press fit 设计高级技巧-new

1、Page:1Press-fit端子端子鱼眼孔设鱼眼孔设計計介绍介绍Page:2前前 言言 电子连接器与PCB连接的方式主要分为press-fit, through hole solder和SMT.其中Press-fit型连接器以其低成本,高效率,操作简單,可靠性高而广泛应用于通訊,计算机等产業. 业界上对Press-fit端子设计有各种形態,各有优缺點.而在其中, EON (Eye of Needle),或称做鱼眼孔端子是应用最为广泛的端子结构. 此教材参考了FEA部门对鱼眼结构的分析,借鉴其对鱼眼功能区的分类及设计概念.同时增加了工作中积累的相关经驗.对鱼眼孔的结構,功能,设计方法和要点做了

2、补充. Page:3目目 录录(一) Press-fit端子简介(二)鱼眼孔插拔过程分析(三)鱼眼孔功能区的划分(四) 鱼眼孔形状分析 a.预插区 b.插入区 c.过渡区 d.保持区 e.强度区(五) Summary (六)整體设计常用方法介绍(七)补充说明Page:4FCIs PATENTED“H” shape pin1.1几种常见的press-fit端子结构( (一一) )Press-fitPress-fit端子简介端子简介附件介绍了一些其他形态的press-fit端子设计及专利.Page:5AdvantageDisadvantageEONMost popular designVery s

3、ensitive 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 PTH Distortion “H” Sec

4、tion easily control the T.P of tail Difficult to manufacture1.2几种常见的press-fit端子优劣对比( (一一) )Press-fitPress-fit端子简介端子简介Page:6Plated-ThroughHole Diameter Drilled HoleDiameterPlating ThicknessPlated-ThroughHole DiameterCopper*Tin-LeadD0.70mm(D-0.11) 0.0250.025Min0.015maxD 0.0750.81-0.860.025Min0.015max0

5、.65-0.80D0.70mm(D-0.075) 0.0250.025Min0.015maxD 0.050.7350.7850.025Min0.015max0.6350.735 * Maximum hardness of copper layer is 150 KnoopNotes: Recommended annular ring diameter is holediameter plus 0.51( (一一) )Press-fitPress-fit端子简介端子简介2.PCB规格说明Page:7Compliant PinCompliant Pin之功能性要求：之功能性要求：Compliant

6、 Pin(Press Fit Tech)之主要发展目的有二：(1)组装简单：不经Soldering制程即可,使连接器与PCB有紧密之结合以传导电气讯号.(2)可置换性：若此连接器损坏，可直接自PCB移除，更换另一个新的连接器即可。针对以上两点要求，(1)CompliantPin于插入PTH后必需与PTH有紧密之结合，两者间的接触阻抗必需够低 以供传输讯号；(2)插入PTH后，不可过度破坏PTH的镀层或造成孔径的太大变形，以免使得更换连接 器时此PTH已不能使用。Bellcore对CompliantPin的规格要求包括：(1)最大插入力：45lb Max./per pin(2)最小拔出力：3lb

7、 Min./per pin(3)LLCR of Compliant Pin：1m-ohm(4)孔变形量：小于0.0015inch(5)最小铜箔厚度：大于0.0003inch( (一一) )Press-fitPress-fit端子简介端子简介Page:8( (二二) )鱼眼孔插拔过程鱼眼孔插拔过程分析分析鱼眼孔端子插拔力曲线图鱼眼孔端子插拔力曲线图压入力曲线保持力曲线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预插预插开始干涉开始干涉压入到位压入到位插入力减小插入力减小Page:9( (二二) )鱼眼孔插拔过程鱼眼孔插拔过程分析分析1.端子预放入PCB. 端子尖端进

