無(wú)焊連接需求

 

盡管大多數(shù)電子組裝件都是通過(guò)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(guò)程帶來(lái)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(lái)額外焊接過(guò)程的成本和復(fù)雜性，我們可以采用無(wú)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(wèn)世有50多年。這種方法在制造過(guò)程中在元器件上連接一個(gè)牢固的插片，而在回流過(guò)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(wú)焊連接

 

為了克服傳統(tǒng)插片插座連接的缺點(diǎn)，業(yè)界開(kāi)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(guò)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(wú)風(fēng)險(xiǎn)的返工或維修。

 

此外，由于壓接不需要使用焊料來(lái)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(wèn)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(wú)需再使用貴金屬，也沒(méi)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(lái)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(lái)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)钠胶狻＿@個(gè)問(wèn)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(shuō)腳針在插入的過(guò)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(guò)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(lái)越多的汽車應(yīng)用、越來(lái)越具有挑戰(zhàn)性的工業(yè)應(yīng)用以及越來(lái)越多樣性且數(shù)量越來(lái)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(guò)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(lái)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(wú)法通過(guò)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(wú)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?；离娮拥腁LF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。

 

 

推薦閱讀：