1. 压接工艺简介

　　压接是将弹性或实心的插针引脚压入PCB金属化孔从而形成机械连接和电气互联的一种连接工艺(如下图)。该技术已被广泛应用于各个领域，如通信、汽车、机车、军工等多个领域。

　　相比传统的焊接工艺，压接工艺优点主要体现在：

　　PCB上无热应力;

　　没有影响可靠连接的焊剂残渣、锡珠、锡丝;

　　没有焊接工艺中常见的虚焊、短路;

　　确定的接触阻抗，良好的高频性能;

　　整个连接器或单个针脚都很容易替换，方便各个针脚的合理使用，也具有良好的可维修性;

　　采用压接工艺的PCB不需要清洗，节约成本，环保安全。

　　用于压接工艺的插针主要有两种类型：

　　实心插针脚(如左图)，保持插针和通孔之间良好接触的力是通孔的弹性变形力。

　　弹性变形(鱼眼针脚EoN)插针脚(如右图)，保持插针和通孔之间良好接触的力是插针的弹性变形力。

　　弹性插针相对于实心插针来说，对PCB金属化通孔的尺寸精度要求降低;较小的插入力;允许在同一金属化通孔内多次插拔(可维修性好)。所以，目前的压接工艺中，主要采用可弹性变形的插针脚或称为鱼眼插针。

　　尽管鱼眼针脚压接工艺在通讯和工业等领域已应用近50年，但随着互联技术的发展，产品和元器件的设计已变得日益复杂，压接技术仍面临挑战，在机器性能、治具设计以及来料质量管控等方面都需要严格控制，以保证鱼眼针高精度的直接压入PCB孔，否则就会出现针脚折弯、镀层损坏等问题，这是在压接工艺中必须考虑和解决的。

　　2. 压接制程不良

　　某产品生产时，压接工位出现较高不良率，平均不良率为2%.

　　3. 问题调查

　　目视检测

　　目视检查是一种简单而直接的不良确认方法，压接完成后，发现连接器抬高超出规定要求，拨出连接器发现针脚折弯。

　　AOI 检测

　　压接后，在引脚伸出面进行100%AOI在线检测，发现没有引脚伸出安装孔(如下图)，拨出连接器发现针脚折弯。

　　5D 检测

　　用5D-Xray确认AOI报出的不良，检测孔内部特征，发现PCB孔内无针脚(如下图)，经拆卸发现针脚折弯而没有进入安装孔。

　　功能检测

　　功能测试不良显示“Port 11 Time Out”并显示出不良代码，将不良品进行5D重新检测并拆卸连接器确认，发现不良原因也是由于针脚折弯而没有进入安装孔。

　　4. 根本原因分析

　　针对前面发现的针脚折弯不能进入安装孔的问题，从下面两方面进行分析：

　　分析压接工艺流程(如下图)，确认可能发生该问题的工位。

　　经过这两方面的分析，找出引起针脚折弯问题的四个潜在关键因素：

　　1. 连接器针脚位置尺寸与PCB安装孔不匹配;

　　2. 压接机器与压接工具的性能不稳定，不能满足正常压接要求;

　　3. 压接程序与曲线设计不满足生产要求;

　　4. 参数设定不合理。

　　接下来针对上面的四个潜在关键因素进行一一排查：

　　连接器针脚位置尺寸分析

　　取5个连接器进行用VMM测量，得到84组数据然后与PCB Gerber测量数据做比对，计算出偏移量与TP值做对比，(TP=SQRT [(x1-x0) ²+(y1-y0) ²)])，如TP≤0.155mm，尺寸在要求范围内。经测试发现4个连接器的最大TP值超出要求范围(如下图)，我们将这5个连接器进行压接组装，结果显示 这4个TP超出要求(>0.155mm)的连接器，针脚折弯，不能完全压入PCB安装孔。而TP值小于0.155mm的连接器则组装正常。

