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连接器理论基础手册

第十一章　至印刷电路板的永久性连接

这一章里，我们将对至电路板(PWBs)的机械式和焊接式两种永久性连接方式进行讨论。PWB的设计与制造过程在第十章中已经讨论过了，这就为以后讨论各种永久性连接技术提供了上文，近年来，微处理器之处理功能及记忆IC技术之记忆功能的飞速提高，已经在深刻影响着PWB技术的发展.而这些功能的飞速提高就对PWB制造施加了压力，以求达到电路板功能的整体提高，特别是可以通过改善多层线网，并结合孔的密度的提高和行宽及其间距的缩小来获得。这些容量的提高现在是通过扩大线板的大小来实现的。实现这些改善必要的一个主要技术改进是以高面率进行通孔焊的能力(板厚/孔径)。大型、高密及多层线网的PWB是非常昂贵的，因为它强调的是制造工艺和连接至线路板过程的可靠性要求。出于对上述成本及制造的考虑，近几年来PWB的连接技术已经受到了相当的重视。
焊接技术，特别是使用波峰焊的通孔焊技术(THT)，多年来已经一直在电路板的制造中占主导地位。在THT中，一元引线插入一电路板的通焊孔中，再进行波峰焊。然而，随着高密多层线网PWB技术的改进，人们已经认识到THT焊接的局限性，其表现为：

焊接温度引起的对线板的损害；
残留于线板上的助焊剂引起的腐蚀；
因组件数量的增加及行密度的提高而使焊接空间缩小。

随着线板尺寸及其厚度的加大，由于焊接时会产生温度梯度现象，故其焊接温度的上升会导致电路板的潜在危险有所增加。对远程通讯设备所用之电连接器，人们就助焊剂之潜在腐蚀已作了深入的研究，并将该助焊剂的腐蚀性定为一主要的损害机理。这些发现清楚地表明了，消除用于促进焊接的化学助焊剂的优点。正是出于这样的考虑，人们将弹性压入式插头设计成，一种能提供PWB板上之PTH通孔的机械式无焊连接方式。更近些时候，随着孔径的缩小以及电线间的行间距不断缩小的趋势，焊接技术又一次使昂贵而有限大的电路板的真实价值得以体现。表面粘接技术(SMT)，提供一种垫附在电路板上的焊接连接方式，已经受到越来越多的注意。由于在理想状态下可以消除通孔结构，SMT就在电路板的密度及工艺方面有着显著的优点，这就使电路板的既有价值得以体现并可降低其生产成本。

11.1 至印刷电路板的机械式永久连接

下面将就两种机械式永久性连接方式进行讨论：压入式和包覆式连接，如图11.1所示。压入式连接是直接插入到电路板的PTH中(图11.1a)。压入式连接可能有两个或三个接触带，这取决于其事先的设置，如图11.2所示。图11.2a所示为有两个接触带的连接：其中一接触带连接至PWB板上的PTH孔，还有一导柱活动连接至子板或线缆上之插座．图11.2b所示为一有三个接触带的的连接，此情形下端子压入带两端都有一延伸导柱。一般来说，端子的一端用于活动连接，而另一端既可用于固定连接亦可用于活动连接。最常用的固定连接是包覆式连接，或者，某些情况下，复合包覆式连接也可用于导柱上，但这取决于导柱的长度。然而，连接端子的活动端并不局限于是导柱，正如图11.2 c和11.2 d所示的，也可以单独是板缘和盒体插座。
压入式连接端子的活动端的设计及对材料的要求当然和第6章所讨论的是一致的。但是，压入式和包覆式连接的设计主题和参数是不相同的，我们将单独地讨论。

11.2　压入式连接

压入式连接可以定义为这样一种连接，在此种连接中金属对金属的接触区域可以通过将一端子的压入带插入一PTH中，这样压入带的直径应比PTH的直径要大。接触区是通过压入带与PTH的内表面互相挤压变形而成的。当然，压入带和PTH有关的变形是取决于设计和单个接触元的尺寸。
压入式连接有两种类型：刚性和柔性连接。正如名称所提示的，刚性压入带基本上是刚性的，当被插进PTH内时仅会产生最小量的变形。也正如将被讨论的那样，这些特点限制了其在许多方面的应用。另一方面柔性压入带即设计于当插入至PTH内时会产生可控制的变形量。有几种柔性压入带的设计分别使用了好几种方式提供柔性接触变形。