8、入PCB孔,尚未产生变形.2.端子开始压入,鱼眼开始变形,压入过程出现第一波峰3.端子继续压入,鱼眼形變压合, 变形量减小,插入力略有减小.4.端子继续下压,鱼眼形變压合变形,压入力曲线出现第二波峰.5.端子拔出時,保持力迅速到达峰值,随即迅速减小.6.端子继续拔除,过渡区和插入区此时已完全形變,与PCB间的干涉力几乎为零.234Page:10Press-fit结构功能区区域功能说明端子强度区保持力区过渡区插入区预插区将press-fit部分导入到PCB产生插入力(第一波峰)连接插入区和保持力區,使插入平稳产生插入力(第二波峰)及保持力提供端子本身强度,防止插入时挫曲( (三三) )鱼眼孔功能

9、区的划分鱼眼孔功能区的划分依据插拔力曲線,将鱼眼结构划分为5个功能區,各功能区的位置,名稱,及功能如下表所示.详细内容Page:11( (四四) )鱼眼孔形状分析鱼眼孔形状分析预插区预插区SECTION A-ACoin123AA基本功能基本功能: : 产品预放於PCB,此时press-fit导入PCB孔,将初产品定位.主要特征主要特征: :1.Lead-in结構,方便预插. 主要形态包括:四面倒角,双面倒角;从工艺角度 分为冲压成型,自动化裁切及V-cut折弯等.2.Coin结構,防止预插时划伤PCB孔铜铂层.3.不同taillength通过改变此部分长度实现.设计要点设计要点: :1.Lea

10、d-in结構: 设计时需考虑PCB孔径大小,孔正位度及连接器端 子正度.保证在worst case下,端子仍位于PCB孔内.2.角度越小越好,可减小压入时产生的冲击力.Page:12基本功能基本功能: : 端子与PCB开始产生干涉,插入力出现第一波峰.主要特征主要特征: :1.内外鱼眼形成两个简支梁.2.外鱼眼四棱角增加Coin结構,防止插入过程中划伤 PCB孔铜铂层.设计要点设计要点: :1. 因端子开始压入时与PCB间的冲擊,设计中应避免 开始时的干涉过大.防止因插入力过大而造成的端 子折斷,挫曲等问题.2.可通过调整两个简单支梁宽度厚度,以改变与PCB 间的干涉力.3.设计时需注意鱼眼内

11、孔下缘位置,请参考下页.插入区插入区( (四四) )鱼眼孔形状分析鱼眼孔形状分析Page:13PCBPCB0.65mm min.0.65mm min.0.08此處应避免硬干涉PCB0.65mm min.0.10PCB孔变形严重,插入力较大.PCB孔变形较小,插入力也较小.Good design( (四四) )鱼眼孔形状分析鱼眼孔形状分析Page:14过渡区过渡区基本功能基本功能: : 连接插入区与保持力区.主要特征主要特征: :1.鱼眼结构中最宽的部位,并不是提供端子插拔力最 大的部位.因端子压入预插區时,端子两侧臂发生 形變,此时过度区跟着发生变形,其宽度已经变小.2.外鱼眼四棱角增加Coi

12、n结構,防止插入过程中划伤 PCB孔铜铂层.3.内外形状多为圆弧连接.曲线过度平稳.设计要点设计要点: :1.过度区位于鱼眼中心位置,端子压入PCB后此部分 应位于PCB内部.否则可能回彈,造成压入不到位.2.内外鱼眼对称度需要严格管控.其插拔力及插入后 tail的正位度对鱼眼的对称性要求很高.( (四四) )鱼眼孔形状分析鱼眼孔形状分析Page:15保持力区保持力区基本功能基本功能: : 端子与PCB产生干涉,插入力出现第二波峰.端子压入完畢,提供保持力.主要特征主要特征: :1.内外鱼眼形成两个简支梁.2.外鱼眼四棱角增加Coin结構,防止插入过程中划伤 PCB孔铜铂层.设计要点设计要点:

