两种用于汽车PCB组件的连接器端子组件的优缺点

摘 要：本文介绍两种用于汽车PCB组件的可塑性端子即针眼(EON)形可塑性端子和独木舟形可塑性端子(CCT)设计式样，并简单地介绍这两种连接器端子组件的优缺点。

1 引言

电子组件的无铅化趋势是全球汽车连接器和元器件制造商需要考虑的首要问题。从电子设备中减少乃至于彻底消除铅含量的动机主要起源于两个方面考虑。首先是特定的立法，如欧洲议会为了减少汽车对周围环境的不利影响而颁布了相关的环保指令2000/53/EC。欧洲议会规定，从2006年7月开始，所有汽车中禁止使用一切含铅元器件;第二，汽车制造商无疑也意识到，消费者越来越考虑到环境因素已经成为其选择汽车及其部件的重要因素。

从锡-铅焊料中除去铅的成分可能会带来相应的加工问题和产品的可靠性问题。这些问题是源于晶须生长和元件暴露在高温锡和温度很高的锡合金焊接而造成的损坏。不过，无铅组件的挑战并不是像人们原来想象的那么困难。许多元器件和连接器制造商正在转变为电子接触件-插针端子的供应商，将可塑性端子作为一种无铅焊接、压接的解决方案。实际上，无铅焊接、压接和可塑性端子技术在汽车以外的其它应用领域已经广泛地应用了数十年，预计也将会在汽车领域迅速流行起来。

2 可塑性端子基本原理

截面具有可塑性的端子一般安装在已经钻好的孔或印刷电路 (PCB) 板电镀通孔中。这个孔的内壁镀有金属层，从而使PCB各层和端子之间实现有效的电接触，见图1所示。“可塑性截面”，顾名思义，其可塑性特性使得该端子元件在其可塑性范围内能够适应PCB中电镀通孔(PTH)的尺寸和形状或对其进行适应性调节。这种特性使之无须通过焊接即可保持其电连接和机械连接。这种可塑性可以使各个器件经受温度变化和振动而不会影响连接器的接触性能。

图1 针眼形可塑性端子(上端) 安装在PCB板的电镀通孔(PTH)中，从而提供一个非焊接连接(下端)

目前，已经有许多截面具有可塑性的设计式样成功地生产出来。其中有两种截然不同的设计式样特别有用：针眼 (EON) 形可塑性端子和独木舟形可塑性端子(CCT)，这两种设计式样各有其优缺点。

2.1针眼形端子

针眼(EON) 形可塑性端子是一种符合Defacto标准的设计式样，并且一般是通过冲压成形的。对于买方来说，这种接近商品形态的端子是非常具有优势的。任何带有进料装置的高速精密冲床(由制造商提供)都可以冲制出这种端子产品。用于这种端子产品的工模具设计也早为人们熟知。另外，据笔者所知，该端子的设计没有任何专利方面的限制。

那么，为什么不在所有的应用领域中使用这种设计呢?虽然这种设计被广泛接受，并且容易得到，但还必须考虑一些不利条件。首先，它与PCB的接触面较小，仅为现有表面的40%左右。其次，EON端子采用对置的弹性梁，以保持其抵压PTH内壁的力，见图1所示。结果，压力集中在一起，并具有单向性，通常沿着连接器端子的方向。一个方向的力积累增大可能会对PCB 板产生一定的张拉作用，见图2所示。加之其表面积较小，这样就会损坏脆性较大的PCB层。

图2 一排针眼形可塑性端子(上部) 沿着水平方向压入一排PCB连接孔中(底部)

一般来说，EON端子是利用一个渐进模从扁平带材或金属带冲切而成的。各个端子通常是用一个模具来形成插针尖部，再通过电镀工艺装进组件中，见图3所示。当拆去载体时，这种端子的末端在最终装配时仍然没有电镀。对于某些产品来说，这种没有电镀的末端又是一个不足之处。

图3 从铜带上冲压出来的针眼可塑性端子在冲压过程中形成插针尖部并进行电镀，并且在端子上留有一个助推肩状物以便于装配

2.2独木舟形可塑性端子

独木舟形可塑性端子(CCT)是由导线冲压而成的，而不是从金属带切割而成的。制作这件产品所需要的技术知识要比金属带的切割更加专业一些。其设备也更为专业化;可以使用一些标准的高速冲压设备，只是导线所要求的进喂系统不是标准的。正是由于这些原因，CCT一直无法实现商业化生产。不过，由于它能更有效地使用原材料——用导线制作端子其边角余料只占5%，相比之下， 由金属带制作端子其边角余料高达60%以上。因此，由导线制作端子时，其成本具有较强的竞争力。

