press-fit-设计高级技巧

Page:,*,Press-fit,端子,魚眼孔設計,介紹,前,言,電子連接器與,PCB,連接的方式主要分為,press-fit,through hole solder,和,SMT.,其中,Press-fit,型連接器以其低成本,高效率,操作簡單,可靠性高而廣泛應用于通訊,電腦等產業,.,業界上對,Press-fit,端子設計有各種形態,各有優缺點,.,而在,其中,EON(Eye of Needle),或稱做魚眼孔端子是,應用最為廣泛,的端子結構,.,此教材參考了,FEA,部門對魚眼結構的分析,借鑒其對魚眼功能區的分類及設計概念,.,同時增加了工作中積累的相關經驗,.,對魚眼孔的結構,功能,設計方法和要點做了補充,.,目 錄,(,一,),Press-fit,端子簡介,(,二,),魚眼孔插拔過程,分析,(,三,),魚眼孔功能區的划分,(,四,),魚眼孔,形狀分析,a.,預插區,b.,插入區,c.,過渡區,d.,保持區,e.,強度區,(,五,),Summary,(,六,),整體,設計,常用方法,介紹,(,七,),補充說明,FCIs PATENTED,“H”shape pin,1.1,幾種常見的,press-fit,端子結構,(,一,),Press-fit,端子簡介,附件介紹了一些其他形態的,press-fit,端子設計及專利,.,Advantage,Disadvantage,EONMost popular designVery sensitive to Adaptable to many materialsymmetry and position,thicknesses and hole sizes,Action Pineasily adapts to different holesPin tends to rotate,PTH distortion high,Very sensitive to blank width,“C”SectionConsistent insertion/retention Difficult to make for small hole,force,Low PTH Distortion,“H”Section easily control the T.P of tail Difficult to manufacture,1.2,幾種常見的,press-fit,端子優劣對比,(,一,),Press-fit,端子簡介,Plated-Through,Hole Diameter,Drilled Hole,Diameter,Plating Thickness,Plated-Through,Hole Diameter,Copper*,Tin-Lead,D0.70mm,(,D-0.11)0.025,0.025,Min,0.015,max,D0.075,0.81-0.86,0.025,Min,0.015,max,0.65-0.80,D0.70mm,(,D-0.075)0.025,0.025,Min,0.015,max,D0.05,0.7350.785,0.025,Min,0.015,max,0.6350.735,*Maximum hardness of copper layer is 150,Knoop,Notes:Recommended annular ring diameter is hole,diameter plus 0.51,(,一,),Press-fit,端子簡介,2.PCB,規格說明,Compliant Pin,之功能性要求：,Compliant Pin(Press Fit Tech),之主要發展目的有二：,(1),組裝簡單：不經,Soldering,製程即可,使連接器與,PCB,有緊密之結合以傳導電氣訊號,.,(2),可置換性：若此連接器損壞，可直接自,PCB,移除，更換另一個新的連接器即可。