　　以上结果说明连接器TP是鉴定来料针脚偏位的主要标准，而TP值超出0.155mm是针脚折弯的问题主要根源之一。

　　压接机器和工具性能评估

　　1. 机器压力稳定性评估，压接机的CPK是2.06，说明机械性能良好。

　　2. 压接机器压接平台平整度分析，测试方法参考 JESD22-B108，取平面36个点，测量点到测量基准的高度差，测量出压接工作台面的平整度是0.01，而机器规格≤0.15mm，表明其平整度对于压接组装没有影响。

　　3. 以同样的方式测试夹具的平整度，0.1mm高于规格0.15mm，符合生产条件。

　　4. 基于IPC/JEDEC9704，对压接过程进行应力测试。共42个感应头布置在4个角落的关键元件(BGA, IC…)，如下图所示。测试应力低于500ue，且应力变化率低于919ue/s，所以，夹具在应力与应力变化率方面都具备良好的性能。

　　压接参数和曲线设置分析

　　实际压接组装中，产线程序以及曲线(PARS)符合机器设定规范。

　　1. 设置压力过大或不足报警;

　　2. 曲线PARS值设为 25% ，取值开始于0.01inch(英寸)， 距离 设为 0.005 inch ，压接程序和曲线(PARS )设定符合压接规范。

　　通过对不同供应商PCB(两家)、压力和压接速度之间的关系设计DOE，分析认为压力和速度是压接工艺的关键因素：但低的速度，较低的压力为较优设置，不会导致脚弯问题，这与实际的生产参数一致。

　　我们同样分析了鱼骨图中其他的因素，均在可控范围内。

　　根本原因分析结果

　　综合各项分析结果，问题发生的根本原因就是：

　　连接器来料不良，针脚TP值超出规格

　　5. 针脚折弯问题的改善方案

　　针对前面的分析结果， 我们设计了如下的改善方案：

　　反馈供应商改善，将分析结果反馈供应商，要求连接器的TP值误差控制在0.15mm范围内。

　　加强来料检查，设计并制作筛选量具(如下图)，量具每个孔的中心值与PCB Gerber相比，TP值为0.05mm，在供应商对物料进行彻底改善前，对所有的物料进行筛选使用。

　　针对安装工艺特性，优化产品设计，在连接器上增加导向柱并在相应的PCB上增加导向孔(如下图)，用公差累计分析，对针脚、导向孔和导向柱尺寸要求如下：

　　1. 导向脚高出针脚0.1-0.5mm;

　　2. 导向柱直径：2.0mm;

　　3. 总高控制：PCB厚度+2.0mm;

　　4. PCB上增加两个直径为2.1±0.1mm的定位孔。

　　6. 改善结果

　　试产前用新的检测量具筛选来料，验证了机器与夹具性能、程序曲线(PARS)、参数设定及其它鱼骨图上分析的要素。由于试产数量较大(10000pcs), 采用分组小批量方式进行试产，如果针脚折弯不良率超过改善前的0.95% ，则及时示警并停止生产。下表显示的是试产结果，与改善前相比，改善后的不良率大幅度减少到0.07%。基本达到了生产品质要求。

　　7. 结论

　　🔷 很多因素会导致针脚折弯：连接器针的TP、机器的压力稳定程度、压头和夹具的应力、制程的参数设定等。在此案例中，连接器针脚的TP值偏移是针脚折弯不良的主要原因。

　　🔷 TP值能帮助我们知道原材料相关尺寸与设计值的偏移程度。VMM可以比较精确地测量针脚长度、角度、半径和高度尺寸。

　　🔷 设计专用的来料检查量具可以快速有效的筛选出不良来料。

　　🔷 在压接连接器上增加导向柱会方便组装并能获得更高的压接质量。

　　🔷 公差累积分析能很好地管控设计尺寸及组装间隙大小。

　　🔷 好的PARS及曲线参数设置有利于完成压接及防呆。

　　🔷 过大与过小压力报警程序设置能及时发现压接中发生的问题。