Bijela knjiga: Osnove Press-Fit tehnologije
PRESS-FIT ZONA KAO ČVRSTA ALTERNATIVA LEMENJU
UVOD
Od svog uvođenja u telekomunikacijskom sektoru, press-fit tehnologija razvila se u utemeljenu ključnu tehnologiju u automobilskoj i industrijskoj elektronici. S obzirom na trenutne trendove poput elektrifikacije, autonomne vožnje i Industrije 4.0, potražnja za pouzdanim i izdržljivim sustavima za povezivanje neprestano raste.
Posebno u zahtjevnim radnim uvjetima koji uključuju vibracije, temperaturne oscilacije, vlagu i mehanički stres, tehnika press-fit impresionira svojom visokom pouzdanošću procesa i dugoročnom stabilnošću. Unatoč različitim dizajnima zona za utiskivanje, sva rješenja teže istom cilju: trajno mehanički čvrstoj i električno pouzdanoj vezi između tiskane pločice i kontakta.
To se postiže projektiranjem zone za utiskivanje većom od otvora na tiskanoj pločici i njezinim utiskivanjem s definiranom silom. Time se stvara hermetička, električno stabilna i mehanički robusna veza s dosljedno niskim kontaktnim otporom.
Posebno u zahtjevnim radnim uvjetima koji uključuju vibracije, temperaturne oscilacije, vlagu i mehanički stres, tehnika press-fit impresionira svojom visokom pouzdanošću procesa i dugoročnom stabilnošću. Unatoč različitim dizajnima zona za utiskivanje, sva rješenja teže istom cilju: trajno mehanički čvrstoj i električno pouzdanoj vezi između tiskane pločice i kontakta.
To se postiže projektiranjem zone za utiskivanje većom od otvora na tiskanoj pločici i njezinim utiskivanjem s definiranom silom. Time se stvara hermetička, električno stabilna i mehanički robusna veza s dosljedno niskim kontaktnim otporom.
Osnove
U tehnici press-fit električna veza između konektora i tiskane pločice uspostavlja se utiskivanjem kontakta konektora u prevučenu rupu na pločici.
Tehnika press-fit temelji se na jednostavnom principu:
poprečni presjek zone utiskivanja kontaktnog čepa ima veću dijagonalu od prevučene rupe na tiskanoj pločici. Deformacija nastala tijekom umetanja apsorbira se u fleksibilnoj zoni kontaktne igle, tako da je navlaka tiskane pločice samo blago deformirana. Time se stvara hladni zavar između kontaktne igle i pozlaćene rupe na tiskanoj pločici: zaptivna veza otporna na koroziju, niske električne otpora i visoke električne provodljivosti. Ona ostaje trajno stabilna čak i pod visokim mehaničkim i toplinskim opterećenjima – kao što su vibracije, savijanje i ekstremne temperaturne fluktuacije.
Preporučujemo nadzor procesa tijekom postupka umetanja. Analize sile i pomaka te sustavi s kamerama omogućuju pouzdanu procjenu kvalitete spoja.
Osim provjerene tehnologije umetanja s našom zonom umetanja Tcom press®, ept nudi i druge tehnologije spajanja, kao što su lemljeni prolazni otvori (THR) ili površinski montažni tehnologija (SMT) – svaka prilagođena specifičnoj primjeni.
Tehnika press-fit temelji se na jednostavnom principu:
poprečni presjek zone utiskivanja kontaktnog čepa ima veću dijagonalu od prevučene rupe na tiskanoj pločici. Deformacija nastala tijekom umetanja apsorbira se u fleksibilnoj zoni kontaktne igle, tako da je navlaka tiskane pločice samo blago deformirana. Time se stvara hladni zavar između kontaktne igle i pozlaćene rupe na tiskanoj pločici: zaptivna veza otporna na koroziju, niske električne otpora i visoke električne provodljivosti. Ona ostaje trajno stabilna čak i pod visokim mehaničkim i toplinskim opterećenjima – kao što su vibracije, savijanje i ekstremne temperaturne fluktuacije.
Preporučujemo nadzor procesa tijekom postupka umetanja. Analize sile i pomaka te sustavi s kamerama omogućuju pouzdanu procjenu kvalitete spoja.
