Micro-USB連接器掉落及焊錫破裂原因探討

Micro-USB連接器掉落及焊錫破裂原因探討

公司第一次引進Micro-USB連接器當作資料傳輸與電源供應之用,可是用著用著就發現有資料傳輸不穩定的問題出現,更有客戶反應產品使用一段時間後就無法再經由USB來充電等問題,經過緊急分析不良品後發現原來Micro-USB的五個焊腳幾乎都有錫裂的情形發生,可是USB連接器的鐵框卻都還焊接在電路板上好好的,經過進一步的測試分析後,發現USB連接器上的接觸舌片已經晃動得非常厲害。

老實說,我們公司對這種Micro-USB連接器根本就沒有任何設計經驗,所以剛開始的時候,一切都是按照公板的規格要求來設計,並沒有作太多的防護設計,我們只能確定目前的焊錫應該沒有問題,因為每隻焊腳的吃錫弧度都有出來,所以問題可能出在連接器本身或是產品的設計不耐插拔所致。







其實,我們的DQ有作過10K次的插拔試驗,可是都沒有發現到這樣的問題,不過那是使用機器來做的插拔試驗,看樣子機器似乎無法模擬出使用者實際的插拔情況,所以後來索性就自己下海親自操刀作起了插拔測試,結果發現每台機器的壽命幾乎都只能承受大約1,000~1,400左右的插拔次數而已,工作熊當然有特別給它用比較糟糕(worse)的手勢來做插拔啦!說真的,做到最後手不但酸還會痛,而且有幾台機器到最後甚至整顆連接器都被我給弄到掉下來,手真的有夠賤,像最上面圖片的連接器整個掉落就是工作熊的傑作。

▼從這張圖片可以看得出來金屬鐵殼的焊腳其實都還焊在電路板上好好的,倒是那五根訊號線的焊腳已經都有焊錫破裂的情形。
Micro USB connector solder crack, 從這張圖片可以看得出來金屬鐵殼的焊腳其實都還焊在電路板上好好的,倒是那五根訊號線的焊腳全都有焊錫破裂的情形。

▼這是同一個零件的焊腳局部放大圖,從這張圖可以清楚的看到焊錫沿著焊腳的邊緣完全破裂開來。
Micro USB solder connector fail. 這是同一個零件的焊腳局部放大圖,從這張圖可以清楚的看到焊錫沿著焊腳的邊緣完全破裂開來。

▼這只是一張示意圖,說明USB連接器的接觸舌片位置,我們發現所有焊腳脫落的USB的舌片都出現可以上下劇烈擺動的現象。正常的USB只會感覺到少許的晃動。據USB廠商回報,舌片在設計上就容許些微的晃動來配合USB排線插入時的完全接觸。
Micro USB connector solder crack. 這只是一張示意圖,說明USB連接器的接觸舌片位置,我們發現所有焊腳脫落的USB的舌片都出現可以上下劇烈擺動的現象。正常的USB只會感覺到少許的晃動。據USB廠商回報,舌片在設計上就容許些微的晃動來配合USB排線插入時的完全接觸。

一開始當然先找連接器廠商來幫忙處理這個問題,也順便看能不能從人家的身上多學點東西,不過有經驗的朋友應該都知道,這家M開頭的連接器廠商特別難搞。就如同預期的,這家廠商一概不承認自己的connector有任何設計或生產的品質問題,還質疑我們寄給他們分析的connector有不當使用後所造成的壓傷痕跡,這個痕跡出現在連接器內部接觸舌片(Insert Mold)的底部,M廠商一再強調,他們在使用USB插拔的時候絕對不會在這塊舌片底部的塑膠上留下如此明顯的碰撞痕跡。

Micro USB connector solder crack. 蛇片壓傷處

所以想問問大家的意見,當Micro-USB排線插入connector的時候是不是真的不會撞擊到這個舌片的塑膠底部呢?因為connector廠商一直強調不會有這個痕跡,但工作熊拿了好幾條不同廠商的USB排線,作完實驗後全都會有類似的撞擊痕跡啊!