,針對以上兩點要求，,(1)Compliant Pin,於插入,PTH,後必需與,PTH,有緊密之結合，兩者間的接觸阻抗必需夠低,以供傳輸訊號；,(2),插入,PTH,後，不可過度破壞,PTH,的鍍層或造成孔徑的太大變形，以免使得更換連接,器時此,PTH,已不能使用。,Bellcore,對,Compliant Pin,的規格要求包括：,(1),最大插入力：,45lb Max./per pin,(2),最小拔出力：,3lb Min./per pin,(3)LLCR of Compliant Pin,：,1m-ohm,(4),孔變形量：小於,0.0015inch,(5),最小銅箔厚度：大於,0.0003inch,(,一,),Press-fit,端子簡介,(,二,),魚眼孔插拔過程,分析,魚眼孔端子插拔力曲線圖,壓入力曲線,保持力曲線,Force:,kgf,位移,(mm),0,插入力第,二,波峰,插入力第,一,波峰,拔出力最大值,預插,開始幹涉,壓入到位,插入力減小,(,二,),魚眼孔插拔過程,分析,端子預放入,PCB.,端子尖端進,入,PCB,孔,尚未,產生,變形,.,端子開始壓入,魚眼,開始變形,壓入過程出現第一波峰,端子繼續壓入,魚眼,形變,壓合,變形量,減,小,插入力略,有,減小,.,端子繼續下壓,魚眼,形變,壓,合,變形,壓入力曲線出現第二波峰,.,端子拔出時,保持力,迅速到達峰值,隨即迅速減小,.,端子繼續拔除,過渡區和插入區此時已完全形變,與,PCB,間的干涉力几乎為零,.,2,3,4,Press-fit,結構,功能區,區域功能說明,端子強度區,保持力區,過渡區,插入區,預插區,將,press-fit,部分導入到,PCB,產生插入力,(,第一波峰,),連接插入區和保持力區,使插入平穩,產生插入力,(,第二波峰,),及保持力,提供端子本身強度,防止插入時挫曲,(,三,),魚眼孔功能區的划分,依據插拔力曲線,將,魚眼結構劃分為,5,個功能區,各功能區的位置,名稱,及功能如下表所示,.,詳細內容,(,四,),魚眼孔形狀分析,預插區,SECTION A-A,Coin,1,2,3,A,A,基本功能,:,產品預放於,PCB,此時,press-fit,導入,PCB,孔,將初產,品定位,.,主要特征,:,1.Lead-in,結構,方便預插,.,主要形態包括,:,四面倒角,雙面倒角,;,從工藝角度,分為沖壓成型,自動化裁切及,V-cut,折彎等,.,2.Coin,結構,防止預插時划傷,PCB,孔銅鉑層,.,3.,不同,tail length,通過改變此部分長度實現,.,設計要點,:,1.Lead-in,結構,:,設計時需考慮,PCB,孔徑大小,孔正位度及連接器端,子正度,.,保証在,worst case,下,端子仍位於,PCB,孔內,.,2.,角度越小越好,可減小壓入時產生的沖擊力,.,基本功能,:,端子與,PCB,開始產生幹涉,插入力出現第一波峰,.,主要特征,:,1.,內外魚眼形成兩個簡支樑,.,2.,外魚眼四棱角增加,Coin,結構,防止,插入過程中,划傷,PCB,孔銅鉑層,.,設計要點,:,1.,因,端子開始壓入時與,PCB,間的沖擊,設計中,應避免,開始時的幹涉過大,.,防止因插入力過大而造成的端,子折斷,挫曲等問題,.,2.,可通過調整兩個簡單支樑寬度厚度,以改變與,PCB,間的幹涉力,.,3.,設計時需注意魚眼內孔下緣位置,請參考下頁,.,插入區,(,四,),魚眼孔形狀分析,PCB,PCB,0.65mm min.,0.65mm min.,0.08,此處,應,避免硬干涉,PCB,0.65mm min.,0.10,PCB,孔變形嚴重,插入力較大,.,PCB,孔變形較小,插入力也較小,.,Good