Osim provjerene tehnologije umetanja s našom zonom umetanja Tcom press®, ept nudi i druge tehnologije spajanja, kao što su lemljeni prolazni otvori (THR) ili površinski montažni tehnologija (SMT) – svaka prilagođena specifičnoj primjeni.
PREDNOSTI PRESS-FIT TEHNOLOGIJE
U usporedbi s konvencionalnim lemljenjem, press-fit tehnologija nudi brojne prednosti u pogledu kvalitete, isplativosti, funkcionalnosti i utjecaja na okoliš. Odlikuje se vrlo visokom razinom pouzdanosti i mehaničke čvrstoće te je osobito otporna na udarce i vibracije. Nadalje, sprječava tipične kvarove kao što su hladni lemni spojevi ili kratki spojevi.
Press-fit tehnologija također nudi uvjerljive ekonomske prednosti zahvaljujući svojoj popravljivosti i isplativoj montaži. Funkcionalno, omogućuje pouzdanu obradu bez toplinskog opterećenja tiskane pločice, čime se štite komponente. Istovremeno, kontakti konektora ostaju bez kalupa.
Nadalje, press-fit tehnologija nudi ekološke prednosti jer ne stvara ni isparenja kalupa ni ostatke fluksa te eliminira potrebu za dodatnim procesima čišćenja. Stoga je u skladu s važećim ekološkim zahtjevima i direktivama kao što su RoHS i WEEE.
Press-fit tehnologija također nudi uvjerljive ekonomske prednosti zahvaljujući svojoj popravljivosti i isplativoj montaži. Funkcionalno, omogućuje pouzdanu obradu bez toplinskog opterećenja tiskane pločice, čime se štite komponente. Istovremeno, kontakti konektora ostaju bez kalupa.
Nadalje, press-fit tehnologija nudi ekološke prednosti jer ne stvara ni isparenja kalupa ni ostatke fluksa te eliminira potrebu za dodatnim procesima čišćenja. Stoga je u skladu s važećim ekološkim zahtjevima i direktivama kao što su RoHS i WEEE.
NEDOSTACI PRESS-FIT TEHNIKE
Unatoč brojnim prednostima, press-fit tehnika također ima određena ograničenja u usporedbi sa lemljenjem. Postavlja visoke zahtjeve za kvalitetu tiskane pločice, osobito u pogledu promjera i tolerancija rupa, te zahtijeva specijalizirane alate i opremu, što dovodi do viših kapitalnih troškova.
Nadalje, proces press-fita stvara mehaničke naprezanja koja mogu uzrokovati oštećenja ako se ne izvede ispravno. Miniaturizacija je također donekle ograničena u usporedbi s tehnologijom lemljenja.
Nadalje, proces press-fita stvara mehaničke naprezanja koja mogu uzrokovati oštećenja ako se ne izvede ispravno. Miniaturizacija je također donekle ograničena u usporedbi s tehnologijom lemljenja.
KRITERIJI IZBORA ZA PRESS-FIT TEHNOLOGIJU
Pouzdana press-fit veza ovisi o optimalnoj interakciji nekoliko ključnih karakteristika. Posebno su važni dizajn zone za press-fit, specifična primjena, svojstva tiskane pločice i proizvodni proces.
Tek kada su ti čimbenici pravilno usklađeni, press-fit tehnologija može ostvariti svoj puni potencijal i osigurati vezu koja je izdržljiva, mehanički robusna i električno sigurna.
Tek kada su ti čimbenici pravilno usklađeni, press-fit tehnologija može ostvariti svoj puni potencijal i osigurati vezu koja je izdržljiva, mehanički robusna i električno sigurna.
I. Kriteriji odabira tiskanih pločica
Tablica uspoređuje različite završne obrade tiskanih pločica u pogledu debljine sloja i prikladnosti za press-fit tehniku.
| Površina | |||||
| Immersion Sn | ENIG Sn Sn | Ugradnja Ag | OSP | Olovni HAL | |
| Debljina prevlake | 0,8 do 0,2 µm | 5 µm Ni 0,1 µm Au | 0,1–0,2 µm | 0,1–0,5 µm | <5–50 µm |
| Pogodnost za press-fit tehnologiju | vrlo dobro | ograničeno* | ograničeno* | dobro | ograničeno* |
Uronjeno kositra je najprikladnije; OSP je ocijenjen kao dobar, dok su ENIG, uronjeno srebro i olovno-slobodni HAL prikladni samo u ograničenoj mjeri – ovisno o primjeni.
