Proces lisování konektorů na deskách plošných spojů a deskách plošných spojů: Výhody a omezení

I. Úvod do procesu lisování

Lisování je technika, která aplikuje přesný fyzikální tlak k vytvoření trvalého, hermeticky utěsněného mechanického a elektrického spojení mezi konektorem (obvykle kovovými svorkami konektoru) a metalizovaným otvorem na desce plošných spojů (PCB) a desce plošných spojů (PCBA). Provádí se bez pájení a zahřívání, jedná se o proces „pájení za studena“.

Základní kroky procesu:

1. Příprava: Vložte konektor s nalisovanými vodiči (jako jsou krimpovací konektory, konektory D-Sub a některé konektory typu board-to-board) do odpovídajících průchozích otvorů na desce plošných spojů.

2. Umístění: Přesně umístěte desku plošných spojů a sestavu konektoru do upínacího přípravku lisovacího zařízení, například do polohovacího přípravku.

3. Lisování na doraz: Lisovací razník (obvykle specializovaný lisovací modul) vyvíjí přednastavený tlak směrem dolů. Tvar razníku je navržen tak, aby deformoval lisovací oblast svorek (obvykle má flexibilní tvar „rybího oka“ nebo drážkovaný válcový tvar).

4. Tvarování: Pod tlakem se kovové vývody terminálu plasticky deformují, čímž se těsně vyplní celý metalizovaný otvor na desce plošných spojů a potenciálně se vytvoří mírný kontakt se stěnou otvoru. Současně se z otvoru odstraní vzduch a vytvoří se kovový spoj.

5. Dokončení: Po uvolnění tlaku si svorka díky elastickému zotavení udržuje vysoce pevné a odolné spojení se stěnou otvoru, čímž vytváří spolehlivou elektrickou cestu a mechanické upevnění.

II. Klíčové výhody procesu lisování

1. Vysoká spolehlivost a konzistence:

● Eliminuje vady související s pájením, jako jsou studené pájené spoje, přemostění, rozstřik pájky a poškození desek plošných spojů tepelným namáháním.

● Výsledky jsou vysoce závislé na přesnosti lisovacího zařízení a upínacího přípravku (nebo forem). Jakmile jsou parametry správně nastaveny, lze dosáhnout téměř 100% konzistence, což je vhodné pro automatizovanou hromadnou výrobu.

2. Proces bez zahřívání:

● Šetrné k tepelně citlivým součástkám: Během pájení za vysoké teploty nedochází k tepelnému poškození dříve instalovaných, tepelně citlivých součástek (jako jsou senzory a LED diody) ani samotné desky plošných spojů.

● Šetrné ke konektorům, které nejsou tepelně odolné: Konektory s nižšími body tání nebo vnitřními plastovými součástkami lze instalovat na desky plošných spojů a desky plošných spojů bez potenciálního rizika. 

● Žádné tepelné namáhání: Zabraňuje tepelnému namáhání během chlazení pájeného spoje, což je obzvláště důležité pro vysoce spolehlivé aplikace ve vojenském, leteckém a automobilovém průmyslu.

3. Ekologický a zjednodušený proces:

● Eliminuje použití pájky a tavidla, čímž se snižuje spotřeba kovů, jako je cín a olovo, snižují se náklady na kusovník a je šetrný k životnímu prostředí (bez olova).

● Žádný proces čištění: Zabraňuje potenciálnímu riziku koroze způsobenému zbytky tavidla a procesem čištění.

4. Potenciální flexibilita sekvenčního procesu:

● K dispozici jako poslední krok v procesu montáže, který zabraňuje vystavení konektoru vysokým teplotám během následného pájení reflow.

● Snadná úprava a oprava: Pomocí speciálního nástroje pro vyjmutí pinů lze svorky vyjmout z otvorů (mnohem snadněji než odpájení), což umožňuje výměnu jednotlivých pinů nebo celého konektoru s minimálním poškozením desky plošných spojů.

5. Vynikající elektrické a mechanické vlastnosti:

● Vytvořené hermetické spojení by mohlo zabránit vniknutí vlhkosti a korozivních plynů.

● Pevné spojení mezi kovy by mohlo zajistit nízký a stabilní kontaktní odpor.

● Odolnost proti mechanickým vibracím a únavě: obecně lepší než u pájených spojů, zejména v prostředí s častým vkládáním/vyjímáním nebo vysokými vibracemi.

