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1、press-fit-press-fit-设计高级技巧设计高级技巧Page:2前前 言言 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
2、能, 設計方法和要點做了補充. Page:3目目 錄錄(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Page:4FCIs PATENTED“H” shape pin 1.1 幾種常見的press-fit端子結構( (一一) ) Press-fitPress-fit端子簡介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.Page:5AdvantageDisadvantageEONMos
3、t popular designVery sensitive to Adaptable to many materialsymmetry and positionthicknesses and hole sizesAction Pineasily adapts to different holesPin tends to rotatePTH distortion highVery sensitive to blank width“C” SectionConsistent insertion/retention Difficult to make for small hole forceLow
4、PTH Distortion “H” Section easily control the T.P of tail Difficult to manufacture1.2 幾種常見的press-fit端子優劣對比( (一一) ) Press-fitPress-fit端子簡介端子簡介Page:6Plated-ThroughHole Diameter Drilled HoleDiameterPlating ThicknessPlated-Through Hole DiameterCopper*Tin-LeadD0.70mm(D-0.11) 0.0250.025 Min0.015 maxD0.075
5、0.81-0.860.025 Min0.015 max0.65-0.80D0.70mm(D-0.075) 0.0250.025 Min0.015 maxD0.050.7350.7850.025 Min0.015 max0.6350.735 * Maximum hardness of copper layer is 150 KnoopNotes: Recommended annular ring diameter is hole diameter plus 0.51( (一一) ) Press-fitPress-fit端子簡介端子簡介2. PCB規格說明Page:7Compliant Pin之功
6、能性要求：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
7、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( (一一) ) Press-fitPress-fit端子簡介端子簡介Page:8( (二二) ) 魚眼孔插拔過程魚眼孔插拔過程分析分析魚眼孔端子插拔力曲線圖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預插開始幹涉開始幹涉壓入到位壓入到位插入力減小插入力減小Page:9( (二二) ) 魚眼孔插拔過程魚
8、眼孔插拔過程分析分析1.端子預放入PCB. 端子尖端進入PCB孔, 尚未產生變形.2.端子開始壓入, 魚眼開始變形, 壓入過程出現第一波峰3.端子繼續壓入, 魚眼形變壓合, 變形量減小, 插入力略有減小.4.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.5.端子拔出時, 保持力迅速到達峰值, 隨即迅速減小.6.端子繼續拔除, 過渡區和插入區此時已完全形變, 與PCB間的干涉力几乎為零.234Page:10Press-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(
9、第二波峰)及保持力提供端子本身強度, 防止插入時挫曲( (三三) ) 魚眼孔功能區的划分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Page:11( (四四) ) 魚眼孔形狀分析魚眼孔形狀分析預插區預插區SECTION A-ACoin123AA基本功能基本功能: 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
10、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.Page:12基本功能基本功能: 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
11、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.插入區插入區( (四四) ) 魚眼孔形狀分析魚眼孔形狀分析Page:13PCBPCB0.65mm min.0.65mm min.0.08此處應避免硬干涉PCB0.65mm min.0.10PCB孔變形嚴重, 插入力較大.PCB孔變形較小, 插入力也較小.Good design( (四四) ) 魚眼孔形狀分析魚眼孔形狀分析Page:14過渡區過渡區基本功能基本功能: 連接插入區與保持力區.主要特征主要特征:1.魚眼結構中最寬的部位, 并不是提
12、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.( (四四) ) 魚眼孔形狀分析魚眼孔形狀分析Page:15保持力區保持力區基本功能基本功能: 端子與PCB產生幹涉, 插入力出現第二波峰.端子壓
13、入完畢, 提供保持力.主要特征主要特征: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.( (四四) ) 魚眼孔形狀分析魚眼孔形狀分析Page:16PCB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
14、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.( (四四) ) 魚眼孔形狀分析魚眼孔形狀分析Page:17強度區強度區基本功能基本功能: 提供端子本身強度, 防止插入時挫曲設計要點設計要點: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( (四四) ) 魚眼孔形狀分析魚眼孔形狀分析Page:18Items:Key IssueReasonBKM參考條件1端子無法放入PCBLead in不足增加lead inPage 11PCB尺寸超規依業界規范Page 6端子正位度超規公差分析N/A2跨pin插入時力量過大端子各部
15、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/APCB孔徑偏小依業界規范Page 63壓入不到位魚眼位置設計不當保証魚眼中心處於PCB內Page 144壓入後歪pin端子對稱度不足增加尺寸管控Page 145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, 166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, 167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
16、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(五五) SummaryPage:19(五五) SummaryPress-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Page:20抄襲法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.
17、1.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.2.PCB孔徑相同, press-fit , 材料性能相似或一致. 3.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.( (六六) ) 整體整體設計設計常用方法常用方法介紹介紹Page:21修改法修改法先決條件應用注意事項簡評1. 其他條件不變, 僅厚度變化使得Normal force 線性增減, 導致插拔力線性增減.(隻適於差異較小的case.)2. 其他條件不變, 僅PCB孔徑變化, 可對中分割偏移填補 對端子修
18、改.(見下頁)3. 其他條件不變, 變化內孔寬度, 可調整插拔力的大小.4. 須考慮倒圓及厚度變化所帶來的幹涉量變化.5. 材料厚度增加, 或產品結構改變時, 須考慮產品本身承受 能力.省時, 省力, 可操作性佳.保持了 5 個功能區的原有特征.簡析現有其他產品compliant pin. 其規格與設計產品有一定差異，如PCB孔徑, 端子厚度。( (六六) ) 整體整體設計設計常用方法常用方法介紹介紹Page:22( (六六) ) 整體整體設計設計常用方法常用方法介紹介紹Page:23( (七七) ) 補充補充說說明明1.理解魚眼孔端子功能區的划分及各功能區的作用, 是設計此類端子的基礎.2.掌握魚眼孔端子功能區結構對功能的影響, 是設計此類端子的關鍵.3.參考現有魚眼孔端子結構進行修改是設計此類端子的捷徑.對其設計標準化尚未完成.4.設計魚眼孔端子時, 必須要參考產品整體結構. 需建立在產品所能承受的強度基礎上.5.業界規格對此類端子插拔力要求大多較寬松, 與客戶應用段有較大差異, 實際設計需以客戶段應用為准.6.目前廠內尚無法准確對此類端子插拔力做模擬分析, 但對兩種不同端子進行比較模擬, 還是有參考價值的.结束结束
