Biela kniha: Základy techniky vtláčania
ZÁLISOVACIA ZÓNA AKO ODOLNÁ ALTERNATÍVA K SPÁJKOVANIU
ÚVOD
Technológia lisovania sa od svojho zavedenia v telekomunikáciách vyvinula na etablovanú kľúčovú technológiu v automobilovej a priemyselnej elektronike. Vzhľadom na súčasné trendy, ako sú elektrifikácia, autonómne riadenie a Priemysel 4.0, neustále rastú požiadavky na spoľahlivé a trvanlivé spojovacie systémy.
Technológia vtláčania presviedča najmä v náročných prevádzkových podmienkach s vibráciami, teplotnými výkyvmi, vlhkosťou a mechanickým namáhaním vďaka vysokej spoľahlivosti procesu a dlhodobej stabilite. Napriek rôznym konštrukciám lisovacích zón majú všetky riešenia rovnaký cieľ: trvalo mechanicky pevné a elektricky spoľahlivé spojenie medzi doskou s plošnými spojmi a kontaktom.
Toho sa dosiahne tak, že lisovacia zóna je navrhnutá väčšia ako otvor v doske s plošnými spojmi a je vtlačená s definovanou silou. Tak vzniká plynotesné, elektricky stabilné a mechanicky odolné spojenie s konštantne nízkym kontaktným odporom.
Technológia vtláčania presviedča najmä v náročných prevádzkových podmienkach s vibráciami, teplotnými výkyvmi, vlhkosťou a mechanickým namáhaním vďaka vysokej spoľahlivosti procesu a dlhodobej stabilite. Napriek rôznym konštrukciám lisovacích zón majú všetky riešenia rovnaký cieľ: trvalo mechanicky pevné a elektricky spoľahlivé spojenie medzi doskou s plošnými spojmi a kontaktom.
Toho sa dosiahne tak, že lisovacia zóna je navrhnutá väčšia ako otvor v doske s plošnými spojmi a je vtlačená s definovanou silou. Tak vzniká plynotesné, elektricky stabilné a mechanicky odolné spojenie s konštantne nízkym kontaktným odporom.
ZÁKLADY
Pri technike vtláčania sa vytvorí elektrické spojenie medzi konektorom a doskou plošných spojov vtlačením kolíka konektora do priechodného otvoru v doske plošných spojov.
Technika vtláčania je založená na jednoduchom princípe:
vtláčacia zóna kontaktného kolíka má v priereze väčšiu uhlopriečku ako pokovený otvor v doske plošných spojov. Deformácia vznikajúca pri vtláčaní je absorbovaná pružnou zónou na kontaktnom kolíku, takže puzdro dosky s plošnými spojmi je deformované len minimálne. Tým vzniká medzi kontaktným kolíkom a metalizovaným otvorom v doske s plošnými spojmi studené zváranie: plynotesné, odolné proti korózii, nízkoohmové a elektricky vysoko vodivé spojenie. Toto spojenie zostáva trvalo stabilné aj pri vysokých mechanických a tepelných zaťaženiach – ako sú vibrácie, ohyb a silné teplotné výkyvy.
Pri procese vtláčania odporúčame monitorovanie priebehu procesu. Analýzy sily a posunu, ako aj kamerové systémy umožňujú spoľahlivé posúdenie kvality spoja.
Okrem osvedčenej techniky vtláčania s našou vtláčacou zónou Tcom press® ponúka ept aj ďalšie technológie pripojenia, ako sú spájkované priechodky, THR alebo SMT – vždy prispôsobené danej aplikácii.
Technika vtláčania je založená na jednoduchom princípe:
vtláčacia zóna kontaktného kolíka má v priereze väčšiu uhlopriečku ako pokovený otvor v doske plošných spojov. Deformácia vznikajúca pri vtláčaní je absorbovaná pružnou zónou na kontaktnom kolíku, takže puzdro dosky s plošnými spojmi je deformované len minimálne. Tým vzniká medzi kontaktným kolíkom a metalizovaným otvorom v doske s plošnými spojmi studené zváranie: plynotesné, odolné proti korózii, nízkoohmové a elektricky vysoko vodivé spojenie. Toto spojenie zostáva trvalo stabilné aj pri vysokých mechanických a tepelných zaťaženiach – ako sú vibrácie, ohyb a silné teplotné výkyvy.
Pri procese vtláčania odporúčame monitorovanie priebehu procesu. Analýzy sily a posunu, ako aj kamerové systémy umožňujú spoľahlivé posúdenie kvality spoja.