III. Omezení procesu lisování

1. Vyšší počáteční náklady a konstrukční omezení:

● Vyhrazené konektory: Konektory s lisovacími piny jsou obecně dražší než pájecí piny.

● Lisovací zařízení a přípravky: Počáteční investice do vysoce přesného lisovacího zařízení a přípravků.

● Přísné požadavky na návrh desek plošných spojů: Extrémně přísné požadavky na průměr, tloušťku mědi a tolerance metalizovaných otvorů v deskách plošných spojů. Průměr otvoru musí dokonale odpovídat velikosti pinů s velmi malými tolerancemi.

2. Nevratnost procesu a obtíže s ověřováním:

● Neviditelný proces: Po zalisování nelze kvalitu spoje snadno zkontrolovat vizuálně ani rentgenem, na rozdíl od pájených spojů, které by bylo možné zkontrolovat vnitřním zaplněním pájkou. Kontrola kvality závisí na monitorování procesu.

● Obtížná oprava po zalisování: Pokud se zalisování nezdaří (např. poškození pinu nebo otvoru na desce plošných spojů), je oprava obtížnější než pájení a může být nutné vyměnit celý konektor.

3. Vyšší požadavky na mechanické namáhání:

● Proces lisování způsobuje mechanické namáhání samotné desky plošných spojů, což vyžaduje dostatečnou mechanickou pevnost a kvalitu laminace, jinak by mohlo dojít k prasknutí stěn otvorů.

● Upevňovací síla mezi konektorem a deskou plošných spojů, která závisí na deformaci a tření otvoru. U spojovacích bodů s extrémně vysokými bočními tahovými silami může být nutné dodatečné mechanické upevnění (například sponami nebo šrouby).

4. Omezený rozsah použití:

● Není vhodné pro všechny konektory: U velmi miniaturizovaných konektorů nebo konektorů s extrémně malou roztečí pinů je obtížné navrhnout a implementovat lisovací uložení.

5. Extrémně citlivé na procesní parametry:

● Kvalita lisování je vysoce závislá na tlaku, posunutí razníku a přesnosti zarovnání. I malé odchylky v těchto parametrech mohou vést ke špatnému spojení nebo poškození. Je nutné přísně ověřovat proces a provádět údržbu a kalibraci jak zařízení, tak upínacího přípravku. 

IV. Shrnutí a scénáře aplikace

Lisování je důležitým doplňkem a alternativou svařování. Jeho klíčová hodnota spočívá ve vysoké spolehlivosti, procesu bez zahřívání a vysoké konzistenci.

Typické aplikace:

● Automobilová elektronika: Řídicí jednotky motoru, moduly airbagů (vysoké vibrace, cyklické zatěžování vysokými teplotami).

● Letectví a obrana: Systémy řízení letu, radar (extrémně vysoké požadavky na spolehlivost).

● Průmyslová zařízení: PLC regulátory, frekvenční měniče (náročné prostředí, dlouhá životnost).

● Komunikační infrastruktura: Základnové stanice, routery (vyžadován dlouhodobý stabilní provoz).

● Vysoce spolehlivá spotřební elektronika: Servery, zařízení pro ukládání dat.

Před zahájením procesu lisování je nutné zvážit komplexní kompromis: Pokud mají elektronické výrobky extrémně vysoké požadavky na spolehlivost, objem hromadné výroby, vyšší počáteční náklady jsou dostupné a umožňují přísnou kontrolu procesu, pak je lisování ideální volbou. Naopak u elektronických výrobků citlivých na náklady, s variabilní konstrukcí a malosériovou výrobou jsou tradiční svařovací procesy obvykle ekonomičtější, flexibilnější a také spolehlivější.

Benlida je profesionální výrobce elektroniky pro desky plošných spojů (PCB) a desky plošných spojů (PCBA) . Již více než 14 let investuje do moderního vybavení a má zkušený technický tým, který se zavázal poskytovat špičkové služby EMS zákazníkům po celém světě! Pokud vaše desky plošných spojů a desky plošných spojů vyžadují proces lisování, neváhejte kontaktovat Benlidu pro další informace!

O autorovi:

Sonic Yang

Jakožto hlavní obor elektroniky a mechanické automatizace se společnost Sonic již přibližně 22 let zabývá návrhem desek plošných spojů, výzkumem a vývojem a výrobou elektroniky jako technický ředitel a koordinuje dodavatelský řetězec (komponenty a CNC díly) a poskytuje profesionální podporu a konzultace zákazníkům po celém světě.