工程師應(yīng)該了解哪些符合線束到PCB接口的重要標(biāo)準(zhǔn)？

將電纜組件連接到 PCB 時(shí)，您需要的不僅僅是物理連接。這些接口必須滿足特定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，才能在不同應(yīng)用程序中提供最低的性能。在適用于消費(fèi)電子產(chǎn)品和航空航天系統(tǒng)時(shí)，了解您的項(xiàng)目的正確標(biāo)準(zhǔn)是必要的。

本常見問題解答討論了線束到 PCB 接口的最常見標(biāo)準(zhǔn)。

問：什么是 IPC/WHMA-A-620 標(biāo)準(zhǔn)，其類別如何影響連接？
答：IPC/WHMA-A-620 標(biāo)準(zhǔn)是制造電子產(chǎn)品電纜和線束組件的主要規(guī)則手冊(cè)。它向制造商準(zhǔn)確展示了什么是好的組件，什么不是。這些規(guī)則可幫助公司建立功能正常且持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的電線連接，具體取決于其預(yù)期用途。

問：什么是 IPC/WHMA-A-620 標(biāo)準(zhǔn)，它提出了哪些要求？
答：IPC/WHMA-A-620 標(biāo)準(zhǔn)稱為“電纜和線束組件的要求和驗(yàn)收”，提供了一套完整的規(guī)則，涵蓋許多重要步驟：

• 電線準(zhǔn)備和壓接 — 剝線末端和創(chuàng)建適當(dāng)壓接端接的特定要求。

• 焊接互連 — 線束組件內(nèi)焊點(diǎn)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

• 連接器化 — 對(duì)連接器外殼內(nèi)的觸點(diǎn)及其端接到電線的要求。

• 測(cè)試方法 — 標(biāo)準(zhǔn)化的檢查程序，包括目視檢查和電氣測(cè)試。

問： 不同產(chǎn)品類別的端子引線/導(dǎo)線放置要求有何不同？
答：不同類別的端子引線/導(dǎo)線放置規(guī)格差異很大，如圖 1 所示。下表對(duì)不同端子類型中可接受的缺陷測(cè)量值進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

圖 1.根據(jù) IPC/WHMA-A-620 對(duì)端子引線/電線放置進(jìn)行分類。（圖片：SolderingGeek – YouTube)

對(duì)于轉(zhuǎn)塔和直針端子，1 類允許小于 90° 的缺陷，而 2 類則區(qū)分小于 90° 的缺陷和 90° 至 180° 之間的缺陷（需要過程指示器）。3 級(jí)保持最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，只允許小于 180° 的缺陷。

分叉端子在所有類別中均采用單一規(guī)格 - 缺陷必須小于 90°。鉤形端子遵循與三個(gè)類別的炮塔和直針端子相同的模式。

對(duì)于穿孔或穿孔的端子，1 類要求電線與端子表面接觸，而 2 類和 3 類都要求缺陷必須小于 90°。

這些不同級(jí)別的規(guī)則允許制造商為其產(chǎn)品的使用方式選擇正確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。這有助于他們?cè)谥圃靸r(jià)格合理的產(chǎn)品與仍然足夠可靠以達(dá)到預(yù)期用途之間取得平衡。

問：J-STD-001 對(duì)將線束焊接到 PCB 有什么要求？
答：IPC J-STD-001 標(biāo)準(zhǔn)是電子制造中焊接工藝的另一個(gè)參考。當(dāng)將線束連接到 PCB 組件時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)變得特別相關(guān)，因?yàn)樗刂浦附?a class="contentlabel" href="http://www.2s4d.com/news/listbylabel/label/接口">接口的質(zhì)量。讓我們來看看該標(biāo)準(zhǔn)如何適用于您的制造過程以及您需要滿足哪些具體要求。

J-STD-001 對(duì)直接影響線對(duì) PCB 接口可靠性的焊接連接提出了具體要求。對(duì)于電線連接中常見的通孔焊接，該標(biāo)準(zhǔn)要求電鍍通孔 （PTH） 填充焊料。它還需要適當(dāng)潤(rùn)濕桶和引線。

如圖 2 所示，3 類應(yīng)用需要：

• 最低 75% PTH 填充

• 組件側(cè) 270° 圓周潤(rùn)濕

• 焊接側(cè) 330° 圓周潤(rùn)濕

圖 2.3 類焊點(diǎn)參數(shù)的橫截面分析，顯示 PTH 填充要求 （75%） 和元件側(cè) （270°） 和焊接側(cè) （330°） 的定向潤(rùn)濕角。（圖片：Sierra Circuits）)

這些測(cè)量不是任意的，因?yàn)樗鼈兣c連接可靠性直接相關(guān)。圖右側(cè)所示的圓形潤(rùn)濕模式顯示了焊料必須如何圍繞料筒連續(xù)流動(dòng)。在檢查您的連接時(shí)，您可以使用此視覺參考來快速評(píng)估您的焊接工藝是否符合 3 類標(biāo)準(zhǔn)。

