Bezkonektorový systém propojení desek plošných spojů

Před něco více než padesáti lety byly vyrobeny první mikroprocesory a začala nová éra vývoje lidské společnosti – éra digitální. Dnešní civilizovaný svět si bez nich již nedovedeme představit. Denně jich máme několik stovek na dosah ruky či přímo v ruce. Jejich výkon a složitost neustále stoupají a jejich nasazení si vynucují i zařízení, v kterých bychom je nedávno vůbec nečekali. Ačkoliv se jeví jejich použití jednoduché, vyžadují s ohledem na vysoký počet připojovacích vývodů technicky náročná řešení v podobě složitých více vrstvých plošných spojů, impedančních přizpůsobení, stínění a vedení signálů. Tato náročnost však ve zbývajících periferních obvodech zdaleka není. Často v nich vystačíme s jednoduchým dvouvrstvým plošným spojem, několika odpory a konektory. Jak tyto protichůdné požadavky sjednotit? Jedním z řešení jsou moduly.

V následujícím odstavci uvádíme několik konkrétních problémů, jejichž řešení nakonec vedlo ke vzniku takového nového modulu.

• Když jsme poprvé rozdělávali kryt řídicího systému zaslaného k nám na opravu z výkrmny hospodářských zvířat, žasli jsme, o kolik více švábů a brouků v přístroji máme. Zabydleli se v něm spolu se svými larvami, vajíčky i výměšky. Jenže přístroji to tak úplně nesvědčilo, zejména všem rozpojitelným spojům.
• Když se nás zákazník nevinně zeptal, proč nemá náš výrobek barevný displej s dotykovým ovládáním, museli jsme mu stydlivě přiznat, že nemáme dostatek operační paměti ani dostatek paměti kódu, abychom všechny ty barvy měli kam zavřít a správně je namíchat.
• Když jsme navrhovali jednoduchou desku s několika konektory a pár vstupy a výstupy, nějak nám do toho nepasoval mikrokontrolér se stovkami kuliček BGA.
• A když jsme poprvé routovali DDR2 paměť s kompenzovanými spoji, strávili jsme návrhem dlouhé týdny a ještě nám s tím museli pomoci specialisté. Že se nám to nepovede na dvouvrstou desku, jsme věděli, ale jak komplikovaný návrh to bude, nám došlo až při rozmotávání nekonečného klubka gumových spojů.

Řešením všech uvedených problémů se stal modul SQM s římsovým spojem, který nazýváme „rim“ (viz jeho logo).

Modul SQM s římsovým spojem

Název SQM vychází ze SQuere Module, kde propojení se základovou deskou je provedeno římsovým rámečkem. Všechny potřebné spoje jsou zakončené na obvodu modulu v malých přechodových ploškách. K těmto ploškám je při osazování součástkami přiložen římsový rámeček, který je spolu s ostatními součástkami zapájen běžným způsobem. Rámeček je fixován vhodným lepidlem proti nežádoucímu posuvu při pájení celého modulu k základové desce vlastní aplikace. Osazení modulu do aplikace lze provést osazovacím automatem na pájecí pastu. Následným přetavením je celý modul propojen se zbývajícími součástkami. Osazení i zapájení je možné i ručně. Rozteč pájených vývodů je pro ruční pájení dostatečně velká a ke spolehlivému zapájení postačí běžná mikropájka.

Obr. 1 Modul SQM s římsovým spojem

Rozměr modulu je volen s ohledem na dosažení co největšího počtu vývodů a zároveň umožnění zapájení i odpájení horkovzdušnými nástavci na QFP pouzdra. Použitím propojení přes římsový rámeček je omezeno oboustranné osazení součástkami pouze po obvodu modulu. Ze strany rámečku je rovněž třeba dodržet maximální výšku součástek, omezenou výškou římsového rámečku. S ohledem na zajištění elektromagnetické kompatibility a také funkčnosti mnoha součástek je v dnešní digitální technice oboustranné osazení prakticky nezbytné. Zajímavou výhodou pájitelných modulů je možnost uschování klíčové součástky pod modulem. Tam lze pochopitelně vést elektrické spoje a efektivně tak využít plochy desky plošných spojů.

Obr. 2 Princip propojení DPS bez konektoru pomocí římsového rámečku

Na obr. 2 je znázorněna sestava bezkonektorového římsového systému propojení desek plošných spojů. Sestává se z rámečku (2) a nejméně jedné jednostranně či oboustranně osazené desky plošných spojů – modulu (3), která je připojitelná k desce (7) stejného nebo většího půdorysu než rámeček (2), přičemž elektrické propojení mezi deskami (3) a (7) je zajištěno prostřednictvím žlábků (5) po obvodu rámečku (2). Žlábky jsou elektricky vodivé prokovy s kontaktními ploškami (6). Zapájením nebo spojením elektricky vodivým lepidlem v jednotlivých žlábcích (5) na pájecích ploškách (6) je provedeno připájení nebo přilepení spojovaných desek plošných spojů.

Systém propojení římsovým rámečkem je přihlášen k ochraně duševního vlastnictví PV2012-622 Priority 2012-09-11.

Obr. 3 Použití SQM modulu na desce vývojového kitu EasyBoard

Sami jsme byli překvapeni, jak jednoduše jsme SQM modul zapojili do dalších obvodů. Návrh obvodového zapojení byl hotový za odpoledne a druhý den jsme již zadávali do výroby prototyp plošného spoje. Postačil nám dvouvrstvý plošný spoj s šířkou spoje a mezerou 0,3 mm. Osazení modulu na desku plošného spoje jsme provedli ručně a vše zapájeli v parách. Šlo by to stejně dobře i ruční mikropájkou, vždyť rozteč vývodů modulu je 1 mm. Přes JTAG konektor modulu jsme naprogramovali aplikaci. Ještě zvažujeme, že celé zařízení rozšíříme o bezdrátovou komunikaci. Asi bychom použili zase nějaký modul, který bychom pomocí dalšího rámečku napájeli přímo na stávající modul SQM. Půjde to rychle, jednoduše a bez problémů!

www.sqm4.com