独木舟形可塑性端子采用一种弯曲的叶片形簧片来产生相应的弹性力。因此，它可以提供某种非常重要的设计改进。接触面积也因此大幅度增加，约为现有PTH的60%。另外，在PCB上施加的弹性力具有多向性，从而降低了PCB损坏和扭曲变形的可能性。

让导线成型端子通过电镀工序并装入组件的安装方法一般是采用一条被称为“子弹带”的单独带状材料来完成的。在电镀过程中，位于子弹带区内的端子所得到的镀覆层较薄，而且，一些较小的接触点往往会出现漏镀现象。不过，子弹带的放置是可变的，通过设计可以将端子安装在一个次要的区域内。

3 连接器组件

由于针眼形(EON)可塑性截面设计式样是从带材中冲切而制成的，而独木舟形端子(CCT) 是由导线冲压而成的，其组件的截面受到了影响。完工连接器的制造要求端子带材被分成各个导体，再被装配成预成型塑料体或放置于一个模具中再模塑成相应的部件。在这一阶段，CCT/ EON端子组件的主要考虑因素是载体的类型和位置以及如何将从组件中拆除。EON端子从针尖载体上分离出来要求采用一道冲切或弯曲/折断的操作工序。这一操作工序可能会给组件带来令人讨厌的毛刺或碎屑。因此可以采用另一种方法，即将CCT元件放置于一条子弹带的压接槽内，再将它们冲压出子弹带中，而无须采用直接冲切或折断材料的方法。一个经过适当设计精心制造的子弹带可以让连接器端子干净利落地脱模，而不会留下毛刺或碎屑。

将一个完工的可塑性连接器装配到PCB上采取的是一种压接工序。它要求元件要得到很好的支撑和校准。必须施加一定的机械力将CCT端子推进其PCB连接孔中。因为EON是从金属带冲切而成的，在该端子上添加一个助推肩状物(Push shoulder)就可以方便于组装。这就使得连接器被压接到PCB上，即在连接器基体上施加一个压力，而不是向端子本身施加压力。在某些情况下，这一措施可以大大降低装配工序的成本费用。

相比之下，采用方形或圆形导线所制成的CCT元件一般没有助推肩状物。如果连接器采用预压成型的制造方法，那么将该产品组装到PCB上则需要在直接端子上施加一定的压力。不过，如果连接器采用绝缘安装板成型法，那么就可以在连接器基体上施加压力将连接器装配到PCB中。注意，预压成型连接器需要采用一种专业化的装配工具，以便支撑并直接在端子上施加压力。

富有创新精神的生产厂家正在源源不断得把一些新产品带入这一动态市场中来。最近开发的一个新产品是由导线制成的EON端子，它安装在一个“子弹带”上，见图4所示。这件新产品将大大提高导线材料的使用率，增大子弹带载体的电镀覆盖率，并且可以将广为人们接受的EON集成在一件产品中。目前，大批量生产这种产品的工艺已经开发出来，而产品的性能等方面的测试正在进行中。

图4 独木舟形截面可以在一条可分离式的子弹带(左图)中完成，而新型针眼形截面设计则由导线制造而成(右图)

和其它市场一样，汽车元件制造商也面临着一个从其产品中降低以至于彻底消除铅含量的尖锐问题。对于一些解决方案来说，要么采用无铅锡焊方法，要么采用一种可以避免高温和焊锡的晶须生长风险的办法。这种方法是一种采用适应技术的无焊接组装方法。当元件制造商能够采用非焊接方法来装配其产品时，除了可消除有害物质(如铅)外，它还具有其它许多优点。它不需要清除焊料残存物，也无须担心环境以及法律措施等方面的问题。此外，焊接过程的失效模式如短路、冷点和焊料飞溅现象再也不会出现。

4 结论

综上所述，针眼形和独木舟形压接端子是从连接器和PCB组件中消除铅的一种有效的方法。它们可以减少一些装配步骤，因此简化了零部件的装配工序，同时也减少了人们在环境方面的担忧，从而降低了一些相关成本。现有的设计样式符合ANSI和IEC标准规范，也容易得到，而满足用户需要的创新产品目前正在积极开发之中。

审核编辑：汤梓红