IGBT接插件Pin-Holder（方針銅環(huán)底座）的國(guó)產(chǎn)替代研發(fā)之路

在英飛凌IGBT的easy系列或HP系列里，有一個(gè)信號(hào)端子的結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，可受限于專(zhuān)利、免焊接組裝等問(wèn)題，一直比較困擾國(guó)產(chǎn)有效化替代的步伐。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)、提升產(chǎn)能，中好蔚萊終于解決了這個(gè)問(wèn)題。

Holder是個(gè)比較簡(jiǎn)單，又非常重要的承載零件，如圖1所示。Holder需和直pin或者免焊接端子（Press-Fit Pin）組裝一體，作為IGBT模塊和PCB的信號(hào)連接端子。直pin后續(xù)和PCB用錫焊形式固定；免焊接端子則以壓接形式和PCB組裝。

本文將從以下兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題點(diǎn)討論這個(gè)產(chǎn)品：

1、Holder底部臺(tái)階

2、插針的配合

Holder底部臺(tái)階

蔚萊早在2018年就申請(qǐng)了不僅限于圖1中的三種結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：CN109300872A）。在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，蓮花凸臺(tái)無(wú)論是穩(wěn)固性和控制爬錫能力，扛溫度循壞測(cè)試能力都明顯優(yōu)于后兩種方案。

通過(guò)一系列測(cè)試，底部的臺(tái)階是非常必要的，并且臺(tái)階的形狀對(duì)應(yīng)用有著比較重要的影響。臺(tái)階的目的在于貼Holder和回流焊時(shí)，留存一定的焊料，幫助提升焊接效果；臺(tái)階的形狀又影響了Holder固定以及回流焊時(shí)爬錫的情況。

英飛凌從2009年開(kāi)始一直在用的設(shè)計(jì)以及專(zhuān)利保護(hù)內(nèi)容是兩個(gè)及以上的臺(tái)階，實(shí)際產(chǎn)品使用3個(gè)臺(tái)階面接觸，以增加穩(wěn)固能力。蔚萊的方案采用1個(gè)接觸面，用蓮花狀凸起到最外緣，最大化在貼片或回流焊過(guò)程中穩(wěn)定Holder位置。

插針的配合

由于錫焊工藝復(fù)雜，強(qiáng)度差，易短路等固有缺陷，免焊接端子無(wú)疑是最優(yōu)解。

但是相較于錫焊，免焊接端子的組裝就涉及到另一個(gè)插入力的問(wèn)題。在模塊和PCB組裝過(guò)程中，有兩個(gè)力是需要關(guān)注的。如圖3所以，一個(gè)是魚(yú)眼區(qū)域和PCB的插入力N1，一個(gè)是免焊接端子和Holder的插入力N2。并且后者（N2）的力要大于前者（N1），才能保證在和PCB組裝時(shí)端子不和Holder產(chǎn)生相對(duì)位移，導(dǎo)致端子和PCB組裝失效。

方針插入?yún)^(qū)域的插入力和插入Holder深度在完全進(jìn)入后呈正比關(guān)系，插入深度由于底部焊料問(wèn)題，不能插到底，這里設(shè)計(jì)1mm預(yù)留空間。免焊接端子和PCB孔的配合力的問(wèn)題。蔚萊有多年免焊接端子的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，給國(guó)內(nèi)不少知名企業(yè)供過(guò)的免焊接端子在生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)做IEC60352-5群組測(cè)試內(nèi)容的過(guò)程管控。

在各項(xiàng)數(shù)據(jù)的總結(jié)下，不破壞PCB孔（PTH），以及考慮魚(yú)眼區(qū)域和PCB的插拔力區(qū)間以及尺寸公差對(duì)插拔力的影響范圍，確定了上述提到的插入力N2比N1大30N左右，更有利于產(chǎn)品應(yīng)用。

現(xiàn)在新的工藝應(yīng)用也在逐漸推出，以超聲波焊接方案為例（蔚萊持有專(zhuān)利號(hào)CN216858584U，有小批量做），優(yōu)劣暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)支撐。

無(wú)論那種方案，國(guó)產(chǎn)替代過(guò)程絕對(duì)不是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)仿制，期間可能需要更多模擬仿真、打樣測(cè)試、批量驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)在扎實(shí)基礎(chǔ)上的彎道超車(chē)。希望更多的朋友能一起更深入的探討。

來(lái)源：中好電子（蔚萊）有限公司? 張遷