Okrem osvedčenej techniky vtláčania s našou vtláčacou zónou Tcom press® ponúka ept aj ďalšie technológie pripojenia, ako sú spájkované priechodky, THR alebo SMT – vždy prispôsobené danej aplikácii.
VÝHODY TECHNIKY VTLAČOVANIA
Technika vtláčania ponúka v porovnaní s tradičnou technikou spájkovania množstvo výhod z hľadiska kvality, ekonomiky, funkčnosti a ekológie. Vyznačuje sa veľmi vysokou spoľahlivosťou a mechanickou odolnosťou a je obzvlášť odolná voči nárazom a vibráciám. Okrem toho sa tým predchádza typickým chybám, ako sú studené spájky alebo skraty.
Technika lisovania presviedča aj z ekonomického hľadiska vďaka možnosti opravy a nákladovo efektívnej montáži. Z funkčného hľadiska umožňuje spoľahlivé spracovanie bez tepelného namáhania dosky s plošnými spojmi, čím sa šetria komponenty. Zároveň zostávajú kontakty konektorov bez spájkovacieho cínu.
Okrem toho ponúka technika lisovania ekologické výhody, pretože nevznikajú spájkovacie výpary ani zvyšky tavidla a nie je potrebné vykonávať dodatočné čistiace procesy. Spĺňa tak aktuálne environmentálne požiadavky a smernice, ako sú RoHS a WEEE.
Technika lisovania presviedča aj z ekonomického hľadiska vďaka možnosti opravy a nákladovo efektívnej montáži. Z funkčného hľadiska umožňuje spoľahlivé spracovanie bez tepelného namáhania dosky s plošnými spojmi, čím sa šetria komponenty. Zároveň zostávajú kontakty konektorov bez spájkovacieho cínu.
Okrem toho ponúka technika lisovania ekologické výhody, pretože nevznikajú spájkovacie výpary ani zvyšky tavidla a nie je potrebné vykonávať dodatočné čistiace procesy. Spĺňa tak aktuálne environmentálne požiadavky a smernice, ako sú RoHS a WEEE.
NEVÝHODY TECHNIKY VTLAČOVANIA
Napriek mnohým výhodám má technika lisovania v porovnaní s technikou spájkovania aj niektoré obmedzenia. Kladie vysoké nároky na kvalitu dosiek plošných spojov, najmä na priemer otvorov a tolerancie, a vyžaduje špeciálne nástroje a zariadenia, čo vedie k vyšším investičným nákladom.
Okrem toho pri procese lisovania vznikajú mechanické namáhania, ktoré môžu pri nesprávnom použití spôsobiť poškodenie. V porovnaní s technikou spájkovania je čiastočne obmedzená aj miniaturizácia.
Okrem toho pri procese lisovania vznikajú mechanické namáhania, ktoré môžu pri nesprávnom použití spôsobiť poškodenie. V porovnaní s technikou spájkovania je čiastočne obmedzená aj miniaturizácia.
KRITÉRIÁ VÝBERU PRE TECHNOLÓGIU VTLAČOVANIA
Spoľahlivé lisované spojenie je založené na optimálnej súhre viacerých kvalitatívnych charakteristík. Rozhodujúce sú najmä konštrukcia lisovacej zóny, konkrétna aplikácia, vlastnosti dosky s plošnými spojmi, ako aj výrobný proces.
Iba ak sú tieto faktory navzájom zosúladené, môže technika lisovania naplno rozvinúť svoj potenciál a zaručiť trvalo stabilné, mechanicky odolné a elektricky bezpečné spojenie.
Iba ak sú tieto faktory navzájom zosúladené, môže technika lisovania naplno rozvinúť svoj potenciál a zaručiť trvalo stabilné, mechanicky odolné a elektricky bezpečné spojenie.
I. Kritériá výberu dosky s plošnými spojmi
V tabuľke sú porovnané rôzne povrchy dosiek plošných spojov z hľadiska hrúbky vrstvy a vhodnosti pre technológiu vtláčania.
| Povrch | |||||
| Imersný Sn | ENIG | Ponorenie Ag | OSP | HAL bezolovnatý | |
| Hrúbka vrstvy | 0,8 až 0,2 µm | 5 µm Ni 0,1 µm Au | 0,1 – 0,2 µm | 0,1 – 0,5 µm | <5 – 50 µm |
| Vhodnosť pre techniku lisovania | veľmi dobrá | obmedzene* | s výhradami* | dobrá | s výhradami* |
Najvhodnejšie je ponorné cínovanie, OSP je hodnotené ako dobré, zatiaľ čo ENIG, ponorné striebrovanie a bezolovnaté HAL sú vhodné len čiastočne – v závislosti od konkrétneho použitia.