目前這個問題還是進行式,我們正在考慮變更設計來額外加強 micro-USB connector 強度,後續有進一步的進展再來報告吧!不過如果大家有關於 Micro USB connector 設計上的建議,真的非常歡迎Email給我。

(2013/03/29)後記:現在這個Micro-USB連接器問題已經解決了,解決方法可以參考下列的相關文章:

Micro USB connector 舌片塑膠底部的撞擊痕跡,經過1,000次手動插拔測試後的結果。 Micro USB connector solder crack. Micro USB connector 舌片塑膠底部的撞擊痕跡,經過1,000次手動插拔測試。
Micro USB connector 舌片塑膠底部的撞擊痕跡,僅經過產線的正常插拔測試。 Micro USB connector solder crack. Micro USB connector 舌片塑膠底部的撞擊痕跡,僅經過產線的正常插拔測試。

延伸閱讀:
電路板油污客訴調查結果
零件掉落與鍍金厚度的關係
案例:Micro-USB微短路造成產品當機
掀蓋式連接器的活動片設計注意事項(right angle connector)




訪客留言內容(Comments)

看起來這家金屬殼的接地腳到插座端的距離怎比到5 PIN的距離還長?
這樣感覺容易因支撐力不足導致5 PIN腳錫裂(槓桿原理)

Allen;
我看了幾家的 micro USB connector 的焊腳好像都是在 body 的後面,要想避免因為槓桿原理造成的剝落,應該要加強連接器的固定力道才是。我是這麼想的,還是有焊腳在中間的可以介紹給我?

把責任推給使用者是絕大部分的原材料廠商一貫的做法,除非是抓到確切的證據,不然他們是不會承認的,我曾經被BGA內層delam搞的我快死掉,最後送去專門的實驗室做decap,就抓到確切的證據來證明是廠商的問題,
也有遇到明明是廠商的問題,叫來之後就開始睜眼說瞎話,來想辦法推責任,
========以上是題外話========
一般的micro USB的設計,公頭的長度會比母頭深度還長,說不會頂到是不太可能的事情,所以廠商又在睜眼說瞎話了,除非廠商有"專用"的公頭,不然碰不定是不可能的,而且廠商的測試不可能測100~300次,頂多是1~5次,所以廠商的測試就算有造成壓痕,痕跡也是非常淺的,如同產品在產線的測試過程中,最多插拔1~5次左右而已
從第四張照片來看,不知道該產品的外觀長怎樣,若是可以用機構外殼的厚度來彌補公頭長度,就是用外殼當一個緩衝,且可以導正公頭插入的角度,這樣也是一個方法
若是直接把micro usb露出一小截在機構外面或是緩衝的距離不夠的話,那造成上述不良的情況機率也是滿高的,因為終端使用者會用什麼樣的角度及力度去插拔是無法預測的!!

ewew;
謝謝你提供的建議。

aulon;
碰上一位能人了,可以請問一下現在的micro USB的連接器有生產DIP的型號嗎?因為pitch太小緣故好像都沒有廠商可以作,可是我還是想問一下。
另外,不知道一般的設計公司都是如何設計以增加micro USB連接器的壽命ㄚ?

電子廠的經驗15年,目前到了連接器廠工作也四年了。
發現兩邊的交集其實並不多,連接器廠很重視壽命測試,但是卻跟我們電子廠想的不一樣。壽命測試的機台只是很單一方向插拔,所以無法跟您說的一樣像使用者的模式做壽命測試。
大概看了一下您提供的照片,我認為是他的設計不良。
@plug一定會頂到塑膠。
@塑膠的應力應該被外殼分散,不會到焊點上去。

micro USB 目前的價格太低了,大部分都是外調品(陸資)。五金模具與塑膠模具都不知道已經生產多少套去了,材質能省的也都省到一個不行(偷)

以上個人淺見

MicroUSB該有設計防暴插功能(即在鐵殼上有止檔),讓受力由金屬外殼承受(分力);我將圖片發送到您郵箱供你參考!!

收到了,超感恩的!很棒的觀念。

Micro USB 沒有人用dip
就是為了要讓他Micro,當然沒有人做dip呀!
而且現在的價格才NTD1上下

在設計階段的時候材料的選用決定了壽命
五金彈片,塑膠的可承受應力設計

再來是每個設計者在各部零件加入自己的經驗
這是無法言語說明的

工作熊:
可以分享Grag,MicroUSB該有設計防暴插功能(即在鐵殼上有止檔),讓受力由金屬外殼承受(分力)的圖片嗎?我們公司也遇到一樣的狀況
謝謝!!

Weishen;
經Grag首肯,已經將郵件轉發給您了。

to 工作熊&Grag大哥
我也想要圖片:
MicroUSB防暴插設計(即在鐵殼上有止檔),讓受力由金屬外殼承受(分力)
謝謝

最近遇到Micro USB在SMT後有垂頭現象,造成Z軸的gap偏大0.15~0.2,不知身經百戰的熊大有遇過這問題可以分享嗎?

維尼熊;
會有垂頭的現象,表示你的micro-USB距離板邊太近了,因為重心的關係所造成,如果是這樣的話就要考慮使用治具或是板邊來撐住micro-USB的外側。


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