掀蓋式連接器的活動片設計注意事項(right angle connector)

掀蓋式連接器的活動片設計注意事項(right angle connector)之前工作熊有撰文大概介紹過掀蓋式連接器(flip lock connector 或 right angle connector),也探討過這種連接器的活動片(actuator)有容易斷裂的問題,而且絕大部分有問題的連接器都是在經過高溫的迴焊爐後,第一次掀開活動片的時候斷裂。

當時確認的原因是由於急速的高溫造成連接器的變形與脆化引起,其解決的方法是採用新一代的連接器設計,這種連接器在活動片上開了許多的小孔,並讓每個金屬接觸端子都可以勾住活動片,而不再只是利用活動片兩端的小凸點(bump)來將其卡緊於連接器的本體上(housing)。

當時工作熊其實還有發現有一款新的連接器,在軟板(FPC)還沒有插入到連接器的時候,其活動片(actuator)即使在流經高溫迴流焊之後,還是可以不費力氣的掀起來,可是當軟板插入後,其掀蓋力量就會大幅增加,這樣不但避免了過爐後第一次需要花很大力氣掀開活動片造成的斷裂問題,也可以達到夾緊軟板的要求。但是當時我只知道這款新的連接器可以確實的解決問題,並沒有去深究它。







最近由於要認可新的第二來源供應商(2nd source)的連接器,於是拿了好幾種不同廠商的掀蓋式連接器做了一些比較與更詳細的分析,比較之後發現工作熊之前只講對了一半,這種新式的掀蓋式連接器設計蘊含了許多人類的智慧,下面我們就來看看我的發現吧。

多孔形的活動片設計大大強化了活動片的機械結構強度

早期的活動片都是採用一整片的設計,這種設計在pin數少的時候,不會有太大的問題,但是如果是 30 pins 以上的連接器,就容易因為活動片的長度變長而容易發生翹曲變形,如果塑膠的材質選用又不慎,比如說有些容易吸濕塑膠,經過高溫的迴焊爐後就容易變脆,使用上就容易容易斷裂。

而採用多孔設計的活動片則可以有效的增強其機械結構的強度,減小變形的機會,不過模具上需要更精密的設計,也需要更精密的塑膠射出機台,否則容易有射不飽或射出太多毛邊(flash)的問題。

▼舊式的掀蓋式連接器,其活動片為整片的平面設計,如果連接器的 PIN 數越多,就越容易有變形的問題。
掀蓋式連接器,舊式的掀蓋式連接器,其活動片為整片的平面設計,如果連接器的 PIN 數越多,就越容易有變形的問題。

▼新式連接器的活動片,採用多孔設計,不但可以減少塑膠材料,也可以增加活動片的機構強度。
掀蓋式連接器,新式連接器的活動片,採用多孔設計,不但可以減少塑膠材料,也可以增加活動片的機構強度。

利用活動片的旋轉下緣與軟板的干涉量來鎖緊

這真的是人類的巧思,把原本的大家認為有問題的機構變成可以解決問題的設計,以前這種掀蓋式連接器的活動片旋轉下緣都會被設計成圓角(radius),來避免活動片干涉到軟板(FPC)造成旋轉不順的問題,可是一般來說,我們在組裝產品的時候通常只會把活動片掀開來,然後把FPC插入,再蓋下活動片,而且絕大部分只會作一次這樣的動作,所以如果只有在蓋下活動片的時候稍為需要用點力氣,使用者應該是不會太去計較才對,況且這裡所干涉到的軟板為Polyester材質的加強片(stiffener),可以承受一定力量的壓縮而不會損傷,也不至於造成什麼副作用(side effect)。

比較好的作法是在活動片旋轉下緣的地方作一個小一點的圓角,讓它既可以與軟板干涉到,又不會因為直角(right angle)所產生的銳角把軟板壓傷。

▼新式的連接器設計,利用其活動片的旋轉下緣與軟板的干涉量來夾緊軟板並防止活動片掀開。
新式的連接器設計,利用其活動片的旋轉下緣與軟板的干涉量來夾緊軟板並防止活動片掀開。 掀蓋式連接器,新式的連接器設計,利用其活動片的旋轉下緣與軟板的干涉量來夾緊軟板並防止活動片掀開。

活動片兩端的鎖緊凸點(bump)變得更小甚至取消

有些連接器廠商認為這種新的連接器設計已經有使用活動片旋轉下緣與軟板的干涉鎖緊活動片了,所以就把原本活動片兩端的小凸點縮小或整個取消。

說實在的縮小活動片兩端的鎖緊凸點的確是必要的,否則太大的凸點還是需要蠻大的力氣才能掀開活動片,也還是有機會破壞因為高溫而變得脆弱的連接器本體(housing)與活動片(actuator);但是也不建議將其整個取消,因為沒有了這兩個小凸點,活動片就可以自由的上下擺動,當SMT機器在取放連接器的時候,就很有機會因為取放速度太快而掀起活動片,導致連接器偏移SMT的吸嘴或整個掉下來,雖然放慢SMT的取放速度可以解決這個問題,但多少會影響到SMT的效率。