Okrem toho sú znázornené typické zóny vtláčania, ktoré sa zvyčajne skladajú z cínu alebo zliatin cínu na niklovej vrstve. Celkovo táto brožúra jasne ukazuje, že výber povrchu má rozhodujúci vplyv na kvalitu a spoľahlivosť techniky vtláčania a musí sa starostlivo zvoliť v závislosti od použitia.
Okrem toho sú znázornené typické zóny vtláčania, ktoré sa zvyčajne skladajú z cínu alebo zliatin cínu na niklovej vrstve. Celkovo táto brožúra jasne ukazuje, že výber povrchu má rozhodujúci vplyv na kvalitu a spoľahlivosť techniky vtláčania a musí sa starostlivo zvoliť v závislosti od použitia.
II. Kritériá výberu zóny vtláčania
V zóne vtláčania sú možné nasledujúce povrchové úpravy: matné vrstvy cínu, zliatiny cínu a olova, zliatiny striebra a cínu, zliatiny cínu a striebra, ako aj vrstvy india, vždy na podklade z niklu.
| Povrchy | ||
| 0,30 – 1,50 µm Sn matné | nad | 1 – 3 µm Ni matný |
| 0,30 – 1,50 µm SnPb 92/8 – 97/3 matný | nad | 1 – 3 µm Ni matný |
| 0,35 – 1,50 µm AgSn alebo SnAg | nad | 1 – 3 µm Ni matný |
| 0,30 – 1,50 µm In | nad | 1 – 3 µm Ni matný |
Správny povrch je rozhodujúci pre spoľahlivé lisované spojenie. Ovplyvňuje lisovacie sily a pri zaťažení sa musí plasticky deformovať bez toho, aby došlo k poškodeniu. Zároveň zabezpečuje stabilný elektrický kontakt, chráni pred koróziou a znižuje kontaktný odpor. Vhodný povrchový náter navyše pomáha predchádzať poškodeniu dosky s plošnými spojmi a zaručuje bezpečný a reprodukovateľný proces.
ŠTRUKTÚRA DIER
Na dosiahnutie kvalitného lisovaného spoja je pri výrobe dosiek plošných spojov potrebné venovať osobitnú pozornosť priemeru vŕtaného otvoru, priemeru koncového otvoru, hrúbke medenej objímky a povrchu dosky plošných spojov.
Správna konštrukcia otvorov je rozhodujúca, pretože priamo ovplyvňuje mechanickú stabilitu a elektrickú spoľahlivosť spoja. Iba pri správne zladených rozmeroch otvorov a puzdier vzniká potrebné lisované uloženie, ktoré zaručuje bezpečné uchytenie a konštantný kontakt. Odchýlky môžu viesť k príliš vysokým lisovacím silám, poškodeniu priechodných otvorov alebo nedostatočnému kontaktu. Okrem toho vhodná konštrukcia otvoru prispieva k vyrovnaniu výrobných tolerancií a zabezpečuje konštantnú kvalitu procesu.
Nasledujúca konštrukcia otvoru predstavuje príkladné vyhotovenie.
Správna konštrukcia otvorov je rozhodujúca, pretože priamo ovplyvňuje mechanickú stabilitu a elektrickú spoľahlivosť spoja. Iba pri správne zladených rozmeroch otvorov a puzdier vzniká potrebné lisované uloženie, ktoré zaručuje bezpečné uchytenie a konštantný kontakt. Odchýlky môžu viesť k príliš vysokým lisovacím silám, poškodeniu priechodných otvorov alebo nedostatočnému kontaktu. Okrem toho vhodná konštrukcia otvoru prispieva k vyrovnaniu výrobných tolerancií a zabezpečuje konštantnú kvalitu procesu.
Nasledujúca konštrukcia otvoru predstavuje príkladné vyhotovenie.
| Materiál LP | FR4 | |
| Menovitý otvor | Ø 1,0 mm | |
| A | Hrúbka dosky | min. 1,44 mm |
| B | Koncový otvor | Ø 1,0 +0,09 / -0,06 mm |
| C | Základný otvor | 1,15 ±0,025 mm |
| D | Cu vrstva | min. 25 µm |
| E | Povrch | chemická vrstva Sn, 0,5 – 1,5 µm |
| F | Zvyškový prstenec | min. 0,1 mm |
SPRACOVANIE
Pre trvalo spoľahlivé mechanické a elektrické spojenie je rozhodujúci kontrolovaný proces lisovania. Neodmysliteľné je použitie hornej formy a protidržáka.