11.2.1 刚性压入式端子

如图11.3所示为一刚性连接。这种连接包括一刚性端子插入至一个刚性几乎一样的电路板中。在这种情况下，端子的变形可以忽略，电路板的塑性变形也是很小的。这种连接将产生残余有弹性变形力以保持该机械连接的完整性。在插入过程中，PTH内表面的镀层会产生很大的变形，这是影响电路板性能的一个主要因素。
如图11.4所示，为直径大约是1mm(0.040 inch) 、与刚性端子配合之的PTH成孔尺寸的插入力和保持力示意图。注意，插入力随PTH的尺寸会有很大的变化。正如下文将讨论的，压入式连接最重要的孔的尺寸就是钻孔的尺寸。为了将最大插入力降至最小以方便装配，并维持最小保持力 (以为连接提供机械稳定性)，要求PTH尺寸是过盈配合公差。且尽管是高插入力，与残余弹性变形力有关的保持力，仍受限于前述之原因。当然，在装配过程中，当导柱插入连接时或者连接装置进行连接时；且其易受到机械挤压或震动时，保持力与压入式连接的稳定性、及与之相对的机械干扰都是有关系的；在某些情况下，刚性压入端子在残余应力方面的局限，正逐渐通过焊接的方式来得以避免。当然在这样的情况下，如前所述的机械式连接的优点就丧失了。弹性端子几何学正被进一步应用以消除这些刚性端子压入式连接的缺陷。

