来自 hg平台 2018-08-13 18:19 的文章

无铅化过渡给连接器产业带来影响

电子产业的每个领域——从消费电子、医疗设备、汽车电子到通信应用,先进的互连解决方案都是必不可少的组成部分和首要性能制约因素之一。随着欧盟制定的WEEE和RoHS指令生效日期日益临近,连接器产业也不言而喻地受到很大冲击,整个产业界正在为被禁材料寻找可靠的替代品,同时要保证产品的性能不受影响,这些都给互连制造商带来极大挑战。另一方面,从应用的角度,客户对互连供应商定制能力的要求也给后者形成很大压力。在目前竞争越来越激烈的市场,能够满足所有定制互连需求的供应商比以往任何时候都受欢迎。本文将就以上这两个角度分析当前互连产业面临的问题和相应的解决之道。欧盟的WEEE和RoHS指令推动各国纷纷制订禁止在电子设备中使用铅、镉、水银、六价铬、多溴苯酚(PBB)以及多溴二苯醚(PBDE)的法规,这两项指令将从明年7月1日起在欧洲生效。把铅从互连器件中“清除”出去是一项非常艰巨的工作,因为如果使用无铅合金的焊料将需要更高的熔化温度(新型无铅合金焊料需要的熔化温度高达217°C至219°C,比业内标准的锡铅工艺大约高出35°C),这将带来许多技术上的挑战。此外,采用新型无铅合金所带来的一项重大变化是湿润力(wetting force)低于较锡铅合金。熔化的焊料和焊接表面的湿润特性决定着焊料覆盖焊盘和引线的情况,并决定着焊点的形状。无铅焊料的湿润力不如锡铅焊料强,这将给制造商带来更多制程上的问题,因为锡铅工艺的要求比无铅工艺要宽松。

无铅化对于连接器产业的影响

铅最常用于端子的电镀或者是多数无源电子元器件的连接端之中,此外有些器件也在其内部构成中使用铅。在过去的两三年中,许多主要的元件制造商一直在研究无铅电镀和焊接工艺。它们把部分或分部产品线都改造成了纯锡终端电镀,和向无铅焊接过渡,最常见的是锡/银/铜组合。连接器中对成本影响最大的是绝热材料。如果需要较高的温度,连接器产业将被迫改变许多连接器中所用的树脂材料。

在多数情况下,连接器中绝热保护所使用的树脂或模塑料是FR66和PBT等耐热较低的树脂。如果改用LCP等高温树脂,则可能需要采用新的成型铸模。树脂被注入硬模时的表现,受到直流道、横流道和浇口的模具内部的设计影响。业内人士暗示,新型成型铸模将必须面对这些情况,而为了应对这些情况,连接器产业可能面临总计达1,000万美元以上的投资,最高甚至可能高达5亿美元。

不过对于那些非常微小的连接器,其管脚间距为0.4毫米,使用的绝热材料不超过1克。在这些情况下,它对成本的影响极小。但在另一方面,众多连接器使用的绝热器重量为10~30克,此时对成本的影响就会非常明显。最近接受采访的制造商指出,采用无铅工艺所要求的新型合金对触点进行电镀不会带来附加成本,但是却需要对现有的卷带式
电镀线进行改造或者购买新式的卷带式电镀线,这大约需要额外支出100到200万美元。

与之相关的成本问题

一些连接器制造商表示,高端连接器或高可靠性连接器已经在使用能够把耐受温度提高35°C的树脂塑造绝热器。对于仅购买这类高端连接器的厂商来说,价格可能不会提高。另一方面,消费电子所采用的通用类产品线通常不含有能耐更高温度的绝热树脂。在必须采用更高耐温树脂的情况下,连接器成本将会上涨10~15%。

从绝热材料方面来看,高带宽/高速连接器一般不会受到向无铅工艺转变的影响,因为它们已经在使用LCP等耐高温材料。PGA和BGA等高端IC Socket正在使用LCP树脂,因此这些互连产品也相对不受这种转变的影响。需要注意的是,所有的BGA Socket制造商必须把焊球上的材料变成无铅材料。

连接器被安装在电路板上的时候,不管是通孔还是表面贴装,连接器都将面对电路板加工过程中的高温环境。有些连接器制造商采用的一种解决方案是,在电路板完成加工后再把连接器安装到电路板上。如果连接器后来才放置到电路板上,就可以采用波峰焊工艺。有这种情况下,可以利用PBT作为绝热器树脂。