問： J-STD-001 下的產(chǎn)品類別如何影響線束連接的焊接要求？
答：J-STD-001 標(biāo)準(zhǔn)定義了三個(gè)產(chǎn)品類別，對(duì)應(yīng)于不同的可靠性要求：

• 1 類 — 需要基本功能和不太嚴(yán)格要求的消費(fèi)電子產(chǎn)品。

• 2 類 — 需要擴(kuò)展性能和中等標(biāo)準(zhǔn)要求的服務(wù)電子產(chǎn)品。

• 3 類 — 需要持續(xù)性能和最嚴(yán)格要求的高性能電子設(shè)備。

對(duì)于 3 類應(yīng)用中的線對(duì) PCB 連接，例如軍事或醫(yī)療設(shè)備，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊點(diǎn)質(zhì)量提出了更嚴(yán)格的指導(dǎo)方針。這包括對(duì)導(dǎo)線準(zhǔn)備、端子安裝和焊料圓角形成的更精確要求。

第 3 類還需要更徹底的檢查程序。雖然目視檢查在許多方面都有效，但對(duì)于部分隱藏的連接，可能需要 X 射線檢查，這在緊湊的線對(duì) PCB 接口中很常見。

在設(shè)計(jì)過程的早期確定您的產(chǎn)品類別。此選擇將指導(dǎo)您在制造過程中的材料選擇、過程控制和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

問：AS9100 和 IATF 16949 標(biāo)準(zhǔn)何時(shí)適用于線束連接？
答：AS9100 和 IATF 16949 是建立在基本 IPC 要求基礎(chǔ)上的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。AS9100 適用于航空、航天和國(guó)防產(chǎn)品，而 IATF 16949 側(cè)重于汽車制造。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都增加了技術(shù)規(guī)范之外的行業(yè)特定要求。

對(duì)于線束到 PCB 的連接，AS9100 強(qiáng)調(diào)通過受控的制造流程實(shí)現(xiàn)可靠性。您必須為電線準(zhǔn)備、端子連接和 PCB 焊接建立書面程序。該標(biāo)準(zhǔn)要求適當(dāng)?shù)难b配驗(yàn)證程序、完整的零件可追溯性、當(dāng)前的裝配說明和連接測(cè)試協(xié)議。

該標(biāo)準(zhǔn)解決了常見的故障模式，例如導(dǎo)線長(zhǎng)度不足、對(duì)連接點(diǎn)造成應(yīng)力以及 FFC 和 FPC 連接器中的力分布不當(dāng)。圖 3 說明了這些故障模式，以幫助您在設(shè)計(jì)和裝配過程中識(shí)別和防止連接問題。

圖 3.線對(duì)板和 FFC/FPC 連接標(biāo)準(zhǔn)：正確與不當(dāng)?shù)囊€長(zhǎng)度和力分配配置。（圖片：JST)

IATF 16949 擴(kuò)展了 ISO 9001 的要求，特別是針對(duì)汽車制造。車輛中的線束到 PCB 接口必須能夠承受惡劣的環(huán)境條件，同時(shí)保持配電和信號(hào)傳輸?shù)碾姎馔暾?。該?biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)通過產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃來預(yù)防故障，這有助于在設(shè)計(jì)階段識(shí)別潛在的連接問題。

汽車應(yīng)用需要對(duì)溫度、振動(dòng)和濕度條件進(jìn)行耐環(huán)境性測(cè)試。您還需要長(zhǎng)期的可靠性驗(yàn)證、完整的組件可追溯性和過程控制驗(yàn)證。對(duì)于電動(dòng)汽車和自動(dòng)駕駛汽車，這些連接同時(shí)滿足高功率和信號(hào)傳輸要求，因此合規(guī)性對(duì)于車輛安全和性能至關(guān)重要。

結(jié)論

選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)取決于您的應(yīng)用程序要求和可靠性期望。消費(fèi)電子產(chǎn)品將 IPC/WHMA-A-620 1 類用于一般應(yīng)用。工業(yè)設(shè)備受益于 2 類標(biāo)準(zhǔn)，性能更高。醫(yī)療和軍事應(yīng)用需要 3 類才能實(shí)現(xiàn)高可靠性，因?yàn)檫B接故障會(huì)帶來重大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

航空航天應(yīng)用需要符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 AS9100 標(biāo)準(zhǔn)。汽車應(yīng)用需要 IATF 16949 滿足環(huán)境和安全要求。在選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)考慮成本影響，因?yàn)楦叩姆诸惣?jí)別需要更嚴(yán)格的測(cè)試和記錄。平衡這些要求與您的可靠性需求，以選擇最合適的標(biāo)準(zhǔn)。