Horná forma prenáša silu lisu na kontakt, zatiaľ čo protidržák podopiera dosku s plošnými spojmi a chráni ju pred mechanickým namáhaním. V závislosti od konektora sa používajú ploché alebo hrebeňové nástroje.
Ak nie sú nástroje optimálne zladené, môžu na dosku s plošnými spojmi pôsobiť nežiaduce sily a poškodiť už osadené komponenty. Vtláčacia sila by mala byť úplne absorbovaná spodným nástrojom.
Dosky s plošnými spojmi s vtlačenými konektormi by sa nemali zahrievať nad 125 °C.
Horná forma prenáša silu lisu na kontakt, zatiaľ čo protidržák podopiera dosku s plošnými spojmi a chráni ju pred mechanickým namáhaním. V závislosti od konektora sa používajú ploché alebo hrebeňové nástroje.
Ak nie sú nástroje optimálne zladené, môžu na dosku s plošnými spojmi pôsobiť nežiaduce sily a poškodiť už osadené komponenty. Vtláčacia sila by mala byť úplne absorbovaná spodným nástrojom.
Dosky s plošnými spojmi s vtlačenými konektormi by sa nemali zahrievať nad 125 °C.
Záver
Technológia lisovania predstavuje výkonnú a perspektívnu alternatívu ku klasickej technike spájkovania. Vyniká vysokou spoľahlivosťou procesu, vynikajúcou mechanickou stabilitou a trvalo spoľahlivým elektrickým spojom – a to aj v náročných prevádzkových podmienkach.
Práve v kontexte rastúcej elektrifikácie, zvyšujúcich sa hustôt výkonu a rastúcich požiadaviek na odolnosť a životnosť ponúka technológia lisovania rozhodujúce výhody. Predpokladom pre optimálny výkon je však presná súčinnosť lisovacej zóny, dosky s plošnými spojmi a výrobného procesu.
Kľúčovým faktorom úspechu je pri tom výber optimálne navrhnutej lisovacej zóny. Lisovacie zóny spoločnosti ept GmbH – najmä technológia Tcom press® – sa vyznačujú veľmi dobre kontrolovateľným správaním pri lisovaní, nízkym namáhaním dosky s plošnými spojmi a vysokou stabilitou procesného okna. Tým sa minimalizujú poškodenia priechodiek a zároveň sa zabezpečujú trvalo stabilné elektrické kontakty. Okrem toho geometria lisovacej zóny ept umožňuje spoľahlivé spracovanie aj pri úzkych toleranciách a náročných konštrukciách dosiek plošných spojov.
Ako skúsený špecialista v oblasti spojovacej techniky ponúka spoločnosť ept GmbH riešenia na mieru v oblasti techniky lisovania. Vďaka inovatívnym technológiám, ako je lisovacia zóna Tcom press®, rozsiahlym aplikačným know-how a vysokej výrobnej kompetencii pomáha ept svojim zákazníkom realizovať spoľahlivé a ekonomické spojovacie riešenia pre náročné aplikácie.
Práve v kontexte rastúcej elektrifikácie, zvyšujúcich sa hustôt výkonu a rastúcich požiadaviek na odolnosť a životnosť ponúka technológia lisovania rozhodujúce výhody. Predpokladom pre optimálny výkon je však presná súčinnosť lisovacej zóny, dosky s plošnými spojmi a výrobného procesu.
Kľúčovým faktorom úspechu je pri tom výber optimálne navrhnutej lisovacej zóny. Lisovacie zóny spoločnosti ept GmbH – najmä technológia Tcom press® – sa vyznačujú veľmi dobre kontrolovateľným správaním pri lisovaní, nízkym namáhaním dosky s plošnými spojmi a vysokou stabilitou procesného okna. Tým sa minimalizujú poškodenia priechodiek a zároveň sa zabezpečujú trvalo stabilné elektrické kontakty. Okrem toho geometria lisovacej zóny ept umožňuje spoľahlivé spracovanie aj pri úzkych toleranciách a náročných konštrukciách dosiek plošných spojov.
Ako skúsený špecialista v oblasti spojovacej techniky ponúka spoločnosť ept GmbH riešenia na mieru v oblasti techniky lisovania. Vďaka inovatívnym technológiám, ako je lisovacia zóna Tcom press®, rozsiahlym aplikačným know-how a vysokej výrobnej kompetencii pomáha ept svojim zákazníkom realizovať spoľahlivé a ekonomické spojovacie riešenia pre náročné aplikácie.