整個取消活動片兩端的鎖緊凸點還可能造成其他的問題,活動片會比較有機會在餵料的過程中自己掀開,造成SMT的吸嘴無法吸料,這通常發生在 SMT 餵料槍(feeder)振動太大,或是卷帶上的帶子(tape)帶有靜電吸起活動片。另外也可能在PCA(PCB Assembly)的拿取及運送過程中因為活動片的掀開而撞壞掉。

▼較早期的掀蓋式活動片兩端設計有凸點來卡住活動片於連接器本體(housing),但有時候過完迴流焊的高溫後,連接器會有所變形,造成活動片卡得太緊,需要花更多的力氣才能掀開活動片,有些連接器因為塑膠脆化或受不了過大的力量而破裂。
較早期的掀蓋式活動片兩端設計有凸點來卡住活動片於連接器本體(housing),但有時候過完迴流焊的高溫後,連接器會有所變形,造成活動片卡得太緊,需要花更多的力氣才能掀開活動片,有些連接器因為塑膠脆化或受不了過大的力量而破裂。

▼有些連接器在活動片上設計使用小三角形來卡住活動片於本體上。
有些連接器在活動片上設計使用小三角形來卡住活動片於本體上。


後記:

在顯微放大鏡下檢查過許多廠商送樣的連接器,發現一個現象,如果連接器本身有太多的毛邊時,通常這顆連接器本身的品質就比較不穩定,這不是絕對,但卻履見不鮮,大部分的連接器都極為纖細,如果射出工藝及模具沒有特別用心維護,就很容易出問題,也表示連接器的製造工場並不是非常重視其品質,相對的其品質就比較容易出問題,我個人也會特別小心地檢視、測試這類連接器。

▼這顆連接器在某些地方有許多的毛邊出現,雖然不會影響到功能,但我卻發現有幾顆連接器有活動片斷裂的問題,應該是擠壓活動片進入本體時所造成的損傷。
這顆連接器在某些地方有許多的毛邊出現,雖然不會影響到功能,但我卻發現有幾顆連接器有活動片斷裂的問題,應該是擠壓活動片進入本體時所造成的損傷。

▼這顆連接器有毛邊就長在接觸端點附近,安裝軟板時有機會造成接觸端子與軟板的接觸不良。
這顆連接器有毛邊就長在接觸端點附近,安裝軟板時有機會造成接觸端子與軟板的接觸不良。


延伸閱讀:
板對板連接器(B2B connector)掉落的改善措施
聯接器上SMT專用帽蓋(Connector cap)造成接觸不良
掀蓋式軟板聯接器(Flip lock connector & right angle connector)

訪客留言內容(Comments)

您真的是細心
FPC 台廠很多人做 禾X 恩X…Etc.
您看到哪些毛邊樣品 一般正常在T1時工程時確認零件就應該發現…或許又再搶快簡易模做出的Sample 吧^^

Marco;
總覺得有些廠商抱著得過且過的心態,他們似乎只會去巴結那些有採購權的人員,而甚少在乎工程品質穩不穩定,用過很多的台廠的 FPC connector,其品質都不是很穩定~這難道就是台灣廠商的實力~

hi 熊大~
我又來打擾嚕
目前廠內就是使用您內文所述
新式(夾緊且無凸點)的connector
不過竟然出現差拔脫落的問題…囧

這類connector有輔助腳和引腳
輔助腳負責牢固 引腳負責導通
不知是否有誤?
若將PCB上輔腳的Pad面積加大
會不會增加其牢固能力?有沒有焊錫回流或其他可能的問題產生?

此外,引腳偏移
根據IPC規範(鷗翼式引腳)
最嚴格的第三級都還允許引腳超出Pad 0.5mm或Pad 寬度25%
是否意味著引腳其實只有導通的功能 對於推力一點幫助也沒有
即使引腳打件歪斜
也不影響整體的推力

在此先叩謝熊大 賜教了!(這裡真的很像寶庫一樣 按個讚)

小熊仔;
原則上這種掀蓋式的連接器在設計上並不會受什麼太大的外力,所以一般也很少考慮零件掉落的問題。
關於你提到IPC規範最嚴格的第三級都還允許引腳超出Pad 0.5mm或Pad 寬度25%,我沒有細查,但如果一切應該以不影響功能為準,不一定要侷限於IPC的規定。
就如同我之前回覆的,一般SMT連接器掉落問題不是焊錫力不足,就是外力太大造成,依你的問題假設應為焊錫力不足,當然要考慮加大pad(焊墊),另外也要注意焊腳的四周最好都能吃到焊錫,才能確保焊錫良好,也就是說你的焊墊的長寬都應該要大於焊腳的底面積。
原則上這類連接器要牢固於PCB需要接地片(應該就是你說的輔助腳)及焊腳(應該就是你所說得引腳)街焊接良好於PCB,以機構力學來看,位於側邊的接地腳會最先承受來自側面的外力,所以如果接地片焊接得好,當然就可以承受住叫大的外力,但焊腳如果也焊得好就可以加強整體連接器承受外力的能力。
關於好壞接地片的設計可以參考這篇文章:連接器的接地片設計注意事項(connector grounding tab structure)

拜讀版主的文章,真的是人生一大快事…又能增長智慧…再次感謝


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