Как правило, большое количество слоев в МПП относится к платам объединительных панелей. Поскольку они обеспечивают не только большое количество сигнальных связей, но и питание большого количества плат второго уровня, они содержат массивные слои земли и питания, создающие мощные теплоотводы при пайке. Всевозможные ухищрения технологов, пытавшихся пропаять отверстия, соединенные с этими слоями, не приводили к существенным успехам: припой поднимался до точки соединения с одним из этих слоев и остывал. Отверстия оказывались непропаяными. Естественное желание избавиться от непропая перегревом панели приводили к разбрызгиванию припоя. И сам по себе перегрев создавал проблемы, связанные с термоустойчивостью материалов плат и пайки. Кроме того, посадка разъемов на плату с малым зазором создавала лабиринт, из которого трудно вымыть флюс и удалить брызги припоя.
Нужно еще учесть, что хвостовики разъемов при пайке необходимо защищать от припоя, если предусматривается их использование для последующих соединений, например, накруткой. Поэтому пайка волной припоя хотя и возможна, но сложна и трудоемка из-за дополнительных операций нанесения защитных покрытий и последующего их удаления. Мало того, большая длина хвостовиков вынуждает поднимать волну, и в этой ситуации трудно обеспечить ее равномерность. Ручная пайка паяльником двухрядных разъемов еще допустима, но для трехрядных вообще невозможна: добраться паяльником в пространство между рядами (шаг контактов — 2,54 мм) хвостовиков очень трудно.
В связи с этим попытки заменить паяные соединения непаяными с использованием методов впрессовывания контактных штырей в металлизированные отверстия предпринимались давно, но безуспешно. Положительным результатам препятствовало явление релаксации: материал основания платы «плывет», ослабляя первоначально тугое соединение штырей с отверстиями. Через некоторое время материал расступается, и штыри выпадают из отверстий. Мало того, большие производственные погрешности при воспроизведении размеров элементов сочленения штырей и отверстий приводили к тому, что часть соединений изначально не получала тугой посадки.
Положительный эффект наступил, когда научились на контактном штыре выполнять специальную пуклевку, создающую упругую деформацию при впрессовывании штыря в отверстие. Упругая деформация пуклевки компенсировала релаксацию материалов и погрешности размеров отверстий плат. Формы таких пуклевок разнообразны, но все они имеют широкую зону упругой деформации и поверхность сопряжения, достаточную для электрического и механического контакта штыря с отверстием.
Заходная часть контакта играет существенную роль при запрессовке. Ее форма позволяет ориентировать контакт надлежащим образом при его входе в отверстие и обеспечивать плавное обжатие пуклевок штыря металлизированным отверстием.
Соединения этого типа получили распространенное название Press Fit, что в переводе означает «прессовое соединение». В первой русской обзорной публикации на эту тему определение термина Press Fit было дано в более точной и пространной форме: «Непаяное соединение, выполняемое запрессовкой, — это получаемое запрессовкой соединение между особым образом спрофилированным контактом и сквозным металлизированным отверстием в печатной плате. Оно принадлежит к категории неразъемных соединений, образующихся за счет холодной деформации фрагментов соединяемых элементов и существующих в самых разнообразных вариациях».
Интересно, что факторы, мешающие пайке панелей (большая толщина, массивные слои земли и питания), здесь играют положительную роль: чем толще плата и больше в ней металла, тем прочнее запрессовка контакта, больше поверхность контактирования, выше надежность соединений.
Соединения данного класса пользуются высокой популярностью в электрической и электронной областях промышленности всего мира благодаря следующим преимуществам:
- высокая механическая прочность на растяжение;
- высокая устойчивость к вибрационным нагрузкам;
- отсутствие необходимости в нагреве для образования соединения;
- коррозионная стойкость за счет герметичности контакта;
- экономичность;
- простота ремонта (благодаря отсутствию нагрева);
- гигиеничность производства (благодаря отсутствию флюсов и припоев);
- высокая надежность
Соединение Press Fit представляет собой запрессовываемый контактный штырь, который состоит из части для сочленения с ответным соединителем, запрессовываемой части (пуклевки), заходной части и части, предназначенной либо для монтажа накруткой, либо сочленения с другим соединителем.
Часть контакта для сочленения с ответным соединителем может иметь либо форму штыря (в случае, если ответным соединителем является розетка), либо форму лиры (в случае, если ответным соединителем является вилка). В случае, если контакт в этой части имеет форму штыря, усилие запрессовки прилагается к создаваемым именно с этой целью буртикам. Иначе, если контакт имеет лирообразное окончание, усилие запрессовки прилагается на дно лиры, как на самый удобный и самый прочный элемент конструкции. Как правило, эта часть встраивается в корпус соединителя, и именно она отвечает за удержание контакта в соединителе.
Запрессовываемая часть контакта выполняет основную роль в образовании соединения. Ее конфигурация (в поперечном сечении) может иметь разнообразные формы, имеющие общепринятые англоязычные названия. Главная задача, которую должна выполнять эта часть контакта, — создание давления на боковые стенки сквозного металлизированного отверстия, устойчиво удерживающего штырь в отверстии в напряженном состоянии. Размер поперечного сечения контакта в запрессовываемой части должен соответствовать диаметру отверстия, на который этот контакт рассчитан.
Длина запрессовываемой части контакта должна соответствовать толщине печатной платы, в которую он устанавливается. Жесткость пуклевок должна быть ограничена, иначе внедрение контакта может разрезать металлизацию отверстия. Часть контакта под монтаж накруткой является необязательным, но часто используемым конструктивным элементом.
Материалы по теме монтажа печатных плат:
- книга Чарльза Пфейла Разводка BGA
- Статья Ремонт разводки BGA на готовой плате
- Статья BGA разводка: ремонт паяльной маски