Osim toga, prikazane su tipične zone pozlatnje, koje obično sadrže kositar ili legure kositra na sloju nikla. Sveukupno, letak jasno pokazuje da izbor površine ima odlučujući utjecaj na kvalitetu i pouzdanost press-fit tehnike te da se mora pažljivo odabrati ovisno o primjeni.
Osim toga, prikazane su tipične zone pozlatnje, koje obično sadrže kositar ili legure kositra na sloju nikla. Sveukupno, letak jasno pokazuje da izbor površine ima odlučujući utjecaj na kvalitetu i pouzdanost press-fit tehnike te da se mora pažljivo odabrati ovisno o primjeni.
II. Kriteriji odabira za press-fit zonu
U zoni galvanizacije dostupne su sljedeće površinske obrade: mat kalaj, kalaj-olovo, srebrno-kalajni ili kalaj-srebrni premazi, kao i indijevi premazi, pri čemu se svaki nanosi na sloj nikla.
| Površine | ||
| 0,30–1,50 µm mat kalaj | preko | 1–3 µm matni Ni |
| 0,30–1,50 µm SnPb 92/8–97/3 mat | preko | 1–3 µm matni Ni |
| 0,35–1,50 µm AgSn ili SnAg | preko | 1–3 µm matni Ni |
| 0,30–1,50 µm In | preko | 1–3 µm matni Ni |
Pravilna obrada površine ključna je za pouzdanu press-fit vezu. Utječe na sile press-fita i mora biti sposobna podnošiti plastičnu deformaciju pod opterećenjem bez oštećenja. Istovremeno osigurava stabilan električni kontakt, štiti od korozije i smanjuje kontaktni otpor. Prikladan premaz također pomaže spriječiti oštećenje tiskane pločice i osigurava siguran, reproducibilan proces.
IZGRADNJA RUPE
Za postizanje visokokvalitetne pritisne veze tijekom proizvodnje tiskane pločice potrebno je posvetiti posebnu pažnju promjeru bušene rupe, promjeru gotove rupe, debljini bakrenog navlaka i površini pločice.
Ispravna konfiguracija rupe ključna je jer izravno utječe na mehaničku stabilnost i električnu pouzdanost spoja. Potrebno pritisno pristajanje postiže se samo kada su dimenzije rupe i navlake ispravno usklađene, čime se osigurava siguran oslonac i dosljedan kontakt. Odstupanja mogu dovesti do prekomjernih sila pritisnog pristajanja, oštećenja presvučene prolazne rupe ili nedovoljnog kontakta. Nadalje, odgovarajući dizajn otvora pomaže nadoknaditi proizvodne tolerancije i osigurati dosljednu kvalitetu procesa.
Sljedeći dizajn otvora predstavlja ilustrativan primjer.
Ispravna konfiguracija rupe ključna je jer izravno utječe na mehaničku stabilnost i električnu pouzdanost spoja. Potrebno pritisno pristajanje postiže se samo kada su dimenzije rupe i navlake ispravno usklađene, čime se osigurava siguran oslonac i dosljedan kontakt. Odstupanja mogu dovesti do prekomjernih sila pritisnog pristajanja, oštećenja presvučene prolazne rupe ili nedovoljnog kontakta. Nadalje, odgovarajući dizajn otvora pomaže nadoknaditi proizvodne tolerancije i osigurati dosljednu kvalitetu procesa.
Sljedeći dizajn otvora predstavlja ilustrativan primjer.
| LP materijal | FR4 | |
| Nominalni otvor | Ø 1,0 mm | |
| A | Debljina tiskane pločice | min. 1.44 mm |
| B | Krajnja rupa | Ø 1.0 +0.09 / -0.06 mm |
| C | Osnovna rupa | 1.15 ±0.025 mm |
| D | Cu sloj | min. 25 µm |
| E | Površina | Kemijski Sn premaz, 0,5–1,5 µm |
| F | Ostatni prsten | min. 0,1 mm |
Obrada
Kontrolirani proces umetanja ključan je za osiguravanje veze koja ostaje mehanički i električno pouzdana na duži rok. Neophodno je koristiti i gornji alat i kontra-držač.