11.2.2 柔性压入式端子

图11.4也包括ACTION PIN之柔性端子的插拔力及保持力的数据以说明柔性变形的影响。在这些数据中与刚性插头相比照有三个显著的差别：插入力下降的同时，对应于该插入力的保持力也在提高，这样可带来意外的优点：即PTH的公差可以得以放宽些。这些差别使得柔性压入式端子的性能有很大的提高。减小插入力对于PTH破坏的控制要求和治具压力的要求是相当重要的；而保持力增加则意味着更高的残余应力，以增强分界面的机械完整性及连接器电阻的稳定性。对于给定范围之插入力，若PTH放宽其公差，可以降低电路板的制造成本，特别是可以降低多层线网电路板的成本。
除了这些成本及制造上的优点外，柔性接触还对其性能及可靠性有影响，它可减少在插入过程中对PTH孔的损害。正如第二章所讨论的，在端子互配时产生的插入力和磨损过程，取决于表面间的接触及其摩擦力，同样的基本原理也与压入式连接有关。在此情况下，压入带的柔性变形类似于接触面的面跳动率，其与压入带的插入几何角度结合起来会对插入力及可能发生在端子插入部分的磨损或对PTH的损害有很大的影响.对这些变形控制的重要性可以从两个方面来看：积极面，变形可促进金属接触区域的改善，以保证必要的一个稳定且较低的接触电阻；但是过量的变形会损害PTH孔，且更重要的是会损害PTH与多层线网电路板内部组件之间的连接。对这种损害的概要说明如图11.5所示，其在PWB装配领域及对其可靠性的考虑当中都是一个重点。内部组件的略微弯曲是允许的，但内部组件与PTH分界面上的裂纹或断折是不允许的。另外，当端子完全插入PTH孔时，如端子保持力所示之柔性变形元提供的残余应力，可保持接触表面的机械完整性。
现已开发出几种形状的柔性带来控制柔性压入带和PTH插入部分的变形，使得既降低其插入力又提高固定连接的机械完整性。图11.6概要描述了所选之压入带的几何形状方案，每一方案都从不同的角度提供柔性接触。
有缝眼的端子或者说针眼式柔性部分(如图11.6a)包括一对双重支撑横条，该横条在柔性带插入PTH时会斜向让开。C压入式压入带(如图11.6b)使用的是弯曲的(弧形)支撑横条，其在端子插入PTH孔时也会斜向让开。ACTION PIN 弹性端子的压入带包括一有缝眼的横条，它在柔性插入部分插入时会被压缩。在回顾压入式连接接触区域的产生以及保持机理以后，每一几何设计方案都会更详细地加以讨论。
如第七章所述，所有的固定式连接都必须产生并保持一个金属接触区以确保一低值且稳定的连接阻抗，关于柔性端子如何实现这些要求将会顺序作一简要讨论。在所有情况下，接触区都是由于在端子插入过程中其柔性带与PTH孔壁的变形而产生，这些变形是如何产生的，以及产生多少接触带取决于弹性部分的几何形状.接触带取决于PTH孔轴心的纵向和横向两方向的变形特征，横向接触带取决于柔性接触带的外缘是如何与PTH的孔壁接触的，也取决于弹性接触带横向交叉带的宏几何形状；纵向接触带取决于横臂在端子插入电路板过程中斜向变形时是如何与PTH孔壁保持接触的。
插入力是由柔性部分插入电路板时，其几何形状及弹性部分横条之斜向变形特点决定的。因此，该连接的机械完整性和连接电阻的稳定性，是由柔性部分抵在孔壁上产生斜向变形时的弹性恢复产生的残余应力来维持的。此残余应力与保持力有关，但在因摩擦力和几何形状影响下的直接方式中却并不是必要的。下面就这些要点来考虑每一种柔性端子。
缝眼式柔性端子：一个缝眼式柔性压入带(图11.6a)包括有一对双重支撑的横臂。原则上，当柔性部分压入PTH时这些横臂的斜向变形是一样且一致的；但实际上，其斜向变形将取决于其与PTH孔及PTH孔的几何形状公差相关的端子结构；当然，该理由也适用于其它形状的压入带的情况。图11.7显示的是插在PTH中的一缝眼式压入带纵向(右)和横向(左)交叉部分的情况。正如所提及的那样，产生的整个接触区取决于其与PTH孔纵向和横向的接触.纵向接触取决于其横臂是如何斜抵住PTH孔壁的，而横向接触取决于其横臂的外表轮廓。图11.7a显示的是一穿过电路板、且跨距很大的纵向接触带；图11.7b所示为决定横向接触带之诸因素中，压入带部分半径范围的重要性。
维持接触区完整性的残余应力，决定于双重横臂的柔性变形率以及该横臂的斜向变形；反过来，该横臂的柔性变形率及其斜向变形，又取决于柔性部分的原始直径及柔性部分和PTH孔的公差。
“C”Press式弹性端子.“C”Press式端子之压入带包括一C形柔性部分，该弹性部分插入到孔里时会向内弯曲变形.图11.8显示的是插于PTH孔内的“C”Press 式柔性部分的纵向(右)和横向(左) 交叉部分。C形体的变形决定于制成C形体的弯曲横臂的长度及厚度有关尺寸。尽管C形体和PTH孔在交叉部分都是圆形的，一般情况C形体的曲率和公差与孔是不一样的，故C形体和孔的横向接触就不是连续而是集中的。而纵向接触是由横臂偏斜之特点，以及横臂在插入过程中，是否因摩擦力而发生任何旋转决定的。
ACTION PIN式柔性端子.　ACTION PIN式柔性端子的变形比前述例子要复杂得多，因为摩擦力对其横臂变形有影响，如图11.9所示。纵向交叉部分(左)显示了ACTION PIN式柔性端子插入电路板的接触长度；横向交叉部分(右)显示了插入后弹性带部分的重迭情况、及其外表面与孔的接触情况，虚线所示为横臂大致的原始形态，横向接触带取决于柔性部分表面的半径范围。
其它几何形状的柔性带.　当然，除了在前几节中讨论的柔性带之外，还有其它类型的柔性带。在所有情况下，柔性所要实现的意图是最重要的设计特点。柔性恢复力，或者说是反弹，是保持接触表面完整性所要求的。

11.2.3　柔性带设计特点及其插入力

缝眼式柔性带的几何形状是影响压入式插入力的重要因素。在活动分界面配插力中重要的因素，在压入式插入过程中一样重要，其在进一步考虑到正常的力是以很大的单位公斤力来衡量而不是几十或几百克力。然而，入口处的几何角度仍是很重要的尺寸将影响着摩擦力，并且，通过摩擦力，在插入过程中还有对PTH孔造成损害的可能。
如图11.10所示，为一缝眼式柔性部分纵向视图。一般来说，插入角度因缝眼部分在成形时有弯曲而有各种变化。柔性带的外表面轮廓，也对插入力和对PTH有损害的可能有很大影响。因此，外表面的半径决定了与PTH孔的接触面积及接触力在孔壁的分布。一小曲率半径，在大外力作用下，可能会划削孔壁，而不是产生对焊接的完整性、或接触区域、或其残余应力有负面影响的变形。影响连接电阻的整个接触区域，是沿每一横条的纵向接触长度、及抵住孔壁的放射状接触带的产物。
同样对ACTION PIN式和“C ”PRESS式端子的柔性部分也可以同样地来说明。然而，在这两种情况下，变形过程会更复杂。对缝眼式柔性部分的一般性讨论，是有助于找出有关要点的：柔性部分的设计与公差，特别是插入角度及决定PTH孔壁上横向接触区的特征点，这些要点对插入力及对PTH孔可能的损害会有很大影响。仔细观察其制造过程，对于在该领域的装配和使用都是至关紧要的。必须注意的是， PTH的尺寸和公差，在控制其扭曲变形和潜在损害时，也是至关紧要的。

