White paper: Noções básicas sobre a técnica de encaixe por pressão
A ZONA DE PRENSAGEM COMO ALTERNATIVA ROBUSTA À TÉCNICA DE SOLDADURA POR LIGAÇÃO
INTRODUÇÃO
Desde a sua introdução no setor das telecomunicações, a técnica de encaixe por pressão tornou-se uma tecnologia-chave consolidada na eletrónica automóvel e industrial. Tendo em conta as tendências atuais, como a eletrificação, a condução autónoma e a Indústria 4.0, os requisitos em termos de sistemas de ligação fiáveis e duradouros aumentam constantemente.
Especialmente em ambientes de utilização adversos, com vibração, variações de temperatura, humidade e cargas mecânicas, a tecnologia de inserção por pressão destaca-se pela elevada segurança do processo e estabilidade a longo prazo. Apesar dos diferentes designs da zona de pressão, todas as soluções perseguem o mesmo objetivo: uma ligação mecanicamente resistente e eletricamente fiável entre a placa de circuito impresso e o contacto.
Isto é conseguido através de uma zona de pressão dimensionada para ser maior do que o orifício da placa de circuito impresso e pressionada com uma força definida. Desta forma, cria-se uma ligação estanque ao gás, eletricamente estável e mecanicamente resistente, com uma resistência de contacto constantemente baixa.
Especialmente em ambientes de utilização adversos, com vibração, variações de temperatura, humidade e cargas mecânicas, a tecnologia de inserção por pressão destaca-se pela elevada segurança do processo e estabilidade a longo prazo. Apesar dos diferentes designs da zona de pressão, todas as soluções perseguem o mesmo objetivo: uma ligação mecanicamente resistente e eletricamente fiável entre a placa de circuito impresso e o contacto.
Isto é conseguido através de uma zona de pressão dimensionada para ser maior do que o orifício da placa de circuito impresso e pressionada com uma força definida. Desta forma, cria-se uma ligação estanque ao gás, eletricamente estável e mecanicamente resistente, com uma resistência de contacto constantemente baixa.
NOÇÕES BÁSICAS
Na técnica de inserção por pressão, estabelece-se uma ligação elétrica entre o conector e a placa de circuito impresso através da inserção por pressão de um pino do conector num orifício metalizado da placa.
A técnica de inserção por pressão baseia-se num princípio simples:
a secção transversal da zona de inserção de um pino de contacto apresenta uma diagonal maior do que o orifício metalizado da placa de circuito impresso. A deformação resultante da inserção é absorvida pela zona flexível do pino de contacto, de modo que a manga da placa de circuito impresso sofre apenas uma deformação mínima. Desta forma, forma-se uma soldadura a frio entre o pino de contacto e o orifício metalizado da placa de circuito impresso: uma ligação estanque ao gás, resistente à corrosão, de baixa resistência e com elevada condutividade elétrica. Esta permanece permanentemente estável mesmo sob elevadas cargas mecânicas e térmicas – tais como vibração, flexão e fortes variações de temperatura.
Recomendamos a monitorização durante o processo de inserção. Análises de força-deslocamento, bem como sistemas baseados em câmaras, permitem uma avaliação fiável da qualidade da ligação.
Além da comprovada técnica de inserção com a nossa zona de inserção Tcom press®, a ept também oferece outras tecnologias de ligação, tais como ligações por solda, THR ou SMT – sempre adaptadas à aplicação.
A técnica de inserção por pressão baseia-se num princípio simples:
a secção transversal da zona de inserção de um pino de contacto apresenta uma diagonal maior do que o orifício metalizado da placa de circuito impresso. A deformação resultante da inserção é absorvida pela zona flexível do pino de contacto, de modo que a manga da placa de circuito impresso sofre apenas uma deformação mínima. Desta forma, forma-se uma soldadura a frio entre o pino de contacto e o orifício metalizado da placa de circuito impresso: uma ligação estanque ao gás, resistente à corrosão, de baixa resistência e com elevada condutividade elétrica. Esta permanece permanentemente estável mesmo sob elevadas cargas mecânicas e térmicas – tais como vibração, flexão e fortes variações de temperatura.
