無焊連接需求

 

盡管大多數(shù)電子組裝件都是通過紅外回流進(jìn)行焊接，但某些元器件（特別是連接器）仍然不適用此法，而需使用不同工藝將其連接到PCB。通常，這會(huì)為制造過程帶來波峰焊或手工焊等附加步驟，而使復(fù)雜性和成本增加。另一方面，這會(huì)使已經(jīng)安裝在PCB上的元器件再一次受到熱流沖擊，而使其遭受性能退化的風(fēng)險(xiǎn)。

 

為了避免帶來額外焊接過程的成本和復(fù)雜性，我們可以采用無焊接方法。事實(shí)上，這并不是什么新鮮事——“插片插座（blade-and-socket）”的方法已問世有50多年。這種方法在制造過程中在元器件上連接一個(gè)牢固的插片，而在回流過程中將相應(yīng)的插座安裝到PCB上。一旦電路板被組裝好，就可以將該器件插入到連接器中而實(shí)現(xiàn)機(jī)械和電氣連接。

 

這種方法雖然非常簡(jiǎn)單，但也有一些缺點(diǎn)。因?yàn)椴迤遄B接設(shè)計(jì)需要能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)次插拔，所以插入力相對(duì)較低。這就有可能使接合部位產(chǎn)生電阻和電感，而對(duì)最新的高阻抗高速電路產(chǎn)生重要影響。在某些情況下，為確保良好的接合，并消除所謂的“微振磨損（fretting）”——由于長(zhǎng)時(shí)間暴露在振動(dòng)環(huán)境下，連接性能會(huì)逐漸下降——這種設(shè)計(jì)需要采用貴金屬。

 

壓接可提供更好的無焊連接

 

為了克服傳統(tǒng)插片插座連接的缺點(diǎn)，業(yè)界開發(fā)了壓接技術(shù)。在這種方法中，元器件配有一個(gè)合規(guī)引腳，PCB上則直接配有一個(gè)剛性電鍍通孔（PTH），這樣就可以將引腳壓入到其中——實(shí)際上，插片和插座的作用實(shí)現(xiàn)互換，即插片（公頭）對(duì)PCB孔（母頭）施加機(jī)械力。

 

 

經(jīng)過優(yōu)化，壓接技術(shù)可提供比插片插座更好的連接，幾乎可消除掉電阻和電感，而避免對(duì)電路工作和可靠性造成影響。與插片插座一樣，這種方法確實(shí)能減少額外的勞動(dòng)力，并消除再次受到熱流破壞的可能。此外，如果有需要，壓接器件也可以插拔數(shù)次，從而簡(jiǎn)化和實(shí)現(xiàn)無風(fēng)險(xiǎn)的返工或維修。

 

此外，由于壓接不需要使用焊料來對(duì)PCB安裝插座，因此也消除了冷點(diǎn)、焊料飛濺、氣泡和裂縫等問題，提供了高可靠和可重復(fù)的接合。由于是直接將元器件插入到PCB中，因此也無需再使用貴金屬，也沒有了與連接器組合相關(guān)的“微振磨損”的風(fēng)險(xiǎn)。插座的取消也能夠帶來物料成本的降低。

 

設(shè)計(jì)壓接端子的挑戰(zhàn)

 

由于壓接器件依賴公差之間的相互作用來確保具有良好電氣連接的牢固可靠的匹配，因此，毫不奇怪，壓接技術(shù)設(shè)計(jì)人員面臨的最大挑戰(zhàn)，就是在公差之間取得適當(dāng)?shù)钠胶?。這個(gè)問題是由于PCB和金屬壓接引腳的制造工藝不同所造成的——PCB所需的公差非常嚴(yán)格，而金屬插片所需則相對(duì)寬松。

 

成品通孔的公差通常接近于引腳的有效特征或“腳針（beam）”的標(biāo)稱偏差，也就是說腳針在插入的過程中必須要經(jīng)歷一定的塑性變形。腳針的設(shè)計(jì)包括所用材料和幾何形狀——分別決定插入力和保持力——兩者都是關(guān)鍵參數(shù)。公差的要求為：在“緊密”的情況下，PTH針筒（barrel）不會(huì)損壞；在“松弛”的情況下，保持力足以滿足所有相關(guān)的沖擊和振動(dòng)測(cè)試。

