2x20双排堆叠式电子连接排针结构

　　做嵌入式硬件扩展结构设计的时候，这类双排堆叠排针是绕不开的基础连接元件，很多刚接触硬件结构建模的工程师容易忽略这类小元件的安装边界细节，最后打样回来才发现板间堆叠高度不对、插针干涉，要么就是排母配合公差太大导致接触不良。这次做的这个2x20规格的堆叠排针，核心是适配树莓派类单板计算机的扩展堆叠需求，日常做开源硬件扩展板、多板层叠的嵌入式设备、小型传感采集节点的时候，这类排针能在不额外占用板面横向空间的前提下，实现上下两块电路板的电气连通与机械固定，比普通直插排针的堆叠兼容性好很多。

　　从实际选型和建模的角度说，首先要卡准的就是2.54mm的标准排阵阵距，这个尺寸是通用通孔插装接插件的行业通用节距，不管是配合标准排母还是直接插在电路板的通孔焊盘上，都能保证每一根插针的对位精度，不会出现插歪、个别针脚无法导通的问题。建模的时候特意把塑高也就是绝缘基座的高度做了精准控制，这个高度直接决定了两块电路板堆叠之后的板间净空，要是塑高做矮了，上下板的表贴元件会互相顶住，要是做高了，插针啮合长度不够，运输或者使用过程中受震动容易出现连接松脱。

　　整个排针的结构分为三个部分，黑色的高温绝缘基座、两排共40根镀金插针，还有基座上面对应的定位孔位。绝缘基座用的是耐高温的工程塑料材质建模的时候做了倒角处理，避免插装的时候边缘刮伤电路板的阻焊层，每一个插针的安装孔位都做了同轴度约束，保证40根插针的直线度，不会出现个别针脚歪斜无法插入的情况。插针部分采用的是方形截面的铜质插针，表面做镀金层处理，建模的时候还原了插针的倒角端头，方便插装的时候导向，不会怼坏焊盘或者排母的接触弹片。

　　实际应用场景里，这类堆叠排针不光用在树莓派的扩展板堆叠上，做小型工业控制板的功能扩展、学生电子设计竞赛的叠层电路板、模块化的传感采集模块堆叠的时候都能用到。比如做多通道的温度采集模块，就可以用这种排针把主控板和采集板叠在一起，减少设备的整体横向尺寸，不用额外做排线连接，整体结构的抗震动性能也比软排线连接好很多。建模的时候特意考虑了安装边界，插针伸出基座底部的长度是按照标准波峰焊的焊盘吃锡深度设置的，既能保证焊接的时候焊锡能顺着针脚爬上形成可靠的焊点，又不会因为针脚太长导致焊接后针脚突出板面太多，刮到设备内部的其他结构件。

　　很多工程师建模的时候容易忽略排针基座上方的导向结构，这个结构是用来和上层排母或者上层板的排针配合定位的，要是这个部分的尺寸做不准，上层板插上去之后会出现歪斜，长期使用会导致针脚受力不均，出现接触电阻变大甚至针脚断裂的问题。这次建模的时候把基座上的每一个针孔位置都和插针做了间隙配合的约束，既保证插针能牢固固定在基座里不会出现松动退针，又不会因为配合过紧导致插针压入的时候出现基座开裂。另外两排插针的排间距也严格按照2.54mm间距排针的通用标准设置，保证和市面上所有同规格的排母、IDC连接器都能通用互换，不用专门定制配套的接插件，降低后续生产的物料成本。

　　在结构强度方面，绝缘基座的壁厚做了合理的冗余设计，不会因为手工焊接的时候温度过高导致基座变形，也不会因为插装的时候用力过大导致基座碎裂。插针的根部和基座接触的位置做了滚花结构的还原，这个结构是用来增加插针和基座之间的拉脱力，避免使用过程中拔插上层板的时候把插针从基座里带出来。实际做设备组装的时候，这类排针的焊接建议先焊对角的两个针脚定位，确认排针和板面垂直之后再焊剩下的针脚，要是一开始就把所有针脚焊完，发现排针歪斜的话很难调整，强行掰正容易导致焊盘脱落。

　　另外在堆叠使用的时候，要注意上下板之间的功率走线载流量，这类排针的单针载流量一般在1A左右，要是走大电流的话要多并联几个针脚，避免单个针脚过流发热导致基座融化。建模的时候也考虑了不同堆叠高度的适配性，这个规格的排针可以和不同塑高的排母配合，实现不同的板间净空需求，比如需要在板间放置屏蔽罩或者较高的表贴电容的时候，就可以搭配更高塑高的排母，不用更换排针本身的规格，提升了元件的通用适配性。