Recomendamos a monitorização durante o processo de inserção. Análises de força-deslocamento, bem como sistemas baseados em câmaras, permitem uma avaliação fiável da qualidade da ligação.
Além da comprovada técnica de inserção com a nossa zona de inserção Tcom press®, a ept também oferece outras tecnologias de ligação, tais como ligações por solda, THR ou SMT – sempre adaptadas à aplicação.
VANTAGENS DA TÉCNICA DE PRENSAGEM
A técnica de inserção por pressão oferece inúmeras vantagens em relação à técnica de soldadura convencional, tanto em termos de qualidade como económicos, funcionais e ecológicos. Caracteriza-se por uma fiabilidade e resistência mecânica muito elevadas e é particularmente resistente a impactos e vibrações. Além disso, evita-se erros típicos, como pontos de soldadura frios ou curto-circuitos.
Também do ponto de vista económico, a técnica de encaixe por pressão convence pela sua capacidade de reparação e por uma montagem económica. Em termos funcionais, permite um processamento seguro sem carga térmica na placa de circuito impresso, o que protege os componentes. Ao mesmo tempo, os contactos dos conectores permanecem isentos de solda.
Além disso, a técnica de encaixe oferece vantagens ecológicas, uma vez que não se geram vapores de solda nem resíduos de fluxante, podendo dispensar-se processos de limpeza adicionais. Cumpre assim os requisitos e diretrizes ambientais atuais, como a RoHS e a WEEE.
Também do ponto de vista económico, a técnica de encaixe por pressão convence pela sua capacidade de reparação e por uma montagem económica. Em termos funcionais, permite um processamento seguro sem carga térmica na placa de circuito impresso, o que protege os componentes. Ao mesmo tempo, os contactos dos conectores permanecem isentos de solda.
Além disso, a técnica de encaixe oferece vantagens ecológicas, uma vez que não se geram vapores de solda nem resíduos de fluxante, podendo dispensar-se processos de limpeza adicionais. Cumpre assim os requisitos e diretrizes ambientais atuais, como a RoHS e a WEEE.
DESVANTAGENS DA TÉCNICA DE PRENSAGEM
Apesar das suas inúmeras vantagens, a técnica de encaixe por pressão apresenta também algumas limitações em comparação com a técnica de soldadura. Impõe requisitos elevados à qualidade das placas de circuito impresso, nomeadamente no que diz respeito ao diâmetro dos orifícios e às tolerâncias, e requer ferramentas e equipamentos especiais, o que implica custos de investimento mais elevados.
Além disso, o processo de encaixe por pressão gera cargas mecânicas que, se aplicadas de forma inadequada, podem causar danos. A miniaturização também é, em parte, limitada em comparação com a técnica de soldadura.
Além disso, o processo de encaixe por pressão gera cargas mecânicas que, se aplicadas de forma inadequada, podem causar danos. A miniaturização também é, em parte, limitada em comparação com a técnica de soldadura.
CRITÉRIOS DE SELEÇÃO PARA A TÉCNICA DE PRENSAGEM
Uma ligação por pressão fiável assenta na interação ideal entre várias características de qualidade. São determinantes, em particular, a conceção da zona de pressão, a aplicação específica, as propriedades da placa de circuito impresso e o processo de fabrico.
Só quando estes fatores estão em sintonia é que a técnica de pressão pode atingir o seu pleno potencial e garantir uma ligação duradouramente estável, resistente a cargas mecânicas e eletricamente segura.
Só quando estes fatores estão em sintonia é que a técnica de pressão pode atingir o seu pleno potencial e garantir uma ligação duradouramente estável, resistente a cargas mecânicas e eletricamente segura.
I. Critérios de seleção da placa de circuito impresso
A tabela compara diferentes superfícies de placas de circuito impresso em termos de espessura da camada e adequação à técnica de inserção por pressão.
| Superfície | |||||
| Imersão em Sn | ENIG | Imersão Ag | OSP | HAL sem chumbo | |
| Espessura da camada | 0,8 a 0,2 µm | 5 µm Ni 0,1 µm Au | 0,1 - 0,2 µm | 0,1 - 0,5 µm | <5 - 50 µm |
| Adequação para a técnica de encaixe por pressão | muito boa | limitada* | com restrições* | boa | com restrições* |
O banho de imersão em estanho é o mais adequado; o OSP é considerado bom, enquanto o ENIG, o banho de imersão em prata e o HAL sem chumbo são adequados apenas em determinadas condições – dependendo da aplicação.
