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连接器技术之---10.5 对印刷电路板(PWB)的机械连接

      连接器技术之---10.5 对印刷电路板(PWB)的机械连接
       包装技术飞速进步对PWB 和与PWB相配的接杆件都已产生深远的影响。电路板的厚度从经典的0.093 英寸增加到0.125英寸(2.36mm)甚至到0.200英寸(5.1mm)。双层电路已被多层电路板所代替，并且底层金属也不再是完全的老式FR-4。屈服端子是为PR-4所设计的，尽管它们被大量使用在聚亚胺和BTs中。当端子插入孔中时，有三外与电路板的损坏有关，底座提升，痕迹变形，和纤维破裂。在装配时，实际的插入力是*主要的，因为这个力直接与插入时的磨擦力有关，因此，也就和电路板的损坏有关。因此，PTH的物体几何形状和机构的活力就相当重要。
       同样，表面装配接杆必须经受两个表面装配技术反复热试验。在这个方面，底层金属的行为能力*值得关心。在这一部分将要直接影响与PWB连接的接杆件的因素。
       10.5.1 电路板的材料和热处理
        不管PWB 的*终功能，一块完成的PWB一般要经过几个热处理步骤。熔焊操作意味着典型的*终装配的电路板上将至少有2 个，至多5个热冲击。总之，全部的印刷电路板必须有现代的，高质量的铜做基材，这样才能承受多次热冲击。然而，对于完成了流程的电路板，由于铜和不同层金属之间的热膨涨系数很大(由表10.1可以看出)，于是焊接操作产生拉伸压力。由于玻璃布在XY 平面的压迫影响，热膨胀系数的不相配更加恶化。这种压力在PTH 桶的Z轴方向更加明显。整个板越厚，在PTH 桶累积的热压力越大。因此，比如给定一个孔径，而板越厚，PTH桶越可能在热冲击中遭到失败。相似地，给定一个面板厚度，孔径越小，失败发生得越早。厚的多层结构的出现和PTH 纵横比的增加将导致诸如聚亚胺和BT(Bismalimide trazone)等可替代的高性能的材料的找寻。但是当这些材料的电子性
能更适合高频应用，许多**和民用客户要求他们的多层板建立在这些底层材料上。这些材料每种的热膨胀系数都比FR-4小，并且结合它们的低介电常数，被认为是对于大型底板FR-4 的要求。连接器技术之---10.5对印刷电路板(PWB)的机械连接
       许多屈服端子的接杆件都用FR-4，象聚亚胺材料比FR-4更脆弱且易受到更大的在端子插入微小变形。由于高成本，它们在加工相对困难，以及**市场上的下降，聚亚胺市场在迅速缩小。
       10.5.2 内层对准**，钻孔和油渍
      前面曾经提到过，内层连接的位置与质量在很大程度上取决于在多层结构上准确定位与钻孔。很明显对准**的孔，钻头的滑动对于针状连接器的*终整个可靠性有不利的影响。这种对于连接器的影响总结如下；􀁺在信号层的内层对准**是一个固有的弱点。在内层铜表面大量的油渍会使内层对准**发展成在内层铜表面的“移出”。􀁺如果在电源/接地层周围的间隙得不到保持，那么内层的对准**会产生短路(见图10.16)。在组装时，对准较差的间隙会产生变形并短路。􀁺油渍使记号端子与PTH 铜桶的粘着不好。
众所周知，因为油渍是热性能差的环氧物质，化学镀层在油渍上的作用效果很差。􀁺在油渍上的淀铜层质量较差，在任何的热或机械影响下，例如端子插入或波峰焊，将导致其作用的失败。
        10.5.3 PTH 的电镀和几何形状
        对于任何一种穿孔端子连接器，不考虑它的系统功能，其对装配*大的一个影响是PTH 孔的几何形状。任何PTH的质量和几何形状与三个因素密切相关：即钻孔的质量，电解铜镀的整齐性，以及表面镀层的类型。如图10.14所示，为了实现在PWB功能上的惊人提升，其中必要重大的技术上发展之一是能电镀有很高纵横比的穿孔。如果假定钻孔的公差与质量给定，另一主要考虑的领域就是铜镀的整齐性。对于任何电镀工艺，在PHT孔上铜电镀层的厚度将*终取决于穿过钻孔的每一点所承受的电流密度。钻孔象一个电阻，电流密度随离中心的长度而下降。因此在孔口处的厚度要比中间的大。如图10.25所示，这种现象有不同的称谓，如狗骨，砂漏现象等等。对同一纵横比的孔(也就是孔长与孔直径之比)，电路板越厚，表面与孔中间的电镀厚度就越不一致。对于PWB的生产厂商，电镀工艺的目的是为了达到*小电镀铜厚度的要求，即PTH的公差，对客户来说的整体的可靠性。这会成为在电镀的化学性及可靠性规范间选择的一个平衡动作。在电镀在线，PWB生产厂商会用端子标准尺来测量镀孔尺寸的大小，因此将在*大曲率处测量*大的镀铜厚度。更为重要的*小镀铜厚度将在孔的中部用横截面显微照相来测量。对于很高的纵横比(>10:1)，电镀要采用高电镀槽，(也就是高的酸与金属比)和缓慢的电镀率(低的整体电流)以使PTH及其表面的电镀变化*小。然而这种高纵横率电镀的经济性并不那么具有吸引力，因为通常需要进行缓慢的电镀率以及特殊的化学添加剂。基本的方式是将一块板在50安培的电流中电镀17 个小时，以产生可接受的PTH 的整体性。
任何形式的“狗骨”现象将导致PTH的铜几何形状的不整齐。这种电镀形状显然对一个适当的插入端子过程有不利的影响。并且较差的电镀分布不仅由于较高的插入力而对*终的穿孔的结构有害，而且在收容于孔后，对端子的固持以及残余合应力都不利。
       除了以上所讲之外，如果组件孔达到了整体尺寸公差，却在中部存在较薄电镀层，则它将对PTH的长期稳定性有害。不但较薄的电镀层是一个弱点，而且现在一般所接受的观点是在PTH桶的铜层厚度的整齐性越好，则其热循环的可靠性越高。这样，面对孔的电镀率越接近1:1，则PTH的整体质量越好。在前面的部分，回顾了面板电镀，印刷电镀以及电镀PTH 桶的“添加剂”的方法。按照1:1的面对孔电镀率是合乎要求的条件，这些工艺的可分别依此目的来检验。在面板电镀中，在面板上没有遮掩的区域，而对于印刷电镀操作，必须要将线路和孔的部位分隔开。当然准确的数目取决于各个线路的布局情况。在印刷电镀槽中电流密度集中在面板分隔的区域，在镀层的厚度上有很大的差别。为了平衡印刷电镀，面板的“自盗”特性，其典型的方法是采用档板方格，被印在表面上作为“电流盗贼”。
相比较而言，在面板电镀操作中，没有分隔的区域，因此电镀的分布将更加整齐。对于高纵横率的电镀，尤其是对分隔连接器的设计，面板电镀的操作是优选。但对于高密度的线路，这种选择必须在和细线的蚀刻问题相平衡，这个问题在前面已讨论过了。连接器技术之---10.5 对印刷电路板(PWB)的机械连接

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