13、 :1.为增加端子保持力,在允许范围内尽量增大端子与 PCB孔间干涉量.2.可通过调整两个简单支梁宽度厚度,以改变与PCB 间的干涉力.3.设计上一般使压入深度低于内鱼眼上緣.若压入深 度高于内鱼眼上緣,则要避免硬干涉产生.请参考 下页.( (四四) )鱼眼孔形状分析鱼眼孔形状分析Page:16PCB上表面(图1)(图2)(图3)1.设计上使压入深度低于内鱼眼上緣.可保证PCB与端子根部不会发生硬干 涉.如上图3.2.若压入深度高与内鱼眼上緣,需保证干涉位置低于内鱼眼上缘.( (四四) )鱼眼孔形状分析鱼眼孔形状分析Page:17强度区强度区基本功能基本功能: : 提供端子本身强度,防止插入时

14、挫曲设计要点设计要点: :在不影响保持力区域的前提下,尽量增加端子根部宽度,防止端子在压入时发生弯曲,折斷,挫曲等不良.较好的设计原设计( (四四) )鱼眼孔形状分析鱼眼孔形状分析Page:18Items:Key IssueReasonBKM参考条件1端子无法放入PCBLead in不足增加lead inPage 11PCB尺寸超规依业界规范Page 6端子正位度超规公差分析N/A2跨pin插入时力量过大端子各部分与孔干涉量设计不良Page 11, 12, 13, 15, 16端子强不足增加根部宽度Page 17塑料强度不足优化塑料结构N/APCB孔径偏小依业界规范Page 63压入不到位鱼眼

15、位置设计不当保证鱼眼中心处于PCB内Page 144压入后歪pin端子对称度不足增加尺寸管控Page 145插入力过大端子各部分与孔干涉量设计不良减小第一波峰峰值,使插入曲线平稳上升Page 11, 12, 13, 15, 166保持力不足保持力区与孔干涉不足增加保持力区域干涉体积Page 15, 167阻值偏高Normal Force不足优化端子各部分与孔干涉量Page 11, 12, 13, 15, 16力量过大, PCB孔破裂优化端子各部分与孔干涉量PCB孔径依业界规范设计Page 6, 11, 12, 13, 15, 16( (五五) ) SummarySummaryPage:19(

16、(五五) ) SummarySummaryPress-fit结构功能区区域功能说明端子强度区保持力区过渡区插入区预插区将press-fit部分导入到PCB产生插入力(第一波峰)连接插入区和保持力區,使插入平稳产生插入力(第二波峰)及保持力提供端子本身强度,防止插入时挫曲详细内容Page:20抄袭法抄袭法先决条件应用注意事项简评1.获得竞争对手的样品,测试后发现performance符合要求.2.或现有相同应用之其他产品compliant pin.1. 测试竞争对手press-fit尺寸参數,绘制3D,分别从5个功能区与自己的产品进行比較.吸收竞争对手优点.2. PCB孔径相同, press-f

17、it ,材料性能相似或一致.3. 产品的整体受力结构等于或良于竞争对手.省时,省力,省事;可操作性佳.简析保持或优化了5个功能区.( (六六) ) 整體整體设计常用方法介绍设计常用方法介绍Page:21修改法修改法先决条件应用注意事项简评1.其他条件不變,仅厚度变化使得Normal force线性增减, 导致插拔力线性增减.(只适于差异较小的case.)2.其他条件不變,仅PCB孔径变化,可对中分割偏移填补 对端子修改.(见下页)3.其他条件不變,变化内孔宽度,可调整插拔力的大小.4.须考虑倒圆及厚度变化所带来的干涉量变化.5.材料厚度增加,或产品结构改变時,须考虑产品本身承受 能力.省時,省力,可操作性佳.保持了5个功能区的原有特征.简析现有其他产品compliant pin.其规格与设计产品有一定差异，如PCB孔徑,端子厚度。( (六六) ) 整體整體设计常用方法介绍设计常用方法介绍Page:22( (六六) ) 整體整體设计常用方法介绍设计常用方法介绍P