design,(,四,),魚眼孔形狀分析,過渡區,基本功能,:,連接插入區與保持力區,.,主要特征,:,1.,魚眼結構中最寬的部位,并不是提供端子插拔力最,大的部位,.,因,端子壓入,預插區,時,端子兩側臂發生,形變,此時過度區跟著發生變形,其寬度已經變小,.,2.,外魚眼四棱角增加,Coin,結構,防止,插入過程中,划傷,PCB,孔銅鉑層,.,3.,內外形狀多為圓弧連接,.,曲線過度平穩,.,設計要點,:,1.,過度區位於魚眼中心位置,端子壓入,PCB,後此部分,應位於,PCB,內部,.,否則可能回彈,造成壓入不到位,.,2.,內外魚眼對稱度需要嚴格管控,.,其插拔力及插入後,tail,的正位度對魚眼的對稱性要求很高,.,(,四,),魚眼孔形狀分析,保持力區,基本功能,:,端子與,PCB,產生幹涉,插入力出現第二波峰,.,端子壓入完畢,提供保持力,.,主要特征,:,1.,內外魚眼形成兩個簡支樑,.,2.,外魚眼四棱角增加,Coin,結構,防止,插入過程中,划傷,PCB,孔銅鉑層,.,設計要點,:,1.,為增加端子保持力,在允許范圍內盡量增大端子與,PCB,孔間干涉量,.,2.,可通過調整兩個簡單支樑寬度厚度,以改變與,PCB,間的幹涉力,.,3.,設計上一般,使壓入深度低于內魚眼上緣,.,若壓,入,深,度高于內魚眼上緣,則要避免硬干涉產生,.,請參考,下頁,.,(,四,),魚眼孔形狀分析,PCB,上表面,(,圖,1,),(,圖,2),(,圖,3),1.,設計上,使壓入深度低于內魚眼上緣,.,可保証,PCB,與端子根部不會發生硬幹,涉,.,如上圖,3.,2.,若壓入深度高與內魚眼上緣,需保証幹涉位置,低于內魚眼上緣,.,(,四,),魚眼孔形狀分析,強度區,基本功能,:,提供端子本身強度,防止插入時挫曲,設計要點,:,在不影響保持力區域的前提下,盡量增加端子根部,寬度,防止端子在壓入時發生彎曲,折斷,挫曲等不,良,.,較好的設計,原設計,(,四,),魚眼孔形狀分析,Items:,Key Issue,Reason,BKM,參考條件,1,端子無法放入,PCB,Lead in,不足,增加,lead in,Page 11,PCB,尺寸超規,依業界規范,Page 6,端子正位度超規,公差分析,N/A,2,跨,pin,插入時力量過大,端子各部分與孔幹涉量設計不良,Page 11,12,13,15,16,端子強不足,增加根部寬度,Page 17,塑膠強度不足,優化塑膠結構,N/A,PCB,孔徑偏小,依業界規范,Page 6,3,壓入不到位,魚眼位置設計不當,保証魚眼中心處於,PCB,內,Page 14,4,壓入後歪,pin,端子對稱度不足,增加尺寸管控,Page 14,5,插入力過大,端子各部分與孔幹涉量設計不良,減小第一波峰峰值,使插入曲線平穩上升,Page 11,12,13,15,16,6,保持力不足,保持力區與孔幹涉不足,增加保持力區域幹涉體積,Page 15,16,7,阻值偏高,Normal Force,不足,優化端子各部分與孔幹涉量,Page 11,12,13,15,16,力量過大,PCB,孔破裂,優化端子各部分與孔幹涉量,PCB,孔徑依業界規范設計,Page 6,11,12,13,15,16,(,五,),Summary,(,五,),Summary,Press-fit,結構,功能區,區域功能說明,端子強度區,保持力區,過渡區,插入區,預插區,將,press-fit,部分導入到,PCB,產生插入力,(,第一波峰,),連接插入區和保持力區,使插入平穩,產生插入力,(,第二波峰,),及保持力,提供端子本身強度,防止插入時挫曲,詳細內容,抄襲法,先決條件,應用注意事項,簡評,1.,獲得競爭對手的樣品,測試後發現,performance,符合要求,.,2.,或現有相同應用之其他產品,compliant pin.,測試競爭對手,press-fit,尺寸參數,繪制,3D,分別從,5,個功能區與自己的產品進行比較,.,吸收競爭對手優點,.,PCB,孔徑相同,press-fit,材料性能相似或一致,.,產品的整體受力結構等於或良於競爭對手,.,省時,省力,省事,;,可操作性佳,.,簡析,保持或優化了,5,個功能區,.,(,六,),