11.2.4　柔性带特点及其保持力

有关保持力两个优点的讨论：第一个是关于影响保持力大小的因素，第二个是关于保持力在多大程度上，对为确保在装配过程中达到要求的机械稳定性是必要的。
影响保持力的因素。正如上面所提到的，保持力是由随其柔性部分插入PTH时的变形、而残余的弹性恢复力决定的。反过来，该残余弹性恢复力也取决于柔性带的几何形状，因其决定了有效弹跳率、及可能发生的弹性和塑性变形的有关数量、与斜向变形之数量。柔性带与PTH孔壁间的摩擦系数与这些残余应力相结合，将决定压入式连接的保持力大小。一般来说，其对保持力的几何影响，会比插入力的潜在影响更小得多。
需要多大的保持力？保持力的重要性是基于以下事实产生的：虽然在某些情况下的某种复杂的型式里，就正常的接触力矾而言，它包括了与机械力相持之接触内表面的完整性，该机械力会干扰或使接触内表面开裂，从而影响该连接的电阻。以此角度，需要多大的保持力在多大程度上对于柔性端子连接可接受的性能是必要的，这个问题包括两个方面的内容。从接触的完整性的角度来看，设计讨论所期望的正常力是落在公斤力的范围内，这远远比前述那些自由表面上的力要大得多。
然而，正如第一章所提及的，固定连接的手动压力比活动连接的要高。有几点特别要注意的是，柔性端子连接适用于高端子数连接器控制其正确位置的直接操作。连接端子插配力、及包覆式连接过程中的压入力可能是非常重要的。以一实际的眼光来看，保持力的要求决定于端子在装配过程中所预设的是何种压力。考虑一下图11.11及图11.11a所示内容，导柱并不都适合于从电路板底面施加的任何形式的压力。保持力对此组装的要求，会比对那些要求以更高压入力插入至插座连接器的延伸导柱的要求更低。包覆式连接的延伸导柱，或者甚至是复合包覆式连接，都必须支持以更高的压入力。当然，保持力随端子尺寸而变化，且由连接制造工艺来设定的。

11.2.5 PWB板的构造和柔性端子

PWB板的构造(特别是设有通孔焊的PWB板)也会影响柔性端子的性能。有争议的是柔性端子性能中最重要的电路板的参数是否是钻孔的尺寸。图11.12所示描述的是PTH孔及与柔性端子性能有关尺寸的情况。钻孔尺寸的重要性是至关紧要的，因其决定柔性部分会发生变形的外围部分。正是PWB板柔性部分之斜向变形平面的相对硬度，提供斜向变形之横臂以电阻。不幸的是，只有成孔的尺寸才可以方便地进行测量。介绍弹性端子的制造工艺、及其相关之钻孔尺寸，并辅之以电路板的制造工艺是非常重要的。
铜及锡铅镀层 (最常用的PTH焊接系统) 的厚度也必须是可控的，尽管其对于正常力的影响是次要的。然而，其通过相关摩擦力对于插入力的影响却是重要的。PTH 钻孔和为所选ACTION PIN式柔性端子的镀层厚度在图11.12中已有插入指示。连接器制造工艺所标示之尺寸和公差必须加以实施以确保压入式连接的性能及其完整性。

11.2.6　前景

柔性端子设计正被修改以适应PWB板更大范围孔的尺寸和大多数更小孔的尺寸，此项技术尚在开发之中。孔径范围从0.55到1.6mm现正在使用之中；PTH通孔焊技术正进一步发展；裸铜或金/镍/铜PTH通孔焊的应用正在逐渐推广之中。