Gornji alat prenosi silu preše na kontakt, dok kontra-držač podupire tiskanu pločicu i štiti je od mehaničkog naprezanja. Ovisno o konektoru, koriste se ravne ili češljaste alate.
Ako alati nisu optimalno usklađeni, na tiskanu pločicu mogu djelovati neželjeni silovi i oštetiti komponente koje su već montirane. Sila umetanja u potpunosti bi trebala biti apsorbirana donjim alatom.
Tiskane pločice s umetnutim konektorima ne bi se smjele zagrijavati iznad 125 °C.
Gornji alat prenosi silu preše na kontakt, dok kontra-držač podupire tiskanu pločicu i štiti je od mehaničkog naprezanja. Ovisno o konektoru, koriste se ravne ili češljaste alate.
Ako alati nisu optimalno usklađeni, na tiskanu pločicu mogu djelovati neželjeni silovi i oštetiti komponente koje su već montirane. Sila umetanja u potpunosti bi trebala biti apsorbirana donjim alatom.
Tiskane pločice s umetnutim konektorima ne bi se smjele zagrijavati iznad 125 °C.
Zaključak
Press-fit tehnologija predstavlja visokoučinkovitu i budućnost dokazanu alternativu tradicionalnom lemljenju. Nudi impresivnu pouzdanost procesa, izvrsnu mehaničku stabilnost i trajno pouzdanu električnu vezu – čak i pod zahtjevnim radnim uvjetima.
Press-fit tehnologija nudi odlučujuće prednosti, osobito u svjetlu sve veće elektrifikacije, rastućih gustoća snage i sve većih zahtjeva za čvrstoćom i vijekom trajanja. Međutim, za optimalne performanse potrebna je precizna interakcija između zone za press-fit, tiskane pločice i proizvodnog procesa.
Ključan čimbenik za uspjeh je odabir optimalno dizajnirane zone za press-fit. Zone za press-fit tvrtke ept GmbH – posebice tehnologija Tcom press® – odlikuju se visokom kontrolom ponašanja pri press-fitu, niskim opterećenjem na tiskanoj pločici i velikom stabilnošću prozora procesa. Time se minimizira oštećenje presvučenih prolaznih rupa, istovremeno osiguravajući trajno stabilne električne kontakte. Nadalje, geometrija ept press-fit zone omogućuje pouzdanu obradu čak i kod uskih tolerancija i složenih dizajna tiskanih pločica.
Kao iskusni stručnjak za tehnologiju spajanja, tvrtka ept GmbH nudi prilagođena rješenja za sve aspekte tehnologije press-fit. S inovativnim tehnologijama kao što je press-fit zona Tcom press®, sveobuhvatnim stručnim znanjem o primjeni i visokom proizvodnom kompetencijom, ept podržava svoje kupce u realizaciji pouzdanih i isplativih rješenja za spajanje za zahtjevne primjene.
Press-fit tehnologija nudi odlučujuće prednosti, osobito u svjetlu sve veće elektrifikacije, rastućih gustoća snage i sve većih zahtjeva za čvrstoćom i vijekom trajanja. Međutim, za optimalne performanse potrebna je precizna interakcija između zone za press-fit, tiskane pločice i proizvodnog procesa.
Ključan čimbenik za uspjeh je odabir optimalno dizajnirane zone za press-fit. Zone za press-fit tvrtke ept GmbH – posebice tehnologija Tcom press® – odlikuju se visokom kontrolom ponašanja pri press-fitu, niskim opterećenjem na tiskanoj pločici i velikom stabilnošću prozora procesa. Time se minimizira oštećenje presvučenih prolaznih rupa, istovremeno osiguravajući trajno stabilne električne kontakte. Nadalje, geometrija ept press-fit zone omogućuje pouzdanu obradu čak i kod uskih tolerancija i složenih dizajna tiskanih pločica.
Kao iskusni stručnjak za tehnologiju spajanja, tvrtka ept GmbH nudi prilagođena rješenja za sve aspekte tehnologije press-fit. S inovativnim tehnologijama kao što je press-fit zona Tcom press®, sveobuhvatnim stručnim znanjem o primjeni i visokom proizvodnom kompetencijom, ept podržava svoje kupce u realizaciji pouzdanih i isplativih rješenja za spajanje za zahtjevne primjene.