 

鑒于高使用量和低單位器件成本，電容器制造商必須要確保，設(shè)計(jì)能夠以可滿足所需公差的簡(jiǎn)單的加工進(jìn)行復(fù)制。此外，所使用的電鍍（通常為錫）必須盡可能薄，以便在插入引腳時(shí)不會(huì)將其刮落并形成焊橋。

 

壓接電解電容器

 

基美電子（KEMET）最近推出了采用壓接引腳的ALF新系列鋁電解電容器。這一首次面市的突破性的系列產(chǎn)品，是大型卡扣式（snap-in）電解電容器向前邁進(jìn)的重要一步。

 

基美電子使用的壓接引腳采用了由Interplex設(shè)計(jì)的久經(jīng)考驗(yàn)的“針眼”方法，而使得引腳與PTH的針筒之間有較大的接觸面積。再加上引腳所施加的高側(cè)向力，就能夠?qū)崿F(xiàn)可重復(fù)、一致、堅(jiān)固、可靠的低電阻連接。這種引腳本身是由C19010銅/鎳/硅合金所制成——鎳鍍層上有一層錫——可確保引腳完全符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

 

基美電子的壓接系統(tǒng)已經(jīng)過驗(yàn)證，可處理高達(dá)550V的連續(xù)施加電壓，以及高達(dá)620V的浪涌和瞬變。從機(jī)械的角度看，使用這種技術(shù)的器件與卡扣式器件的抗振動(dòng)性能相當(dāng)。隨著越來越多的汽車應(yīng)用、越來越具有挑戰(zhàn)性的工業(yè)應(yīng)用以及越來越多樣性且數(shù)量越來越多的便攜式電子設(shè)備可能會(huì)面臨艱巨的使用條件，這項(xiàng)考慮因素可能非常重要。

 

壓接器件還有助于免除對(duì)PCB組裝進(jìn)行清潔的需要。這種清潔過程會(huì)增加單位組裝件的成本并增加加工時(shí)間（cycle-time）和材料處理，因此，任何有助于免除工序的事情都是可取。

 

壓接引腳上使用高導(dǎo)電材料（50%IACS）意味著，其引腳電阻小于典型鋼端子的25%，因此這種器件非常適合于持續(xù)大電流應(yīng)用。

 

電阻較低還可顯著減少器件的溫升并幫助將熱量從元件傳遞到PCB。在大多數(shù)應(yīng)用中，電流限制是由PCB走線定義，而非連接定義。因此，即使在工業(yè)、能源/電力和汽車等要求苛刻的應(yīng)用中，這類設(shè)備也能提供長(zhǎng)壽命性能。

 

標(biāo)準(zhǔn)ALF電容器的外殼尺寸，直徑最高可達(dá)50mm；其分別具有一個(gè)正、負(fù)端子，但同時(shí)還提供了附加引腳（多達(dá)3個(gè)附加引腳，總共5個(gè)引腳），從而確保機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。較大電流的版本還為正負(fù)極提供了兩個(gè)內(nèi)部連接引腳，用來分流電流負(fù)載并提供一些冗余。此外，該產(chǎn)品還可針對(duì)特定客戶要求提供定制引腳布局。

 

總結(jié)

 

對(duì)于器件無法通過紅外回流進(jìn)行焊接的情況，壓接技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括無需對(duì)器件進(jìn)行再次加熱，而使其有遭受損壞的風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)證明，現(xiàn)代壓接連接具有非常高的機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能，非常適合要求苛刻的應(yīng)用。

 

但是，并非所有的壓接連接都是相同的。基美電子的ALF新系列采用高性能引腳——電阻僅有鋼引腳的25%，但仍可保持強(qiáng)大的機(jī)械接合，同時(shí)滿足大電流持續(xù)使用。

 

 

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