Além disso, são apresentadas zonas típicas de inserção, que consistem geralmente em estanho ou ligas de estanho sobre uma camada de níquel. No geral, a folha deixa claro que a escolha do revestimento tem uma influência decisiva na qualidade e fiabilidade da técnica de inserção e deve ser feita com cuidado, dependendo da aplicação.
Além disso, são apresentadas zonas típicas de inserção, que consistem geralmente em estanho ou ligas de estanho sobre uma camada de níquel. No geral, a folha deixa claro que a escolha do revestimento tem uma influência decisiva na qualidade e fiabilidade da técnica de inserção e deve ser feita com cuidado, dependendo da aplicação.
II. Critérios de seleção da zona de compressão
Na zona de prensagem, são possíveis os seguintes revestimentos: camadas de estanho mate, estanho-chumbo, prata-estanho ou estanho-prata, bem como camadas de índio, sempre sobre uma camada de níquel.
| Superfícies | ||
| 0,30 - 1,50 µm Sn mate | sobre | 1 - 3 µm Ni mate |
| 0,30 - 1,50 µm SnPb 92/8 - 97/3 mate | sobre | 1 - 3 µm Ni mate |
| 0,35 - 1,50 µm AgSn ou SnAg | sobre | 1 - 3 µm Ni mate |
| 0,30 - 1,50 µm In | sobre | 1 - 3 µm Ni mate |
A superfície adequada é fundamental para uma ligação por pressão fiável. Esta influencia as forças de pressão e deve deformar-se plasticamente sob carga, sem sofrer danos. Ao mesmo tempo, garante um contacto elétrico estável, protege contra a corrosão e reduz as resistências de contacto. Um revestimento adequado contribui ainda para evitar danos na placa de circuito impresso e para garantir um processo seguro e reproduzível.
CONSTRUÇÃO DO POÇO
Para obter uma ligação por pressão de alta qualidade, é necessário prestar especial atenção, durante o fabrico da placa de circuito impresso, ao diâmetro do furo inicial, ao diâmetro do furo final, à espessura da bucha de cobre e à superfície da placa de circuito impresso.
A estrutura correta do furo é decisiva, uma vez que influencia diretamente a estabilidade mecânica e a fiabilidade elétrica da ligação. Apenas com dimensões de furo e manga corretamente ajustadas é que se obtém o encaixe por pressão necessário, que garante uma fixação segura e um contacto constante. Desvios podem levar a forças de pressão excessivas, danos na passagem de fios ou a um contacto insuficiente. Além disso, uma configuração adequada dos orifícios contribui para compensar as tolerâncias de fabrico e garantir uma qualidade de processo consistente.
A seguinte configuração de orifícios representa um exemplo de execução.
A estrutura correta do furo é decisiva, uma vez que influencia diretamente a estabilidade mecânica e a fiabilidade elétrica da ligação. Apenas com dimensões de furo e manga corretamente ajustadas é que se obtém o encaixe por pressão necessário, que garante uma fixação segura e um contacto constante. Desvios podem levar a forças de pressão excessivas, danos na passagem de fios ou a um contacto insuficiente. Além disso, uma configuração adequada dos orifícios contribui para compensar as tolerâncias de fabrico e garantir uma qualidade de processo consistente.
A seguinte configuração de orifícios representa um exemplo de execução.
| Material LP | FR4 | |
| Diâmetro nominal do orifício | Ø 1,0 mm | |
| A | Espessura da placa de circuito impresso | mín. 1,44 mm |
| B | Furo final | Ø 1,0 +0,09 / -0,06 mm |
| C | Furo de base | 1,15 ±0,025 mm |
| D | Camada de Cu | mín. 25 µm |
| E | Superfície | Camada química de Sn, 0,5 – 1,5 µm |
| F | Anel de retenção | mín. 0,1 mm |
PROCESSAMENTO
Para uma ligação mecanicamente e eletricamente fiável a longo prazo, é fundamental um processo de inserção controlada. É absolutamente necessário utilizar uma ferramenta superior e um contra-suporte.
