto sobre la placa Raspberry Pi.

Si la placa debe ser reemplazable sin soldar, esto suena como una solución bastante simple al problema.

Imagen de la placa PiCrust

En mi (experiencia ciertamente limitada), las tarjetas secundarias generalmente se instalan en conectores de cabecera, no se sueldan directamente.

En respuesta a una pregunta sobre el conector PCB de muy baja altura de apilamiento , @trygvis sugirió este conector Molex

¿Quizás eso sea útil?

El problema con la soldadura cara a cara como usted describe es que tendrá que ser un proceso manual (no de recoger y colocar con reflujo) a menos que desee volver a fluir sus PCB. Además, deberá estar seguro de la fijación mecánica; unas pocas etiquetas de soldadura probablemente no sean suficientes; necesitará una fijación mecánica; de lo contrario, existe un grave riesgo de fractura por vibración.

Dos cosas principales vienen a la mente:

1) lo que usted describe podría usarse para permitir describir un paquete de tipo golpe de soldadura (BGA) que usa un sustrato FR-4. Esta no es una opción de empaque poco común.

2) solía haber un tipo de cinta que podría obtener que preferentemente mejoraría la conexión eléctrica a través del grosor de la cinta y minimizaría la conducción lateral. Solía ​​estar disponible en 3M, pero no lo he visto en años. Y su conductividad probablemente fue insuficiente para su uso si necesita transportar cientos de mA. Esto podría darte una idea o dos.

Re n.º 2: está pensando en la cinta 3M Z-Axis. Solo conduce verticalmente entre tablas, no horizontalmente entre almohadillas.

Puede considerar usar una combinación de receptáculo SMT y cabezal de pasador de orificio pasante, por ejemplo:
Zócalo SMT DIL de 2,54 mm BG120 Cabezal
de pasador de orificio pasante DIL de 2,54 mm BG040

Puede elegir una sola fila, GCT también ofrece pasos más finos si es necesario, otras opciones aquí .

-Monte el zócalo SMT en la PCB superior.

-Conecte un cabezal de pasador de orificio pasante (desde arriba) hasta el final a través de ambos PCB. Obviamente, los pines del cabezal del pin de acoplamiento deben ser lo suficientemente largos para pasar a través del receptáculo hembra SMT, ambos PCB y dejar suficiente espacio para soldar a mano.

-Soldar a mano los pines del cabezal expuestos en el lado inferior de la PCB inferior.

Vea el boceto adjunto (disculpe mi horrible dibujo) ingrese la descripción de la imagen aquí, no estoy seguro de si esto funcionará para usted, ¡solo una idea!

Nota: Los productos estándar de GCT están disponibles a través de Newark, cualquier longitud de pin no estándar tiene un MOQ más alto (al menos 1k piezas).

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