Дата: 07.07.2014
Данная технология основана на следующем принципе:
• контактная часть соединителя (будь то лезвие или пружинный контакт) имеет большее поперечное сечение, чем металлизированное отверстие печатной платы (см. рис. 1);
• контакт соединителя вдавливается в отверстие печатной платы с заранее определенной, контролируемой силы.
Сегодня в основном используются для запрессовки гибкие зоны в контактах соединителей. С помощью этих зон, деформация поглощается контактным штырем. Это означает, что для процесса запрессовки требуется меньшее усилие, а сила удердания контактов остается постоянной и распределена более равномерно по всей площади отверстия в печатной плате.
Рис.1
Из истории.
Технология запрессовки (Press-Fit) возникла в семидесятых годах. Первоначально широкие и массивные выводы были использованы для крепления компонентов к печатной плате так, чтобы предотвратить сдвиг данных компонентов в процессе пайки. Позже технологию запрессовки использовали для того, чтобы соединять печатные платы между собой в один стек (получалась многослойная печатная плата). С ростом технологий в производстве печатных плат создание многослойных плат не вызывало проблем и необходимость в запрессовке для плат пропала. Но вместо этого начался рост спроса на данную технологию в производстве соединителей.
Потребовалось три десятилетия в технологии запрессовки для разработки различных моделей, чтобы она стала тем, чем является сегодня:
• общепризнанной,
• широко распространенной,
• обеспечивающей безпаечный способ создания соединений между печатными платами.
Технология отличается высоким уровнем надежности, а также простой монтажа. Общие условия по использованию технологии запрессовки описаны в номенклатурах IEC 352-5 и EN 60352-5.
Преимущества технологии запрессовки
Технология Press-Fit имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологией пайки. Эти преимущества и большое количество различных приложений, где используется данная технология, привели к росту ее популярности, которая продолжается и сегодня. Обозначим лишь немногие из преимуществ:
• экономическая выгода (исследование экономической эффективности показывает, что технология запрессовки намного более экономически эффективная, в отличие от обычной технологии пайки)
• отсутствие дыма от припоя и остатков флюса на печатных платах
• отсутствие холодной пайки соединений
• отсутствие тепловой нагрузки на печатных платах и прилегающих компонентах, вызванных пайкой (в частности, для бессвинцовой пайки, так как температура пайки в данном случае выше)
• нет коротких замыканий из-за шариков припоя
• возможность комбинирования разных типов контактов в одном соединителе
• снижение издержек производства (без волновой или селективной пайки).
• ремонтнопригодность (до 3 раз на одной печатной плате)
• экологически чистое производство, так как печатные платы не должны промываться. Производство соответствует RoHS и WEEE директивам
• высокая надежность соединения
• двусторонний тип соединителей, которые стали возможными благодаря технологии запрессовки, в первую очередь, (используется для объединительных плат). Это также применимо, например, в приложениях PC104, в которых несколько печатных плат могут быть собраны в виде вертикального стека
• возможность монтажа двух соединителей с обоих сторон печатной платы (в одни и те же отверстия) – используется в приложениях VPX.
Физические процессы в зоне запрессовки соединителей
Основной процесс включает в себя использование мягкого материала, например, олова для достижения очень хорошей пластической деформации с большой силой удержания контакта в отверстии. Данные силы деформации происходят на большой площади контакта, которое предотвращает проникновение воздуха. Это гарантирует надежный и долговечный контакт, так как коррозия не может произойти на значительной части площади контакта, тем самым увеличив сопротивление.
Интенсивность отказов аппаратуры связи в Европе обозначается параметром FIT значения (отказа во времени).
