冲压装配解决方案解决未来汽车的可靠性要求亚搏体育登入网

万张

Interconnect Technologies技术营销经理,负责全球电子加工市场。

2017年9月5日

众所周知,汽车制造商正在把越来越强大的计算亚搏体育登入网能力装进汽车中。汽车的印刷电路板(pcb)控制整个车辆的功能,包括客舱和引擎盖下。亚搏体育登入网汽车pcb包含数以百万计的通孔,每一个连接都需要满足严格的可靠性标准。汽车行业亚搏体育登入网正迅速转向无焊压接互联解决方案,以替代焊接。

压配解决方案完全使用机械顺应的引脚,在插入过程中产生弹性变形,以最小化PCB上的应力。压接连接依赖于压接接触引脚和PCB之间的冷焊接,以形成一个可靠的连接,提高了电气性能(见图1)。这些无焊连接消除了高温处理步骤,简化了制造工艺流程,并允许更紧凑的电气单元设计。压接连接器创建气密接触,可抵抗恶劣环境、冲击和振动。

随着智能手机不断演变为功能更强大的便携式电脑,能源需求往往会耗尽电池寿命,其速度可能会让消费者感到沮丧。消费者希望能够在不必充电的情况下使用手机一整天。制造商的应对措施是增加电池容量,从而增加电池尺寸,但在不增加手机厚度的情况下,他们面临着挑战。一种解决方案是将柔性印刷电路板(FPCB)结合在一起,这种电路板可以容忍围绕紧密曲率半径的弯曲,从而将所有东西都安装到狭窄的封装中。

FPCB对设计师的处理限制与刚性板不同。在FPCB中,机械轧制铜箔形式的厚铜层是标准的,因为它们比用于刚性PCB的电沉积铜更能承受弯曲应力。但是铜箔的表面不同于电沉积铜的表面,因此在传统的电沉积镀铜工艺之后很难获得光滑/光亮的表面。

根据定义,刚性板是按板材形式加工的,而使用卷到卷(r到r)工艺沉积金属层的能力对多层fpcb很有吸引力。铜图案和面板电镀与R-to-R制造设备兼容,并以低成本创建高度可靠的痕迹和通道,为设计师和工艺开发工程师面临的挑战提供了解决方案。

图1:压装插入PCB的连接器引脚。照片由TE Connectivity提供。

目前,汽车压装连接器的接触表面处理市场介于锡铅和纯锡表面处理之间。亚搏体育登入网自2017年6月起,锡铅涂层合规引脚仍免于RoHS限制,禁止在电子产品中使用铅,但该豁免正在定期审查,制造商可能很快被迫完全去除锡铅,以符合RoHS法规。

在典型的汽车压合条件下,符合规定的纯锡接触镀层容易产生锡晶须。亚搏体育登入网随着更细的间距和更小的引脚的趋势,锡须的容忍度越来越小,因为较小的锡须可能导致相邻连接器之间的电短路。一些应用,如电信,可能能够可靠地使用纯锡压接连接器。然而,在汽车应用中,压合接头的接触压力可能比电信应用高100倍。亚搏体育登入网这种紧密配合是必要的,以最大限度地减少由于车辆振动造成的可靠性问题,但高接触力增加了长触须的风险。

领先的汽车电子制亚搏体育登入网造商需要一个可靠的,符合rohs的解决方案。他们优先考虑的是表面处理是无铅的,不容易受到锡须的影响,并且他们具有与使用标准表面处理的压接连接器相当或更好的性能。

陶氏电子解决方案公司已经开发了两种可行的无铅涂层的兼容针脚。两种表面处理兼容所有标准无铅PCB处理,包括浸锡,浸银,或OSP。每种选择都有自己的优点和考虑因素。

Silveron™gt - 820 Silver-Tin

第一种选择是陶氏的Silveron GT-820,这是一种电解质,可以产生一种富银银锡合金,其80/20的成分接近金属间化合物Ag3Sn和Ag4Sn。镀层中不含纯锡,这使得锡须几乎不可能生长。尽管镀层中的银含量较高,但与pcb表面常用的最终涂层相比,薄薄的AgSn层(0.5-1.0 μ m)显示出与工业标准亚光锡相等的摩擦系数,从而产生所需的低插入力。在新的AgSn涂层中观察到与锡铅涂层相似的保持力。

AgSn合金的电镀可以通过卷筒对卷筒的选择性电镀完成,电镀过程的电流密度范围使银GT-820成为一种可能的“滴入”解决方案,以取代目前的纯锡或锡铅工艺。在宽电流密度范围内可以获得均匀的细晶AgSn微结构(见图2)。AgSn层在大多数铜基材料上具有极佳的附着力。为了确保AgSn在镍预镀层上的最佳附着力,陶氏开发了一种冲击解决方案,在镀银GT-820 AgSn之前应用。

图2:通过卷对卷镀镍获得的半光亮Silveron™GT-820 AgSn层(顶部);扫描电镜图像显示,在宽CD范围内有均匀的细粒沉积物(下图)。

Indiplate™APF铟

陶氏的第二种产品是普适针表面抛光Indiplate APF,一种纯铟表面光洁度。虽然铟不是众所周知的连接器表面,但这种电镀铟非常适合压配解决方案,因为它柔软和润滑,使插入力低,同时快速形成良好的冷焊界面,与PCB上常用的最终表面处理。

与标准锡铅或亚光锡涂层相比,使用新型铟涂层的几种压装连接器设计的试验表明,保持力更高,这是一个重要的优势。铟不是一种本质上完全没有晶须生长的元素;然而,在汽车压装条件下的晶须对比试验表明,新型铟抛光剂的晶须生长倾向低于亚光锡抛光剂。亚搏体育登入网

铟电镀槽中含有添加剂,这些添加剂对于在标准电镀速度下产生均匀的白缎面镀层是必不可少的。与镀银GT-820 AgSn类似,当在预镀镍层上镀铟时,建议采用冲击溶液,以确保铟与镍层之间的良好附着力(见图3)。

图3:EDX测图显示,Indiplate™APF铟在Ni表面粘附良好。

由于汽车行业正亚搏体育登入网在积极摆脱pcb和压装连接器上的含铅镀层,陶氏化学提供多种可靠、无毒的电镀化学物质,符合RoHS限制,同时最大限度地降低晶须生长的风险。