Пресс-фит отверстия в печатных платах: всеобъемлющее руководство по безпаечным соединениям

Технология пресс-фита произвела революцию в сборке ПКБ, устранив необходимость в пайке, предлагая надежную альтернативу для подключения компонентов к платам.В отличие от традиционных сварных отверстий, отверстия для прессования создают механическую и электрическую связь с помощью прецизионной инженерии, опираясь на помехи между штифтом компонента и отверстием для печатного листа, чтобы сформировать газонепроницаемую связь,соединение с низким сопротивлениемЭти инновации стали незаменимыми в таких отраслях, как автомобилестроение, телекоммуникации и промышленная электроника, где долговечность, скорость и соблюдение экологических требований имеют решающее значение.

В данном руководстве рассматривается, как работают отверстия для прессовых устройств, их преимущества по сравнению с сварными соединениями, производственные процессы, лучшие методы проектирования,и реальных приложений, что позволит инженерам и производителям использовать эту технологию для повышения производительности и эффективности.

Ключевые выводы
1В отверстиях с прессовой установкой используется интерференционная установка (диаметр булавки немного больше размера отверстия) для создания прочных механических и электрических соединений без сварки.снижение теплового стресса и воздействия на окружающую среду.
2По сравнению с сварными отверстиями, технология прессового монтажа сокращает время сборки на 30-50%, снижает скорость переработки на 40% и устраняет такие риски, как сварные мосты или холодные соединения.
3Критические факторы конструкции включают в себя толерантность отверстий (± 0,05 мм), совместимость материала (PCB FR4 с колодками из медного сплава) и перпендикулярность для обеспечения надежных соединений.
4.Прессовые отверстия превосходят в среде с высокой вибрацией (автомобильные), высокой плотностью печатных плат (телекоммуникации) и приложениях, требующих частой переработки (промышленная электроника).

Склеиваемые отверстия против сварных отверстий: основные различия
Выбор между прессовыми и сварными отверстиями зависит от потребностей приложения, причем прессовые отверстия предлагают уникальные преимущества в прочности, эффективности и устойчивости.

Почему отверстия, сделанные с помощью прессового приспособления, превосходят отверстия, сделанные с помощью пайки
a.Прочность: интерференционное устройство создает газонепроницаемое уплотнение, устойчивое к влаге, коррозии и вибрациям, критически важное для автомобильных ПКБ под капотом или промышленных машин.
b.Эффективность: автоматизированные системы прессовой установки могут собирать более 1000 штифтов в час, что в 2 раза быстрее, чем ручная сварка.
c.Надежность: устраняет дефекты сварки, такие как мосты, холодные соединения или сварные шарики, снижая уровень сбоев поля на 30-50%.
d.Устойчивость: Соответствует требованиям RoHS и REACH, избегая свинцовой сварки, соответствуя глобальным тенденциям экологически чистой промышленности.

Как работают отверстия для нажатия: наука вмешательства
Подсоединения пресс-фита основаны на механическом принципе интерференционного фита, при котором шприц компонента (мужчина) немного больше, чем отверстие PCB (женщина).создание тесного, постоянная связь, проводящая электричество и сопротивляющаяся разделению.

Процесс механического соединения
a.Подготовка отверстия: отверстие на ПКБ сверлено с точностью и покрыто медью для обеспечения проводимости. Диаметр отверстия проектируется на 0,02×0,05 мм меньше диаметра булавки (например, 1.0 мм пары штифтов с 0.97 мм).
b.Вставка булавки: управляемый силовым прессом (ручным или автоматическим) булавка вталкивается в отверстие. Больший размер булавки приводит к небольшому расширению медных стен ПКБ.создавая трение, которое блокирует шприц на месте.
c. Эффект холодной сварки: давление от вставки разрушает слои оксида на поверхности булавки и отверстия, позволяя контакт металла с металлом (похож на холодную сварку).Это обеспечивает низкое электрическое сопротивление (< 10mΩ) и долгосрочную проводимость.

Испытание целостности пресс-приспособления
Производители проверяют соединения тремя ключевыми испытаниями:

a.Сила вставки/удерживания: обеспечивает, чтобы клинки требовали силы 2080 Н для вставки и > 50 Н для удаления, предотвращая случайное вытеснение.
b.Газпроницаемость: испытания на гелий подтверждают отсутствие пробелов, что критически важно для ПХБ в влажной или коррозионной среде.
c.Электрическое сопротивление: измеряется микроомметром для обеспечения < 10mΩ, соответствующего или превышающего заполненные соединения.

Процесс изготовления отверстий для прессового монтажа
Для создания надежных отверстий требуется точность на каждом этапе, от бурения до покрытия.
1. Выбор материала для ПКБ
Основной субстрат: FR4 является стандартным для большинства применений, предлагая хорошую механическую прочность и экономическую эффективность.Выберите FR4 с высоким Tg (Tg ≥ 170°C) или полимид.
Толщина меди: 1 ̊2 унции меди в отверстиях обеспечивает проводимость и структурную поддержку интерференционного приспособления.

2Сверление и контроль толерантности
Диаметр отверстия: должен быть точным, чтобы достичь помех.
Цилиндричность: отверстия должны быть идеально круглыми (без конуса), чтобы обеспечить равномерные помехи.