A ferramenta superior transmite a força da prensa ao contacto, enquanto o contra-suporte apoia a placa de circuito impresso e a protege contra tensões mecânicas. Dependendo do conector, são utilizadas ferramentas de placa plana ou em pente.
Se as ferramentas não estiverem perfeitamente coordenadas entre si, podem atuar forças indesejadas sobre a placa de circuito impresso e danificar os componentes já montados. A força de inserção deve ser totalmente absorvida pela ferramenta inferior.
As placas de circuito impresso com conectores inseridos não devem ser aquecidas a mais de 125 °C.
A ferramenta superior transmite a força da prensa ao contacto, enquanto o contra-suporte apoia a placa de circuito impresso e a protege contra tensões mecânicas. Dependendo do conector, são utilizadas ferramentas de placa plana ou em pente.
Se as ferramentas não estiverem perfeitamente coordenadas entre si, podem atuar forças indesejadas sobre a placa de circuito impresso e danificar os componentes já montados. A força de inserção deve ser totalmente absorvida pela ferramenta inferior.
As placas de circuito impresso com conectores inseridos não devem ser aquecidas a mais de 125 °C.
Conclusão
A técnica de encaixe por pressão constitui uma alternativa eficaz e com futuro em relação à técnica clássica de soldadura. Destaca-se pela elevada segurança do processo, excelente estabilidade mecânica e uma ligação elétrica duradouramente fiável – mesmo em condições de utilização exigentes.
Especialmente no contexto da crescente eletrificação, do aumento das densidades de potência e das exigências cada vez maiores em termos de robustez e vida útil, a técnica de encaixe por pressão oferece vantagens decisivas. No entanto, um pré-requisito para um desempenho ideal é a interação precisa entre a zona de pressão, a placa de circuito impresso e o processo de fabrico.
Um fator essencial para o sucesso é a escolha de uma zona de pressão com um design ideal. As zonas de pressão da ept GmbH – em particular a tecnologia Tcom press® – caracterizam-se por um comportamento de pressão muito bem controlável, baixa carga na placa de circuito impresso e elevada estabilidade da janela de processo. Isto minimiza os danos nas ligações de passagem e garante contactos elétricos estáveis a longo prazo. Além disso, a geometria da zona de pressão da ept permite um processamento fiável, mesmo com tolerâncias apertadas e estruturas de placas de circuito impresso complexas.
Como especialista experiente em tecnologia de ligação, a ept GmbH oferece soluções personalizadas em torno da tecnologia de pressão. Com tecnologias inovadoras como a zona de pressão Tcom press®, um vasto know-how em aplicações e elevada competência de fabrico, a ept apoia os seus clientes na concretização de soluções de ligação fiáveis e económicas para aplicações exigentes.
Especialmente no contexto da crescente eletrificação, do aumento das densidades de potência e das exigências cada vez maiores em termos de robustez e vida útil, a técnica de encaixe por pressão oferece vantagens decisivas. No entanto, um pré-requisito para um desempenho ideal é a interação precisa entre a zona de pressão, a placa de circuito impresso e o processo de fabrico.
Um fator essencial para o sucesso é a escolha de uma zona de pressão com um design ideal. As zonas de pressão da ept GmbH – em particular a tecnologia Tcom press® – caracterizam-se por um comportamento de pressão muito bem controlável, baixa carga na placa de circuito impresso e elevada estabilidade da janela de processo. Isto minimiza os danos nas ligações de passagem e garante contactos elétricos estáveis a longo prazo. Além disso, a geometria da zona de pressão da ept permite um processamento fiável, mesmo com tolerâncias apertadas e estruturas de placas de circuito impresso complexas.
Como especialista experiente em tecnologia de ligação, a ept GmbH oferece soluções personalizadas em torno da tecnologia de pressão. Com tecnologias inovadoras como a zona de pressão Tcom press®, um vasto know-how em aplicações e elevada competência de fabrico, a ept apoia os seus clientes na concretização de soluções de ligação fiáveis e económicas para aplicações exigentes.