Значения FIT, указаны таблице ниже для 10 000 000 устройств, работающих одновременно.
|
|
IDC соединители |
Монтаж пастой |
Press-fit монтаж |
|
FIT |
0.05 |
0.03 |
0.01 |
|
Отказов в год |
4.5 |
2.7 |
0.9 |
Таблица показывает, что из 10 миллионов устройств с соединителями Press-Fit только одно дает отказ (0.9) через год, что составляет более надежное соединение, чем монтаж пастой или IDC соединения. В случае больших климатических и механических нагрузок при эксплуатации, например, в автомобильной промышленности, данная технология монтажа является неоспоримым лидером. Кроме того, любое оборудование, которое требует высокой надежности, будет показывать лучшие результаты с запрессованными. Кроме того соединители, установленные по технологии запрессовки не теряют качество контакта с печатной платой в процессе эксплуатации длительное время. Со временем качество контакта даже улучшается, что показано на графике 2
График 2
На сегодняшний день очень много производителей предлагают свои соединители с контактами, выполненными для запрессовки на печатные платы. При этом каждый из них старается разработать особую форму контакта в зоне запрессовки. Именно эта зона контакта и ответственна за качество разъема.
Немецкий производитель соединителей – компания EPT много лет разрабатывает и производит соединители как для телекоммуникационной, так и для автомобильной промышленности.
Все соединители компании EPT, которые разрабатываются для автомобильной промышленности, производятся с технологией Press-Fit. Этот факт говорит о высочайшей надежности данного типа соединителей в приложениях с высокой вибрационной и ударными нагрузками.
Зона запрессовки контактов от компании EPT выполнены особым образом в форме двух вытянутых полусфер, соединенных между собою. Данная форма запатентована и носит название Tcom Press (см. рисунок 3).
Такая форма позволяет плавно входить в зону отверстия, не повреждая его (т.к. нет острых углов), а также обеспечивает герметичное соединение между печатной платой и контактом соединителя, надежно удерживая, при этом соединитель во время вибрации. Поскольку печатная плата при запрессовке такими соединителями оказалась не поврежденной – она может быть ремонтнопригодной (в отверстия платы соединители могут быть запрессованы до 3-х раз).
Рисунок 3
Требования к печатным платам
С одной стороны расширенная часть контакта позволяет делать определенные допуски (погрешности) в производстве отверстий в печатных платах, но с другой стороны данные допуски должны быть строго ограничены т.к. при слишком широком отверстии контакт не будет надежно держаться в отверстии, а при слишком узком – есть риск повреждения печатной платы.
Именно поэтому в данном вопросе соединители и печатные платы являются двумя важными составляющими, требованиями к которым пренебрегать не стоит.
Компания EPT для каждого типа соединителей обязательно указывает требования к отверстиям в печатных платах. В зависимости от состава печатных плат данные требования немного варьируются. Например, в таблице ниже указаны требования к печатным платам для соединителей серии PC/104 и PC/104+
|
|
|
PC/104+ |
PC/104 | |
|
Номинальный диаметр отверстия |
Ø 0.85 |
Ø 1.0 | ||
|
Печатная плата imm. Sn | ||||
|
A |
Толщина печатной платы |
min. 1.4 мм |
min. 1.4 мм | |
|
B |
Диаметр отверстия |
Ø 0.85 мм +0.09/-0.0 мм |
Ø 1.0 мм +0.09/-0.0 мм | |
|
C |
Диаметр сверла |
1.0 ±0.025 мм |
1.15 ±0.025 мм | |
|
D |
Толщина меди |
min. 25 мкм |
min. 25 мкм | |
|
E |
Толщина imm. Sn |
max. 1.5 мкм |
max. 1.5 мкм | |
|
F |
Размер контактной площадки кольца |
min. 0.1 мм |
min. 0.1 мм | |
|
Печатная плата Ni, Au | ||||
|
A |
Толщина печатной платы |
min. 1.4 мм |
min. 1.4 мм | |
|
B |
Диаметр отверстия |
Ø 0.85 мм +0.09/-0.0 мм |
Ø 1.0 мм +0.09/-0.0 мм | |
|
C |
Диаметр сверла |
1.0 ±0.025 мм |
1.15 ±0.025 мм | |
|
D |
Толщина меди |
min. 25 мкм |
min. 25 мкм | |
|
E |
Толщина Ni, Au |
0,05-0,2 мкм Au более чем 2,5-5 мкм Ni |