3- Покрытие для проницаемости и прочности
PTH-пластировка: отверстия электропластируются медью толщиной 25-35μm, обеспечивая проводимость и устойчивость к деформации во время вставки булавки.
Окончание поверхности: опциональное оцинкование или покрытие золотом на стенах отверстий уменьшает трение во время вставки и предотвращает окисление.

4Инспекция.
AOI (автоматизированная оптическая инспекция): проверяет диаметр отверстия, округлость и однородность покрытия.
Анализ поперечного сечения: проверяет толщину меди и отсутствие трещин в образцах ПХБ.

Советы по проектированию отверстий
Успешные конструкции прессовых приспособлений зависят от тщательного внимания к размерам, материалам и расположению.
1Размеры отверстий и булавок
Расчет помех: штиф должен быть на 2 ‰ 5% больше отверстия (например, 1,0 мм штиф + 0,97 мм отверстие = 3% помех).слишком мало (< 1%) вызывает ослабление соединений.
Стандартные размеры: следуйте рекомендациям IPC-2221 (например, 0,8 мм отверстий для 0,82 мм штифтов в потребительской электронике).

2Совместимость материалов
Материалы для печатных плат: FR4 или FR4 с высоким Tg работают для большинства приложений.
Пиновые материалы: медные сплавы (C11000, C10100) предпочтительнее для проводимости и пластичности.

3. Расположение и расстояние
Пространство между отверстиями: поддерживать диаметр отверстия ≥ 2x между отверстиями для прессования, чтобы избежать деформации ПКБ во время вставки (например, расстояние 2 мм для отверстий размером 1 мм).
Расстояние между краями: держите отверстия диаметром отверстия ≥ 1,5x от краев ПКБ, чтобы предотвратить деламинирование.

4. Толерантность
Толерантность отверстий: ±0,05 мм (критическая для помех).
Толерантность к штифтам: ±0,02 мм (меньше, чем толерантность к отверстиям, чтобы обеспечить постоянные помехи).
Перпендикулярность: отверстия должны быть пробурены на 90° ±1° к поверхности ПКБ, чтобы избежать изгиба булавки во время вставки.

Применение отверстий для прессования
Технология пресс-фита отличается в отраслях, где надежность, скорость и переработаемость имеют решающее значение:
1. Автомобильная электроника
Случаи использования: блоки управления двигателями, модули датчиков, системы инфоразвлечений.
Почему Press-Fit: Сопротивляется вибрации (20G+), температурным циклам (-40°C - 125°C) и позволяет переработать соединители.
Пример: поставщик автомобилей Tier 1 снизил уровень отказов ECU на 40% после перехода от сварных к прессовым разъемам.

2Телекоммуникации
Случаи использования: базовые станции 5G, печатные платы, планы маршрутизаторов, коммутаторы центров обработки данных.
Почему Press-Fit: поддерживает конструкции с высокой плотностью (0,8 мм) и быструю сборку больших плат (24 "× 18").
Пример: телекоммуникационный производитель OEM сократил время сборки 5G-реакторов на 30% с помощью автоматизированных систем прессовой установки.

3Промышленные машины
Случаи использования: ПЛК (программируемые логические контроллеры), двигатели, робототехника.
Почему Press-Fit: выдерживает пыль, влагу и частую реконструкцию (например, замену модулей ввода/вывода).
Пример: фирма по автоматизации заводов сократила время простоя на 50% с помощью пресс-коннекторов (легко заменить без разжимания).

4. Медицинские изделия
Случаи использования: Мониторы для пациентов, оборудование для визуализации, диагностические инструменты.
Почему Press-Fit: свободный от свинца (соответствует стандарту ISO 13485), надежный в стерильной среде и позволяет безопасно переработать критические компоненты.

Общие проблемы и решения

Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Какой максимальный ток может выдержать соединение прессового устройства?
Ответ: до 30 А с 2 унциями медного покрытия и диаметром булавки 1 мм. Большие булавки (2 мм +) обрабатывают 50 А + для распределения питания.

Вопрос: Можно ли использовать отверстия для прессования в гибких печатных пластинках?
Ответ: Ограниченно. Гибкие субстраты (полимид) могут деформироваться при вставке, но жестко-гибкие печатные платы с жесткими секциями хорошо работают.

Вопрос: Как долго длится подключение?
Ответ: более 10 лет в обычной среде, без ухудшения проводимости или механической прочности.

Вопрос: Стоят ли отверстия для прессования дороже, чем отверстия для сварки?
Ответ: Первоначальное оборудование (точные сверла, прессы) дороже, но производство в больших объемах (10 000+ единиц) снижает стоимость единицы из-за более быстрой сборки.

Вопрос: Требуется ли специальное испытание отверстий для прессования?
Ответ: Да, включать в контроль качества испытания силы вставки, силы удержания и электрического сопротивления.

Заключение
Прессовые отверстия переосмыслили сборку печатных плат, предлагая решение без сварки, которое балансирует скорость, надежность и устойчивость.уменьшить тепловое напряжение, и упростить переработку, сделав их идеальными для автомобильной, телекоммуникационной и промышленной промышленности.

Успешное внедрение требует точности в проектировании (размер отверстия/прицепа, допустимые отклонения) и производстве (бурение, облицовка), но преимущества: более низкий уровень сбоев, более быстрая сборка, более высокая производительность, более высокая производительность.и экологического соответствия значительно перевешиваютПо мере того, как электроника становится все более компактной и требовательной, технология прессового монтажа останется краеугольным камнем современного дизайна печатных плат.