如上所述,RoHS指令不仅禁止使用铅,而且禁止使用镉、水银、六价铬、多溴苯酚(PBB) 以及多溴二苯醚(PBDE)。为了避免在模塑料中混入上述材料,需要产业内部作一些调整。例如,半导体制造商正在改变封装材料。业内有些人认为,只是简单地提供无铅版封装是不够的。目前,半导体制造商已经改变了焊球、基板和引线框所用的材料。连接器产业在多大程度上跟进,仍然有待确定。

此外还有一个可靠性方面的问题,也是在无铅封装中最为常见的产物——锡须。锡须是在锡电镀层中因应力而自然生长出来的须状物,它们的直径可能只有几个纳米,长度可能达到几个毫米,而且长度可能变得足以触及另一根引线,从而导致短路。业内制造商正在采用多种方法抑制锡须的产生。OEM也在研究这个问题,有些OEM已宣布了解决方案。

除了技术方面的挑战以外,无铅连接器的料号也给连接器产业构成潜在问题。正在转产符合RoHS指令要求的产品的电子元件制造商中,有42%没有计划改变它们原有的料号,而是将在原有存货用完以前依赖人工可读的日期码数据和其它标签来区分原有产品与新的无铅产品。这将造成库存可见度问题。你可以想象一下,两种不同的元件具有同样的元件号码,会是什么情形。不过总而言之,电子产业对于向无铅工艺方向的转化变得更加适应,目前的焦点与可靠性问题有关,产业正在努力加以解决。

定制互连逐渐进入视线

进入定制互连世界可能令人感到害怕。但如果你的应用提出了与数据率、电缆设计、高柔韧性组件和包覆成型有关的需求,你可能别无选择。为了找到合适的互连解决方案,你将需要寻找合适的供应商。换句话说,就是找一个能以具有成本效益的方式满足你的全部需求的供应商。而这时有四个关键的能力需要加以考虑:定制设计和制造,定制装配,合同制造和定制包覆成型。在目前竞争越来越激烈的市场,选择能够满足你的所有定制互连需求的合适的互连供应商,比以往都要重要。

随着电子封装变得越来越轻和更加便于携带,业界出现了对于高柔韧性电缆、弹弓线和定制包覆的独特需求。导体材料的选择、导线束数目、主要护套化合物、屏蔽和整体护套,每项都是影响产品性能的关键因素。这些材料必须全部作为一个完整系统进行工作。不仅材料的选择,而且制造过程所使用的参数也会影响结果。电缆必须接入一个连接器系统,随后施加作用力,通过利用特殊材料形成适当的包覆成型,以改善性能。实现这此目标通常需要找一家垂直整合型的互连供应商,它具有电缆、电缆装配和包覆成型方面的经验。

目前技术驱动型公司需要电缆系统(电缆、包覆成型和装配经验的综合),而不仅是电缆组件,以获得所期望的结果。选择具有能够满足你的需求的核心能力的供应商,是成功的关键要素。OEM有时把业务交给报价最低的厂商,但后来发现便宜没好货。

高性能包覆成型设计是电缆与连接器系统之间的配合。设计考虑包括应用移动性、工作温度、机械性能和与护套材料的化合物兼容性,这些方面均是总体系统取得成功的关键。被屏蔽组件要求特殊考虑,以保证屏蔽/护套在整个成型期间保持接近。包覆成型也能通过采用界面防水密封环为接合在一起的线对提供环境防护。这个密封环阻止湿气进入连接器系统,潮湿可以影响信号质量和加剧腐蚀。通过开发能够在设定拉力下解脱的系统,包覆成型系统还能对电缆和设备提供保护。比如如果电缆受力过大,就会解开连接。

批量非常小的高性能应用一般在美国制造;但是,中、高批量的市场要求厂商能够利用成本较低的劳动力,一般是在亚洲或墨西哥生产。具有这些能力的厂商能够在整个产品寿命周期内提供支持,从设计一直到全面投产,以具有连续性的技术提供具有成本效益的产品。在选择互连解决方案供应商时,合同制造是另一个需要考虑的因素。支持合同制造的能力,可以在成本和供应链管理方面提供额外的好处