11.3 包覆式连接

包覆式连接，通常指其商用名的电线包覆式连接，之所以被包括在这部分，是因为这种连接主要应用于将端子插入PWB电路板。在传统的包覆式连接中，绕在导体上的所有线缆都被剥去了绝缘层(图11.13a)；而改进了的包覆式连接(11.13b)中，至少导柱头三个转角的线缆是有绝缘层包覆的，而其它线缆则是无绝缘层包覆的。改进后的包覆式连接用更小的导体。包覆式连接的主体是由自动包装设备制造的。
包覆式连接的内接触表面是当导体被沿着其导柱边缘包覆上线缆时产生的。导柱边缘的半径采用紧公差，以使沿着导体之导柱产生变形来使其接触面最大。图11.14所示为当绕着导柱给导体包线时产生接触区域的情况。
包覆式连接的正常力来自于，当导体在可控拉力作用下绕其导柱包线时残余的张力。通过位于其导柱转角处的将导体锁到位之接触区域，使张力得以残余于导体中。
绝缘线缆绕数的最小量取决于导体尺寸，该尺寸范围从1.0~0.16mm分别对应于绕数4~6圈。包覆式连接也是可维修的，只要更换一新的导体即可。
在远程通讯和计算器设备中，主要是在底板上，包覆式连接素以其可靠性能而著称。其可靠性能部分在于产生的复合接触带。由于平行的导体绕线轨道以及因过剩而增加的稳定性，使得复合接触可产生很低的电阻。

11.4 关于至PWBs板之机械式连接的小结

发展至PWB板的机械式连接，是用来取代焊接工艺，并消除温度梯度、及电路板组件与接触界面之化学性能退化的潜在可能。多年来柔性连接在这些装置中都已得到成功的应用。然而，随着电路板密度的不断提高，机械式连接和联合公差已渐渐难以实现了，此时，永久性连接中焊接式连接的使用便应运而生了。

11.5　焊接式连接

对于那些对详细讨论焊接这个课题有兴趣的人士来说，可以找到许多有关于焊接技术的参考资料；本章仅限于对有关连接技术之焊接的有关方面作一回顾性讨论。焊接技术有两种主要的连接类型，它们是在连接器之焊接端子与电路板界面以及焊料的来源如何等方面有所不同。旧技术，即THT通孔焊技术，就在于利用波峰焊焊源将端子焊入PTH中；表面粘接技术(SMT)，正如其名字所揭示的，在于如何将焊好的连接器粘着到PWB板表面或垫块上，且通常还要求第二焊源。在更详细地讨论这些区别之前，先顺序扼要地回顾一下用于连接器的焊接工艺。

