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PCB工藝 細說(shuō)Micro-USB結構與焊接強度不足脫落的迷思

2020-05-19 12:01:49 2228

Micro-USB 1Micro-USB 2

相信很多朋友多少都碰到過(guò)Micro-USB連接器有強度不足的問(wèn)題,輕則接觸不穩,重者整個(gè)USB連接器掉下來(lái)的都有。


姑且不論Micro-USB有容易掉落或是容易發(fā)生充電短路等問(wèn)題,你有沒(méi)有想過(guò)為何Micro-USB連接器可以做到這么細小,還可以達到大多數使用的目的?而且現在幾乎大部分的手機充電及數據傳輸接口都是靠Micro-USB來(lái)完成的,Apple產(chǎn)品例外,但是Apple的連接器不好焊,現在有個(gè)新的USB Type-C也不知道能否解決這個(gè)問(wèn)題?


總之,從機構面來(lái)看,整個(gè)Micro-USB連接器的主要結構分大致成下列兩大部份:

黑色塑料:這個(gè)黑色的塑料片應該算是Micro-USB連接器的核心,因為所有的訊號接觸點(diǎn),包含與USB扁平電纜接觸用的舌片以及連接到電路板的訊號引腳都在這塊黑色的塑料上。

舌片

金屬外殼:金屬外殼的目的在保護黑色塑料,而且其外殼會(huì )連接到電路板的接地線(xiàn)路,可以有效的導引并排除靜電(ESD)對產(chǎn)品所造成的影響。使用金屬外殼的另一個(gè)目的是可以將USB扁平電纜緊緊地固定在連接器上而不松脫。

Micro-USB 架構

所以如果沒(méi)有其他的特殊設計,當USB扁平電纜插入Micro-USB連接器時(shí),會(huì )直接由這片黑色的塑料來(lái)承受扁平電纜的插入力,這時(shí)候黑色塑料會(huì )直接往后退,支撐黑色塑料的力量則來(lái)自其后面已經(jīng)焊接在電路板上的五根超細的引腳,相信只要用戶(hù)多插個(gè)幾次這些引腳的焊點(diǎn)就會(huì )給它受不了撞擊而土崩瓦解。


光靠這些細引腳焊接當支撐當然不夠力,最常見(jiàn)到的就是引腳整個(gè)從焊墊被推開(kāi),或是引腳直接斷裂,于是聰明的連接器業(yè)者就想到可以利用金屬外鐵殼來(lái)?yè)踉诤谏芰系暮竺?,以提升其承受扁平電纜插入的撞擊力。


不過(guò)這么一來(lái),整個(gè)USB扁平電纜的插入力就間接的傳遞到了金屬鐵殼,所以金屬殼焊接在電路板的力道也得加強才行。請記住,在不考慮更換錫膏及電路板的表面處理情況下,要增強零件焊接強度的要點(diǎn)有二:

增加焊錫的接觸面積。


不是體積喔!所以加了一大團的焊錫,跟剛好把焊錫填滿(mǎn)焊接引腳的強度幾乎是一樣的。如果仔細看,應該可以看到Micro-USB連接器供貨商大多在金屬殼的焊接腳上做文章,有的在焊接腳上面打孔,有的則是增加皺折,其目的就是要增加焊錫的接觸面積,以提升金屬殼的焊接強度。利用結構設計,將受力傳導給其他的機構來(lái)承受。


最常見(jiàn)到的就是就是將Micro-USB金屬殼的引腳做成直立的穿孔設計,這樣就可以將受力再傳給PCB的孔壁來(lái)承受。


從下圖的這個(gè)連接器,可以大致看出整個(gè)Micro-USB金屬鐵殼的結構,當然各家連接器廠(chǎng)商的巧妙各有不同。仔細觀(guān)察可以發(fā)現背面五根訊號引腳的后面用了一大片的鐵框來(lái)支撐包覆里頭的黑色塑料,而且還使用了通孔焊接于電路板以加強其強度,金屬鐵框的頂部后方還特別設計了兩個(gè)彎折來(lái)夾持住黑色塑料,而且塑料也配合設計了避讓的凹槽,怕不夠力,還在兩個(gè)彎折的夾臂中間打了一個(gè)凹點(diǎn)做緊配合以限制黑色塑料在金屬框內不會(huì )移動(dòng)??上н@樣的設計還是背無(wú)敵浩克給插壞了。

Micro-USB連接器

對于無(wú)通孔設計的Micro-USB連接器,有些廠(chǎng)商會(huì )在其焊接腳上多設計個(gè)圓形或半圓形的外型以增加焊錫焊接的面積。

Micro-USB連接器 1

至此,大部分的Micro-USB連接器的耐插拔及耐摔落的能力算是有了一大提升,而且也足勘一般使用。只是,這Micro-USB連接器畢竟會(huì )落在各式各樣人的手上,有人會(huì )小心使用,有人則是隨便用,就算插錯了方向也還要給它硬插進(jìn)去,于焉類(lèi)似下方Micro-USB連接器接觸不良或掉落的問(wèn)題也就時(shí)有所聞。有沒(méi)有看到下圖中PCB的大片焊墊也都被整片剝落。

Micro-USB連接器 2

其實(shí)以上都是公司的產(chǎn)品使用Micro-USB后的經(jīng)驗與遭遇,不過(guò)事在人為,幾經(jīng)折騰與網(wǎng)友們的幫忙,最后還是找到了解決的方法,RD也愿意配合做了設計變更,所以后來(lái)這個(gè)Micro-USB連接器掉落或是松脫的問(wèn)題也就不再困擾。

Micro-USB連接器 3

解決的方法就是在Micro-USB連接器的外邊在套個(gè)鐵框,然后改用有止擋設計的Micro-USB連接器,這個(gè)止擋是個(gè)非常聰明的設計,直接使用原來(lái)的鐵框擋在黑色塑料前,這樣就可以擋住扁平電纜插頭直接撞擊黑色塑料的力道,最大的優(yōu)點(diǎn)是可以延長(cháng)訊號引腳的壽命。

標簽: pcba

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