0,05-0,2 мкм Au поверх 2,5-5 мкм Ni | |
|
F |
Размер контактной площадки кольца |
min. 0.1 мм |
min. 0.1 мм | |
|
Печатная плата pure Сu | ||||
|
A |
Толщина печатной платы |
min. 1.4 мм |
min. 1.4 мм | |
|
B |
Диаметр отверстия |
Ø 0.85 мм +0.09/-0.0 мм |
Ø 1.0 мм +0.09/-0.04 мм | |
|
C |
Диаметр сверла |
1.0 ±0.025 мм |
1.15 ±0.025 мм | |
|
D |
Толщина меди |
min. 25 мкм |
min. 25 мкм | |
|
E |
Толщина органических примесей |
GLICOAT-SMD(F2) 0.12-0.15 мкм |
GLICOAT-SMD(F2) 0.12-0.15 мкм | |
|
F |
Размер контактной площадки кольца |
min. 0.1 мм |
min. 0.1 мм | |
|
Печатная плата HAL Sn | ||||
|
A |
Толщина печатной платы |
min. 1.4 мм |
min. 1.4 мм | |
|
B |
Диаметр отверстия |
Ø 0.85 мм +0.09/-0.0 мм |
Ø 1.0 мм +0.09/-0.06 мм | |
|
C |
Диаметр сверла |
1.0 ±0.025 мм |
1.15 ±0.025 мм | |
|
D |
Толщина меди |
min. 25 мкм |
min. 25 мкм | |
|
E |
Толщина HAL Sn |
max. 5-15 мкм |
max. 5-15 мкм | |
|
F |
Размер контактной площадки кольца |
min. 0.1 мм |
min. 0.1 мм | |
Как видно из таблицы данные требования соответствуют платам класса точности ???
Именно поэтому при запрессовке соединителей необходимо обращать внимание не только на качество соединителей, но и на качество печатных плат. Кроме того не стоит пренебрегать выбором нужных и качественных инструментов для запрессовки (матрицы и пуансоны) т.к. именно данные инструменты и принимают на себя функции распределения усилий в процессе запрессовки. Если не использовать соответствующие матрицы – то печатная плата может деформироваться вплоть до механического повреждения.
В первом приближении при переходе от стандартной технологии монтажа пастой, будь то ручной монтаж либо пайка волной или пайка по технологии THTR (монтаж пастой соединителей в одном технологическом процессе совместно с SMD компонентами в печи) может показаться, что процесс запрессовки будет дорогим. Ведь для данной технологии монтажа потребуется закупка станка с инструментами, увеличится стоимость печатных плат. Но правильным будет тот экономический расчет, который учитывает все составляющие, как отрицательные, так и положительные. Ведь купив единожды станок (например, серии HKP-16 от компании EPT)
 |  |
| Станок серии HKP-16 | Матрица для запрессовки РС/104 и РС/104+ |
заказчик сможете докупать соответствующие матрицы и пуансоны для разных видов соединителей (стоимость матриц и пуансонов мала по сравнению со станком) – и при этом номенклатура запрессовываемых соединителей расширится без существенного экономического вложения. Кроме того для данного вида монтажа не требуется тратить пасту и флюсы для монтажа. Сам по себе процесс запрессовки требует высокой квалификации сотрудников. Скорость запрессовки выше скорости ручного монтажа. Качество соединения Press-Fit выше – а значит выше качество изделия в целом – а значит в будущем компании не придется тратить деньги на командировку сотрудников в случае выхода из строя оборудования, также компания не будет тратить деньги на ремонт и восстановление оборудования. Все эти экономические расчеты отличаются для каждой компании в зависимости от вида потребляемых соединителей, от широты номенклатуры и от величины партий.
Учитывая все эти особенности, компания EPT предлагает своим клиентам не только широкий выбор соединителей, но также и широкое разнообразие станков и инструментов для запрессовки соединителей на печатные платы. В номенклатуре компании EPT есть станки, начиная от ручной запрессовки для мелких партий производства (серия HKP-16 наиболее бюджетный вариант), заканчивая полностью автоматическим комплексом (PEM-100 для средних и больших партий изделий). Кроме того, официальный дистрибьютор EPT на территории СНГ – компания РСП предлагает свои услуги по запрессовке соединителей на печатные платы для мелких партий на стадии разработки и создания прототипов и инженерных образцов. При желании любой заказчик сможет убедиться в хорошем качестве станков компании EPT в региональном офисе компании РСП.