11.5.1　焊接工艺

焊接工艺包括四个要素：

焊料
助焊剂
焊接温度/时间
焊面清洁度

今年(1997)，所有这些要素都处在变动状态之中，其大都是由于环境原因。
焊料.　锡铅焊剂，特别是共熔的或近共熔的成分（比如说，锡63-铅37或锡60-铅40），是最常用的焊料，也是本章讨论的唯一一种焊料。在当前除铅的环保潮流下无铅焊接剂已受到越来越多的瞩目。然而，大多数眼下考虑的焊料系统中，锡的混合金属在焊接过程中，能保持着良好的粘着成型作用，这与下文是相关的。图11.15所示为锡铅相位图。从图中我们可以清楚地看出，共熔焊料为什么会更受青睐。除了共熔成分之低熔点/低凝固点，使其可适于低温焊接外，这些成分是在一相当窄的温度范围内凝固，这就使在焊接一完整焊点过程中，其活动所含能量最少。而其它焊料成分包括一系列温度范围，如图11.15所示在此过程中焊料会经历一个熔融状态过程。当焊料还处于熔融状态时，部分能量被撤走是不利的，比如说铅就会导向冷焊点。冷焊点的可靠性比没有能量流动而形成的焊点更差。
助焊剂.　助焊剂的目的是清除表面污垢以便焊接。在大多数情况下，这一点就意味着清除表面氧化物。该助焊剂的活力取决于其化学组成。高效助焊剂在清除污垢时很有效，但如果焊接后不及时清除其残余物的话，对其基体金属也会有腐蚀作用。电子制造业的趋势是向着低活性的助焊剂或该可溶于水的助焊剂或无需清除的助焊剂，即所谓无需清洁之助焊剂。降低活性是为环境所驱，而清洁过程的取消又是环境和经济都要求的。然而，助焊剂活性的这种变化对连接器端子的可焊接性，及对焊接层寿命的要求就更为严格。
建立一个焊点在焊接式连接的变形中一定会有几个连续的过程，其焊接温度必须使助焊剂能够清洁焊接表面，并且焊接剂应是易流动的液态，以湿润已清洁的焊接表面。助焊剂的活性温度，比熔化焊接剂所要求的温度要低，且在该活性温度上必须提供充足的时间，以完全激活助焊剂的活性及充分让挥发性物质完成除氧。若除氧时间不充足可能会导致焊接剂外溢及产生氧气孔，此情况尤其多见于表面粘接式焊接工艺。
当熔融的焊料，特别是焊料中的锡成分，与连接端子表面接触（通常是以铜为基体的合金）时，发生的化学反应取决于接触表面的化学性质。如果端子有一被锡表面，那么原先存在的铜-锡金属混合物是否仍存在，这取决于锡或锡合金成型的方法。在此情况下，焊料仅仅是熔化或融化其表面的锡即可建立焊接带。如果以金或钯为结束层是用来获得其可焊接性的话，那么锡是可以溶解这些成分的；而且对于被金的表面，则金会完全被溶解掉，于是焊接带将位于铜合金或镍表面的下面。钯在锡中溶解要慢得多，故其焊接带可能是锡-钯合金带。如果不考虑冶金学和动力学的话，焊接带的完整性则取决于锡与焊接之接触表面的某一混合物成分之间的变形。

时间-温度曲线. 用于焊接的时间-温度曲线是由所用焊接工艺/技术决定的。对于电子制造业来说，有两种主要的重要焊接工艺：波峰焊和软熔焊。正如其名字所暗示的那样，波峰焊是使用熔融的焊剂波来提供焊接剂和必要的焊接热量；软熔焊，其名字也有生动的暗示，恰好适用于仅需要外部热源就可再熔化或再回流的焊接。
波峰焊比软熔焊更古老，但在线路行间距较大且完全能够建立焊接桥的情况下，仍得到广泛地应用。
软熔焊工艺中所用的热源更加富于变化，其中主要的技术点有：

熔融的焊剂波
蒸气阶段
红外线热源
对流/热空气流

对于成功运用这些热源非常要紧的工艺控制的细节，已经超出了本章讨论的范围，有关这些信息请参阅8-10。
人们一直想要限制焊接的最大温度，以及在此温度下使温度梯度对电路板上组件(包括电连接器在内)的影响最小的暴露时间，这也就是为什么焊接工艺的时间-温度曲线会如此重要的原因。焊接热量对于激活助焊剂的活性是必要的，也有助于熔融的焊接剂湿润待焊的组件；通常采用预热的方式来预先激活助焊剂的活性、使熔融焊料及/或助焊剂中的挥发性物质挥发完全、以及降低温度梯度对电路板和电子组件的影响。对于THT和SMT焊接中温度梯度的细节，在很大程度上是针对具体工艺各异的，在此就不再深入讨论了。
清洁导柱之焊接清洁就是，清除残余于电路板和电子组件上任何具有腐蚀性的助焊剂，以避免对该区域产生任何腐蚀作用。清洁过程取决于助焊剂的成分，能从有机溶剂与水漂洗相结合变化到根本没有清洁作用。然而，如果清洁是必要的，那么必须对其进行有效的控制，以确保在清洁表面时不会被清洁制程本身所污染。

11.5.2 通孔技术

正如前面所提及的，THT的焊接连接通常是在其孔壁上进行，而PWB则通常是在铜体上镀一层锡膏。波峰焊最常用于THT通孔焊工艺，其焊接剂和焊接热源都由波峰焊本身提供。THT的焊接点贯穿整个PTH，并延伸至高于或低于电路板表面的一个带状区域，如图11.16所示。但是，除了焊接点之外还应注意的是，焊接导柱也是由PWB板机械式支持的；与SMT相比其对THT的设计和材料要求会有更大的影响，因SMT中其机械式接点只是位于表面垫块而已，如图11.16所示。

11.5.3　表面粘接技术

SMT焊接，即是通过一系列技术将其连接器的焊脚置于焊接垫块上，然后再进行软熔焊以建立焊点。其焊接源、所用焊接剂数量、焊接的热源以及焊点的结构都与THT焊接方式有很大的差别。焊接源是个典型的焊接软块，该焊接软块即在一媒介中包含了焊接颗粒及助焊剂，这在二次处理中会反映或印刷至PWB板上。控制焊料的数量对SMT性能是至关重要的；焊料过少会影响其机械强度，过多又会导致焊料横溢产生架桥及接触垫块不够大的问题。通常其焊接热量是通过前述一种方法另外提供的，即利用回流焊接剂软块。在SMT焊接方式中，焊点是在组件端子和垫块或板表面之间建立的。
SMT工艺可用于多种电子组件，比如电阻器和电容器的芯片以及的IC端子/外包装。这些组件主要从两个方面与其它连接器有所不同：尺寸及所需压力。连接器比上述组件要大得多，这一点也就引起了这样的争议，即在对大量的端子进行软熔和连续焊接时，电路板上的电连接器会比其它组件更具有优势。电连接器同样也适用于更大的机械式装载，特别是有配对要求的情况。
这些不同点产生了许多新的、富有挑战性的材料、设计和工艺要求，以确保SMT焊接连接的可靠性。

11.5.4　SMT式电连接器

在众多设计/材料及工艺中，必须特别注意其中能确保电连接器SMT焊接工艺可重复性的技术点，如下所示：

对接至垫块的端子的标注；
确保与垫块接触的端子的共面性；
对端子适当的控制(以得利于焊接)；
端子的可焊接性；
焊接剂的供源；
绝缘体对温度梯度的稳定性(以承受工艺过程中产生热量)；
对焊接点的检查；
焊接带承受插配力及其它可能产生的压力的能力；
与经济制造自动插拔机构的兼容性。

SMT技术以其高密度的行间距，典型应用于高密度的PWB板中。将连接端子标注于电路板垫块上，对于保证正确的焊点区域及其几何形状都是很重要的；端子的共面性对于确保所有端子与对应之焊接垫块的接触是必要的，典型的共面度公差为50~100。
对于高端子数的连接器来说，机械控制有三个实施的必要性：首先，焊接熔块可能不够大，无法保证焊接过程中电连接端子的保持力；第二，机械控制可以将端子预装入，并抵住电路板表面以调节其共面性；第三，机械控制能提供插配过程中支持连接端子的压力。
成功的SMT焊接要求适当的焊接剂供源及连接端子的可焊接性。应正确控制焊接剂的喷印，以确保焊接处全区域接触、及接收带有充足的焊接剂，应无因焊接剂多余而可能导致，在两间隔较近的垫块间会产生焊桥的情况。而且连接端子的可焊接性、及其可焊接之外壳的寿命，都应能确保得到高密焊接区域。
SMT焊接工艺一般相对波峰焊来说，会使连接端子以更长的时间暴露于更高的温度中，这就会对连接器绝缘体的耐高温能力和温度梯度的稳定性要求更严格，特别是对在焊接过程中抵抗扭曲变形及歪曲变形的能力，要求会更严格。另外，还要控制绝缘体里的湿气以防产生水泡。
对SMT焊接点的检查可能也是困难的，对于有多行端子的插头及插痤来说，只有外围的端子可以方便地检查到，这种局限性的检查就使得高密区的焊接成为必要。

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下一条:第十章　印刷电路板

点击次数: 更新时间:2010-10-01 【打印此页】【关闭】

第十一章 至印刷电路板的永久性连接

11.1 至印刷电路板的机械式永久连接

11.2 压入式连接

11.2.1 刚性压入式端子

11.2.2 柔性压入式端子

11.2.3 柔性带设计特点及其插入力

11.2.4 柔性带特点及其保持力

11.2.5 PWB板的构造和柔性端子

11.2.6 前景

11.3 包覆式连接

11.4 关于至PWBs板之机械式连接的小结

11.5 焊接式连接

11.5.1 焊接工艺

11.5.2 通孔技术

11.5.3 表面粘接技术

11.5.4 SMT式电连接器

11.5.5 小结

第十一章　至印刷电路板的永久性连接

11.2　压入式连接

11.2.3　柔性带设计特点及其插入力

11.2.4　柔性带特点及其保持力

11.2.6　前景

11.5　焊接式连接

11.5.1　焊接工艺

11.5.3　表面粘接技术

11.5.4　SMT式电连接器